本发明属于无损检测技术领域，具体涉及一种基于Android设备的多通道超声探伤系统。
背景技术：
无损检测(Nondestructive testing)是指在不损害或不影响被检测对象使用性能，不伤害被检测对象内部组织的前提下，通过物理或者化学方法，利用材料内部结构存在的异常或缺陷引起的热、声、光、电、磁等物理量的变化，借助现代化的技术和设备器材，对试件内部及表面的结构、性质、状态及缺陷的类型、性质、数量、形状、位置、尺寸、分布及其变化进行检查和测试的方法。无损检测的重要性已得到公认，其主要检测方法包括射线检测、超声检测、渗透检测、磁粉检测和涡流检测等。
超声检测(UT)是指超声波在材料中能以一定的速度和方向传播，遇到声阻抗不同的异质界面(如缺陷或被测物件的底面等)就会产生反射、折射和透射等现象，通过检测反射或者透射的超声波在接收探头上所激发的电信号的能量幅值、信号宽度、时延等信息，即可测定缺陷位置、大致尺寸和形状的方法。
多通道是指，超声波探伤系统中含有多个单晶探头，探头以阵列的形式对被检测材料进行探伤的超声波探伤系统。探头会在硬件和软件的控制下，逐个对被检测材料进行探伤，从而在整体上增大了仪器的探伤区域，提高仪器的探伤效率。
目前市场上已有的多通道超声波探伤系统，都是将数据采集系统和数据处理以及波形显示系统作为一个完整的仪器设计。这一设计方法限制了仪器的数据处理能力，增加了数据的维护和存储的难度，提高了仪器的整体成本，影响了仪器的便携性。同时从硬件层和软件层两个方面限制了仪器显示界面优化的可能性。
技术实现要素：
针对现有技术中存在的问题，本发明提出一种基于Android设备的多通道超声探伤系统，该系统的数据采集部分在超声探伤数据采集外设上实现，该系统的数据处理、存储和显示部分，人机交互部分，仪器与服务器数据交互在Android设备上实现。这一系统结构设计有效降低了仪器的整体成本，增强了仪器的数据处理和存储能力，优化了波形或图形的显示界面，优化了仪器与用户的交互方式，降低了设备的整体功耗，减轻设备的整体重量，同时可以将采集到的本机数据通过Android设备上传至服务器作长时间保存以实现数据的反复查看和大数据分析。
本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：
一种基于Android设备的多通道超声探伤系统，包含：
数据采集外设，用于多通道超声探伤数据采集工作以及与Android设备进行通信；
Android设备，用于与数据采集外设进行通信，对数据采集外设采集到的数据进行存储、处理和显示，与用户实时交互，将本机数据上传至服务器，以及从服务器下载历史数据；
服务器，用于接受Android设备上传的数据，以及向Android设备提供历史数据的下载服务。
作为本发明一种基于Android设备的多通道超声探伤系统的进一步优选方案，所述数据采集外设包含：
探头阵列，用于在合适电脉冲的激励下发射超声波探测信号和将反射回来的超声波信号转化为相应的电信号；
探测信号激发电路，用于产生合适的电脉冲激励探头发射超声波；
回波信号接受电路，用于处理由反射回来的超声波信号转化得到的电信号；
逻辑控制模块，用于实现对探测信号激发电路和回波信号接收电路的逻辑控制；
存储模块，用于暂存数据采集外设中离散化后得到的回波信号和逻辑控制模块的基本配置信息；
通信接口模块，用于实现数据采集外设与Android设备间通信连接的接口。
作为本发明一种基于Android设备的多通道超声探伤系统的进一步优选方案，所述 Android设备包括：
数据接收或发送模块，用于Android设备向数据采集外设发送控制命令、控制参数和接受数据采集外设上传的离散化回波信号数据；
数据采集外设参数设置模块，用于接受用户的参数设置，将用户所设置的数据采集外设上控制参数按照约定的数据格式打包并通过接受或发送数据模块发送至数据采集外设；
