CN108287193A - 一种基于安卓移动设备的单通道超声无损探伤仪 - Google Patents

Abstract

本发明公布了一种基于安卓移动设备的单通道超声无损探伤仪，能够快速、便捷、无损、精确地进行物体或工件内部多种缺陷：裂纹、疏松、气孔、夹杂等的检测、定位、评估和诊断。系统主要由超声探伤采集模块和安卓便携设备2个部分组成。本发明抛开一体化的结构思想，采用模块化的设计方式。

Description

一种基于安卓移动设备的单通道超声无损探伤仪

技术领域

本发明涉及一种超声波探伤仪，特别是涉及基于安卓移动设备的单通道超声波无损探伤仪及实现方法。

背景技术

超声波探伤仪不仅仅可以用于实验室，也可以用于工程现场；其广泛的应用于锅炉、压力容器、航天航空、电力、石油、化工、管道、军工、船舶制造、汽车、机械制造、冶金、金属加工、钢结构、铁路铁轨、核能电力等各个行业的无损检测探伤，具有很高的社会应用价值和科学研究意义。

相比于射线、磁粉、涡流等无损NDT检测手段，超声无损检测具有多重优点。首先超声无损检测缺陷可定位，采用超声TOF(时间测量确定深度，声速在自然界中的速度较慢一般为 3000m/s以下，相比10ns的精度采样测量，可以做到约30微米精度级别的检测)；其次，鉴于超声的能量衰减特性，在无损检测中，有突出的灵敏度表现。第三，声波受温湿度等自然环境影响小，并且无污染无残留无辐射。第四，超声无损检测适用范围广泛，可以用于金属和非金属固体材料或者液体材料的检测。

目前专用的超声波无损探伤仪器价格高，仪器笨重，而且不具备程序在线升级、固件在线升级和数据云端管控机制。针对目前对于超声探伤仪器的市场化的需求，如何有效的减小超声波探伤仪器的体积与成本，以及如何更加便捷、有效地进行数据的管理和查询，成为了现有的超声波探伤仪器的主要问题。

发明内容

本发明提供一种基于安卓移动设备的单通道超声探伤仪器，能够有效的降低传统超声探伤仪器的体积与成本，使人能够更加便捷地、直观地与超声探伤仪进行交互。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种基于安卓移动设备的单通道超声波无损探伤仪，包括超声探伤采集模块、安卓便携设备、外部探头和电源模块；

超声探伤采集模块，用于接收外部探头返回的超声数据并进行数据处理；

安卓便携设备，用于加载本发明中所对应的App；

外部探头，用于超声波的发送与接收；

电源模块，用于向超声探伤采集模块以及外部探头供电。

作为本发明基于安卓移动设备的单通道超声无损探伤仪的进一步优选方案，所述超声探伤采集模块包含模拟部分和数字部分；

其中，模拟部分，包括发射电路和接收处理电路；

发射电路，用于激发探头发出相应频率的超声波；

接收处理电路，用于超声波回波的接收处理，进行回波的放大、滤波和模数转换；

数字部分包括FPGA与USB接口，

FPGA，用于对信号数据进行处理，还控制模拟部分的所有工作；

USB接口，用于数据传输。

作为本发明基于安卓移动设备的单通道超声无损探伤仪的进一步优选方案，所述安卓便携设备包含参数设置、数据存储、版本更新、指令控制、数据显示、人员管理；

参数设置，用户通过安卓图形界面，对超声探伤采集模块的扫描方式、增益、检波方式、滤波频率、发射电压以及发射频率进行设置；

数据存储，用户点击存储按钮，将当前超声探伤采集到的数据，存储到安卓数据库中，便于后期的查询；

版本更新，当检测到仪器处于联网状态时，通过与服务器进行版本比对，在线更新安卓 App，同时将FPGA固件解压在相应文件夹，每次使用时，通过USB-OTG对FPGA进行固件下载；

指令控制，用户通过安卓App实现对超声探伤采集模块的实时控制；

数据显示，安卓App可以将接收到的数据，以折线或图像的形式呈现出来，并通过对数据的分析计算，对当前物体损伤情况进行评估；

人员管理，用户通过员工账号密码进行登录使用，数据库记录每一位员工的员工信息、登入登出记录，以及对应的探伤数据管理。

一种基于安卓移动设备的单通道超声波无损探伤仪的实现方法，具体包含以下步骤：

步骤1，下载安装超声探伤系统APP，并将安卓移动设备通过USB-OTG连接到我们的超声探伤采集模块上；

步骤2，打开超声探伤系统APP，选择扫描方式、增益、检波方式、滤波频率、发射电压以及发射频率，然后点击检测按钮，超声探伤采集模块在接收到指令后，根据设置的参数，进行相应的检测扫描，并返回相应的数据；

