一种基于移动终端的便携式智能无损检测系统和探伤方法与流程

本发明涉及超声探测领域，具体的涉及一种基于移动终端的便携式智能无损检测系统和探伤方法。

背景技术：

随着现代工业的迅速发展，无损检测已经成为很多领域中不可或缺的一项重要技术。无损检测可以有效地提高结构或设备的安全性和可持续性，大大降低了运营及维护成本。超声检测是诸多无损检测方法中最重要以及应用最广泛的一种。通过对超声信号的处理与分析，大量关于结构健康的信息可以被揭示。在当今无损检测领域，开发智能化便携式超声无损检测设备已然成为趋势。

大多数现有便携式超声检测设备都基于PC平台，并在此平台上开发、配备相应的硬件及软件以实现数据采集、信号处理分析、结果可视化等功能。由于PC技术已相当成熟，此种方法相对较容易实施。超声检测的应用多为野外、现场勘测。因此，PC机本身相对较大的体积以及相对较高重量使得此类设备并未真正实现“便携”这一概念，同时制约了应用范围、工作效率、以及测量精度。另外，基于PC平台的超声检测设备的其他缺点包括开发周期长、造价昂贵、调试困难等。

技术实现要素：

本发明针对现有技术的不足设计了一种基于移动终端的便携式智能无损检测系统和探伤方法，通过一种轻量化的解决方案，在保证系统的稳定性以及抗干扰能力的同时，提高超声检测的应用范围、工作效率、以及测量精度。

本发明为实现以上目的，采用如下方案：一种基于移动终端的便携式智能无损检测系统，包括移动终端、蓝牙超声附件和云端服务器，所述移动终端包括蓝牙通信模块、前端参数模块、系统设置模块、信号处理模块、云服务模块、结果显示模块和存储管理模块，所述蓝牙通信模块向所述超声蓝牙附件传递命令和读取测量数据，所述前端参数模块用于识别探头类型，接收触屏输入，翻译成相关命令，通过蓝牙向前端硬件传递参数和控制命令，所述系统设置模块用于设置系统参数，所述信号处理模块用于将所述蓝牙超声附件所测量的信号进行预处理，所述云服务模块与所述云端服务器建立通信并传递数据，所述结果显示模块用于显示结果图像和探伤报告，所述存储管理模块用于存储数据，所述蓝牙超声附件进行超声探测和采集测量数据，所述云端服务器接收所述移动终端传递的数据进行计算并将结果返回至所述移动终端。

进一步的，所述蓝牙超声附件包括蓝牙芯片、微处理器、电池、FIFO存储器、CPLD芯片、发射电路、增益电路、AD采样电路和超声探头，所述蓝牙芯片与所述移动终端建立蓝牙连接，所述CPLD芯片包括脉冲控制模块、增益控制模块、AD采样控制模块、数据流控制模块、FIFO控制模块、ARM接口模块，所述脉冲控制模块与所述发射电路连接，所述增益控制模块与所述增益电路连接，所述AD采样控制模块与所述AD采样电路连接，所述数据流控制模块的输入端与所述AD采样电路的输出端连接，所述数据流控制模块的输出端与FIFO控制模块的输入端连接，所述FIFO控制模块的输出端与所述FIFO存储器连接，所述微控制器通过ARM控制接口与CPLD芯片连接，所述发射电路与所述超声探头连接，所述超声探头的输出端与所述增益电路连接，所述增益电路的输出端与所述AD采样电路连接，所述微处理器与所述FIFO存储器连接，用于读取测量数据，所述微处理器与所述蓝牙芯片连接，用于接收所述移动终端发送的控制命令和上传测量数据至所述移动终端，所述电池为整个蓝牙超声附件供电。

