基于LabVIEW的ACFM网络实验平台开发与测试

李 伟，陈国明，张传荣，刘 涛

（中国石油大学（华东）海洋油气装备与安全技术中心，山东青岛 266580）

基于LabVIEW的ACFM网络实验平台开发与测试

李 伟，陈国明，张传荣，刘 涛

（中国石油大学（华东）海洋油气装备与安全技术中心，山东青岛 266580）

针对交流电磁场检测（alternating current field measurement，ACFM）技术教学实验的需要，借助Lab-VIEW构建服务器和远程客户端之间一对多通信的ACFM网络实验平台，设计含服务器程序和客户端程序的TCP网络通信模块，以通信端口和IP地址为标示，服务器循环监听客户端连接请求，对通过请求的每个客户端逐个发送信号，实现ACFM检测信号的网络传输。采用真实缺陷ACFM检测实验进行实验验证，实验结果表明：该实验平台能够完成服务器端ACFM缺陷检测信号数据的网络发布以及远程客户端的实时信号接收和通信，接收信号与原信号一致，能满足实验教学要求。

电磁场检测；网络实验平台；LabVIEW

交流电磁场检测技术（altenating current field measurement，ACFM）是基于电磁感应原理的结构表面缺陷无损检测技术，具有非接触测量、受工件材质影响小、无需标定、检测速度快以及对提离效应不敏感等优点，目前已得到Lloyds、ABS、BV、DNV、ASTM、 COFREND、ASNT、ASME等多家世界权威验证单位和机构的认证，广泛应用于油气工业、桥梁港口、航空航天以及水下结构等众多领域，是近年来快速发展的先进安全检测技术之一，应用前景良好［1-4］。但由于其价格昂贵、操作复杂，难以满足教学实验要求，影响学生对ACFM安全检测技术原理和缺陷定量识别方法的学习和理解，同样的问题也出现在涡流检测、超声检测以及红外检测等先进检测技术系统的教学中。为此，本文借助LabVIEW，围绕基于TCP／IP网络协议的ACFM网络实验平台进行了系统研究和实验测试，建立ACFM服务器和客户端之间的一对多网络实验平台，实现了服务器和学生客户端之间的实时通信和数据传输，不但让学生直观地感受ACFM缺陷检测实时数据采集和特征信号显示情况，并且可以远程对信号进行多种数据分析和缺陷识别，达到了实验教学的目的。

1 ACFM网络实验平台结构与设计思路

ACFM网络实验平台重点是通过TCP／IP网络协议，使ACFM虚拟仪器服务器和客户端进行数据通信和远程信号分析。常用的构建网络实验平台的方法包括软件共享和硬件共享两种方式。软件共享方式是指客户端实验内容只与服务器端的软件程序有关，与硬件仪器设备无关；而硬件共享模式则是服务器端不但需要设计相应的软件界面，而且要连接硬件实验设备（如数据采集卡、信号源等）［5-6］。

ACFM网络实验平台采用硬件共享和软件共享相结合的方式，以LabVIEW虚拟仪器环境为基础构建，由仪控服务器、客户端以及ACFM实验设备3部分组成，如图1所示。仪控服务器与ACFM实验设备之间采用硬件共享模式，服务器通过ACFM实验程序与ACFM数据采集卡以及激励信号源相连接，控制硬件的动作、实时获取仪器的测量结果；仪控服务器和客户端之间的通信采用软件共享模式，客户端软件与服务器软件通过网络TCP／IP协议连接通信，服务器端要接收客户端的请求时调用服务器实时保存的实验数据与信号，而不直接与实验仪器硬件相关联，这样既解决了ACFM仪器设备硬件操作复杂和设备安全的问题，又满足了学生进行ACFM缺陷检测信号显示以及数据分析的教学实验需要。

图1 ACFM网络实验平台组成框图

2 基于LabVIEW的ACFM网络通信模块设计

仪控服务器与ACFM的硬件共享连接借助PCI或USB总线接口实现，并由服务器中的ACFM虚拟仪器软件系统控制硬件的动作、实时获取仪器的测量结果以及绘制和储存检测信号曲线，文献［7］中有详细的阐述。客户端和仪控服务器之间借助基于网络通信模块实现数据和信号通信。为能够较好地与ACFM虚拟仪器软件系统相融合和联合编程，ACFM网络实验平台的网络通信模块基于LabVIEW进行设计，LabVIEW提供了丰富的网络通信函数，大大简化了模块设计过程。

TCP（transmission control protocol，传输控制协议）是一个面向连接的协议［8］，允许从某台计算机发出的字节流无差错地发往互联网的其他计算机。以TCP为基础组建的Internet是目前国际上规模最大的计算机网络，Internet的广泛使用，使得TCP／IP成为事实上的标准，TCP连接由IP地址和TCP端口作为唯一识别。基于LabVIEW的网络通信模块设计上采用TCP协议服务器／客户端通信模式［9］，分为服务器端程序和客户端程序。服务器端软件主要完成数据接受，并提供接口用于数据的相关后续处理，然后利用LabVIEW提供的TCP功能函数将数据发布到网络上；在客户端软件中利用TCP功能函数接收这些数据，即可实现远程数据采集和信号通信。基于Lab-VIEW的网络通信流程如图2所示［10-11］，具体流程如下：服务器端处于工作状态，并监听通信端口，等待客户端发送连接请求；客户端计算机开启TCP连接；服务器主机响应并建立数据传输通道；连接过程判断网络错误，若有错误则中断连接；数据传输，利用VI模块TCP read／write完成；传输完毕中断连接。

