基于差分测量的磁梯度张量系统结构寻优

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用于测量磁场梯度张量的装置及其测量方法[发明专利]

专利名称：用于测量磁场梯度张量的装置及其测量方法专利类型：发明专利
发明人：孟立飞,刘超波,易忠,肖琦,王斌,代佳龙,陈金刚申请号：CN201410522871.X
申请日：20140930
公开号：CN104215919A
公开日：
20141217
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明公开了一种用于测量磁场梯度张量的装置，包括放置被测物体的支撑装置和用于测量被测物体磁场梯度张量的磁强计阵列单元，磁强计阵列单元与支撑装置平行设置并对准被测物体的某个平面，支撑装置包括用于使被测物体沿空间坐标三个方向移动调节空间位置的三轴位移台和通过悬梁水平设置在三轴位移台上的转台，转台用于使支撑其上的被测物体旋转来调节其与磁强计阵列的相对表面和相对位置，磁强计阵列包括若干磁强计，磁强计支架和支撑磁强计支架的支撑底座，磁强计支架为具有若干竖直支架条的框架。

申请人：北京卫星环境工程研究所
地址：100094 北京市海淀区友谊路104号
国籍：CN
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基于改进梯度下降算法优化的磁梯度张量组合不变量算法的管道缺陷边缘识别模型

