一種減小巴克豪森噪聲檢測誤差的方法及其傳感器系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于無損檢測技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種減小巴克豪森噪聲檢測誤差的方法及其傳感器系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]巴克豪森噪聲技術(shù)是一種針對鐵磁性物質(zhì)的無損檢測技術(shù)，可用于檢測各種狀況如疲勞、輻射、應(yīng)力以及熱處理下鐵磁性物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)特征，當(dāng)前已經(jīng)在鐵路、機械、汽車、航空等領(lǐng)域取得良好的應(yīng)用效果。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)的巴克豪森噪聲檢測裝置，一般采用的傳感器往往是將磁化器和檢測線圈固定在一起，并且磁化器底面和檢測線圈底面在同一個平面上，在磁化器的磁軛上纏上激勵線圈，如圖1所示。這種結(jié)構(gòu)的傳感器，在巴克豪森噪聲檢測過程中，一是傳感器的檢測線圈與被測試件往往會存在提離，因此會造成檢測到的巴克豪森噪聲信號減??；二是傳感器的磁化器由于擺放位置的變動也會相對于被測試件產(chǎn)生提離，使得被測試件內(nèi)產(chǎn)生的磁場會發(fā)生變化，造成所檢測到的巴克豪森噪聲信號不一致。上述兩種傳感器的提離現(xiàn)象均會形成檢測誤差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種減小巴克豪森噪聲檢測誤差的方法及其傳感器系統(tǒng)，能夠有效地減小在巴克豪森噪聲檢測過程中由于傳感器的檢測線圈以及磁化器相對于被測試件的提離所造成的檢測誤差。
[0005]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
本發(fā)明的一種減小巴克豪森噪聲檢測誤差的方法，在噪聲檢測中采用傳感器，其特征在于:
將所述的傳感器的磁化器與檢測線圈用一個彈性元件進行連接；
在所述的磁化器的U型磁軛的左、中、右部位分別設(shè)置匝數(shù)、線徑均相同的第一感應(yīng)線圈、第二感應(yīng)線圈、第三感應(yīng)線圈；
所述的三組感應(yīng)線圈輸出交流的電壓信號，通過有效值轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換為直流電壓信號，然后通過模數(shù)轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，再經(jīng)微處理器獲取電壓值，將所述的三個電壓值輸入到一個BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中；
根據(jù)所述的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)采用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法對巴克豪森噪聲檢測的特征值進行修正，其步驟如下:
步驟一、獲取所述的三個感應(yīng)線圈的電壓以及其各自的特征值修正系數(shù)作為樣本數(shù)據(jù)；
步驟二、根據(jù)所述的樣本數(shù)據(jù)構(gòu)造一個BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型；
步驟三、將所述的樣本數(shù)據(jù)作為所述的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練數(shù)據(jù)，進行BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練得到訓(xùn)練后的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，進而得到神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輸出的特征值修正系數(shù)； 步驟四、將實際測量的所述三個感應(yīng)線圈的各自的感應(yīng)電壓數(shù)據(jù)作為所述的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入，得到特征值修正系數(shù)；
步驟五、將實際測量對應(yīng)的檢測到的巴克豪森噪聲信號特征值除以所述的特征值修正系數(shù)，得到修正后的巴克豪森噪聲檢測信號的特征值。
[0006]在所述步驟一中所述的樣本數(shù)據(jù)的獲取方法如下:
Cl)獲取每次測量時的所述三個感應(yīng)線圈的感應(yīng)電壓；
(2)獲取所述傳感器沒有提離時的巴克豪森噪聲信號的特征值，以及每次測量時的巴克豪森噪聲信號的特征值；
(3)將每次測量時的巴克豪森噪聲信號特征值除以所述傳感器沒有提離時的特征值得到的系數(shù)作為特征值修正系數(shù)。
[0007]在所述步驟二中的所述的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的具體特征如下:
(1)將所述三個感應(yīng)線圈得到的電壓作為所述的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入層的輸入元素，神經(jīng)元數(shù)量為3 ；