步骤3，用户通过超声探伤系统APP控制超声探伤采集模块开启扫描后，将接受到的数据存入到安卓数据库中，并在波形显示界面实时显示采集到的波形数据，同时通过显示设置，设置测试范围，显示延时，峰值包络，以及波形的色彩；

步骤4，用户点击波形停止按钮，停止波形的实时显示，将波形冻结，通过手势的上移下移，放大缩小，查看波形图。

作为本发明基于安卓移动设备的单通道超声波无损探伤仪的实现方法的进一步优选方案，在步骤4中，通过点击存储按钮，将当前的波形保存，进而通过读取之前保存的数据，重现当时的波形。

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：

1.降低了整套超声探伤系统成本，通过低成本的Android设备即可控制超声探伤仪器工作；

2.提高了仪器的便携性，传统的一体化超声探伤仪器太过笨重，本发明通过模块化的方式，将原有设备分为两部分，无论是超声探伤采集模块还是安卓便携设备都可以做到方便携带；

3.数据的管理和查询更加便捷，安卓便携设备将采集到的数据，上传到云端服务器，通过数据库存储数据，用户通过员工账号密码进行登录使用，数据库记录每一位员工的员工信息、登入登出记录，以及对应的探伤数据管理。

附图说明

图1示出了本发明的一种基于安卓移动设备的单通道超声波无损探伤仪整体结构框图；

图2示出了本发明的超声探伤采集模块结构示意图；

图3示出了本发明的超声探伤采集模块探伤过程流程图；

图4示出了本发明的USB-OTG数据传输流程图；

图5示出了本发明的安卓数据处理流程；

图6示出了本发明的在线升级流程；

图7示出了本发明的数据存储流程；

图8示出了本发明的安卓App控制流程；

图9示出了本发明的数据更新流程。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明作进一步详细描述

本发明提出的一种基于安卓移动设备的单通道超声波无损探伤仪，整套超声探伤系统包括超声探伤采集模块、安卓移动设备，其中，超声探伤采集模块用于向待检测物体发送超声波，并采集相应的回波，当超声探伤采集模块采集到回波后，进行相应的处理，计算后得到有关待测物体损伤的数据。安卓移动设备，通过USB-OTG从超声探伤采集模块中获取到待测物体损伤的数据，并将相应的回波数据保存在安卓数据库中，可以采用图像或者折线方式，将超声探伤仪的检测数据显示出来，因为超声探伤采集模块反馈的是离散化均匀分布的数据，安卓App将这些数据转化为离散点，并以折线/图像的形式展现在显示屏上。查询数据可以通过数据查询功能对历史回波数据进行查询和显示。

如图1所示，是该基于安卓移动设备的单通道超声波无损探伤仪的整体结构框图，包括了超声探伤采集模块101、安卓移动设备102，其中，超声探伤模块进一步包括模拟部分1011 和数字部分1012。模拟部分，主要包括两个部分，发射电路10111和接收处理电路10112，发射电路用于激发探头发出相应频率的超声波，接收处理电路，用于超声波回波的接收处理，进行回波的放大、滤波和模数转换。数字部分又进一步包括FPGA10121与USB接口10122， FPGA除了对信号数据进行处理，还控制模拟部分的所有工作，超声探伤模块与安卓移动设备使用USB-OTG连接。外部探头103，用于超声波的发送与接收。电源部分104，用于向模拟部分、数字部分以及外部探头供电。

安卓移动设备用于加载本发明中所对应的App，本发明所涉及的App功能包括参数设置 1021，数据存储1022，版本更新1023，指令控制1024，数据显示1025，人员管理1026这六个部分。参数设置，用户可以通过安卓图形界面，对超声探伤采集模块的扫描方式、增益、检波方式、滤波频率、发射电压以及发射频率进行设置。数据存储，用户可以点击存储按钮，将当前超声探伤采集到的数据，存储到安卓数据库中，便于后期的查询。版本更新，当检测到仪器处于联网状态时，通过与服务器进行版本比对，在线更新安卓App，同时将FPGA固件解压在相应文件夹，每次使用时，通过USB-OTG对FPGA进行固件下载。指令控制，用户可以通过安卓App实现对超声探伤采集模块的实时控制。数据显示，安卓App可以将接收到的数据，以折线或图像的形式呈现出来，并通过对数据的分析计算，对当前物体损伤情况进行评估。人员管理，用户通过员工账号密码进行登录使用，数据库记录每一位员工的员工信息、登入登出记录，以及对应的探伤数据管理。

