CN106918639A - 沿磁化方向的单元组合缺陷漏磁信号计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种沿磁化方向的单元组合缺陷漏磁信号计算方法，包括以下步骤：S1：根据预设的目标缺陷尺寸，选取单元缺陷尺寸；S2：获取单元缺陷漏磁信号；S3：对单元缺陷漏磁信号进行三维傅里叶变换，得到变换后的频域信号；S4：对变换后的频域信号沿磁化方向进行平移变换操作，得到平移变换后的两个频域信号；S5：将沿磁化方向平移变换后的两个频域信号进行组合操作，得到组合后的频域信号；S6：将组合后的频域信号进行三维傅里叶反变换，得到目标缺陷的漏磁信号。本发明不需要对目标缺陷再次进行有限元等复杂计算，具有计算模型简单、速度快的优点。

Description

沿磁化方向的单元组合缺陷漏磁信号计算方法

技术领域

本发明涉及无损检测技术领域，特别涉及一种沿磁化方向的单元组合缺陷漏磁信号计算方法。

背景技术

缺陷漏磁信号计算是漏磁检测与缺陷评估的基础。由于缺陷漏磁信号对缺陷尺寸的不完全映射，通常需要构建根据已知缺陷尺寸求解漏磁信号的正向模型，对模型中的缺陷尺寸参数进行迭代更新来逼近目标漏磁信号，从而实现缺陷尺寸的反演。因此如何快速准确地计算缺陷漏磁信号，对于漏磁检测与缺陷评估具有重要的意义。

在现有的相关技术中，主要采用磁偶极子法和有限元法直接对目标缺陷进行漏磁信号的计算，但是在漏磁信号迭代计算过程中存在大量的重复性冗余工作，大大降低了漏磁信号的计算效率。为了提高目标缺陷漏磁信号的计算效率，可以考虑利用预先计算的已知缺陷漏磁信号去表示目标缺陷漏磁信号，从而在原理上能够大大提高目标缺陷漏磁信号的计算效率。然而，目标缺陷尺寸与其漏磁信号间存在严重的非线性关系，因此无法利用预先计算的已知缺陷漏磁信号或其组合直接去表示目标缺陷漏磁信号。目前尚未有一种方法可以根据预先计算的已知缺陷漏磁信号计算目标缺陷的漏磁信号。

发明内容

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沿磁化方向的单元组合缺陷漏磁信号计算方法，该方法不需要对目标缺陷再次进行有限元等复杂计算，具有计算模型简单、速度快的优点。

为了实现上述目的，本发明的实施例提出了一种沿磁化方向的单元组合缺陷漏磁信号计算方法，包括以下步骤：S1：根据预设的目标缺陷尺寸l，w，d，选取单元缺陷尺寸l₀，w₀，d₀；S2：获取单元缺陷漏磁信号H_E(x,y,z)；S3：对单元缺陷漏磁信号H_E(x,y,z)进行三维傅里叶变换，得到变换后的频域信号F_E(α,β,γ)；S4：对变换后的频域信号沿磁化方向进行平移变换操作，得到平移变换后的两个频域信号F_Eα-(α,β,γ)和F_Eα+(α,β,γ)；S5：将沿磁化方向平移变换后的两个频域信号F_Eα-(α,β,γ)和F_Eα+(α,β,γ)进行组合操作，得到组合后的频域信号F_Ecombine(α,β,γ)；S6：将组合后的频域信号F_Ecombine(α,β,γ)进行三维傅里叶反变换，得到目标缺陷的漏磁信号H_T(x,y,z)。

另外，根据本发明上述实施例的沿磁化方向的单元组合缺陷漏磁信号计算方法还可以具有如下附加的技术特征：

在一些示例中，所述目标缺陷是单元缺陷沿磁化方向的组合，单元缺陷尺寸l₀，w₀，d₀与目标缺陷尺寸l，w，d之间满足下述条件：

l₀＝l/2，w₀＝w，d₀＝d

其中，l₀和l是缺陷的长度，沿磁化方向，w₀和w是缺陷的宽度，垂直磁化方向，d₀和d是缺陷的深度，沿被测材料的厚度方向。

在一些示例中，所述单元缺陷漏磁信号H_E(x,y,z)是根据单元缺陷尺寸l₀，w₀，d₀通过预设算法计算得到的，其中，所述预设算法至少包括：磁偶极子法、有限元法或神经网络法。