第３４卷第１６期中国机械工程V o l ．３４㊀N o ．１６２０２３年８月C H I N A M E C HA N I C A LE N G I N E E R I N Gp p．１９１５Ｇ１９２０基于改进梯度下降算法优化的磁梯度张量组合不变量算法的管道缺陷边缘识别模型邢海燕１㊀弋㊀鸣１㊀段成凯１㊀王学增２㊀刘伟男１㊀刘㊀传１１．东北石油大学机械科学与工程学院,大庆,１６３３１８２．中国石油大庆石化分公司,大庆,１６３０００摘要:针对油气管道磁记忆检测受方向影响较大且缺陷边缘精确识别困难的问题,提出了一种基于改进梯度下降算法(MG D )优化的磁梯度张量组合不变量算法模型,用于管道缺陷边缘的精确识别.以L ２４５N 管线钢为试验材料,预制不同深度㊁不同直径的圆孔状缺陷,设计磁梯度张量测量系统,结合T S C Ｇ５M Ｇ３２型磁记忆仪进行检测实验,获得管道的磁梯度张量矩阵.为克服检测方向对磁记忆信号的影响,分别提取磁梯度张量第二㊁第三不变量I １㊁I ２,进一步考虑这两种不变量在缺陷边缘处易出现模糊,根据C a r d a n o 公式对两种不变量进行改进,并分别设置权值a ㊁b 进行叠加获得组合不变量I ,利用分数阶求导改进梯度下降算法确定最优权值,建立管道缺陷边缘磁记忆识别模型.研究结果表明:该模型对缺陷边缘识别平均相对误差为３．５９％,最大相对误差为６％,为实际工程中管道缺陷边缘精准识别提供了可行办法.关键词:缺陷边缘识别;磁梯度张量不变量;改进梯度下降法;金属磁记忆中图分类号:T G １１５．２８４D O I :１０．３９６９/j ．i s s n ．１００４１３２X．２０２３．１６．００４开放科学(资源服务)标识码(O S I D ):P i p e l i n eD e f e c tE d g eR e c o g n i t i o n M o d e l B a s e do n M G DO p t i m i z e dM a gn e t i c G r a d i e n t T e n s o rC o m b i n a t i o n I n v a r i a n tA l go r i t h m X I N G H a i y a n １㊀Y IM i n g １㊀D U A N C h e n g k a i １㊀WA N G X u e z e n g ２㊀LI U W e i n a n １㊀L I U C h u a n １１．S c h o o l o fM e c h a n i c a l S c i e n c e a n dE n g i n e e r i n g ,N o r t h e a s tP e t r o l e u m U n i v e r s i t y ,D a q i n g ,H e i l o n g j i a n g,１６３３１８２．P e t r o C h i n aD a q i n g P e t r o c h e m i c a l C o m p a n y ,D a q i n g ,H e i l o n g j i a n g,１６３０００A b s t r a c t :A i m i n g a t t h e p r o b l e m s t h a t t h em a g n e t i cm e m o r y d e t e c t i o n o f o i l a n d g a s p i pe l i n e sw a s g r e a t l y af f e c t e db y t h e d i r e c t i o n a n d t h e a c c u r a t e i d e n t i f i c a t i o n o f d e f e c t e dg e sw a s d i f f i c u l t ,am a gn e t Ｇi c g r a d i e n t t e n s o r c o m b i n a t i o n i n v a r i a n t a l g o r i t h m w a s p r o p o s e d f o r a c c u r a t e i d e n t i f i c a t i o no f p i pe l i n e d ef e c t e dg e s b a s e do n MG Do p t i m i z a t i o n ．T a k i n g L ２４５N p i pe l i n e s t e e l a s t h e t e s tm a t e r i a l ,t h e c i r c u Ｇl a rh o l e d ef e c t sw i t hd i f f e r e n t d e p t h s a n d d i a m e t e r sw e r e p r e f a b r i c a t e d ,a n d t h em a gn e t i c g r a d i e n t t e n Ｇs o rm e a s u r e m e n t s y s t e m w a s d e s i g n e d ．C o m b i n e dw i t hT S C Ｇ５M Ｇ３２m a g n e t i cm e m o r yi n s t r u m e n t ,t h e m a g n e t i c g r a d i e n t t e n s o rm a t r i xo f p i pe l i n ew a so b t a i n e d ．I no r d e r t oo v e r c o m e t h e i nf l u e n c e so f t h e d e t e c t i o nd i r e c t i o no n t h em ag n e t i cm e m o r y s i g n a l s ,th e s e c o n di n v a r i a n t I １a n d t h e t h i r d i n v a r i a n t I ２o f t h em a g n e t i c g r a d i e n t t e n s o rw e r e e x t r a c t e d r e s p e c t i v e l y ．F u r t h e r c o n s i d e r i n gt h a t t h e s e t w o i n v a r i Ｇa n t sw e r e e a s y t o p r e s e n t a m b i g u i t y a t t h e e d g e s o f t h e d e f e c t s ,t h e t w o i n v a r i a n t sw e r e i m pr o v e d a c Ｇc o r d i n g t o t h eC a r d a n o f o r m u l a ,a n d t h ew e i g h t s a a n d b w e r e s e t s e p a r a t e l y f o r s u p e r po s i t i o n t oo b Ｇt a i n t h e c o m b i n e d i n v a r i a n t I ．T h e f r a c t i o n a l d e r i v a t i v e i m p r o v e d g r a d i e n t d e s c e n t a l go r i t h m w a s u s e d t od e t e r m i n e t h e o p t i m a l w e i g h t ,a n d t h em a g n e t i cm e m o r y r e p r e s e n t a t i o nm o d e l o f t h e p i pe l i n e d ef e c t e dg e sw a s e s t a b l i sh e d ．