一种基于云平台的集成非破坏性检测装置及方法与流程

本发明涉及非破坏性检测技术，具体的一种基于云平台的集成非破坏性检测装置及方法。

背景技术

文物是有价值的人类历史文化的遗存物。各类文物从不同的侧面反映了各个历史时期人类的社会活动、社会关系、意识形态以及利用自然、改造自然和当时生态环境的状况，这些都是人类宝贵的历史文化遗产。文物产生于一定的历史环境，在自然和历史的发展变迁中，产生这样或那样的变化，有的甚至难识真面目，给人们认识它的年代与价值造成很大困难。特别在人类历史上，人们出于各种目的，对文物制作了大量复制品或伪品，在我们所遇到的“文物”中，往往真真假假，鱼龙混杂。还有一些文物，在物换星移的漫长岁月中，其本来面目被掩盖了，人们对它难以正确地认识，因此，在使用文物之前，最首要的任务就是鉴定，文物鉴定是文物管理工人的基础和技术前提。

文物由于具有很高的历史文化传承价值和经济及观赏价值，越来越多的人购买和收藏文物，造成大量的假货、赝品充斥市场，因而文物的鉴别也越越来越受到社会各界广泛关注。

目前常用的文物鉴定方法是非破坏性检测技术，它在不破坏待测物质原来的状态、化学性质等前提下，利用声、光、磁、电等特性，测试出待测物的内部性质、结构、元素构成、是否有缺损、缺损大小、产品年代、质地等信息，从而在总体上判断被检测物的真伪、好坏和功能状况。

非破坏性检测技术用于文物、考古、收藏等。用于文物鉴定的非破坏性检测分析或鉴定技术也包括多种，x射线检测技术用于古陶瓷化学成分分析、金属质文物的元素含量、壁画材料成分分析、文物年代产地的判断。显微激光拉曼光谱用于文物颜料和古青铜器的分析；使用热释光法可测定文物的年代；用激光全息技术来检测青铜器、陶瓷器文物的损伤状况等等，这些方法都可以在对文物无损或微损的情况下，对其进行分析和鉴定。

文物科技鉴定运用科学方法分析、辨识文物年代、真伪、质地、用途和价值的过程。在各种鉴定过程中，非破坏性检测技术目前呈现出快速发展的趋势。由于文物产生的年代久远，材质大多比较脆弱易损，采用非破坏性检测技术，能够获得对文物或古代器物的真伪、古物材质等方面的信息。

非破坏性检测技术能够获得对文物或古代器物的真伪、古物材质等方面的信息部分原因是因为储存了辐射能量的结晶固体接受外界热或光的激发后，晶体内部的储能电子复位并以释放光子的方式消除其储存的能量，产生的释光中，受热的激发而释放的光子是热释光，受光的激发而释放的光子是光释光，结晶固体的释光子反映了结晶固体的本质特征，被激发出来的光子随结晶固体的本质即晶体的组成成分、结构以及晶体中所含的杂质离子的种类和含量等的不同而不同。

目前虽然已经有了释光谱仪即热释光谱仪和光释光谱仪以及x射线对文物进行鉴定，但是释光谱仪和x射线检测各有优劣，难以将其各自的优势集中起来，而且现有的光谱仪探头都是固定的，无法实现探头的任意移动，从而对文物的整体进行检测，难以准确地辨识文物年代、真伪、质地、用途等属性，尤其当有人对文物进行断裂残损器修复作伪，造假者将残片进行焊接，用铜片或者树脂补缺后表面做旧，对于这种情况，仅仅对特定部分进行局部检测，很容易使造假者以假乱真，再者，现有技术对释光光子以及射线进行测定和分析都是基于固定的数据，无法实现数据实时更新和共享。

