CN110220970A - 一种基于涡流能量分布的涡流传感器性能评价方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于涡流能量分布的涡流传感器性能评价方法，将设定考察区域划分为多个环状区域，然后根据各环状区域的涡流能量得到各环状区域对应的涡流径向能量分布值，最后将各涡流径向能量分布值代入香农信息熵公式，得到基于涡流径向能量分布的信息熵，最后根据信息熵来评价设定考察区域内涡流分布的集中程度；由此可见，本发明提出的基于涡流径向能量分布的信息熵能够作为涡流在设定考察区域中的分布集中程度的评价指标，同时也作为涡流传感器的一种定量优化指标。
Description
技术领域
本发明属于无损检测技术领域，尤其涉及一种基于涡流能量分布的涡流传感器性能评价方法。
背景技术
柔性平面涡流传感器是一种新型的平面涡流传感器，相对三维涡流传感器，柔性平面涡流传感器对具有曲面等复杂表面金属构件表面、近表面裂纹的检测具有灵敏度高，抗提离噪声性能强等优势。但是，由于柔性平面涡流传感器，尤其是制造在印制电路板上的传感器，其线圈匝数较少，且激励线圈的形状以及拾取单元的布置方式对传感器性能的影响极大。平面涡流传感器对裂纹的检测性能与裂纹和涡流之间的相互作用直接相关，而涡流的分布直接决定着其与裂纹相互作用的概率与强弱。因此，在平面涡流传感器的设计中，对仿真或数值计算得到的涡流分布结果的定量评价显得极为重要。然而，现有技术中，并没有一种合适的方法来评价涡流能量分布集中程度。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种基于涡流能量分布的涡流传感器性能评价方法，能够评价设定考察区域内涡流分布的集中程度，为涡流传感器的优化设计提供参考。
一种基于涡流能量分布的涡流传感器性能评价方法，将涡流传感器置于待测试件的上方，所述评价方法包括以下步骤：
S1：在设定考察区域中，从涡流传感器中心向外将设定考察区域划分为两个以上的环状区域，其中，各环状区域相互邻接；
S2：获取各环状区域的涡流能量；
S3：分别将各环状区域的涡流能量除以所有环状区域的涡流能量总和，将所得商值分别作为各环状区域对应的涡流径向能量分布值；
S4：将各环状区域对应的涡流径向能量分布值代入香农信息熵公式，得到基于涡流径向能量分布的信息熵，其中，所述信息熵用于评价设定考察区域内的涡流能量分布集中程度；其中，所述信息熵越小，代表设定考察区域内的各涡流能量越集中的分布在某些环状区域，涡流传感器与该环状区域之间的相互作用越强，所述信息熵越大，代表设定考察区域内的各涡流矢量越均匀的分布在各环状区域，涡流传感器与该环状区域之间的相互作用越弱。
进一步地，所述设定考察区域为待测试件的表面或者平行于待测试件表面的平面。
进一步地，各环状区域的涡流能量的获取方法具体为：
分别对各环状区域中的涡流幅值平方进行积分，所得积分结果为各环状区域的涡流能量。
进一步地，各环状区域的涡流能量的获取方法具体为：
将设定考察区域进行网格划分，则各网格的顶点作为采样点；
分别将各环状区域包含的采样点对应的涡流幅值平方进行求和，所得和值为各环状区域的涡流能量。
进一步地，各环状区域的宽度相等。
进一步地，各环状区域为回形环或圆环。
有益效果：
本发明提供一种基于涡流能量分布的涡流传感器性能评价方法，将设定考察区域划分为多个环状区域，然后根据各环状区域的涡流能量得到各环状区域对应的涡流径向能量分布值，最后将各涡流径向能量分布值代入香农信息熵公式，得到基于涡流径向能量分布的信息熵，最后根据信息熵来评价设定考察区域内涡流分布的集中程度；由此可见，本发明提出的基于涡流径向能量分布的信息熵能够作为涡流在设定考察区域中的分布集中程度的评价指标，进而获取涡流传感器与裂纹待测试件之间相互作用的强弱，有利于提高裂纹检测的准确性，尤其适用于柔性平面涡流传感器中激励线圈的设计和选择，是涡流传感器的一种定量优化指标。
附图说明
图1为本发明提供的一种基于涡流能量分布的涡流传感器性能评价方法的流程图；
图2为本发明提供的设定考察区域划分示意图；
图3为本发明提供的设定考察区域进行等间隔划分的示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
作为无损检测五大常规检测方法之一的涡流检测，在金属构件的表面、近表面裂纹的检测中占据至关重要的定位。但是随着零件结构设计制造的异形化，表面形状的复杂化，如飞机发动机叶片，齿轮等。这使得传统的涡流传感器在检测裂纹时与零件结构保持恒定的提离距离成为难题，因此，可以随着被测构件表面变形的柔性平面涡流传感器运用而生。
线圈匝数少是平面柔性涡流传感器的一个显著特征，这使得该类传感器在线圈几何特征的选择和设计上要求非常高，如圆形、矩形及其螺线结构。其中，平面柔性涡流传感器各类激励线圈在被测构件中感应出的涡流分布情况，直接决定着涡流与裂纹相互作用的概率和强度，且相互作用越强，裂纹检测的准确性越高。因此，需要采取一定的方式，来定量评价涡流能量分布的规律。
