本發(fā)明涉及超聲探測領域，具體的涉及一種基于移動終端的便攜式智能無損檢測系統(tǒng)和探傷方法。

背景技術：

隨著現(xiàn)代工業(yè)的迅速發(fā)展，無損檢測已經(jīng)成為很多領域中不可或缺的一項重要技術。無損檢測可以有效地提高結構或設備的安全性和可持續(xù)性，大大降低了運營及維護成本。超聲檢測是諸多無損檢測方法中最重要以及應用最廣泛的一種。通過對超聲信號的處理與分析，大量關于結構健康的信息可以被揭示。在當今無損檢測領域，開發(fā)智能化便攜式超聲無損檢測設備已然成為趨勢。

大多數(shù)現(xiàn)有便攜式超聲檢測設備都基于PC平臺，并在此平臺上開發(fā)、配備相應的硬件及軟件以實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、信號處理分析、結果可視化等功能。由于PC技術已相當成熟，此種方法相對較容易實施。超聲檢測的應用多為野外、現(xiàn)場勘測。因此，PC機本身相對較大的體積以及相對較高重量使得此類設備并未真正實現(xiàn)“便攜”這一概念，同時制約了應用范圍、工作效率、以及測量精度。另外，基于PC平臺的超聲檢測設備的其他缺點包括開發(fā)周期長、造價昂貴、調(diào)試困難等。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對現(xiàn)有技術的不足設計了一種基于移動終端的便攜式智能無損檢測系統(tǒng)和探傷方法，通過一種輕量化的解決方案，在保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性以及抗干擾能力的同時，提高超聲檢測的應用范圍、工作效率、以及測量精度。

本發(fā)明為實現(xiàn)以上目的，采用如下方案：一種基于移動終端的便攜式智能無損檢測系統(tǒng)，包括移動終端、藍牙超聲附件和云端服務器，所述移動終端包括藍牙通信模塊、前端參數(shù)模塊、系統(tǒng)設置模塊、信號處理模塊、云服務模塊、結果顯示模塊和存儲管理模塊，所述藍牙通信模塊向所述超聲藍牙附件傳遞命令和讀取測量數(shù)據(jù)，所述前端參數(shù)模塊用于識別探頭類型，接收觸屏輸入，翻譯成相關命令，通過藍牙向前端硬件傳遞參數(shù)和控制命令，所述系統(tǒng)設置模塊用于設置系統(tǒng)參數(shù)，所述信號處理模塊用于將所述藍牙超聲附件所測量的信號進行預處理，所述云服務模塊與所述云端服務器建立通信并傳遞數(shù)據(jù)，所述結果顯示模塊用于顯示結果圖像和探傷報告，所述存儲管理模塊用于存儲數(shù)據(jù)，所述藍牙超聲附件進行超聲探測和采集測量數(shù)據(jù)，所述云端服務器接收所述移動終端傳遞的數(shù)據(jù)進行計算并將結果返回至所述移動終端。

進一步的，所述藍牙超聲附件包括藍牙芯片、微處理器、電池、FIFO存儲器、CPLD芯片、發(fā)射電路、增益電路、AD采樣電路和超聲探頭，所述藍牙芯片與所述移動終端建立藍牙連接，所述CPLD芯片包括脈沖控制模塊、增益控制模塊、AD采樣控制模塊、數(shù)據(jù)流控制模塊、FIFO控制模塊、ARM接口模塊，所述脈沖控制模塊與所述發(fā)射電路連接，所述增益控制模塊與所述增益電路連接，所述AD采樣控制模塊與所述AD采樣電路連接，所述數(shù)據(jù)流控制模塊的輸入端與所述AD采樣電路的輸出端連接，所述數(shù)據(jù)流控制模塊的輸出端與FIFO控制模塊的輸入端連接，所述FIFO控制模塊的輸出端與所述FIFO存儲器連接，所述微控制器通過ARM控制接口與CPLD芯片連接，所述發(fā)射電路與所述超聲探頭連接，所述超聲探頭的輸出端與所述增益電路連接，所述增益電路的輸出端與所述AD采樣電路連接，所述微處理器與所述FIFO存儲器連接，用于讀取測量數(shù)據(jù)，所述微處理器與所述藍牙芯片連接，用于接收所述移動終端發(fā)送的控制命令和上傳測量數(shù)據(jù)至所述移動終端，所述電池為整個藍牙超聲附件供電。