如图2所示，是超声探伤采集模块的结构示意图，首先数字部分203向发射电路2021发送激发信号，当发射电路接收到激发信号后，通过外部探头201向待测物体发送超声波，同时接受回波，当模拟部分202接收到回波后，通过前置放大/衰减电路2023对接收到的回波进行处理，再经过滤波模块2024处理，以此滤去低频信号，为后级主放提供合适的信号，减少前级电路噪声的影响。随后，该信号进入主放电路2025，在主放电路中，实现可变增益。最终，A/D模数转换模块2026将回波信号数字量化处理，并送至数字部分进行数据处理，数据在处理完毕后，数字部分电路将处理完毕的数据通过USB外扩接口传输给安卓移动设备。

如图3所示，是超声探伤采集模块的探伤过程流程图，超声探伤采集模块在接收到指令后，开始发送检测超声波，并采集回波，对回波进行处理，处理结束后，进行A/D模数转换，将转换后的数据加入USB-OTG传输队列中，循环执行，直到接收到停止的指令，这样数据就会循环不断地输出到安卓移动设备端，且不需要重复发送开始检测指令。

如图4所示，是超声探伤仪USB-OTG数据传输流程，OTG-USB传输队列会把所有尚未被安卓移动设备接收的数据，暂存在队列中。当有新的一组数据加入401队列时，传输队列402 会将新数据放在队列的最后面。安卓移动设备会通过多线程的模式循环不断地按照队列先后顺序从USB-OTG传输队列中接收数据403，并在主线程中进行相应的数据处理，这样可以做到数据处理与数据接收之间没有影响。

如图5所示，是安卓移动设备数据处理流程，在从USB-OTG传输队列中获取到数据501后，对传输的数据进行解析，将离散化均匀的数据转化为离散点502，将计算所得的数据流，以及当前数据的时间、人员、地点、工程项目、日期全都存储到安卓移动端的数据库中503，并同时根据显示设置参数在图形显示界面中绘出相应的折线/图像504。当安卓移动设备从USB-OTG 获取到新数据时，可以实时动态地显示出来，安卓App还可以通过对数据的分析计算，对当前待测物体的损伤状况自动进行评价505。

如图6所示，是超声探伤仪在线版本升级流程，首先安卓移动设备在联网时，与服务器进行版本比对601，检测当前版本与服务器最新版本是否一致602。如果版本一致，则直接跳过版本检测，否则，从服务器下载最新版本安卓App软件安装包603，并运行软件安装包进行安卓软件的升级604，同时对应的FPGA固件被解压在安装目录下。然后检测超声探伤设备是否连接605，如果未连接，则中断在线升级流程，如果连接则通过USB-OTG对FPGA进行固件下载606，实现在线升级。

如图7所示，是安卓移动设备数据存储流程，当获取到数据时，安卓移动设备会检测当前是否已经存在存储探伤数据的数据库701，如果不存在则创建相应的数据库702，如果存在则直接进入下一步，获取当前使用该超声探伤移动设备的人员、地点、工程项目、日期703，查询当前数据库中是否存在对应该工程项目的数据表704，如果没有则创建以该工程项目名称命名的数据表705，如果有则直接进入下一步，将数据和对应信息存入到对应数据表中706，同时同步数据至服务器端707。

如图8所示，是安卓移动设备控制整个超声波探伤采集模块的流程，首先用户通过安卓图形界面，设置扫描方式、增益、检波方式、滤波频率、发射电压以及发射频率等参数801，当用户设置完毕后，安卓移动设备将这些参数转化为相应格式的指令码，并通过USB-OTG发送给FPGA802。FPGA在接收到相应格式的指令码后，进行指令码解析，并根据指令码中的内容，对超声探伤采集模块中的模拟部分进行控制。

如图9所示，是安卓移动设备数据更新流程，仪器本着数据保密原则，员工使用前需要输入账号密码进行登录901，登陆后，员工有不同的权限，可以访问不同的数据表。通过比对服务器中的权限范围内数据表与当前设备本地数据表902，检测数据时间是否一致903，如果时间不一致，则与服务器进行同步，下载服务器中的最新数据至本地904，否则，直接结束这一步骤。

本发明还公开一种基于手机APP的超声探伤控制以及数据分析的实现方法，包括以下步骤：

1)下载安装超声探伤系统APP，并将安卓移动设备通过USB-OTG连接到我们的超声探伤采集模块上；

2)打开手机APP，选择扫描方式、增益、检波方式、滤波频率、发射电压以及发射频率，然后点击检测按钮，超声探伤采集模块在接收到指令后，就可以根据设置的参数，进行相应的检测扫描，并返回相应的数据。

