專(zhuān)利名稱(chēng)：利用背散射波成像異常部分的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開(kāi)涉及結(jié)構(gòu)內(nèi)異常部分的探測(cè)，諸如飛行器或其他結(jié)構(gòu)，并且更特別地涉及 用于探測(cè)諸如分層或其他缺陷等異常部分并且利用背散射波生成異常部分圖像的方法和 系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
近來(lái)，輕型復(fù)合材料和設(shè)計(jì)在航空航天工業(yè)中被更廣泛地應(yīng)用于商用飛行器和其 他航空航天器，同時(shí)也被應(yīng)用于其他工業(yè)中。應(yīng)用這些復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)可以借助多重層片 或多層材料形成，所述多重層片或多層材料可以被層壓在一起以形成輕型、高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)。與 傳統(tǒng)材料相似，這些結(jié)構(gòu)可以承受極端應(yīng)力，如航空航天器的飛行操作或其他操作期間產(chǎn) 生的應(yīng)力或由碰撞或其他原因引起的損壞。由于這些應(yīng)力或碰撞的原因，材料的多重層片 可以分離或形成分層。隨著新興及傳統(tǒng)材料正在以更為優(yōu)化的方式進(jìn)行設(shè)計(jì)，航空航天工 業(yè)中也就存在以更高效率快速識(shí)別并維持所有結(jié)構(gòu)的需求，從而改善分配可靠性并提高飛 行器和其他類(lèi)似昂貴設(shè)備的實(shí)際使用性能。這樣，就存在使用永久連接的壓電執(zhí)行器/傳 感器對(duì)片狀結(jié)構(gòu)中的損壞或分層進(jìn)行形象化處理的需求。然而，由于對(duì)基于先前訓(xùn)練數(shù)據(jù) 的經(jīng)驗(yàn)化成像處理的嚴(yán)重依賴(lài)以及對(duì)與響應(yīng)于真實(shí)損壞信息的復(fù)雜信號(hào)直接相關(guān)的簡(jiǎn)單 而穩(wěn)定的演算(interpretation)技術(shù)的缺乏，這樣的努力未能成功地證明真實(shí)飛行器結(jié) 構(gòu)上實(shí)際實(shí)施的可行性?，F(xiàn)有的成像技術(shù)只是生成了損壞的定性的圖像，這種圖像不直接 涉及真實(shí)損壞的大小或輪廓。因此，需要穩(wěn)定的成像技術(shù)，這種技術(shù)能夠生成與傳統(tǒng)非破 壞性評(píng)價(jià)方法生成的圖像等價(jià)的損壞的真實(shí)圖像，所述傳統(tǒng)非破壞性評(píng)價(jià)方法包括例如 C-掃描，χ-射線或相似的評(píng)價(jià)技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本公開(kāi)的一實(shí)施例，用于生成異常部分圖像的方法可以包括生成進(jìn)入由多個(gè) 傳感器中的每一個(gè)評(píng)價(jià)的結(jié)構(gòu)內(nèi)的脈沖波以及收集由脈沖波碰撞異常部分所引起的散射 波數(shù)據(jù)。該散射波數(shù)據(jù)可以由生成該脈沖波的相同傳感器收集或由不同的傳感器收集。該 方法也可以包括識(shí)別背散射波數(shù)據(jù)，該背散射波數(shù)據(jù)來(lái)自相對(duì)于收集散射波數(shù)據(jù)的傳感器 位置的異常部分遠(yuǎn)端邊緣或邊界。該方法可以額外包括處理來(lái)自收集散射波數(shù)據(jù)的每一個(gè) 傳感器的背散射波數(shù)據(jù)，從而生成異常部分的二維圖像。該方法可以進(jìn)一步包括顯示異常 部分的二維圖像。根據(jù)本公開(kāi)的另一個(gè)實(shí)施例，用于生成異常部分的圖像的方法可以包括生成進(jìn)入 由多個(gè)傳感器中的每一個(gè)評(píng)價(jià)的結(jié)構(gòu)內(nèi)的脈沖波，所述傳感器被定位于被評(píng)價(jià)的結(jié)構(gòu)的一 部分上的預(yù)定位置。該方法也可以包括收集由脈沖波碰撞異常部分所引起的散射波數(shù)據(jù)。 該散射波數(shù)據(jù)可以由生成該脈沖波的相同傳感器或由不同的傳感器收集。該方法也可以包 括識(shí)別背散射波數(shù)據(jù)，該背散射波數(shù)據(jù)來(lái)自相對(duì)于收集散射波數(shù)據(jù)的傳感器位置的異常部 分遠(yuǎn)端邊緣或邊界。該方法可以額外包括處理來(lái)自收集散射波數(shù)據(jù)的每一個(gè)傳感器的背散射波數(shù)據(jù)，從而生成被評(píng)價(jià)的結(jié)構(gòu)中異常部分的二維圖像。處理背散射波數(shù)據(jù)可以包括疊 加來(lái)自收集散射波數(shù)據(jù)的每一個(gè)傳感器的背散射波數(shù)據(jù)。異常部分的輪廓對(duì)應(yīng)于最多重合 的背散射波數(shù)據(jù)的區(qū)域，該區(qū)域相對(duì)于被評(píng)價(jià)的結(jié)構(gòu)的二維圖像中的其他區(qū)域存在視覺(jué)上 的差異。該方法可以進(jìn)一步包括顯示異常部分的二維圖像。