進一步的，所述藍牙芯片為CC2540或CC2541，所述微處理器為STM32。

進一步的，所述云端服務器包括網(wǎng)絡模塊、CPU、內(nèi)存和存儲系統(tǒng)，所述移動終端通過網(wǎng)絡模塊與所述云端服務器連接。

進一步的，所述云端服務器上運行有智能超聲檢測算法和大數(shù)據(jù)分析算法。

進一步的，所述信號處理模塊對信號的預處理包括信號調(diào)整、信號濾波和快速傅里葉變換。

本發(fā)明還提出了一種探傷方法，其步驟包括：

1)運行在移動終端上的智能探傷軟件進行初始化，主要調(diào)用包括移動終端的藍牙模塊和觸摸顯示屏，觸摸顯示屏顯示智能探傷軟件的菜單界面，準備接受用戶的觸屏輸入；

2)智能探傷軟件控制移動終端的藍牙模塊與藍牙超聲附件建立藍牙通信；

3)智能探傷軟件識別藍牙超聲附件所連接的超聲探頭，進入探頭設置界面，用戶通過在探頭設置界面輸入系統(tǒng)設置參數(shù)和智能探傷軟件調(diào)用探傷記錄，生成對藍牙超聲附件的控制命令；

4)用戶選擇掃描類型，智能探傷軟件負責調(diào)用不同掃描類型的控制命令；

5)智能探傷軟件通過藍牙傳輸方式，將探頭設置和掃描類型的控制命令傳輸給藍牙超聲附件，藍牙超聲附件的STM32芯片接收控制命令，根據(jù)控制命令，STM32芯片通過ARM控制接口與CPLD芯片相連接，通過對CPLD芯片內(nèi)各控制單元的設置，實現(xiàn)對底層硬件：發(fā)射電路、增益電路、AD采樣電路和FIFO控制器的設置；

6)藍牙超聲附件在接收到控制命令后，控制發(fā)射電路激發(fā)超聲探頭，超聲回波激發(fā)超聲探頭產(chǎn)生回波信號，回波信號經(jīng)過增益電路進入AD采樣電路轉換成數(shù)字信號，數(shù)字信號經(jīng)過CPLD芯片的控制被存儲進FIFO存儲器，STM32芯片讀取FIFO存儲器內(nèi)的數(shù)字信號，通過CC2540/CC2541藍牙芯片發(fā)送給移動終端；

7)移動終端在接收到數(shù)字信號后，移動終端的DSP對數(shù)字信號進行預處理，包括信號濾波、信號放大以及傅里葉變換等；

8)智能探傷軟件將預處理之后的信號通過移動網(wǎng)絡或者Wi-Fi上傳至云端服務器，所上傳的數(shù)據(jù)被輸入云端數(shù)據(jù)庫和云端算法庫，云端服務器根據(jù)所上傳的數(shù)據(jù)，調(diào)用相關的大數(shù)據(jù)分析算法和智能探傷算法，智能探傷算法用于計算測量結果，大數(shù)據(jù)分析算法用于預測被測物體的剩余使用壽命和測得缺陷的生長趨勢，服務器根據(jù)大數(shù)據(jù)分析算法的計算結果和智能探傷算法的計算結果生成詳細的測量結果，并且通過網(wǎng)絡模塊通知移動終端；

9)移動終端1上運行的智能探傷軟件通過移動網(wǎng)絡或者Wi-Fi下載云端服務器所生成的結果，結果在觸摸顯示屏上直接顯示給用戶，同時智能探傷軟件根據(jù)計算結果，生成詳細的探傷報告，存儲進移動終端的存儲系統(tǒng)，以供用戶隨時查閱。

