基于隸屬度函數(shù)的合金牌號識別方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于隸屬度函數(shù)的合金牌號識別方法，該方法包括讀入元素含量信息；確定匹配元素集；隸屬度計算；按綜合隸屬度排序顯示結(jié)果，用于將檢測對象的實測元素含量信息與牌號庫內(nèi)若干個牌號的元素含量范圍信息對比，推測檢測對象的牌號等相關(guān)信息。本發(fā)明提出了匹配元素集的概念；引入隸屬度函數(shù)，將多重因素綜合分析；用直觀的方式展現(xiàn)若干牌號的匹配詳情。
【專利說明】
基于隸屬度函數(shù)的合金牌號識別方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及合金檢測領(lǐng)域，尤其涉及一種基于隸屬度函數(shù)的合金牌號識別方法。
【背景技術(shù)】
[0002] X射線光譜儀作為一種先進的檢測儀器，能夠檢測到被檢測樣品的元素含量信息。 隨著X射線光譜儀在合金檢測行業(yè)有廣泛的應(yīng)用，逐漸衍生出一個新的功能一一牌號識別。 牌號識別指將檢測對象的實測元素含量信息與牌號庫內(nèi)若干個牌號的元素含量范圍信息 對比，推測檢測對象的牌號等相關(guān)信息。牌號識別相當(dāng)于檢測對象的身份識別，該功能呈現(xiàn) 給相關(guān)工作人員的是形象的、具體的牌號識別結(jié)果，而不是大量的、抽象的測試數(shù)據(jù)，故可 以方便地對大量的合金材料進行識別、歸類。
[0003] 現(xiàn)有的牌號識別算法種類比較單一，一般按照實測元素含量值是否位于牌號規(guī)定 的含量范圍內(nèi)來界定檢測對象是否為該牌號，如果某個元素含量超出該范圍即使超出的并 不多也會影響檢測對象的牌號識別。改進的有將含量范圍做適當(dāng)放大用多個"范圍"來界定 檢測對象是否為該牌號。這類算法有較強的偶然性、識別結(jié)果易受檢測誤差的影響、不易調(diào) 試和維護。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對上述不足，本發(fā)明提供一種基于隸屬度函數(shù)的合金牌號識別方法，該方法引 入了隸屬度函數(shù)的概念，解決了傳統(tǒng)算法偶然性強、識別結(jié)果易受檢測誤差影響、不易調(diào)試 和維護、無匹配詳情呈現(xiàn)等問題。
[0005] 為了達到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：一種基于隸屬度函數(shù)的合金牌 號識別方法，具體包括以下步驟：
[0006] (1)取某合金鋼樣品為待識別樣品，通過光譜儀測試其元素含量，獲得各元素的實 測元素含量值X;
[0007] (2)確定匹配元素集：
[0008] 設(shè)牌號庫中有n個牌號，分別為牌號1、牌號2......牌號n;
[0009] 取每一種牌號所含有的全部元素，構(gòu)成該牌號所含有的元素集，最終得到A1、 A2......An；
[0010] 取A1、A2……An的并集即得牌號庫中有含量的元素集A;
[0011] 取牌號庫中有含量的元素集A和光譜儀能夠識別的元素集B的交集，得到匹配元素 集C;
[0012] (3)計算元素的隸屬度：
[0013]取隸屬度函數(shù)M為一個三元函數(shù)，自變量分別為元素含量下限Xa、元素含量上限 Xb、實測元素含量值X，如式（1)所示，
[0014] M = f(Xa,Xb,X) (1)
[0015] 隸屬度函數(shù)按照自變量取值范圍的不同，分為以下4種形式：
[0016]當(dāng)Xa=Xb = 0時，隸屬度函數(shù)M的表達式為：
[0018] 當(dāng)Xa=X = 0且Xb乒0時，隸屬度函數(shù)M的表達式為：
[0020] 當(dāng)Xa = 0、X乒0且Xb乒0時，隸屬度函數(shù)M的表達式為：
[0022] 當(dāng)Xa乒0且Xb乒0時，隸屬度函數(shù)M的表達式為：
[0024] 式中：a、b、c、d、e均為
參數(shù)，0.5〈a〈1.5，-1.5〈b〈-l，0〈c〈0.5,0〈d〈0.5，d〈e;
[0025] 對牌號庫中牌號1依次計算其匹配元素集中各元素的隸屬度，
[0026]若某元素的元素含量下限、上限均為0,則通過式(2)求得該元素的隸屬度；
[0027]若某元素的元素含量下限為0、上限均不為0,元素含量值為0,則通過式(3)求得該 元素的隸屬度；
[0028]若某元素的元素含量下限為0、上限均不為0,元素含量值不為0,則通過式(4)求得 該元素的隸屬度；
[0029]若某元素的元素含量下限、上限均不為0,則通過式(5)求得該元素的隸屬度；
