CN115371536A - 一种金属管道裂纹测量方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种金属管道裂纹测量方法及系统，涉及裂纹检测领域。该测量方法包括：获取目标金属管道上多个检测点的检测阻抗增量；检测阻抗增量为当检测探头发出的激励信号照射在各个检测点上时，各检测点处的阻抗增量；根据裂纹参数构建近似解析模型；近似解析模型用于根据检测点的位置计算阻抗增量，得到计算阻抗增量；裂纹参数包括裂纹深度和裂纹宽度；以检测阻抗增量和计算阻抗增量的误差和最小为目标，采用迭代算法对近似解析模型进行求解，得到最优裂纹参数；最优裂纹参数为所述误差和最小时所述近似解析模型对应的裂纹参数；本发明能够实现高精度的测量。

Description

一种金属管道裂纹测量方法及系统

技术领域

本发明涉及裂纹检测领域，特别是涉及一种金属管道裂纹测量方法及系统。

背景技术

裂纹的无损检测是指在完全不损害被检测对象的工作性能，不破坏被检测对象任何内部外部组织的前提下，利用材料裂纹本身引起的物理反应变化来检测材料裂纹的方法。常见的金属管道的裂纹测量方法有超声波法、射线法、电涡流法等。

超声波法需要被检测对象的待检测表面光滑且声耦合良好，条件限制较为苛刻；射线法在检测过程中存在较大的辐射危害，会对被检测对象造成放射疲劳损伤，同时可能对检测人员造成安全隐患。常用的电涡流法注重于检测裂纹是否存在，或将待测对象裂纹宽度参数固定，只对裂纹的深度参数进行估计。但是实际检测过程中往往被测裂纹的深度宽度信息都是未知的，所以上述方法在实际检测中将不再准确，存在很大的局限性。

发明内容

本发明的目的是提供一种金属管道裂纹测量方法及系统，以实现高精度的测量。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种金属管道裂纹测量方法，所述测量方法包括：

获取目标金属管道上多个检测点的检测阻抗增量；所述检测阻抗增量为当检测探头发出的激励信号照射在各个检测点上时，各检测点处的阻抗增量；

根据裂纹参数构建近似解析模型；所述近似解析模型用于根据检测点的位置计算阻抗增量，得到计算阻抗增量；所述裂纹参数包括裂纹深度和裂纹宽度；

以所述检测阻抗增量和所述计算阻抗增量的误差和最小为目标，采用迭代算法对所述近似解析模型进行求解，得到最优裂纹参数；所述最优裂纹参数为所述误差和最小时所述近似解析模型对应的裂纹参数。

可选地，所述以所述检测阻抗增量和所述计算阻抗增量的误差和最小为目标，采用迭代算法对所述近似解析模型进行求解，得到最优裂纹参数，具体包括：

以所述误差和最小为目标，采用最小二乘法对所述近似解析模型进行求解，得到最优裂纹参数。

可选地，所述检测阻抗增量和所述计算阻抗增量的误差和的计算公式为：

其中，J(W,D)为误差和；W为裂纹宽度，D为裂纹深度；i为检测点的序列号；n为检测点的总数；y_i为第i个检测点的对应的检测阻抗增量的虚部；x_i为第i个检测点的位置；ΔZ(x_i,W,D)为近似解析模型的输出的第i个检测点的对应的计算阻抗增量。

可选地，所述以所述误差和最小为目标，采用最小二乘法对所述近似解析模型进行求解，得到最优裂纹参数，具体包括：

将当前迭代次数下的裂纹参数输入所述近似解析模型，得到当前迭代次数下的计算阻抗增量；

计算当前迭代次数下的检测阻抗增量与当前迭代次数下的计算阻抗增量的误差和，得到当前迭代次数下的误差和；

判断是否满足迭代停止条件；所述迭代停止条件为当前迭代次数下达到设定次数或者当前迭代次数下的误差和处于设定误差值区间；

若满足迭代停止条件，则将当前迭代次数下的裂纹参数作为最优裂纹参数；

若不满足迭代停止条件，则采用最速梯度下降法计算当前迭代次数下的误差和对应的梯度信息，并根据当前迭代次数下的误差和以及对应的梯度信息对当前迭代次数下的裂纹参数进行更新，并将更新后的裂纹参数作为下一迭代次数下的裂纹参数，并返回“将当前迭代次数下的裂纹参数输入所述近似解析模型，得到当前迭代次数下的计算阻抗增量”的步骤。

