CN106850296A - 一种大型复杂空间钢结构无损检测系统及方法 - Google Patents

一种大型复杂空间钢结构无损检测系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种大型复杂空间钢结构无损检测系统及方法，所述系统包括前端采集系统、现场处理系统和后端云平台系统；所述前端采集系统和现场处理系统，通过多数据源标准传输模块与现场终端进行双向通信；所述现场处理模块，用于通过单一方法对钢结构不同部位的检测合成以及通过多种方法对钢结构同一部位的检测合成；所述多数据源标准传输模块还包括智能变送器接口模块STIM和网络适配器NCAP；所述智能变送器接口模块STIM，用于传输检测数据和状态信息到网络适配器NCAP；网络适配器NCAP，根据接收到的数据信息进行TEDS解析、消息编码和解码、参数映射及用户应用处理；所述后端云平台系统，采用超声导波检测，用于整体筛查钢结构中可能漏检的损伤区域。

Description

一种大型复杂空间钢结构无损检测系统及方法
技术领域
本发明涉及无损检测技术领域，尤其涉及一种大型复杂空间钢结构无损云检测系统及方法。
背景技术
钢结构是指用钢板、钢管、型钢(包括钢丝、钢绳、钢绞线、钢棒)等，具有强度高、自重轻、整体刚性好、变形能力强的显著优点。钢结构在国家大型工程中逐渐得到推广应用，预计未来几年钢结构行业将快速扩张，逐步成为拉动国民经济的主要部分但其安全问题也日益突出，为了保障人们的人身安全，工业界不得不重视大型钢结构检测技术研究。
无损检测是工业发展必不可少的一项综合技术，目前无损检测技术包括超声、射线、磁粉、涡流和渗透五大常规方法以及漏磁、内窥镜和声发射等非常规方法。每一种检测方法都有各自的基础原理和检测特点，各有优劣。面对复杂的钢结构检测对象及不同的检测要求，随着被检测钢结构的大型化、复杂化及所处环境恶劣等问题，采用单一的无损检测方法往往很难实现被检测对象的完整评估，一般需要借助多种无损检测方法或手段，利用各种检测方法之间的互补性，集成融合多种检测方法，对关键部件采用多种检测手段，可以提高检测结果的置信度。因此，结合多种无损检测方法，提供更多更全面的信息已成为无损检测发展的趋势。
基于云计算和检测集成技术的云检测(cNDT)概念是在检测技术集成和云计算的发展中产生的。随着互联网的繁荣发展，云计算从概念演变为实际行为.进入了人们的生活。云计算能够给用户提供可靠的、自定义的、最大化资源利用的服务，是一种崭新的分布式计算服务模式。未来，检测人员只需携带一个云检测传感器终端，无损检测工作将变得更为简单、方便、轻松。此外，基于纸张的传统报告，有可能被弄湿、损坏或丢失，甚至出现人为篡改的可能。因此基于云平台的大型钢结构无损检测系统及方法将成为一种趋势。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种大型复杂空间钢结构无损云检测系统及方法。
本发明的目的通过以下的技术方案来实现：
一种大型复杂空间钢结构无损云检测系统，包括：前端采集系统、现场处理系统和后端云平台系统；
所述前端采集系统和现场处理系统，通过多数据源标准传输模块与现场终端进行双向通信；
所述现场处理模块，用于通过单一方法对钢结构不同部位的检测合成以及通过多种方法对钢结构同一部位的检测合成；
所述多数据源标准传输模块还包括智能变送器接口模块STIM和网络适配器NCAP；所述
智能变送器接口模块STIM，用于传输检测数据和状态信息到网络适配器NCAP；
网络适配器NCAP，根据接收到的数据信息进行TEDS解析、消息编码和解码、参数映射及用户应用处理；
所述后端云平台系统，采用超声导波检测，用于整体筛查钢结构中可能漏检的损伤区域。
