一种磁滞回线拟合方法技术

本发明专利技术公开了一种磁滞回线拟合方法，涉及磁滞回线拟合技术领域，包括以下步骤：采用交变梯度磁性测量设备，依次对测试样品进行扫频测试、扫场测试，获得测试样品振动速度与磁场强度的磁滞特性原始数据对；对测试样品的磁场强度信号进行预处理，分段拟合磁化曲线及退磁曲线；采用包含多项式函数项和指数函数项相复合的复杂非线性函数拟合测试样品磁滞回线；求解复杂非线性函数的相关参数；根据求解出的相关参数，建立测试样品振动速度与磁场强度的拟合磁滞回线。本发明专利技术可以在保证拟合磁滞回线结果的准确性的同时又可以具有足够快速的模型收敛速度，体现良好的对抗噪声效果。体现良好的对抗噪声效果。体现良好的对抗噪声效果。

【技术实现步骤摘要】
一种磁滞回线拟合方法


[0001]本专利技术涉及磁滞回线拟合
，更具体的说是涉及一种磁滞回线拟合方法。

技术介绍

[0002]磁滞回线，是指测试样品在交变磁场磁化下所得到的振动速度与磁场强度关系曲线，在交变梯度磁强计的测试过程中，受硬件设备、用户行为、环境噪音等影响，会存在一些波动较大的异常数据，对样品磁性的准确表征有明显的负面影响，因此需要一种可以对测试数据进行拟合与平滑处理的方法，提升信噪比，最终拟合出准确的磁滞回线是非常重要的。
[0003]目前大部分磁滞回线回归分析的相关技术是采用神经网络来近似拟合，而训练神经网络需要大量的参数，如网络拓扑结构、权值和阈值的初始值；而且不能观察之间的学习过程，输出结果可解释性较差，无相应的数学表达式表述其中的关系，会影响到结果的可信度和可接受程度；迭代速度慢，学习时间过长，成百上千次迭代，甚至可能达不到学习的目的；拟合过程中无实际物理意义的约束致使相应的磁滞回线不符合实际回线模型。
[0004]因此，如何弥补现有技术中的不足，保证拟合磁滞回线结果的准确性，提高模型收敛速度是本领域技术人员亟需解决的技术问题。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术提供了一种磁滞回线拟合方法，可在保证拟合磁滞回线结果的准确性的同时又可以具有足够快速的模型收敛速度，体现良好的对抗噪声效果。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0007]一种磁滞回线拟合方法，包括以下步骤：
[0008]采用交变梯度磁性测量设备，依次对测试样品进行扫频测试、扫场测试，获得测试样品振动速度与磁场强度的磁滞特性原始数据对；
[0009]对测试样品的磁场强度信号进行预处理，分段拟合磁化曲线及退磁曲线；
[0010]采用包含多项式函数项和指数函数项相复合的复杂非线性函数拟合测试样品振动速度与磁场强度的相联系的磁滞回线；其中，复杂非线性函数的表达式设计为：
[0011]y1＝(a1*(Gauss+x1)+b1)；
[0012]y2＝(a2*(Gauss+x2)+b2)；
[0013]y3＝(a3*(Gauss+x3)+b3)；
[0014]y4＝(a4*(Gauss+x4)+b4)；
[0015][0016]式中：v表示样品振动速度幅值，单位为mm/s；Gauss表示磁场强度，单位为Oe；x1、x2、x3、x4、a1、a2、a3、a4、b1、b2、b3、b4、c1、c2、c3、c4、h1、z1为待优化拟合参数；
[0017]求解复杂非线性函数的相关参数；
[0018]根据求解出的相关参数，建立测试样品振动速度与磁场强度的拟合磁滞回线。
[0019]上述技术方案达到的技术效果为：根据测试样品的振动速度与所施加磁场的关系为S型磁滞回线的特征，基于磁滞回线拟合的思想，设计由多项式函数项和指数函数项相复合的复杂非线性函数对磁滞回线相关数据进行拟合，降低数据测试误差，提升磁滞回线的准确性。
[0020]可选的，获得测试样品振动速度与磁场强度的磁滞特性原始数据对，具体包括以下步骤：
[0021]打开交变梯度磁性测量设备各个仪表的电源开关，启动工控机上的控制程序，将测试样品固定在样品杆的样品座处；
[0022]设置控制程序中的对应参数，对测试样品进行扫频测试，通过多普勒激光测振的方式获取在不同驱动频率下样品杆的振动速度；
[0023]将最大振动速度对应的频率作为共振频率，对测试样品进行扫场测试，得到不同磁场下的振动信息，即测试样品振动速度与磁场强度的磁滞特性原始数据对。
[0024]上述技术方案达到的技术效果为：交变梯度磁性测量设备采用多普勒激光测振技术对测试样品进行振动测量，具备测量精度高、响应速度快的优势，可以在变化的磁场下快速达到信噪比阈值并进行扫场测量。
[0025]可选的，对测试样品的磁场强度信号进行预处理，具体包括以下步骤：
[0026]采用带通滤波方式，对在共振频率下的测试样品所对应的单一磁场强度信号数据进行滤波降噪处理，滤除出仅共振频率下的单一信号；