根據(jù)本公開(kāi)的另一個(gè)實(shí)施例，用于生成異常部分的圖像的系統(tǒng)可以包括多個(gè)裝 置。每個(gè)裝置都可以生成進(jìn)入被評(píng)價(jià)的結(jié)構(gòu)內(nèi)的脈沖波并且可以收集由至少部分地被異常 部分反射的脈沖波的能量引起的散射波數(shù)據(jù)。該系統(tǒng)也可以包括結(jié)構(gòu)健康監(jiān)控部件，用于 生成由背散射波數(shù)據(jù)評(píng)價(jià)的結(jié)構(gòu)中的異常部分的二維圖像，所述背散射波數(shù)據(jù)來(lái)自相對(duì)于 收集散射波數(shù)據(jù)的裝置的位置的異常部分的遠(yuǎn)端邊緣。根據(jù)本公開(kāi)的另一個(gè)實(shí)施例，用于生成異常部分的圖像的系統(tǒng)可以包括多個(gè)執(zhí)行 器。每個(gè)執(zhí)行器都可以被定位在被評(píng)價(jià)的結(jié)構(gòu)的一部分上的預(yù)定位置。每個(gè)執(zhí)行器都可以 生成進(jìn)入結(jié)構(gòu)內(nèi)的脈沖波。多個(gè)傳感器可以各自被定位在被評(píng)價(jià)的結(jié)構(gòu)的一部分上所選擇 的位置。每個(gè)傳感器都可以收集由至少部分地被異常部分反射的脈沖波的能量引起的散射 波數(shù)據(jù)。該系統(tǒng)也可以包括結(jié)構(gòu)健康監(jiān)控部件，用于識(shí)別背散射波數(shù)據(jù)，所述背散射波數(shù)據(jù) 來(lái)自相對(duì)于收集散射波數(shù)據(jù)的傳感器的異常部分的遠(yuǎn)端邊緣。該結(jié)構(gòu)健康監(jiān)控部件也可以 處理來(lái)自收集散射波數(shù)據(jù)的每個(gè)傳感器的背散射波數(shù)據(jù)，從而生成異常部分的二維圖像。 該系統(tǒng)可以進(jìn)一步包括用于顯示異常部分的二維圖像的輸出裝置。如僅由權(quán)利要求限定的，基于結(jié)合附圖閱讀本公開(kāi)下述非限制性的詳細(xì)說(shuō)明，本 公開(kāi)的其他方面和特征將對(duì)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員變得顯然。


圖1為根據(jù)本公開(kāi)實(shí)施例用于生成結(jié)構(gòu)中異常部分的圖像的方法的一個(gè)示例的 流程圖。圖2為根據(jù)本公開(kāi)實(shí)施例用于生成結(jié)構(gòu)中異常部分的圖像的示例性系統(tǒng)的框圖。圖3為根據(jù)本公開(kāi)實(shí)施例用于生成結(jié)構(gòu)中異常部分的圖像的波形的示意圖。圖4A-4E顯示了根據(jù)本公開(kāi)實(shí)施例利用一發(fā)一收(pitch-catch)配置生成結(jié)構(gòu)中 異常部分的圖像的一個(gè)示例。圖5顯示了根據(jù)本公開(kāi)實(shí)施例利用脈沖回波或自感配置生成結(jié)構(gòu)中異常部分的 圖像的一個(gè)示例。
具體實(shí)施例方式下文對(duì)于各實(shí)施例的詳細(xì)說(shuō)明參照各附圖，這些附圖顯示了本公開(kāi)的各具體實(shí)施 例。具有不同的結(jié)構(gòu)和操作的其他實(shí)施例不背離本公開(kāi)的范圍。圖1為根據(jù)本公開(kāi)一實(shí)施例用于生成結(jié)構(gòu)中異常部分的圖像的方法100的一個(gè)示 例的流程圖。在方框102中，脈沖波、拉姆(lamb)波或類(lèi)似信號(hào)可以被生成并被導(dǎo)入被監(jiān)控 或評(píng)價(jià)的結(jié)構(gòu)內(nèi)。由于拉姆波與縱波類(lèi)似且包括壓縮部分和稀疏部分，但其被傳輸進(jìn)入的 結(jié)構(gòu)的表面束縛，從而引起波導(dǎo)效應(yīng)，所以拉姆波可以被用于探測(cè)和確定異常部分的大小。 對(duì)于更簡(jiǎn)單且更魯棒的成像處理，單一模式的拉姆波或類(lèi)似的脈沖波(即a0基本非對(duì)稱(chēng)模 式或sO基本對(duì)稱(chēng)模式)可以被射入結(jié)構(gòu)內(nèi)。
同樣參照?qǐng)D2，圖2為根據(jù)本公開(kāi)一實(shí)施例用于生成結(jié)構(gòu)204中異常部分202的 圖像的示例性系統(tǒng)200的框圖。結(jié)構(gòu)健康監(jiān)控部件206可以被用來(lái)生成脈沖波。如圖2中 箭頭210所示，多個(gè)傳感器或執(zhí)行器208均可以生成、傳遞或引導(dǎo)脈沖波進(jìn)入被監(jiān)控的結(jié)構(gòu) 204或?qū)ο髢?nèi)。如本文中更為詳細(xì)地描述，由脈沖波210碰撞異常部分202所引起的散射波 數(shù)據(jù)的至少一些部分可以由生成該脈沖波的相同傳感器208或由不同的傳感器218收集。 該結(jié)構(gòu)健康監(jiān)控部件206可以是拉姆波發(fā)生器或收發(fā)器，或能夠發(fā)送和接收用于本文中所 述結(jié)構(gòu)健康監(jiān)控的信號(hào)的數(shù)據(jù)采集部件，或類(lèi)似的裝置。根據(jù)本公開(kāi)的另一個(gè)實(shí)施例，傳感器208可以是組合執(zhí)行器和傳感器，其用于生 成脈沖波并由生成該脈沖波的同一執(zhí)行器_傳感器接收散射波數(shù)據(jù)。