本發(fā)明和現(xiàn)有技術相比，具有如下優(yōu)點和有益效果：

1、采用移動終端代替?zhèn)鹘y(tǒng)PC，具有便攜性，由于需要長時間暴露在網(wǎng)絡信號下，移動設備內(nèi)部的硬件都具有很高的抗電磁干擾能力，另外，移動設備上的觸摸式顯示屏大大降低了人機交互的難度；

2、藍牙超聲附件采取極度輕量化設計，旨在完成數(shù)據(jù)傳輸、信號發(fā)射及采集等核心功能，移動終端與藍牙超聲附件的連接由藍牙完成，以避免對物理連接線以及電壓匹配的需求；

3、云端服務器與移動終端通過移動網(wǎng)絡或Wi-Fi連接，用于儲存超聲檢測算法及對超聲信號的檢測運算，此舉避免在移動終端進行檢測運算對電池帶來的負荷，同時，云端服務器將提供給開發(fā)者和終端用戶一個有效的交流平臺，開發(fā)者可輕松更新檢測算法，終端用戶可及時享用，云端服務器亦用于儲存歷史數(shù)據(jù)及進行大數(shù)據(jù)處理，大數(shù)據(jù)分析結果有助于開發(fā)者研發(fā)更有效的檢測算法，也可為終端用戶在新的設備、結構設計中提供參考數(shù)據(jù)；

4、由于云端服務器的算法可以實時更新，用戶不必升級硬件設備即可獲得更高精度的測量結果，既方便用戶使用也節(jié)省了用戶的成本。

附圖說明

圖1為系統(tǒng)架構圖；

圖2為移動終端的原理示意圖；

圖3為移動終端系統(tǒng)功能模塊示意圖；

圖4為云端服務器的原理示意圖；

圖5為藍牙超聲附件的硬件模塊原理圖；

圖6為本發(fā)明用于無損檢測的方法流程圖；

圖中：1:移動終端；2：智能探傷軟件；3：云端服務器；4：藍牙超聲附件；5：CC2540/CC2541藍牙芯片；6：STM32芯片；7：CPLD芯片；8：發(fā)射電路；9：超聲探頭；10：增益電路；11：AD采樣電路；12：FIFO存儲器；13：電池。

具體實施方式

如圖1所示，一種基于移動終端的便攜式智能無損檢測系統(tǒng)，包括移動終端1、藍牙超聲附件4和云端服務器3，移動終端1作為系統(tǒng)主體和人機交互工具，通過藍牙模塊與所述藍牙超聲附件4連接，藍牙超聲附件4連接有超聲探頭用來進行超聲探測和采集測量數(shù)據(jù)，智能探傷軟件2運行在所述移動終端1上并且通過移動網(wǎng)絡或者Wi-Fi與云端服務器3連接。

如圖2所示，所述的移動終端1指的是可以在移動中使用的計算機設備，主要包括手機、平板電腦、筆記本、智能手表等，其內(nèi)部的控制核心SoC(System-on-a-Chip)集成了CPU、GPU、DSP、內(nèi)存、網(wǎng)絡模塊以及無線通信模塊。在軟件系統(tǒng)上，所述的移動終端1必須具備操作系統(tǒng)，如iOS、Android、Ubuntu、Windows10等。本發(fā)明主要使用移動終端1的DSP作為控制核心，讀取用戶在觸摸顯示屏上的輸入信號，通過藍牙模塊與藍牙超聲附件4連接，與RAM連接進行直接通信，控制GPU在顯示屏上顯示結果圖像，DSP通過網(wǎng)絡模塊以移動網(wǎng)或者Wi-Fi的方式與云端服務器3連接。DSP與外部存儲系統(tǒng)(如ROM、硬盤等)連接，同時與外部通信接口(如USB口等)連接。本發(fā)明的移動終端1負責人機交互、硬件控制、信號預處理、數(shù)據(jù)上傳、數(shù)據(jù)下載、結果顯示和結果存儲，并不負責結果運算，所有的結果運算在云端服務器3完成。

