高温超导带材缺陷识别方法、装置、设备及存储介质

本技术涉及高温超导带材，尤其涉及一种高温超导带材缺陷识别方法、装置、设备及存储介质。

背景技术：

1、高温超导带材由于具有优异的电磁特性和热稳定性，尤其是rebco涂层高温超导带材在20t以上磁场仍保持着较高的临界电流密度，在高能物理、强磁场科学等研究领域发挥重要作用。rebco高温超导薄膜具有显著的磁场各项异性，电流密度呈现二维平面非均匀分布特征，超导薄膜的电流密度分布对高温超导带的性能起着决定性的作用。

2、现有实验手段无法直接测试电流密度分布特性，仅能通过磁测的方法获取超导薄膜表面的磁场分布结果，进一步基于空间高分辨磁场的测量结果间接地评估电流密度在二维薄膜平面空间的分布特性。通过对biot-savart定律的反演，可以基于测量磁场的法向分量来重构超导带材局部电流密度分布的二维图像。样品上方磁场可以通过多种磁显微测试技术获得，如扫描霍尔探头、磁光成像、超导量子干涉仪等。

3、基于磁场数据对电流密度分布反演的方法主要有三种。一种是基于qr分解直接求解biot-savart定律离散矩阵法，这种方法计算成本较高，难以实现对实时数据的同步高效反演，并且仅对无磁场噪音的理想情况适用，对于含噪声的实际测试条件，反演结果误差较大；在实际应用中，较多采用基于快速傅里叶变换结合低通滤波技术，实现基于磁场的电流密度分布快速重构，但是高频分量即超导薄膜边缘处反演出现较大误差，此外反演结果的稳定性严重依赖低通滤波截止频率的选择，对广泛问题没有一般适用性；针对反演的稳定性问题，近几年发展了基于正则化的电磁反演方法，并采用广义交叉验证方法实现了正则化参数的自动选取，但是也存在高频分量反演不足，并且低频分量的波动随着噪音的增长而显著增强，引起反演结果的严重失真。

4、尽管目前已经发展了一些电磁反演方法，但是在实际应用中，面对不可避免的噪声磁场数据源，在电流密度的高效、高精度反演反演方面仍纯在诸多问题，如反演过程参数对经验的依赖性、高频分量的反演不足、低频分量反演结果的波动性等。

5、相应地，本领域需要一种新的高温超导带材电流密度反演方案来解决上述问题。

技术实现思路

1、本技术提供一种高温超导带材缺陷识别方法、装置、设备及存储介质，以提供解决或至少部分地解决高频分量反演不足，并且低频分量的波动随着噪音的增长而显著增强，引起反演结果的严重失真的问题。

2、第一方面，本技术提供一种高温超导带材缺陷识别方法，包括：

3、获取待测高温超导带材的测量磁场数据；

4、基于所述测量磁场数据，获取反演电流密度分布；

5、基于所述反演电流密度分布，获取正演磁场分布；

6、基于磁场差值，获取修正电流密度分布；其中，所述磁场差值根据所述测量磁场数据以及所述正演磁场分布计算得到；

7、基于设定的迭代终止条件，迭代获取修正电流密度分布，并基于迭代获取的修正电流密度分布以及反演电流密度分布，确定待测高温超导带材的迭代反演电流密度分布；

8、基于所述迭代反演电流密度分布，确定算子分布；

9、基于算子阈值，确定待测高温超导带材的缺陷识别结果；其中，所述算子阈值根据所述算子分布确定。

10、在一种可能的设计中，基于所述测量磁场数据，获取反演电流密度，包括：

11、将磁场改写成流函数 g与核函数 k的形式：

12、；

13、其中，为电流元坐标，，，为测量磁场数据的坐标，表示测量磁场数据的坐标形式，，表示高温超导带材薄膜的厚度，表示高温超导带材薄膜真空磁导率，ω1表示电流密度分布区域；