可选地，所述根据当前迭代次数下的误差和以及对应的梯度信息对当前迭代次数下的裂纹参数进行更新，具体为：

其中，W为裂纹宽度，D为裂纹深度，α_W为宽度参数的迭代步长，α_D为深度参数的迭代步长，“：＝”为参数更新表示符；

为误差和相对于裂纹宽度对应的梯度信息；

为误差和相对于裂纹深度对应的梯度信息。

一种金属管道裂纹测量系统，所述测量系统包括：

检测阻抗增量获取模块，用于获取目标金属管道上多个检测点的检测阻抗增量；所述检测阻抗增量为当检测探头发出的激励信号照射在各个检测点上时，各检测点处的阻抗增量；

近似解析模型构建模块，用于根据裂纹参数构建近似解析模型；所述近似解析模型用于根据检测点的位置计算阻抗增量，得到计算阻抗增量；所述裂纹参数包括裂纹深度和裂纹宽度；

最优裂纹参数获取模块，用于以所述检测阻抗增量和所述计算阻抗增量的误差和最小为目标，采用迭代算法对所述近似解析模型进行求解，得到最优裂纹参数；所述最优裂纹参数为所述误差和最小时所述近似解析模型对应的裂纹参数。

可选地，所述最优裂纹参数获取模块包括：

裂纹参数获取子模块，用于以所述误差和最小为目标，采用最小二乘法对所述近似解析模型进行求解，得到最优裂纹参数。

可选地，所述裂纹参数获取子模块中，所述误差和的计算公式为：

其中，J(W,D)为误差和；W为裂纹宽度，D为裂纹深度；i为检测点的序列号；n为检测点的总数；y_i为第i个检测点的对应的检测阻抗增量的虚部；x_i为第i个检测点的位置；ΔZ(x_i,W,D)为近似解析模型的输出的第i个检测点的对应的计算阻抗增量。

可选地，所述裂纹参数获取子模块包括：

误差和确定单元，用于：

将当前迭代次数下的裂纹参数输入所述近似解析模型，得到当前迭代次数下的计算阻抗增量；

计算当前迭代次数下的检测阻抗增量与当前迭代次数下的计算阻抗增量的误差和，得到当前迭代次数下的误差和；

判断单元，用于判断是否满足迭代停止条件；所述迭代停止条件为当前迭代次数下达到设定次数或者当前迭代次数下的误差和处于设定误差值区间；

最优裂纹参数确定单元，用于若满足迭代停止条件，则将当前迭代次数下的裂纹参数作为最优裂纹参数；

更新单元，用于若不满足迭代停止条件，则采用最速梯度下降法计算当前迭代次数下的误差和对应的梯度信息，并根据当前迭代次数下的误差和以及对应的梯度信息对当前迭代次数下的裂纹参数进行更新，并将更新后的裂纹参数作为下一迭代次数下的裂纹参数，并返回“误差和确定单元”。

可选地，所述更新单元中，根据当前迭代次数下的误差和以及对应的梯度信息对当前迭代次数下的裂纹参数进行更新，具体为：

其中，W为裂纹宽度，D为裂纹深度，α_W为宽度参数的迭代步长，α_D为深度参数的迭代步长，“：＝”为参数更新表示符；

为误差和相对于裂纹宽度对应的梯度信息；

为误差和相对于裂纹深度对应的梯度信息。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明提供了一种金属管道裂纹测量方法及系统，该测量方法以检测阻抗增量和计算阻抗增量的误差和最小为目标，采用迭代算法对近似解析模型进行求解，得到最优裂纹参数；其中，近似解析模型用于根据检测点的位置计算阻抗增量，得到计算阻抗增量；裂纹参数包括裂纹深度和裂纹宽度。本发明以误差和最小为目标，采用迭代算法对裂纹参数不断的进行搜索迭代与更新，能够得到最优的匹配值，使得检测精度不再依赖裂纹参数初始值的设定，能够保证测量的稳定性以及具有高精度的检测，因此本发明能够实现高精度的测量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的金属管道裂纹测量方法的流程图；

