本发明涉及无损检测技术领域，特别涉及一种漏磁检测单元缺陷伸缩重构方法。
背景技术：
漏磁检测是常用的一种无损检测技术，广泛应用于储罐底板、油气管道、钢丝绳等铁磁性材料的安全检测和缺陷评估中。通过检测到的漏磁信号对缺陷尺寸进行重构，是漏磁检测技术中的重要环节。然而，由于缺陷尺寸和漏磁信号之间复杂的非线性关系，使得缺陷重构成为目前漏磁检测技术研究的难点和热点。现有的缺陷重构方法或重构精度低，或计算模型复杂、计算时间长，使得重构效率低。
在目前的相关技术中，例如一种漏磁检测腐蚀缺陷的量化方法，虽然可以结合量化公式直接对缺陷尺寸进行重构，但构建的公式模型过于简单，难以反映缺陷尺寸与信号间的复杂非线性关系，重构精度低；例如不完整信号下的漏磁检测缺陷量化与显示方法，虽然通过对神经网络进行训练，可以实现对缺陷尺寸的快速反演，但是模型依赖经验数据，泛化能力弱，重构精度不高；例如三维漏磁检测缺陷轮廓重构方法及装置，虽然能够利用有限元方法构建前向模型，通过迭代实现缺陷轮廓的重构，但在每次迭代过程中都需要重新进行有限元计算，计算时间长，效率低。
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漏磁检测单元缺陷伸缩重构方法，该方法能够对铁磁性材料的缺陷进行有效反演，有助于提高计算速度和求解精度。
为了实现上述目的，本发明的实施例提出了一种漏磁检测单元缺陷伸缩重构方法，包括以下步骤：s1：建立单元缺陷漏磁信号数据库，获取单元缺陷的漏磁信号
另外，根据本发明上述实施例的漏磁检测单元缺陷伸缩重构方法还可以具有如下附加的技术特征：
在一些示例中，所述单元缺陷是具有已知尺寸的矩形缺陷，缺陷的长度为a0，缺陷的宽度为b0，缺陷的深度为c0，其中，长度方向为磁化方向，深度方向是被测材料的厚度方向，另一方向是缺陷的宽度方向。
在一些示例中，所述单元缺陷漏磁信号数据库包含7个单元缺陷，分别为：针孔单元缺陷(0<a0<t,0<b0<t)、坑状单元缺陷(t≤a0<3t,t≤b0<3t)、切向凹槽单元缺陷(0<a0<t,b0≥t)、切向凹沟单元缺陷(t≤a0<3t,b0≥3t)、水平凹槽单元缺陷(a0≥t,0<b0<t)、水平凹沟单元缺陷(a0≥3t,t≤b0<3t)和一般单元缺陷(a0≥3t,b0≥3t)，其中t为待测铁磁性材料的厚度。
在一些示例中，所述单元缺陷的漏磁信号
在一些示例中，所述单元缺陷的漏磁信号
在一些示例中，所述单元伸缩系数k取值范围为：0.5≤k≤5。
在一些示例中，所述构建漏磁信号单元伸缩正向模型，具体包括：
a.对所述单元缺陷的漏磁信号
b.对所述插值后的漏磁信号
其中，α和β分别是x和y方向上的傅里叶变量。
在一些示例中，所述目标漏磁信号htar(x,y,z0)和所述预测漏磁信号
其中，所述误差阈值ε是一个范围为0<ε<<1的预先设定的数值。
在一些示例中，所述根据所述单元伸缩系数k对单元缺陷进行伸缩操作，进一步包括：根据所述单元伸缩系数k，同时对单元缺陷的长度a，宽度b和深度c伸缩k倍，得到伸缩变换操作后缺陷的长度ka，宽度kb和深度kc。
根据本发明实施例的漏磁检测单元缺陷伸缩重构方法，构建单元伸缩正向模型作为漏磁信号预测模型，并将其嵌入迭代循环中，不断修正单元伸缩系数，直至预测漏磁信号与目标漏磁信号的误差小于误差阈值，最终得到待求解缺陷尺寸，从而能够对铁磁性材料的缺陷进行有效反演，有助于减少计算时间，提高了求解精度，具有广泛的应用前景。
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漏磁检测单元缺陷伸缩重构方法的流程图；
图2是根据本发明一个实施例的单元缺陷漏磁信号数据库的单元缺陷分类示意图；
