CN109900784A - 一种基于切向角度谱的信息熵的涡流分布评价方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于切向角度谱的信息熵的涡流分布评价方法，将切向夹角按角度划分为两个以上的区域，并每个区域作为一个角度区域，每个角度区域作为一个基本事件，通过统计各角度区域内的涡流矢量的幅值的和值，得到各角度区域对应的切向角度谱，也就是通过统计的方法得到每个基本试件的概率，再将各角度区域对应的切向角度谱代入香农信息熵公式，最后根据信息熵来评价设定考察区域内的各涡流矢量的分布情况，而涡流矢量的分布与涡流传感器激励线圈之间具有一定的相似性，且包含一定的涡流传感器激励线圈的信息量；因此，本发明提出的基于切向角度谱的信息熵能够定量评价涡流传感器激励线圈感应出的涡流分布与其激励线圈之间的相似性。
Description
技术领域
本发明属于电磁无损检测领域，尤其涉及一种基于切向角度谱的信息熵的涡流分布评价方法。
背景技术
柔性平面涡流传感器技术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，由于空间限制，柔性平面涡流传感器的激励线圈的匝数相对立体的刚性涡流传感器大量的减少，因此其在导体中感应出的涡流分布至关重要，直接影响平面涡流传感器对金属构件中裂纹的检测性能。文献《一种基于信息熵的涡流传感器激励方式的评价方法》虽已提出信息熵的评价方法，但是其中概率分布的样本空间的构造是涡流方向与某一确定方向的夹角，因此现有技术无法评判平面涡流传感器反应出涡流分布与其激励线圈之间的相似性。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种基于切向角度谱的信息熵的涡流分布评价方法，能够用于平面涡流传感器设计时，定量评价涡流传感器激励线圈感应出的涡流分布与其激励线圈之间的相似性。
一种基于切向角度谱的信息熵的涡流分布评价方法，包括以下步骤：
S1：获取设定考察区域内各涡流矢量对应的切向夹角，其中，所述切向夹角获取方法具体为：
确定涡流矢量所在直线；
确定涡流传感器中心到涡流所在空间位置之间连线的垂线；
将所述涡流矢量所在直线与所述垂线之间的夹角作为所述切向夹角；
S2：将切向夹角按角度划分为两个以上的区域，然后将每个区域作为一个角度区域，从而确定各切向夹角所属的角度区域；
S3：将各角度区域内的涡流矢量的幅值平方进行求和，得到各角度区域对应的涡流矢量能量值；
S4：分别将各角度区域对应的涡流矢量能量值除以所有角度区域对应的涡流矢量能量值总和，得到各角度区域对应的切向角度谱；
S5：将各角度区域对应的切向角度谱代入香农信息熵公式，得到基于切向角度谱的信息熵，其中，所述信息熵用于评价设定考察区域内的涡流分布。
进一步的，所述信息熵越小，代表设定考察区域内的各涡流矢量越集中的分布在某些角度区域，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角度区域。
有益效果：
本发明提供一种基于切向角度谱的信息熵的涡流分布评价方法，将切向夹角按角度划分为两个以上的区域，并每个区域作为一个角度区域，每个角度区域作为一个基本事件，通过统计各角度区域内的涡流矢量的幅值的和值，得到各角度区域对应的切向角度谱，也就是通过统计的方法得到每个基本试件的概率，再将各角度区域对应的切向角度谱代入香农信息熵公式，得到基于切向角度谱的信息熵，最后根据信息熵来评价设定考察区域内的各涡流矢量的分布情况，而涡流矢量的分布与涡流传感器激励线圈之间具有一定的相似性，且包含一定的涡流传感器激励线圈的信息量；因此，本发明提出的基于切向角度谱的信息熵能够作为涡流分布中蕴含涡流传感器激励线圈的信息量的评价指标，例如涡流传感器仿真或理论计算结果中涡流矢量在不同角度上分布的均匀性评价，还能够用于平面涡流传感器设计时，定量评价涡流传感器激励线圈感应出的涡流分布与其激励线圈之间的相似性，尤其是在分析非圆形激励线圈及其感应出的涡流分布之间相似性时，效果非常明显。
附图说明
图1为本发明提供的一种基于切向角度谱的信息熵的涡流分布评价方法的流程图；
图2为本发明提供的铝板表面的涡流分布示意图；
图3为本发明提供的切向夹角定义示意图；
图4为本发明提供的各角度区域对应的切向角度谱示意图。