图2为本发明实施例提供的金属管道裂纹测量系统的结构图；

图3为本发明实施例提供的金属管道裂纹测量方法的示意图；

图4为本发明实施例提供的检测阻抗增量随检测点位置的变化示意图；

图5为本发明实施例提供的裂纹参数迭代过程的流程图；

图6为本发明实施例提供的迭代过程中裂纹深度参数结果示意图；

图7为本发明实施例提供的迭代过程中裂纹宽度参数结果示意图；

图8为本发明实施例提供的迭代过程中误差结果示意图。

符号说明：

检测阻抗增量获取模块-1、近似解析模型构建模块-2、最优裂纹参数获取模块-3。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种金属管道裂纹测量方法及系统，该测量方法通过获取目标金属管道上多个检测点的检测阻抗增量；检测阻抗增量为当检测探头发出的激励信号照射在各个检测点上时，各检测点处的阻抗增量；再根据裂纹参数构建近似解析模型；近似解析模型用于根据检测点的位置计算阻抗增量，得到计算阻抗增量；裂纹参数包括裂纹深度和裂纹宽度；然后以检测阻抗增量和计算阻抗增量的误差和最小为目标，采用迭代算法对近似解析模型进行求解，得到最优裂纹参数；最优裂纹参数为误差和最小时近似解析模型对应的裂纹参数；由于对裂纹参数不断的进行搜索迭代与更新，能够实现该误差和的参数完成最优的匹配，从而得到最优的匹配值，使得检测精度不再依赖裂纹参数初始值的设定，能够保证测量的稳定性以及具有高精度的检测，因此本发明能够实现高精度的测量。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例1

如图1所述，本发明实施例提供了一种金属管道裂纹测量方法，该测量方法包括：

步骤100：获取目标金属管道上多个检测点的检测阻抗增量；检测阻抗增量为当检测探头发出的激励信号照射在各个检测点上时，各检测点处的阻抗增量。检测探头采用正弦信号作为发出的激励信号。

步骤200：根据裂纹参数构建近似解析模型；近似解析模型用于根据检测点的位置计算阻抗增量，得到计算阻抗增量；裂纹参数包括裂纹深度和裂纹宽度。

步骤300：以检测阻抗增量和计算阻抗增量的误差和最小为目标，采用迭代算法对近似解析模型进行求解，得到最优裂纹参数；最优裂纹参数为误差和最小时近似解析模型对应的裂纹参数。

具体地，以误差和最小为目标，采用最小二乘法对近似解析模型进行求解，得到最优裂纹参数。

进一步地，检测阻抗增量和计算阻抗增量的误差和的计算公式为：

在目标金属管上设置了n个检测点，检测点的位置用x表示：

x＝[x₁...x_n]^T∈Rⁿ；

每个检测点对应的检测阻抗增量的虚部用y表示：

y＝[y₁ ... y_n]^T∈Rⁿ；

其中，J(W,D)为误差和；W为裂纹宽度，D为裂纹深度；i为检测点的序列号；n为检测点的总数；y_i为第i个检测点的对应的检测阻抗增量的虚部；x_i为第i个检测点的位置；ΔZ(x_i,W,D)为近似解析模型的输出的第i个检测点的对应的计算阻抗增量；T表示为转置；Rⁿ为n维列向量。

具体地，以误差和最小为目标，采用最小二乘法对近似解析模型进行求解，得到最优裂纹参数，具体包括：

将当前迭代次数下的裂纹参数输入近似解析模型，得到当前迭代次数下的计算阻抗增量。

计算当前迭代次数下的检测阻抗增量与当前迭代次数下的计算阻抗增量的误差和，得到当前迭代次数下的误差和。

判断是否满足迭代停止条件；迭代停止条件为当前迭代次数下达到设定次数或者当前迭代次数下的误差和处于设定误差值区间。

若满足迭代停止条件，则将当前迭代次数下的裂纹参数作为最优裂纹参数；

若不满足迭代停止条件，则采用最速梯度下降法计算当前迭代次数下的误差和对应的梯度信息，并根据当前迭代次数下的误差和以及对应的梯度信息对当前迭代次数下的裂纹参数进行更新，并将更新后的裂纹参数作为下一迭代次数下的裂纹参数，并返回“将当前迭代次数下的裂纹参数输入近似解析模型，得到当前迭代次数下的计算阻抗增量”的步骤。