所述執(zhí)行器或組合執(zhí) 行器_傳感器208可以是機(jī)電執(zhí)行器/傳感器，它能夠生成或引導(dǎo)例如拉姆波或類(lèi)似的信 號(hào)或波等用于結(jié)構(gòu)健康監(jiān)控的信號(hào)進(jìn)入結(jié)構(gòu)204內(nèi)。執(zhí)行器或組合執(zhí)行器_傳感器208的 示例可以是可連接到結(jié)構(gòu)204的壓電執(zhí)行器/傳感器或類(lèi)似裝置。結(jié)構(gòu)204或?qū)ο罂梢杂蓮?fù)合材料或類(lèi)似材料的多重層片或分層212構(gòu)成。結(jié)構(gòu) 204或?qū)ο罂梢允墙煌üぞ?如航天飛行器、陸地車(chē)輛船只)、土木結(jié)構(gòu)(如橋梁、建筑物或 其他結(jié)構(gòu))或被期望監(jiān)控結(jié)構(gòu)健康或狀況的任意對(duì)象。再次參照?qǐng)D1，在方框104中，用于結(jié)構(gòu)204的基線波數(shù)據(jù)可以在沒(méi)有任何異常部 分的情況下被收集?；€波數(shù)據(jù)可以在結(jié)構(gòu)204或?qū)ο蟊煌度胧褂弥盎蛟诮Y(jié)構(gòu)204上啟 用結(jié)構(gòu)健康監(jiān)控程序之前的某些時(shí)間點(diǎn)上被收集。同樣在方框104中，新數(shù)據(jù)可以在收集基線波數(shù)據(jù)之后通過(guò)新脈沖波210的生成 而被收集。由脈沖波210碰撞如圖2示例中的異常部分202或分層等異常部分引起的散射 波數(shù)據(jù)可以被收集。具有足夠短波長(zhǎng)的拉姆波碰撞如與結(jié)構(gòu)204類(lèi)似的多層結(jié)構(gòu)中的分層 部分等異常部分將導(dǎo)致波散射。該波散射導(dǎo)致復(fù)雜的響應(yīng)，該響應(yīng)要求本文中所述的處理 以生成圖像。撞擊波的波長(zhǎng)能夠以被探測(cè)的損壞部分大小的范圍為依據(jù)進(jìn)行調(diào)整。例如， 在大約0. 4英寸至大約0. 8英寸的波長(zhǎng)范圍可以探測(cè)直徑或線性尺寸為大約0. 5英寸至大 約2英寸的異常部分。通過(guò)FEM(有限元方法)的數(shù)值模擬和其他測(cè)試已經(jīng)證實(shí)分層部分 周?chē)^大部分的散射波可以是背散射波或自分層部分相對(duì)于收集背散射波數(shù)據(jù)的傳感器 的位置或定位的背部或遠(yuǎn)端邊緣或邊界所散射的波。如參照?qǐng)D2所述，由于波由異常部分 202或分層部分的內(nèi)側(cè)向異常部分202區(qū)域的外側(cè)運(yùn)動(dòng)，所以背散射波214可以是較之正 散射波216更強(qiáng)的散射波。雖然可能主要對(duì)背散射波數(shù)據(jù)感興趣，但正散射波數(shù)據(jù)216和 背散射波數(shù)據(jù)214兩者都可以被收集。如果執(zhí)行器_傳感器208是自感的，則背散射波數(shù) 據(jù)214或脈沖可以被組合執(zhí)行器_傳感器208收集。背散射波數(shù)據(jù)214或脈沖也可以被與 被生成脈沖波的傳感器208或執(zhí)行器不同的傳感器218收集。傳感器218能夠接收散射波 數(shù)據(jù)或脈沖以及將所接收或所收集的散射波數(shù)據(jù)發(fā)送到用于分析的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)控部件206 并生成異常部分202的二維圖像。傳感器218也可以是機(jī)電裝置，如壓電傳感器或能夠感 測(cè)正散射波216和背散射波214的類(lèi)似裝置。系統(tǒng)200可以包括不具備感測(cè)能力的執(zhí)行器208和傳感器218，這種情況可以被稱(chēng) 為一發(fā)一收配置或一發(fā)一收?qǐng)?zhí)行器/傳感器并且可以按一發(fā)一收模式操作。執(zhí)行器208可 以將脈沖波210發(fā)送或發(fā)射到結(jié)構(gòu)204內(nèi)，并且傳感器218可以接收或捕獲至少部分來(lái)自 異常部分202的背散射波數(shù)據(jù)214和正散射波數(shù)據(jù)216。用來(lái)生成二維圖像的操作的一發(fā)一收配置或一發(fā)一收模式的示例將參照?qǐng)D4A-4E得到更為詳細(xì)的說(shuō)明。可替換地，如上文所述，裝置208和218都可以是既用于發(fā)送脈沖波210又用于接 收背散射波數(shù)據(jù)214和正散射波數(shù)據(jù)216的組合執(zhí)行器和傳感器裝置。裝置208和218將 所收集的數(shù)據(jù)發(fā)送到結(jié)構(gòu)健康監(jiān)控部件206以識(shí)別背散射波數(shù)據(jù)214并生成異常部分202 的二維圖像。此設(shè)置可以被稱(chēng)為脈沖回波設(shè)置或脈沖回波執(zhí)行器/傳感器而且可以按脈沖 回波模式或自感模式進(jìn)行操作。操作的脈沖回波配置或脈沖回波模式的一個(gè)示例將參照?qǐng)D 5得到更為詳細(xì)的說(shuō)明。多個(gè)一發(fā)一收?qǐng)?zhí)行器/傳感器或脈沖回波執(zhí)行器/傳感器208和218的任意組合 可以被定位在被評(píng)價(jià)的結(jié)構(gòu)204上的預(yù)定位置以生成異常部分202的二維圖像。