基于优化神经网络的磁弹电感传感器温度补偿试验研究_周建庭.pdf
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1、第 卷第 期重 庆 交 通 大 学 学 报(自 然 科 学 版)年 月 ():基于优化神经网络的磁弹电感传感器温度补偿试验研究周建庭,谭 奎,张向和,张森华,尹昌华(重庆交通大学 土木工程学院,重庆;重庆交通大学 省部共建山区桥梁及隧道工程国家重点实验室,重庆;重庆市市政设施管理局,重庆)摘要:磁弹电感传感器是磁弹电感法监测预应力钢绞线应力的主要设备。温度会引起监测误差,为提升监测精度,首先,分析了磁弹电感法监测应力的原理以及温度影响机理;其次,对4组不同张拉控制力的预应力钢绞线进行温度补偿试验,研究了传感器的温度敏感性,发现传感器电感漂移与变温幅度和路径相关,温度引起的相对误差最大达1 1.
2、1%;最后,利用K折交叉验证方法,分别采用B P神经网络与优化后的G A-B P神经网络进行温度补偿。研究结果表明:相较于B P神经网络,G A-B P神经网络可有效修正温度误差,提升泛化能力,优化后相对误差降至3.3%。关 键 词:桥梁工程;磁弹电感法;预应力监测;温度补偿;K折交叉验证;优化神经网络中图分类号:U 4 4 8.3 5文献标志码:A文章编号:1 6 7 4-0 6 9 6(2 0 2 3)0 1-0 1 5-0 6E x p e r i m e n t a l S t u d yo nT e m p e r a t u r eC o m p e n s a t i o no
3、fM a g n e t o-E l a s t i cI n d u c t a n c eS e n s o rB a s e do nO p t i m i z e dN e u r a lN e t w o r kZ HOUJ i a n t i n g1,2,T ANK u i1,Z HANGX i a n g h e3,Z HANGS e n h u a1,Y I NC h a n g h u a1(1.S c h o o l o fC i v i lE n g i n e e r i n g,C h o n g q i n gJ i a o t o n gU n i v e r
4、s i t y,C h o n g q i n g4 0 0 0 7 4,C h i n a;2.S t a t eK e yL a b o r a t o r yo fB r i d g ea n dT u n n e lE n g i n e e r i n g i nM o u n t a i n o u sA r e a sJ o i n t l yC o n s t r u c t e db yP r o v i n c i a l a n dM i n i s t r y,C h o n g q i n gJ i a o t o n gU n i v e r s i t y,C h
5、 o n g q i n g4 0 0 0 7 4,C h i n a;3.C h o n g q i n gM u n i c i p a lF a c i l i t i e sM a n a g e m e n tB u r e a u,C h o n g q i n g4 0 0 0 1 5,C h i n a)A b s t r a c t:M a g n e t o-e l a s t i c i n d u c t a n c es e n s o r i s t h em a i ne q u i p m e n t t om o n i t o rt h es t r e s
6、 so fp r e s t r e s s e ds t e e l s t r a n db ym a g n e t o-e l a s t i ci n d u c t a n c em e t h o d,b u tt h et e m p e r a t u r ew i l lc a u s em o n i t o r i n ge r r o r.I no r d e rt oi m p r o v et h em o n i t o r i n ga c c u r a c y,f i r s t l y,t h ep r i n c i p l eo fs t r e s
7、 s m o n i t o r e d b y m a g n e t o-e l a s t i ci n d u c t a n c e m e t h o da n dt h ei n f l u e n c em e c h a n i s mo f t e m p e r a t u r ew e r ea n a l y z e d.S e c o n d l y,f o u rg r o u p so fp r e s t r e s s e ds t e e l s t r a n d sw i t hd i f f e r e n tt e n s i o nc o n t
8、 r o l f o r c e sw e r e t e s t e df o rt e m p e r a t u r ec o m p e n s a t i o n,a n dt h et e m p e r a t u r es e n s i t i v i t yo f t h es e n s o rw a ss t u d i e dt of i n dt h a t t h es e n s o r i n d u c t a n c ed r i f tw a sr e l a t e dt ot h e t e m p e r a t u r ev a r i a t
9、i o na m p l i t u d ea n dp a t h,a n dt h er e l a t i v ee r r o rc a u s e db yt e m p e r a t u r ew a su pt o1 1.1%.F i n a l l y,B Pn e u r a ln e t w o r ka n do p t i m i z e dG A-B Pn e u r a ln e t w o r kw e r er e s p e c t i v e l yu s e dt oc o m p e n s a t e t e m p e r a t u r eb y
10、K-f o l dc r o s sv e r i f i c a t i o nm e t h o d.T h e r e s e a r c hr e s u l t ss h o wt h a t:c o m p a r e dw i t hB Pn e u r a l n e t w o r k,GA-B Pn e u r a l n e t w o r kc a ne f f e c t i v e l yc o r r e c t t h e t e m p e r a t u r ee r r o r,i m p r o v e t h eg e n e r a l i z a
11、t i o na b i l i t y,a n dr e d u c e t h er e l a t i v ee r r o r t o3.3%a f t e ro p t i m i z a t i o n.K e y w o r d s:b r i d g e e n g i n e e r i n g;m a g n e t o-e l a s t i c i n d u c t a n c e m e t h o d;p r e s t r e s s m o n i t o r i n g;t e m p e r a t u r ec o m p e n s a t i o n
12、;K-f o l dc r o s sv a l i d a t i o n;o p t i m i z a t i o nn e u r a l n e t w o r k 收稿日期:;修订日期:基金项目:国家自然科学基金项目();重庆市自然科学基金创新群体科学基金项目();重庆市技术创新与应用发展专项重点项目();重庆交通大学研究生科研创新(创新基金)项目()第一作者:周建庭(),男,浙江金华人,教授,博士,主要从事桥梁检测与加固、结构损伤与健康监测方面的研究。:通信作者:谭 奎(),男,重庆人,硕士研究生,主要从事桥梁检测与加固方面的研究。:引 言磁弹电感法是基于磁弹效应和电磁感应现象提
13、出,利用与被测构件应力相关的传感器电感来获取被测构件应力。磁弹电感传感器可用于监测钢绞线的有效预应力,具有响应快、安装简易、精度高等优点。磁弹电感传感器受环境温度变化影响,获取的电感值易发生漂移,进而影响监测精度,故需对传感器进行温度补偿以提高磁弹电感传感器监测精度。现有温度补偿方法可分为硬件补偿方法和软件补偿方法。在硬件补偿方面,等利用信号调理电路降低了压力传感器温度交叉敏感性;等通过增设温度敏感传感器进行温度补偿;唐德东等提出的差动式温度补偿结构在温度区间为 内补偿效果较好。由于硬件补偿方法需改变传感器结构,使传感器尺寸大、造价高,故软件补偿方法更为实用。软件补偿方法包含拟合多项式法、神经
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- 关 键 词:
- 基于 优化 神经网络 电感 传感器 温度 补偿 试验 研究 周建庭
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