缺陷漏磁信号的单元伸缩构建方法与流程

本发明涉及无损检测技术领域，特别涉及一种缺陷漏磁信号的单元伸缩构建方法。

背景技术：

漏磁检测是最常用的无损检测技术之一，通过对检测到的漏磁信号进行分析处理，得到给定缺陷的尺寸信息。在对缺陷尺寸和轮廓进行反演过程中，最常用的方法之一是构建可以根据已知缺陷参数求解漏磁信号的正向模型，通过对正向模型数据的缺陷参数进行优化，逼近目标漏磁信号，从而实现缺陷轮廓的反演。其中寻找准确而快速的缺陷漏磁信号求解方法是整个缺陷反演过程的重点与难点。

现有的相关技术中，缺陷漏磁信号的求解方法主要有磁偶极子法、神经网络法和有限元法。例如一种基于磁荷分布重构算法的漏磁检测缺陷三维成像方法，采用磁偶极子法求解漏磁信号，但由于解析模型中对实际情况进行了诸多假设和简化，模型精度低；例如一种裂纹形状反演方法，采用神经网络求解漏磁信号，但由于模型的训练依赖于经验数据，模型泛化能力不强；例如三维漏磁检测缺陷复合反演成像方法，采用有限元法求解漏磁信号，但由于有限元计算模型复杂，计算时间长，计算效率较低。

技术实现要素：

本发明旨在至少解决上述技术问题之一。

为此，本发明的目的在于提出一种缺陷漏磁信号的单元伸缩构建方法，该方法具有求解模型简单，计算速度快，计算精度高的优点。

为了实现上述目的，本发明的实施例提出了一种缺陷漏磁信号的单元伸缩构建方法，包括以下步骤：s1：获取给定缺陷的尺寸信息，所述尺寸信息包括缺陷的长度l，宽度w和深度d；s2：根据给定缺陷的尺寸信息，选取单元缺陷尺寸l0，w0，d0及伸缩因子s；s3：获取单元缺陷漏磁信号s4：根据伸缩因子s，对获取的单元缺陷漏磁信号进行伸缩变换，得到伸缩后的漏磁信号s5：利用插值算法对伸缩后的漏磁信号进行插值处理，得到插值后的漏磁信号s6：对插值后的漏磁信号进行z轴修正，得到修正后的漏磁信号s7：根据修正后的漏磁信号得到所述给定缺陷的漏磁信号

另外，根据本发明上述实施例的缺陷漏磁信号的单元伸缩构建方法还可以具有如下附加的技术特征：

在一些示例中，所述缺陷漏磁信号为缺陷漏磁场沿磁化方向的水平分量漏磁信号，或者所述缺陷漏磁信号为切向和法向分量的漏磁信号。

在一些示例中，在所述步骤s1之前，还包括：构建单元缺陷漏磁信号数据库，其中包含不同尺寸l0×w0×d0的缺陷在z轴数值为z0处的检测平面(x,y,z0)上的漏磁信号

在一些示例中，所述单元缺陷尺寸l0，w0，d0及伸缩因子s满足下述条件：

l＝s×l0,w＝s×w0,d＝s×d0,0.5≤s≤5。

在一些示例中，选取的所述单元缺陷尺寸是所述单元缺陷漏磁信号数据库中已有的缺陷尺寸。

在一些示例中，所述单元缺陷漏磁信号是根据所述单元缺陷尺寸从所述单元缺陷漏磁信号数据库中提取的，且单元缺陷漏磁信号是在z轴数值为z0处的检测平面上的漏磁信号。

在一些示例中，所述伸缩变换是将单元缺陷尺寸在长度l0，宽度w0和深度d0上分别伸缩s倍，同时将检测平面(x,y,z0)的x轴，y轴和z轴坐标也分别伸缩s倍。

在一些示例中，所述伸缩后的漏磁信号在数值上满足下述等式：

在一些示例中，所述对插值后的漏磁信号进行z轴修正，进一步包括：对伸缩后的漏磁信号进行二维傅里叶变换，得到频域信号在频域中修正z轴信号，修正后的频域信号满足下述等式：其中，α和β分别是x和y方向上的空间频率变量；对修正后的频域信号进行二维傅里叶反变换，得到修正后的漏磁信号

根据本发明实施例的缺陷漏磁信号的单元伸缩构建方法，事先获取单元缺陷漏磁信号，并根据缺陷尺寸缩放与漏磁信号间的关系，对单元漏磁信号进行伸缩变化，从而实现对缺陷漏磁信号的求解。通过事先获取单元缺陷漏磁信号作为变换基础，可以有效减少求解过程中的计算量；对漏磁信号的伸缩、插值及修正操作保证了求解的精度，解决了缺陷漏磁信号求解过程中，求解模型复杂，计算速度慢和计算精度低的问题，即具有求解模型简单，计算速度快，计算精度高的优点。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本发明实施例的缺陷漏磁信号的单元伸缩构建方法的流程图；

