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NDT集成新技术时代的到来

　　摘要:我们正面临着一个崭新的科技时代，它的特征是：信息爆炸和技术的高度集成。高科技的发展，带动社会生活中各个层面的进步。无损检测作为一门独立发展的学科技术，亦需要与时俱进，它的生命力不仅仅是各种独立检测方法的单独发展，更重要的在于综合性检测方法的合理应用；而当今社会对质量安全保障的要求也日益提高，高温、高速、高压成为现代工业发展的一个重要标志，面对这种情况，以往单一的检测方法愈来愈显捉襟见肘。因此，集成现有NDT技术服务于当代无损检测领域的方式是大势所趋。

- 1 引言 -

　　我们正面临着一个崭新的科技时代，它的特征是：信息爆炸和技术的高度集成。高科技的发展，带动社会生活中各个层面的进步。其中，电子技术的发展让人们的生活发生了翻天覆地的变化[1]。例如，从手机的发展趋势来看，其功能从单一的接打电话发展到现在日历、闹钟、短信、邮件、音乐、摄像等诸多功能集于一身。我们便可以从中感受到一个技术高度集成时代的到来[2]。然而在NDT（Nondestructive testing）领域，诸多先进的检测技术并没有得到很好的融合和应用。
　　无损检测技术是关系到国计民生的技术，电力、铁路、航空、石化等部门均需无损检测技术来保证生产的安全进行和产品的质量控制。然而高新技术在无损检测技术上的应用是相对滞后的，还未能与当今通讯、IT技术等前沿学科同步发展。无损检测技术不同于一般的技术，它需要检测人员具有较高的专业基础和实践经验，在很多情况下得依靠检测经验来进行判断，因此，对检测人员的素质要求较高，技术掌握相对困难。如果有一种设备能够对被检材料作多种方法的无损检测，并进行数据综合的评估分析，给出相对明确的综合诊断结论，对于用户来说就方便得多。因而将现有多种NDT技术集成，并对各种方法所采集、存储的数据进行综合分析、评价，就可以提高工作效率，减少对检测人员检测经验的依赖，提高最终结论的正确性[3]。

- 2 NDT集成技术的应用需求（必要性）-

　　现代无损检测技术主要有超声、射线、磁粉、涡流、渗透五大常规方法和漏磁、内窥镜、声发射等其它方法。每一种检测方法都有各自的基本原理和检测特点。比如超声检测是应用最广泛的无损检测技术之一，可以进行金属、非金属、复合材料等多种构件的无损评价，但是也有应用的局限性，比如存在检测盲区；难以对表面的缺陷进行检测；表面粗糙的构件必须预先进行处理；对于不光滑表面又无法进行处理的工件检测效果不佳等。又如射线检测技术，成本高，对面积型缺陷例如裂缝的检测灵敏度低,而且对人体有伤害等。涡流检测技术的优点是检测速度快，线圈与试件可不直接接触，无需耦合剂。但涡流检测只局限于导电材料，只能检测表面及亚表面的缺陷，以及对形状复杂试件难于检查等。可以说，各种检测方法都有优劣势，面对复杂的检测对象及不同的检测要求，单靠一种检测技术很难全面准确判定其缺陷程度并作出寿命评估。
　　一般地说，各种检测方法之间都有互补性。如果利用他们的互补关系进行NDT技术的集成，在一台设备中融合多种方法以完成不同的检测任务，形成全新的NDT集成技术，这对于NDT技术无疑是一个重大的进步。我们应该充分利用当今高度发展的科学技术来实现这个设想[4]。这就有如人生病需要治疗一样，从最早的缺医少药,到有病抓药或上卫生所看病，发展到现在，可以上大医院找多科专家会诊一样，利用多种NDT技术的集成方便地对被检工件进行会诊。
　　由于单种无损检测方法检测的欠缺，在许多重要的场合，如对军用飞机、民用航空器、电厂、化工厂、核潜艇等的检测中，对关键部件都要求采用多种检测手段以提高检测结果的置信度。在信息理论中，也发展起来数据融合（DATA FUSION）理论。然而，纵观国、内外目前的NDT仪器设备供应商，大都只提供单一检测方法的产品，几乎没有一款具备综合检测能力的设备，能满足用户提出或希望的多种检测的需求[5]。数据融合所需要的多种类数据不得不使用多种仪器来采集。
　　NDT集成技术是一种新概念，当前文献中尚无明确定义。笔者认为，具备一体化软硬件结构，对获取的测试数据实现资源共享和综合处理，具有二种或二种以上无损检测能力的产品技术，即可称为无损检测集成技术（简称NDT集成技术）。作为发展中的无损检测集成技术，它应当具备的基本特征是：具有对同一检测对象同时实施二种或二种以上检测方法的能力，且这种能力不应低于单一功能同类产品的基本要求；有一体化的设备支持，能对检测数据实现资源共享、综合处理（包括信息的同屏显示）；不只是多种技术简单汇集，而能够对所使用的多种方法获取的检测数据融合处理，获得统一的结论。
　　NDT集成技术对工业、军事、科研上的影响是巨大的。无论那个行业的无损检测，多、快、好、准都是永恒的主题。目前的检测仪器一般都局限于单一的检测功能，提供单一的检测方法。这于应用方来说是个局限和不便[6]。很多的检测要求单靠一台具有单一功能的检测仪器是无法完成任务的，常常需要多种检测方法和设备。这无疑增加了应用方的成本，而且还费时费力。如果实现了NDT技术的集成，能够提供集多种无损检测方法于一体的仪器设备，就像当今多功能手机由多技术融合似的，要高效率而且高质量的完成多种检测要求是完全可以实现的。