組合執(zhí)行 器和傳感器裝置也可以按一發(fā)一收模式操作。需要多個(gè)自感傳感器208或一發(fā)一收?qǐng)?zhí)行器 和傳感器208和218以生成異常部分202的二維圖像。在方框106中，波或信號(hào)在結(jié)構(gòu)204中的傳播速度可以被測(cè)量或使用基線波數(shù)據(jù) 校準(zhǔn)。圖3顯示了基線波形300的示例。圖3還顯示了說(shuō)明異常部分探測(cè)的波形302以及 說(shuō)明正散射波數(shù)據(jù)306和背散射波數(shù)據(jù)308的波形304的示例。如圖3中所示，在與圖2 中所示類(lèi)似的組合結(jié)構(gòu)或多層結(jié)構(gòu)中典型的損壞或異常部分的情況下，背散射波308展示 出比正散射波306更大的振幅。如本文中所述，所述波的校準(zhǔn)后的傳播速度可以用于由背 散射波數(shù)據(jù)214生成二維圖像。在方框108中，可以使用所收集的用于結(jié)構(gòu)204的基線波數(shù)據(jù)而對(duì)正散射波數(shù)據(jù) 214和背散射波數(shù)據(jù)216執(zhí)行信號(hào)處理。異常部分202所引發(fā)的散射波214和216能夠通 過(guò)減去來(lái)自原始(基線)波數(shù)據(jù)的后損壞數(shù)據(jù)而被從任意其他波中分離或區(qū)分出來(lái)，任意 其他波例如為直接由執(zhí)行器208發(fā)送給傳感器218的波和/或其他可能的由存在于結(jié)構(gòu) 204中的任意結(jié)構(gòu)邊界或其他特征反射的波。在方框110中，背散射波216和正散射波214可以被區(qū)分或分開(kāi)地識(shí)別。背散射 波216和正散射波214可以使用振幅對(duì)比而被區(qū)分或識(shí)別(即在與圖3中所示類(lèi)似的復(fù)合 結(jié)構(gòu)中的異常部分的情況下，背散射波展示出比正散射波大得多的振幅)。背散射波216和 正散射波214也可以使用以信號(hào)的渡越時(shí)間分析為依據(jù)的模式分隔、噪聲消除或其他已知 的信號(hào)處理技術(shù)而被區(qū)分或識(shí)別。在方框112中，結(jié)構(gòu)204被評(píng)價(jià)的部分中異常部分的二維圖像可以由背散射波數(shù) 據(jù)214生成。如本文中更為詳細(xì)的描述，異常部分區(qū)域或區(qū)域輪廓可以是通過(guò)來(lái)自每個(gè)傳 感器208和218或執(zhí)行器傳感器組合的背散射波的重合或疊加而與所述結(jié)構(gòu)被評(píng)價(jià)的部分 的其他區(qū)域形成最高對(duì)比度的區(qū)域。使用方框106中確定的基線數(shù)據(jù)所確定的校準(zhǔn)后的傳 播速度可以生成該二維圖像。源自FEM或分析模型114的波傳播速度也可以被用作生成二 維圖像的輸入。在本公開(kāi)另一個(gè)實(shí)施例中，分層或異常部分的大小可以基于背散射波數(shù)據(jù)214和 正散射波數(shù)據(jù)216到達(dá)傳感器208和218的時(shí)間差或波的渡越時(shí)間(TOF)并且基于結(jié)構(gòu)204 中校準(zhǔn)后的波的傳播速度而被估計(jì)。TOF可以被定義為從當(dāng)信號(hào)或波被發(fā)送到正和背散射 波被分別接收時(shí)的時(shí)間。基于背散射波的測(cè)量后的渡越時(shí)間信息(TOFb)，正散射波的測(cè)量 后的渡越時(shí)間信息(TOFf)以及結(jié)構(gòu)內(nèi)校準(zhǔn)后的速度Vg而針對(duì)不同執(zhí)行器/傳感器配置估 計(jì)損壞大小的示例在2007年5月16日提交的名為“METHOD AND SYSTEM FOR DETECTINGAN ANOMALLY AND DETERMINING ITS SIZE”的美國(guó)第11/749，539號(hào)申請(qǐng)中被更為詳細(xì)地說(shuō) 明，該申請(qǐng)被轉(zhuǎn)讓給與本公開(kāi)相同的受讓人，是本申請(qǐng)的原申請(qǐng)。在方框116中，任意分層或異常部分的二維圖像可以通過(guò)屏顯、打印或其他方式 呈現(xiàn)給用戶(hù)。呈現(xiàn)分層或其他異常部分的二維圖像的示例將參照?qǐng)D4A-4D和圖5進(jìn)行說(shuō) 明。圖4A-4D顯示了按一發(fā)一收模式操作的示例，與上文所述類(lèi)似，其中生成多種大致為橢 圓形的執(zhí)行器_傳感器脈沖波路徑以產(chǎn)生異常部分的二維圖像。圖5顯示了按脈沖回波模 式操作的示例，與上文所述類(lèi)似，其中生成多種大致為環(huán)形的脈沖回波脈沖波路徑以產(chǎn)生 異常部分的二維圖像。再次參照?qǐng)D2，分層或其他異常部分的二維圖像可以被呈現(xiàn)在用戶(hù)接口 220 (圖2) 上，如顯示器。用戶(hù)接口 220也可以包括鍵盤(pán)、計(jì)算機(jī)指示裝置、打印機(jī)或用于與結(jié)構(gòu)健康 監(jiān)控部件206交互并控制其操作的其他裝置。結(jié)構(gòu)健康監(jiān)控部件206可以包括數(shù)據(jù)存儲(chǔ)元件222以?xún)?chǔ)存基線波數(shù)據(jù)和用于分析 背散射波數(shù)據(jù)214和正散射波數(shù)據(jù)216的任意其他數(shù)據(jù)。