如圖3所示，所述移動終端包含有：藍牙通信模塊、前端參數(shù)模塊、系統(tǒng)設置模塊、云服務模塊、結果顯示模塊和存儲管理模塊。藍牙通信模塊通過藍牙4.0協(xié)議與藍牙超聲附件4建立藍牙通信，向超聲藍牙附件4傳遞命令和讀取測量數(shù)據(jù)。使用藍牙方式進行通信可以保證移動終端1在藍牙通信的同時，通過移動網(wǎng)絡或者Wi-Fi連接互聯(lián)網(wǎng)。前端參數(shù)模塊用于識別探頭類型，接收觸屏輸入，翻譯成相關命令，通過藍牙向前端硬件傳遞參數(shù)和控制命令。系統(tǒng)設置模塊主要完成一些常規(guī)的系統(tǒng)設置功能，包括語言設置、時間日期設置及屏幕亮度調(diào)節(jié)等。信號處理模塊用于將藍牙超聲附件4所測量的信號進行預處理，包括信號調(diào)整、信號濾波和快速傅里葉變換等。云服務模塊用于與云端服務器3建立通信，上傳測量數(shù)據(jù)和下載云端計算的結果。結果顯示模塊用于顯示結果圖像和探傷報告。存儲管理模塊與手機存儲系統(tǒng)連接，在手機內(nèi)部建立數(shù)據(jù)庫，用來保存測量數(shù)據(jù)和探傷報告。

如圖4所示，所述的云端服務器3是一個服務器集群，主要由網(wǎng)絡模塊、CPU、內(nèi)存和存儲系統(tǒng)組成，智能超聲檢測算法和大數(shù)據(jù)分析算法的運行由云端服務器3完成。智能超聲檢測算法用于計算由移動終端1上傳的數(shù)據(jù)。大數(shù)據(jù)分析算法是根據(jù)移動終端1上傳的數(shù)據(jù)和云端服務器3的存儲器內(nèi)海量的用戶數(shù)據(jù)，預測缺陷的生長趨勢和被測物體的剩余使用壽命。云端服務器3結合智能超聲檢測算法和大數(shù)據(jù)分析算法為本發(fā)明提供快速和高精度的結果運算。由云端服務器進行結果計算的優(yōu)勢在于云端服務器的智能超聲算法和大數(shù)據(jù)分析算法可以實時更新，而用戶并不需要更新硬件設備即可獲得更高精度的測量結果。移動終端1通過網(wǎng)絡模塊與云端服務器3連接。

如圖5所示，所述的藍牙超聲附件4，包括藍牙芯片5、微處理器6、電池13、FIFO存儲器12、CPLD芯片7、發(fā)射電路8、增益電路10、AD采樣電路11和超聲探頭9，本實施方式中所述藍牙芯片采用CC2540或CC2541，所述微處理器采用STM32。所述藍牙芯片5與所述移動終端1建立藍牙連接，所述CPLD芯片7包括脈沖控制模塊、增益控制模塊、AD采樣控制模塊、數(shù)據(jù)流控制模塊、FIFO控制模塊、ARM接口模塊，所述脈沖控制模塊與所述發(fā)射電路8連接，所述增益控制模塊與所述增益電路10連接，所述AD采樣控制模塊與所述AD采樣電路11連接，所述數(shù)據(jù)流控制模塊的輸入端與所述AD采樣電路11的輸出端連接，所述數(shù)據(jù)流控制模塊的輸出端與FIFO控制模塊的輸入端連接，所述FIFO控制模塊的輸出端與所述FIFO存儲器12連接，所述微控制器6通過ARM控制接口與CPLD芯片7連接，通過對CPLD芯片內(nèi)各控制單元的設置，實現(xiàn)對發(fā)射電路8、增益電路10、AD采樣電路11和FIFO存儲器12的全程控制。所述發(fā)射電路8與所述超聲探頭9連接，控制超聲波的激發(fā)。所述超聲探頭9的輸出端與所述增益電路10連接，所述增益電路10的輸出端與所述AD采樣電路11連接，增益電路10用來調(diào)整超聲波返回探頭所產(chǎn)生探測信號，以適應AD采樣電路的采樣范圍，AD采樣電路11將采集到的模擬信號轉換成數(shù)字信號。所述微處理器6與所述FIFO存儲器12連接，用于讀取測量數(shù)據(jù)，所述微處理器6與所述藍牙芯片5連接，用于接收所述移動終端1發(fā)送的控制命令和上傳測量數(shù)據(jù)至所述移動終端1，所述電池13為整個藍牙超聲附件4供電。

