一种弱磁检测顺磁性金属材料裂纹缺陷的定量评价方法技术

本发明专利技术涉及无损检测技术领域，公开了一种弱磁检测顺磁性金属材料裂纹缺陷的定量评价方法，包括建立顺磁性金属材料缺陷样本库并制作试件；采用弱磁检测仪器扫描试件获得原始检测数据；对原始检测数据进行盲源分离信号预处理获得表征缺陷特征的源信号；采用二分类支持向量机算法对源信号进行定量评价，获得缺陷反演模型。本发明专利技术在天然地磁场环境下，通过弱磁检测仪器对顺磁性金属材料表面或近表面进行扫查，采集垂直于试件表面方向磁感应强度的变化并进行盲源分离数据处理，以缺陷磁异常信号的特征值作为输入值，对应缺陷的长宽深参数值作为输出值，训练Libsvm算法，建立与缺陷参数之间的映射关系，无需额外激励源，实现顺磁性金属材料缺陷定量分析。

【技术实现步骤摘要】
一种弱磁检测顺磁性金属材料裂纹缺陷的定量评价方法
本专利技术涉及无损检测
，具体涉及一种弱磁检测顺磁性金属材料裂纹缺陷的定量评价方法。
技术介绍
长期以来，金属材料一直是最重要的结构材料和功能材料。金属材料在生产和使用过程中都离不开无损检测。金属材料按磁性可分为铁磁性金属材料和非铁磁性金属材料两大类。铁磁性金属材料的无损检测方法除超声、射线外，电磁类的无损检测方法具有一般适用性，如漏磁、涡流和金属磁记忆等。非铁磁性金属材料的无损检测方法相对较少，除超声、射线外，电磁类的无损检测方法只有涡流法。射线检测受材料或构件厚度和形状的影响较大，检测成本高，效率低，不易实现批量检测，且射线本身具有一定危害性，使得其工作环境受到限制。涡流检测主要存在涡流效应的影响因素多，对缺陷定性和定量分析困难等问题。因此超声检测一直是非铁磁性金属材料的主要检测手段，但由于材料和缺陷的特性，在实际检测中仍存在诸多问题。因此，有必要发展新的无损检测技术，作为现有无损检测技术的补充，更好的服务于非铁磁性金属材料的检测，具有重要的经济和社会效益。经过近几年的研究积累，我们发展了一种地磁场环境下基于弱磁信号测量的非铁磁性金属材料的无损检测技术，总结已有的研究成果发现，这些非铁磁性的金属材料，均属于顺磁性材料，顺磁性物质在被磁化时使磁场略有增强。当给顺磁性材料外加一个磁场时，永久磁矩均沿外磁场方向排列，如果该外加磁场强度较大，此时检测到的磁场强度完全是外加磁场的强度；但天然地磁场本身磁场强度微弱，在其作用下，采用高精度测磁传感器检测到的恰恰是能够反映出顺磁性材料被磁化的微弱磁场强度。目前，国内外针对关于弱磁检测可行性的应用和仪器的硬件设计，以及对工程中不同磁性材料的检出缺陷率等方面进行了研究与开发，但是在后续的弱磁信号分析、缺陷信息的提取、对缺陷弱磁信号与缺陷参数的关系的研究不系统，关系不明确，特别是对缺陷的反演还有待更深入的研究和完善。也就是说，现有顺磁性金属材料弱磁无损检测技术的研究成果仅限于能够检出部分缺陷和定性分析，对于缺陷的磁异常特征没有合适的量化评价方法用于指导实际的检测工作。因为裂纹缺陷是最常产生也是危险性最高的缺陷，其形成概率较大，与铁磁性材料相比较而言，顺磁性材料对于磁场的敏感度更低，使得缺陷信号与缺陷参数之间的关系更加复杂化。并且在实际检测中，检测的弱磁信号受到各种各样的噪声干扰，使得缺陷定量更加困难。
技术实现思路
基于以上问题，本专利技术提供一种弱磁检测顺磁性金属材料裂纹缺陷的定量评价方法，在天然地磁场环境下，通过弱磁检测仪器对顺磁性金属材料表面或近表面进行扫查，采集垂直于试件表面方向磁感应强度的变化并进行数据处理，以缺陷磁异常信号的特征值作为输入值，对应缺陷的长宽深参数值作为输出值训练Libsvm算法，建立与缺陷参数之间的映射关系，无需额外激励源即实现顺磁性金属材料缺陷定量分析。为实现上述技术效果，本专利技术采用的技术方案是：一种弱磁检测顺磁性金属材料裂纹缺陷的定量评价方法，包括如下步骤：S1、根据正交试验设计原理，建立顺磁性金属材料缺陷样本库，并加工制作带有缺陷槽的试件；S2、采用带阵列式磁探头的弱磁检测仪器扫描试件进行信号采集，获得缺陷的原始检测数据；S3、基于主成分分析的盲源分离算法进行信号预处理，获得表征缺陷特征的源信号；S4、采用二分类支持向量机算法对源信号进行定量评价，获得缺陷反演模型。进一步地，步骤S1中的试件上的缺陷槽为矩形槽、V形槽或组合形槽。进一步地，步骤S3中的算法流程如下：1)对观测数据每一列进行归一化处理：n个磁探头的弱磁检测仪器沿试件长度方向进行扫查，获得n个数据样本，分别为X1、X2、…、Xi、…、Xn，每个Xi样本中含有p个元素，记为：Xi＝[x1i，x2i，…，xpi]T，(i＝1，2，…，n)其中：2)求协方差矩阵：归一化后的xi′所构成的数据矩阵记为X′n，求其协方差矩阵为：V＝E{(X′n-E[X′n])(X′n-E[X′n])T}3)计算协方差矩阵的特征值及特征向量：求出协方差矩阵V的特征值，并按从大到小的顺序排列，即λ1＞λ2＞…＞λn；同时，求出特征值所对应的特征向量，并构成特征矩阵S＝[S1，S2，…，Sn]；4)计算主成分贡献率及累计贡献率：贡献率用于量化主成分所包含的信息量占总信息量的比重，每个主成分的贡献率计算式如下：贡献率越大，说明主成分包含的信息越多，采用累计贡献率法从所有主成分中筛选出包含主要信息的少数主成分；定义前m个主成分的累计贡献率为5)选取主成分各主成分线性变换表示如下：F＝[F1，F2，…，Fm]T为各主成分的集合，包含了观测量所有信息；其中aij为系数矩阵对应元素，F1、F2、…、Fm分别为第1主成分、第2主成分、…、第m主成分，并按特征值由大到小排列，各主成分所包含的信息依次递减；为尽可能提取出所有主成分，选取累计贡献率在95％以上的前m个主成分，以此作为盲源分离的解混矩阵；6)选用负熵为高斯性的度量指标的FastICA算法，分离出源信号。进一步地，步骤S4中提取试件缺陷磁异常信号的特征值作为输入值，对应缺陷的长宽深参数值作为输出值，训练Libsvm算法，使得缺陷磁异常特征量的数据在高维空间可分，建立与缺陷参数之间的映射关系。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术在天然地磁场环境下，通过弱磁检测仪器对顺磁性金属材料表面或近表面进行扫查，采集垂直于试件表面方向磁感应强度的变化并进行数据处理，以缺陷磁异常信号的特征值作为输入值，对应缺陷的长宽深参数值作为输出值训练Libsvm算法，建立与缺陷参数之间的映射关系，无需额外激励源即实现顺磁性金属材料缺陷定量分析。附图说明图1为实施例1或2中试件及人工槽的结构示意图；图2为图1中剖面A-A的结构示意图；图3为实施例1或2中的弱磁检测示意图；图4为实施例1或2中试件缺陷槽的结构示意图；图5为实施例2中的试件弱磁信号图；图6为实施例2中的盲源分离信号图；图7为实施例2中的反演结构流程图；图8为实施例2中的缺陷反演的流程图；其中，1、缺陷槽；2、磁探头；3、弱磁检测仪器。具体实施方式为使本专利技术的目的；技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本专利技术作进一步的详细说明，本专利技术的示意性实施方式及其说明仅用于解释本专利技术，并不作为对本专利技术的限定。实施例1：参见图1-4，一种弱磁检测顺磁性金属材料裂纹缺陷的定量评价方法，包括如下步骤：S1、根据正交试验设计原理，建立顺磁性金属材料缺陷样本库，并加工制作带有缺陷槽1的试件；试件上的缺陷槽1为矩形槽、V形槽或组合形槽(如图4)。裂纹是最常形成也是危险性最高的缺陷，其形成概率较大，形状规则，简化本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种弱磁检测顺磁性金属材料裂纹缺陷的定量评价方法，其特征在于，包括如下步骤：/nS1、根据正交试验设计原理，建立顺磁性金属材料缺陷样本库，并加工制作带有缺陷槽(1)的试件；/nS2、采用带阵列式磁探头(2)的弱磁检测仪器(3)扫描试件进行信号采集，获得缺陷的原始检测数据；/nS3、基于主成分分析的盲源分离算法进行信号预处理，获得表征缺陷特征的源信号；/nS4、采用二分类支持向量机算法对源信号进行定量评价，获得缺陷反演模型。/n