結(jié)構(gòu)健康監(jiān)控部件206也可以包 括模塊224以生成本文中所述分層或異常部分的二維圖像。方法100所用的各元件可以被 包含在模塊224內(nèi)并由此被執(zhí)行。結(jié)構(gòu)健康監(jiān)控部件206也可以包括用來(lái)估計(jì)本文中所述的分層或異常部分的大 小、形狀和位置的模塊。圖4A-4E顯示了使用根據(jù)本公開(kāi)一實(shí)施例的一發(fā)一收配置來(lái)生成結(jié)構(gòu)中異常部 分402的圖像400的示例。與上文所述類(lèi)似，在操作的一發(fā)一收配置或模式中，多個(gè)傳感器 404中選擇的傳感器可以是執(zhí)行器或在一些測(cè)試條件下預(yù)置為執(zhí)行器的功能。所述執(zhí)行器 可以在不同時(shí)間分別生成進(jìn)入被評(píng)價(jià)的結(jié)構(gòu)內(nèi)的分離的脈沖波。如前文所述，該脈沖波可 以是拉姆波。從多個(gè)傳感器404中選擇的其他傳感器可以收集散射波數(shù)據(jù)，該散射波數(shù)據(jù)由執(zhí) 行器傳感器404生成的脈沖波引起，該脈沖波被所評(píng)價(jià)的結(jié)構(gòu)的異常部分或其他特征散 射。執(zhí)行器和傳感器404中的每一個(gè)都可以被配對(duì)以生成各自的執(zhí)行器-傳感器波路徑 406a-406d。按操作的一發(fā)一收模式中，執(zhí)行器-傳感器波路徑406a-406d可以大致是圖 4A-4D中所示的橢圓形。每個(gè)執(zhí)行器_傳感器脈沖波路徑406a-406d的形狀可以由作為波 傳播角度以及背散射波測(cè)量后的渡越時(shí)間的函數(shù)的波速特性曲線(profile)確定。如圖 4A-4D中所示，執(zhí)行器-傳感器波路徑406a-406d中的每一個(gè)都可以在被評(píng)價(jià)的結(jié)構(gòu)的所述 部分上相互疊加以生成異常部分的二維圖像。如圖4D和4E中所示，異常部分402的輪廓 與橢圓形脈沖波路徑重合程度最高的背散射波數(shù)據(jù)的區(qū)域相對(duì)應(yīng)。此區(qū)域相對(duì)于被評(píng)價(jià)的 結(jié)構(gòu)的圖像的其他部分或區(qū)域?qū)⒊尸F(xiàn)出如圖4E中所示的視覺(jué)對(duì)比。異常部分的圖像或輪 廓的分辨率可以通過(guò)增加圍繞異常部分的額外的一發(fā)一收波路徑而被提高。圖5顯示了根據(jù)本公開(kāi)一實(shí)施例利用脈沖回波或自感配置生成結(jié)構(gòu)中異常部分 502的圖像500的示例。與前文所述類(lèi)似，在脈沖回波或自感配置或模式中，多個(gè)傳感器 504中的每個(gè)傳感器504生成單獨(dú)的脈沖波或拉姆波。生成所述脈沖波的相同傳感器504 收集由脈沖波碰撞結(jié)構(gòu)中任意異常部分或其他特征所產(chǎn)生的散射波數(shù)據(jù)。在脈沖回波模 式中，每個(gè)傳感器504生成如圖5中所示的大致是環(huán)形的脈沖回波波路徑506a-506d，從而 基于任意背散射波的渡越時(shí)間生成任意異常部分的二維圖像500。每個(gè)脈沖回波波路徑506a-506d的形狀可以由作為波傳播角度以及背散射波測(cè)量后的渡越時(shí)間的函數(shù)的波速特 性曲線確定。脈沖回波波路徑506a-506d在被評(píng)價(jià)的結(jié)構(gòu)的所述部分上相互重合或疊加以 生成任意異常部分502的輪廓508或二維圖像。如圖5中所示，異常部分502的輪廓508 與環(huán)形脈沖波路徑506a-506d重合程度最高的背散射波數(shù)據(jù)的區(qū)域相對(duì)應(yīng)。此區(qū)域相對(duì)于 被評(píng)價(jià)的結(jié)構(gòu)的圖像的其他部分或區(qū)域?qū)⒊尸F(xiàn)出如圖5中所示的視覺(jué)對(duì)比。與一發(fā)一收配 置類(lèi)似，可用于圍繞任意異常部分的脈沖回波波路徑越多，異常部分的圖像或輪廓的分辨 率越好。如果系統(tǒng)能夠具有一發(fā)一收和脈沖回波兩種配置，則所有一發(fā)一收和脈沖回波路 徑都能夠通過(guò)相同步驟得以相互結(jié)合和疊加。本公開(kāi)也可以包括具有可以永久或臨時(shí)連接 到所述結(jié)構(gòu)的分布式發(fā)射器和傳感器的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)控系統(tǒng)。額外的實(shí)施例可以請(qǐng)求保護(hù)如下A12.用于生成異常部分的圖像的方法，包括由定位于被評(píng)價(jià)的結(jié)構(gòu)的一部分上 的預(yù)定位置處的多個(gè)傳感器中的每一個(gè)生成進(jìn)入所述被評(píng)價(jià)的結(jié)構(gòu)內(nèi)的脈沖波；收集由所 述脈沖波碰撞異常部分所引起的散射波數(shù)據(jù)，其中散射波數(shù)據(jù)由生成該脈沖波的相同傳感 器或不同傳感器收集；識(shí)別來(lái)自異常部分相對(duì)于收集散射波數(shù)據(jù)的傳感器位置的遠(yuǎn)端邊緣 的背散射波數(shù)據(jù)；處理來(lái)自收集散射波數(shù)據(jù)的每個(gè)傳感器的背散射波數(shù)據(jù)，從而生成被評(píng) 價(jià)的所述結(jié)構(gòu)中異常部分的二維圖像，其中處理背散射波數(shù)據(jù)包括疊加來(lái)自收集散射波數(shù) 據(jù)的每個(gè)傳感器的背散射波數(shù)據(jù)，其中異常部分的輪廓與重合程度最高的背散射波數(shù)據(jù)的 區(qū)域相對(duì)應(yīng)，該區(qū)域相對(duì)于被評(píng)價(jià)的結(jié)構(gòu)的二維圖像中的其他部分呈現(xiàn)出視覺(jué)對(duì)比；以及 呈現(xiàn)所述異常部分的二維圖像。