图2 TCP网络通信模块服务器与客户端通信流程图

ACFM网络实验平台需要完成多客户端同时连接服务器端接收数据，因此TCP通信模块设计为一点对多点通信模式，服务器端通过TCP侦听函数循环侦听指定端口，一旦有客户端请求连接，通过服务器判定有效后与该客户端建立连接，并将连接放入队列；然后对队列中的每个元素逐个写入数据，最后关闭连接，过滤掉因为正常关闭而导致的错误信息；客户端程序通过“打开TCP连接”函数向服务器端请求连接，建立连接后，进入主循环用2个“读取TCP数据”函数，首先读取数据长度，然后读取数据的实际数据；最后向服务器发送退出信息，关闭连接，并过滤掉因为正常关闭导致的错误信息［12-13］。

3 ACFM网络实验平台测试

采用真实人工缺陷检测实验对ACFM网络实验平台进行实验测试。待测工件为Q235钢板试块，缺陷为长45mm、宽0.8mm、深5mm的矩形槽（人工预置裂纹）。实验时选择激励电流为0.4A，采集频率为30kHz，采集点数为384，通过对服务器采集得到的缺陷特征信号与客户端通过网络通信模块接收信号进行对比分析，测试ACFM网络实验平台的应用效果。

进行通信时，需要在服务器程序中指定网络通信端口（Port），客户端也要指定相同的端口才能与服务器之间进行正确的通信，端口值由用户任意指定，只要服务器与客户端保持一致即可。服务器端采集的缺陷特征信号见图3，客户端接收信号见图4。

图3 服务器端发送信号

图4 客户端接收信号

由图3中可以看出，ACFM探头扫过工件表面裂纹时，仪控服务器有效地探测到缺陷信号，信号特征符合ACFM检测原理［14］。对比图3和图4可知，通过TCP网络，客户端能够接收到ACFM检测信号，并且与服务器端的数据相吻合，表明本文设计的网络通信模块效果良好。

模块服务器端程序嵌入仪控服务器ACFM虚拟仪器软件，仪控服务器在控制ACFM装置进行检测和数据采集的同时即可实时地接受客户端程序请求，将检测的数据发送到远端客户机，测试结果如图5和图6所示。对比两图可以看出，在网络通信模块嵌入的情况下，远程客户端接收的信号与ACFM虚拟仪器软件采集信号一致，ACFM网络实验平台较好地实现了ACFM检测数据的网络发布和远程客户端实时接收，能够满足ACFM检测技术研究与信号处理的网络教学实验要求。

图5 ACFM虚拟仪器软件测试结果

图6 客户端接收信号

4 结束语

本文借助LabVIEW设计了TCP网络通信模块并嵌入ACFM虚拟仪器软件系统，采用软件共享和硬件共享相结合的方法，构建ACFM网络实验平台。通过真实缺陷的ACFM检测实验进行实验验证，实验结果表明：借助LabVIEW中的TCP函数编写的网络通信模块具有良好的嵌入型，构建的ACFM网络实验平台能够完成服务器端ACFM缺陷检测信号数据的网络发布以及远程客户端的实时信号接收和通信，接收信号与原信号一致，不但让学生在客户端直观地感受ACFM缺陷检测实时数据采集和特征信号显示，并且能够对检测信号进行数据分析和缺陷识别，满足实验教学要求。

（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.

［3］Dover W D，Charlesworth K A，Collins R，et al.The use of ac？eld measurement to determine the shape and size of a crack in a metal［M］.In：Brinbaum G，Free G，editors.Eddy current characterization of materials and structures.Philadelphia：American Soci-ety for Testing and Materials；1981：401–427.

［4］Papaelias M Ph，Lugg M C，Roberts C，et al.High-speed detection of rails using ACFM techniques［J］.NDT and E International，2009，42（4）：328-335

［5］康广荃，赵航.基于LabVIEW的数字信号处理网络实验教学系统［J］.实验室科学，2011，14（5）：111-113.

［6］杨鸿波，侯霞.电工电子网络实验教学系统的探索与实践［J］.实验技术与管理，2010，27（6）：160-163.

［7］李伟，陈国明.ACFM虚拟仪器实验平台开发与测试［J］.实验技术与管理，2009，26（10）：73-78.

［8］林瑶，蒋慧，杜蔚轩.用TCP／IP进行网络互连［M］.北京：电子工业出版社，2001.

［9］Blakeley B，Lugg M.Application of ACFM for inspection through metal coatings［J］.Insight，2010，52（6）：310-315.

［10］杨乐平.LabVIEW高级程序设计［M］.北京：清华大学出版社，2003.

［11］李潮锐.虚拟仪器技术构建跨校区实验教学平台［J］.实验技术与管理，2007，24（1）：90-93

［12］陈锡辉，张银鸿.LabVIEW 8.2程序设计从入门到精通［M］.北京：清华大学出版社，2007.

［13］孙宏书，许宝杰，张怀存，等.基于LabVIEW的远程机器状态监测与故障诊断［J］.北京机械工业学报，2002，17（1）：32-37.

［14］Ravan M，Sadeghi，Moini R.Neural network approach for determination of fatigue crack depth profile in a metal，using alternating current field measurement data［J］.IET Science，Measurement and Technology，2008，2（1）：32-38.

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

国家自然科学基金项目“基于激励阵列的ACFM缺陷可视化检测技术与应用研究”（50905187）；山东省自然科学基金项目“基于多相多激励的交流电磁场缺陷可视化检测机理及应用研究”（2009ZRA05085）

李伟（1980—），男，河北沧州，博士，副教授，主要研究方向：海洋油气装备及安全检测技术.

E-mail：ronald8044＠163.com