T h ev e ri f i c a t i o nr e s u l t s s h o wt h a t t h ea v e r a g e r e l a t i v ee r r o ro f t h em o d e l f o r d e f e c t e d g e r e c o g n i t i o n i s a s ３．５９％,a n d t h em a x i m u mr e l a t i v e e r r o r i s a s ６％,w h i c h p r o v i d e s a f e a s i Ｇb l em e t h o d f o r a c c u r a t e i d e n t i f i c a t i o no f p i p e l i n e d e f e c t e d g e s i n p r a c t i c a l e n g i n e e r i n g．K e y wo r d s :d e f e c t e d g e r e c o g n i t i o n ;m a g n e t i c g r a d i e n t t e n s o r i n v a r i a n t ;m o d i f i e d g r a d i e n t d e s c e n t (MG D );m e t a lm a g n e t i cm e m o r y收稿日期:２０２３０４２６基金项目:国家自然科学基金(１１２７２０８４);黑龙江省自然科学基金(L H ２０２０E ０１６)０㊀引言石油和天然气在能源体系中具有战略地位,其运输总量中管道运输占８０％~９０％[１].随着５１９１ Copyright ©博看网. All Rights Reserved.管道的长期运行,腐蚀㊁磨损等缺陷导致的管道泄漏事故频发,对经济发展和生态环境造成严重破坏[２].在管道运行过程中早期隐性损伤往往难以精确定位,因此对管道缺陷进行边缘识别十分必要.在役管道常用超声㊁涡流㊁漏磁等方法检测缺陷,但这些方法只能检测宏观缺陷,与之相比,金属磁记忆技术不仅能检测宏观缺陷,而且可以检测早期应力集中及隐性损伤[３Ｇ４].Z H A O等[５]通过X８０管线钢脉动冲击疲劳试验,确定磁记忆特征参数能反映疲劳损伤状态的变化;王贵生等[６]基于支持向量机方法对磁记忆信号特征进行分析,建立了管道缺陷的分类㊁分级识别模型;罗同顺等[７]利用模糊判据,实现了对污水管道缺陷的等级评价;陈海龙等[８Ｇ９]提出了磁梯度张量水平模量和梯度局部波数,实现了板状试件裂纹的特征提取.目前,研究人员在管道磁记忆检测方面进行了大量研究,但检测结果受检测方向影响大㊁缺陷边缘识别困难的问题一直没有得到很好的解决.本文对管道试件的预制缺陷从不同检测方向进行原始磁记忆信号采集,利用所设计的磁梯度张量测量系统,通过提取磁梯度张量第二㊁第三不变量消除了检测方向对磁记忆信号数据的影响.进一步优化第二㊁第三不变量,利用改进梯度下降算法分别确定最优权值并进行叠加,建立基于磁梯度张量组合不变量算法的缺陷边缘磁记忆识别模型,实现管道缺陷边缘精准识别.１㊀问题描述实际工程中,管道的走向多种多样,当沿管道检测方向与地磁场方向的夹角不同时,磁记忆信号会发生变化,影响检测结果的可靠性[１０].以图１所示实验管道试件为例,具体阐述检测方向不同对磁记忆信号的影响.管道试件材质为L２４５N管线钢,直径为３４０mm,壁厚为１０mm.预制孔状缺陷以模拟管道常见的点蚀,其中:１㊁２㊁３号缺陷直径均为１０mm,深度依次为４,６,８mm;４㊁５㊁６号缺陷深度均为６mm,直径依次为５,１０,１５mm.采用俄罗斯T S CＧ５MＧ３２型应力集中磁检测仪,搭配１１Ｇ６W型高灵敏度传感器,沿图１所示不同检测方向１㊁２㊁３㊁４分别进行磁记忆信号扫描.同一缺陷在不同检测方向上磁记忆扫描信号差别非常大,现以４号缺陷为例进行详细说明,图２为不同检测方向上磁场分量对比图,其中Bx图１㊀管道实物及检测方向F i g．１㊀P i p e l i n e p h y s i c a l o b j e c t a n d i n s p e c t i o nd i r e c t i on(a)轴向磁场分量B x(b)周向磁场分量B y(c)法向磁场分量B z图２㊀ϕ５m mˑ６m m缺陷不同方向的磁场分量F i g．２㊀M a g n e t i c f i e l d c o m p o n e n t s i nd i f f e r e n t d i r e c t i o n s o f d e f e c tw i t had i a m e t e r o f５m ma n dad e p t ho f６m m 为沿管道轴向㊁B y为沿管道周向㊁B z为沿管道法向的磁场分量.由图２a可以看出,同一缺陷的６１９１中国机械工程第３４卷第１６期２０２３年８月下半月Copyright©博看网. All Rights Reserved.B x 在方向１上为正跳变,而方向２㊁３㊁４均为负跳变,跳变幅值㊁跳变点位置无规律可循,因此直接利用磁记忆原始数据无法进行缺陷边缘精准识别,且检测方向对检测结果的影响严重.２㊀磁梯度张量组合不变量理论磁梯度张量理论常应用于资源勘探㊁军事㊁环境领域[１１],可以实现磁源目标的定位和边界识别.P E D E R S E N 等[１２]提出了张量模㊁特征值及特征向量等磁异常表征方法;在此基础上,张恒磊等[１３]等将磁梯度张量测量方法引入到地质勘探中,提出了基于磁梯度张量的边界探测方法,但对弱异常探测能力有局限性;MA J I D 等[１４]㊁张朝阳等[１５]基于磁梯度张量模实现了磁性物体的识别,但不能反映小尺寸物体的位置.考虑到磁梯度张量受环境磁场影响小,本文将其引入铁磁管道缺陷边缘识别,同时利用磁梯度组合不变量解决弱异常下小尺寸缺陷边缘精确识别的难题.２．１㊀磁梯度张量磁场是个矢量场,在三维空间中,磁场在x ㊁y ㊁z 三个方向上的磁感应强度分量的变化率构成一个２阶张量,即为磁梯度张量,记为G ,表示为G ＝∂B x ∂x ∂B x ∂y ∂B x ∂z ∂B y ∂x ∂B y ∂y ∂B y ∂z ∂B z ∂x ∂B z ∂y ∂B z ∂zéëêêêêêêêùûúúúúúúú＝B x x B x y B x z B y x B y y B y z B z x B z yB z z éëêêêùûúúú(１)地球表面电磁场的传导电流密度及位移电流密度均为零,故其散度和旋度均为零,即为无旋场和无散场,根据M a x w e l l 方程组,可得到磁梯度张量各个分量之间的关系:B x y ＝B y x ㊀㊀B x z ＝B z x ㊀㊀B y z ＝B z yB z z ＝－B x x －B y y则式(１)可化简为G ＝B x x B x y B x z B x y B y y B y z B x z B y z －B x x －B y y éëêêêùûúúú(２)２．２㊀磁梯度张量不变量由于磁梯度张量不变量可以很大程度上克服地磁场等背景磁场的影响[１６],且不易受测量方向误差的影响,因此本文对磁梯度张量不变量进行提取.磁梯度张量矩阵为实对称矩阵,对其进行对角化处理可得[v １㊀v ２㊀v ３]TG [v １㊀v ２㊀v ３]＝λ１０００λ２０００λ３éëêêêùûúúú(３)式中,λ１㊁λ２㊁λ３为磁梯度张量G 的３个特征值;v １㊁v ２㊁v ３为特征值对应的特征向量.