数据处理模块，用于将采集到的数据转化为对应的波形或图形并在显示界面中绘制出来，具体是波形还是图形取决于用户选择的显示方式，对采集到的数据中的特征进行提取；
人机交互模块，用于引导用户设置数据采集外设控制参数和显示界面配置参数，按照用户设置的参数在显示界面中以文字或者图形的形式中提供用户需要的信息。
数据存储模块，用于采用合适的数据结构存储数据采集外设上传至Android设备的数据，为Android设备中的其它模块提供数据读取的接口；
评估模块，用于依据采集到的数据中所提取的特征与标准被检测材料对应的数据特征比较结果，给出被测被检测材料的缺陷评估报告；
Android设备与服务器交互模块，用于将Android设备上所存储的数据更新至服务器作长久保存，从服务器上下载历史数据。
作为本发明一种基于Android设备的多通道超声探伤系统的进一步优选方案，数据采集外设与Android设备之间通过USB OTG协议连接，用于实现数据采集外设与Android设备之间高速、高带宽的数据传输。
作为本发明一种基于Android设备的多通道超声探伤系统的进一步优选方案，所述通信接口模块采用并行IO接口转USB接口模块，用于实现数据采集外设与Android设备之间的 USB OTG协议连接。
作为本发明一种基于Android设备的多通道超声探伤系统的进一步优选方案，所述数据采集外设参数设置模块包括：
通道选择，用于选择探头阵列中的一个探头作为探伤探头；
扫描方式选择，用于选择A、B、C、D等扫描方式；
增益选择，用于选择对回波信号放大的倍数；
检波方式选择，用于选择对回波信号检波的方式，包括全波检波、正半波检波、负半波检波和射频检波；
滤波频率选择，用于选择对回波信号进行滤波的频带；
发射电压选择，用于选择用于超声波激发电脉冲信号的电压值和脉冲宽度；
发射频率选择，用于选择用于超声波激发电脉冲信号的频率。
作为本发明一种基于Android设备的多通道超声探伤系统的进一步优选方案，所述数据处理模块包括：
数据中的波峰个数，用于判定被检测材料是否存在缺陷；
数据中的波峰对应的时基坐标，用于判定被检测材料缺陷位置信息；
数据中波峰的高度，用于判定被检测材料缺陷的形状；
数据中波峰的宽度，用于判定被检测材料缺陷的形状。
本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
与现有多通道超声探伤仪器相比，本发明一种基于Android设备的多通道超声探伤系统，其中数据采集在数据采集外设上实现，而数据处理、存储与显示，人机交互，仪器与服务器的数据通信和被检测材料探伤的评估报告在Android设备上实现。数据采集外设和Android 设备可以通过USB OTG协议连接。这一设计理念有效降低了仪器的整体成本，增强了仪器的数据处理和存储能力，降低了设备的整体功耗，减轻设备的整体重量，优化了波形或图形的显示界面，优化了仪器与用户的交互方式，同时可以将采集到的数据通过Android设备上传至服务器作长时间保存以实现数据的反复查看和进行大数据分析。
附图说明
图1是本发明实施例示出的一种基于Android设备的多通道超声探伤系统总体架构示意图；
图2是本发明实施例示出的数据采集外设框架结构示意图；
图3是本发明实施例示出的数据采集外设数字电路以及数据采集外设与Android设备连接方式示意图；
图4是本发明实施例示出的Android设备框架结构示意图；
图5是本发明实施例示出的Android设备数据接收或发送模块组成示意图；
图6是本发明实施例示出的Android设备数据采集外设参数控制模块组成示意图；
图7是本发明实施例示出的参数控制模块中控制参数组成示意图；
图8是本发明实施例示出的Android设备数据处理模块组成示意图；
图9是本发明实施例示出的数据处理模块中数据特征组成示意图；
图10是本发明实施例示出的Android设备人机交互模块组成示意图；
图11是本发明实施例示出的Android设备数据存储模块组成示意图；
图12是本发明实施例示出的Android设备与服务器交互模块组成示意图。