[0030] (4)由步驟(3)獲得匹配元素集中各元素在牌號1中的隸屬度，將這些隸屬度進行 求和，得到牌號1的綜合隸屬度；
[0031] (5)依次類推，重復(fù)步驟(3)和步驟(4)，得到牌號庫中所有牌號的綜合隸屬度；
[0032] (6)對步驟(3)_步驟(5)獲得的所有牌號的綜合隸屬度由大到小排序進行排列，從 而得到牌號識別結(jié)果，即綜合隸屬度最高的牌號為待識別樣品的牌號。
[0033]本發(fā)明的有益效果如下：
[0034] 1)確定合理的匹配元素集，這些元素的實測數(shù)據(jù)和牌號庫中某牌號相應(yīng)元素的含 量范圍數(shù)據(jù)之間的匹配程度能夠反映待測樣品與該牌號的匹配程度；
[0035] 2)將實測元素含量與元素含量范圍間的匹配程度量化，實現(xiàn)對匹配程度的模糊統(tǒng) 計，容錯能力強，能夠適應(yīng)實測數(shù)據(jù)的較大波動;隸屬度函數(shù)中涉及若干參數(shù)，其數(shù)值可做 適當(dāng)調(diào)整，使得算法具有較大的優(yōu)化空間；
【附圖說明】
[0036] 下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明做進一步的說明；
[0037] 圖1為本發(fā)明實施例的計算流程圖；
[0038] 圖2為本發(fā)明實施例中匹配詳情呈現(xiàn)圖。
【具體實施方式】
[0039]隸屬度函數(shù)的概念最早出現(xiàn)在加州大學(xué)教授L.A.Zadeh于1965年發(fā)表的論文《模 糊集》中。隸屬度屬于模糊評價的概念，是指對受多種因素影響的事物做出全面評價，即多 因素決策方法，其特點是評價結(jié)果不是絕對的肯定或否定，而是以一個模糊集合來表示。本 發(fā)明檢測對象往往由多種元素組成，檢測對象是否為某一牌號由各種元素的匹配程度共同 確定。不能因某一元素含量恰好在該牌號所規(guī)定的含量范圍內(nèi)就判斷檢測對象為該牌號； 同理也不能因某一元素含量超出了該牌號所規(guī)定的含量范圍就判斷檢測對象非該牌號。從 這個角度講隸屬度函數(shù)實現(xiàn)了模糊評價、多因素決策，適用于解決"牌號識別"問題。
[0040] 如圖1所示，本發(fā)明基于隸屬度函數(shù)的合金牌號識別方法，具體包括以下步驟：
[0041] (1)取某合金鋼樣品為待識別樣品，通過光譜儀測試其元素含量，獲得各元素的實 測元素含量值X;
[0042] (2)確定匹配元素集：
[0043] 牌號庫中有含量的元素集的獲取方法為：
[0044] 設(shè)牌號庫中有n個牌號，分別為牌號1、牌號2……牌號n;
[0045] ①取每一種牌號所含有的全部元素，構(gòu)成該牌號所含有的元素集，最終得到A1、 A2......An；
[0046] ②取A1、A2……An的并集即得牌號庫中有含量的元素集A，本實施例中牌號庫中有 含量的元素集 A:13(Al)、14(Si)、15(P)、16(S)、22(Ti)、23(V)、24(Cr)、25(Mn)、26(Fe)、27 (Co)、28(Ni)、29(Cu)、40(Zr)、41(Nb)、42(Mo)、46(Pd)、72(Hf)、73(Ta)、74(W)，共 19 種元 素；
[0047] 本實施例中儀器能夠識別的元素集B:從22號元素 Ti到92號元素 U，共71種元素；
[0048] 取 A和 B 的交集，得到匹配元素集C:22(Ti)、23(V)、24(Cr)、25(Mn)、26(Fe)、27 (Co)、28(Ni)、29(Cu)、40(Zr)、41(Nb)、42(Mo)、46(Pd)、72(Hf)、73(Ta)、74(W)，共 15 種元 素；
[0049] 由于Fe為余量，牌號庫中數(shù)據(jù)不足故不對其做匹配，同理，在檢測合金鋁或合金銅 時，若數(shù)據(jù)庫資料不全可不對A1和Cu進行匹配。反之，若資料齊全也可以將"余量"元素(牌 號中不對其含量范圍做明確規(guī)定的一種元素)加入匹配元素集，參與隸屬度計算。故最終的 匹配元素集為：22(Ti)、23(V)、24(Cr)、25(Mn)、27(Co)、28(Ni)、29(Cu)、40(Zr)、41(Nb)、42 (Mo)、46(Pd)、72(Hf)、73(Ta)、74(W)，共 14 種元素；
[0050] (3)計算元素的隸屬度：
[0051]取隸屬度函數(shù)M為一個三元函數(shù)，自變量分別為元素含量下限Xa、元素含量上限 Xb、實測元素含量值X，如式（1)所示，
[0052] M = f(Xa,Xb,X) (1)
[0053]隸屬度函數(shù)按照自變量取值范圍的不同，分為以下4種形式：