A13.根據(jù)權(quán)利要求A12所述的方法，還包括按一發(fā)一收配置操作，其中從多個(gè)傳 感器中選擇的傳感器是執(zhí)行器，每個(gè)執(zhí)行器生成分離的脈沖波，并且從多個(gè)傳感器中選擇 的其他傳感器收集散射波數(shù)據(jù)，每個(gè)執(zhí)行器_傳感器對(duì)限定執(zhí)行器_傳感器脈沖波路徑。A14.根據(jù)權(quán)利要求A13所述的方法，還包括生成大致為橢圓形的多個(gè)執(zhí)行器-傳 感器脈沖波路徑以基于背散射波的渡越時(shí)間生成異常部分的二維圖像，以及使執(zhí)行器_傳 感器脈沖波路徑在被評(píng)價(jià)的結(jié)構(gòu)的一部分上相互疊加以生成異常部分的二維圖像，其中每 個(gè)執(zhí)行器-傳感器脈沖波路徑的形狀由作為波傳播角度以及背散射波的測(cè)量后的渡越時(shí) 間的函數(shù)的波速特性曲線確定。A15.根據(jù)權(quán)利要求A12所述的方法，還包括按脈沖回波或自感配置操作，其中多 個(gè)傳感器中的每一個(gè)都生成獨(dú)立的脈沖波，并且相同的傳感器收集背散射波數(shù)據(jù)以限定脈 沖回波路徑。A16.根據(jù)權(quán)利要求A15所述的方法，還包括生成大致為環(huán)形的多個(gè)脈沖回波波路 徑以基于背散射波的渡越時(shí)間生成異常部分的二維圖像，以及使脈沖回波路徑在被評(píng)價(jià)的 結(jié)構(gòu)的一部分上相互疊加以生成異常部分的二維圖像，其中每個(gè)脈沖回波路徑的形狀由作 為波傳播角度以及背散射波的測(cè)量后的渡越時(shí)間的函數(shù)的波速特性曲線確定。A24.用于生成異常部分的圖像的系統(tǒng)，包括多個(gè)執(zhí)行器，每個(gè)執(zhí)行器都被定位 于被評(píng)價(jià)的結(jié)構(gòu)一部分上的預(yù)定位置處，并且每個(gè)執(zhí)行器用于生成進(jìn)入結(jié)構(gòu)內(nèi)的脈沖波； 多個(gè)傳感器，每個(gè)傳感器被定位于被評(píng)價(jià)的結(jié)構(gòu)的所述部分上的選擇的位置處，并且每個(gè) 傳感器用于收集由至少部分地被異常部分反射的脈沖波的能量引起的散射波數(shù)據(jù)；用于識(shí) 別來(lái)自異常部分相對(duì)于收集散射波數(shù)據(jù)的傳感器位置的遠(yuǎn)端邊緣的背散射波數(shù)據(jù)并且用
10于處理來(lái)自收集散射波數(shù)據(jù)的每個(gè)傳感器的背散射波數(shù)據(jù)以生成異常部分的二維圖像的 結(jié)構(gòu)健康監(jiān)控部件；以及用于顯示異常部分的二維圖像的輸出裝置。A25.根據(jù)權(quán)利要求A24所述的系統(tǒng)，其中結(jié)構(gòu)健康監(jiān)控部件通過(guò)疊加來(lái)自收集散 射波數(shù)據(jù)的每個(gè)傳感器的背散射波數(shù)據(jù)來(lái)處理背散射波數(shù)據(jù)，其中異常部分的輪廓與重合 程度最高的背散射波數(shù)據(jù)的區(qū)域相對(duì)應(yīng)，該區(qū)域相對(duì)于圖像的其他部分呈現(xiàn)出視覺(jué)對(duì)比。本文中所使用的術(shù)語(yǔ)僅是為了說(shuō)明特定實(shí)施例的目的，而不是意圖限制本公開(kāi)。 如本文中所用，除非上下文中明確地指出，否則單數(shù)形式“一”、“一個(gè)”和“所述”旨在同樣 包括復(fù)數(shù)形式。還將被理解的是，本說(shuō)明書(shū)中使用的術(shù)語(yǔ)“包括”和/或“包含”指明了所 陳述的特征、整體、步驟、操作、元件和/或組件的存在，但不排除一個(gè)或多于一個(gè)的其他特 征、整體、步驟、操作、元件、組件和/或其群組的存在或添加。雖然本文中已對(duì)特定的實(shí)施例作出了圖解和說(shuō)明，但本領(lǐng)域普通技術(shù)人員意識(shí)到 旨在實(shí)現(xiàn)相同目的的任何配置可以替代所示的特定實(shí)施例并且意識(shí)到本公開(kāi)在其他環(huán)境 中具有其他應(yīng)用。本申請(qǐng)旨在覆蓋本公開(kāi)的任意適應(yīng)性修改或變化。下列各權(quán)利要求決非 意圖將本公開(kāi)的范圍限制到本文所述的特定實(shí)施例。
權(quán)利要求