在一些示例中，在所述S3中，在进行三维傅里叶变换时，满足如下公式：

其中，α，β和γ分别是x，y和z方向上的空间频率变量。

在一些示例中，在所述S4中，在沿磁化方向进行平移变换操作时，满足如下公式：

在一些示例中，在所述S5中，在进行组合操作时，满足如下公式：

F_Ecombine(α,β,γ)＝F_Eα-(α,β,γ)+F_Eα+(α,β,γ)。

在一些示例中，在所述S6中，在进行三维傅里叶反变换时，满足如下公式：

根据本发明实施例的沿磁化方向的单元组合缺陷漏磁信号计算方法，可以根据预先计算的已知缺陷的漏磁信号通过变换、组合、反变换等操作，得到沿磁化方向组合后的目标缺陷的漏磁信号，不需要重复进行有限元等正向计算，提高了缺陷漏磁信号的计算效率，具有计算模型简单、速度快的优点。

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沿磁化方向的单元组合缺陷漏磁信号计算方法的流程图；

图2是根据本发明一个具体实施例中长宽深为24mm×12mm×3.6mm的目标缺陷漏磁信号求解结果对比图；

图3是根据本发明另一个具体实施例中长宽深为48mm×24mm×4.8mm的目标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沿磁化方向的单元组合缺陷漏磁信号计算方法。

图1是根据本发明一个实施例的沿磁化方向的单元组合缺陷漏磁信号计算方法的流程图。如图1所示，该方法包括以下步骤：

步骤S1：根据预设的目标缺陷尺寸l，w，d，选取单元缺陷尺寸l₀，w₀，d₀。

在本发明的一个实施例中，目标缺陷是单元缺陷沿磁化方向的组合，单元缺陷尺寸l₀，w₀，d₀与目标缺陷尺寸l，w，d之间满足下述条件：

l₀＝l/2，w₀＝w，d₀＝d

其中，l₀和l是缺陷的长度，沿磁化方向，w₀和w是缺陷的宽度，垂直磁化方向，d₀和d是缺陷的深度，沿被测材料的厚度方向。

步骤S2：获取单元缺陷漏磁信号H_E(x,y,z)。

在本发明的一个实施例中，单元缺陷漏磁信号H_E(x,y,z)是根据单元缺陷尺寸l₀，w₀，d₀通过预设算法计算得到的，其中，预设算法至少包括：磁偶极子法、有限元法或神经网络法，即预设算法包括但不限于以上列举的几种计算方法。

步骤S3：对单元缺陷漏磁信号H_E(x,y,z)进行三维傅里叶变换，得到变换后的频域信号F_E(α,β,γ)。

具体地，在步骤S3中，在进行三维傅里叶变换时，满足如下公式：

其中，α，β和γ分别是x，y和z方向上的空间频率变量。

步骤S4：对变换后的频域信号沿磁化方向进行平移变换操作，得到平移变换后的两个频域信号F_Eα-(α,β,γ)和F_Eα+(α,β,γ)。

具体地，在步骤S4中，在沿磁化方向进行平移变换操作时，满足如下公式：

步骤S5：将沿磁化方向平移变换后的两个频域信号F_Eα-(α,β,γ)和F_Eα+(α,β,γ)进行组合操作，得到组合后的频域信号F_Ecombine(α,β,γ)。

具体地，在步骤S5中，在进行组合操作时，满足如下公式：

F_Ecombine(α,β,γ)＝F_Eα-(α,β,γ)+F_Eα+(α,β,γ)。

步骤S6：将组合后的频域信号F_Ecombine(α,β,γ)进行三维傅里叶反变换，得到目标缺陷的漏磁信号H_T(x,y,z)。

具体地，在步骤S6中，在进行三维傅里叶反变换时，满足如下公式：

综上，根据本发明实施例的沿磁化方向的单元组合缺陷漏磁信号计算方法，可以根据预先计算的已知缺陷的漏磁信号通过变换、组合、反变换等操作，得到沿磁化方向组合后的目标缺陷的漏磁信号，不需要重复进行有限元等正向计算，提高了缺陷漏磁信号的计算效率，具有计算模型简单、速度快的优点。

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，对本发明实施例的沿磁化方向的单元组合缺陷漏磁信号计算方法进行详细地示例性描述。

实施例1

在本实施例中，该沿磁化方向的单元组合缺陷漏磁信号计算方法包括以下步骤：

1.根据目标缺陷尺寸选取单元缺陷尺寸。具体包括：目标缺陷的长度l＝24mm，宽度w＝12mm和深度d＝3.6mm，目标缺陷是单元缺陷沿磁化方向的组合；选取单元缺陷尺寸为：长度l₀＝l/2＝12mm，宽度w₀＝w＝12mm和深度d₀＝d＝3.6mm。其中，l₀和l是缺陷的长度，沿磁化方向；w₀和w是缺陷的宽度，垂直磁化方向；d₀和d是缺陷的深度，沿被测材料的厚度方向。

