基于雙頻激勵電渦流傳感器的鋁合金厚度檢測方法

基于雙頻激勵電渦流傳感器的鋁合金厚度檢測方法

0工作原理及方法測量鋁厚度是工業(yè)生產的難點，也是一個不容忽視的過程。測量結果的準確性直接影響產品的質量。目前,主要有2種方法應用比較廣泛,一種是射線法,雖然精度較高,但造價高,有放射性污染;另一種是采用電渦流方法進行檢測,這種方法成本低、可靠,但在工業(yè)生產中,實時測量精度會受到各種因素的影響,其中,主要是鋁箔表面溫度對厚度測量的影響,鋁箔在加工過程中,因受熱而使電導率發(fā)生變化會直接影響電渦流大小的變化,導致測量結果不準確,因此,需要找到一種有效的方法來解決這個問題。目前,西德采用電渦流傳感器進行鋁箔測厚時,一般利用紅外線補償鋁箔表面溫度對電渦流穿透法測量的影響,但這種方法對于冷卻液要求非常高,國內采用的冷卻液在進行冷卻時會產生煙霧,從而使紅外線無法測量。例如:國內某鋁箔廠引進的測厚儀,因為冷卻液問題,紅外補償無法實現(xiàn),無法達到測量精度。目前,國內鋁箔測厚問題沒有得到很好解決,大都采用進口設備。為解決這一問題,本文將介紹一種采用雙頻激勵的低頻透射式渦流傳感器在鋁箔厚度測量中的應用。1圈l1與l1交變低頻透射式渦流傳感器的工作原理如圖1所示。被測金屬板材M兩側分別為傳感器的發(fā)射線圈L1和接收線圈L2。當傳感器間沒有被測金屬板材時,低頻激勵電壓加到線圈L1兩端,線圈流過一個同頻率的電流產生一個交變的磁場,由于不存在被測金屬板,此交變磁場將貫穿L2,由電磁感應定律可知,將在L2中產生感應電勢,這時為最大值;當L1和L2之間放置被測金屬板時。L1產生的磁場穿過被測金屬板M,在M中將產生電渦流,這個渦流將損耗一部分磁能,使達到L2的磁力線被削弱,從而使在L2中產生的感應電勢被降低,被測金屬板越厚,渦流損耗越大,越小。由此可知,的大小就反映了被測金屬板材的厚度,這就是低頻透射式渦流傳感器的工作原理。2高頻信號fps系統(tǒng)的檢測原理采用雙頻激勵電渦流法對鋁箔厚度進行測量,可以實現(xiàn)多參數(shù)檢測,不僅可以測量鋁箔的厚度,還可以測量鋁箔表面的溫度,從而消除鋁箔表面溫度對鋁箔厚度測量的影響,提高檢測精度。它的工作原理是:在高頻信號f1,f2作用下,通過檢測可以得到輸出電壓與鋁箔厚度和鋁箔表面溫度之間的函數(shù)關系,其表達方式為T=f1(U1,U2);H=f2(U1,U2),式中T為鋁箔表面溫度;H為被檢測鋁箔的厚度;U1為在高頻信號f1作用下,系統(tǒng)的輸出電壓;U2為在高頻信號f2作用下,系統(tǒng)的輸出電壓。由此,可以根據(jù)不同的數(shù)據(jù)擬合方法得到其關系式。系統(tǒng)組成如圖2所示,由激勵源部分、傳感器變換部分、DSP微處理系統(tǒng)組成。3測量數(shù)據(jù)處理被測信號由檢測系統(tǒng)中的傳感器檢測接收后,需要經過信號處理、濾波、放大、參數(shù)計算等多環(huán)節(jié)的處理,最終,在系統(tǒng)顯示面板上顯示出測量結果。為了便于操作人員能夠從顯示器上直接讀取帶有被檢測量量綱單位的數(shù)值,就需要進行一定的變換,這種變換稱為數(shù)據(jù)擬合。對于電渦流傳感器測量得到的大量數(shù)據(jù)進行擬合,常用的方法有插值法、最小二乘法、神經網絡法等。神經網絡是應用最廣泛、研究最多的方法之一,但其也存在收斂速度慢,存在局部最優(yōu)問題。在本系統(tǒng)中采用基于生物免疫系統(tǒng)的免疫算法進行數(shù)據(jù)擬合,這種算法具有較強的全局收斂性和較快的收斂速度。本文將利用免疫算法對采集到的數(shù)據(jù)進行擬合,并將結果與采用B-P神經網絡對數(shù)據(jù)進行擬合的結果相比較。3.1隱蔽層節(jié)點數(shù)的選擇在本系統(tǒng)當中,所檢測的參數(shù)分別為傳感器與鋁箔間隙、鋁箔表面溫度、鋁箔厚度、輸出電壓4個參數(shù),所以,選擇B-P網絡的輸入層、輸出層節(jié)點數(shù)均為4個。而隱含層節(jié)點數(shù)的選擇較為復雜,通常情況下,隱含層節(jié)點數(shù)太多,可能訓練不出網絡或網絡不強壯容錯性較差;節(jié)點數(shù)太少,又使學習時間較長,誤差也未必最小。所以,在選擇隱含層接點上,經過不斷地選取、訓練、淘汰、擇優(yōu),最后,確定本系統(tǒng)所用B-P網絡的隱含層接點數(shù)為17個。利用MATLAB語言編寫程序,選用sigmoid函數(shù)作為隱含層的激勵函數(shù),選擇線性函數(shù)作為輸出層的激勵函數(shù),訓練樣本數(shù)為23,誤差參數(shù)<0.1%,網絡結果為4×17×4。3.2使用matlab軟件由于利用渦流檢測會受到很多因素的影響,且關系復雜,用一般的方法對檢測數(shù)據(jù)進行擬合,可能存在局部最優(yōu)問題,所以,在本系統(tǒng)中采用免疫算法來消除局部最優(yōu)對數(shù)據(jù)擬合產生的不良影響,以減小擬合誤差。利用MATLAB語言編寫軟件程序,在本系統(tǒng)應用當中,其選取的各參數(shù)分別為:隨機產生的初始父代種群為21,實數(shù)變量個數(shù)為78,提取疫苗(變量的最大值為10,最小值為0),退火選擇中初始溫度的選取應充分大,以便使得幾乎所有產生的侯選解都能被接受,保證算法的最佳收斂,在應用中,選取初始溫度為2000℃,溫度的衰減函數(shù)選用:交叉率選為0.9,變異率選為0.01,最大迭代次數(shù)選為200?？傻玫狡渚W絡參數(shù)的收斂曲線如圖3所示。3.3數(shù)據(jù)調整的結果根據(jù)B-P算法和免疫算法,尋優(yōu)后所得的數(shù)據(jù)擬合結果如表1所示。通過比較可以發(fā)現(xiàn),免疫算法對多參數(shù)具有更強的全局尋優(yōu)能力。4測試結果分析采用雙頻激勵的低頻透射式電渦流傳感器在線測量鋁箔厚度,實現(xiàn)多參數(shù)檢測;采用免疫算法實現(xiàn)多參