图3(a)至图3(b)是根据本发明一个具体实施例的长宽深为28.6mm×28.6mm×5.8mm的实际缺陷漏磁信号和反演缺陷漏磁信号图；
图4(a)至图4(b)是本发明一个具体实施例的长宽深为24mm×12mm×2.4mm缺陷仿真漏磁信号和反演漏磁信号图。
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漏磁检测单元缺陷伸缩重构方法。
图1是根据本发明一个实施例的漏磁检测单元缺陷伸缩重构方法的流程图。如图1所示，该方法包括以下步骤：
步骤s1：建立单元缺陷漏磁信号数据库，获取单元缺陷的漏磁信号
在本发明的一个实施例中，单元缺陷是具有已知尺寸的矩形缺陷，缺陷的长度为a0，缺陷的宽度为b0，缺陷的深度为c0，其中，长度方向为磁化方向，深度方向是被测材料的厚度方向，另一方向是缺陷的宽度方向。
基于此，结合图2所示，单元缺陷漏磁信号数据库例如包含7个单元缺陷，分别为：针孔单元缺陷(0<a0<t,0<b0<t)、坑状单元缺陷(t≤a0<3t,t≤b0<3t)、切向凹槽单元缺陷(0<a0<t,b0≥t)、切向凹沟单元缺陷(t≤a0<3t,b0≥3t)、水平凹槽单元缺陷(a0≥t,0<b0<t)、水平凹沟单元缺陷(a0≥3t,t≤b0<3t)和一般单元缺陷(a0≥3t,b0≥3t)，其中t为待测铁磁性材料的厚度。
在本发明的一个实施例中，单元缺陷的漏磁信号
步骤s2：获取铁磁性材料待求解缺陷的漏磁信号，作为目标漏磁信号htar(x,y,z0)。
在本发明的一个实施例中，单元缺陷的漏磁信号
步骤s3：设定初始的单元伸缩系数k。
具体地，单元伸缩系数k是一个具有一定范围的变量。在本发明的一个实施例中，单元伸缩系数k取值范围例如为：0.5≤k≤5。
步骤s4：构建漏磁信号单元伸缩正向模型，其中，漏磁信号单元伸缩正向模型的输入为单元伸缩系数k，输出为按单元伸缩系数k伸缩后的缺陷的预测漏磁信号。
在步骤s4中，构建漏磁信号单元伸缩正向模型，具体包括：
a.对单元缺陷的漏磁信号
b.对插值后的漏磁信号
其中，α和β分别是x和y方向上的傅里叶变量。
步骤s5：将单元伸缩系数k输入漏磁信号单元伸缩正向模型中进行正向预测，得到按单元伸缩系数k伸缩后的缺陷的预测漏磁信号
步骤s6：计算目标漏磁信号htar(x,y,z0)和预测漏磁信号
在本发明的一个实施例中，目标漏磁信号htar(x,y,z0)和预测漏磁信号
其中，误差阈值ε是一个范围为0<ε<<1的预先设定的数值。
步骤s7：根据单元伸缩系数k对单元缺陷进行伸缩操作，得到待求解缺陷的最终尺寸。
具体地，在步骤s7中，根据单元伸缩系数k对单元缺陷进行伸缩操作，进一步包括：根据单元伸缩系数k，同时对单元缺陷的长度a，宽度b和深度c伸缩k倍，得到伸缩变换操作后缺陷的长度ka，宽度kb和深度kc。
综上，根据本发明实施例的漏磁检测单元缺陷伸缩重构方法，构建单元伸缩正向模型作为漏磁信号预测模型，并将其嵌入迭代循环中，不断修正单元伸缩系数，直至预测漏磁信号与目标漏磁信号的误差小于误差阈值，最终得到待求解缺陷尺寸，从而能够对铁磁性材料的缺陷进行有效反演，有助于减少计算时间，提高了求解精度，具有广泛的应用前景。
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，对本发明实施例的漏磁检测单元缺陷伸缩重构方法进行详细地示例性描述。
实施例1
在本实施例中，该漏磁检测单元缺陷伸缩重构方法包括以下步骤：
1.建立单元缺陷漏磁信号数据库，获取单元缺陷的漏磁信号
