具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本说明书中的技术方案，下面将结合本说明书一个或多个实施例中的附图，对本说明书一个或多个实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是说明书一部分实施例，而不是全部的实施例。基于说明书一个或多个实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本说明书实施例方案保护的范围。

参见图1至图3，图1是本发明实施例提供的一种智能物联网超声波探头系统的示意图，图2是本说明书实施例提供的一种智能物联网超声波探头的示意图，图3是本说明书提供的一些实施例中微型电路板的结构示意图。

所述智能物联网超声波探头系统包括至少一个超声波探头、上位机和云服务器，其中，上位机连接于至少一个超声波探头和云服务器之间。

所述智能物联网超声波探头包括探测元件10和微型电路板20。

探测元件10，设置在所述超声波探头内，用于对被测物体面发射超声波脉冲，同时接收由被测物体面的缺陷反射的回波，微型电路板20，包括耗材磨损计算模块、控制器和通讯模块，所述微型电路板20设置于所述探测元件上方且与所述探测元件电连接，所述耗材磨损计算模块用于实时监测所述探测元件的耗材磨损信息，用于对所述耗材磨损信息进行处理获得耗材磨损值，并计算所述探测元件的测量准度及记录所述探测元件的工作时长，所述通讯模块，用于将所述耗材磨损信息、工作时长信息通过上位机发送至所述云服务器，所述上位机上部署有探头诊断模块，用于对每个超声波探头的耗材磨损值、测量准度和工作时长进行分析，当所述耗材磨损值大于磨损阈值或者所述测量准度小于准度阈值或者所述工作时长超过工作时长阈值时进行探头更换提示。

在本说明书实施例中，超声波是频率高于20千赫的机械波。在超声探伤中常用的频率为0.5～10兆赫。这种机械波在材料中能以一定的速度和方向传播，遇到声阻抗不同的异质界面(如缺陷或被测物件的底面等)就会产生反射、折射和波形转换。这种现象可被用来进行超声波探伤，最常用的是脉冲反射法，探伤时，脉冲振荡器发出的电压加在探测元件上(用压电陶瓷或石英晶片制成的探测元件)，探测元件发出的超声波脉冲通过声耦合介质(如机油或水等)进入材料并在其中传播，遇到缺陷后，部分反射能量沿原途径返回探测元件，探测元件又将其转变为电脉冲，经仪器放大而显示在示波管的荧光屏上。根据缺陷反射波在荧光屏上的位置和幅度(与参考试块中人工缺陷的反射波幅度作比较)，即可测定缺陷的位置和大致尺寸。

本说明书中，通过耗材磨损计算实时监测探测元件的耗材磨损程度，当耗材磨损值超过磨损阈值时说明探测元件不能继续使用，不及时更换会造成精密元件的损坏，同时本说明书中通过微型电路板中的控制器实时计算探测元件的测量准度，测量准度不够说明智能物联网探头测量已经不准确需要进行检修，以及当探测元件工作时长超过工作时长阈值时进行探头更换提示，其中，所述工作时长阈值可以行业内规定的探测元件最长工作时限。

其中，所述探头更换提示可以根据以下阈值判断公式进行：

F(m,a,t)＝max(m–m_标,0)+max(a_标-a,0)+max(t–t_标,0)

其中，m表示探测元件的耗材磨损值，m_标表示耗材磨损阈值，a表示测量准度，a_标标识测量准度阈值，t表示工作时长，t_标表示工作时长阈值，当F(m,a,t)大于0时进行探头更换提示。

在本说明书中，探测元件包括若干配合工作的直探头和斜探头，超声波监测用标准试块用于仪器探头系统性能校准和检测校准的试块，常用的有：钢板用标准试块CBⅠ\CBⅡ，锻件用标准试块CSⅠ\CSⅡ\CSⅢ，焊接接头用标准试块CSK-ⅠA\CSK-ⅡA\CSK-ⅢA\CSK-ⅣA等。

