基于双频激励电涡流传感器的铝合金厚度检测方法

基于双频激励电涡流传感器的铝合金厚度检测方法

0工作原理及方法测量铝厚度是工业生产的难点，也是一个不容忽视的过程。测量结果的准确性直接影响产品的质量。目前,主要有2种方法应用比较广泛,一种是射线法,虽然精度较高,但造价高,有放射性污染;另一种是采用电涡流方法进行检测,这种方法成本低、可靠,但在工业生产中,实时测量精度会受到各种因素的影响,其中,主要是铝箔表面温度对厚度测量的影响,铝箔在加工过程中,因受热而使电导率发生变化会直接影响电涡流大小的变化,导致测量结果不准确,因此,需要找到一种有效的方法来解决这个问题。目前,西德采用电涡流传感器进行铝箔测厚时,一般利用红外线补偿铝箔表面温度对电涡流穿透法测量的影响,但这种方法对于冷却液要求非常高,国内采用的冷却液在进行冷却时会产生烟雾,从而使红外线无法测量。例如:国内某铝箔厂引进的测厚仪,因为冷却液问题,红外补偿无法实现,无法达到测量精度。目前,国内铝箔测厚问题没有得到很好解决,大都采用进口设备。为解决这一问题,本文将介绍一种采用双频激励的低频透射式涡流传感器在铝箔厚度测量中的应用。1圈l1与l1交变低频透射式涡流传感器的工作原理如图1所示。被测金属板材M两侧分别为传感器的发射线圈L1和接收线圈L2。当传感器间没有被测金属板材时,低频激励电压加到线圈L1两端,线圈流过一个同频率的电流产生一个交变的磁场,由于不存在被测金属板,此交变磁场将贯穿L2,由电磁感应定律可知,将在L2中产生感应电势,这时为最大值;当L1和L2之间放置被测金属板时。L1产生的磁场穿过被测金属板M,在M中将产生电涡流,这个涡流将损耗一部分磁能,使达到L2的磁力线被削弱,从而使在L2中产生的感应电势被降低,被测金属板越厚,涡流损耗越大,越小。由此可知,的大小就反映了被测金属板材的厚度,这就是低频透射式涡流传感器的工作原理。2高频信号fps系统的检测原理采用双频激励电涡流法对铝箔厚度进行测量,可以实现多参数检测,不仅可以测量铝箔的厚度,还可以测量铝箔表面的温度,从而消除铝箔表面温度对铝箔厚度测量的影响,提高检测精度。它的工作原理是:在高频信号f1,f2作用下,通过检测可以得到输出电压与铝箔厚度和铝箔表面温度之间的函数关系,其表达方式为T=f1(U1,U2);H=f2(U1,U2),式中T为铝箔表面温度;H为被检测铝箔的厚度;U1为在高频信号f1作用下,系统的输出电压;U2为在高频信号f2作用下,系统的输出电压。由此,可以根据不同的数据拟合方法得到其关系式。系统组成如图2所示,由激励源部分、传感器变换部分、DSP微处理系统组成。3测量数据处理被测信号由检测系统中的传感器检测接收后,需要经过信号处理、滤波、放大、参数计算等多环节的处理,最终,在系统显示面板上显示出测量结果。为了便于操作人员能够从显示器上直接读取带有被检测量量纲单位的数值,就需要进行一定的变换,这种变换称为数据拟合。对于电涡流传感器测量得到的大量数据进行拟合,常用的方法有插值法、最小二乘法、神经网络法等。神经网络是应用最广泛、研究最多的方法之一,但其也存在收敛速度慢,存在局部最优问题。在本系统中采用基于生物免疫系统的免疫算法进行数据拟合,这种算法具有较强的全局收敛性和较快的收敛速度。本文将利用免疫算法对采集到的数据进行拟合,并将结果与采用B-P神经网络对数据进行拟合的结果相比较。3.1隐蔽层节点数的选择在本系统当中,所检测的参数分别为传感器与铝箔间隙、铝箔表面温度、铝箔厚度、输出电压4个参数,所以,选择B-P网络的输入层、输出层节点数均为4个。而隐含层节点数的选择较为复杂,通常情况下,隐含层节点数太多,可能训练不出网络或网络不强壮容错性较差;节点数太少,又使学习时间较长,误差也未必最小。所以,在选择隐含层接点上,经过不断地选取、训练、淘汰、择优,最后,确定本系统所用B-P网络的隐含层接点数为17个。利用MATLAB语言编写程序,选用sigmoid函数作为隐含层的激励函数,选择线性函数作为输出层的激励函数,训练样本数为23,误差参数<0.1%,网络结果为4×17×4。3.2使用matlab软件由于利用涡流检测会受到很多因素的影响,且关系复杂,用一般的方法对检测数据进行拟合,可能存在局部最优问题,所以,在本系统中采用免疫算法来消除局部最优对数据拟合产生的不良影响,以减小拟合误差。利用MATLAB语言编写软件程序,在本系统应用当中,其选取的各参数分别为:随机产生的初始父代种群为21,实数变量个数为78,提取疫苗(变量的最大值为10,最小值为0),退火选择中初始温度的选取应充分大,以便使得几乎所有产生的侯选解都能被接受,保证算法的最佳收敛,在应用中,选取初始温度为2000℃,温度的衰减函数选用:交叉率选为0.9,变异率选为0.01,最大迭代次数选为200。可得到其网络参数的收敛曲线如图3所示。3.3数据调整的结果根据B-P算法和免疫算法,寻优后所得的数据拟合结果如表1所示。通过比较可以发现,免疫算法对多参数具有更强的全局寻优能力。4测试结果分析采用双频激励的低频透射式电涡流传感器在线测量铝箔厚度,实现多参数检测;采用免疫算法实现多参