CN105138791A - 一种基于信息熵的涡流传感器激励方式的评价方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于平面涡流传感器设计中激励曲线的选优算法。采用信息论中描述信息量的熵，通过对激励线圈在导体表面感应出的涡流场进行有限元仿真结果在不同方向上涡流强度的分布进行统计，并求出这种分布的信息熵。以这种信息熵为作为涡流传感器设计中的一种选优标准。本发明利用这种信息上对比了一圈圆形线圈和一圈3阶科赫分形曲线激励下的涡流场在不同角度分布的信息上和在垂直于扫查方向的直线上的涡流场在不同角度分布的信息熵。

Description

一种基于信息熵的涡流传感器激励方式的评价方法

技术领域

本发明属于电磁无损检测技术领域，涉及一种为裂纹检测的平面涡流传感器的激励曲线的选优方法。可以用于涡流传感器设计时传感器激励性能的一种评价方法，为涡流传感器设计中的激励曲线选择提供一种可行的算法。

背景技术

涡流检测由于其廉价、快速、环境适应性好等优势在机械产品生产和服役过程中的无损检测中发挥着不可替代的作用。平面柔性涡流传感器作为一种曲面构件检测一种常用的涡流传感器，其激励曲线往往向单匝或几匝的方向发展，然而，激励曲线的形状对涡流传感器的性能的影响是不得不考虑的。

涡流传感器检测裂纹的原理涡流和裂纹之间的相互作用，即涡流被裂纹扰动，改变了原来的流动的路径和分布的情况，从而能够检测到裂纹。但是，当涡流方向与裂纹尤其是微裂纹方向夹角很小时，这种扰动将极其微弱，传感器对裂纹的灵敏度也随之下降，从而造成很大的漏检概率。所以要求设计的涡流传感器的激励曲线在导体表面感应出的涡流，在局部能够分布在更多的方向上，从而增加涡流与裂纹之间相互作用的几率。

本发明的目的在于为平面涡流传感器的激励曲线的选优提出一种选优标准。

发明内容

针对上述需求，本发明提出一种采用信息熵的方法来作为激励曲线选优方法。

该方法采用的步骤是这样的：

1.建立有限元模型，计算相同尺寸的激励曲线在相同的导体上方感应出的涡流的分布。

2.对导体表面的涡流密度进行等间隔采样，获得涡流密度矢量。并采用下面的公式计算涡流各个点处的涡流密度的幅值和方向，

$\mathrm{\θ}(x,y)=\left|\arctan \frac{J_x}{J_y}\right|$

$J(x,y)=\sqrt{J_x^2+J_y^2}$

3.将夹角按照[0°,10°],(20°,30°],(30°,40°],(40°,50°],(50°,60°],(60°,70°],(70°,80°],(80°,90°]分组，然后按照下面的公式

$p\left({\mathrm{\&theta;}}_i\right)=\underset{10*(i-1)<\mathrm{\&theta;}(x,y)\&le;10*i}{\&Sigma;}\frac{J{(x,y)}^2}{\mathrm{\&Sigma;}J{(x,y)}^2}$

求出各个区间内涡流分布的概率。

4.采用信息上计算公式求出涡流在各个角度上分布的信息熵。

$H\left(\mathrm{\&theta;}\right)=-\underset{x\&Element;\mathrm{\&Omega;}}{\&Sigma;}p\left(\mathrm{\&theta;}\right)\log p\left(\mathrm{\&theta;}\right)$

将上述方法用在垂直于扫查方向上的不同长度线段上的涡流分布的信息上，即可获得局部涡流在不同方向上的分布情况。这种熵值越大，说明涡流分布的方向性越多，所对应的涡流与短裂纹的作用值就越强，所以应的激励曲线也就具有一定的优势。

有益效果：

本发明提出了一种利用涡流分布的信息上作为裂纹检测涡流传感器的激励曲线的择优条件。为平面或平面柔性涡流传感器的激励曲线的选择和设计提供了一种择优方法。

附图说明

图1：算法步骤。

图2：涡流分布图，(a)圆形线圈，(b)3阶科赫分形曲线。

图3：扫查方向上涡流在不同角度上分布的信息熵：

(a)60mm宽度科赫激励；(b)60mm宽度圆形线圈激励；(c)30mm宽度科赫激励；(d)30mm宽度圆形线圈激励。

具体实施方式

为了更好地说明本发明的目的和优点，下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明。

首先对等大的圆形和3阶科赫曲线的激励结果进行仿真，仿真结果如图2所示，仿真中曲线都采用理想曲线，而试件采用等大的铝板。

然后对扫查方向上垂直于扫查方向的不同长度的直线段上的涡流分布熵进行了计算，如图3所示。

本实施例仅对等大的圆形和3阶科赫曲线在局部的涡流信息熵进行了对比。其他类型的裂纹检测的平面涡流传感器的激励曲线的选择方法也可以采用该方法来实施。

Claims (3)

1.一种利用信息熵的方法对涡流传感器的激励曲线的选优方法，其特点是利用激励曲线在导体表面感应出的涡流分布，统计在垂直于扫查方向上不同长度时，涡流在不同角度上的分布的概率，最后求出这种分布的信息熵，从而作为涡流传感器的激励曲线的选优条件。

2.权利要求一种将涡流在不同角度分布的统计方法为：首先求出直线段上分布的涡流幅值和涡流与水平方向的夹角，

将夹角按照[0°,10°],(20°,30°],(30°,40°],(40°,50°],(50°,60°],(60°,70°],(70°,80°],(80°,90°]分组，然后按照下面的公式

求出各个区间内涡流分布的概率。

3.权利要求1中所描述的涡流分布的信息熵的计算方法为利用权利要求2中计算获得的p(θ_i)，采用下面的公式

$H\left(\mathrm{\&theta;}\right)=-\underset{x\&Element;\mathrm{\&Omega;}}{\&Sigma;}p\left(\mathrm{\&theta;}\right)\log p\left(\mathrm{\&theta;}\right)$

计算涡流在不同角度分布的信息熵，作为裂纹检测的涡流传感器激励性能的一种评价方法。