其中，CSK-IA试块是我国承压设备无损检测标准JB/T4730.3-2005中规定的标准试块，主要用于横波斜探头的分辨力；调整横波扫描速度和检测范围；调整纵波检测范围和扫描线性比例；校验仪器的水平线性、垂直线性和动态范围；测定直探头和仪器组合的远场分辨力；测定直探头和仪器组合后的最大穿透能力及盲区；测定斜探头的折射角及入射点；测定斜探头和仪器组合的灵敏度余量等。CSK-IIIA试块是JB/T4730.3-2005标准中规定用于焊缝超声波检测的横孔标准试块，主要用于测定横波距离-波幅曲线(DAC)、斜探头折射角和探头扫描线性及灵敏度的调整。

在一些可选示例中，所述控制器通过如下公式计算所述探测元件的测量准度：

其中，c_直为直探头准度系数，为斜探头准度系数(i＝1,…,n，n为正整数)，A_直为直探头测量准度，计算公式如下：

为斜探头测量准度，计算公式如下：

其中，fe为频率误差指数得分，计算公式如下：

其中，f为标准试块的回波频率，f₀为所述智能物联网超声波探头的标准频率；

R为探头的分辨力指数得分，计算公式如下：

其中，h为测量波谷高度，θ为声轴偏斜角指数得分，计算公式如下：

其中，D_x，D_y分别为声轴在x和y方向的偏移，φ为折射角指数得分，计算公式如下：

其中，a为所述智能物联网超声波探头的前沿距离，X为所述智能物联网超声波探头的前沿至标准试块之间的距离，L为标准试块距离。

在一些可选示例中，微型电路板还可以包括存储器，所述存储器用于用于记录所述耗材磨损值、工作时长、及所述超声探头的基本信息。

在一些可选示例中，智能物联网超声波探头在工作过程中，所述微型电路板的控制器中嵌入了计算机程序，所述计算机程序在存储器中存储了智能物联网超声波探头的基本信息，可以包括但不限制于智能物联网超声波探头的ID、名称、型号、用途和规格信息等。当智能物联网超声波探头通电工作时，持续实时记录智能物联网超声波探头的工作时长信息，并存储在存储模块中。同时，通过耗材磨损计算模块实时计算探测元件的耗材磨损信息，控制器对耗材磨损信息进行处理后获得耗材磨损值，并将耗材磨损值存在存储模块中。同时，控制器还能够实时计算探测元件的测量准度，并将测量准度也存储在存储模块中。并将存储模块中存储的基础信息、工作时长、耗材磨损值和测量准度通过通讯模块发送到上位机，并通过上位机中的通讯模块将上述信息发送到云服务器，同时，上位机上部署有探头诊断模块，用于对每个超声波探头的耗材磨损值、测量准度和工作时长进行分析，当所述耗材磨损值大于磨损阈值或者所述测量准度小于准度阈值或者所述工作时长超过行业规定最大时长时进行探头更换提示。

在一些可选示例中，云服务器上部署有探头信息管理系统，用于根据每个超声波探头的基本信息进行管理，在更换上位机或上位机开启时更新超声波探头信息。例如可以通过Wifi模块以802.11a/b/g/n/ac通信协议，或者通过ZigBee通信模组以ZigBee通信协议与上位机通信。或者通过微型智能物联网超声电路板的USB type-c通信模组，连接上位机与探头信息管理系统进行通信。其中，更新的超声波探头信息可以包括每个超声波探头的计算参数信息和工作时长等，其中，计算参数信息可以是计算测量准度时里面的经验常数，例如上述测量准度计算公式里面的直探头准度系数c_直、斜探头准度系数智能物联网超声波探头的标准频率f₀、测量波谷高度h、声轴在x和y方向的偏移D_x，D_y、智能物联网超声波探头的前沿距离a，智能物联网超声波探头的前沿至标准试块之间的距离X中的一种或者多种。

在一些可选示例中，当探头管理系统接收到智能物联网超声波探头的基本信息、工作时长、耗材磨损值以后，可以根据基本信息对智能物联网超声波探头进行检索及信息更新，例如，可以根据智能物联网超声波探头的ID检索到对应智能物联网超声波探头的相关信息，或者对智能物联网超声波探头的信息进行更新。具体地，云服务器根据各台智能物联网超声波探头上传的数据(例如工作时长、耗材磨损值、测量准度)进行汇总分析，根据分析结果每隔一段时间根据上传上来的数据(例如工作时长、耗材磨损值、测量准度)分析超声波探头的计算参数如何变化才会使得测量结果更加准确，之后根据分析结果对相应的超声波探头的信息进行更新。

