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1、“云”检测一种全新的无损检测技术方法林俊明作者简介：林俊明，男，研究员，全国无损检测学会常务理事，电磁（涡流）专业委员会主任，中国机械工程学会高级会员。（爱德森（厦门）电子有限公司，福建，厦门，）摘 要：基于云计算技术和检测集成技术的云检测(CNDT)是一个全新的概念，它包容各种物理与化学的检测方法，实现信息共享和远程控制，也是无损检测集成技术发展的趋势。本文讨论了无损检测技术集成创新带来的优越性，该技术目前的研究现状，以及未来的发展方向，即云检测。简要阐述了无损云检测与评价技术计划方案，云检测通过云计算和无损检测集成技术的结合，将传感器采集的数据收集于云端进行分析、存储、处理。云端的功能包括
2、信号处理、存储、评估、预测、信息反馈等一系列软硬件共享资源。用户能够共享软、硬件资源，享受云检测带来的便捷服务和高效率。本文以无损检测行业为例，讨论了无损检测技术建立云检测的可能性，优点和亟待解决的关键问题，并介绍了一种无损云检测的雏形样机，指出云检测是未来无损检测集成技术的发展方向。 关键词：无损检测；云检测；集成创新；互联网；物联网 “ Cloud ” Non-destructive Testing The New NDT TechnologyLIN Jun-Ming(Eddysun (Xiamen) Electronic Co. Ltd. , Xiamen, , China)Abstra
3、ct: It is a completely new concept of Cloud Non-destructive Testing(CNDT) which is based on cloud computing and integrated inspection techniques, including different physical and chemical testing methods. CNDT not only realizes the information sharing and the remote control, it is also the developme
4、nt tendency of NDT integrated technology. This paper discusses the superiority brought by the innovation of NDT integrated technology, illustrates the present status of this technology and its future development - that is Cloud Non-destructive Testing，the cloud detection. This paper describes the Pl
5、an and Program of non-destructive cloud detection and evaluation technique briefly. Cloud detection combines the cloud calculation with NDT integrated technology. It collects the data on cloud client side, then save and process. The function of the cloud client side includes signal processing, savin
6、g, evaluation, prediction and information feedback. Users can share the software and hardware resources and enjoy the high efficiency and convenience with cloud detection. It also points out the possibility and the key problems of establishing the cloud technique, and draws a conclusion that the clo