[0054]當(dāng)Xa=Xb = 0時，隸屬度函數(shù)M的表達式為：
[0056] 當(dāng)Xa=X = 0且Xb乒0時，隸屬度函數(shù)M的表達式為：
[0058] 當(dāng)Xa = 0、X乒0且Xb乒0時，隸屬度函數(shù)M的表達式為：
[0060] 當(dāng)Xa辛0且Xb辛0時，隸屬度函數(shù)M的表達式為：
[0062] 式中：&、13、。、(1、6均為參數(shù)，0.5〈&〈1.5，-1.5〈13〈-1，0〈?！?.5,0〈(1〈0.5，(1〈6,6-般 取1左右。
[0063] 對牌號庫中牌號1依次計算其匹配元素集中各元素的隸屬度，
[0064]若某元素的元素含量下限、上限均為0,則通過式(2)求得該元素的隸屬度；
[0065]若某元素的元素含量下限為0、上限均不為0,元素含量值為0,則通過式(3)求得該 元素的隸屬度；
[0066]若某元素的元素含量下限為0、上限均不為0,元素含量值不為0,則通過式(4)求得 該元素的隸屬度；
[0067]若某元素的元素含量下限、上限均不為0,則通過式(5)求得該元素的隸屬度；
[0068] (4)由步驟(3)獲得匹配元素集中各元素在牌號1中的隸屬度，將這些隸屬度進行 求和，得到牌號1的綜合隸屬度；
[0069] (5)依次類推，重復(fù)步驟(3)和步驟(4)，得到牌號庫中所有牌號的綜合隸屬度；
[0070] (6)對步驟(3)-步驟(5)獲得的所有牌號的綜合隸屬度由大到小排序進行排列，從 而得到牌號識別結(jié)果，即綜合隸屬度最高的牌號為合金鋼樣品的牌號，見表一。
[0071]表一：
[0074]牌號PI、P2、P3為牌號識別結(jié)果的前三位，其綜合隸屬度依次為：10.8397、8.1464、 6.8760,排在第一位的牌號為實測樣品的牌號。
[0075]圖2(a)_(c)給出了匹配元素集中含量不為0的元素的匹配詳情，通過該圖可以較 直觀地理解P1、P2、P3三個牌號中各元素的匹配詳情。圖中：橫向條帶為對應(yīng)元素的含量范 圍；縱向?qū)嵕€的折點為實測元素含量，也就是說縱向?qū)嵕€越好地穿過橫向條帶，說明該牌號 與實測數(shù)據(jù)匹配得越好。
【主權(quán)項】
1. 一種基于隸屬度函數(shù)的合金牌號識別方法，其特征在于，具體包括以下步驟： (1) 取某合金鋼樣品為待識別樣品，通過光譜儀測試其元素含量，獲得各元素的實測元 素含量值X; (2) 確定匹配元素集： 設(shè)牌號庫中有η個牌號，分別為牌號1、牌號2......牌號η; 取每一種牌號所含有的全部元素，構(gòu)成該牌號所含有的元素集，最終得到A1、Α2…… An； 取A1、A2……An的并集即得牌號庫中有含量的元素集A; 取牌號庫中有含量的元素集A和光譜儀能夠識別的元素集B的交集，得到匹配元素集C; (3) 計算元素的隸屬度： 取隸屬度函數(shù)Μ為一個三元函數(shù)，自變量分別為元素含量下限Xa、元素含量上限Xb、實 測元素含量值X，如式(1)所示， M=f(Xa,Xb,X) (1) 隸屬度函數(shù)按照自變量取值范圍的不同，分為以下4種形式： 當(dāng)Xa = Xb = 0時，隸屬度函數(shù)Μ的表達式為：當(dāng)Xa = X = 0且Xb乒0時，隸屬度函數(shù)Μ的表達式為：當(dāng)Xa = 0、X乒0且Xb乒0時，隸屬度函數(shù)Μ的表達式為：當(dāng)Xa乒0且Xb乒0時，隸屬度函數(shù)Μ的表達式為：式中：a、b、c、d、e均為參數(shù)，0.5〈a〈1.5，-1.5〈b〈-l，0〈c〈0.5,0〈d〈0.5，d〈e; 對牌號庫中牌號1依次計算其匹配元素集中各元素的隸屬度， 若某元素的元素含量下限、上限均為0,則通過式(2)求得該元素的隸屬度； 若某元素的元素含量下限為0、上限均不為0,元素含量值為0,則通過式(3)求得該元素 的隸屬度； 若某元素的元素含量下限為0、上限均不為0,元素含量值不為0,則通過式(4)求得該元 素的隸屬度； 若某元素的元素含量下限、上限均不為0,則通過式(5)求得該元素的隸屬度。 (4) 由步驟(3)獲得匹配元素集中各元素在牌號1中的隸屬度，將這些隸屬度進行求和， 得到牌號1的綜合隸屬度。 (5) 依次類推，重復(fù)步驟(3)和步驟(4)，得到牌號庫中所有牌號的綜合隸屬度。 (6) 對步驟(3)-步驟(5)獲得的所有牌號的綜合隸屬度由大到小排序進行排列，從而得 到牌號識別結(jié)果，即綜合隸屬度最高的牌號為待識別樣品的牌號。
【文檔編號】G01N23/22GK105928962SQ201610538225
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年7月7日
【發(fā)明人】李福生, 李寧
【申請人】浙江泰克松德能源科技有限公司