进一步地，根据当前迭代次数下的误差和以及对应的梯度信息对当前迭代次数下的裂纹参数进行更新，具体包括：

其中，W为裂纹宽度，D为裂纹深度，α_W为宽度参数的迭代步长，α_D为深度参数的迭代步长，“：＝”为参数更新表示符；

为误差和相对于裂纹宽度对应的梯度信息；

为误差和相对于裂纹深度对应的梯度信息。

本发明实施例提供的金属管道裂纹测量方法，是一种基于涡流场近似解析模型的最优化金属管道裂纹检测方法，其中检测信号即检测阻抗增量的获取由电涡流无损检测技术实现，涡流场近似解析模型由计算电磁场理论获得。

该测量方法的实现是基于激励螺线管线圈在管道不同位置时线圈阻抗增量的变化规律，通过近似解析模型和最优化方法实现裂纹参数的检测。本发明实施例通过改变检测探头的检测位置，计算检测探头的阻抗增量，然后通过最小二乘法计算近似解析模型和检测信号的误差和，通过最小化其误差平方和的方式寻找检测数据的最佳模型参数匹配值，该匹配值可用于获取裂纹的参数。

图3为本发明实施例提供的金属管道裂纹测量方法的示意图，如图3所示，通过采用正弦信号作为检测探头的激励信号，对实际被检测对象即目标金属管道进行裂纹检测，得到检测阻抗增量。然后通过设定带裂纹圆柱导体计算模型(即近似解析模型)的检测参数初值，根据检测点的位置计算阻抗增量，得到计算阻抗增量，然后计算检测阻抗增量和计算阻抗增量的误差信息，即误差和，以误差和最小为目标，采用迭代算法对近似解析模型进行求解，最终得到最优裂纹参数。图中的α_D为深度参数的迭代步长；α_W为宽度参数的迭代步长。

由于随着制造业发展的信息化进程，工业生产对检测技术的成本控制和检测精度都提出了更高的要求，对工业金属管材裂纹的低价精确检测就显得尤为必要。通过本发明实施例提供的测量方法可低成本，高精度的实现金属管道裂纹的参数检测。

本发明利用电涡流无损检测技术对金属管道进行测量，选用正弦信号作为检测探头的激励信号，通过改变检测探头的检测位置，获得对应位置及该位置上检测探头阻抗增量的检测信号，将检测线圈改变检测位置获得的阻抗增量信号与近似解析解模型的计算结果用最小二乘法进行误差计算，利用最速梯度下降法对达到最小最误差平方和的最佳模型深度宽度参数匹配值进行搜索，实现裂纹参数的检测。试验结果表明该方法可以对金属管道裂纹的深度和宽度进行无损、低成本、高精度的检测。

在实际应用中，该发明实施例提供的测量方法的具体实施步骤如下：

步骤1.对待检测管道进行阻抗增量检测。在待检测导体表面设置若干个检测点(兼顾效率和精度以5-10个较好)，将检测探头按所设计的检测点位置逐一检测，记录检测探头位置及该位置的阻抗增量信号，由于阻抗增量实部信号值较小，且易受探头温度影响，选择阻抗增量的虚部为检测信号对裂纹宽度和深度进行定量检测。阻抗增量的虚部可以用ΔX表示。通过该步骤可以获得检测信号随检测位置的变化曲线，如图4所示。

步骤2.利用最小二乘法计算近似解析模型与检测信号的误差和。设置待检测对象深度宽度参数值，利用最小二乘法获得近似解析模型与检测信号的误差。如设置了n个检测点，检测点的位置用x表示，即

x＝[x₁ ... x_n]^T∈Rⁿ

每个检测点对应的阻抗增量虚部用y表示，即

y＝[y₁ ... y_n]^T∈Rⁿ

近似解析模型用表示为

ΔZ(x_i,W,D)

