Автоматизированные приборы неразрушающего контроля на базе смартфона

В настоящее время неразрушающий контроль является междисциплинарной областью науки и техники, служащей обеспечению безопасного функционирования сложных технических систем в условиях многофакторных рисков. В связи с этим возникает необходимость рассмотреть в этой области новые информационные технологии, основанные на интеллектуальном восприятии, технологии распознавания, повсеместной сетевой интеграции. Целью данной работы являлась разработка ультразвукового дефектоскопа, который использует смартфон для обработки результатов контроля, а также передачи их непосредственно в центр обработки информации, обладающий мощным оборудованием, или в облачное хранилище, что позволит получать доступ к оперативной информации для её изучения и обработки любому специалисту из любой точки мира.

Предложенный дефектоскоп состоит из сенсорного блока и смартфона. Обмен информацией между сенсором и смартфоном происходит с помощью беспроводных сетей, которые используют технологию «bluetooth». Для обеспечения работы смартфона в режиме ультразвукового дефектоскопа в смартфон инсталлировано программное обеспечение, которое работает в среде операционной системы Android и реализует предложенный алгоритм работы прибора, а при необходимости автоматически может выполнять роль ретранслятора для обработки данных на значительном расстоянии (до сотен и тысяч километров).

Сравнительный анализ экспериментальных данных разработанного устройства с дефектоскопом Einstein-II компании Modsonic (India) и дефектоскопом TS-2028H+ компании Tru-Test (New Zealand) показал, что предложенное устройство не уступает им по таким характеристикам, как диапазон измеряемых толщин, относительная погрешность определения глубины залегания дефекта и толщины объекта. При измерении малых толщин от 5 до 10 мм, предложенное устройство даже превосходит их, обеспечивая относительную погрешность измерения порядка 1 %, в то время как аналоги дают эту погрешность в пределах 2–3 %.

1. Baev A.R., Mayorov A.L., Asadchaya M.V., Konovalov G.E., Sergeeva O.S. Transformation and Scattering of Surface Waves on the Acoustic Load to Ultrasonic Evaluation and Measurements. Part 2. The object to study – solid with ledge. Devices and Methods of Measurements, 2018, vol. 9, no. 2, pp. 142‒154. DOI: 10.21122/2220-9506-2018-9-2-142-154

2. Kren A.P., Delendyk M.N., Ivanov V.P. Industry 4.0: Transformations in Non-Destructive Testing. Science and innovation, 2019, no. 2 (192), pp. 28–32.

3. Meier J, Tsalicoglou I., Mennicke R. The future of NDT with wireless sensors, A.I. and IoT. Proceedings 15th Asia Pacific Conference for Non-Destructive Testing, Singapore, November 13‒17, 2017, pp. 1‒11.

4. El Kouche A., Hassanein H.S. Ultrasonic NonDestructive Testing (NDT) Using Wireless Sensor Networks. Procedia Computer Science, 2012, vol. 10, pp. 136–143. DOI: 10.1016/j.procs.2012.06.021

5. He X., Xie G., Jiang Y. Online Partial Discharge Detection and Location System Using Wireless Sensor Network. Energy Procedia, 2011, vol. 12, pp. 420–428. DOI: 10.1016/j.egypro.2011.10.056

6. Yi W., Gilliland S.S., Saniie J. Mobile ultrasonic signal processing system using Android smartphone. Circuits and Systems (MWSCAS), 2013 IEEE 56th International Midwest Symposium on, 4‒7 August, 2013, pp. 1271‒1274. DOI: 10.1109/MWSCAS.2013.6674886

7. Yu Y., Han R., Zhao X., Mao X., Hu W., Jiao D., Li M., Ou J. Initial validation of mobile-structural health monitoring method using smartphones. International Journal of Distributed Sensor Networks, February, 2015, pp. 1‒14. DOI: 10.1155/2015/274391

8. Xie B., Li J., Zhao X. Research on Damage Detection of a 3D Steel Frame Model Using Smartphones. Sensors, 2019, vol. 19, no. 3, article №745. DOI: 10.3390/s19030745

9. Han R., Zhao X., Yu Y., Guan Q., Hu W., Li M. A Cyber-Physical System for Girder Hoisting Monitoring Based on Smartphones. Sensors, 2016, Vol. 16, no. 7, article №1048. DOI: 10.3390/s16071048.

10. Morgenthal G., Höpfner H. The application of smartphones to measuring transient structural displacements. Journal of Civil Structural Health Monitoring, 2(3‒4), 2012, no. 2, pp. 149–161. DOI: 10.1007/s13349-012-0025-0

11. Li J., Xie B., Zhao X. Measuring the interstory drift of buildings by a smartphone using a feature point matching algorithm. Structural Control and Health Monitoring, January, 2020, pp. 1‒17. DOI: 10.1002/stc.2492

12. Seraj F.,Meratnia N.,Havinga P. An aggregation and visualization technique for crowd-sourced continuous monitoring of transport infrastructures. Pervasive Computing and Communications Workshops (Per Com Workshops), 2017 IEEE International Conference on, USA, March, 2017, pp. 1‒6. DOI: 10.1109/PERCOMW.2017.7917561

13. Yu Y, Han R., Zhao X., Mao X., Hu W., Jiao D., Li M., Ou J. Initial Validation of Mobile-Structural Health Monitoring Method Using Smartphones. International Journal of Distributed Sensor Networks, February, 2015, pp. 1‒14. DOI: 10.1155/2015/274391

14. Petryk V.F., Protasov A.G., Syeryy K.N., Povshenko A.A. Use of serial mobile devices when designing portable defectoscopes. Scientific notes of Taurida National V.I. Vernadsky University. Series: Technical Sciences, 2019, vol. 30 (69), p. 2, no. 6, pp. 12‒16. DOI: 10.32838/2663-5941/2019.6-2/03

15. Morgenthal G., Eick J.F., Rau S., Taraben J. Wireless Sensor Networks Composed of Standard Microcomputers and Smartphones for Applications in Structural Health Monitoring. Sensors, 2019, vol. 19, no. 9, article №2070. DOI: 10.3390/s19092070

16. Das A.J., Wahi A., Kothari I., Raskar R. Ultraportable, wireless smartphone spectrometer for rapid, nondestructive testing of fruit ripeness. Scientific Reports, 2016, vol 6 (1), pp. 32504‒32512. DOI: 10.1038/srep32504

17. Ermolov I.N., Lange Yu.V. Nondestructive testing: Handbook: 7 vol. (ed. by V.V. Kluyev). Vol. 3, Ultrasonic Testing. М.: Publishing house Mashinostroenie, 2004, 864 p.