技术实现要素：

为解决现有技术存在的问题，本发明目的是提供一种设计合理、结构简单、安装操作方便、能够无损测试各种大小异型考古文物，通用性强的集成非破坏性检测装置及方法。

本发明提供了一种基于云平台的集成非破坏性检测装置，包括检测装置本体，控制中心，无线传输单元，云端数据库，三夹爪六自由度机械臂，热释光单元，光释光单元，x射线单元；其特征在于，检测装置本体包括防辐射外壁、控制面板、液晶显示屏，控制面板、液晶显示屏固定安装在防辐射外壁上且与控制中心连接，控制面板包括热释光检测、光释光检测、x射线检测选项以及三夹爪六自由度机械臂指令输入单元，液晶显示屏用于显示检测信息，检测装置本体底部设置有可转动的样品盘，检测装置本体上部设置有三夹爪六自由度机械臂，三夹爪六自由度机械臂包括夹持部、运动机构和控制系统，夹持部包括第一夹爪、第二夹爪、第三夹爪，夹持部与运动机构端部可转动的连接，其中第一夹爪可拆卸的连接热释光单元，第二夹爪可拆卸的连接光释光单元，第三夹爪可拆卸的连接x射线单元，运动机构用于使夹持部完成各种转动、移动或复合运动来实现规定的动作、改变被抓持部件的位置和姿势，控制系统在控制中心的控制下控制运动机构完成设定的动作；控制中心连接热释光单元、光释光单元、x射线单元、无线传输单元以及三夹爪六自由度机械臂的控制系统，控制中心可以接收用户从控制面板输入的指令，并控制运动机构及夹持部移动到指定的位置，启动指令选择的激发单元，对从热释光单元、光释光单元、x射线单元得到的信号进行数据处理，将处理后的数据通过无线传输单元，上传到云端数据库，通过将处理后的数据与数据库包含的数据对比，从而实现样品的识别，对识别后的数据信息通过液晶显示屏反馈给用户；热释光单元包括加热器、光电倍增管、滤波器、直流放大器、电流/频率变换器，电流/频率变换器与控制中心相连接；热释光单元还包括温度控制装置，具体的，所述温度控制装置包括壳体、温度传感器、加热制冷器、温度控制器，所述温度传感器能将温度转换成电信号，并传输给温度控制器，所述温度传感器被内嵌在样品盘中，用来测试样品的温度信息，所述加热制冷器能将样品盘加热升温和制冷降温，根据温度传感器反馈的温度信息与设定值的差异来进行加热或者降温，使样品台盘温度达到设定温度；光释光单元包括激发光源、光电倍增管、滤波器、直流放大器、电流/频率变换器，电流/频率变换器与控制中心相连接，激发光源可以是激光或冷光光源；x射线单元包括x射线发生器、高压发生器、x射线探测器、放大器、模数转换器，x射线发生器与高压发生器相连接，放大器与模数转换器相连接，数模转换器与控制中心相连接。

优选的，所述云端数据库是将大量通过科学发掘和部分传世的陶瓷、玉器、青铜器等作为标准器，将标准器的特征参数按年代排序收集到数据库中，其数据可以实时更新，云端数据库集成了智能分析功能，可以实现数据匹配、对比、分析。

本发明还提供了一种基于云平台的集成非破坏性检测装置的检测方法，具体步骤为：(1)将待检测样品放入测装置本体内的可转动样品盘上，测试人员通过控制面板自主选择对待检测样品进行热释光检测、光释光检测或者x射线检测；(2)测试人员通过控制面板输入指令控制三夹爪六自由度机械臂切换相应的检测单元并将其移动到指定的位置，启动相应的检测单元；其中，当选择为热释光单元时，开启加热器，将样品加热到指定的温度；当选择为光释光单元时，开启激发光源；由样品发出的光经过光路以后被光电倍增管接收，光电倍增管转换的电信号经过滤波器滤波去噪，再经电流/频率变换器后成为发光量计数脉冲信号，控制中心进行信号处理并实现最终的信号输出；当选择为x射线单元时，x射线发生器发出x射线激发待测样品，使待测样品中释放出特征x射线，这些特征x射线进入x射线探测器并产生脉冲信号，经过放大器的放大与脉冲成形，送入模数转换器，模数转换器将模拟信号转换成数字量并将数据发送给控制中心进行处理；(3)控制中心对从热释光单元、光释光单元、x射线单元得到的信号进行处理并通过无线传输单元上传到云端数据库，通过将处理后的数据与云端数据库包含的数据对比，从而实现样品的识别，并将识别后的信息通过无线传输单元传回控制中心，通过液晶显示屏反馈给用户。

