本發明涉及無損檢測成像，尤其涉及面向同軸異質結構電位連續約束的層析成像仿真計算方法。
背景技術：
1、本發明針對現有電容層析成像技術在檢測同軸異質結構（如高壓電纜的“金屬芯-內屏蔽-絕緣層-外屏蔽”多層體系）時存在的模型簡化問題，即傳統方法往往將檢測區域簡化為單一介質或雙層結構，忽略了各層材料間巨大的介電常數差異及其對電場分布的影響，導致無法真實還原電場在不同介質層間的階躍式衰減與折射特性；同時，現有技術在介電常數突變的異質交界面處缺乏有效的邊界約束，易引發電場梯度偽震蕩和計算不收斂，使得逆問題求解過程中靈敏度矩陣信噪比低、圖像重建分辨率差，難以實現對絕緣層內部微小缺陷（如氣隙、夾雜）的精確定位與輪廓還原，從而制約了ect（electricalcapacitance?tomography，電容層析成像）技術在復雜同軸異質結構無損檢測中的工程應用。
技術實現思路
1、本發明提供了面向同軸異質結構電位連續約束的層析成像仿真計算方法，用于解決現有電容層析成像技術在同軸異質結構檢測中，因模型簡化、缺乏邊界約束而導致的電場仿真失真、數值計算不穩定及微小缺陷成像分辨率低的問題。
2、本發明的目的可以通過以下技術方案實現：
3、本發明第一方面是提供面向同軸異質結構電位連續約束的層析成像仿真計算方法，包括：
4、構建同軸異質結構精細化模型；確定出同軸異質結構精細化模型中各層獨立材料的參數；所述參數包括介電常數以及電導率；
5、通過同軸異質結構精細化模型劃分出同軸異質結構的有限元的若干網格單元，通過所述有限元的若干網格單元識別所有異質材料交界面；在所述交界面上施加兩類邊界約束，獲得整個求解域內所有節點的電位值；所述每個網格單元包含若干個節點；
6、根據整個求解域內所有節點的電位值，利用有限元法進行正向仿真，提取每個網格單元質心處的電場強度；根據所述電場強度構建靈敏度矩陣；
7、通過電極電容傳感器，獲取同軸異質結構的電容數據，并組成電容測量值向量；
8、根據電容測量值向量和靈敏度矩陣進行逆向求解獲取介電常數向量；
9、通過所述介電常數向量映射回有限元的網格單元，完成圖像重建，并顯示缺陷位置。
10、進一步地，所述同軸異質結構精細化模型包括導體層、導體半導電屏蔽層、絕緣層以及絕緣半導電屏蔽層。
11、進一步地，所述所有異質材料交界面識別的過程具體為：
12、在多層同軸異質結構的有限元的若干網格單元中，通過判斷相鄰網格單元材料編號是否不同來識別異質材料交界面。
13、進一步地，所述整個求解域內所有節點的電位值的獲取過程為：
14、在異質材料交界面處，顯式施加兩類邊界約束條件；其中，兩類邊界約束包括電位連續約束和通量平衡約束；
15、通過有限元法組裝獲得初始的全局剛度矩陣和右端向量，再通過自由度耦合或罰函數法進行修正，得到施加約束后修正的全局剛度矩陣和右端向量；
16、通過待求電位值向量、施加約束后修正的全局剛度矩陣和右端向量，形成新的代數方程組；其中新的代數方程具體表示為：
17、
18、式中，表示施加約束后修正的全局剛度矩陣，表示所有節點的待求電位值向量，表示施加約束后修正的右端向量；
19、通過所有節點的待求電位值向量，確定出整個求解域內所有節點的電位。
20、進一步地，所述靈敏度矩陣的構建過程包括：
21、根據電場強度進行矢量點乘獲得每個網格單元的靈敏度系數；通過所有網格單元的靈敏度系數，構建靈敏度矩陣。
22、進一步地，所述電容測量值向量的獲取過程包括：
23、通過電極電容傳感器，采用多電極輪轉激勵模式采集同軸異質結構的電容數據，獲得全部獨立電極對組合的電容測量值；將所有電極對組合的電容測量值組成電容測量值向量。
24、進一步地，所述介電常數向量的求解過程為：
25、逆向求解介電常數向量的具體過程為：使用tikhonov正則化法求解介電常數，獲得初始的介電常數向量；根據初始的介電常數向量，利用tikhonov準牛頓迭代算法進行精細化修正，獲得最終的介電常數向量。