3)用户通过APP控制超声探伤采集模块开启扫描后，将接受到的数据存入到安卓数据库中，并在波形显示界面实时显示采集到的波形数据，同时我们还可以通过显示设置，设置测试范围，显示延时，峰值包络，以及波形的色彩。

4)用户可以点击波形停止按钮，停止波形的实时显示，将波形冻结，然后通过手势的上移下移，放大缩小，仔细查看波形图。

5)此外，除了接收到数据存入到数据库中，我们还可以点击存储按钮，将当前的波形保存，我们在之后，就可以通过读取之前保存的数据，重现当时的波形。

本发明为用户提供通过安装App即可在安卓移动设备上对超声探伤设备的测量结果进行显示和评测，使得整个超声探伤系统成本更低，体积更小，更加便携，功耗更低。模块化的设计也可以方便后期的调试和工程检修，同时安卓移动设备的App支持在线升级和数据共享。需要说明的是，本发明不局限上述几种实施例，其描述较为具体和详细，但并不能因此理解为对本发明专利的限制。应当指出的是对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种基于安卓移动设备的单通道超声波无损探伤仪，其特征在于，包括超声探伤采集模块、安卓便携设备、外部探头和电源模块；

超声探伤采集模块，用于接收外部探头返回的超声数据并进行数据处理；

安卓便携设备，用于加载本发明中所对应的安卓App；

外部探头，用于超声波的发送与接收；

电源模块，用于向超声探伤采集模块以及外部探头供电。

2.根据权利要求1所述的基于安卓移动设备的单通道超声无损探伤仪，其特征在于，所述超声探伤采集模块包含模拟部分和数字部分；

其中，模拟部分，包括发射电路和接收处理电路；

发射电路，用于激发探头发出相应频率的超声波；

接收处理电路，用于超声波回波的接收处理，进行回波的放大、滤波和模数转换；

数字部分包括FPGA与USB接口，

FPGA，用于对信号数据进行处理，还控制模拟部分的所有工作；

USB接口，用于数据传输。

3.根据权利要求1所述的基于安卓移动设备的单通道超声无损探伤仪，其特征在于，安卓便携设备包含参数设置、数据存储、版本更新、指令控制、数据显示、人员管理；

参数设置，用户通过安卓图形界面，对超声探伤采集模块的扫描方式、增益、检波方式、滤波频率、发射电压以及发射频率进行设置；

数据存储，用户点击存储按钮，将当前超声探伤采集到的数据，存储到安卓数据库中，便于后期的查询；

版本更新，当检测到仪器处于联网状态时，通过与服务器进行版本比对，在线更新安卓App，同时将FPGA固件解压在相应文件夹，每次使用时，安卓移动设备通过USB-OTG对FPGA进行固件下载；

指令控制，用户通过安卓App实现对超声探伤采集模块的实时控制；

数据显示，安卓App可以将接收到的数据，以折线或图像的形式呈现出来，并通过对数据的分析计算，对当前物体损伤情况进行评估；

人员管理，用户通过员工账号密码进行登录使用，数据库记录每一位员工的员工信息、登入登出记录，以及对应的探伤数据管理。

4.一种基于权利要求1至3所述安卓移动设备的单通道超声波无损探伤仪的实现方法，其特征在于：具体包含以下步骤：

步骤1，下载安装超声探伤系统APP，并将安卓移动设备通过USB-OTG连接到我们的超声探伤采集模块上；

步骤2，打开超声探伤系统APP，选择扫描方式、增益、检波方式、滤波频率、发射电压以及发射频率，然后点击检测按钮，超声探伤采集模块在接收到指令后，根据设置的参数，进行相应的检测扫描，并返回相应的数据；

步骤3，用户通过超声探伤系统APP控制超声探伤采集模块开启扫描后，将接受到的数据存入到安卓数据库中，并在波形显示界面实时显示采集到的波形数据，同时通过显示设置，设置测试范围，显示延时，峰值包络，以及波形的色彩；

步骤4，用户点击波形停止按钮，停止波形的实时显示，将波形冻结，通过手势的上移下移，放大缩小，查看波形图。

5.根据权利要求4所述的安卓移动设备的单通道超声波无损探伤仪的实现方法，其特征在于：在步骤4中，通过点击存储按钮，将当前的波形保存，进而通过读取之前保存的数据，重现当时的波形。