进一步的，所述蓝牙芯片为CC2540或CC2541，所述微处理器为STM32。

进一步的，所述云端服务器包括网络模块、CPU、内存和存储系统，所述移动终端通过网络模块与所述云端服务器连接。

进一步的，所述云端服务器上运行有智能超声检测算法和大数据分析算法。

进一步的，所述信号处理模块对信号的预处理包括信号调整、信号滤波和快速傅里叶变换。

本发明还提出了一种探伤方法，其步骤包括：

1)运行在移动终端上的智能探伤软件进行初始化，主要调用包括移动终端的蓝牙模块和触摸显示屏，触摸显示屏显示智能探伤软件的菜单界面，准备接受用户的触屏输入；

2)智能探伤软件控制移动终端的蓝牙模块与蓝牙超声附件建立蓝牙通信；

3)智能探伤软件识别蓝牙超声附件所连接的超声探头，进入探头设置界面，用户通过在探头设置界面输入系统设置参数和智能探伤软件调用探伤记录，生成对蓝牙超声附件的控制命令；

4)用户选择扫描类型，智能探伤软件负责调用不同扫描类型的控制命令；

5)智能探伤软件通过蓝牙传输方式，将探头设置和扫描类型的控制命令传输给蓝牙超声附件，蓝牙超声附件的STM32芯片接收控制命令，根据控制命令，STM32芯片通过ARM控制接口与CPLD芯片相连接，通过对CPLD芯片内各控制单元的设置，实现对底层硬件：发射电路、增益电路、AD采样电路和FIFO控制器的设置；

6)蓝牙超声附件在接收到控制命令后，控制发射电路激发超声探头，超声回波激发超声探头产生回波信号，回波信号经过增益电路进入AD采样电路转换成数字信号，数字信号经过CPLD芯片的控制被存储进FIFO存储器，STM32芯片读取FIFO存储器内的数字信号，通过CC2540/CC2541蓝牙芯片发送给移动终端；

7)移动终端在接收到数字信号后，移动终端的DSP对数字信号进行预处理，包括信号滤波、信号放大以及傅里叶变换等；

8)智能探伤软件将预处理之后的信号通过移动网络或者Wi-Fi上传至云端服务器，所上传的数据被输入云端数据库和云端算法库，云端服务器根据所上传的数据，调用相关的大数据分析算法和智能探伤算法，智能探伤算法用于计算测量结果，大数据分析算法用于预测被测物体的剩余使用寿命和测得缺陷的生长趋势，服务器根据大数据分析算法的计算结果和智能探伤算法的计算结果生成详细的测量结果，并且通过网络模块通知移动终端；

9)移动终端1上运行的智能探伤软件通过移动网络或者Wi-Fi下载云端服务器所生成的结果，结果在触摸显示屏上直接显示给用户，同时智能探伤软件根据计算结果，生成详细的探伤报告，存储进移动终端的存储系统，以供用户随时查阅。

本发明和现有技术相比，具有如下优点和有益效果：

1、采用移动终端代替传统PC，具有便携性，由于需要长时间暴露在网络信号下，移动设备内部的硬件都具有很高的抗电磁干扰能力，另外，移动设备上的触摸式显示屏大大降低了人机交互的难度；

2、蓝牙超声附件采取极度轻量化设计，旨在完成数据传输、信号发射及采集等核心功能，移动终端与蓝牙超声附件的连接由蓝牙完成，以避免对物理连接线以及电压匹配的需求；

3、云端服务器与移动终端通过移动网络或Wi-Fi连接，用于储存超声检测算法及对超声信号的检测运算，此举避免在移动终端进行检测运算对电池带来的负荷，同时，云端服务器将提供给开发者和终端用户一个有效的交流平台，开发者可轻松更新检测算法，终端用户可及时享用，云端服务器亦用于储存历史数据及进行大数据处理，大数据分析结果有助于开发者研发更有效的检测算法，也可为终端用户在新的设备、结构设计中提供参考数据；

4、由于云端服务器的算法可以实时更新，用户不必升级硬件设备即可获得更高精度的测量结果，既方便用户使用也节省了用户的成本。

附图说明

图1为系统架构图；

图2为移动终端的原理示意图；

图3为移动终端系统功能模块示意图；

图4为云端服务器的原理示意图；

图5为蓝牙超声附件的硬件模块原理图；

图6为本发明用于无损检测的方法流程图；

图中：1:移动终端；2：智能探伤软件；3：云端服务器；4：蓝牙超声附件；5：CC2540/CC2541蓝牙芯片；6：STM32芯片；7：CPLD芯片；8：发射电路；9：超声探头；10：增益电路；11：AD采样电路；12：FIFO存储器；13：电池。