本发明的有益效果：本发明通过热释光单元、光释光单元、x射线单元集成到一个系统中，优化检测系统的功能和用户的选择，用户可以根据需求选择合适的检测单元，充分利用不同的检测单元的优势，同时，通过增加三夹爪六自由度机械臂，实现了探头可以任意移动，可以对诸如金银铜器、鎏金、象牙、琥珀蜜蜡、玻璃、翡翠、玉器、瓷器等文物的任意位置进行检测，提高了系统的鉴伪、检测水平。本发明在信号处理时同时提取多种类型参数，实现了特征提取的多样性，而且通过云端数据库实现了数据实时更新和共享，大大提高了检测的准确度。

附图说明

图1是本发明的一种基于云平台的集成非破坏性检测装置的工作原理示意图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

参照图1所示，图中给出的一种基于云平台的集成非破坏性检测装置，包括检测装置本体，控制中心100，无线传输单元200，云端数据库300，三夹爪六自由度机械臂，热释光单元，光释光单元，x射线单元。

检测装置本体包括防辐射外壁、控制面板、液晶显示屏，控制面板、液晶显示屏固定安装在防辐射外壁上且与控制中心连接，控制面板包括热释光检测、光释光检测、x射线检测选项以及三夹爪六自由度机械臂指令输入单元，检测人员可以人工选择不同的检测方式或者人工输入指令，控制中心也可以集成现有的智能语音识别系统，即检测人员可以语音选择或输入指令，智能语音识别系统进行分析并执行指令内容，液晶显示屏用于显示检测信息，检测装置本体底部设置有可转动的样品盘500，检测装置本体上部设置有三夹爪六自由度机械臂，三夹爪六自由度机械臂包括夹持部、运动机构和控制系统，夹持部包括第一夹爪、第二夹爪、第三夹爪，夹持部与运动机构端部可转动的连接，其中第一夹爪可拆卸的连接热释光单元，第二夹爪可拆卸的连接光释光单元，第三夹爪可拆卸的连接x射线单元，运动机构可以采用两轴或多轴，运动机构用于使夹持部完成各种转动、移动或复合运动来实现规定的动作、改变被抓持部件的位置和姿势，控制系统在控制中心的控制下控制运动机构完成设定的动作。

检测装置本体还包括样品室和样品室门，样品室的尺寸可以根据需要进行设置，样品室门铰接在密封样品室上，在样品室内部设有照明装置、样品盘和第一摄像头，照明装置安装在样品室的顶部，用于样品室照明及摄像照明，第一摄像头安装在密封样品室的右侧壁上，在样品室上开设有出口，在样品室的底部设有第二摄像头，第一摄像头和第二摄像头均连接控制中心，可以在控制中心的控制下转动并能够将录像数据实时传输给控制中心。

在样品室门上设有样品观察玻璃和门把手，观察玻璃位于样品室门的中间，用于观察样品放置位置及射线防护作用，门把手的设置方便打开或关闭样品室门。

控制中心100连接热释光单元、光释光单元、x射线单元、无线传输单元200以及三夹爪六自由度机械臂的控制系统，控制中心可以接收用户从控制面板输入的指令，并控制运动机构及夹持部移动到指定的位置，启动指令选择的激发单元，比如，若用户选择热释光单元，则控制中心启动加热器，对文物的指定部分进行加热；若用户选择光释光单元，则则控制中心启动加热器启动激发光源400，对文物的指定部分进行照射；若用户选择x射线单元，则则控制中心启动x射线发生器600，对文物的指定部分发射x射线，控制中心100对从热释光单元、光释光单元、x射线单元得到的信号进行数据处理，将处理后的数据通过无线传输单元200，上传到云端数据库300，通过将处理后的数据与数据库包含的数据对比，从而实现样品的识别，对识别后的数据信息通过液晶显示屏反馈给用户。

控制中心100对从热释光单元、光释光单元、x射线单元得到的信号进行数据处理的方法包括：时域、频域、信息熵以及数学形态学分形维数的广义估算，时域参数包括：峰值、均值、方差、脉冲指标、裕值指标、脉冲指标；频域参数包括：均方根频率、频率标准差；数学形态学分形维数包括：盒维数、关联维数以及信息维数。