具体实施方式
下面参照附图用本发明的示例性实施例对本发明进行更全面的描述和说明。
图1示出了本发明实施例对应的一种基于Android设备的多通道超声探伤系统的整体结构示意图。
如图1所示，一种基于Android设备的多通道超声探伤系统实现包括：数据采集外设101、Android设备102、服务器103。
其中数据采集外设001，主要用于多通道超声探伤数据采集工作和与Android设备通信，具体的工作包括在Android设备102所设置的控制参数下，实现超声波探测信号的激发，以及对反射回来的超声波信号进行收集和离散化的功能，并将采集到的离散化回波信号数据上传至Android设备102。
如图2所示，其中数据采集外设101又包括探头阵列201、探测信号激发电路202、回波信号接收处理电路203、逻辑控制模块204、存储模块205、通信接口模块206。
其中探头阵列201，用于实现超声波信号的激发和将反射回来的超声波信号转化为对应的电信号。例如某型号单晶探头在脉冲电信号的刺激下，由于逆压电效应，脉冲电信号所携带的电能会被转化为相应频率的向前发射的超声波信号。所述超声波信号在声阻抗不同的介质交界面会发生反射，所以当超声波在被检测材料的表面、底面和缺陷处均会发生反射，反射的超声波会被探头收集，在压电效应的控制下，探头会将反射回来的声波信号转化为相对应的电信号。所述的接受探头和发射探头是同一探头。
其中探测信号激发电路202的工作流程是：在所述参数配置完毕的逻辑控制模块204的控制下，数据采集外设依次选中相应的探头阵列每个探头。依据配置完毕的参数确定激发超声波的脉冲电信号的电压幅值和脉冲宽度，在超声波发射电路被使能的前提下，用以激发超声波的脉冲电信号被送至探头，探头在脉冲电信号的刺激下，由于逆压电效应，脉冲电信号所携带的电能会被转化为相应频率的超声波信号。
回波信号接受处理电路203工作的整体流程是，控制信号通过多路复选器多路复选器选中接受探头，接受到的回波信号经过前置放大电路的初步放大后，通过多路复选器被运送至滤波电路过滤无效的噪声，过滤后的回波信号被送至主放大电路，主放大电路将回波信号放大为合适的幅值，在这一过程中，控制信号通过控制DAC电路实时改变主放大电路的增益，使主放大电路的增益在一个采样周期内随时间的推移而不断的增大，对随距离衰减的回波信号的进行实时补偿，降低缺陷所在位置对波形的影响。随后回波信号进入检波电路进行检波，检波后的回波信号通过ADC驱动电路桥接至ADC转化电路，经过模拟数字信号转换过程后，最终转化为相应的离散化回波信号。
其中逻辑控制模块204，主要作用是接受来自上位机Android设备102的控制命令和数据采集外设的相关控制参数配置；将上位机Android设备102的参数设置写入到相关的控制参数存储模块；接受上位机Android设备102的启动和停止命令实现数据采集外设101数据采集工作的启动和停止；依据设置好的控制参数寄存器，实现对探测信号激发电路102以及回波信号接收处理电路103的逻辑控制；接受来自数据采集外设101中模拟电路板上传的离散化后的回波信号，并写入存储模块205作暂存；将存储模块205中缓存的数据通过通信接口模块206上传至Android设备端102。
其中存储模块205，其主要作用是暂存数据采集外设101中离散化后的回波信号对应的数据和存储逻辑控制模块204的基本配置信息。
如图3所示，其中逻辑控制模块205和存储模块206可以采用FPGA模块301实现。FPGA 模块301主要功能包括探测信号激发电路202和回波信号接收处理电路203流程的逻辑控制、探测信号激发电路202和回波信号接收电路203逻辑控制的相关控制参数寄存器的配置、控制通信接口模块206与Android设备102进行通信和载入初始化所需要的基本配置信息。