(2)所述的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的隱含層的層數(shù)為2，神經(jīng)元數(shù)量分別為8和12;
(3)所述的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸出層輸出神經(jīng)元數(shù)量為1，輸出元素為特征值修正的比例系數(shù)；
(4)所述的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的隱含層和輸出層的神經(jīng)元傳遞函數(shù)采用S型正切函數(shù)tansigo
[0008]在所述步驟三中的所述的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的具體實現(xiàn)方式如下:
(1)設(shè)置訓(xùn)練參數(shù)，所述訓(xùn)練參數(shù)包括最大訓(xùn)練次數(shù)，訓(xùn)練的目標誤差精度，學(xué)習(xí)率以及動量系數(shù)；
(2)選用尺度化共軛梯度反向傳播算法trainscg作為訓(xùn)練函數(shù)，選用動量梯度下降權(quán)值和閾值學(xué)習(xí)函數(shù)Iearndm作為學(xué)習(xí)函數(shù)，選用均方誤差函數(shù)mse作為性能函數(shù)；
(3)得到BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的權(quán)值和閾值，結(jié)束訓(xùn)練。
[0009]本發(fā)明的一種減小巴克豪森噪聲檢測誤差的傳感器系統(tǒng)，包括傳感器，所述的傳感器具有磁化器、激勵線圈、檢測線圈、固定件，其特征在于:
所述的傳感器的磁化器和檢測線圈用一個彈性元件進行連接；在所述的磁化器的U型磁軛的左、中、右部位分別設(shè)置有匝數(shù)、線徑均相同的第一感應(yīng)線圈、第二感應(yīng)線圈、第三感應(yīng)線圈；
所述的傳感器系統(tǒng)還包括有效值轉(zhuǎn)換電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、DSP微處理器和BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)；所述的有效值轉(zhuǎn)換電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、DSP微處理器集成在一個電路板上，所述的傳感器的三個感應(yīng)線圈通過屏蔽線與電路板相連；
所述的傳感器通過所述的第一感應(yīng)線圈、第二感應(yīng)線圈、第三感應(yīng)線圈的三個電壓輸出端與三個所述的有效值轉(zhuǎn)換電路聯(lián)接；所述的三個有效值轉(zhuǎn)換電路的輸出端串行聯(lián)接所述的模數(shù)轉(zhuǎn)換器；所述的模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸出端串行聯(lián)接所述的微控制器中；所述的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在所述的微控制器中實現(xiàn)；
所述的三個有效值轉(zhuǎn)換電路用于將所述的三個感應(yīng)線圈感應(yīng)到的正弦信號轉(zhuǎn)換成電壓值為正弦信號有效值的直流信號；
所述的模數(shù)轉(zhuǎn)換器用于將經(jīng)過所述的有效值轉(zhuǎn)換電路得到的直流信號轉(zhuǎn)換為可供所述的微處理器讀取的數(shù)字信號；
所述的微控制器用于:將所述的三個感應(yīng)線圈的感應(yīng)電壓的有效值作為所述的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入；然后將檢測到的巴克豪森噪聲信號的特征值除以所述的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輸出得到的特征值修正系數(shù)，得出經(jīng)修正后的巴克豪森噪聲信號的特征值。
[0010]所述的彈性元件設(shè)置于所述的磁化器與所述的固定件之間；所述的檢測線圈突出于所述的磁化器的底部平面。
[0011]所述的有效值轉(zhuǎn)換電路采用AD637芯片。
[0012]所述的模數(shù)轉(zhuǎn)換電路采用AD7656芯片。
[0013]所述的DSP微處理器采用TMS320C6747數(shù)字信號處理器。
[0014]相比現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的優(yōu)點和有益效果是；
1.本發(fā)明能夠基本上消除因傳感器的檢測線圈提離造成的巴克豪森噪聲信號的檢測誤差，并在很大程度上減小了磁化器的提離造成的巴克豪森噪聲信號的檢測誤差。
[0015]2.本發(fā)明采用改進傳感器的結(jié)構(gòu)，將傳感器的檢測線圈與磁化器用彈性裝置進行連接，在磁化器的U型磁軛的左、中、右三部分添加三個相同的感應(yīng)線圈，有效地減小了在檢測過程中傳感器提離造成的誤差影響。
[0016]3.本發(fā)明利用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法對巴克豪森噪聲檢測結(jié)果進行進一步修正:將檢測到的巴克豪森噪聲的特征值修正為傳感器沒有提離時檢測到的巴克豪森噪聲的特征值，從而使檢測結(jié)果更為準確。
[0017]
【附圖說明】
