基于隶属度函数的合金牌号识别方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于隶属度函数的合金牌号识别方法，该方法包括读入元素含量信息；确定匹配元素集；隶属度计算；按综合隶属度排序显示结果，用于将检测对象的实测元素含量信息与牌号库内若干个牌号的元素含量范围信息对比，推测检测对象的牌号等相关信息。本发明提出了匹配元素集的概念；引入隶属度函数，将多重因素综合分析；用直观的方式展现若干牌号的匹配详情。
【专利说明】
基于隶属度函数的合金牌号识别方法
技术领域
[0001] 本发明涉及合金检测领域，尤其涉及一种基于隶属度函数的合金牌号识别方法。
【背景技术】
[0002] X射线光谱仪作为一种先进的检测仪器，能够检测到被检测样品的元素含量信息。 随着X射线光谱仪在合金检测行业有广泛的应用，逐渐衍生出一个新的功能一一牌号识别。 牌号识别指将检测对象的实测元素含量信息与牌号库内若干个牌号的元素含量范围信息 对比，推测检测对象的牌号等相关信息。牌号识别相当于检测对象的身份识别，该功能呈现 给相关工作人员的是形象的、具体的牌号识别结果，而不是大量的、抽象的测试数据，故可 以方便地对大量的合金材料进行识别、归类。
[0003] 现有的牌号识别算法种类比较单一，一般按照实测元素含量值是否位于牌号规定 的含量范围内来界定检测对象是否为该牌号，如果某个元素含量超出该范围即使超出的并 不多也会影响检测对象的牌号识别。改进的有将含量范围做适当放大用多个"范围"来界定 检测对象是否为该牌号。这类算法有较强的偶然性、识别结果易受检测误差的影响、不易调 试和维护。
【发明内容】
[0004] 针对上述不足，本发明提供一种基于隶属度函数的合金牌号识别方法，该方法引 入了隶属度函数的概念，解决了传统算法偶然性强、识别结果易受检测误差影响、不易调试 和维护、无匹配详情呈现等问题。
[0005] 为了达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种基于隶属度函数的合金牌 号识别方法，具体包括以下步骤：
[0006] (1)取某合金钢样品为待识别样品，通过光谱仪测试其元素含量，获得各元素的实 测元素含量值X;
[0007] (2)确定匹配元素集：
[0008] 设牌号库中有n个牌号，分别为牌号1、牌号2......牌号n;
[0009] 取每一种牌号所含有的全部元素，构成该牌号所含有的元素集，最终得到A1、 A2......An；
[0010] 取A1、A2……An的并集即得牌号库中有含量的元素集A;
[0011] 取牌号库中有含量的元素集A和光谱仪能够识别的元素集B的交集，得到匹配元素 集C;
[0012] (3)计算元素的隶属度：
[0013]取隶属度函数M为一个三元函数，自变量分别为元素含量下限Xa、元素含量上限 Xb、实测元素含量值X，如式（1)所示，
[0014] M = f(Xa,Xb,X) (1)
[0015] 隶属度函数按照自变量取值范围的不同，分为以下4种形式：
[0016]当Xa=Xb = 0时，隶属度函数M的表达式为：
[0018] 当Xa=X = 0且Xb乒0时，隶属度函数M的表达式为：
[0020] 当Xa = 0、X乒0且Xb乒0时，隶属度函数M的表达式为：
[0022] 当Xa乒0且Xb乒0时，隶属度函数M的表达式为：
[0024] 式中：a、b、c、d、e均为
参数，0.5〈a〈1.5，-1.5〈b〈-l，0〈c〈0.5,0〈d〈0.5，d〈e;
[0025] 对牌号库中牌号1依次计算其匹配元素集中各元素的隶属度，
[0026]若某元素的元素含量下限、上限均为0,则通过式(2)求得该元素的隶属度；
[0027]若某元素的元素含量下限为0、上限均不为0,元素含量值为0,则通过式(3)求得该 元素的隶属度；
[0028]若某元素的元素含量下限为0、上限均不为0,元素含量值不为0,则通过式(4)求得 该元素的隶属度；
[0029]若某元素的元素含量下限、上限均不为0,则通过式(5)求得该元素的隶属度；