- 3 NDT集成技术的可行性 -

　　随着数字电子技术的发展，FPGA、ARM、DSP等集成电子器件的大量应用，使得研制和开发全新的NDT集成技术产品成为可能。分析不同检测方法的检测设备可知，由于检测原理的不同，它们都有各自不同的信号提取与处理的方法。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。我们可以充分利用这些共同的部分，把信号发生的控制、放大、数据采集、系统软件、可视化等几个关键部分组合起来，组成开放式的数字信息处理平台，再加上各自独立的完成不同检测原理的信号产生、接收与处理的部分，即可实现无损检测技术的集成。
　　以超声波检测与涡流检测技术的集成为例，说明集成系统的形成。超声波检测系统的主要组成和工作原理如图1所示，可简单的描述为：信号发生器产生一脉冲信号，经驱动电路产生高压脉冲，激励发射探头转换成超声波发射到被测试件中，从被测试件中返回的超声波被接收探头接收并转换成电信号，该电信号经前置放大和信号调理后送给A/D数据采集至计算机系统进行数据管理、显示和分析，可以外接打印设备和报警电路。

图1 超声波检测系统框图

涡流检测系统主要组成和工作原理，见图2，可简单地描述为：由信号发生器产生一定频率的的信号，经过驱动电路后产生正弦波或脉冲波激励探头线圈，在被测试件中产生涡流，接收探头接收到经工件返回获取的信号经前置放大后，由相敏检波模块、平衡滤波进行处理，处理后的信号经过增益放大并由A/D数据采集送至计算机系统进行数据管理、显示和分析，可以外接打印设备和报警电路。

图2 涡流检测系统框图

　　从这两种检测方法的组成框图可以看出，它们既有各自不同的信号转换、提取及处理单元，又具有一部分相同的模块，如信号发生、信号放大、AD采集、数据存储管理、记录、报警、打印和可视化显示等。如果通过设计切换开关，进行硬件和软件上的合理分配，充分利用其共有资源，将两种检测方法整合为一台具有综合检测功能的产品，便可为使用方提供很大的方便，更为重要的是，其检测数据的集中管理能方便用户进行综合比较分析。目前的实践证明，实现这种整合的NDT集成技术是完全可能的。

