基于LabVIEW的ACFM網絡實驗平臺開發與測試

李 偉，陳國明，張傳榮，劉 濤

（中國石油大學（華東）海洋油氣裝備與安全技術中心，山東青島 266580）

基于LabVIEW的ACFM網絡實驗平臺開發與測試

李 偉，陳國明，張傳榮，劉 濤

（中國石油大學（華東）海洋油氣裝備與安全技術中心，山東青島 266580）

針對交流電磁場檢測（alternating current field measurement，ACFM）技術教學實驗的需要，借助Lab-VIEW構建服務器和遠程客戶端之間一對多通信的ACFM網絡實驗平臺，設計含服務器程序和客戶端程序的TCP網絡通信模塊，以通信端口和IP地址為標示，服務器循環監聽客戶端連接請求，對通過請求的每個客戶端逐個發送信號，實現ACFM檢測信號的網絡傳輸。采用真實缺陷ACFM檢測實驗進行實驗驗證，實驗結果表明：該實驗平臺能夠完成服務器端ACFM缺陷檢測信號數據的網絡發布以及遠程客戶端的實時信號接收和通信，接收信號與原信號一致，能滿足實驗教學要求。

電磁場檢測；網絡實驗平臺；LabVIEW

交流電磁場檢測技術（altenating current field measurement，ACFM）是基于電磁感應原理的結構表面缺陷無損檢測技術，具有非接觸測量、受工件材質影響小、無需標定、檢測速度快以及對提離效應不敏感等優點，目前已得到Lloyds、ABS、BV、DNV、ASTM、 COFREND、ASNT、ASME等多家世界權威驗證單位和機構的認證，廣泛應用于油氣工業、橋梁港口、航空航天以及水下結構等眾多領域，是近年來快速發展的先進安全檢測技術之一，應用前景良好［1-4］。但由于其價格昂貴、操作復雜，難以滿足教學實驗要求，影響學生對ACFM安全檢測技術原理和缺陷定量識別方法的學習和理解，同樣的問題也出現在渦流檢測、超聲檢測以及紅外檢測等先進檢測技術系統的教學中。為此，本文借助LabVIEW，圍繞基于TCP／IP網絡協議的ACFM網絡實驗平臺進行了系統研究和實驗測試，建立ACFM服務器和客戶端之間的一對多網絡實驗平臺，實現了服務器和學生客戶端之間的實時通信和數據傳輸，不但讓學生直觀地感受ACFM缺陷檢測實時數據采集和特征信號顯示情況，并且可以遠程對信號進行多種數據分析和缺陷識別，達到了實驗教學的目的。

1 ACFM網絡實驗平臺結構與設計思路

ACFM網絡實驗平臺重點是通過TCP／IP網絡協議，使ACFM虛擬儀器服務器和客戶端進行數據通信和遠程信號分析。常用的構建網絡實驗平臺的方法包括軟件共享和硬件共享兩種方式。軟件共享方式是指客戶端實驗內容只與服務器端的軟件程序有關，與硬件儀器設備無關；而硬件共享模式則是服務器端不但需要設計相應的軟件界面，而且要連接硬件實驗設備（如數據采集卡、信號源等）［5-6］。

ACFM網絡實驗平臺采用硬件共享和軟件共享相結合的方式，以LabVIEW虛擬儀器環境為基礎構建，由儀控服務器、客戶端以及ACFM實驗設備3部分組成，如圖1所示。儀控服務器與ACFM實驗設備之間采用硬件共享模式，服務器通過ACFM實驗程序與ACFM數據采集卡以及激勵信號源相連接，控制硬件的動作、實時獲取儀器的測量結果；儀控服務器和客戶端之間的通信采用軟件共享模式，客戶端軟件與服務器軟件通過網絡TCP／IP協議連接通信，服務器端要接收客戶端的請求時調用服務器實時保存的實驗數據與信號，而不直接與實驗儀器硬件相關聯，這樣既解決了ACFM儀器設備硬件操作復雜和設備安全的問題，又滿足了學生進行ACFM缺陷檢測信號顯示以及數據分析的教學實驗需要。

