EEC－2008net電磁／超聲網(wǎng)絡(luò)智能檢測系統(tǒng)的研制

林俊明，林發(fā)炳，林春景，余興增，張開良

（愛德森（廈門）電子有限公司，廈門 361004）

電磁檢測和超聲檢測是兩種最為常用無損檢測方法。不同的無損檢測方法具有互補(bǔ)性。電磁檢測（包括渦流、磁記憶和漏磁等）技術(shù)檢測速度快，但只限于導(dǎo)電材料的表面和近表面檢測；超聲檢測技術(shù)可對金屬、非金屬和復(fù)合材料等多種材料進(jìn)行檢測，但對被檢工件表面狀況要求較高。很多場合下，需要應(yīng)用電磁檢測和超聲檢測相結(jié)合的手段來評價檢測對象的缺陷程度。如果根據(jù)不同檢測方法的特點(diǎn)，利用它們的互補(bǔ)關(guān)系，在一臺設(shè)備中融合多種無損檢測技術(shù)，對于無損檢測設(shè)備來說是一種很大的進(jìn)步［1－5］。

筆者設(shè)計了一套電磁／超聲網(wǎng)絡(luò)智能檢測系統(tǒng)EEC－2008net。該系統(tǒng)不僅成功地實(shí)現(xiàn)了多種無損檢測方法（常規(guī)超聲、常規(guī)渦流、聲阻抗、遠(yuǎn)場渦流、陣列渦流、磁記憶和漏磁等）的集成化、系統(tǒng)化，而且具備網(wǎng)絡(luò)拓展的功能，為多種無損檢測技術(shù)的綜合應(yīng)用和多信息融合搭建了技術(shù)平臺，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程的無損檢測和故障診斷，有效地完善了對檢測數(shù)據(jù)的融合、處理及管理，提高了無損檢測的效率及準(zhǔn)確性。

1 工作原理

對于不同檢測方法的檢測設(shè)備來說，雖然其檢測原理不同，但是某些功能模塊在軟件或者硬件方面又有其相似之處，例如信號的放大、采集，顯示信息的處理以及數(shù)據(jù)存取等，如果將功能模塊相似的單元作為公共部分，再結(jié)合不同檢測方法對應(yīng)的獨(dú)有的功能模塊，即可實(shí)現(xiàn)將多種檢測方法集于一體。

超聲檢測儀器的主要模塊包括：信號發(fā)生器、驅(qū)動電路、超聲探頭、前置放大器、信號調(diào)理電路、ADC、信號處理單元和數(shù)據(jù)管理等。電磁檢測（渦流、漏磁和磁記憶等）儀器的主要模塊包括：信號發(fā)生器、驅(qū)動電路、渦流（漏磁）探頭、前置放大器、相敏檢波電路、可調(diào)增益放大器、ADC、信號處理單元和數(shù)據(jù)管理等。通過分析可知，對于超聲檢測與電磁檢測來說，具有部分功能相同的模塊，如信號濾波與放大、AD 采集、數(shù)據(jù)管理以及顯示界面等。設(shè)計的系統(tǒng)將不同檢測方法對應(yīng)的獨(dú)有的模塊與具有功能相同的公共模塊組合在一起，其基本原理框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)原理框圖

設(shè)計的系統(tǒng)基于負(fù)反饋技術(shù)設(shè)計出寬頻放大器，該放大器具有增益高、增益平坦度優(yōu)以及噪聲系數(shù)小等特點(diǎn)?？勺儙挒V波器通過DSP 芯片控制頻帶寬度可變?yōu)V波電路來實(shí)現(xiàn)。帶通濾波電路由可編程高通濾波器與低通濾波器組成，其截止頻率由處理器對濾波器寫命令進(jìn)行控制。因為高、低通濾波器的截止頻率可變，所以，帶通濾波器的通帶寬度可由程控來實(shí)現(xiàn)。高速切換模塊基于FPGA 技術(shù)，由FPGA 產(chǎn)生多路控制信號，對模擬開關(guān)進(jìn)行控制。當(dāng)需要某一檢測單元進(jìn)行工作時，使用FPGA控制模擬開關(guān)切換至相應(yīng)的通道，再經(jīng)過寬頻低噪聲放大器與可變帶寬濾波器，最后通過ADC 轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號進(jìn)行處理。

網(wǎng)絡(luò)無損檢測系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖2所示。每臺檢測儀器都配有網(wǎng)絡(luò)接口，通過網(wǎng)口與服務(wù)器進(jìn)行通訊，所以只需將多個檢測主機(jī)設(shè)置為不同的IP地址，通過路由器與服務(wù)器相連，便可以輕松地擴(kuò)展成檢測網(wǎng)絡(luò)。并且該網(wǎng)絡(luò)可以通過交換機(jī)或者路由器接入因特網(wǎng)，這樣監(jiān)控主機(jī)既可以是局域網(wǎng)內(nèi)的一臺機(jī)器，也可以是接入互聯(lián)網(wǎng)的一臺遠(yuǎn)程主機(jī)，而局域網(wǎng)既作為無損檢測儀器的線控總線，又是互聯(lián)網(wǎng)的一個子網(wǎng)。

圖2 NDT 集成網(wǎng)絡(luò)模式圖

2 系統(tǒng)組成

EEC－2008net檢測系統(tǒng)以電磁檢測和超聲檢測方法為基礎(chǔ)，配合無損檢測網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)軟件和服務(wù)器，將成套的數(shù)字化電磁網(wǎng)絡(luò)無損檢測系統(tǒng)和超聲網(wǎng)絡(luò)無損檢測系統(tǒng)有效地融為一體。各系統(tǒng)模塊之間通過以太網(wǎng)連接，主要實(shí)現(xiàn)了檢測現(xiàn)場的網(wǎng)絡(luò)化控制和管理。EEC－2008net檢測系統(tǒng)主要由以下幾部分組成：EEC－81電磁／超聲一體化檢測主機(jī)、EM net電磁網(wǎng)絡(luò)檢測軟件、UT net超聲網(wǎng)絡(luò)檢測軟件以及EEC－2008net網(wǎng)絡(luò)檢測服務(wù)器。