[0027]根据磁场强度逐步递增和逐步递减将测试样品振动速度与磁场强度的磁滞特性原始数据对分为两组数据，进行磁化曲线、退磁曲线的分段拟合。
[0028]可选的，求解复杂非线性函数的相关参数，具体包括以下步骤：
[0029]设置参数初始值，其中，x1、x2、x3、x4由矫顽力约束，用于控制曲线拟合结果的左右平移；a1、a2、a3、a4由磁场强度范围约束，用于控制磁场在等于0时的曲线斜率；b1、b2、b3、b4的预设值为0，用于辅助斜率的偏置；c1、c2、c3、c4、h1的预设值为1；z1由磁化强度饱和值约束，用于控制曲线拟合结果的饱和值/收敛值，即y轴的最大值；
[0030]采用非线性最小二乘法进行拟合，通过真实数据与含待优化拟合参数的复杂非线性函数之间的误差平方和项构建损失函数，再通过最优化算法获得损失函数的全局最小值，即寻找模型曲线f(x，β)中的参数向量β使残差平方和S(β)最小化：
[0031][0032]其中，β
T
＝(x1，x2，x3，x4，a1，a2，a3，a4，b1，b2，b3，b4，c1，c2，c3，c4，h1，z1)，i＝1，2，3，4。
[0033]上述技术方案达到的技术效果为：通过非线性最小二乘的拟合方式可以体现良好的对抗噪声效果，即使在有干扰的环境下测试样品也能保持足够准确的磁滞回线拟合结果。
[0034]经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本专利技术公开提供了一种磁滞回线拟合方法，具有以下有益效果：
[0035](1)本专利技术根据测试样品的振动速度与所施加磁场的关系为S型磁滞回线的特征，
基于磁滞回线拟合的思想，设计由多项式函数项和指数函数项相复合的复杂非线性函数对磁滞回线相关数据进行拟合，降低数据测试误差，提升磁滞回线准确性，在工程上具有实际的应用价值；
[0036](2)本专利技术所设计的拟合函数的单调性可以保证磁滞回线拟合结果的物理特征，适量的拟合参数数目在既保证拟合磁滞回线结果的准确性的同时又可以具有足够快速的模型收敛速度；通过非线性最小二乘的拟合方式可以体现良好的对抗噪声效果，即使在有干扰的环境下测试样品也能保持足够准确的磁滞回线拟合结果；
[0037](3)本专利技术采用交变梯度磁性测量设备对测试样品进行磁性表征，具备测量精度高、响应速度快的优势，可以在变化的磁场下快速达到信噪比阈值并进行扫场测量。
附图说明
[0038]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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专利技术的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
[0039]图1为磁滞回线拟合方法的流程图；
[0040]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种磁滞回线拟合方法，其特征在于，包括以下步骤：采用交变梯度磁性测量设备，依次对测试样品进行扫频测试、扫场测试，获得测试样品振动速度与磁场强度的磁滞特性原始数据对；对测试样品的磁场强度信号进行预处理，分段拟合磁化曲线及退磁曲线；采用包含多项式函数项和指数函数项相复合的复杂非线性函数拟合测试样品振动速度与磁场强度的相联系的磁滞回线；其中，复杂非线性函数的表达式设计为：y1＝(a1*(Gauss+x1)+b1)；y2＝(a2*(Gauss+x2)+b2)；y3＝(a3*(Gauss+x3)+b3)；y4＝(a4*(Gauss+x4)+b4)；式中：v表示样品振动速度幅值，单位为mm/s；Gauss表示磁场强度，单位为Oe；x1、x2、x3、x4、a1、a2、a3、a4、b1、b2、b3、b4、c1、c2、c3、c4、h1、z1为待优化拟合参数；求解复杂非线性函数的相关参数；根据求解出的相关参数，建立测试样品振动速度与磁场强度的拟合磁滞回线。2.根据权利要求1所述的一种磁滞回线拟合方法，其特征在于，获得测试样品振动速度与磁场强度的磁滞特性原始数据对，具体包括以下步骤：打开交变梯度磁性测量设备各个仪表的电源开关，启动工控机上的控制程序，将测试样品固定在样品杆的样品座处；设置控制程序中的对应参数，对测试样品进行扫频测试，通过多普勒激光测振的方式获取在不同驱动频率下样品杆的振动速度；将最大振动速度对应的频率作为共振频率，对测试样品进行扫场测试，得到不同磁场下的振动信...

【专利技术属性】
技术研发人员：邢炜，李飞，白力刚，尉国栋，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：