由式(３)求得㊀I ０＝B x x ＋B y y ＋Bz z ＝０I １＝B x x B y y ＋B y y B z z ＋B x x B z z －B ２x y －B ２yz －B ２z x I ２＝B x x (B y y B z z －B ２y z )＋B x y (B y z B z z －B x yB z z )＋B x z (B x y B y z －B x z B y y )üþýïïïï(４)式中,I ０㊁I １㊁I ２分别为磁梯度张量第一㊁第二㊁第三不变量.２．３㊀磁梯度张量组合不变量由实验研究可知,I １㊁I ２两种不变量在缺陷边缘处存在模糊性,故本文提出以张量组合不变量I 对I １㊁I ２进行改进.由磁梯度张量矩阵G 的特征方程可知:λ３－I ０λ２＋I １λ－I ２＝０(５)利用C a r d a n o 公式,式(５)的三个解为λ１＝(I ᶄ１)１/３＋(I ᶄ２)１/３λ２＝(I ᶄ１)１/３ω＋(I ᶄ２)１/３ω２λ３＝(I ᶄ１)１/３ω２＋(I ᶄ２)１/３ωüþýïïï(６)ω＝－１＋i３２㊀㊀I ᶄ１＝I ２２＋[(I ２２)２＋(I １３)３]２I ᶄ２＝I ２２－[(I ２２)２＋(I １３)３]２得到I ᶄ１㊁I ᶄ２,并分别设置权值a ㊁b ,将I ᶄ１㊁I ᶄ２进行叠加,得到组合不变量I ,公式如下:I ＝I ᶄ１a ＋I ᶄ２b(７)为了对权值a ㊁b 进行最优化求解,利用改进的梯度下降(m o d i f i e d g r a d i e n td e s c e n t ,MG D )算法对a ㊁b 进行寻优.３㊀基于MG D 优化的磁梯度张量组合不变量的缺陷边缘识别模型３．１㊀改进的梯度下降算法考虑式(７)为无约束优化问题,选取梯度下降(gr a d i e n t d e s c e n t )算法进行权值寻优.该算法易于实现且结构简单[１７],但它的收敛速度却不快.为提高算法收敛效率,本文根据分数阶求导思想,提出改进梯度下降法.由式(７)得张量组合不变量缺陷边缘识别模型为I ＝h (X )＝θ０＋θ１x １＋θ２x ２＝θT X(８)式中,I 为因变量;x 为自变量;θ０为偏置项;θ１㊁θ２为权值a ㊁b 的倒数;θT 为参数组合的转置向量;X 为由(x １,x ２)组成的特征列向量.训练模型的过程就是求解最优化的参数θ１㊁θ２的过程,假设目标函数为模型的１/２均方误差(M S E ),则梯度下降法公式为７１９１基于改进梯度下降算法优化的磁梯度张量组合不变量算法的管道缺陷边缘识别模型邢海燕㊀弋㊀鸣㊀段成凯等Copyright ©博看网. All Rights Reserved.θi ＋１＝θi －ρ１m ðmt ＝１x t i (ðnj ＝１θj x tj －y t )(９)式中,θi 为所求的第i 个参数;ρ为学习率;m 为样本个数;n 为数据维度.一个定义在[c ,d ]上的函数f (t )的α阶R i e m a n n ＧL i o u v i l l e 分数阶导数[１８]定义为c D αt f (t )＝d g d t g (１Γ(g －α)ʏtc f (τ)(t －τ)α－g ＋１d τ)(１０)其中,α为大于０小于１的正实数,c ȡ０,且令g －１ɤα＜g ,G a mm a 函数的定义为Γ(z )＝ʏɕ０e －t tz －１d t ㊀㊀z ＞０(１１)将目标函数代入式(１１)得D αc J ＝(θi －c )１－αm (１－α)Γ(１－α)[(１－α)２(θi －c )(ðn j ʂi θj x t j ＋c x t i －y t )２＋ðmt ＝１x t i (ðnj ʂi θj x tj ＋c x t i －y t )＋１２－αðmt ＝１x ２t i ](１２)分数阶求导可以保证参数都沿着其负梯度的方向移动,使参数更快趋于稳定,提高收敛效率[１９].为提高迭代效率,提高数据优化性价比,根据分数阶梯度的思想对传统梯度下降算法进行改进,得θi ＋１＝θi －ρ(θi －c )１－αm (１－α)Γ(１－α)ðm t ＝１x t i (ðn j ʂi θj x t j ＋c x t i －y t )(１３)３．２㊀缺陷边缘识别模型本文采用P y t h o n 软件对模型进行训练和测试,部分原始数据如表１所示,样本输入为I １㊁I ２及检测方向,对I １㊁I ２进行标准化处理,通过梯度下降算法得到最优化权值a ㊁b .标准化处理计算公式为t ∗i j ＝t i j －t －jσj(１４)式中,t ∗i j 为标准化后数据结果;t i j 为第i 个样本的第j 个指标值;t －j 为第j 个特征值的均值;σj 为第j 个特征值的标准差.设定梯度下降相关参数,代码随机种子均取１,初始模型参数θ０,θ１,θ２＝０,学习率ρ取０．００１,系数α取０．５,容错ε取０．０１.利用改进梯度下降算法找到最优化θ１㊁θ２值,得到θ１＝０．１２５８３㊁θ２＝０．０９６５７,代入张量不变量I 的计算公式,完成磁梯度张量组合不变量缺陷边缘识别模型的构建.４㊀实验研究４．１㊀磁梯度张量测量系统设计现有金属磁记忆检测仪无法直接测量缺陷处表１㊀部分原始数据T a b ．１㊀P a r t i a l r a wd a t a数据编号缺陷深度(mm )缺陷直径(mm )|I １|m a x(A /mm )|I ２|m a x(A /mm )检测方向１４１０１２４．０８０２０３．５６９１２６１０３３４．７７７６５１．３２９１３８１０６０８．９２６１０４３．１４８１４６５５６．１３８６２．５３８１５６１０３４４．７７７６５４．５２８１６６１５８６０．１６４１４５１．６９２１７４１０１２３．３３０２０９．５４８２８６１０３３０．６４７６７０．４５３２９８１０６１１．２６１１０４１．３５２２１０６５５１．４８８６３．６０８２的磁梯度张量,需设计磁梯度张量测量系统来获得完整的磁梯度张量信息.根据磁记忆铁磁传感器平行等间距移动的特点,采用２个三分量磁探测传感器组成的张量测量系统获得磁场信息,传感器布局如图３所示.图３㊀传感器分布示意图F i g ．３㊀S c h e m a t i c d i a gr a mo f s e n s o r d i s t r i b u t i o n 图３中１㊁２分别为三分量磁探测传感器探头,其各敏感轴相互平行,可同时测量３个分量的磁场.假设２个传感器测量的磁场分别为B １㊁B ２,传感器之间三维距离分别为Δx ㊁Δy ㊁Δz ,可求得缺陷处x ㊁y ㊁z 三个方向上的磁场分量B x ㊁B y ㊁B z 的变化率为B i j ＝B ji ＝∂B i ∂j ＝B (i ＋Δi )－B (i )Δj ＝B １(i )－B ２(i )Δj(１５)i ,j ＝x ㊁y ㊁z 故磁梯度张量G 可表示为㊀㊀G ＝B １(x )－B ２(x )Δx B １(x )－B ２(x )Δy B １(x )－B ２(x )Δz B １(x )－B ２(x )Δy B １(y )－B ２(y )Δy B １(z )－B ２(z )Δy B １(x )－B ２(x )ΔzB １(z )－B ２(z )Δy－B １(x )－B ２(x )Δx－B １(y )－B ２(y )Δyéëêêêêêêêùûúúúúúúú(１６)４．２㊀模型的实验验证利用４．１节中设计的磁梯度张量测量系统,沿图１所示的不同检测方向对管道不同尺寸缺陷进行磁梯度张量测量.利用式(４)与式(１６)计算８１９１中国机械工程第３４卷第１６期２０２３年８月下半月Copyright ©博看网. All Rights Reserved.得到缺陷处磁记忆信号的磁梯度张量第二㊁第三不变量I １㊁I ２,如图４所示,与图２磁记忆原始信号相比可以看出,不同检测方向上磁记忆信号的张量不变量I １㊁I ２曲线重复性非常好,说明引入I １㊁I ２两种不变量很好地克服了检测方向的影响,但在缺陷局部边缘处仍然存在着不同检测方向上极值点位置的分散性与模糊性,无法准确识别缺陷边缘.(a )缺陷第二不变量I １(b )缺陷第三不变量I ２图４㊀ϕ５m m ˑ６m m 缺陷不同方向的张量第二、第三不变量F i g．