圖1 ACFM網絡實驗平臺組成框圖

2 基于LabVIEW的ACFM網絡通信模塊設計

儀控服務器與ACFM的硬件共享連接借助PCI或USB總線接口實現，并由服務器中的ACFM虛擬儀器軟件系統控制硬件的動作、實時獲取儀器的測量結果以及繪制和儲存檢測信號曲線，文獻［7］中有詳細的闡述?？蛻舳撕蛢x控服務器之間借助基于網絡通信模塊實現數據和信號通信。為能夠較好地與ACFM虛擬儀器軟件系統相融合和聯合編程，ACFM網絡實驗平臺的網絡通信模塊基于LabVIEW進行設計，LabVIEW提供了豐富的網絡通信函數，大大簡化了模塊設計過程。

TCP（transmission control protocol，傳輸控制協議）是一個面向連接的協議［8］，允許從某臺計算機發出的字節流無差錯地發往互聯網的其他計算機。以TCP為基礎組建的Internet是目前國際上規模最大的計算機網絡，Internet的廣泛使用，使得TCP／IP成為事實上的標準，TCP連接由IP地址和TCP端口作為唯一識別?；贚abVIEW的網絡通信模塊設計上采用TCP協議服務器／客戶端通信模式［9］，分為服務器端程序和客戶端程序。服務器端軟件主要完成數據接受，并提供接口用于數據的相關后續處理，然后利用LabVIEW提供的TCP功能函數將數據發布到網絡上；在客戶端軟件中利用TCP功能函數接收這些數據，即可實現遠程數據采集和信號通信?；贚ab-VIEW的網絡通信流程如圖2所示［10-11］，具體流程如下：服務器端處于工作狀態，并監聽通信端口，等待客戶端發送連接請求；客戶端計算機開啟TCP連接；服務器主機響應并建立數據傳輸通道；連接過程判斷網絡錯誤，若有錯誤則中斷連接；數據傳輸，利用VI模塊TCP read／write完成；傳輸完畢中斷連接。

圖2 TCP網絡通信模塊服務器與客戶端通信流程圖

ACFM網絡實驗平臺需要完成多客戶端同時連接服務器端接收數據，因此TCP通信模塊設計為一點對多點通信模式，服務器端通過TCP偵聽函數循環偵聽指定端口，一旦有客戶端請求連接，通過服務器判定有效后與該客戶端建立連接，并將連接放入隊列；然后對隊列中的每個元素逐個寫入數據，最后關閉連接，過濾掉因為正常關閉而導致的錯誤信息；客戶端程序通過“打開TCP連接”函數向服務器端請求連接，建立連接后，進入主循環用2個“讀取TCP數據”函數，首先讀取數據長度，然后讀取數據的實際數據；最后向服務器發送退出信息，關閉連接，并過濾掉因為正常關閉導致的錯誤信息［12-13］。

3 ACFM網絡實驗平臺測試

采用真實人工缺陷檢測實驗對ACFM網絡實驗平臺進行實驗測試。待測工件為Q235鋼板試塊，缺陷為長45mm、寬0.8mm、深5mm的矩形槽（人工預置裂紋）。實驗時選擇激勵電流為0.4A，采集頻率為30kHz，采集點數為384，通過對服務器采集得到的缺陷特征信號與客戶端通過網絡通信模塊接收信號進行對比分析，測試ACFM網絡實驗平臺的應用效果。

進行通信時，需要在服務器程序中指定網絡通信端口（Port），客戶端也要指定相同的端口才能與服務器之間進行正確的通信，端口值由用戶任意指定，只要服務器與客戶端保持一致即可。服務器端采集的缺陷特征信號見圖3，客戶端接收信號見圖4。