其中W为裂纹宽度，D为裂纹深度。

利用最小二乘法计算其误差和表示为：

步骤3.利用最速梯度下降算法对使误差和J(W,D)最优的参数值进行搜索。设置搜索的迭代步长，设置停止条件的最大搜索迭代代数和误差值区间，设置参数搜索范围，计算对应位置误差和的梯度信息，然后对参数初始值进行更新，更新方式为：

其中，W为裂纹宽度，D为裂纹深度，α_W和α_D为迭代步长，“：＝”为参数更新表示符。

利用更新的参数执行步骤2所示过程，得到误差和信息。停止条件为：

1.误差和满足所设置的区间范围，停止参数更新迭代，输出参数结果。

2.达到最大搜索迭代代数，停止参数更新，输出参数结果。

实现流程图，即裂纹参数迭代过程的流程图如图5所示。首先，检测获取被检测对象即目标金属管的阻抗增量信号，即检测阻抗增量；然后设置计算模型初值进行阻抗增量计算，即根据裂纹参数构建近似解析模型；近似解析模型根据检测点的位置计算阻抗增量，得到计算阻抗增量。然后，比较测量值和模型计算值，即计算检测阻抗增量和计算阻抗增量的误差和；再者，以误差和最小为目标，采用迭代算法对近似解析模型进行求解，得到最优裂纹参数，该最优裂纹参数为误差和最小时近似解析模型对应的裂纹参数。简而言之，对误差是否满足设定的要求进行判断，该设定要求包括迭代步长、迭代代数以及误差值区间。如果满足设定的要求，则输出迭代结果；如果不满足设定的要求，则更新初始值进行迭代，直至满足要求为止，然后停止迭代过程。

迭代过程及结果示意如图6-图8所示。其中，图6为该实施例提供的迭代过程中裂纹深度参数结果示意图；图7为该实施例提供的迭代过程中裂纹宽度参数结果示意图；图8为该实施例提供的迭代过程中误差结果示意图。

本发明基于金属管道涡流场的近似解析解，分析了激励螺线管线圈在裂纹管道不同位置时线圈阻抗增量的变化，利用最小二乘法计算近似解析解和检测信号之间的误差和，然后通过最速梯度下降法对达到最小最误差平方和的最佳模型深度宽度参数匹配值进行搜索，从而得到参数的最优匹配值，进而实现管道裂纹参数的检测。

实施例2

本发明实施例提供了一种金属管道裂纹测量系统，该测量系统包括：检测阻抗增量获取模块1、近似解析模型构建模块2和最优裂纹参数获取模块3。

检测阻抗增量获取模块1，用于获取目标金属管道上多个检测点的检测阻抗增量；检测阻抗增量为当检测探头发出的激励信号照射在各个检测点上时，各检测点处的阻抗增量。

近似解析模型构建模块2，用于根据裂纹参数构建近似解析模型；近似解析模型用于根据检测点的位置计算阻抗增量，得到计算阻抗增量；裂纹参数包括裂纹深度和裂纹宽度。

最优裂纹参数获取模块3，用于以检测阻抗增量和计算阻抗增量的误差和最小为目标，采用迭代算法对近似解析模型进行求解，得到最优裂纹参数；最优裂纹参数为误差和最小时近似解析模型对应的裂纹参数。

具体地，最优裂纹参数获取模块3，包括：裂纹参数获取子模块。

裂纹参数获取子模块，用于以误差和最小为目标，采用最小二乘法对近似解析模型进行求解，得到最优裂纹参数。

在裂纹参数获取子模块中，误差和的计算公式为：

其中，J(W,D)为误差和；W为裂纹宽度，D为裂纹深度；i为检测点的序列号；n为检测点的总数；y_i为第i个检测点的对应的检测阻抗增量的虚部；x_i为第i个检测点的位置；ΔZ(x_i,W,D)为近似解析模型的输出的第i个检测点的对应的计算阻抗增量。