热释光单元包括加热器700、光电倍增管、滤波器、直流放大器、电流/频率变换器，电流/频率变换器与控制中心相连接；光释光单元包括激发光源400、光电倍增管、滤波器、直流放大器、电流/频率变换器，电流/频率变换器与控制中心相连接，激发光源可以是激光、冷光光源或者高亮度蓝色发光二极管阵列作为激发光源，使用者可以通过应用程序根据测量需要控制光源强度；热释光单元和光释光单元对发射光子探测使用的技术手段是相同的，都是使用以光电倍增管为核心器件的光子探头为探测装置，光子探头安装在光子收集室上，光子探头将探测到的光子信号转化成电脉冲，然后经放大整形输入到计算机进行分析和处理，也可以采用高灵敏度ccd探测三维光谱测量模式下样品的发光，得到同时包含波长、发光强度和温度(tl)或时间(osl)信息的光谱，由样品发出的光经光栅分光以后形成光谱，被高灵敏度的ccd采集后转换为电信号，再经过高速a/d变换器，将光谱图像模拟信号变为可以直接用计算机进行数据处理的数据信号。

热释光单元还包括温度控制装置，具体的，温度控制装置包括壳体、温度传感器、加热制冷器、温度控制器。所述温度传感器能将温度转换成电信号，并传输给温度控制器，从而感知被测样品温度信息，该温度传感器被内嵌在样品盘中，用来测试样品的温度信息，所述加热制冷器能将样品盘加热升温和制冷降温，根据温度传感器反馈的温度信息与设定值的差异来进行加热或者降温，使样品台盘温度达到设定温度。设置温度控制装置的目的是由于热释光单元的加热器并不能对样品底部进行良好的加热，通过将温度传感器内嵌在样品盘中可以实现对样品底部进行加热并对加热温度进行良好的控制，更好的实现对样品的整体检测。

x射线单元包括x射线发生器600、高压发生器、x射线探测器800、放大器、模数转换器，x射线发生器与高压发生器相连接，x射线探测器800位于x射线发生器激发射线的最佳反射角的位置上，放大器与模数转换器相连接，模数转换器与控制中心100相连接。具体使用时，将样品放置于样品盘的测试位置上，x射线发生器发出x射线到达待测样品，使待测样品中各个元素的原子中的核外电子(特别是k层电子)受激发而放出，并且在原来位置产生一个空穴，此时外层电子(特别是l层电子)就会填充这个空穴位置，多余的能量就以x射线的形式放出，这些x射线进入x射线探测器产生脉冲信号，经过放大器310的放大与脉冲成形，送入模数转换器，模数转换器将模拟信号转换成数字量，送入控制中心100进行数据处理。

本发明工作时将待检测样品放入测装置本体内的可转动样品盘上，测试人员通过控制面板自主选择对待检测样品进行热释光检测、光释光检测或者x射线检测；测试人员通过控制面板或语音输入指令控制三夹爪六自由度机械臂切换相应的检测单元并将其移动到指定的位置，启动相应的检测单元；其中，当选择为热释光单元时，开启加热器，将样品加热到指定的温度；当选择为光释光单元时，开启激发光源；由样品发出的光经过光路以后被光电倍增管接收，光电倍增管转换的电信号经过滤波器滤波去噪，再经电流/频率变换器后成为发光量计数脉冲信号，控制中心进行信号处理并实现最终的信号输出；当选择为x射线单元时，x射线发生器发出x射线激发待测样品，使待测样品中释放出特征x射线，这些特征x射线进入x射线探测器并产生脉冲信号，经过放大器的放大与脉冲成形，送入模数转换器，模数转换器将模拟信号转换成数字量并将数据发送给控制中心进行处理；控制中心对从热释光单元、光释光单元、x射线单元得到的信号进行处理并通过无线传输单元上传到云端数据库，通过将处理后的数据与云端数据库包含的数据对比，从而实现样品的识别，并将识别后的信息通过无线传输单元传回控制中心，通过液晶显示屏反馈给用户。

综上所述，本发明通过热释光单元、光释光单元、x射线单元集成到一个系统中，优化检测系统的功能和用户的选择，用户可以根据需求选择合适的检测单元，充分利用不同的检测单元的优势，同时，通过增加三夹爪六自由度机械臂，实现了探头可以任意移动，可以对文物的整体进行检测，提高了系统的鉴伪、检测水平，而且通过云端数据库实现了数据实时更新和共享，大大提高了检测的准确度。可以对各种大小尺寸、各种形状的考古文物样品进行检测，鉴别真伪，可分析样品包含的元素含量，并根据该文物的成分含量自动判断出其制作年代。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。