7、ud technique is the development direction of NDT integrated technology.Keywords:Non-destructive testing (NDT),Cloud Non-destructive testing (CNDT),Integration innovation, Internet,Internet of things1 引言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
8、大化资源利用的服务，是一种崭新的分布式计算模式。美国国家标准技术研究院对云计算的定义是：云计算是一个模型，这个模型是可以方便地按需访问一个可配置的计算资源（例如，网络、服务器、存储设备、应用程序以及服务）的公共集。这些资源可以被迅速提供并发布，同时最小化管理成本或服务提供商的干涉。笔者认为，基于云计算技术的云检测是一个全新的、广义的检测概念，它包容各种物理与化学的检测方法，也是无损检测集成技术发展的趋势，充分利用计算机技术、网络技术与电子技术发展的优秀成果，将各种无损检测及测控仪器接入互联、物联网，实现信息共享和远程控制，给用户提供更加简便、高效、低成本的服务。2 无损检测技术的集成创新及发展
9、过程2.1 无损检测技术的集成创新采用一种无损检测方法往往很难或无法实现被检对象的完整评估，一般需要借助多种无损检测方法或手段。为了提高检测的可靠性及效率，降低检测成本，实现检测的完整性，可采用包含多种检测方法的无损检测集成技术。随着数字电子技术的发展，如FPGA、ARM和DSP等集成电子器件大量应用，使得研制和开发全新的无损检测集成技术产品成为可能。虽然不同检测方法的检测原理不同，信号提取与处理的方法也不同，但作为电子仪器来说，各种检测仪器又都具有一些共性，比如在信号发生、数据采集、信号放大、信号显示以及数据存储和记录等硬件电路方面以及部分处理软件是相似甚至相同的。因此可以把这些共同部分组成
10、开放式的数字信息处理平台，再加上各自独立的信号产生、接收与处理的部分，即可实现无损检测技术的集成。无损检测的集成创新方式主要有：1.一种检测技术的多种检测方法的集成，如涡流、漏磁和磁记忆等电磁方法的集成，声阻抗、声脉冲、声振和超声等声学方法的集成；2. 多种检测技术的集成，如电磁方法、声学方法检测技术的集成；3.多种检测技术机电一体化的集成，如动车空心轴自动化超声、涡流、磁记忆检测系统的集成。在这些基础上，进一步发展有网络化技术与无损检测集成技术的集成，通过以太网、互联、物联网或云平台，把数据送入无损检测服务中心或云端，进行储存、分析和处理1-4。2.2 无损检测集成技术的发展无损检测集成技术
11、的发展过程可以简单地概括为三个阶段：第一阶段是将不同的仪器进行简单拼凑，或者说只是将两种或多种不同的检测方法做成一体机，彼此之间没有数据交互或其它的关联，这是最初级的无损检测集成技术。第二阶段是功能模块化，即采用插卡的方式实现不同无损检测仪器的集成。例如，当需要增加某种检测功能时，在功能槽上插上该模块来实现多种方法的集成。该种模式，只能分时工作，其软硬件部分功能是共用的，不同检测结果可以进行综合判定，同屏显示。这个阶段的另外一种集成形式是利用不同检测仪器中的共同部分，组成以以太网为传输手段的开放式数字信息处理平台，可以把信号发生的控制、数据采集、系统软件、可视化等通用部分共用，对用户而言，各部
12、分检测功能是实时工作的，具有代表性的仪器为爱德森公司生产的EEC-2008net电磁声学网络集成无损检测系统，图1(a) 是基于以太网的无损检测集成系统示意图。第三阶段，即在不久的将来，无损检测集成技术的进一步发展将是基于云计算技术和检测集成技术的 “无损云检测”。目前学术界对云计算的具体定义还没有达成共识。普遍认为，云计算的定义分为狭义和广义：狭义的云计算是指厂商通过分布式计算和虚拟化技术搭建数据中心或超级计算机，以免费或按需租用方式，通过网络以按需、易扩展的方式向技术开发者或者企业客户提供数据存储、分析以及科学计算等服务；广义的云计算是指厂商通过建立网络服务器集群，向各种不同类型客户提供在
