[发明专利]基于高斯混合模型的中子衍射实验应变场重建方法及系统

说明书

本发明提供了一种基于高斯混合模型的中子衍射实验应变场重建方法及系统，包括：步骤S1：建立考虑衍射体积的衍射几何关系；步骤S2：利用衍射图像，得到衍射几何对应的概率采样模型；步骤S3：在采样模型下，利用高斯混合模型分离出不同晶面取向对应的衍射图像；步骤S4：求解材料中各晶面对应的衍射角、取向法向和体积分数；步骤S5：求解衍射体积中各点对应的应变均值，重建单次衍射测量对应的应变场信息。本发明提出了基于高斯混合模型的中子衍射实验应变场重建方法，可以方便、高效、精确地建立中子衍射图像与应变场的关系；本发明不需要对原始实验数据进行降维压缩，不需要忽略衍射体积，织构强度等信息来研究应变场。

技术领域

本发明涉及测量技术领域，具体地，涉及一种基于高斯混合模型的中子衍射实验应变场重建方法及系统。

背景技术

中子衍射实验是常见的材料表征方式之一，由于其良好的穿透性和实验结果的统计学意义，被广泛运用于材料内部的应力与织构测量。常见的应力重建方法是对衍射图像的中子强度进行数值积分，通过拟合方法确定中子强度的最大值对应的衍射角，以确定布拉格定律下的晶格间距。在选定拟合方法的情况下，数值积分的精度是决定衍射角数值的最关键因素之一。然而，一般的积分方法受制于像素分辨率低，积分路径不明确，且方法本身对中子衍射实验数据进行降维压缩，导致误差，因此，为保证材料内部应变场的重建质量，需对二维的探测数据进行直接处理，建立图像与应变场之间的联系。

考虑到衍射实验数据对于晶格尺寸来说具有统计学意义，且图像上的强度变化在一定程度上反映了各晶面取向的密度变化，应变场重建应对衍射发生的各个点位进行单独的晶格应变估计。实际中，材料内部的晶格平均应变为各晶面取向应变关于织构的加权平均。因此为了实现应变场的精确估计，必须建立衍射实验数据的概率分布采样模型，同时实现各晶面衍射图像的分离。目前，针对应变场重建的方法大多采用最小二乘法，存在数据处理方法粗糙，忽略衍射体积，忽略织构影响等缺陷，影响了重建精度和重建效率。因此提出了高精高效的基于高斯混合模型的重建方法，对于提高应变场重建的精度，以及解释应变与织构的联系具有十分重要的意义和前景。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种基于高斯混合模型的中子衍射实验应变场重建方法及系统。

根据本发明提供的一种基于高斯混合模型的中子衍射实验应变场重建方法，包括：

步骤S1：建立考虑衍射体积的衍射几何关系；

步骤S2：利用衍射图像，得到衍射几何对应的概率采样模型；

步骤S3：在采样模型下，利用高斯混合模型分离出不同晶面取向对应的衍射图像；

步骤S4：求解材料中各晶面对应的衍射角、取向法向和体积分数；

步骤S5：求解衍射体积中各点对应的应变均值，重建单次衍射测量对应的应变场信息。

优选地，在所述步骤S1中：

探测器上一像素点中心Q的中子计数强度为I(Q)，衍射后的中子束光路方向为晶面取向为单一取向在探测器上产生的中子计数强度为I_g(p)，样品内部产生衍射的区域为为衍射产生点M的总和，W＝∪M，单个衍射点产生的中子计数强度为I_g,M；

对于单一晶面取向而言，中子计数强度为所有产生衍射现象的点的和，为：

其中，

材料样品中所有可能的晶面取向所产生的衍射中子互相叠加，形成探测平面上的中子计数强度，为：

优选地，在所述步骤S2中：