图2(a)至图2(b)是根据本发明一个具体实施例的缺陷长宽深为24mm×24mm×2.4mm缺陷漏磁信号求解结果对比图；

图3(a)至图3(b)是根据本发明一个具体实施例的缺陷长宽深为48mm×24mm×4.8mm缺陷漏磁信号求解结果对比图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以下结合附图描述根据本发明实施例的缺陷漏磁信号的单元伸缩构建方法。

图1是根据本发明一个实施例的缺陷漏磁信号的单元伸缩构建方法的流程图。如图1所示，该方法包括以下步骤：

步骤s1：获取给定缺陷的尺寸信息，尺寸信息包括缺陷的长度l，宽度w和深度d。

在本发明的一个实施例中，在步骤s1之前，还包括：构建单元缺陷漏磁信号数据库，其中包含不同尺寸l0×w0×d0的缺陷在z轴数值为z0处的检测平面(x,y,z0)上的漏磁信号

步骤s2：根据给定缺陷的尺寸信息，选取单元缺陷尺寸l0，w0，d0及伸缩因子s。

具体地，在本发明的一个实施例中，单元缺陷尺寸l0，w0，d0及伸缩因子s满足下述条件：

l＝s×l0,w＝s×w0,d＝s×d0,0.5≤s≤5。

进一步地，选取的单元缺陷尺寸是单元缺陷漏磁信号数据库中已有的缺陷尺寸。

步骤s3：获取单元缺陷漏磁信号

具体地，在本发明的一个实施例中，单元缺陷漏磁信号是根据单元缺陷尺寸从单元缺陷漏磁信号数据库中提取的，且单元缺陷漏磁信号是在z轴数值为z0处的检测平面上的漏磁信号。

步骤s4：根据伸缩因子s，对获取的单元缺陷漏磁信号进行伸缩变换，得到伸缩后的漏磁信号

具体地，在该步骤s4中，伸缩变换具体是将单元缺陷尺寸在长度l0，宽度w0和深度d0上分别伸缩s倍，同时将检测平面(x,y,z0)的x轴，y轴和z轴坐标也分别伸缩s倍。

更为具体地，伸缩后的漏磁信号在数值上满足下述等式：

步骤s5：利用插值算法对伸缩后的漏磁信号进行插值处理，得到插值后的漏磁信号

步骤s6：对插值后的漏磁信号进行z轴修正，得到修正后的漏磁信号

其中，在步骤s6中，对插值后的漏磁信号进行z轴修正，进一步包括：对伸缩后的漏磁信号进行二维傅里叶变换，得到频域信号在频域中修正z轴信号，修正后的频域信号满足下述等式：

其中，α和β分别是x和y方向上的空间频率变量；

进一步地，对修正后的频域信号进行二维傅里叶反变换，得到修正后的漏磁信号

步骤s7：根据修正后的漏磁信号得到给定缺陷的漏磁信号具体地说，修正后的漏磁信号即为给定缺陷的漏磁信号

在本发明的上述实施例中，缺陷漏磁信号例如为缺陷漏磁场沿磁化方向的水平分量漏磁信号，或者缺陷漏磁信号为切向和法向分量的漏磁信号。换言之，即本发明实施例的缺陷漏磁信号的单元伸缩构建方法，既可以对缺陷漏磁场沿磁化方向的水平分量漏磁信号进行构建，也可以对切向和法向分量的漏磁信号进行构建。

综上，根据本发明实施例的缺陷漏磁信号的单元伸缩构建方法，事先获取单元缺陷漏磁信号，并根据缺陷尺寸缩放与漏磁信号间的关系，对单元漏磁信号进行伸缩变化，从而实现对缺陷漏磁信号的求解。通过事先获取单元缺陷漏磁信号作为变换基础，可以有效减少求解过程中的计算量；对漏磁信号的伸缩、插值及修正操作保证了求解的精度，解决了缺陷漏磁信号求解过程中，求解模型复杂，计算速度慢和计算精度低的问题，即具有求解模型简单，计算速度快，计算精度高的优点。

为了便于更好地理解本发明，以下结合附图及具体的实施例，对本发明实施例的缺陷漏磁信号的单元伸缩构建方法进行详细地示例性描述。

实施例1

在本实施例中，该方法包括以下步骤：

1.获取给定缺陷的尺寸信息，具体包括缺陷的长度l＝24mm，宽度w＝24mm和深度d＝2.4mm。其中，在步骤s1前，首先构建单元缺陷漏磁信号数据库，其中包含不同尺寸的缺陷在z轴数值为z0＝2mm处的检测平面上的沿磁化方向的水平分量漏磁信号。