13、线软件服务、硬件租借、数据存储、计算分析等不同类型的服务。广义的云计算包括了更多的厂商和服务类型。提供资源的网络被称为“云”，“云”中的资源在使用者看来是可以无限扩展的，并且可以按需使用，按使用付费5,6。云检测的基本原理是，为检测终端用户提供数据存储、处理、分析的服务，使计算分布在大量的分布式计算机上，而非本地计算机或远程服务器中，数据中心的运行与互联网相似。从本质上来讲，云检测是指检测用户端的智能传感器通过近、远程连接获得存储、计算、处理、数据库、以及交互等服务。图1(b)是云检测系统示意图。从图中可以看出，云检测节省了更多的硬件资源，客户端很大程度地被简化了。客户端只需向云端提出服务请求
14、，而无需去关心如何实现。从无损检测与评价系统的角度，仪器将不再是小而全的系统，而是“腾云驾雾”，以最少的硬件，通过无线方式，将基础检测数据传输到云端，再将处理的结果回馈至终端。 可以说，云检测是聚合众人的智慧和力量，避免重复劳动，检测知识和技能可累积学习，与时俱进，提高工作质量，提升工作效率的前瞻性检测与评价技术。不仅如此，云检测还可优化目前的检测设备硬件，在获取更多的检测能力前提下，大幅度降低成本，让用户体验更快、更直接、更好，它必将推翻人们固有的传统检测思维。从某种角度讲，包含着多学科交叉的云检测技术将是引导检测界的一场革命的基因。(a)基于以太网的无损检测集成网络 (b) 云检测图1 基
15、于以太网的无损检测集成网络和云检测示意图3 集多种检测方法于一体的云检测传感器终端传感器用于采集被检对象的相关信号，将信号传输给云检测服务器进行处理分析，它是检测系统中必不可少的重要组成部分。目前，大多数无损检测传感器只有单一检测功能，在对某一特定被检件实施多方法检测，以期达到完整评价时，需要携带多种检测仪器及传感器，拆装接线与检测实施较为复杂，限制了传感器的检测应用范围与灵活性。随着数字电子技术与无线网络技术的高速发展，不久的将来，我们有望将多种无损检测传感器，例如超声、涡流、金属磁记忆、漏磁、电磁超声、声扫频、电磁扫频、视频、温度、压力、硬度、金相以及射线等等，高度集成在云检测传感器终端中
16、（可以有多个检测面），同时集成高速无线网络模块，使得云检测传感器终端可以通过无线方式云检测服务器建立连接，实时且同步传输检测信号，云检测传感器终端具有高度灵活性和更为广泛的检测应用范围，可借助云检测服务器对工件实施高效、全面、综合的无损检测与评价。硬件方面，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（如图2所示）。超声仪集多种检测方法于一体的云检测传感器终端涡流仪磁记忆仪漏磁仪现在不久的将来超声探头涡流探头磁记忆探头漏磁探头云端服务器图2 无损云检测传感器终端与未来的云检测工作4 无损云检测与评价技术设想随着互联网、物联网及无线网络技术的飞速发展，无损云检测将
17、不再是天方夜谭。笔者设想，实施CNDT计划，将目前常规的无损检测仪器，如超声，涡流，磁记忆、漏磁、声脉冲、声阻抗等检测仪器，从集成技术的角度加以分解细化，将共有部分设计为云检测用户终端，终端仅包含检测探头、信号发生器（用于主动发射激励）、信号接收、显示、报警、等基本组件，可以是固定式，也可以是移动式，可以连续性工作，也可以间断性工作；其他组件如检波、滤波、调理、信息融合、专家评估软件系统、信息反馈，传播，共享、存储、打印输出等组件集成到云端服务器和数据库中，如图3所示。用户只需一个云检测传感器终端，即可拥有类似于虚拟仪器的多种无损检测方法的超能力。云端信号发生器检测探头前置放大相敏检波滤波调零
18、可调增益放大相位旋转A/D 转换键盘显示打印终端报警计算机系统图3 无损云检测设想云检测硬件分布示意图云检测传感器终端无线网络数据库云检测防火墙Internet无线传输无线传输无线传输无线路由器服务器云检测云检测传感器终端无线网络无线传输无线传输图4 无损云检测CNDT设想网路结构示意图下面具体阐述笔者提出的无损云检测与评价技术CNDT计划方案（见图4图7）：1) 在未来的无损云检测网络中，常规检测仪器的大部分硬件与软件都已集成到云端服务器和数据库中。用户只需购买一个云检测传感器终端。所有的检测、分析、存储等工作，都在云检测网络中实施。购买终端成本，与现在相比，几乎可以忽略不计。2) 云检测传