进一步地，裂纹参数获取子模块包括：误差和确定单元、判断单元、最优裂纹参数确定单元和更新单元。

误差和确定单元，用于将当前迭代次数下的裂纹参数输入近似解析模型，得到当前迭代次数下的计算阻抗增量。

误差和确定单元，还用于计算当前迭代次数下的检测阻抗增量与当前迭代次数下的计算阻抗增量的误差和，得到当前迭代次数下的误差和。

判断单元，用于判断是否满足迭代停止条件；迭代停止条件为当前迭代次数下达到设定次数或者当前迭代次数下的误差和处于设定误差值区间。

最优裂纹参数确定单元，用于若满足迭代停止条件，则将当前迭代次数下的裂纹参数作为最优裂纹参数。

更新单元，用于若不满足迭代停止条件，则采用最速梯度下降法计算当前迭代次数下的误差和对应的梯度信息，并根据当前迭代次数下的误差和以及对应的梯度信息对当前迭代次数下的裂纹参数进行更新，并将更新后的裂纹参数作为下一迭代次数下的裂纹参数，并返回“误差和确定单元”。

在更新单元中，根据当前迭代次数下的误差和以及对应的梯度信息对当前迭代次数下的裂纹参数进行更新，具体为：

其中，W为裂纹宽度，D为裂纹深度，α_W为宽度参数的迭代步长，α_D为深度参数的迭代步长，“：＝”为参数更新表示符。

为误差和相对于裂纹宽度对应的梯度信息；

为误差和相对于裂纹深度对应的梯度信息。

本发明的优点在于：

1.该方法利用近似解析模型和最优化思想，可以更实际的同时检测金属管道裂纹的深度宽度参数，不用拘泥于利用控制变量法去控制裂纹宽度参数检测深度参数或控制裂纹深度参数检测宽度参数。

2.本方法的检测信号为阻抗增量，只利用原始检测信号即可实现参数的检测，无需在检测信号的基础上再选取检测特征或提前利用实验获取信号变化曲线，具有更好的便捷性和更低的检测成本。

3.本方法的检测准确度不依赖于参数设置的初值，具有较好的检测稳定性，避免了实际检测中复杂的调参过程。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种金属管道裂纹测量方法，其特征在于，所述测量方法包括：

获取目标金属管道上多个检测点的检测阻抗增量；所述检测阻抗增量为当检测探头发出的激励信号照射在各个检测点上时，各检测点处的阻抗增量；

根据裂纹参数构建近似解析模型；所述近似解析模型用于根据检测点的位置计算阻抗增量，得到计算阻抗增量；所述裂纹参数包括裂纹深度和裂纹宽度；

以所述检测阻抗增量和所述计算阻抗增量的误差和最小为目标，采用迭代算法对所述近似解析模型进行求解，得到最优裂纹参数；所述最优裂纹参数为所述误差和最小时所述近似解析模型对应的裂纹参数。

2.根据权利要求1所述的金属管道裂纹测量方法，其特征在于，所述以所述检测阻抗增量和所述计算阻抗增量的误差和最小为目标，采用迭代算法对所述近似解析模型进行求解，得到最优裂纹参数，具体包括：

以所述误差和最小为目标，采用最小二乘法对所述近似解析模型进行求解，得到最优裂纹参数。

3.根据权利要求2所述的金属管道裂纹测量方法，其特征在于，所述检测阻抗增量和所述计算阻抗增量的误差和的计算公式为：

其中，J(W,D)为误差和；W为裂纹宽度，D为裂纹深度；i为检测点的序列号；n为检测点的总数；y_i为第i个检测点的对应的检测阻抗增量的虚部；x_i为第i个检测点的位置；ΔZ(x_i,W,D)为近似解析模型的输出的第i个检测点的对应的计算阻抗增量。

4.根据权利要求2所述的金属管道裂纹测量方法，其特征在于，所述以所述误差和最小为目标，采用最小二乘法对所述近似解析模型进行求解，得到最优裂纹参数，具体包括：

将当前迭代次数下的裂纹参数输入所述近似解析模型，得到当前迭代次数下的计算阻抗增量；

计算当前迭代次数下的检测阻抗增量与当前迭代次数下的计算阻抗增量的误差和，得到当前迭代次数下的误差和；

判断是否满足迭代停止条件；所述迭代停止条件为当前迭代次数下达到设定次数或者当前迭代次数下的误差和处于设定误差值区间；

若满足迭代停止条件，则将当前迭代次数下的裂纹参数作为最优裂纹参数；

若不满足迭代停止条件，则采用最速梯度下降法计算当前迭代次数下的误差和对应的梯度信息，并根据当前迭代次数下的误差和以及对应的梯度信息对当前迭代次数下的裂纹参数进行更新，并将更新后的裂纹参数作为下一迭代次数下的裂纹参数，并返回“将当前迭代次数下的裂纹参数输入所述近似解析模型，得到当前迭代次数下的计算阻抗增量”的步骤。

