专利名称：用于无损检测设备的具有gps功能的数据记录系统的制作方法
用于无损检测设备的具有GPS功能的数据记录系统
背景技术：
本发明涉及检验数据的获取和存储，并且更具体地，涉及使用嵌入式全 球定位卫星(GPS)装置来收集、组合以及分析数据的方法。
说明书中对相关技术的所有论述都不应该被理解为承认这样的技术己 广为人知或形成为本领域公知常识的部分。
测量数据的组织和存储(通常被称为数据记录(datalog))长期以来均 作为检验系统的重要部分，更特别是那些利用便携式无损检测(NDT) /无 损检验(NDI)设备的系统的重要部分。由于数字处理系统的出现，将大量 测量数据存储在便携式NDT/NDI设备上或者发送到中央数据库均变得越来 越可行。日期、时间、位置、检测条件以及甚至来自检测操作者的简要说明 可以与每个测量项一起被包括，这些在数据分析中都可能是有用的衡量标 准。
由于检验系统已经变得更为复杂，从而增加了存储和编译测量数据的集 合的挑战。 一般的检验可能包括上百个读数，每个读数来自处于检测中的结 构上的特定点。每个读数通常需要被核实、与历史数据相比较或者分析。现 有技术的系统已经包含了用于存储、组合以及处理这些数据的方法(例如， 复杂的计算机程序)，但所有这些都要求各个数据项被标上唯一的ID或者标 签。以此种方式来对大量数据项进行标记可能是很麻烦的、低效的，且在某 些情况下是不切实际的。例如，自动为表格建立索引，虽然快捷而方便，但 对于提供描述性ID标签具有很大的限制。相反地，手动设立每个检验位置 处的数据项是很费时的且严重地妨碍了检验过程。
在许多检验情况中，通过特定装备或者设备设置而在特定点进行测量以 保持例如历史数据的正确性是至关重要的。这通常需要密集型劳动来创建复
杂的预定表格和严密的检验模式，以允许操作者及时地进行检验。
在某些检验情况中(例如，诸如长段的铁路轨道或者桥梁的大型结构上 的缺陷检验)，需要对处于检测中的结构的某些名义上不符合一些检验标准 的部分进行标记或者标明，并且及时通知合适的安全装置。在现有技术的系 统中，这些都是通过迫使操作者停止检验过程而手工地对所述部分进行标记 或者通过将综合自动标记系统(例如，喷漆枪)结合到检验系统中而实现的。 此类方法减缓了检验过程并且可证实是低效的且对于后续检验而言甚至是 不可靠的。此外，此类检验过程中的错误可能会导致物力和人力的损失。
对非常大且距离甚远的结构(例如，石油管线)的检验通常需要承受多 项法律或规章顾虑。此外，通常以很大的花费和精力来进行这样的检验。基 于这些原因，政府机构或者其他有关当事人可能在检验之后要求数据核实。 在这些情况下，操作者或者雇用该操作者的机构通常需要提供一些证据来证 明所述结构是如所报告的那样被检验的。在现有技术的系统中，这可能成为 一个费时的过程，通常会阻碍执行检验的速率。
因此，提供一种通过利用嵌入式GPS装置而以地理数据和时间戳信息 动态地对测量读数进行标记的智能数据记录系统是很有益的。此外，如果该 系统可被用来自动记录结构的故障部分的地理位置并且有效地提醒后续的 检验系统，这将是很有益的。如果该系统能够利用GPS装置来通过特定位 置指示而提醒操作者，这也将是很有益的。如果该新系统能够准确且可靠地 向第三方证实执行检验读取的位置和时间，包括如果需要，动态地也就是实 时地进行，这更将是有益的。
发明内容
本公开的目的是克服现有技术的相关问题。这可以通过将嵌入式GPS 接收器结合到便携式无损检测(NDT) /无损检验(NDI)设备的数据记录系
统中而实现。应该注意的是，在本公开中，术语G户S#"，卩G户S i^^指所
有下述度量或者下述度量的子集，这些度量为海拔、经纬度信息以及时间。
所述嵌入式GPS接收器不断地向系统处理器或CPU报告检验设备的海拔和
地理坐标以及执行检验的确切时间，从而提供以下优点
1、 利用检验传感器的GPS坐标来动态地标记检验读数，所述坐标唯一
地标记和标识各个读数。数据分析系统解析这些地理标记，以针对每个读数 来识别处于检测中的结构，并且帮助进行数据分析和存储。
2、 一旦进入新的预定检验区或者离开该检验区，检验装置动态地进行 警报并且向操作者提供特定的指令、警告或者区域特定检验历史记录。