1.一種用于生成異常部分的圖像的方法(100)，該方法包括由多個(gè)傳感器中的每個(gè)傳感器生成(102)進(jìn)入被評(píng)價(jià)的結(jié)構(gòu)(204)內(nèi)的脈沖波；收集(104)由所述脈沖波碰撞異常部分所引起的散射波數(shù)據(jù)，其中所述散射波數(shù)據(jù)由 生成所述脈沖波的相同傳感器收集或由不同傳感器收集；識(shí)別(108)背散射波數(shù)據(jù)，其來(lái)自所述異常部分相對(duì)于收集所述散射波數(shù)據(jù)的所述傳 感器位置的遠(yuǎn)端邊緣；處理(112)來(lái)自收集所述散射波數(shù)據(jù)的每個(gè)傳感器的所述背散射波數(shù)據(jù)以生成所述 異常部分的二維圖像；以及顯示(116)所述異常部分的二維圖像。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中處理所述背散射波數(shù)據(jù)包括疊加來(lái)自收集所述散 射波數(shù)據(jù)的傳感器(208，218)中的每一個(gè)的背散射波數(shù)據(jù)，其中所述異常部分的輪廓與重 合程度最高的背散射波數(shù)據(jù)的區(qū)域相對(duì)應(yīng)，該區(qū)域相對(duì)于所述被評(píng)價(jià)的結(jié)構(gòu)的圖像的其他 部分呈現(xiàn)出視覺(jué)對(duì)比。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括針對(duì)所述結(jié)構(gòu)生成(104)基線波數(shù)據(jù)；以及通過(guò)利用所述基線波數(shù)據(jù)、分析模型和有限元方法“FEM”模型中的至少一個(gè)來(lái)校準(zhǔn) (106)所述結(jié)構(gòu)中的波傳播速度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括利用針對(duì)所述結(jié)構(gòu)的基線波數(shù)據(jù)僅在所述背散射波數(shù)據(jù)上執(zhí)行信號(hào)處理；以及利用模式分解和噪聲消除中的至少一個(gè)來(lái)識(shí)別所述背散射波。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述多個(gè)傳感器包括每個(gè)都用于生成脈沖波的多 個(gè)執(zhí)行器，以及每個(gè)都用來(lái)收集散射波數(shù)據(jù)的多個(gè)接收傳感器，所述多個(gè)執(zhí)行器和所述多 個(gè)接收傳感器相對(duì)于彼此被定位于所述結(jié)構(gòu)上選擇的位置處，從而生成所述異常部分的二 維圖像。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述結(jié)構(gòu)為飛行器、陸地車(chē)輛、船只和土木結(jié)構(gòu)中 的一個(gè)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括按一發(fā)一收模式和脈沖回波模式中的一個(gè)操作 以生成任意異常部分的二維圖像，其中所述一發(fā)一收模式包括通過(guò)作為執(zhí)行器的多個(gè)傳感 器中被選擇的傳感器中的每一個(gè)生成所述脈沖波以及通過(guò)多個(gè)傳感器中被選擇的其他傳 感器中的每一個(gè)收集所述散射波數(shù)據(jù)，每個(gè)執(zhí)行器_傳感器對(duì)形成一發(fā)一收脈沖波路徑， 并且所述脈沖回波模式包括通過(guò)所述多個(gè)傳感器中的每一個(gè)生成所述脈沖波以及通過(guò)生 成該脈沖波的相同傳感器收集所述散射波數(shù)據(jù)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括按一發(fā)一收配置操作，其中從所述多個(gè)傳感器 (404)中選擇的傳感器是執(zhí)行器，每個(gè)執(zhí)行器生成分離的脈沖波，并且從所述多個(gè)傳感器中 選擇的其他傳感器收集所述散射波數(shù)據(jù)，每個(gè)執(zhí)行器_傳感器對(duì)限定執(zhí)行器_傳感器脈沖 波路徑(406a-406d)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，還包括生成大致為橢圓形的多個(gè)執(zhí)行器_傳感器脈沖 波路徑以基于背散射波的渡越時(shí)間生成所述異常部分的二維圖像，以及使所述執(zhí)行器_傳 感器脈沖波路徑在被評(píng)價(jià)的所述結(jié)構(gòu)的一部分上相互疊加以生成所述異常部分的二維圖像，其中每個(gè)執(zhí)行器_傳感器脈沖波路徑的形狀由作為波傳播角度以及背散射波的測(cè)量后 的渡越時(shí)間的函數(shù)的波速特性曲線確定。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括按脈沖回波或自感配置操作，其中所述多個(gè)傳 感器(504)中的每一個(gè)都生成獨(dú)立的脈沖波，并且相同的傳感器收集所述背散射波數(shù)據(jù)的 至少一部分以限定脈沖回波路徑。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，還包括生成大致為環(huán)形的多個(gè)脈沖回波路徑 (506a-506d)以基于背散射波的渡越時(shí)間生成所述異常部分的二維圖像，以及使所述脈沖 回波路徑在被評(píng)價(jià)的所述結(jié)構(gòu)的一部分上相互疊加以生成所述異常部分的二維圖像，其中 每個(gè)所述脈沖回波路徑的形狀由作為波傳播角度以及所述背散射波的測(cè)量后的渡越時(shí)間 的函數(shù)的波速特性曲線確定。