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。
参见图1，该图为本实施例提供的一种基于切向角度谱的信息熵的涡流分布评价方法的流程图。一种基于切向角度谱的信息熵的涡流分布评价方法，包括以下步骤：
S1：获取设定考察区域内各涡流矢量对应的切向夹角，其中，所述切向夹角获取方法具体为：
确定涡流矢量所在直线；
确定涡流传感器中心到涡流所在空间位置之间连线的垂线；
将所述涡流矢量所在直线与所述垂线之间的夹角作为所述切向夹角；
可选的，可以通过将0°到90°之间切向夹角等间间隔划分得到角度区域，也可以通过不等间隔划分得到角度区域。
S2：将切向夹角按角度划分为两个以上的区域，然后将每个区域作为一个角度区域，从而确定各切向夹角所属的角度区域；其中，所述切向夹角范围是0°到90°；
S3：将各角度区域内的涡流矢量的幅值平方进行求和，得到各角度区域对应的涡流矢量能量值；
S4：分别将各角度区域对应的涡流矢量能量值除以所有角度区域对应的涡流矢量能量值总和，得到各角度区域对应的切向角度谱；
S5：将各角度区域对应的切向角度谱代入香农信息熵公式，得到基于切向角度谱的信息熵，其中，所述信息熵越小，代表设定考察区域内的各涡流矢量越集中的分布在某些角度区域，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角度区域。
需要说明的是，涡流传感器的激励线圈的涡流分布可以通过理论计算获得，也可以通过商用仿真软件获得。例如，如图2所示，提取铝板表面以下0.01mm平行于铝板表面的涡流分布矢量(Jx,Jy)，设定考察区域为一个边长为30mm的正方形区域，两个方向上相邻提取点间的距离均为0.2mm，则激励线圈在每个提离距离下每个激励频率时提取22801个坐标点的涡流矢量。
如图3所示，以涡流传感器中心为坐标原点O，确定涡流矢量方向AC，确定涡流传感器中心O到涡流所在空间位置A之间连线OA的垂线AE，则AE与AC之间的夹角θ为切向夹角，该切向夹角的范围在0°到90°之间。
将切向夹角θ从0°到90°之间的范围以每5°的间隔划分为相等的18个角度区域，构成18个角度区域。然后通过对所有提取获得的涡流分布矢量的能量进行统计。如果一点的涡流矢量的θ位于角度区域的角度区域内，则将该涡流矢量的能量信息J2累加该角度区域发生的概率中。通过上述方法对设定考察区域内所有的涡流矢量进行遍历之后，再将每一个角度区域中累加得到的涡流矢量能量值除以所有角度区域对应的涡流矢量能量值总和，归一化后获得一个概率分布，即各角度区域对应的切向角度谱，如图4所示。其中，各角度区域对应的切向角度谱，即概率分布的计算公式具体为：
然后，通过信息熵公式获得上述概率分布的信息熵：
其中log为对数函数，本实施方式中对数函数的底为2。因此H(θ)的单位为dB，该指标称为涡流分布切向角度谱的信息熵。
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 (2)
1.一种基于切向角度谱的信息熵的涡流分布评价方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：获取设定考察区域内各涡流矢量对应的切向夹角，其中，所述切向夹角获取方法具体为：
确定涡流矢量所在直线；
确定涡流传感器中心到涡流所在空间位置之间连线的垂线；
将所述涡流矢量所在直线与所述垂线之间的夹角作为所述切向夹角；
S2：将切向夹角按角度划分为两个以上的区域，然后将每个区域作为一个角度区域，从而确定各切向夹角所属的角度区域；
S3：将各角度区域内的涡流矢量的幅值平方进行求和，得到各角度区域对应的涡流矢量能量值；
S4：分别将各角度区域对应的涡流矢量能量值除以所有角度区域对应的涡流矢量能量值总和，得到各角度区域对应的切向角度谱；
S5：将各角度区域对应的切向角度谱代入香农信息熵公式，得到基于切向角度谱的信息熵，其中，所述信息熵用于评价设定考察区域内的涡流分布。
2.如权利要求1所述的一种基于切向角度谱的信息熵的涡流分布评价方法，其特征在于，所述信息熵越小，代表设定考察区域内的各涡流矢量越集中的分布在某些角度区域，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角度区域。
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