3、 对于大型结构(例如，铁路线或者桥梁)的检验，潜在问题区域可 以被动态地记录，并且精确的GPS数据和警报经由无线网络而被立即发送 出去，从而例如作进一步地评估。
4、 记录有各个检验读数的GPS数据被存储在只读区，这样使得该数据 是可靠的并且在检验过程结束时对该数据进行精确地核实。
相应地，本公开的目的在于提供一种用于便携式NDT/NDI设备的数据 记录系统，该数据记录系统动态地记录各个检验读数的地理坐标和时间。
本公开的另一目的在于提供一种用于便携式NDT/NDI设备的数据记录 系统，该数据记录系统在所述设备进入新的检验区或者离开当前检验区时动 态地提醒操作者并且提供指令、警告以及历史数据中的至少一者。
本公开的再一目的在于提供一种用于便携式NDT/NDI设备的数据记录 系统，该数据记录系统动态地记录大型结构的缺陷部分或受损部分的GPS 坐标并且发出及时警报。
本公开的另一目的在于提供一种用于便携式NDT/NDI设备的数据记录 系统，该数据记录系统将每个检验读数的GPS坐标存储在只读区。
通过本发明的参考附图的下述描述，本发明的其他特征和优点将变得更
加明显。
图1是利用本公开的数据记录系统的典型便携式无损检测(NDT) /无
损检验(NDI)设备的结构图2示出了利用本公开的数据记录系统来检验结构的典型便携式
NDT/NDI设备的示意图3是由本公开的数据记录系统所动态创建的典型的地理检验报告； 图4是由本公开的数据记录系统所动态创建的典型的数据记录文件； 图5示出了利用本公开的数据记录系统的一个实施方式的典型便携式
NDT/NDI设备的示意图，所述便携式NDT/NDI设备利用了外部GPS接收
器装置。
具体实施例方式
用于便携式设备的OEMGPS接收器已经在商业上应用了很多年。此类 GPS接收器的功能和用途就那些本领域技术人员而言应该是公知的。当从至 少四个GPS卫星获取信号时，GPS接收器可以以很高的精度对其在三维空 间中的确切位置进行三角测量。而且，随着同步算法和误差合成技术的发展 和改进，GPS接收器的分辨率得到了提高，从而极大地改善了这些GPS接 收器所能检验的物理位移变化。
惯性导航系统，是利用加速器、陀螺仪以及类似仪器来随时间保持对目 标的位移的精确计算，该惯性导航系统在很久之前就已经被耦合到GPS装 置以在无法获得GPS信号的时间段提供连续的导航监控。本公开描述了一 种包括嵌入式GPS接收器的数据记录系统，而且，发明人还设想了包括惯 性导航系统和嵌入式GPS装置的可选实施方式。通过这样的安排，即使在
具有很差的GPS接收质量的位置，例如，地下、室内、以及大城市地区的 大楼附近，仍然可以使用本公开中所描述的方法。
本公开描述了一种具有被结合到便携式无损检测(NDT) /无损检验 (NDI)设备的嵌入式GPS接收器的数据记录系统，图1示出了这样的 NDT/NDI设备的典型实施例。中央处理单元(CPU) 101运行控制和管理所 述设备的软件。操作者通过键盘103和显示器102而与所述设备进行交互。 由所述CPU 101控制的检验电路104产生激励信号并且监控来自传感器105 的反馈信号。检验数据被存储在数据存储块106 (通常为诸如存储卡这样的 非易失性存储装置)并且可以在需要时被CPU101获取。无线接口 107 (例 如，WI-FI装置或者蓝牙收发器)允许CPUIOI与外部网络进行通信，以发 送检验结果或者接收更新。GPS接收器108不断地用检验设备的地理位置更 新CPU 101。针对某些检验应用(取决于所需的地理分辨力)，所述GPS接 收器108可以在物理上正对所述传感器105放置。最后，包括加速器系统和 陀螺仪系统的嵌入式惯性导航系统109监控所述设备的三维位移并且将该数 据报告给CPU 101。通过利用该信息，CPU 101可以根据最后知晓的一组 GPS坐标来跟踪设备的位置，从而极大地扩展的本公开的数据记录系统的有 效范围。
图2示出了利用本公开的方法来检验结构202的典型便携式NDT/NDI 设备201。在该情况下，GPS接收器模块203直接位于设备传感器204的上 面，并且在每次获取检验读数时跟踪结构202上的确切点。
本公开针对具有嵌入式GPS接收器的数据记录系统定义了四个构想。 本公开的优选实施方式描述了包括所有这些构想的数据记录系统。然而，发 明人还设想了利用这些革新的任意子集的大量可选实施方式。将在下述部分 详细描述这些构想