在一些可选示例中，上位机中部署有探头诊断模块，可以根据接收到的所有智能物联网超声波探头的工作时长、耗材磨损值、测量准度训练获得健康管理模型，将待测智能物联网超声波探头的工作时长、耗材磨损值、测量准度输入健康管理模型中，能够输出预测使用寿命，当预测使用寿命小于阈值时，提醒用户更换探测元件。

在本说明书中，上位机中部署有探头诊断模块可以根据智能物联网超声波探头发送的历史数据中已有的工作时长、耗材磨损值、测量准度等构成训练集和测试集，作为训练健康管理模型的输入数据，相应的剩余使用寿命作为对应标签，构建健康管理模型，该健康管理模型可包括若干层，每一层可包括若干隐层单元，每一层可连接全连接层，为了防止过拟合，还可以在每个全连接层后增加过拟合层，最后经sofmax回归层输出。之后对构建好的健康管理模型进行训练，训练过程中可主要包括向前计算、反向误差传播、梯度计算及更新参数等。当待测智能物联网超声波探头的工作信息发送到探头信息管理系统时，该健康管理模型对输入的工作信息进行处理，获得预测使用寿命，当预测使用寿命小于阈值时，提醒用户进行更换。

由此，本说明书提供的智能物联网超声波探头系统，通过实时检测探测元件的工作信息，并将工作信息发送到探头信息管理系统进行分析后，能够预测智能物联网超声波探头的使用寿命，从而能够更精准的对智能物联网超声波探头进行更换提示，避免由于超声波探头状态良好时更换造成的资源浪费，以及超声波探头过度磨损造成的安全隐患，降低成本，提升对超声波探头预测和维护的能力。同时，本说明书实施例提供的智能物联网超声波探头系统，每个超声波探头都拥有唯一的ID，根据该ID能够对超声波探头的使用状态进行实时监控，并能够根据超声波探头的历史数据更新超声波探头的信息，进一步提高测量的准确性和精度。

本说明书还提供了一种智能物联网超声波探头系统中超声波探头的更换提示方法，请参考图4，图4是本说明书提供的一种智能物联网超声波探头系统中超声波探头的更换提示方法的流程图，智能物联网超声波探头系统包括至少一个超声波探头、上位机和云服务器，其中，上位机连接于至少一个超声波探头和云服务器之间，智能物联网超声波探头系统包括至少一个超声波探头、上位机和云服务器，其中，上位机连接于至少一个超声波探头和云服务器之间，所述微型电路板包括耗材磨损计算模块、控制器和通讯模块。本实施例中的超声波探头可参照上述实施例进行理解，此处不再赘述。

如图4所示，所述方法包括以下步骤：

S30.耗材磨损计算模块实时监测所述探测元件的耗材磨损信息，并发送至所述控制器。

在本步骤中，每个超声波探头的微型电路板上均包括一个耗材磨损计算模块，能够实时计算探测元件的耗材磨损信息，并将获取的耗材磨损信息发送到控制器。

S32.控制器接收并处理所述耗材磨损信息，获得耗材磨损值，并计算所述探测元件的测量准度及记录所述探测元件的工作时长。

在本步骤中，所述探测元件包括若干配合工作的直探头和斜探头，所述控制器通过如下公式计算所述探测元件的测量准度：

其中，c_直为直探头准度系数，为斜探头准度系数(i＝1,…,n，n为正整数)，A_直为直探头测量准度，计算公式如下：

为斜探头测量准度，计算公式如下：

其中，fe为频率误差指数得分，计算公式如下：

其中，f为标准试块的回波频率，f₀为所述智能物联网超声波探头的标准频率；

R为探头的分辨力指数得分，计算公式如下：

其中，h为测量波谷高度，θ为声轴偏斜角指数得分，计算公式如下：

其中，D_x，D_y分别为声轴在x和y方向的偏移，φ为折射角指数得分，计算公式如下：

其中，a为所述智能物联网超声波探头的前沿距离，X为所述智能物联网超声波探头的前沿至标准试块之间的距离，L为标准试块距离。

在本步骤中，控制器通过处理耗材磨损计算模块的耗材磨损信息获得耗材磨损值，通过计算获得探测元件的测量准度，并且能够实时记录探测元件的工作时长，在获得上述信息后，将耗材磨损值、测量准度和工作时长和基础信息存储在微型电路板上的存储器中。