４㊀T h e s e c o n da n d t h i r d i n v a r i a n t o f t e n s o r i n d i f f e r e n t d i r e c t i o n s o f d e f e c tw i t had i a m e t e r o f ５m ma n dad e p t ho f ６m m 进一步将I １㊁I ２代入式(７)得到组合不变量I ,再代入３．２节建立的基于MG D 优化的磁梯度张量组合不变量的缺陷边缘识别模型,得到图５a所示的不同检测方向㊁不同尺寸缺陷的边缘识别结果,可以看出,随着缺陷直径和深度的增加,磁记忆信号的磁梯度张量组合不变量I 的极值不断增大,且极值点所在位置与缺陷实际所在位置相差不超过０．５mm ,两极值点间距离近似等于缺陷大小,平均相对误差３．５９％,最大相对误差６％,误差分布如图５b 所示.实验结果表明:张量组合不变量不受检测方向的影响且缺陷边缘清晰,证明磁梯度张量组合不变量缺陷识别模型具有实际应用价值,为管道缺陷边缘精确识别提供新途径.５㊀结论(１)提出了基于改进梯度下降法优化的磁梯(a)实验管道张量组合不变量示意图(b)相对误差图５㊀验证结果F i g．５㊀V e r i f i c a t i o n r e s u l t 度张量组合不变量算法的缺陷识别模型,消除了磁记忆检测方向对检测结果的影响,能够对管道缺陷边缘进行精确识别.(２)利用设计的磁梯度张量测量系统实现了对预制缺陷管道的磁梯度张量信息的检测.(３)实验结果表明:模型提出的磁梯度张量组合不变量不受检测方向影响,其曲线呈双驼峰形 ,极大值位置与缺陷边缘一一对应,且随着缺陷直径㊁缺陷深度的增加极大值增大.模型识别的缺陷边缘位置与实际相差不超过０．５mm ,平均相对误差为３．５９％,最大相对误差为６％,为实际工程中管道缺陷边缘识别提供了新的思路.参考文献:[１]㊀S U N M i n g m i n g ,F A N G H o n g yu a n ,M I A O Y u x i a ,e t a l ．E x p e r i m e n t a l S t u d y o nS t r a i na n dF a i l u r eL o Ｇc a t i o no fI n t e r a c t i n g D e f e c t si nP i p e l i n e [J ]．E n g i Ｇn e e r i n g F a i l u r eA n a l ys i s ,２０２３,１４８:１０７Ｇ１１９．[２]㊀高振宇,张慧宇,高鹏．２０２２年中国油气管道建设新进展[J ]．国际石油经济,２０２３,３１(３):１６Ｇ２３．G A OZ h e n y u ,Z HA N G H u i y u ,G A O P e n g ．N e w Ｇp r o g r e s s i nC h i n a sO i l a n dG a sP i pe l i n eC o n s t r u c Ｇt i o n i n２０２２[J ]．I n t e r n a t i o n a lP e t r o l e u m E c o n o m Ｇi c s ,２０２３,３１(３):１６Ｇ２３．[３]㊀P A NJ i a n h u a ,G A O L u n ．A N o v e lM e t h o d f o rD e Ｇf e c t sM a r k i ng a n dC l a s s i f y i n g i n M F LI n s p e c t i o no f P i pe l i n e [J ]．I n t e r n a t i o n a l J o u r n a l o fP r e s s u r eV e s Ｇs e l s a n dP i p i n g,２０２３,２０２:１０４８９２．９１９１基于改进梯度下降算法优化的磁梯度张量组合不变量算法的管道缺陷边缘识别模型邢海燕㊀弋㊀鸣㊀段成凯等Copyright ©博看网. All Rights Reserved.[４]㊀D U B O V A A．A S t u d y o f M e t a lP r o p e r t i e s U s i n g t h e M e t h o d o f M a g n e t i c M e m o r y[J]．M e t．S c i．H e a t．T r e a t．,１９９７,３９(９):４０１Ｇ４０５．[５]㊀Z HA OB i n g x u n,Y A O K a i,WU L i b o,e t a l．A p p l iＧc a t i o no fM e t a lM a g n e t i cM e m o r y T e s t i n g T e c h n o lＧo g y t o t h eD e t e c t i o no fS t r e s sC o r r o s i o nD e f e c t[J]．A p p l i e dS c i e n c e s,２０２０,１０(２０):７０８３Ｇ７０８３．[６]㊀王贵生,李炜,杨勇,等．基于磁记忆信号特征的管道缺陷分类识别和分级识别方法[J]．腐蚀与防护,２０２２,４３(１１):６８Ｇ７３．WA N G G u i s h e n g,L I W e i,Y A N G Y o n g,e ta l．I d e n t i f i c a t i o nM e t h o d s f o r P i p e l i n eD e f e c t C l a s s i f i c aＧt i o na n dG r a d i n g B a s e do nM a g n e t i cM e m o r y S i g n a lC h a r a c t e r i s t i c s[J]．C o r r o s i o n&P r o t e c t i o n,２０２２,４３(１１):６８Ｇ７３．[７]㊀罗同顺,左剑恶,干里里,等．基于模糊综合评判模型的污水管道缺陷定量化评价方法[J]．环境科学学报,２０１１,３１(１０):２２０４Ｇ２２０９．L U O T o n g s h u n,Z U O J i a n w u,G A N L i l i,e ta l．Q u a n t i t a t i v eE v a l u a t i o n M e t h o df o rS e w e rD e f e c t sB a s e do n F u z z yC o m p r e h e n s i v e E v a l u a t i o n M o d e l[J]．A c t aS c i e n t i a eC i r c u m s t a n t i a e,２０１１,３１(１０):２２０４Ｇ２２０９．[８]㊀陈海龙,王长龙,朱红运．基于磁梯度张量的金属磁记忆检测方法[J]．仪器仪表学报,２０１６,３７(３):６０２Ｇ６０９．C H E N H a i l o n g,WA N G C h a n g l o n g,Z HUH o n g y u n．M e t a l M a g n e t i c M e m o r y T e s t M e t h o dB a s e do n M a g n e t i c G r a d i e n t T e n s o r[J]．C h i n e s eJ o u r n a l o fS c i e n t i f i cI n s t r u m e n t,２０１６,３７(３):６０２Ｇ６０９．[９]㊀陈海龙,王长龙,左宪章,等．基于磁记忆梯度张量信号的缺陷二维反演研究[J]．兵工学报,２０１７,３８(５):９９５Ｇ１００１．C H E N H a i l o n g,W A N G C h a n g l o n g,Z U OX i a n z h a n g,e ta l．