一种大型复杂空间钢结构无损云检测方法，包括：通过多种检测结果综合评判方法及云平台的大型复杂钢结构超声导波检测方法；
所述通过多种检测结果综合评判方法包括：
A通过单一方法对不同部位的检测合成，具体包括：
A1用不同颜色对检测过的部位进行区分，颜色深浅来表示检测损伤程度；
A2将检测结果赋予到建立的三维几何模型中；
B通过多种方法对同一部位的检测合成，具体包括：
B1对检测部位所用不同检测方法得到的检测结果设置多级阈值；
B2对采用检测方法的置信概率做评估，并结合阈值对每种检测方法分配权重；
B3依据D-S合成规则，融合各种检测结果与其权重，完成对目标区域的合成检测；
B4将融合后的所有结果叠加到钢结构的三维几何模型中；
B5将合成检测的区域与各种检测方法的结果进行链接，并进行整合，得出整体检测结果；
B6根据整体检测结果对损伤进行综合评判。
所述云平台的大型复杂钢结构超声导波检测方法包括：
采集钢结构上的超声导波检测信号，获得钢结构携带的缺陷信息；
建立与被测大型钢结构对应的仿真模型；
将采集的超声波检测信号做时间反演；
通过有限元分析软件模拟超声导波在大型钢结构中的传播过程，并将钢结构离散为多个节点单元输出所有时刻的特征值；
根据聚焦运算得出损伤区域。
与现有技术相比，本发明的一个或多个实施例可以具有如下优点：
通过信息融合技术实现多种检测方法的相互取长补短，提高检测准确率；基于云平台的大型钢结构超声导波检测，用于整体筛查可能漏检的损伤区域；虚拟同步交互控制软件，实现检测现场终端与云平台数据交互；检测报告自动形成软件，防止检测信息的遗漏或篡改。完善了面向大型钢结构的检测系统，使大型钢结构的检测技术得到了进一步的提高。
附图说明
图1是大型复杂空间钢结构无损云检测系统整体结构示意图；
图2是智能变送器STIM设计结构示框图；
图3是网络适配器设计框图；
图4是钢结构损伤多种检测结果综合评判示意图；
图5a、5b和5c是单一方法对不同部位的检测图；
图6是多种方法对同一部位的检测图；
图7是信息融合合成整体检测图；
图8是基于云平台的钢结构超声导波检测示意图；
图9是信号的时间反演聚焦示意图；
图10是无损云检测平台系统交互示意图；
图11是无纸化报告生成流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述。
如图1所示，为大型复杂空间钢结构无损云检测系统整体结构，所述系统包括前端采集系统、现场处理系统和后端云平台系统；
所述前端采集系统和现场处理系统，通过多数据源标准传输模块与现场终端进行双向通信；
所述现场处理模块，用于通过单一方法对钢结构不同部位的检测合成以及通过多种方法对钢结构同一部位的检测合成；
所述多数据源标准传输模块还包括智能变送器接口模块STIM和网络适配器NCAP；所述
智能变送器接口模块STIM，用于传输检测数据和状态信息到网络适配器NCAP；
网络适配器NCAP，根据接收到的数据信息进行TEDS解析、消息编码和解码、参数映射及用户应用处理；
所述后端云平台系统，采用超声导波检测，用于整体筛查钢结构中可能漏检的损伤区域。
STIM的总体设计如图2所示，功能主要是向NCAP传输检测数据和状态信息。在IEEE1451.2协议中，定义了NCAP和STIM之间的信息交换和控制的物理接口TII。STIM与NCAP之间的数据通信是通过TII定义的传输协议进行的。协议主要包括了触发和传递两部分。首先是触发，包括了以下四个步骤，NCAP将NTRIG置有效，STIM将NACK置为有效，NCAP置NACK为无效，经过一段延迟后，NCAP和STIM即可以进入数据传输部分。数据传输主要经过以下几个动作顺序：NCAP将NIOE置为使能，NCAP等待STIM将NACK置为有效，NCAP写入操作和地址命令，接着读取STIM传来的数据，然后将NIOE置为禁止使能，最后STIM将NACK置为无效。