[0030] (4)由步骤(3)获得匹配元素集中各元素在牌号1中的隶属度，将这些隶属度进行 求和，得到牌号1的综合隶属度；
[0031] (5)依次类推，重复步骤(3)和步骤(4)，得到牌号库中所有牌号的综合隶属度；
[0032] (6)对步骤(3)_步骤(5)获得的所有牌号的综合隶属度由大到小排序进行排列，从 而得到牌号识别结果，即综合隶属度最高的牌号为待识别样品的牌号。
[0033]本发明的有益效果如下：
[0034] 1)确定合理的匹配元素集，这些元素的实测数据和牌号库中某牌号相应元素的含 量范围数据之间的匹配程度能够反映待测样品与该牌号的匹配程度；
[0035] 2)将实测元素含量与元素含量范围间的匹配程度量化，实现对匹配程度的模糊统 计，容错能力强，能够适应实测数据的较大波动;隶属度函数中涉及若干参数，其数值可做 适当调整，使得算法具有较大的优化空间；
【附图说明】
[0036] 下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明；
[0037] 图1为本发明实施例的计算流程图；
[0038] 图2为本发明实施例中匹配详情呈现图。
【具体实施方式】
[0039]隶属度函数的概念最早出现在加州大学教授L.A.Zadeh于1965年发表的论文《模 糊集》中。隶属度属于模糊评价的概念，是指对受多种因素影响的事物做出全面评价，即多 因素决策方法，其特点是评价结果不是绝对的肯定或否定，而是以一个模糊集合来表示。本 发明检测对象往往由多种元素组成，检测对象是否为某一牌号由各种元素的匹配程度共同 确定。不能因某一元素含量恰好在该牌号所规定的含量范围内就判断检测对象为该牌号； 同理也不能因某一元素含量超出了该牌号所规定的含量范围就判断检测对象非该牌号。从 这个角度讲隶属度函数实现了模糊评价、多因素决策，适用于解决"牌号识别"问题。
[0040] 如图1所示，本发明基于隶属度函数的合金牌号识别方法，具体包括以下步骤：
[0041] (1)取某合金钢样品为待识别样品，通过光谱仪测试其元素含量，获得各元素的实 测元素含量值X;
[0042] (2)确定匹配元素集：
[0043] 牌号库中有含量的元素集的获取方法为：
[0044] 设牌号库中有n个牌号，分别为牌号1、牌号2……牌号n;
[0045] ①取每一种牌号所含有的全部元素，构成该牌号所含有的元素集，最终得到A1、 A2......An；
[0046] ②取A1、A2……An的并集即得牌号库中有含量的元素集A，本实施例中牌号库中有 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 种元 素；
[0047] 本实施例中仪器能够识别的元素集B:从22号元素 Ti到92号元素 U，共71种元素；
[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 种元 素；
[0049] 由于Fe为余量，牌号库中数据不足故不对其做匹配，同理，在检测合金铝或合金铜 时，若数据库资料不全可不对A1和Cu进行匹配。反之，若资料齐全也可以将"余量"元素(牌 号中不对其含量范围做明确规定的一种元素)加入匹配元素集，参与隶属度计算。故最终的 匹配元素集为：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 种元素；
[0050] (3)计算元素的隶属度：
[0051]取隶属度函数M为一个三元函数，自变量分别为元素含量下限Xa、元素含量上限 Xb、实测元素含量值X，如式（1)所示，
[0052] M = f(Xa,Xb,X) (1)
[0053]隶属度函数按照自变量取值范围的不同，分为以下4种形式：
[0054]当Xa=Xb = 0时，隶属度函数M的表达式为：
[0056] 当Xa=X = 0且Xb乒0时，隶属度函数M的表达式为：
[0058] 当Xa = 0、X乒0且Xb乒0时，隶属度函数M的表达式为：
[0060] 当Xa辛0且Xb辛0时，隶属度函数M的表达式为：