R e s e a r c ho n D ef e c t２ＧD I n v e r s i o n B a s e do nG r a d i e n tT e n s o r S i g n a l s o fM e t a lM a g n e t i cM e m o r y[J]．A c t aA r m a m e n t a r i i,２０１７,３８(５):９９５Ｇ１００１．[１０]㊀L U O X u,WA N G L i h o n g,C A O S h u f e n g,e ta l．S i g n a lP r o c e s s i n g M e t h o d so fE n h a n c e d M a g n e t i cM e m o r y T e s t i n g[J]．P r o c e s s e s,２０２３,１１(２):３０２．[１１]㊀K A R I M I K,S H I R Z A D I T A B A R F,AM I R I A N A,e ta l．C e n t e ro f M a s s E s t i m a t i o n o fS i m p l eS h a p e d M a g n e t i c B o d i e s U s i n g E i g e n v e c t o r s o fC o m p u t e d M a g n e t i c G r a d i e n tT e n s o r[J]．J o u r n a lo f t h eE a r t h a n dS p a c eP h y s i c s,２０２０,４５(４):１５Ｇ２５．[１２]㊀P E D E R S E N LB,R A S MU S S E NT M．T h eG r a d iＧe n tT e n s o r of P o t e n t i a l F i e l dA n o m a l i e s:S o m e I mＧp l i c a t i o n so n D a t aC o l l e c t i o na n d D a t aP r o c e s s i n go fM a p s[J]．G e o p h y s i c s,２０１２,５５(１２):１５５８Ｇ１５６６．[１３]㊀张恒磊,MA R A N G O N IY R,左仁广,等．改进的各向异性标准化方差探测斜磁化磁异常源边界[J]．地球物理学报,２０１４,５７(８):７２４Ｇ７３１．Z HA N G H e n g l i e,MA R A N G O N IYR,Z U O R e nＧg u a n g,e ta l．T h eI m p r o v e d A n i s o t r o p y N o r m a lＧi z e dV a r i a n c ef o rD e t e c t i n g N o nＧv e r t i c a l M a g n e t iＧz a t i o nA n o m a l i e s[J]．C h i n e s e J o u r n a l o fG e o p h y sＧi c s,２０１４,５７(８):７２４Ｇ７３１．[１４]㊀MA J I DB,D A V I DAC,J AM E SRA,e t a l．E s t iＧm a t i n g S o u r c e L o c a t i o n U s i n g N o r m a l i z e d M a gＧn e t i cS o u r c e S t r e n g t h C a l c u l a t e df r o m M a g n e t i cG r a d i e n tT e n s o r D a t a[J]．G e o p h y s i c s,２０１２,７７(６):J２３ＧJ３７．[１５]㊀张朝阳,肖昌汉,阎辉．磁性目标的单点磁梯度张量定位方法[J]．探测与控制学报,２００９,３１(４):４４Ｇ４８．Z HA N G C h a o y a n g,X I A O C h a n g h a n,Y A N H u i．L o c a l i z a t i o no fa M a g n e t i c O b j e c tB a s e do n M a gＧn e t i cG r a d i e n tT e n s o r a t aS i n g l eP o i n t[J]．J o u r n a lo fD e t e c t i o n&C o n t r o l,２００９,３１(４):４４Ｇ４８．[１６]㊀WA N G X u b i n g,L I U H u i,WA N G H u i p e n g,e ta l．Q u a n t i t a t i v eA n a l y s i so f t h e M e a s u r ab l eA r e a so fD i f f e r e n t i a lM a g n e t i cG r a d i e n tT e n s o rS y s t e m sf o rU n e x p l o d e dO r d n a n c eD e t e c t i o n[J]．I E E ES e nＧs o r s J o u r n a l,２０２１,２１(５):５９５２Ｇ５９６０．[１７]㊀黄宝宗．张量和连续介质力学[M]．北京:冶金工业出版社,２０１２．HU A N G B a o z o n g．T e n s o r a n d C o n t i n u u m M eＧc h a n i c s[M]．B e i j i n g:M e t a l l u r g i c a l I nd u s t r y P re s s,２０１２．[１８]㊀王书博．基于改进梯度下降法求解多元线性回归方程[J]．数学的实践与认识,２０２２,５２(１０):１６７Ｇ１７２．WA N GS h u b o．S o l v i n g M u l t i p l eL i n e a rR e g r e s s i o nE q u a t i o n B a s e d o n I m p r o v e d G r a d i e n t D e s c e n tM e t h o d[J]．M a t h e m a t i c s i nP r a c t i c ea n dT h e o r y,２０２２,５２(１０):１６７Ｇ１７２．[１９]㊀郭玉祥,马保离,张庆平,等．R i e m a n nＧL i o u v i l l e型分数阶导数的非线性估计[J]．控制理论与应用,２０２３,４０(２):２５６Ｇ２６６．G U O Y u x i a n g,MA B a o l i,Z HA N G Q i n g p i n g,e ta l．N o n l i n e a r E s t i m a t i o n o f R i e m a n nＧL i o u v i l l eT y p eF r a c t i o n a lＧo r d e rD e r i v a t i v e[J]．C o n t r o lT h eＧo r y&A p p l i c a t i o n s,２０２３,４０(２):２５６Ｇ２６６．(编辑㊀袁兴玲)作者简介:邢海燕,女,１９７１年生,教授㊁博士研究生导师.研究方向为电磁无损检测㊁材料损伤特征提取㊁焊缝隐性损伤与剩余寿命评定等.EＧm a i l:x x h h y y h i t＠１６３．c o m．.０２９１中国机械工程第３４卷第１６期２０２３年８月下半月Copyright©博看网. 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一种基于磁梯度张量的瞬变电磁实时动态超前探测方法及系统[发明专利]