19、感器终端（如图4所示）：云检测传感器终端类似现在的智能手机，集多种检测传感器于一体，同时具有信号发生、网络传输、显示、输入、打印、报警输出等功能，适用于外场复杂环境中的在役机动性检测工作。3) 云检测传感器终端在第一次使用时，就像现在的某些智能手机一样，需要认证激活，如图5所示。激活后，终端即可连入云检测网络中，进行按需检测工作。终端激活后，用户可通过云检测网络在线充值系统为终端充值，用以支付按需检测费用。4) 云检测传感器终端只有通过网络连接云端服务器，才能开启检测功能。5) 在实施检测工作时，用户先将云检测传感器终端联入云检测网络中，而后将检测对象信息和检测方法要求发送给云检测服务器。服务
20、器在接收到用户的检测请求后，通过智能检测设置系统，根据检测对象信息和检测方法要求，从数据库中调用检测配置参数和数据，搭建针对用户需求的实时检测系统，如图6所示。6) 检测系统搭建成功后，用户即可使用云检测传感器终端对检测对象实施检测。终端将的检测信号发送给服务器，服务器通过搭建的检测系统接收、检波、过滤检测信号，通过智能专家分析软件处理分析检测信号，将检测分析结果发送给终端，同时保存到数据库中，如图7所示。7) 用户通过云检测传感器终端显示、打印、报警输出检测结果，并可以随时调用查看存储于数据库中的检测结果。8) 对于有安全保密要求的特殊检测工作（如核能、军工检测），可通过终端专有数字签名、密
21、锁或其他特殊加密算法，加密传输检测数据，保证检测信息与数据的安全。云检测传感器终端无线网络防火墙服务器云检测数据库云检测发送认证请求发送终端激活证书调用终端硬件信息验证终端认证信息图5 无损云检测CNDT设想终端认证激活示意图根据特定参数开启相应检测功能进行检测无线网络防火墙服务器云检测数据库云检测发送特定检测方法与检测目的请求发送特定检测参数设置代码调用特定检测用配置参数、数据和专家分析软件分析检测请求信息，配置检测方法与检测参数图6 无损云检测CNDT设想搭建特定检测系统示意图显示、打印、报警输出无线网络防火墙服务器云检测数据库云检测上传检测信号数据发送检测信号分析结果信号处理、分析、存储
22、存储用户终端检测数据与检测结果回馈图7 无损云检测CNDT设想特定检测实施流程示意图无损云检测技术的实现将经过一个长期发展的过程。在现有的条件下，我们可先尝试构建“小云”，即具体到某个单位或某个行业的基于局域网的小范围的无损云检测，暂称之为“小云”。通过技术的发展、进步、成熟，以获得到业界的认可，并逐渐从“小云”过渡到“大云”，从而发挥它强大的作用。这里，“大云”指整合了各行业、领域和高级专家诊断系统的云检测，是云检测的最高形式，也是无损云检测的最终形式。5 “小云”检测在核能、电力、机械行业中的应用设想核能、电力、大型机械行业中每个单位通常都需要设立专门的无损检测中心，应用的检测方法多，检测
23、对象多，范围广，需要很多检测仪器与检测人员，管理规划实施检测工作较为复杂。如能以单位局域网为基础，建立电力行业“小云”检测，必将大大简化无损检测工作的管理规划实施。检测人员不必再携带大量的检测设备，只需携带检测终端，即可方便灵活地实施检测，并将检测结果实时反馈保存至检测中心服务器中，便于检测中心规划管理检测工作，大大提高检测效率，将检测停机带来的经济损伤降到最低。2012年3月，作为无损云检测实验研究的第一步，爱德森（厦门）电子有限公司推出了掌上型多频涡流视频网络检测仪，如图8所示。仪器尺寸为183mm 120mm 44mm，重量不到600g。除了小型化、多功能化外，该仪器的一项重要特征是具备
24、了无线网络传输功能，可通过无线网络连接服务器传输保存图形与数据文件及打印检测报告，同时还可以通过无线网络对仪器进行远程操控，具备了初步的“准”云检测功能，这也是无损云检测实验计划中的第一款具备准云检测功能的雏形终端机。下一步，将着手研制基于工业以太网（局域网）的无损“小云”检测服务器，设计开发涡流云检测专家系统，同时进一步简化掌上型多频涡流视频网络检测仪，将其检波、滤波、信号处理部分进一步优化或去除并移至服务器端，在局域网范围内测试其信号传输与处理功能，实现涡流方法的“小云”检测。 仪器 裂纹缺陷阻抗显示图 裂纹缺陷视频截图图8 掌上型多频涡流视频网络检测仪-准云检测雏形终端机6 云检测的特点