- 4 NDT集成技术的发展现状 -

　　在国外，NDT集成技术的研究已开始得到重视并付诸实际应用，各种综合型、一体化检测仪纷纷推向市场，其主要分为大型在线检测系统和便携式一体机两大系列。如美国彪维公司（Bowing International Company）研制的超声+漏磁组合式无损探伤系统就是一款在线检测系统，主要应用于钢管质量检测，该系统结合了超声探伤技术与漏磁探伤技术，有很强的互补性。目前，各钢管生产企业为了有效地控制钢管质量，均倾向于采用组合式探伤系统，这也是目前钢管行业无损检测的一个趋势。但该设备体积庞大，若根据前章NDT集成技术定义划分，只能算一款综合型检测系统，而非一体化检测设备。在国外，NDT集成技术的研究已开始得到重视并付诸实际应用，各种综合型、一体化检测仪纷纷推向市场，其主要分为大型在线检测系统和便携式一体机两大系列。如美国彪维公司（Bowing Inter-national Company）研制的超声+漏磁组合式无损探伤系统就是一款在线检测系统，主要应用于钢管质量检测，该系统结合了超声探伤技术与漏磁探伤技术，有很强的互补性。目前，各钢管生产企业为了有效地控制钢管质量，均倾向于采用组合式探伤系统，这也是目前钢管行业无损检测的一个趋势。但该设备体积庞大，若根据前章NDT集成技术定义划分，只能算一款综合型检测系统，而非一体化检测设备。在国外，NDT集成技术的研究已开始得到重视并付诸实际应用，各种综合型、一体化检测仪纷纷推向市场，其主要分为大型在线检测系统和便携式一体机两大系列。如美国彪维公司（Bowing International Company）研制的超声+漏磁组合式无损探伤系统就是一款在线检测系统，主要应用于钢管质量检测，该系统结合了超声探伤技术与漏磁探伤技术，有很强的互补性。目前，各钢管生产企业为了有效地控制钢管质量，均倾向于采用组合式探伤系统，这也是目前钢管行业无损检测的一个趋势。但该设备体积庞大，若根据前章NDT集成技术定义划分，只能算一款综合型检测系统，而非一体化检测设备。
　　再如加拿大R\D Tech公司生产的TC5700 管材轻便型检测仪（如图3所示，检测时需要一台计算机配套使用，AC220V供电），集成了涡流、远场、漏磁和超声技术，该仪器不仅可对任何材料制成的热交换器管实施有效的检测，还可以使用旋转超声探头检测管材。再如加拿大R\D Tech公司生产的TC5700 管材轻便型检测仪（如图3所示，检测时需要一台计算机配套使用，AC220V供电），集成了涡流、远场、漏磁和超声技术，该仪器不仅可对任何材料制成的热交换器管实施有效的检测，还可以使用旋转超声探头检测管材。再如加拿大R\D Tech公司生产的TC5700 管材轻便型检测仪（如图3所示，检测时需要一台计算机配套使用，AC220V供电），集成了涡流、远场、漏磁和超声技术，该仪器不仅可对任何材料制成的热交换器管实施有效的检测，还可以使用旋转超声探头检测管材。