圖3 服務器端發送信號

圖4 客戶端接收信號

由圖3中可以看出，ACFM探頭掃過工件表面裂紋時，儀控服務器有效地探測到缺陷信號，信號特征符合ACFM檢測原理［14］。對比圖3和圖4可知，通過TCP網絡，客戶端能夠接收到ACFM檢測信號，并且與服務器端的數據相吻合，表明本文設計的網絡通信模塊效果良好。

模塊服務器端程序嵌入儀控服務器ACFM虛擬儀器軟件，儀控服務器在控制ACFM裝置進行檢測和數據采集的同時即可實時地接受客戶端程序請求，將檢測的數據發送到遠端客戶機，測試結果如圖5和圖6所示。對比兩圖可以看出，在網絡通信模塊嵌入的情況下，遠程客戶端接收的信號與ACFM虛擬儀器軟件采集信號一致，ACFM網絡實驗平臺較好地實現了ACFM檢測數據的網絡發布和遠程客戶端實時接收，能夠滿足ACFM檢測技術研究與信號處理的網絡教學實驗要求。

圖5 ACFM虛擬儀器軟件測試結果

圖6 客戶端接收信號

4 結束語

本文借助LabVIEW設計了TCP網絡通信模塊并嵌入ACFM虛擬儀器軟件系統，采用軟件共享和硬件共享相結合的方法，構建ACFM網絡實驗平臺。通過真實缺陷的ACFM檢測實驗進行實驗驗證，實驗結果表明：借助LabVIEW中的TCP函數編寫的網絡通信模塊具有良好的嵌入型，構建的ACFM網絡實驗平臺能夠完成服務器端ACFM缺陷檢測信號數據的網絡發布以及遠程客戶端的實時信號接收和通信，接收信號與原信號一致，不但讓學生在客戶端直觀地感受ACFM缺陷檢測實時數據采集和特征信號顯示，并且能夠對檢測信號進行數據分析和缺陷識別，滿足實驗教學要求。

（References）

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［2］Chen Guoming，Li Wei，Wang Zexin.Structural optimazation of 2-D array probe for alternaing current field measurement［J］.NDT＆E International，2007，40（6）：455-461.

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［10］楊樂平.LabVIEW高級程序設計［M］.北京：清華大學出版社，2003.

［11］李潮銳.虛擬儀器技術構建跨校區實驗教學平臺［J］.實驗技術與管理，2007，24（1）：90-93

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Development and test of ACFM network experimental platform based on LabVIEW

Li Wei，Chen Guoming，Zhang Chuanrong，Liu Tao
（Center for Offshore Engineering and Safety Technology，China University of Petroleum，Qingdao 266580，China）

To meet the needs of the teaching experiment for the alternating current field measurement（ACFM）technique，the ACFM network experimental platform is built to realize the signal communication and transmission between the server and clients by Internet.Network communication module consists of service software and client software with TCP protocol.The service software listens to the connection request of client，and sents the ACFM signals to every client，while the client software reads the signals using TCP reading function of LabVIEW.The ACFM network experimental platform is tested by experiments.And the results show that the TCP web publishing of ACFM signals by server and the real time remote receiving by clients are realized through the ACFM network experimental platform，and the data

is according to the signals published.

atternating current field measurement（ACFM）；network experimental platform；LabVIEW

TH878；G484

A

1002-4956（2013）03-0065-03

2012-06-11 修改日期：2012-09-12

國家自然科學基金項目“基于激勵陣列的ACFM缺陷可視化檢測技術與應用研究”（50905187）；山東省自然科學基金項目“基于多相多激勵的交流電磁場缺陷可視化檢測機理及應用研究”（2009ZRA05085）

李偉（1980—），男，河北滄州，博士，副教授，主要研究方向：海洋油氣裝備及安全檢測技術.

E-mail：ronald8044＠163.com