【技术特征摘要】
1.一种弱磁检测顺磁性金属材料裂纹缺陷的定量评价方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、根据正交试验设计原理，建立顺磁性金属材料缺陷样本库，并加工制作带有缺陷槽(1)的试件；
S2、采用带阵列式磁探头(2)的弱磁检测仪器(3)扫描试件进行信号采集，获得缺陷的原始检测数据；
S3、基于主成分分析的盲源分离算法进行信号预处理，获得表征缺陷特征的源信号；
S4、采用二分类支持向量机算法对源信号进行定量评价，获得缺陷反演模型。


2.根据权利要求1所述的一种弱磁检测顺磁性金属材料裂纹缺陷的定量评价方法，其特征在于：步骤S1中的试件上的缺陷槽(1)为矩形槽、V形槽或组合形槽。


3.根据权利要求1或2所述的一种弱磁检测顺磁性金属材料裂纹缺陷的定量评价方法，其特征在于：步骤S3中的算法流程如下：
1)对观测数据每一列进行归一化处理：
n个磁探头(2)的弱磁检测仪器(3)沿试件长度方向进行扫查，获得n个数据样本，分别为X1、X2、…、Xi、…、Xn，每个Xi样本中含有p个元素，记为：
Xi＝[x1i，x2i，…，xpi]T，(i＝1，2，…，n)



其中：
2)求协方差矩阵：
归一化后的x′i所构成的数据矩阵记为X′n，求其协方差矩阵为：
V＝E{(X′n-E[X′n])(X′n-E[X′n])T}
3)计算协方差矩阵的特...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡博，于润桥，傅萍，郭萌梦，
申请(专利权)人：南昌航空大学，
类型：发明
国别省市：江西;36