专利名称：一种基于磁梯度张量的瞬变电磁实时动态超前探测方法及系统
专利类型：发明专利
发明人：姜志海,王垚,白亚东,刘树才,张永宏,闫照涛,岳建华,安百州
申请号：CN202010595209.2
申请日：20200628
公开号：CN111708088A
公开日：
20200925
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明公开了一种基于磁梯度张量的瞬变电磁实时动态超前探测方法及系统，属于勘探地球物理领域，本发明将瞬变电磁场等价为一系列连续的静磁场、将导含水构造等价为磁偶极子体，通过在巷道空间正中心布置的组成“十”字形测线的五个观测点，直接观测二次场在x,y,z方向上的磁场强度分量，进行两两差分组合得到磁梯度张量。

而后通过得到的磁梯度张量进行反演计算，实现对磁偶极子的定位。

本发明直接基于磁梯度张量进行数据处理，精度、准确性较基于标量测量和反演的方法高，且装置简洁，具有即时性，可有效应用于在巷道掘进和工作面开采过程中对隐蔽突水致灾因素的超前探测与监测。

申请人：中国矿业大学,宁夏回族自治区地球物理地球化学勘查院
地址：221116 江苏省徐州市铜山区大学路1号
国籍：CN
代理机构：南京经纬专利商标代理有限公司
代理人：罗运红
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基于磁梯度测量的磁校准方法

基于磁梯度测量的磁校准方法
金煌煌;庄志洪;王虹
【期刊名称】《航空兵器》
【年(卷),期】2024(31)1
【摘要】利用三轴磁传感器进行飞行器航向测量或者磁异常探测之前,需要对磁传感器进行磁干扰校准。

为了避免由于地磁场短时波动造成校准精度下降,本文基于近地空间地磁场梯度分布特性,提出一种利用磁梯度测量的磁传感器干扰校准方法,建立了磁梯度测量系统磁干扰的24参数干扰模型,基于单传感器的椭球拟合法多组任意旋转构建多元非线性方程组,随后利用具有较高区域搜索效率的遗传算法进行非线性方程组的求解。

仿真结果表明,和传统的椭球拟合校准方法相比,该方法克服了地磁场短时波动的影响,提升了磁梯度测量系统的校准精度,其磁梯度差分测量误差可校准至[1.8482 1.8453 1.9150]^(T)nT。

该研究为航磁系统的载体干扰补偿和高精度测量提供了可靠保障。

【总页数】5页(P117-121)
【作者】金煌煌;庄志洪;王虹
【作者单位】黄山学院;南京理工大学
【正文语种】中文
【中图分类】TJ760
【相关文献】
1.基于磁梯度张量的目标多测量点线性定位方法
2.基于FPGA的光泵磁梯度仪频率测量方法
3.基于磁梯度张量的磁目标模式识别方法
4.基于旋转装置的磁梯度张量测量方法
5.基于磁梯度张量特征值的磁异常解释方法
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磁梯度张量系统结构的比较分析

磁梯度张量系统结构的比较分析迟铖;吕俊伟【摘要】磁梯度张量系统的结构特性是影响测量精度的重要因素,为了分析不同结构形式的磁梯度张量系统的测量特性,采用椭球体与磁偶极子阵列混合模型对几种典型结构形式的磁梯度张量系统的测量特性进行仿真分析,对影响测量精度的主要因素进行分析,仿真结果表明十字形磁梯度张量系统结构最优,测量误差最小,且磁力仪精度越高、系统基线长度越小,磁梯度张量系统的测量误差越小,结论可为后续的磁梯度张量系统的搭建提供理论指导.【期刊名称】《指挥控制与仿真》【年(卷),期】2019(041)001【总页数】4页(P46-49)【关键词】磁梯度张量系统;磁通门磁力仪;差分运算;混合模型【作者】迟铖;吕俊伟【作者单位】海军潜艇学院,山东青岛 266199;海军航空大学,山东烟台 264001;海军航空大学,山东烟台 264001【正文语种】中文【中图分类】P631.2现代舰船大多由钢铁材料制成,放置于地磁场中,不可避免地会产生感应磁性,因此可以通过对目标磁场的测量来对舰船目标进行探测、识别和定位。

磁探测[1]作为一种被动的目标探测方法,具有隐蔽性好、定位精度高等特点,是探测舰船目标的重要手段,已经成为各国海军研究发展的重点。

目前常用的磁场探测方法主要有:磁场总场以及分量场探测、磁场总场梯度探测、磁梯度张量探测等。

磁梯度张量探测[2]最大的优点是能克服地磁场的干扰,提高目标的定位精度。

目前常用的磁梯度张量系统主要由超导磁力仪[3]、磁通门磁力仪组成。

磁通门磁力仪具有价格低、实用性强等优点而受到广泛关注,目前较为常见的基于磁通门磁力仪的磁梯度张量系统的结构形式主要有十字形[4-5]、三角形[6]、正方形、正六面体[7-8]等,文献[9]采用磁偶极子模型对不同结构形式的磁梯度张量系统进行仿真分析,但是磁偶极子模型是简化模型,文献[10]指出近距离时,磁偶极子模型不能成立,本文采用更接近舰船目标磁场的椭球体与磁偶极子阵列混合模型[11-12]对几种典型结构形式的磁梯度张量系统进行仿真分析,并对影响测量精度的因素进行分析。

磁梯度测量—地下管线探测的辅助方法

磁梯度测量—地下管线探测的辅助方法
陈穗生
【期刊名称】《广东地质》
【年(卷),期】1995(010)003
【摘要】钢筋水泥管、连通性差的铸铁管、管道接头和各种井孔等位置的确定，均是地下管线探测中常遇见的棘手问题。