2.获取单元缺陷漏磁信号H_E(x,y,z)，其中，单元缺陷漏磁信号H_E(x,y,z)是根据单元缺陷尺寸l₀＝12mm，w₀＝12mm，d₀＝3.6mm采用有限元法预先计算得到的。

3.对单元缺陷漏磁信号H_E(x,y,z)进行三维傅里叶变换，得到变换后的频域信号F_E(α,β,γ)，三维傅里叶变换满足下述公式：

其中，α，β和γ分别是x，y和z方向上的空间频率变量。

4.对变换后的频域信号沿磁化方向进行平移变换操作，得到平移变换后的两个频域信号F_Eα-(α,β,γ)和F_Eα+(α,β,γ)。

其中，沿磁化方向进行平移变换操作满足如下公式：

5.将沿磁化方向平移变换后的两个频域信号F_Eα-(α,β,γ)和F_Eα+(α,β,γ)进行组合操作，得到组合后的频域信号F_Ecombine(α,β,γ)。其中，组合操作满足以下公式：

F_Ecombine(α,β,γ)＝F_Eα-(α,β,γ)+F_Eα+(α,β,γ)。

6.将组合后的频域信号F_Ecombine(α,β,γ)进行三维傅里叶反变换，得到目标缺陷(24mm×12mm×3.6mm)的漏磁信号H_T(x,y,z)。其中，三维傅里叶反变换满足下述公式：

在本实施例中，采用该方法计算得到的目标缺陷漏磁信号曲线与采用有限元方法计算得到目标缺陷漏磁信号曲线对比图如图2所示。从图2可以看出，采用本发明实施例的方法计算目标缺陷耗时不需要进行有限元计算，直接对已知的单元缺陷漏磁信号进行组合变换，因此计算时间相较于有限元计算时间大大减小，可见采用本发明实施例的方法对目标缺陷的漏磁信号进行计算，具有计算模型简单、速度快的优点。

实施例2

在本实施例中，该沿磁化方向的单元组合缺陷漏磁信号计算方法，包括以下步骤：

步骤1：根据目标缺陷尺寸选取单元缺陷尺寸。具体包括：目标缺陷的长度l＝48mm，宽度w＝24mm和深度d＝4.8mm，目标缺陷是单元缺陷沿磁化方向的组合；选取单元缺陷尺寸为：长度l₀＝l/2＝24mm，宽度w₀＝w＝24mm和深度d₀＝d＝4.8mm。其中，l₀和l是缺陷的长度，沿磁化方向；w₀和w是缺陷的宽度，垂直磁化方向；d₀和d是缺陷的深度，沿被测材料的厚度方向。

步骤2：获取单元缺陷漏磁信号H_E(x,y,z)，其中，单元缺陷漏磁信号H_E(x,y,z)是根据单元缺陷尺寸l₀＝24mm，w₀＝24mm，d₀＝4.8mm采用有限元法预先计算得到的。

步骤3：对单元缺陷漏磁信号H_E(x,y,z)进行三维傅里叶变换，得到变换后的频域信号F_E(α,β,γ)。其中，三维傅里叶变换满足下述公式：

其中，α，β和γ分别是x，y和z方向上的空间频率变量。

步骤4：对变换后的频域信号沿磁化方向进行平移变换操作，得到平移变换后的两个频域信号F_Eα-(α,β,γ)和F_Eα+(α,β,γ)。

其中，沿磁化方向进行平移变换操作满足如下公式：

步骤5：将沿磁化方向平移变换后的两个频域信号F_Eα-(α,β,γ)和F_Eα+(α,β,γ)进行组合操作，得到组合后的频域信号F_Ecombine(α,β,γ)。其中，组合操作满足如下公式：

F_Ecombine(α,β,γ)＝F_Eα-(α,β,γ)+F_Eα+(α,β,γ)。

步骤6：将组合后的频域信号F_Ecombine(α,β,γ)进行三维傅里叶反变换，得到目标缺陷(48mm×24mm×4.8mm)的漏磁信号H_T(x,y,z)。其中，三维傅里叶反变换满足下述公式：