如圖6所示，為本發(fā)明用于無損檢測的方法流程圖，本發(fā)明還提出了一種不同于傳統(tǒng)超聲探傷儀基于本地運算的探傷方法，該新探傷方法具體步驟包括：

10)運行在移動終端1上的智能探傷軟件2進行初始化，主要調(diào)用包括移動終端1的藍牙模塊和觸摸顯示屏，觸摸顯示屏顯示智能探傷軟件2的菜單界面，準備接受用戶的觸屏輸入。

11)智能探傷軟件2控制移動終端1的藍牙模塊與藍牙超聲附件4建立藍牙通信。

12)智能探傷軟件2識別藍牙超聲附件4所連接的超聲探頭9，進入探頭設置界面，用戶通過在探頭設置界面輸入系統(tǒng)設置參數(shù)和智能探傷軟件2調(diào)用探傷記錄，生成對藍牙超聲附件4的控制命令。

13)用戶選擇掃描類型，智能探傷軟件2負責調(diào)用不同掃描類型的控制命令。

14)智能探傷軟件2通過藍牙傳輸方式，將探頭設置和掃描類型的控制命令傳輸給藍牙超聲附件4，藍牙超聲附件4的STM32芯片接收控制命令。根據(jù)控制命令，STM32芯片通過ARM控制接口與CPLD芯片7相連接，通過對CPLD芯片內(nèi)各控制單元的設置，實現(xiàn)對底層硬件：發(fā)射電路8、增益電路10、AD采樣電路11和FIFO控制器12的設置。

15)藍牙超聲附件4在接收到控制命令后，控制發(fā)射電路8激發(fā)超聲探頭9，超聲回波激發(fā)超聲探頭9產(chǎn)生回波信號，回波信號經(jīng)過增益電路10進入AD采樣電路11轉換成數(shù)字信號，數(shù)字信號經(jīng)過CPLD芯片的控制被存儲進FIFO存儲器12。STM32芯片讀取FIFO存儲器12內(nèi)的數(shù)字信號，通過CC2540/CC2541藍牙芯片發(fā)送給移動終端1。

16)移動終端1在接收到數(shù)字信號后，移動終端1的DSP對數(shù)字信號進行預處理，包括信號濾波、信號放大以及傅里葉變換等。

17)智能探傷軟件2將預處理之后的信號通過移動網(wǎng)絡或者Wi-Fi上傳至云端服務器3，所上傳的數(shù)據(jù)被輸入云端數(shù)據(jù)庫和云端算法庫，云端服務器3根據(jù)所上傳的數(shù)據(jù)，調(diào)用相關的大數(shù)據(jù)分析算法和智能探傷算法，智能探傷算法用于計算測量結果，大數(shù)據(jù)分析算法用于預測被測物體的剩余使用壽命和測得缺陷的生長趨勢。云端服務器3根據(jù)大數(shù)據(jù)分析算法的計算結果和智能探傷算法的計算結果生成詳細的測量結果，并且通過網(wǎng)絡模塊通知移動終端1。

18)移動終端1上運行的智能探傷軟件2通過移動網(wǎng)絡或者Wi-Fi下載云端服務器3所生成的結果。將結果在觸摸顯示屏上直接顯示給用戶，同時智能探傷軟件2根據(jù)計算結果，生成詳細的探傷報告，存儲進移動終端1的存儲系統(tǒng)，以供用戶隨時查閱。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明技術原理的前提下，還可以做出若干改進和變型，這些改進和變型也應視為本發(fā)明的保護范圍。