其中通信接口模块206可以采用并行IO接口转USB模块302实现，其主要作用是使 Android设备102与数据采集外设101之间通过USB OTG连接线303进行连接，实现Android 设备102与数据采集外设101之间通过USB OTG协议进行通信，USB OTG协议提供了较高的通信带宽以支持数据采集外设与Android设备间高速、大量的数据通信。通信的内容包括将Android设备102的控制命令、控制参数转发给数据采集外设101和将数据采集外设101 采集到的数据发送至Android设备102。
如图4所示，所述Android设备102功能模块部分包括：数据接收或发送模块401、数据采集外设控制参数设置模块402、数据处理模块403、人机交互模块404、数据存储模块405、评估模块406和Android设备与服务器交互模块407。
如图5所示，所述数据接收或发送控制模块401进一步包括：接收数据采集外设上传的数据501，用于接受数据采集外设上传的离散化回波信号数据；将Android设备中的控制命令参数下传至数据采集外设502，用于Android设备向数据采集外设发送控制命令、控制参数。
如图6所示，所述数据采集外设控制参数设置模块402进一步包括：将用户设置的控制参数按照约定的格式进行编码和打包601和通过数据接收或发送模块将编码和打包后的控制参数发送出去602。
如图7所示,所述的控制参数包括：通道选择701，用于选择探头阵列中的一个探头作为探伤探头；扫描方式选择702，用于选择A、B、C、D等扫描方式；增益选择703，用于选择对回波信号放大的倍数；检波方式选择704，用于选择对回波信号检波的方式，包括全波检波、正半波检波、负半波检波和射频检波；滤波频率选择705，用于选择对回波信号进行滤波的频带；发射电压选择706，用于选择用于超声波激发电脉冲信号的电压值和脉冲宽度；发射频率选择707，用于选择用于超声波激发电脉冲信号的频率。
如图8所示，所述数据处理模块403进一步包括：提取数据中的特征801、将采集到的波形转化为对应的波形或图形格式802和在显示界面中绘制波形或图形803。
如图9所示，所述数据中的特征801进一步包括：数据中的波峰个数901，用于判定被检测材料是否存在缺陷；数据中的波峰对应的时基坐标902，用于判定被检测材料缺陷位置信息；数据中波峰的高度903，用于判定被检测材料缺陷的形状；数据中波峰的宽度904，用于判定被检测材料缺陷的形状。
如图10所示，所述人机交互模块404进一步包括：引导用户设置控制参数和显示界面配置参数1001和依据用户设置的参数在显示界面中以文字或者图形的形式提供用户需要的信息1002。
如图11所示，所述数据存储模块405进一步包括：通过合适的数据结构存储采集到的数据1101和为Android设备中的其它模块提供数据读取的接口1102。
所述评估模块406，用于依据采集到的数据中所提取的特征与标准被检测材料对应的数据特征比较结果，给出被测被检测材料的缺陷评估报告。
如图12所示，所述Android设备与服务器交互模块进一步包括：将采集到的数据上传至服务器1201和从服务器端下载历史数据1202。
参考前述本发明示例性的描述，本领域技术人员可以知晓本发明具有以下优点：
本发明提出一种基于Android设备的多通道超声探伤系统，该系统的数据采集部分在超声探伤数据采集外设上实现，该系统的数据处理、存储和显示部分，人机交互部分，仪器与服务器数据交互部分在Android设备上实现。这一系统结构设计有效降低了仪器的整体成本，增强了仪器的数据处理和存储能力，降低了设备的整体功耗，减轻设备的整体重量，优化了波形或图形的显示界面，优化了仪器与用户的交互方式，同时可以将采集到的本机数据通过 Android设备上传至服务器作长时间保存以实现数据的反复查看和大数据分析。
尽管本发明此处具体化一些特定的例子示出和描述，然而本发明不限制于所示出的细节，因为在不偏离本发明的精神以及在权利要求的范围和等同范围内，可以做出多种改进和结构变化。因此，宽范围地并且如同权利要求中所阐明的在某种意义上与本发明的范围一致地解释附加的权利要求是适当的。