[0062] 式中：&、13、。、(1、6均为参数，0.5〈&〈1.5，-1.5〈13〈-1，0〈。〈0.5,0〈(1〈0.5，(1〈6,6-般 取1左右。
[0063] 对牌号库中牌号1依次计算其匹配元素集中各元素的隶属度，
[0064]若某元素的元素含量下限、上限均为0,则通过式(2)求得该元素的隶属度；
[0065]若某元素的元素含量下限为0、上限均不为0,元素含量值为0,则通过式(3)求得该 元素的隶属度；
[0066]若某元素的元素含量下限为0、上限均不为0,元素含量值不为0,则通过式(4)求得 该元素的隶属度；
[0067]若某元素的元素含量下限、上限均不为0,则通过式(5)求得该元素的隶属度；
[0068] (4)由步骤(3)获得匹配元素集中各元素在牌号1中的隶属度，将这些隶属度进行 求和，得到牌号1的综合隶属度；
[0069] (5)依次类推，重复步骤(3)和步骤(4)，得到牌号库中所有牌号的综合隶属度；
[0070] (6)对步骤(3)-步骤(5)获得的所有牌号的综合隶属度由大到小排序进行排列，从 而得到牌号识别结果，即综合隶属度最高的牌号为合金钢样品的牌号，见表一。
[0071]表一：
[0074]牌号PI、P2、P3为牌号识别结果的前三位，其综合隶属度依次为：10.8397、8.1464、 6.8760,排在第一位的牌号为实测样品的牌号。
[0075]图2(a)_(c)给出了匹配元素集中含量不为0的元素的匹配详情，通过该图可以较 直观地理解P1、P2、P3三个牌号中各元素的匹配详情。图中：横向条带为对应元素的含量范 围；纵向实线的折点为实测元素含量，也就是说纵向实线越好地穿过横向条带，说明该牌号 与实测数据匹配得越好。
【主权项】
1. 一种基于隶属度函数的合金牌号识别方法，其特征在于，具体包括以下步骤： (1) 取某合金钢样品为待识别样品，通过光谱仪测试其元素含量，获得各元素的实测元 素含量值X; (2) 确定匹配元素集： 设牌号库中有η个牌号，分别为牌号1、牌号2......牌号η; 取每一种牌号所含有的全部元素，构成该牌号所含有的元素集，最终得到A1、Α2…… An； 取A1、A2……An的并集即得牌号库中有含量的元素集A; 取牌号库中有含量的元素集A和光谱仪能够识别的元素集B的交集，得到匹配元素集C; (3) 计算元素的隶属度： 取隶属度函数Μ为一个三元函数，自变量分别为元素含量下限Xa、元素含量上限Xb、实 测元素含量值X，如式(1)所示， M=f(Xa,Xb,X) (1) 隶属度函数按照自变量取值范围的不同，分为以下4种形式： 当Xa = Xb = 0时，隶属度函数Μ的表达式为：当Xa = X = 0且Xb乒0时，隶属度函数Μ的表达式为：当Xa = 0、X乒0且Xb乒0时，隶属度函数Μ的表达式为：当Xa乒0且Xb乒0时，隶属度函数Μ的表达式为：式中：a、b、c、d、e均为参数，0.5〈a〈1.5，-1.5〈b〈-l，0〈c〈0.5,0〈d〈0.5，d〈e; 对牌号库中牌号1依次计算其匹配元素集中各元素的隶属度， 若某元素的元素含量下限、上限均为0,则通过式(2)求得该元素的隶属度； 若某元素的元素含量下限为0、上限均不为0,元素含量值为0,则通过式(3)求得该元素 的隶属度； 若某元素的元素含量下限为0、上限均不为0,元素含量值不为0,则通过式(4)求得该元 素的隶属度； 若某元素的元素含量下限、上限均不为0,则通过式(5)求得该元素的隶属度。 (4) 由步骤(3)获得匹配元素集中各元素在牌号1中的隶属度，将这些隶属度进行求和， 得到牌号1的综合隶属度。 (5) 依次类推，重复步骤(3)和步骤(4)，得到牌号库中所有牌号的综合隶属度。 (6) 对步骤(3)-步骤(5)获得的所有牌号的综合隶属度由大到小排序进行排列，从而得 到牌号识别结果，即综合隶属度最高的牌号为待识别样品的牌号。
【文档编号】G01N23/22GK105928962SQ201610538225
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年7月7日
【发明人】李福生, 李宁
【申请人】浙江泰克松德能源科技有限公司