然而，磁梯度测量对此却有其独到之处，它能突出浅层异常，可较准确地确定磁性边界的位置，故可作为地下管线探测的一种辅助方法。

【总页数】6页(P33-38)
【作者】陈穗生
【作者单位】无
【正文语种】中文
【中图分类】U173.9
【相关文献】
1.由总场梯度测量计算磁梯度张量及其在地球物理... [J], Nels.,JB;王君恒
2.测量多阶磁梯度张量的磁传感器阵列 [J], 张涛; 王新华; ZIA Ullah
3.基于旋转装置的磁梯度张量测量方法 [J], 万成彪;牟少锋;李衡
4.基于磁梯度测量的金属管道焊缝与缺陷检测实验研究 [J], 曲杰;王怀江;陈秋华;李国立;黄尧;刘仁杰;刘双;胡祥云
5.吊舱式高温超导全张量磁梯度测量系统研发与应用研究 [J], 郭华;王明;岳良广;常畅;王铭超;姚雨暘;管琳琳;郭建燕
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差分磁梯度张量测量极限估计

差分磁梯度张量测量极限估计李青竹;石志勇;李志宁;范红波【期刊名称】《光学精密工程》【年(卷),期】2022(30)11【摘要】为了研究磁梯度张量系统(Magnetic Gradient Tensor System,MGTS)的理论探测极限,利用磁偶极子正演公式、张量矩阵特征方程和张量不变量推导了差分磁梯度张量测量范围公式,提出了MGTS理论探测极限估计方法。

利用磁梯度张量空间衍生不变关系定位方法估计目标体磁矩,并利用差分计算原理在背景场静态采样中估计MGTS的张量分量测量准确度。

利用提出的方法估计现场MGTS的理论探测极限。

滑动磁性物体远离MGTS并进行连续采样,记录张量信号实际可观测范围并对估计结果进行验证。

结果表明,MGTS的理论探测极限与基线距离d、测量准确度q、目标磁矩强度M、观测点与目标磁矩间夹角θ等有关;d越长,q越高,M越大,MGTS理论可探测距离越远;d越长,观测距离越近,MGTS测量的理论误差越大;探测距离在MGTS平行于磁矩方向时最大,在垂直于磁矩方向时急剧减小。

实验表明,平面十字形MGTS针对4个典型磁铁的探测极限估计准确度为±0.4 m。

【总页数】12页(P1325-1336)【作者】李青竹;石志勇;李志宁;范红波【作者单位】陆军工程大学车辆与电气工程系【正文语种】中文【中图分类】TH763;TP212.9【相关文献】1.全张量重力梯度仪测量方程及误差分析2.由总场梯度测量计算磁梯度张量及其在地球物理...3.基于差分测量的磁梯度张量系统结构寻优4.测量多阶磁梯度张量的磁传感器阵列5.吊舱式高温超导全张量磁梯度测量系统研发与应用研究因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

基于全磁力梯度张量特征值的地质体边界检测方法及系统[发明专利]

专利名称：基于全磁力梯度张量特征值的地质体边界检测方法及系统
专利类型：发明专利
发明人：王明,熊盛青,王林飞,林晓星
申请号：CN202110093067.4
申请日：20210125
公开号：CN112749493A
公开日：
20210504
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明公开了一种基于全磁力梯度张量特征值的地质体边界检测方法及系统。

该方法包括：获取磁航数据的全磁力梯度张量数据矩阵其中，M表示磁航数据在i方向的磁场分量在j方向的一阶梯度分量，i为x、y或z，j为x、y或z；计算全磁力梯度张量数据矩阵T的特征值λ、λ、λ；计算全磁力梯度张量数据矩阵T的总模值A；建立边界检测函数R＝λ·λ·λ·A，并确定边界检测函数R的最大值；采用滤波器识别得到地质体的边界，其中，δ表示均衡深浅部异常的调节系数。

本发明能够均衡不同振幅大小航磁数据目标地质体的边界信息，能够避免产生多余的虚假边界异常，具有较高的分辨率、较强的抗倾斜磁化能力和抗噪声干扰性。

申请人：中国自然资源航空物探遥感中心
地址：100083 北京市海淀区北四环中路267号奥运大厦
国籍：CN
代理机构：北京高沃律师事务所
代理人：张琳丽
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基于差分测量的磁梯度张量系统结构寻优
李青竹;李志宁;张英堂;范红波
【期刊名称】《探测与控制学报》
【年(卷),期】2018(040)005
【摘要】针对利用磁传感器阵列构建的磁梯度张量系统存在理论结构误差,以及如何优化设计以减小结构误差,确定并搭建最优结构系统的问题,提出了基于差分测量的磁梯度张量系统结构寻优方法.该方法分析了完整磁梯度张量系统结构配置及结构误差,提出五种简化配置结构的张量系统设计概念并推导了张量测量矩阵及测量分辨率,对五种结构的张量系统进行相同基线尺寸下的单航线磁偶极子磁梯度张量场测量试验从而对系统结构寻优.仿真试验表明,该方法寻优效果明显,对同一测量目标,相同基线尺寸及传感器分辨率条件下,平面十字形和正方形磁梯度张量系统结构误差最小,理论张量测量精度最高.
【总页数】6页(P41-46)
【作者】李青竹;李志宁;张英堂;范红波
【作者单位】陆军工程大学车辆与电气工程系,河北石家庄 050003;陆军工程大学车辆与电气工程系,河北石家庄 050003;陆军工程大学车辆与电气工程系,河北石家庄 050003;陆军工程大学车辆与电气工程系,河北石家庄 050003
【正文语种】中文
【中图分类】TH762;TP212.9
【相关文献】
1.基于磁梯度张量的目标多测量点线性定位方法 [J], 迟铖;任建存;吕俊伟;于振涛;宫剑
2.基于循环队列的磁梯度张量测量数据同步技术设计 [J], 万家佐;凌振宝;王君;马超;李文可
3.由总场梯度测量计算磁梯度张量及其在地球物理... [J], Nels.,JB;王君恒
4.磁梯度张量系统结构的比较分析 [J], 迟铖;吕俊伟
5.基于旋转装置的磁梯度张量测量方法 [J], 万成彪;牟少锋;李衡
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