图3 a. WorkStation

图3 b.Powerstation

　　此外，美国奥林巴斯公司（Olympus company）研制成功的WorkStation 2000和Powerstation两款模块式多技术检测仪（如图3 a、b所示），集成了涡流和超声检测技术。仪器主要由三个部分组成，即基础部件、控制面板和前端标准组件。用户只须更换前端模块即可方便的实现超声与涡流检测之间的切换。Powerstation还允许用户同时在两种技术下运行使用。该公司近期研制成功的用于管材检测的MultiScan MS5800检测仪,也是一种集合多种探伤技术的一体化仪器，包含有涡流、漏磁、远场涡流和超声检测功能。此外，美国奥林巴斯公司（Olympus company）研制成功的WorkStation 2000和Powerstation两款模块式多技术检测仪（如图3 a、b所示），集成了涡流和超声检测技术。仪器主要由三个部分组成，即基础部件、控制面板和前端标准组件。用户只须更换前端模块即可方便的实现超声与涡流检测之间的切换。Powerstation还允许用户同时在两种技术下运行使用。该公司近期研制成功的用于管材检测的MultiScan MS5800检测仪,也是一种集合多种探伤技术的一体化仪器，包含有涡流、漏磁、远场涡流和超声检测功能。此外，美国奥林巴斯公司（Olympus company）研制成功的WorkStation 2000和Powerstation两款模块式多技术检测仪（如图3 a、b所示），集成了涡流和超声检测技术。仪器主要由三个部分组成，即基础部件、控制面板和前端标准组件。用户只须更换前端模块即可方便的实现超声与涡流检测之间的切换。Powerstation还允许用户同时在两种技术下运行使用。该公司近期研制成功的用于管材检测的MultiScan MS5800检测仪,也是一种集合多种探伤技术的一体化仪器，包含有涡流、漏磁、远场涡流和超声检测功能。
　　在国内，对涡流及超声联合探伤技术和NDT集成技术的研究与应用亦有突破。有色金属研究总院及中科院金属所在九十年代中、后期采用过两种检测方法实现小口径金属管材的在线探伤，但使用了不同厂家生产的台式无损检测仪，而非一体化检测设备。直至1996年，爱德森（厦门）电子有限公司推出的EEC-96多功能电磁检测成像仪，才初步具备了NDT集成技术的特征，即集成了多频涡流、远场涡流、预多频、频谱分析、涡流成像等功能，如图5所示。而近年推向市场的EEC-2000系列多功能电磁/声学一体化检测仪更是针对NDT集成技术的一个尝试。在国内，对涡流及超声联合探伤技术和NDT集成技术的研究与应用亦有突破。有色金属研究总院及中科院金属所在九十年代中、后期采用过两种检测方法实现小口径金属管材的在线探伤，但使用了不同厂家生产的台式无损检测仪，而非一体化检测设备。直至1996年，爱德森（厦门）电子有限公司推出的EEC-96多功能电磁检测成像仪，才初步具备了NDT集成技术的特征，即集成了多频涡流、远场涡流、预多频、频谱分析、涡流成像等功能，如图5所示。而近年推向市场的EEC-2000系列多功能电磁/声学一体化检测仪更是针对NDT集成技术的一个尝试。在国内，对涡流及超声联合探伤技术和NDT集成技术的研究与应用亦有突破。有色金属研究总院及中科院金属所在九十年代中、后期采用过两种检测方法实现小口径金属管材的在线探伤，但使用了不同厂家生产的台式无损检测仪，而非一体化检测设备。直至1996年，爱德森（厦门）电子有限公司推出的EEC-96多功能电磁检测成像仪，才初步具备了NDT集成技术的特征，即集成了多频涡流、远场涡流、预多频、频谱分析、涡流成像等功能，如图5所示。而近年推向市场的EEC-2000系列多功能电磁/声学一体化检测仪更是针对NDT集成技术的一个尝试。

图4 EEC-96多功能电磁检测成像仪

图5 EEC-2008简化框图

　　以EEC-2008多功能电磁/声学一体化检测仪为例（其结构框图见图5 所示），它包含了两大部分，一是多种检测方法专用模块，有常规涡流检测模块、远场涡流检测模块、磁记忆检测模块[7]、漏磁检测模块、低频电磁场检测模块、超声检测模块和声阻抗检测模块等；二是共用模块，信号发生、触摸型切换开关、A/D转换与采集、计算机信息处理单元、系统软件、图像显示模块、键盘模块、通信接口和电源模块等（该仪器内嵌二维坐标卡，支持多种检测方法的扫描成像）。EEC-2008多功能电磁/超声检测仪工作时，信号发生模块通过切换开关，选取常规涡流检测模块、远场涡流检测模块、磁记忆检测模块、漏磁检测模块、低频电磁场检测模块、超声检测模块或声阻抗检测模块中的一个或两个模块进行工作；而后由工作模块得到的输出信号接至A/D转换器的输入端；经A/D转换后输至计算机信息处理单元；最后由计算机信息处理单元输出至显示器。在外形上，由于采用模块化设计，2008仪可根据需要组成便携式或台式仪器。在软件操作系统方面，用户可以对分时或同时获取的检测数据进行相互验证、综合分析，从而得出更为完整可靠的检测结论[8]。