具体实施方式

如图1所示，一种基于移动终端的便携式智能无损检测系统，包括移动终端1、蓝牙超声附件4和云端服务器3，移动终端1作为系统主体和人机交互工具，通过蓝牙模块与所述蓝牙超声附件4连接，蓝牙超声附件4连接有超声探头用来进行超声探测和采集测量数据，智能探伤软件2运行在所述移动终端1上并且通过移动网络或者Wi-Fi与云端服务器3连接。

如图2所示，所述的移动终端1指的是可以在移动中使用的计算机设备，主要包括手机、平板电脑、笔记本、智能手表等，其内部的控制核心SoC(System-on-a-Chip)集成了CPU、GPU、DSP、内存、网络模块以及无线通信模块。在软件系统上，所述的移动终端1必须具备操作系统，如iOS、Android、Ubuntu、Windows10等。本发明主要使用移动终端1的DSP作为控制核心，读取用户在触摸显示屏上的输入信号，通过蓝牙模块与蓝牙超声附件4连接，与RAM连接进行直接通信，控制GPU在显示屏上显示结果图像，DSP通过网络模块以移动网或者Wi-Fi的方式与云端服务器3连接。DSP与外部存储系统(如ROM、硬盘等)连接，同时与外部通信接口(如USB口等)连接。本发明的移动终端1负责人机交互、硬件控制、信号预处理、数据上传、数据下载、结果显示和结果存储，并不负责结果运算，所有的结果运算在云端服务器3完成。

如图3所示，所述移动终端包含有：蓝牙通信模块、前端参数模块、系统设置模块、云服务模块、结果显示模块和存储管理模块。蓝牙通信模块通过蓝牙4.0协议与蓝牙超声附件4建立蓝牙通信，向超声蓝牙附件4传递命令和读取测量数据。使用蓝牙方式进行通信可以保证移动终端1在蓝牙通信的同时，通过移动网络或者Wi-Fi连接互联网。前端参数模块用于识别探头类型，接收触屏输入，翻译成相关命令，通过蓝牙向前端硬件传递参数和控制命令。系统设置模块主要完成一些常规的系统设置功能，包括语言设置、时间日期设置及屏幕亮度调节等。信号处理模块用于将蓝牙超声附件4所测量的信号进行预处理，包括信号调整、信号滤波和快速傅里叶变换等。云服务模块用于与云端服务器3建立通信，上传测量数据和下载云端计算的结果。结果显示模块用于显示结果图像和探伤报告。存储管理模块与手机存储系统连接，在手机内部建立数据库，用来保存测量数据和探伤报告。

如图4所示，所述的云端服务器3是一个服务器集群，主要由网络模块、CPU、内存和存储系统组成，智能超声检测算法和大数据分析算法的运行由云端服务器3完成。智能超声检测算法用于计算由移动终端1上传的数据。大数据分析算法是根据移动终端1上传的数据和云端服务器3的存储器内海量的用户数据，预测缺陷的生长趋势和被测物体的剩余使用寿命。云端服务器3结合智能超声检测算法和大数据分析算法为本发明提供快速和高精度的结果运算。由云端服务器进行结果计算的优势在于云端服务器的智能超声算法和大数据分析算法可以实时更新，而用户并不需要更新硬件设备即可获得更高精度的测量结果。移动终端1通过网络模块与云端服务器3连接。