2.根据给定缺陷的尺寸信息，选取单元缺陷尺寸l0＝12mm，w0＝12mm，d0＝1.2mm及伸缩因子s＝2，所选取的单元缺陷尺寸是单元缺陷漏磁信号数据库中已有的缺陷尺寸。

3.获取单元缺陷漏磁信号其中，单元缺陷漏磁信号是根据单元缺陷尺寸l0＝12mm，w0＝12mm，d0＝1.2mm从单元缺陷漏磁信号数据库中提取的、z轴数值为z0＝2mm处的检测平面上的漏磁信号。

4.根据伸缩因子，对获取的单元缺陷漏磁信号进行伸缩变换，将单元缺陷尺寸在长度l0＝12mm，宽度w0＝12mm和深度d0＝1.2mm上分别伸缩s＝2倍，同时将检测平面(x,y,z0)的x轴，y轴和z轴坐标也分别伸缩s＝2倍，得到伸缩后的漏磁信号伸缩后的漏磁信号在数值上满足下述等式：

5.利用插值算法对伸缩后的漏磁信号进行插值处理，得到插值后的漏磁信号

6.对插值后的漏磁信号进行z轴修正，将漏磁信号从sz0＝4mm处修正到z0＝2mm处的检测平面上的漏磁信号。具体包括：

先对漏磁信号进行二维傅里叶变换，得到频域信号

再在频域中修正z轴信号，修正后的频域信号满足下述等式：

其中，α和β分别是x和y方向上的空间频率变量；

最后，对修正后的频域信号进行二维傅里叶反变换，得到修正后的漏磁信号

7.得到给定的缺陷l0＝24mm，w0＝24mm，d0＝2.4mm，在z0＝2mm处的检测平面上的漏磁信号数据

在本实施例中，该缺陷漏磁信号的单元伸缩构建方法最终得到给定缺陷漏磁信号的二维灰度图像例如图2(a)所示，图2(b)展示了缺陷实际漏磁信号的二维灰度图像，漏磁信号求解误差为5.3％。可见采用本发明实施例的方法对缺陷漏磁信号进行求解，具有求解模型简单，计算速度快和计算精度高的优点。

实施例2

在本实施例中，该缺陷漏磁信号的单元伸缩构建方法，包括以下步骤：

步骤1：获取给定缺陷的尺寸信息，包括缺陷的长度l＝48mm，宽度w＝24mm和深度d＝4.8mm。其中，在步骤s1之前，首先构建单元缺陷漏磁信号数据库，其中包含不同尺寸的缺陷在z轴数值为z0＝2mm处的检测平面上的沿磁化方向的水平分量漏磁信号。

步骤2：根据给定的缺陷尺寸，选取单元缺陷尺寸l0＝12mm，w0＝6mm，d0＝1.2mm及伸缩因子s＝4，所选取的单元缺陷尺寸是单元缺陷漏磁信号数据库中已有的缺陷尺寸。

步骤3：获取单元缺陷漏磁信号其中，单元缺陷漏磁信号是根据单元缺陷尺寸l0＝12mm，w0＝6mm，d0＝1.2mm从单元缺陷漏磁信号数据库中提取的、z轴数值为z0＝2mm处的检测平面上的漏磁信号。

步骤4：根据伸缩因子，对获取的单元缺陷漏磁信号进行伸缩变换，将单元缺陷尺寸在长度l0＝12mm，宽度w0＝6mm和深度d0＝1.2mm上分别伸缩s＝4倍，同时将检测平面(x,y,z0)的x轴，y轴和z轴坐标也分别伸缩s＝4倍，得到伸缩后的漏磁信号伸缩后的漏磁信号在数值上满足下述等式：

步骤5：利用插值算法对伸缩后的漏磁信号进行插值处理，得到插值后的漏磁信号

步骤6：对插值后的漏磁信号进行z轴修正，将漏磁信号从sz0＝8mm处修正到z0＝2mm处的检测平面上的漏磁信号。具体包括：

先对漏磁信号进行二维傅里叶变换，得到频域信号

再在频域中修正z轴信号，修正后的频域信号满足下述等式：

其中，α和β分别是x和y方向上的空间频率变量。

最后，对修正后的频域信号进行二维傅里叶反变换，得到修正后的漏磁信号

步骤7：得到给定缺陷l0＝48mm，w0＝24mm，d0＝4.8mm，在z0＝2mm处的检测平面上的漏磁信号数据

在本实施例中，该缺陷漏磁信号的单元伸缩构建方法最终得到给定缺陷的漏磁信号的二维灰度图像例如图3(a)所示，图3(b)展示了缺陷的实际漏磁信号的二维灰度图像，漏磁信号求解误差为6.5％。可见采用本发明实施例的方法对缺陷漏磁信号进行求解，具有求解模型简单，计算速度快和计算精度高的优点。

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发明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不一定指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何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同限定。