应该指出的是：综合型的NDT集成检测系统，不能以牺牲某个单项检测功能的性能指标来达到集成的目的，应能与目前普遍应用的单功能检测仪器进行互换检测，否则就失去了集成技术的实用价值。

图6 SMART-2005便携式电磁/超声检测仪

　　SMART/EEC-2005型电磁/超声一体化仪（见图6）已成功应用于空军对军用飞机的无损检测、电站焊缝检验及部分高校、科研单位的项目研究等。SMART/EEC-2005型电磁/超声一体化仪（见图6）已成功应用于空军对军用飞机的无损检测、电站焊缝检验及部分高校、科研单位的项目研究等。 SMART/EEC-2005型电磁/超声一体化仪（见图6）已成功应用于空军对军用飞机的无损检测、电站焊缝检验及部分高校、科研单位的项目研究等。
　　目前，国际、国内研发的NDT集成技术产品还仅限于电磁学和声学两种检测方法，随着集成技术水平的进一步提高，该类产品将日臻完善，成为用途更为广泛的NDT先进仪器，以适应更多的检测对象和要求。目前，国际、国内研发的NDT集成技术产品还仅限于电磁学和声学两种检测方法，随着集成技术水平的进一步提高，该类产品将日臻完善，成为用途更为广泛的NDT先进仪器，以适应更多的检测对象和要求。
　　目前，国际、国内研发的NDT集成技术产品还仅限于电磁学和声学两种检测方法，随着集成技术水平的进一步提高，该类产品将日臻完善，成为用途更为广泛的NDT先进仪器，以适应更多的检测对象和要求。

　　NDT集成新技术的时代已经来到，它在提高检测效率，以及在信息的可靠性、完整性、准确性评价等方面都是可以期待和实现的。它所带来的社会、经济和军事效益将是不可估量的。无损检测技术作为一种综合性应用技术。从无损探伤（NDI），到无损检测（NDT），再到无损评价（NDE），并且向自动无损评价（ANDE）和定量无损评价（QNDE）发展，这本身就需要不断的技术创造和创新[9]。我们认为：NDT集成技术将是无损检测技术发展的一个崭新阶段。该技术的出现，将带给人们更多的机遇、同时也是挑战。放眼未来，NDT集成技术方兴未艾，其检测结果将从定性到定量渐变，并融入到设备健康状态评估和再制造技术之中，从而形成设备制造、使用、维护、再制造的绿色循环经济体系。相信在不远的将来，NDT集成技术将揭开无损检测技术发展的新的一页，成为无损检测技术发展的一个重要的里程碑[10]。

参考文献

[1] 朱志红. 信息技术的发展及未来走势浅析[J].计算机与信息技术,2007(19):72
[2] 钨贺铨. 中国信息技术发展的现状和创新. 中国信息界. 2006. 6:21
[3] 任吉林. 涡流检测技术近20年的进展[J]. 无损检测. 1998 (5): 121-125.
[4] 姜恩波. 基于信息聚合的服务与技术[J]．现代图书情报技术, 2007(4): 32-34.
[5] 任吉林. 林俊明，高春法等．电磁检测[M]．北京：机械工业出版社．2000.8．
[6] 李家伟. 陈积懋．无损检测手册[M]．北京：机械工业出版社，2002.1．
[7] 任吉林. 林俊明等．金属磁记忆检测技术[M]．北京：中国电力出版社，2000.5．
[8] 中国工程机械学会无损检测分会编．超声波检测[M]．北京：机械工业出版社．2000.4．
[9] 耿荣生. 更快、更可靠和更直观——第16届世界无损检测会议综述[J]. 无损检测,2004, (11): 565-569.
[10] 林俊明. 电磁（涡流）检测设备的研究现状及发展趋势.南昌航空大学学报.2007.8.