[發(fā)明專利]一種基于改進神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的混凝土內(nèi)部鋼筋無損檢測系統(tǒng)及控制方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810095703.5
• 申請日: 2018-01-31
• 公開（公告）號: CN108614032B
• 公開（公告）日: 2022-06-21
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李天博;尹玉瀚;陳宇川;肖海龍
• 申請（專利權(quán)）人: 江蘇大學(xué)
• 主分類號: G01N27/90
• 分類號: G01N27/90;G01B7/06;G01B7/12;G06N3/08
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• 代理人: 暫無信息

1.基于改進神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的混凝土內(nèi)部鋼筋無損檢測系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，所述檢測系統(tǒng)包括線圈陣列式傳感器，下位機和上位機三部分；

線圈陣列式傳感器通過線圈結(jié)構(gòu)變化以及排布處理，用于鋼筋的定位和鋼筋渦流信號的采集，線圈陣列式傳感器包括激勵線圈、檢測模塊，檢測模塊包括定位輔助檢測線圈和主檢測線圈；下位機部分包括嵌入式控制器、信號發(fā)生電路、信號處理電路、AD采樣電路、電子顯示屏、功能按鍵、WIFI模塊、光柵測距模塊；線圈陣列式傳感器的激勵線圈和信號發(fā)生電路相連，線圈陣列式傳感器的檢測模塊和信號處理電路相連，信號處理電路和AD采樣電路相連，嵌入式控制器分別和信號發(fā)生電路、AD采樣電路、電子顯示屏、功能按鍵、WIFI模塊、光柵測距模塊相連，WIFI模塊和上位機無線連接，嵌入式控制器用于產(chǎn)生激勵信號，檢測信號處理和下位機控制；上位機部分包括訓(xùn)練完成的改進神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)以及顯示界面，上位機部分用于鋼筋保護層厚度鋼筋直徑的運算以及最終結(jié)果的顯示；

所述激勵線圈內(nèi)部包裹四個對稱排列的定位輔助檢測線圈，激勵線圈中心以及正上方各放置一個主檢測線圈；

基于改進神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的混凝土內(nèi)部鋼筋無損檢測系統(tǒng)具備鋼筋精確定位功能，通過對比定位線圈渦流感應(yīng)信號之間大小關(guān)系，完成鋼筋精確定位功能，定位算法流程如下，定位過程分為水平定位于垂直定位兩步驟，步驟如下：

步驟1，進行水平定位，將定位輔助檢測線圈A、C兩組信號相加，同理B、D線圈信號亦相加，比較兩個信號相加量是否相等，根據(jù)二者大小關(guān)系左右移動儀器，進行水平定位，當(dāng)二者相等進入步驟2；

步驟2，進行垂直定位，將定位輔助檢測線圈A、D兩組信號相加，同理B、C線圈信號亦相加，比較兩個信號相加量是否相等，根據(jù)二者大小關(guān)系左右旋轉(zhuǎn)儀器，進行垂直定位，當(dāng)二者相等定位完成；

所述控制方法包含如下步驟：

步驟1，嵌入式控制器驅(qū)動信號發(fā)生電路產(chǎn)生激勵信號并通入線圈陣列式傳感器中激勵線圈，鋼筋受到激勵信號影響產(chǎn)生渦流信號；

步驟2，線圈陣列式傳感器中檢測模塊采集鋼筋所產(chǎn)生的渦流信號，下位機處理后以WIFI方式傳輸至上位機；

步驟3，信號傳輸完成后，上位機調(diào)用已訓(xùn)練完成的改進神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，對于鋼筋直徑和保護層厚度進行識別，最終通過顯示界面顯示；

所述的已訓(xùn)練完成的改進神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)包括建立五個不同子神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，五個不同的子神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)同時對鋼筋數(shù)據(jù)進行運算，得到五組鋼筋保護層厚度以及鋼筋直徑預(yù)測值，并舍去五組保護層厚度和鋼筋直徑預(yù)測值中的最大值和最小值，再將剩余三組預(yù)測值進行平均運算，以此作為最終輸出結(jié)果。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于改進神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的混凝土內(nèi)部鋼筋無損檢測系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，定位輔助檢測線圈置于激勵線圈內(nèi)部且呈對稱排列，主檢測線圈處于激勵線圈中心位置，以保證整體傳感器的對稱性，激勵線圈通以固定頻率PWM電壓，檢測線圈無電壓輸入或直流電壓輸入。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于改進神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的混凝土內(nèi)部鋼筋無損檢測系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，所述的子神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)均由輸入層，隱含層，輸出層三層結(jié)構(gòu)組成，層與層直接節(jié)點采用權(quán)連接方式連接。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于改進神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的混凝土內(nèi)部鋼筋無損檢測系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，所述的子神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，將線圈所采集的信號經(jīng)過歸一化處理后作為輸入量，通過輸入層輸入，每個隱含層節(jié)點的輸出函數(shù)均為：

X_j＝f(S_j)

X_i為前層節(jié)點中的第i個節(jié)點輸出，X_j為本層第j個節(jié)點輸出，ω_ij為連接二者之間的權(quán)，b_j為調(diào)整閥值，f為激活函數(shù)，一般采用sigmoid函數(shù)，即：

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于改進神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的混凝土內(nèi)部鋼筋無損檢測系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，所述的子神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建過程如下:

步驟a，獲取不同標(biāo)準(zhǔn)鋼筋試件在不同標(biāo)準(zhǔn)保護層厚度下的線圈信號，將該線圈信號作為訓(xùn)練樣本中的輸入樣本，而不同標(biāo)準(zhǔn)試件的直徑與保護層厚度作為訓(xùn)練樣本中的輸出樣本；

步驟b，將訓(xùn)練樣本亂序后分批，獲取子神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練樣本；

步驟c，將子訓(xùn)練樣本中的輸入樣本送至子神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，并經(jīng)過輸入層與隱含層進行層層運算，最終預(yù)測結(jié)果通過輸出層輸出；

步驟d，預(yù)測結(jié)果與子訓(xùn)練樣本中的輸出樣本進行比較，獲取其誤差，若誤差滿足要求訓(xùn)練完成，不滿足要求根據(jù)誤差層層回傳對各層權(quán)值進行修改，并返回步驟c再次對神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進行訓(xùn)練。