S34.通讯模块将所述耗材磨损信息、测量准度和工作时长通过上位机发送至所述云服务器。

在本步骤中，存储器将通讯模块中存储的耗材磨损信息、工作时长信息通过上位机发送至所述云服务器。所述云服务器上部署有探头信息管理系统，探头信息管理系统根据每个超声波探头的基本信息进行管理，在更换上位机或上位机开启时更新探头信息。其中，更新的超声波探头信息可以包括每个超声波探头的计算参数信息和工作时长等，其中，计算参数信息可以是计算测量准度时里面的经验常数，例如上述测量准度计算公式里面的直探头准度系数c_直、斜探头准度系数智能物联网超声波探头的标准频率f₀、测量波谷高度h、声轴在x和y方向的偏移D_x，D_y、智能物联网超声波探头的前沿距离a，智能物联网超声波探头的前沿至标准试块之间的距离X中的一种或者多种。

具体地，云服务器根据各台智能物联网超声波探头上传的数据(例如工作时长、耗材磨损值、测量准度)进行汇总分析，根据分析结果每隔一段时间根据上传上来的数据(例如工作时长、耗材磨损值、测量准度)分析超声波探头的计算参数如何变化才会使得测量结果更加准确，之后根据分析结果对相应的超声波探头的信息进行更新。

S36.上位机上部署的探头诊断模块对每个超声波探头的耗材磨损值、测量准度和工作时长进行分析，当所述耗材磨损值大于磨损阈值或者所述测量准度小于准度阈值或者所述工作时长超过行业规定最大时长时进行探头更换提示。

在本步骤中，所述探头诊断模块对所有超声波探头的工作时长、耗材磨损信息、测量准度经过训练获得健康管理模型，将待测超声波探头的工作时长信息、耗材磨损信息、测量准度输入所述健康管理模型，获得预测使用寿命，当所述预测使用寿命小于寿命阈值时，对所述待测智能物联网超声探头进行更换提示。

由此，本说明书提供的智能物联网超声波探头系统中对超声波探头进行更换提示的方法，通过实时检测探测元件的工作信息，并将工作信息发送到探头信息管理系统进行分析后，能够预测智能物联网超声波探头的使用寿命，从而能够更精准的对智能物联网超声波探头进行更换提示，避免由于超声波探头状态良好时更换造成的资源浪费，以及超声波探头过度磨损造成的安全隐患，降低成本，提升对超声波探头预测和维护的能力。同时，本说明书实施例提供的智能物联网超声波探头系统，每个超声波探头都拥有唯一的ID，根据该ID能够对超声波探头的使用状态进行实时监控，并能够根据超声波探头的历史数据更新超声波探头的信息，进一步提高测量的准确性和精度。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。具体的可以参照前述相关处理相关实施例的描述，在此不做一一赘述。

上述对本说明书特定实施例进行了描述。其它实施例在所附权利要求书的范围内。在一些情况下，在权利要求书中记载的动作或步骤可以按照不同于实施例中的顺序来执行并且仍然可以实现期望的结果。另外，在附图中描绘的过程不一定要求示出的特定顺序或者连续顺序才能实现期望的结果。在某些实施方式中，多任务处理和并行处理也是可以的或者可能是有利的。

本说明书实施例并不局限于必须是符合标准数据模型/模板或本说明书实施例所描述的情况。某些行业标准或者使用自定义方式或实施例描述的实施基础上略加修改后的实施方案也可以实现上述实施例相同、等同或相近、或变形后可预料的实施效果。应用这些修改或变形后的数据获取、存储、判断、处理方式等获取的实施例，仍然可以属于本说明书的可选实施方案范围之内。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本说明书的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述并不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

以上所述仅为本说明书的实施例而已，并不用于限制本说明书。对于本领域技术人员来说，本说明书可以有各种更改和变化。凡在本说明书的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本说明书的权利要求范围之内。