1、随数据一起动态地记录地理标记和时间
对于每个测量读数，详细描述检验传感器的确切位置的GPS坐标以及 观测所述读数的确切时间被与检验数据一起被记录。数据分析程序(在检验 设备上运行或者在可从所述检验设备提取数据的计算机上运行)可以利用所 述地理标记而根据位置来组织和整理数据读数，而不管进行测量的顺序。
在检验点之间的距离大于嵌入式GPS接收器的分辨率的情况下，随每 个测量结果一起而被记录的地理标记可被用于唯一地识别各个读数。而且， 可以实现和显示以相对比例绘制并且结合有分析后的检验数据的检验区域 或结构的图形表示。
图3显示了对于此种情况通过使用本公开的方法而创建的典型图形检验 报告。每个检验点由图标图形301所表示并且各个检验点根据检验期间所存 储的GPS坐标而被置于检验区域302的地形区。在潜在的检验未通过(failed) 的情况下，警告符号303被置于未通过的检验点上。有关各个检验点的信息 (在此情况中为所解析的位置名称、简要数据分析以及任何警告消息)被显 示在连接到各个图标的文本框304中。
在检验点之间的距离小于嵌入式GPS接收器的分辨率的情况下，随每 个测量一起而被记录的地理标记可被用来将测量划分成预定区。可以很容易 区分在"管道A"上进行的测量与例如在"管道B"上进行的测量，极大地 简化了数据收集和分析。
图4示出了对于此种情况通过本公开的方法所创建的典型数据记录文 件。检验读数的日期列401和时间列402被列在左边。接着是三个列403、 404、 405，此三列描述了在执行检验时由嵌入式GPS装置所报告的设备的 传感器的位置。这些原始GPS坐标被解析(通过使用本实施例中的预定查 找表)成表示检验点的富有意义的文本串，该文本串被输入到下一列406。 最后两列列出了实际的检验数据407以及对该数据的分析408。
2、在预设线路点给操作者提供指示
当检验字段被适当地定义时，本发明的数据记录系统可以被预设为在特
定的检验位置向操作者提供指示。当检验设备中的嵌入式GPS装置探测到 该设备已经进入新的检验位置时，设备软件将向操作者发送警报。该警报可 以包括取决于应用需要的各种信息。当操作者步入新的检验点的范围时，特 定的测量指示、附近危险的警告或者先前的检验结果均可被发送给操作者， 从而提高了检验过程的准确性、效率以及安全。在腐蚀检验中，例如，在开 始新的测量时，结构的先前厚度区可被动态地加载到测量仪器中并且针对新 的数据提供覆盖图。这可以使得操作者能够在检验过程中观察测量数据中的 走势，从而极大地提高了他的检验工作的质量和价值。
另外，通过检验设备动态地感测其处于哪个位置，可以实现某些智能数 据记录特征。例如，可以没有用户的任何操作的情况下为新的数据项加载和 准备现场特定的数据表格或者可以产生描述性ID标签，该ID标签反映了该 位置的GPS坐标或者预先指定给该位置的别名。
3、标记结构缺陷并且向基站报警
通常在检验过程中，检验的重点为发现大型结构的任何受损部分或者缺 陷部分。例如，铁路检验通常涉及通过检验设备努力扫描数英里轨道，以发 现铁轨中的裂缝或者一些其他的缺陷。此类检验一般在两个阶段中完成。第 一阶段为相对快速且粗略的结构检验。任何不符合一套预定义的验收标准 (通常以很宽的安全容许度而被设置)的读数均被标记以用于之后的检验。 第二阶段包括对第一阶段所标记的各个部分进行更为详细的检验。本公开的 方法非常适用于此任务。
在现有技术系统中，对处于检测中的结构的可疑缺陷或者受损部分进行 标记最初是通过物理地标记该结构而实现的，而使用本公开的方法的检验设 备可以动态地记录每个这些点的确切地理位置。而且，通过使用与本发明的 数据记录系统相合作的无线网络装置或者蜂窝网络技术，警报可被立即发送
到监控台，该监控台然后可以分析信息并且由此进行响应。通过初始检验而 发现的潜在危险区可以被记录以防止任何数据丢失，并且可以将该危险区与 先前的检验扫描进行比较，以观察检验过程中的任何走势。
4、核实检验的合理性
在存在法律或规章顾虑的检验操作中(例如对阿拉斯加石油管线进行曰 常保养检验)，这对于检测操作者或者雇用该操作者的机构而言提供证据来 证实结构确实如所报告的那样被检验会变得很重要。本发明的数据记录系统 非常适于该任务。