26、進一步地，所述每個網格單元的靈敏度系數的獲取過程包括：
27、
28、式中，表示第k個網格單元在激勵電極i、測量電極j組合下的靈敏度系數，表示第k個網格單元的積分面積，表示積分微元，表示第k個網格單元中心點坐標，表示僅激勵電極i施加電壓時，第k個網格單元內電場強度的矢量均值，表示僅測量電極j施加電壓時，第k個網格單元內電場強度的矢量均值，表示激勵電極i的電壓幅值，表示測量電極j的電壓幅值。
29、本發明第二方面是提供一種電子設備，包括存儲器、處理器以及存儲在所述存儲器中并可在所述處理器上運行的計算機程序，所述處理器執行所述計算機程序時實現所述面向同軸異質結構電位連續約束的層析成像仿真計算方法。
30、本發明第三方面是提供一種計算機可讀存儲介質，所述計算機可讀存儲介質存儲有計算機程序，所述計算機程序被處理器執行時實現所述面向同軸異質結構電位連續約束的層析成像仿真計算方法。
31、與現有技術相比，本發明的有益效果是：構建同軸異質結構精細化模型；確定出同軸異質結構精細化模型中各層獨立材料的參數；所述參數包括介電常數以及電導率；真實還原多層介質的階躍式介電特性，為電場準確計算奠定基礎；通過同軸異質結構精細化模型劃分出同軸異質結構的有限元的若干網格單元，通過所述有限元的若干網格單元進行識別所有異質材料交界面；在所述交界面上施加兩類邊界約束，獲得整個求解域內所有節點的電位值；所述每個網格單元包含若干個節點；消除界面處電場偽震蕩，確保數值計算穩定性和物理一致性；根據整個求解域內所有節點的電位值，利用有限元法進行正向仿真，提取每個網格單元質心處的電場強度；根據所述電場強度構建靈敏度矩陣；獲取實際電容數據，并組成電容測量值向量；根據電容測量值向量和靈敏度矩陣進行逆向求解獲取介電常數向量；獲得高信噪比靈敏度矩陣，提升逆問題求解精度和缺陷識別能力；通過所述介電常數向量映射回有限元的網格單元，完成圖像重建，并顯示缺陷位置；實現對小尺寸缺陷的高分辨率成像，直觀顯示缺陷位置與輪廓。
1.面向同軸異質結構電位連續約束的層析成像仿真計算方法，其特征在于，包括：
2.根據權利要求1所述的面向同軸異質結構電位連續約束的層析成像仿真計算方法，其特征在于，所述同軸異質結構精細化模型包括導體層、導體半導電屏蔽層、絕緣層以及絕緣半導電屏蔽層。
3.根據權利要求1所述的面向同軸異質結構電位連續約束的層析成像仿真計算方法，其特征在于，所述所有異質材料交界面識別的過程具體為：
4.根據權利要求1所述的面向同軸異質結構電位連續約束的層析成像仿真計算方法，其特征在于，所述整個求解域內所有節點的電位值的獲取過程為：
5.根據權利要求1所述的面向同軸異質結構電位連續約束的層析成像仿真計算方法，其特征在于，所述靈敏度矩陣的構建過程包括：
6.根據權利要求1所述的面向同軸異質結構電位連續約束的層析成像仿真計算方法，其特征在于，所述電容測量值向量的獲取過程包括：
7.根據權利要求1所述的面向同軸異質結構電位連續約束的層析成像仿真計算方法，其特征在于，所述介電常數向量的求解過程為：
8.根據權利要求5所述的面向同軸異質結構電位連續約束的層析成像仿真計算方法，其特征在于，所述每個網格單元的靈敏度系數的獲取過程包括：
9.一種電子設備，其特征在于，包括存儲器、處理器以及存儲在所述存儲器中并可在所述處理器上運行的計算機程序，所述處理器執行所述計算機程序時實現權利要求1-8任一項所述面向同軸異質結構電位連續約束的層析成像仿真計算方法。
10.一種計算機可讀存儲介質，其特征在于，所述計算機可讀存儲介質存儲有計算機程序，所述計算機程序被處理器執行時實現權利要求1-8任一項所述面向同軸異質結構電位連續約束的層析成像仿真計算方法。