网络适配器NCAP的设计框图如图3所示，NCAP是外部网络与1451.X STIM之间一个重要的网关，其功能由IEEE1451.1和IEEE1451.0定义，包括：TEDS解析、消息编码和解码、参数映射、用户应用处理和WLAN接口等。依据NCAP特点，本设计选用基于ARM 9的硬件结构，完成系统管理及数据的网络传输和其它外围功能的操作。嵌入式操作系统选用内核源码开放的μCLinux与ARM体系处理器相结合，发挥μCLinux系统支持各种协议及存在多进程调度机制的优点，使开发周期缩短，扩展性增强。智能变送器对测量信号进行各种处理后，通过MMI混合接口传输给NCAP，并将分析结果通过网络传输到远程计算机，实现对整个传感器网络的实时控制的功能。
无纸化检测报告自动形成软件，在Microsoft8Windows Mobile 5.0平台的系统上进行软件开发，采用C#语言，以Microsoft8SQL Server Compact Edition4.0为支撑的综合性后台数据库，并采用NET CF中的ADO.NET进行数据连接。
本实施例还提供了一种大型复杂空间钢结构无损检测方法，该方法包括：通过多种检测结果综合评判方法及云平台的大型复杂钢结构超声导波检测方法；
所述通过多种检测结果综合评判方法(如图4所示)包括：
通过单一方法对不同部位的检测合成(如图5a、5b和5c所示)，具体包括：
用不同颜色对检测过的部位进行区分，颜色深浅来表示检测损伤程度；
将检测结果赋予到建立的三维几何模型中；
通过多种方法对同一部位的检测合成(如图6所示)，具体包括：
对检测部位所用不同检测方法得到的检测结果设置多级阈值；
对采用检测方法的置信概率做评估，并结合阈值对每种检测方法分配权重；
依据D-S合成规则，融合各种检测结果与其权重，完成对目标区域的合成检测；
将融合后的所有结果叠加到钢结构的三维几何模型中；
将合成检测的区域与各种检测方法的结果进行链接，并进行整合，得出整体检测结果(如图7所示)；
根据整体检测结果对损伤进行综合评判。
所述云平台的大型复杂钢结构超声导波检测方法，该方法采用超声导波检测，用于整体筛查可能漏检的损伤区域(其检测示意图如图8所示)，包括：
采集钢结构上的超声导波检测信号，获得钢结构携带的缺陷信息；
建立与被测大型钢结构对应的仿真模型；
将采集的超声波检测信号做时间反演；
通过有限元分析软件模拟超声导波在大型钢结构中的传播过程，并将钢结构离散为多个节点单元输出所有时刻的特征值；
根据聚焦运算得出损伤区域(其原理如图9所示)。
后端云平台系统与现场处理系统之间主要依托云服务端虚拟同步交互控制软件，实现连接请求、数据交互、实时远程控制，其交互过程如图10所示。云服务端控制系统包括现场检测主控网络(服务端)和云服务端受控网络(客户端)。受控网络提供服务，同时保持客户端在一种比较稳定的状态；主控网络请求服务，根据用户的权限进行申请所需服务。主控网络将现场采集数据经初步处理后申请数据交互发送至受控网络，并申请实时远程控制进行进一步的数据分析处理，并把分析处理结果实时传输回检测现场。
最终检测完毕，通过无纸化检测报告自动形成软件，生成检测报告，主要流程如图11所示。无纸化检测报告自动形成软件安装至移动手持智能终端上，在软件界面选择检测装置类型，根据其关键词可以在移动设备上连接访问后台数据库，完整读取本次检测所需电子报告文档模板，所有不同检测项目对应的模板以原有纸质报告为蓝本制作，并预置在后台数据库中可直接调用。之后从现场获取初始检测数据并初步分析结果读入报告中，当在“采集完成”按钮处接收到来自用户的触发指令时，将数据无线上传至云端服务器进一步的处理分析，退至后台保持等待，等云检测平台的进一步数据处理分析完，反馈的缺陷结果及解决方案等将触发程序继续运行自动将结果数据读入检测报告，所有项目在处理完毕后，均自动标上时间和日期标记，最后生成可直接打印的完整报告以供打印、汇报，并及时存储在后台数据库。报告记录了所检测项目的原始数据、结果、解决方案、时间、操作人员等数据信息，可以用于日后随时取用，以便日后有针对性的对重点发生过的问题进行检测。
虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (6)

1.一种大型复杂空间钢结构无损检测系统，其特征在于，所述系统包括前端采集系统、现场处理系统和后端云平台系统；
所述前端采集系统和现场处理系统，通过多数据源标准传输模块与现场终端进行双向通信；
所述现场处理模块，用于通过单一方法对钢结构不同部位的检测合成以及通过多种方法对钢结构同一部位的检测合成；
所述多数据源标准传输模块还包括智能变送器接口模块STIM和网络适配器NCAP；所述
智能变送器接口模块STIM，用于传输检测数据和状态信息到网络适配器NCAP；
网络适配器NCAP，根据接收到的数据信息进行TEDS解析、消息编码和解码、参数映射及用户应用处理；
所述后端云平台系统，采用超声导波检测，用于整体筛查钢结构中可能漏检的损伤区域。
2.如权利要求1所述的大型复杂空间钢结构无损检测系统，其特征在于，所述后端云平台系统与所述现场处理系统通过云服务端虚拟同步交互控制模块，实现连接请求、数据交互、实时远程控制。
3.如权利要求1所述的大型复杂空间钢结构无损检测系统，其特征在于，所述NCAP和STIM间的数据通信通过TII定义的传输协议进行，该协议包括触发和传输；
所述触发包括：NCAP将NTRIG置为有效，STIM将NACK置为有效，NCAP置NACK为无效，经过一段延迟后，NCAP和STIM即可以进入数据传输部分；
所述传输包括：NCAP将NIOE置为使能；NCAP等待STIM将NACK置为有效并写入操作和地址命令，及读取STIM传来的数据并将NIOE置为禁止使能；STIM将NACK置为无效。
4.如权利要求2所述的大型复杂空间钢结构无损检测系统，其特征在于，所述云服务端虚拟同步交互控制模块基于RTP协议和RTCP协议的云服务端通信机制，实现连接请求、数据交互、实时远程控制。
5.一种大型复杂空间钢结构无损检测方法，其特征在于，所述方法包括：通过多种检测结果综合评判方法及云平台的大型复杂钢结构超声导波检测方法；
所述通过多种检测结果综合评判方法包括：
A通过单一方法对不同部位的检测合成，具体包括：
A1用不同颜色对检测过的部位进行区分，颜色深浅来表示检测损伤程度；
A2将检测结果赋予到建立的三维几何模型中；
B通过多种方法对同一部位的检测合成，具体包括：
B1对检测部位所用不同检测方法得到的检测结果设置多级阈值；
B2对采用检测方法的置信概率做评估，并结合阈值对每种检测方法分配权重；
B3依据D-S合成规则，融合各种检测结果与其权重，完成对目标区域的合成检测；
B4将融合后的所有结果叠加到钢结构的三维几何模型中；
B5将合成检测的区域与各种检测方法的结果进行链接，并进行整合，得出整体检测结果；
B6根据整体检测结果对损伤进行综合评判。
6.如权利要求5所述的大型复杂空间钢结构无损检测方法，其特征在于，所述云平台的大型复杂钢结构超声导波检测方法包括：
采集钢结构上的超声导波检测信号，获得钢结构携带的缺陷信息；
建立与被测大型钢结构对应的仿真模型；
将采集的超声波检测信号做时间反演；
通过有限元分析软件模拟超声导波在大型钢结构中的传播过程，并将钢结构离散为多个节点单元输出所有时刻的特征值；
根据聚焦运算得出损伤区域。
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