5.根据权利要求4所述的金属管道裂纹测量方法，其特征在于，所述根据当前迭代次数下的误差和以及对应的梯度信息对当前迭代次数下的裂纹参数进行更新，具体为：

其中，W为裂纹宽度，D为裂纹深度，α_W为宽度参数的迭代步长，α_D为深度参数的迭代步长，“：＝”为参数更新表示符；

为误差和相对于裂纹宽度对应的梯度信息；

为误差和相对于裂纹深度对应的梯度信息。

6.一种金属管道裂纹测量系统，其特征在于，所述测量系统包括：

检测阻抗增量获取模块，用于获取目标金属管道上多个检测点的检测阻抗增量；所述检测阻抗增量为当检测探头发出的激励信号照射在各个检测点上时，各检测点处的阻抗增量；

近似解析模型构建模块，用于根据裂纹参数构建近似解析模型；所述近似解析模型用于根据检测点的位置计算阻抗增量，得到计算阻抗增量；所述裂纹参数包括裂纹深度和裂纹宽度；

最优裂纹参数获取模块，用于以所述检测阻抗增量和所述计算阻抗增量的误差和最小为目标，采用迭代算法对所述近似解析模型进行求解，得到最优裂纹参数；所述最优裂纹参数为所述误差和最小时所述近似解析模型对应的裂纹参数。

7.根据权利要求6所述的金属管道裂纹测量系统，其特征在于，所述最优裂纹参数获取模块包括：

裂纹参数获取子模块，用于以所述误差和最小为目标，采用最小二乘法对所述近似解析模型进行求解，得到最优裂纹参数。

8.根据权利要求7所述的金属管道裂纹测量系统，其特征在于，所述裂纹参数获取子模块中，所述误差和的计算公式为：

其中，J(W,D)为误差和；W为裂纹宽度，D为裂纹深度；i为检测点的序列号；n为检测点的总数；y_i为第i个检测点的对应的检测阻抗增量的虚部；x_i为第i个检测点的位置；ΔZ(x_i,W,D)为近似解析模型的输出的第i个检测点的对应的计算阻抗增量。

9.根据权利要求7所述的金属管道裂纹测量系统，其特征在于，所述裂纹参数获取子模块包括：

误差和确定单元，用于：

将当前迭代次数下的裂纹参数输入所述近似解析模型，得到当前迭代次数下的计算阻抗增量；

计算当前迭代次数下的检测阻抗增量与当前迭代次数下的计算阻抗增量的误差和，得到当前迭代次数下的误差和；

判断单元，用于判断是否满足迭代停止条件；所述迭代停止条件为当前迭代次数下达到设定次数或者当前迭代次数下的误差和处于设定误差值区间；

最优裂纹参数确定单元，用于若满足迭代停止条件，则将当前迭代次数下的裂纹参数作为最优裂纹参数；

更新单元，用于若不满足迭代停止条件，则采用最速梯度下降法计算当前迭代次数下的误差和对应的梯度信息，并根据当前迭代次数下的误差和以及对应的梯度信息对当前迭代次数下的裂纹参数进行更新，并将更新后的裂纹参数作为下一迭代次数下的裂纹参数，并返回“误差和确定单元”。

10.根据权利要求9所述的金属管道裂纹测量系统，其特征在于，所述更新单元中，根据当前迭代次数下的误差和以及对应的梯度信息对当前迭代次数下的裂纹参数进行更新，具体为：

其中，W为裂纹宽度，D为裂纹深度，α_W为宽度参数的迭代步长，α_D为深度参数的迭代步长，“：＝”为参数更新表示符；

为误差和相对于裂纹宽度对应的梯度信息；

为误差和相对于裂纹深度对应的梯度信息。

Images