25、及需要解决的问题云检测能够在短时间内迅速按需提供资源的服务，避免资源过度和过低的使用，是并行的、分布式系统，由虚拟化的计算资源构成。云检测的特点是服务资源池化，即通过虚拟化技术，进行存储、计算、内存、网络等资源化，按用户需求动态地进行分配。用户可随时随地根据实际需求，快速弹性地请求和购买服务资源，扩展处理能力。通过宽带网络调用，用户使用各种客户端软件，调用云检测资源。服务资源的使用可以被监控、报告给用户和服务提供商，并可根据具体使用类型（如带宽、活动用户数、存储等）收取费用。同时会自动检测失效节点，通过数据的冗余能够继续正常工作，提供高质量的服务，达到服务等级协议要求。云检测需要克服的问题首先
26、是安全性问题。云检测缩短了单机密集数据处理任务时间，把处理任务分配到各个节点计算，提高了效率。而用户传输到云计算端的敏感数据是否安全是目前比较关心的问题，（当然，此时采用局域网是较好的选择，但将失去一部分共享资源）。其次是可靠性问题。云检测减少了用户购买物理硬件设备的费用，资源以服务的方式进行租赁，降低用户资金投入的前期风险，促进用户把精力投入业务中。虽然用户不需要维护软件、硬件，但是用户使用云检测的质量依赖云检测本身的质量。第三是可维护性问题，云检测提供了专业的软件管理和维护服务，减少了普通用户软件平台的日常维护管理成本，是否所有的软件应用都适合在云检测环境下开发应用，而以往的软件应用如何移
27、植到云检测环境下，这将是一个较长的磨合周期。第四是交互性问题，用户可以根据业务需要动态地按需请求云检测服务，处理高峰期负载并在非高峰期释放资源；云计算服务提供商的实际扩展能力有限，需要多个云检测服务商的交互，而云检测服务之间的交互性较差，应如何协调。以上是建立和实现云检测首先要考虑和解决的关键技术问题。在无损检测中，目前检测人员的作用是不可替代的。云检测技术对于培训检测人员将发挥重要的作用。未来用户需求将更关注服务，即要求检测方提供业主可靠的检测结论，而不关心采用的是何种方法及仪器；另外，如同手机的发展一样，硬件成本所占比例将愈来愈小（您现在要买一款只能打打电话而没有上网、玩游戏等其他功能的手
28、机是不是很难？或许，可以设计不同档次抑或专用“傻瓜型”云检测终端以适应不同用户的需要），检测与评估服务费用比重将逐渐增加； 如若考虑经营管理的创新，类似某些欧美国家数字手机的营销模式，集成无损检测传感器终端以“零费用”提供业主，而业主则按需缴纳检测服务费.从现时来看，要实现上述技术、管理、营销模式的创新，需要仪器研发、检测工程、用户等关联方的整合，它需要人们改变传统观念，将会是一个漫长的过程。可以预见，云检测在提升产业结构的征途上任重而道远。7 结论和展望基于云计算技术和检测集成技术的云检测是一个全新的概念，它包容各种物理与化学的检测方法，实现信息共享和远程控制，用户通过云检测可共享软、硬件资
29、源，享受网络化时代的便捷服务和体验，也是无损检测集成技术的发展趋势。对无损检测技术而言，集成是一种创新，它能够提高检测效率，节省资源，提高检测结果的可靠性，最大程度地实现检测结果的完整性。无损云检测是在无损检测集成技术的基础上，结合传感器技术、网络技术、通信技术、计算机技术以及专家分析系统等的最新研究成果，给用户提供更便捷、更高效的服务，它可能导致无损检测工程化应用的一场革命。参 考 文 献1 耿荣生. 无损检测技术的未来发展之路. 2011全球华人无损检测高峰论坛论文集. 2011年11月.2 林俊明. 云检测检测与评价技术的发展趋势. 2011全球华人无损检测高峰论坛论文集. 2011年1
30、1月.3 林俊明. NDT集成新技术时代的到来J. 无损检测,2008,(04): 208-210.4 任吉林, 林俊明 主编. 电磁无损检测. 科学出版社, 2008年8月.5 张为民, 唐剑峰, 罗治国等. 云计算深刻改变未来. 科学出版社. 2009年12月1日.6 George Reese著 程桦译. 云计算应用架构. 电子工业出版社. 2010年7月.第一作者：林俊明简介：男，研究员，全国无损检测学会常务理事，电磁（涡流）专业委员会主任，中国机械工程学会高级会员。工作单位：爱德森（厦门）电子有限公司联系地址：福建省厦门市软件园望海路23号703-704手机：电子邮箱：Lin_0592