基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)融合的傳感器溫度誤差補(bǔ)償

3實(shí)驗(yàn)
用簡(jiǎn)化的海底管道檢測(cè)裝置(漏磁檢測(cè)部件中僅安裝一排7個(gè)漏磁傳感器和一個(gè)溫度傳感器)，在實(shí)驗(yàn)室條件下，取10個(gè)溫度點(diǎn)(－10～80℃，每10℃一個(gè)點(diǎn))，分別對(duì)一個(gè)半剖管道進(jìn)行檢測(cè)。該管道和實(shí)際海底管道具有相同材質(zhì)和管徑(195 mm)，并按美國(guó)無(wú)損檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)要求，用電火花加工的方法，在其內(nèi)表面加工了多處不同尺寸、形狀和類型的缺陷。在每個(gè)溫度點(diǎn)處，每個(gè)漏磁傳感器取55個(gè)數(shù)據(jù)，組成55組數(shù)據(jù)，取44組作為訓(xùn)練樣本數(shù)據(jù)，11組作為測(cè)試數(shù)據(jù)，用上述神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法進(jìn)行訓(xùn)練和測(cè)試，實(shí)現(xiàn)溫度誤差的融合補(bǔ)償。由于是多維輸入，訓(xùn)練速度較慢。在網(wǎng)絡(luò)誤差設(shè)為0.001的情況下，用高斯函數(shù)訓(xùn)練，一般需要經(jīng)過(guò)2 300步左右網(wǎng)絡(luò)才可以滿足要求。用遺傳算法訓(xùn)練，只需要1 700步。

對(duì)一個(gè)長(zhǎng)10 mm，深5 mm的標(biāo)準(zhǔn)矩形缺陷進(jìn)行檢測(cè)，在兩個(gè)典型溫度點(diǎn)下的網(wǎng)絡(luò)輸出見(jiàn)圖4。圖中實(shí)線是期望的輸出，兩條虛線分別是70℃和－10℃下，未融合的輸出，“ ○”線和“＋”線是這兩個(gè)溫度點(diǎn)下融合后的輸出。由圖可見(jiàn)，融合前的兩條輸出波形偏離目標(biāo)曲線，而且表示缺陷特征的波峰波谷的水平和豎直間距與目標(biāo)值有一定的差距。融合后的輸出與期望值幾乎重合，補(bǔ)償效果顯著。圖5是反演后的缺陷圖。線型的意義與圖4相同。－10℃和70℃下的數(shù)據(jù)融合后反演出的缺陷與實(shí)際缺陷基本重合。未融合數(shù)據(jù)反演出的缺陷與實(shí)際缺陷深度有偏差。

定義傳感器的溫度敏感系數(shù)αS為在工作溫度范圍內(nèi)，溫度變化1 K所引起的輸出電壓最大相對(duì)變化的平均值。

其中，S∈(1，2，…，44)為測(cè)量點(diǎn)序號(hào)，隨著裝置在管道內(nèi)爬行，代表不同的檢測(cè)位置。t1、t2是工作溫度的上、下限值，U(t1)、U(t2)是S處溫度分別為t1、t2時(shí)傳感器的輸出值。用測(cè)試數(shù)據(jù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行校驗(yàn)，檢驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)的靈敏度和適應(yīng)能力。融合前后7個(gè)傳感器的平均溫度敏感系數(shù)分別為3.1×10-3K-1和2.3×10-5K-1?？梢?jiàn)，多傳感器融合進(jìn)行溫度補(bǔ)償后傳感器的溫度敏感系數(shù)降低了兩個(gè)數(shù)量級(jí)。

4結(jié)論
該文將數(shù)據(jù)融合理論和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法應(yīng)用到漏磁傳感器誤差補(bǔ)償中，大大提高了漏磁檢測(cè)傳感器的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。對(duì)多個(gè)漏磁傳感器和溫度傳感器檢測(cè)數(shù)據(jù)融合后，輸出值的溫度敏感系數(shù)降低了兩個(gè)數(shù)量級(jí)，為整個(gè)檢測(cè)系統(tǒng)在高溫環(huán)境下測(cè)得高準(zhǔn)確度的結(jié)果提供了保障。當(dāng) 輸入節(jié)點(diǎn)多時(shí)，用遺傳算法比用高斯函數(shù)訓(xùn)練網(wǎng)絡(luò)速度快。