参见图1，该图为本实施提供的一种基于涡流能量分布的涡流传感器性能评价方法的流程图。一种基于涡流能量分布的涡流传感器性能评价方法，将涡流传感器置于裂纹待测试件的上方，所述评价方法包括以下步骤：
S1：在设定考察区域中，从涡流传感器中心向外将设定考察区域划分为两个以上的环状区域，其中，各环状区域相互邻接。
可选的，本实施例环状区域的具体形状，可以与涡流传感器激励线圈的形状相似，即可以为矩形、圆形或椭圆形等；例如，参见图2，该图为本实施例提供的设定考察区域划分示意图。由图2可知，本实施例的设定考察区域是一个正方形，则激励线圈为矩形线圈的涡流传感器更适用于正方形的设定考察区域的检测；此时，以矩形线圈的两条中心轴线的交点，即矩形线圈的中心为中心，沿矩形线圈的径向方向向外将设定考察区域划分为6个等宽度且相互邻接的方形环状区域，其中，位于最中心的正方形可认为是内径为0的环状区域。可选的，根据实际需要，各环状区域的宽度也可以不同。
需要说明的是，设定考察区域为裂纹待测试件的表面或者平行于裂纹待测试件表面的平面。
S2：获取各环状区域的涡流能量。
下面介绍环状区域的涡流能量的两种获取方式。
第一种：分别对各环状区域中的涡流幅值平方进行积分，所得积分结果为各环状区域的涡流能量。
第二种：将设定考察区域进行网格划分，则各网格的顶点作为采样点；然后分别将各环状区域包含的采样点对应的涡流幅值平方进行求和，所得和值为各环状区域的涡流能量。
需要说明的是，由于各环状区域是沿涡流传感器的径向划分的，则各环状区域所对应的直径是不同的，而且各环状区域的宽度也不一定相等，因此，各环状区域的面积是不同的，则设定考察区域等间隔划分出多个样本点后，每个环状区域包含的样本点个数是不同的，也就是落入到各环状区域的样本点个数不同。
例如，参见图3，该图为本实施例提供的设定考察区域进行等间隔划分的示意图。将图2所示的方形设定考察区域进行等间隔划分，显然，最外层的环状区域与里层的环状区域的面积不同，各自包含的样本点数量也随之不同。
S3：分别将各环状区域的涡流能量除以所有环状区域的涡流能量总和，将所得商值分别作为各环状区域对应的涡流径向能量分布值。
S4：将各环状区域对应的涡流径向能量分布值代入香农信息熵公式，得到基于涡流径向能量分布的信息熵，其中，所述信息熵用于评价设定考察区域内的涡流能量分布集中程度。
其中，所述信息熵越小，代表设定考察区域内的各涡流能量越集中的分布在某些环状区域，涡流传感器与该环状区域之间的相互作用越强，所述信息熵越大，代表设定考察区域内的各涡流矢量越均匀的分布在各环状区域，涡流传感器与该环状区域之间的相互作用越弱。
具体的，信息熵H的计算公式如下：
其中，p(i)为第i个环状区域对应的涡流径向能量分布值，m为环状区域的个数，log为对数函数，本实施方式中对数函数的底为2。因此H的单位为dB，该指标称为涡流径向能量分布的信息熵。
当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当然可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
Claims (6)
1.一种基于涡流能量分布的涡流传感器性能评价方法，将涡流传感器置于待测试件的上方，其特征在于，所述评价方法包括以下步骤：
S1：在设定考察区域中，从涡流传感器中心向外将设定考察区域划分为两个以上的环状区域，其中，各环状区域相互邻接；
S2：获取各环状区域的涡流能量；
S3：分别将各环状区域的涡流能量除以所有环状区域的涡流能量总和，将所得商值分别作为各环状区域对应的涡流径向能量分布值；
S4：将各环状区域对应的涡流径向能量分布值代入香农信息熵公式，得到基于涡流径向能量分布的信息熵，其中，所述信息熵用于评价设定考察区域内的涡流能量分布集中程度；其中，所述信息熵越小，代表设定考察区域内的各涡流能量越集中的分布在某些环状区域，涡流传感器与该环状区域之间的相互作用越强，所述信息熵越大，代表设定考察区域内的各涡流矢量越均匀的分布在各环状区域，涡流传感器与该环状区域之间的相互作用越弱。
2.如权利要求1所述的一种基于涡流能量分布的涡流传感器性能评价方法，其特征在于，所述设定考察区域为待测试件的表面或者平行于待测试件表面的平面。
3.如权利要求1所述的一种基于涡流能量分布的涡流传感器性能评价方法，其特征在于，各环状区域的涡流能量的获取方法具体为：
分别对各环状区域中的涡流幅值平方进行积分，所得积分结果为各环状区域的涡流能量。
4.如权利要求1所述的一种基于涡流能量分布的涡流传感器性能评价方法，其特征在于，各环状区域的涡流能量的获取方法具体为：
将设定考察区域进行网格划分，则各网格的顶点作为采样点；
分别将各环状区域包含的采样点对应的涡流幅值平方进行求和，所得和值为各环状区域的涡流能量。
5.如权利要求1所述的一种基于涡流能量分布的涡流传感器性能评价方法，其特征在于，各环状区域的宽度相等。
6.如权利要求1所述的一种基于涡流能量分布的涡流传感器性能评价方法，其特征在于，各环状区域为回形环或圆环。
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