2.获取铁磁性材料待求解缺陷的漏磁信号，作为目标漏磁信号htar(x,y,z0)，待求解的缺陷为试验管线人工开凿缺陷，其长度为a＝28.6mm，缺陷的宽度为b＝28.6mm，缺陷的深度为c＝5.8mm，待求解缺陷的漏磁信号通过实施漏磁检测试验获得。单元缺陷的漏磁信号
3.设定初始的单元伸缩系数k＝1，变量k的范围为0.5≤k≤5。
4.构建漏磁信号单元伸缩正向模型，其中，漏磁信号单元伸缩正向模型的输入为单元伸缩系数k，输出为按单元伸缩系数k伸缩后的缺陷的预测漏磁信号，漏磁信号单元伸缩正向模型具体包括：
a.对单元缺陷的漏磁信号
b.对插值后的漏磁信号
其中，α和β分别是x和y方向上的傅里叶变量。
5.将单元伸缩系数k输入漏磁信号单元伸缩正向模型中进行正向预测，得到按单元伸缩系数k伸缩后的缺陷的预测漏磁信号
6.计算目标漏磁信号htar(x,y,z0)和预测漏磁信号
并进一步判断e是否小于误差阈值ε，若是，则执行以下第7步骤，若不是，则对单元伸缩系数k进行修正后，执行以上第5步骤。
7.根据单元伸缩系数k对单元缺陷进行伸缩操作，同时对单元缺陷的长度a＝14.3mm，宽度b＝14.3mm和深度c＝2.9mm伸缩k倍，得到伸缩变换操作后缺陷的长度ka，宽度kb和深度kc，从而得到待求解缺陷的最终尺寸。
在本实施例中，最后得到的单元伸缩系数k＝1.907，平均相对误差mre＝4.88％，即最终重构的缺陷尺寸为长度a＝22.9mm，宽度b＝22.9mm，深度c＝2.29mm。图3(a)和图3(b)分别展示了待求解缺陷的目标漏磁信号和正向模型的最终预测信号以进行对比，可以看出，本发明实施例方法可以对铁磁性材料的缺陷进行有效反演，在不降低求解精度的情况下提高了计算速度。
实施例2
在本实施例中，该漏磁检测单元缺陷伸缩重构方法，包括以下步骤：
步骤1：建立单元缺陷漏磁信号数据库，获取单元缺陷的漏磁信号
步骤2：获取铁磁性材料待求解缺陷的漏磁信号，作为目标漏磁信号htar(x,y,z0)，待求解的缺陷的长度为a＝24mm，缺陷的深度为b＝12mm，缺陷的深度为c＝2.4mm，待求解缺陷的漏磁信号通过构建有限元仿真模型进行仿真试验获得。单元缺陷的漏磁信号
步骤3：设定初始的单元伸缩系数k＝1，变量k的范围为0.5≤k≤5。
步骤4：构建漏磁信号单元伸缩正向模型，其中，漏磁信号单元伸缩正向模型的输入为单元伸缩系数k，输出为按单元伸缩系数k伸缩后的缺陷的预测漏磁信号，漏磁信号单元伸缩正向模型具体包括：
步骤4.1.对单元缺陷的漏磁信号
步骤4.2.对插值后的漏磁信号
其中，α和β分别是x和y方向上的傅里叶变量。
步骤5：将单元伸缩系数k输入漏磁信号单元伸缩正向模型中进行正向预测，得到按单元伸缩系数k伸缩后的缺陷的预测漏磁信号
步骤6：计算目标漏磁信号htar(x,y,z0)和预测漏磁信号
并进一步判断是否e小于误差阈值ε，若是，则执行以下步骤7，若不是，则对单元伸缩系数k进行修正后，执行以上步骤5。
步骤7：根据单元伸缩系数k对单元缺陷进行伸缩操作，同时对单元缺陷的长度a0＝12mm，宽度b0＝6mm和深度c0＝1.2mm伸缩k倍，得到伸缩变换操作后缺陷的长度ka，宽度kb和深度kc，从而得到待求解缺陷的最终尺寸。
在本实施例中，最后得到的单元伸缩系数k＝1.968，平均相对误差mre＝1.63％，即最终重构的缺陷尺寸为长度a＝23.6mm，宽度b＝11.8mm，深度c＝2.36mm。图4(a)和图4(b)分别展示了待求解缺陷的目标漏磁信号和正向模型的最终预测信号以进行对比，可以看出，本发明实施例的方法可以对铁磁性材料的缺陷进行有效反演，且计算速度快，求解精度高。
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。