14、极小化，得到流函数的正则解：

15、；

16、其中，为流函数的正则解，为傅里叶变换形式，为的傅里叶变换形式，为方向的频率分量，为方向的频率分量，为范数，为傅里叶变换，为傅里叶逆变换，为正则参数；

17、极小化广义交叉验证函数以确定正则参数：

18、；

19、其中，为广义交叉验证函数， k为核函数，为测量磁场数据，为核函数与流函数的正则解的乘积，通过如下公式确定：

20、；

21、根据公式计算反演电流密度分布，其中，▽表示矢量微分算子，表示z方向矢量。

22、在一种可能的设计中，通过如下公式计算所述磁场差值：

23、；

24、其中，表示磁场差值，表示测量磁场数据，表示正演磁场分布。

25、在一种可能的设计中，基于设定的迭代终止条件，迭代获取修正电流密度分布，并基于迭代获取的修正电流密度分布以及反演电流密度分布，确定待测高温超导带材的迭代反演电流密度分布，包括：

26、根据当前迭代获取的反演电流密度分布，确定当前迭代的正演磁场分布；

27、根据当前迭代的正演磁场分布确定当前迭代的磁场差值；

28、若当前迭代的磁场差值未达到设定的磁场差值精度，则以当前迭代的磁场差值确定下一迭代获取的修正电流密度分布；

29、若当前迭代的磁场差值达到设定的磁场差值精度，则以当前迭代获取的修正电流密度分布作为迭代获取的修正电流密度分布；

30、基于迭代获取的修正电流密度分布以及反演电流密度分布，通过如下公式确定待测高温超导带材的迭代反演电流密度分布：

31、；

32、其中，表示迭代反演电流密度分布，表示反演电流密度分布，表示迭代获取的修正电流密度分布。

33、在一种可能的设计中，基于所述迭代反演电流密度分布，确定算子分布，包括：

34、基于所述迭代反演电流密度分布，通过如下公式确定算子分布：

35、；

36、其中， def表示算子分布，▽表示矢量微分算子， j( x, y)表示反演电流分布，为常数，用于防止分母为零，表示损伤区域，表示带材区域， at表示在某区域内，表示算子阈值，通过如下公式确定：

37、；

38、其中，为小于算子阈值的算子分布值的个数，为大于阈值的算子分布值的个数；为取得最大值所对应的点，为损伤区域的 def算子均值，为带材区域的 def算子均值，为算子分布的坐标形式。

39、在一种可能的设计中，基于算子阈值，通过如下公式确定待测高温超导带材的缺陷识别结果：

40、；

41、其中，表示识别的缺陷区域，表示带材区域。

42、第二方面，本技术提供一种高温超导带材缺陷识别装置，包括：

43、测量磁场数据获取模块，被配置为获取待测高温超导带材的测量磁场数据；

44、反演电流密度分布计算模块，被配置为基于所述测量磁场数据，获取反演电流密度分布；

45、正演磁场分布计算模块，被配置为基于所述反演电流密度分布，获取正演磁场分布；

46、修正电流密度分布计算模块，被配置为基于磁场差值，获取修正电流密度分布；其中，所述磁场差值根据所述测量磁场数据以及正演磁场分布计算得到；

47、迭代计算模块，被配置为基于设定的迭代终止条件，迭代获取修正电流密度分布，并基于迭代获取的修正电流密度分布以及反演电流密度分布，确定待测高温超导带材的迭代反演电流密度分布；

48、算子分布计算模块，被配置为基于所述迭代反演电流密度分布，确定算子分布；

49、缺陷识别模块，被配置为基于算子阈值，确定待测高温超导带材的缺陷识别结果；其中，所述算子阈值根据所述算子分布确定。

50、第三方面，本技术提供一种电子设备，包括：至少一个处理器和存储器；所述存储器存储计算机执行指令；所述至少一个处理器执行所述存储器存储的计算机执行指令，使得所述至少一个处理器执行如上第一方面以及第一方面各种可能的设计所述的高温超导带材缺陷识别方法。

51、第四方面，本技术提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有计算机执行指令，当处理器执行所述计算机执行指令时，实现如上第一方面以及第一方面各种可能的设计所述的高温超导带材缺陷识别方法。

52、第五方面，本技术提供一种计算机程序产品，包括计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实现如上第一方面以及第一方面各种可能的设计所述的高温超导带材缺陷识别方法。

53、本技术提供的高温超导带材缺陷识别方法、装置、设备及存储介质，通过迭代反演电流密度分布，改善了边界反演不足的情况，实现了超导电流密度的快速高精度重构，并基于迭代反演电流密度利用缺陷识别算子识别出了超导带材的缺陷分布，成功提高了超导带材的缺陷识别精度，将有助于进一步分析超导薄膜的电磁场微结构特征以及电-磁-热-力多场耦合机理。