在本实施例中，采用该方法计算得到的目标缺陷漏磁信号曲线与采用有限元方法计算得到目标缺陷漏磁信号曲线对比图如图3所示。从图3中可以看出，采用本发明实施例的方法计算目标缺陷耗时不需要进行有限元计算，直接对已知的单元缺陷漏磁信号进行组合变换，因此计算时间相较于有限元计算时间大大减小，可见采用本发明实施例的方法对目标缺陷的漏磁信号进行计算，具有计算模型简单、速度快的优点。

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。

Claims (7)

1.一种沿磁化方向的单元组合缺陷漏磁信号计算方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：根据预设的目标缺陷尺寸l，w，d，选取单元缺陷尺寸l₀，w₀，d₀；

S2：获取单元缺陷漏磁信号H_E(x,y,z)；

S3：对单元缺陷漏磁信号H_E(x,y,z)进行三维傅里叶变换，得到变换后的频域信号F_E(α,β,γ)；

S4：对变换后的频域信号沿磁化方向进行平移变换操作，得到平移变换后的两个频域信号F_Eα-(α,β,γ)和F_Eα+(α,β,γ)；

S5：将沿磁化方向平移变换后的两个频域信号F_Eα-(α,β,γ)和F_Eα+(α,β,γ)进行组合操作，得到组合后的频域信号F_Ecombine(α,β,γ)；

S6：将组合后的频域信号F_Ecombine(α,β,γ)进行三维傅里叶反变换，得到目标缺陷的漏磁信号H_T(x,y,z)。

2.根据权利要求1所述的沿磁化方向的单元组合缺陷漏磁信号计算方法，其特征在于，所述目标缺陷是单元缺陷沿磁化方向的组合，单元缺陷尺寸l₀，w₀，d₀与目标缺陷尺寸l，w，d之间满足下述条件：

l₀＝l/2，w₀＝w，d₀＝d

其中，l₀和l是缺陷的长度，沿磁化方向，w₀和w是缺陷的宽度，垂直磁化方向，d₀和d是缺陷的深度，沿被测材料的厚度方向。

3.根据权利要求1所述的沿磁化方向的单元组合缺陷漏磁信号计算方法，其特征在于，所述单元缺陷漏磁信号H_E(x,y,z)是根据单元缺陷尺寸l₀，w₀，d₀通过预设算法计算得到的，其中，所述预设算法至少包括：磁偶极子法、有限元法或神经网络法。

4.根据权利要求1所述的沿磁化方向的单元组合缺陷漏磁信号计算方法，其特征在于，在所述S3中，在进行三维傅里叶变换时，满足如下公式：

$F_E(\mathrm{\α},\mathrm{\β},\mathrm{\γ})={\∫}_{-\∝}^{\∝}{\∫}_{-\∝}^{\∝}{\∫}_{-\∝}^{\∝}{H}_E(x,y,z)\·e^{-j(\mathrm{\α}x+\mathrm{\β}y+\mathrm{\γ}z)}dxdydz$

其中，α，β和γ分别是x，y和z方向上的空间频率变量。

5.根据权利要求1所述的沿磁化方向的单元组合缺陷漏磁信号计算方法，其特征在于，在所述S4中，在沿磁化方向进行平移变换操作时，满足如下公式：

$F_{E\mathrm{\α}-}(\mathrm{\α},\mathrm{\β},\mathrm{\γ})=F_E(\mathrm{\α},\mathrm{\β},\mathrm{\γ})\·e^{-{\mathrm{j\αl}}_0/2},$

$F_{E\mathrm{\α}+}(\mathrm{\α},\mathrm{\β},\mathrm{\γ})-F_E(\mathrm{\α},\mathrm{\β},\mathrm{\γ})\·e^{{\mathrm{j\αl}}_0/2}.$

6.根据权利要求1所述的沿磁化方向的单元组合缺陷漏磁信号计算方法，其特征在于，在所述S5中，在进行组合操作时，满足如下公式：

F_Ecombine(α,β,γ)＝F_Eα-(α,β,γ)+F_Eα+(α,β,γ)。

7.根据权利要求1所述的沿磁化方向的单元组合缺陷漏磁信号计算方法，其特征在于，在所述S6中，在进行三维傅里叶反变换时，满足如下公式：

$H_T(x,y,z)={\∫}_{-\∝}^{\∝}{\∫}_{-\∝}^{\∝}{\∫}_{-\∝}^{\∝}{F}_{Ecombine}(\mathrm{\α},\mathrm{\β},\mathrm{\γ})\·e^{j(\mathrm{\α}x+\mathrm{\β}y+\mathrm{\γ}z)}d\mathrm{\α}d\mathrm{\β}d\mathrm{\γ}.$