圖3 EEC－81檢測主機(jī)

EEC－81為系統(tǒng)的檢測主機(jī)（圖3），它具有常規(guī)渦流檢測、遠(yuǎn)場渦流檢測、陣列渦流檢測、磁記憶檢測、漏磁檢測以及超聲檢測、聲阻抗檢測等功能。進(jìn)行電磁檢測時，檢測主機(jī)可直接適配32通道的陣列探頭，同屏顯示32通道的阻抗平面和渦流掃描三維成像圖。進(jìn)行超聲或聲阻抗檢測時，可支持單通道通用型和多通道專用型超聲檢測，每一通道均兼有強(qiáng)發(fā)射高穿透力和弱發(fā)射高分辨率的特點(diǎn)，并可與渦流實(shí)現(xiàn)同屏檢測顯示，如圖4 所示。EEC－2008net檢測系統(tǒng)功能強(qiáng)大，整個系統(tǒng)基于WIN－DOWS XP操作平臺，包括了數(shù)據(jù)庫管理子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)分析子系統(tǒng)、信號傳輸分配子系統(tǒng)、管板圖制作子系統(tǒng)、檢測計劃報告子系統(tǒng)及各種配套軟件。主要軟件EEC－2008net（包括EM net與UT net）是在EEC－2001net的基礎(chǔ)上推出的一套以數(shù)據(jù)庫、管板圖制作、檢測計劃編制為核心，與智能多頻多通道渦流檢測系統(tǒng)和超聲檢測系統(tǒng)配套使用的系統(tǒng)軟件，它實(shí)現(xiàn)了對渦流／超聲檢測全過程的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化信息管理。通過以太網(wǎng)系統(tǒng)，可在任一工作站上處理現(xiàn)場檢測采集的數(shù)據(jù)，并對檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲、處理和調(diào)用等歸檔處理，其軟件界面如圖5～11所示。

圖4 渦流與超聲檢測同屏顯示

EEC－2008net網(wǎng)絡(luò)檢測服務(wù)器是為網(wǎng)絡(luò)用戶提供共享資源的計算機(jī)，它作為中央服務(wù)器儲存所有數(shù)據(jù)、資料文件等，這些存儲在其硬盤上的文件均能被所有檢測儀器和分析儀器調(diào)用，因而對其穩(wěn)定性、可靠性和處理速度都有較高的要求。

3 試驗結(jié)果

EEC－2008net檢測系統(tǒng)目前已經(jīng)在大亞灣核電站的在役管道檢修中使用。系統(tǒng)以渦流檢測和超聲檢測方法為基礎(chǔ)，各個系統(tǒng)模塊通過工業(yè)以太網(wǎng)連接起來，配合無損檢測網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)軟件和服務(wù)器，可以在檢測現(xiàn)場實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化管理。圖12為檢測某段管道時的界面顯示圖，圖13為渦流檢測與管板圖同屏顯示圖。

在實(shí)際檢測使用中發(fā)現(xiàn)，基于計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的NDT 集成技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、分析等多平臺同時運(yùn)作；軟、硬件及數(shù)據(jù)資源等的共享；原始數(shù)據(jù)、應(yīng)用分析軟件、文件檔案資料等的實(shí)時遠(yuǎn)距離快速傳遞（如使用GPRS或3G 無線上網(wǎng)傳輸?shù)龋?；可以及時對儀器設(shè)備進(jìn)行網(wǎng)上軟件更新升級換代；可通過網(wǎng)絡(luò)開展探傷技術(shù)人員的遠(yuǎn)距離培訓(xùn)、技術(shù)支持和現(xiàn)場應(yīng)用的安裝調(diào)試等。由此可見網(wǎng)絡(luò)與NDT 的結(jié)合具有巨大的潛力和發(fā)展優(yōu)勢。

4 結(jié)論

EEC－2008net檢測系統(tǒng)跟蹤世界科技發(fā)展的新動向，以先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和多信息融合技術(shù)為支撐，解決了電磁、聲學(xué)等多種無損檢測技術(shù)集成中的信號調(diào)理、電路相容等關(guān)鍵技術(shù)難題，組建了一個基于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的多種無損檢測方法集成的網(wǎng)絡(luò)化、遠(yuǎn)程檢測系統(tǒng)。該系統(tǒng)已在壓力容器、核電等相關(guān)設(shè)施的無損檢測中收到了良好的效果。不僅提高了檢測效率，還降低了檢測過程中的誤檢與漏檢。實(shí)踐證明，該系統(tǒng)在機(jī)械制造、航空航天、交通運(yùn)輸、石油化工、冶金及國防等諸多工業(yè)領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。

［1］ 任吉林.渦流檢測技術(shù)近20年的進(jìn)展［J］.無損檢測，1998（5）：121－125.

［2］ 李家偉，陳積懋.無損檢測手冊［M］.北京機(jī)械工業(yè)出版社，2002：155.

［3］ 林俊明.電磁檢測技術(shù)在中國［J］.無損檢測，2008（5）：261－266.

［4］ 林俊明.林春景.基于以太網(wǎng)的渦流測試系統(tǒng)［J］.無損檢測，2005，27（12）：624－627.

［5］ 林俊明.NDT 集成新技術(shù)時代的到來［J］.無損檢測，2008（4）：624－625，660.