12.一種用于生成異常部分的圖像的系統(tǒng)(200)，該系統(tǒng)包括多個(gè)裝置(208，218，404，504)，每個(gè)裝置用于生成進(jìn)入被評(píng)價(jià)的結(jié)構(gòu)(204)內(nèi)的脈沖 波并且用于收集由至少部分地被所述異常部分反射的所述脈沖波的能量引起的散射波數(shù) 據(jù)；以及結(jié)構(gòu)健康監(jiān)控部件(206)，其用于由背散射波數(shù)據(jù)生成被評(píng)價(jià)的所述結(jié)構(gòu)中的所述異 常部分的二維圖像，所述背散射波數(shù)據(jù)來(lái)自所述異常部分相對(duì)于收集所述散射波數(shù)據(jù)的所 述裝置的位置的遠(yuǎn)端邊緣。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其中所述結(jié)構(gòu)健康監(jiān)控部件包括模塊，該模塊用于 通過(guò)疊加來(lái)自收集所述散射波數(shù)據(jù)的每個(gè)所述裝置的背散射波數(shù)據(jù)來(lái)處理所述背散射波 數(shù)據(jù)，其中所述異常部分的輪廓與重合程度最高的背散射波數(shù)據(jù)的區(qū)域相對(duì)應(yīng)，該區(qū)域相 對(duì)于被評(píng)價(jià)的所述結(jié)構(gòu)的二維圖像的其他部分呈現(xiàn)出視覺(jué)對(duì)比。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其中所述多個(gè)裝置被配置為按脈沖回波模式和一發(fā) 一收模式中的一種操作。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其中在所述一發(fā)一收模式中，所述多個(gè)裝置包括多個(gè)執(zhí)行器(208，404)，每個(gè)執(zhí)行器用于生成進(jìn)入被評(píng)價(jià)的所述結(jié)構(gòu)內(nèi)的分離的脈沖波；以及多個(gè)傳感器(218，404)，每個(gè)傳感器用于收集所述散射波數(shù)據(jù)，所述多個(gè)執(zhí)行器和所述 多個(gè)傳感器被配對(duì)以形成執(zhí)行器_傳感器對(duì)。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)，其中每個(gè)執(zhí)行器-傳感器對(duì)適于生成大致為橢圓 形的執(zhí)行器_傳感器脈沖波路徑，從而基于背散射波的渡越時(shí)間生成所述異常部分的二維 圖像，并且其中所述結(jié)構(gòu)健康監(jiān)控部件包括模塊以使每個(gè)所述執(zhí)行器_傳感器脈沖波路徑 在被評(píng)價(jià)的所述結(jié)構(gòu)的一部分上相互疊加以生成所述異常部分的二維圖像，其中每個(gè)執(zhí)行 器-傳感器脈沖波路徑的形狀由作為波傳播角度以及背散射波的測(cè)量后的渡越時(shí)間的函 數(shù)的波速特性曲線確定。
17.根據(jù)權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其中在所述脈沖回波模式中，所述多個(gè)裝置包括多 個(gè)傳感器(504)，每個(gè)傳感器生成獨(dú)立的脈沖波，并且相同的傳感器收集來(lái)自由所述傳感器 生成的獨(dú)立的脈沖波中的至少一部分背散射波數(shù)據(jù)。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，其中所述多個(gè)傳感器中的每個(gè)傳感器生成大致為環(huán) 形的脈沖回波脈沖波路徑以基于背散射波的渡越時(shí)間生成所述異常部分的二維圖像，并且其中所述結(jié)構(gòu)健康監(jiān)控部件包括模塊以使所述脈沖回波脈沖波路徑在被評(píng)價(jià)的所述結(jié)構(gòu) 的一部分上相互疊加以生成所述異常部分的二維圖像，其中每個(gè)所述脈沖回波脈沖波路徑 的形狀由作為波傳播角度以及所述背散射波的測(cè)量后的渡越時(shí)間的函數(shù)的波速特性曲線確定。
全文摘要
用于生成異常部分的圖像的方法可以包括由多個(gè)傳感器中的每一個(gè)生成進(jìn)入被評(píng)價(jià)的結(jié)構(gòu)內(nèi)的脈沖波以及收集由脈沖波碰撞異常部分引起的散射波數(shù)據(jù)。該散射波數(shù)據(jù)可以由生成該脈沖波的相同傳感器或由不同傳感器收集。本方法也可以包括識(shí)別背散射波數(shù)據(jù)，其來(lái)自異常部分相對(duì)于收集散射波數(shù)據(jù)的傳感器位置的遠(yuǎn)端邊緣或邊界。本方法也可以額外包括處理來(lái)自收集散射波數(shù)據(jù)的每個(gè)傳感器的背散射波數(shù)據(jù)以生成異常部分的二維圖像。本方法還可以包括顯示異常部分的二維圖像。
文檔編號(hào)G01N29/44GK102007402SQ200980113485
公開(kāi)日2011年4月6日 申請(qǐng)日期2009年3月5日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月15日
發(fā)明者J-B·伊努 申請(qǐng)人:波音公司