[0018]圖1是現(xiàn)有技術(shù)的巴克豪森噪聲檢測裝置傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。其中，I磁化器，2激勵線圈，3檢測線圈，4檢測線圈固定件。
[0019]圖2是本發(fā)明的減小巴克豪森噪聲檢測誤差的傳感器系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。
[0020]圖3是本發(fā)明的傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。其中，I磁化器，2激勵線圈，3檢測線圈，4檢測線圈固定件，5彈性元件，6第一感應(yīng)線圈，7第二感應(yīng)線圈，8第三感應(yīng)線圈。
[0021]圖4是本發(fā)明圖3所示傳感器的感應(yīng)電壓檢測的原理框圖。
[0022]圖5是本發(fā)明所述的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法步驟框圖。
[0023]圖6是本發(fā)明所述BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)圖。
【具體實施方式】
[0024]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明做進一步詳細說明。
[0025]本發(fā)明的一種減小巴克豪森噪聲檢測誤差的方法，在噪聲檢測中采用傳感器，其特征在于:
將所述的傳感器的磁化器(I)與檢測線圈(3)用一個彈性元件(5)進行連接；
在所述的磁化器(I)的U型磁軛的左、中、右部位分別設(shè)置匝數(shù)、線徑均相同的第一感應(yīng)線圈(6)、第二感應(yīng)線圈(7)、第三感應(yīng)線圈(8)；
所述的三組感應(yīng)線圈(6、7、8 )輸出交流的電壓信號，通過有效值轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換為直流電壓信號，然后通過模數(shù)轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，再經(jīng)微處理器獲取電壓值，將所述的三個電壓值輸入到一個BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中；
根據(jù)所述的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)采用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法對巴克豪森噪聲檢測的特征值進行修正，其步驟如下，如圖5所示:
步驟一、獲取所述的三個感應(yīng)線圈(6、7、8)的電壓以及其各自的特征值修正系數(shù)作為樣本數(shù)據(jù)；
步驟二、根據(jù)所述的樣本數(shù)據(jù)構(gòu)造一個BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型；
步驟三、將所述的樣本數(shù)據(jù)作為所述的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練數(shù)據(jù)，進行BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練得到訓(xùn)練后的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，進而得到神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輸出的特征值修正系數(shù)；
步驟四、將實際測量的所述三個感應(yīng)線圈(6、7、8)的各自的感應(yīng)電壓數(shù)據(jù)作為所述的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入，得到特征值修正系數(shù)；
步驟五、將實際測量對應(yīng)的檢測到的巴克豪森噪聲信號特征值除以所述的特征值修正系數(shù)，得到修正后的巴克豪森噪聲檢測信號的特征值。
[0026]在所述步驟一中所述的樣本數(shù)據(jù)的獲取方法如下:
Cl)獲取每次測量時的所述三個感應(yīng)線圈(6、7、8)的感應(yīng)電壓；
(2)獲取所述傳感器沒有提離時的巴克豪森噪聲信號的特征值，以及每次測量時的巴克豪森噪聲信號的特征值；
(3)將每次測量時的巴克豪森噪聲信號特征值除以所述傳感器沒有提離時的特征值得到的系數(shù)作為特征值修正系數(shù)。
[0027]在所述步驟二中的所述的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的具體特征如下:
(1)將所述三個感應(yīng)線圈(6、7、8)得到的電壓作為所述的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入層的輸入元素，神經(jīng)元數(shù)量為3 ；
(2)所述的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的隱含層的層數(shù)為2，神經(jīng)元數(shù)量分別為8和12;
(3)所述的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸出層輸出神經(jīng)元數(shù)量為1，輸出元素為特征值修正的比例系數(shù)；
(4)所述的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的隱含層和輸出層的神經(jīng)元傳遞函數(shù)采用S型