如图5所示，所述的蓝牙超声附件4，包括蓝牙芯片5、微处理器6、电池13、FIFO存储器12、CPLD芯片7、发射电路8、增益电路10、AD采样电路11和超声探头9，本实施方式中所述蓝牙芯片采用CC2540或CC2541，所述微处理器采用STM32。所述蓝牙芯片5与所述移动终端1建立蓝牙连接，所述CPLD芯片7包括脉冲控制模块、增益控制模块、AD采样控制模块、数据流控制模块、FIFO控制模块、ARM接口模块，所述脉冲控制模块与所述发射电路8连接，所述增益控制模块与所述增益电路10连接，所述AD采样控制模块与所述AD采样电路11连接，所述数据流控制模块的输入端与所述AD采样电路11的输出端连接，所述数据流控制模块的输出端与FIFO控制模块的输入端连接，所述FIFO控制模块的输出端与所述FIFO存储器12连接，所述微控制器6通过ARM控制接口与CPLD芯片7连接，通过对CPLD芯片内各控制单元的设置，实现对发射电路8、增益电路10、AD采样电路11和FIFO存储器12的全程控制。所述发射电路8与所述超声探头9连接，控制超声波的激发。所述超声探头9的输出端与所述增益电路10连接，所述增益电路10的输出端与所述AD采样电路11连接，增益电路10用来调整超声波返回探头所产生探测信号，以适应AD采样电路的采样范围，AD采样电路11将采集到的模拟信号转换成数字信号。所述微处理器6与所述FIFO存储器12连接，用于读取测量数据，所述微处理器6与所述蓝牙芯片5连接，用于接收所述移动终端1发送的控制命令和上传测量数据至所述移动终端1，所述电池13为整个蓝牙超声附件4供电。

如图6所示，为本发明用于无损检测的方法流程图，本发明还提出了一种不同于传统超声探伤仪基于本地运算的探伤方法，该新探伤方法具体步骤包括：

10)运行在移动终端1上的智能探伤软件2进行初始化，主要调用包括移动终端1的蓝牙模块和触摸显示屏，触摸显示屏显示智能探伤软件2的菜单界面，准备接受用户的触屏输入。

11)智能探伤软件2控制移动终端1的蓝牙模块与蓝牙超声附件4建立蓝牙通信。

12)智能探伤软件2识别蓝牙超声附件4所连接的超声探头9，进入探头设置界面，用户通过在探头设置界面输入系统设置参数和智能探伤软件2调用探伤记录，生成对蓝牙超声附件4的控制命令。

13)用户选择扫描类型，智能探伤软件2负责调用不同扫描类型的控制命令。

14)智能探伤软件2通过蓝牙传输方式，将探头设置和扫描类型的控制命令传输给蓝牙超声附件4，蓝牙超声附件4的STM32芯片接收控制命令。根据控制命令，STM32芯片通过ARM控制接口与CPLD芯片7相连接，通过对CPLD芯片内各控制单元的设置，实现对底层硬件：发射电路8、增益电路10、AD采样电路11和FIFO控制器12的设置。

15)蓝牙超声附件4在接收到控制命令后，控制发射电路8激发超声探头9，超声回波激发超声探头9产生回波信号，回波信号经过增益电路10进入AD采样电路11转换成数字信号，数字信号经过CPLD芯片的控制被存储进FIFO存储器12。STM32芯片读取FIFO存储器12内的数字信号，通过CC2540/CC2541蓝牙芯片发送给移动终端1。

16)移动终端1在接收到数字信号后，移动终端1的DSP对数字信号进行预处理，包括信号滤波、信号放大以及傅里叶变换等。

17)智能探伤软件2将预处理之后的信号通过移动网络或者Wi-Fi上传至云端服务器3，所上传的数据被输入云端数据库和云端算法库，云端服务器3根据所上传的数据，调用相关的大数据分析算法和智能探伤算法，智能探伤算法用于计算测量结果，大数据分析算法用于预测被测物体的剩余使用寿命和测得缺陷的生长趋势。云端服务器3根据大数据分析算法的计算结果和智能探伤算法的计算结果生成详细的测量结果，并且通过网络模块通知移动终端1。

18)移动终端1上运行的智能探伤软件2通过移动网络或者Wi-Fi下载云端服务器3所生成的结果。将结果在触摸显示屏上直接显示给用户，同时智能探伤软件2根据计算结果，生成详细的探伤报告，存储进移动终端1的存储系统，以供用户随时查阅。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。