从嵌入式GPS接收器获取的GPS坐标被存储在每个测量的数据记录的 不可编辑区。 一旦做出并且存储检验测量结果，则该信息是不可变更的，并 且同样地，对错误校正或者欺诈性数据操作是有抵抗力的。
到此为止，本公开已经描述了一种装配有嵌入式OEM GPS接收器装置 的数据记录系统。然而，发明人设想了本发明的一种替换实施方式，其中替 换为外部GPS接收器装置被用作数据记录系统的一部分。图5示出了此实 施方式。GPS接收器装置502通过数据线路503发送GPS数据到便携式 NDT/NDI设备501。该数据线路503可以采用无线数据传输协议或者硬连线 连接的形式。利用这样的外部GPS装置的数据记录系统保留了到此所描述 的公开内容的所有优点和创新部分，而且还潜在地容许了一种更为便利且成 本更低的系统。
虽然已结合其具体实施方式
描述了本发明，但对本领域技术人而言各种 其他的变动和修改以及其他用途都是很显然的。因此，优选地，本发明并不 限于此处的特定公开内容。
权利要求
1、一种用便携式无损检测设备能操作的数据记录系统，其中所述设备能用于存储所产生的且分别与沿着被测对象的多个间隔位置相关联的检测数据，所述数据记录系统包括数据存储介质；GPS接收器，提供特定位置信息；以及数据记录器，收集离散的检测数据的各个元素并且使离散的检测数据的各个元素与对应的测量点相关联，所述测量点由所述GPS接收器所提供的特定位置信息来标识。
2、 根据权利要求1所述的数据记录系统，该数据记录系统还包括惯性 导航系统。
3、 根据权利要求1所述的数据记录系统，其中与在每个测量点所获取 的检测数据相对应的空间位置信息被动态地存储。
4、 根据权利要求1所述的数据记录系统，其中每个所述测量点的空间 位置信息被存储为一组GPS坐标。
5、 根据权利要求1所述的数据记录系统，其中每个所述测量点的空间 位置信息被存储为与GPS坐标的范围相关联的文本串。
6、 根据权利要求1所述的数据记录系统，其中所述数据记录器用于将 从所述GPS接收器所获取的时间戳与所述检测数据一起进行存储。
7、 根据权利要求1所述的数据记录系统，该数据记录系统包括能用于 当使用所述系统的设备接近于检验位置时动态地进行探测的工具。
8、 根据权利要求7所述的数据记录系统，其中在靠近所述检验位置时， 所述数据记录系统提供位置特定信息给操作者。
9、 根据权利要求7所述的数据记录系统，其中在远离所述检验位置时， 所述数据记录系统能用于提供位置特定信息给操作者。
10、 根据权利要求7所述的数据记录系统，其中在靠近所述检验位置时， 所述数据记录系统能用于为新数据项提供位置特定数据文件。
11、 根据权利要求7所述的数据记录系统，其中在靠近所述检验位置时， 所述数据记录系统能用于调用位置特定历史数据。
12、 根据权利要求11所述的数据记录系统，其中所述历史数据经由无 线网络连接而从远程数据存储装置中被调用。
13、 根据权利要求1所述的数据记录系统，其中所述系统能用于动态地 记录根据预定义的危险标准而被视为危险的测量结果的空间位置。
14、 根据权利要求13所述的数据记录系统，该数据记录系统包括能用 于经由无线网络接口发送危险测量结果的数据记录的工具。
15、 根据权利要求1所述的数据记录系统，该数据记录系统包括能用于 利用由所述GPS接收器所报告的空间位置来重新构建处于检测中的结构的 几何模型的工具。
16、 根据权利要求1所述的数据记录系统，该数据记录系统包括以只读 格式存储所述空间位置信息的工具。
17、根据权利要求16所述的数据记录系统，该数据记录系统包括能用 于加密所述空间位置信息的工具。
全文摘要
一种用于无损检测/无损检验设备的具有GPS功能的数据记录系统。GPS所获得的位置数据被用于从地理上标记检验数据项，其提供了更为高效和精确的数据收集、组织以及分析。所述具有GPS功能的数据记录系统还提供一种用于在所述设备进入特定检验区时进行探测并且执行位置特定任务以帮助进行该检验的操作者的方法。
文档编号G01D9/00GK101354269SQ20081010869
公开日2009年1月28日 申请日期2008年6月4日 优先权日2007年6月4日
发明者F·康克尔, J·图米, J·斯基德莫尔, M·德鲁米 申请人:奥林巴斯Ndt公司