用于金屬探測(cè)的混沌振子系統(tǒng)研究.pdf

1、金屬探測(cè)器是一種金屬檢出設(shè)備，它利用電磁、射線(xiàn)等物理原理，對(duì)混合物品中的金屬雜質(zhì)或人體攜帶的金屬物品(如鐵、銅、不銹鋼等)產(chǎn)生感應(yīng)信號(hào)，從而達(dá)到報(bào)警剔除目的，起到保護(hù)生產(chǎn)設(shè)備、對(duì)食品醫(yī)藥等產(chǎn)品進(jìn)行質(zhì)量控制、保護(hù)人身安全等作用。本文主要研究對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行質(zhì)量控制的金屬探測(cè)器，要探測(cè)到混入食品、醫(yī)藥中微小金屬顆粒，高靈敏度報(bào)警是關(guān)鍵，為了提高探測(cè)器的靈敏度，本文首次把混沌檢測(cè)理論應(yīng)用于金屬探測(cè)領(lǐng)域，為金屬探測(cè)領(lǐng)域提供了新的檢測(cè)方法和技術(shù)。

2、>　　 就目前所查閱的資料，國(guó)內(nèi)外尚無(wú)把混沌檢測(cè)技術(shù)用于金屬探測(cè)的報(bào)道，因此本課題是應(yīng)用基礎(chǔ)研究?；煦鐧z測(cè)系統(tǒng)用于金屬探測(cè)不是混沌檢測(cè)系統(tǒng)和探測(cè)器探頭機(jī)械的組合，而是充分結(jié)合金屬探測(cè)的特點(diǎn)，研究出適合金屬探測(cè)的混沌檢測(cè)系統(tǒng)，特別能解決較高頻率情況下混沌檢測(cè)系統(tǒng)的閾值確定及狀態(tài)判別、高頻混沌檢測(cè)電路、探測(cè)盲區(qū)等金屬探測(cè)特有的技術(shù)問(wèn)題。所創(chuàng)新的技術(shù)、改進(jìn)的方法能為在其它方面的應(yīng)用例如：管道探傷、電力系統(tǒng)的諧波分析、故障報(bào)警等奠定基礎(chǔ)和提供

3、思路。
　　 另外，隨著用戶(hù)對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的要求日益增加，國(guó)家對(duì)食品、醫(yī)藥等產(chǎn)品嚴(yán)把質(zhì)量關(guān)，對(duì)產(chǎn)品的安全性監(jiān)管力度加大，高靈敏度金屬探測(cè)器市場(chǎng)將會(huì)十分廣闊。如果研發(fā)出一種靈敏度高且成本低的金屬探測(cè)器產(chǎn)品，可期具有一定經(jīng)濟(jì)效益。此外，實(shí)現(xiàn)核心技術(shù)的自主化，還能擺脫對(duì)國(guó)外產(chǎn)品的依賴(lài)，又具有相當(dāng)?shù)纳鐣?huì)效益。本文的主要工作有以下幾方面：
　　 (1)本文首先在總結(jié)現(xiàn)有結(jié)論和方法的基礎(chǔ)上，用Matlab編制了計(jì)算機(jī)軟件程序。該軟件可計(jì)

4、算出不同半徑、材質(zhì)的金屬小球(金屬雜質(zhì))在通過(guò)平衡線(xiàn)圈式金屬探測(cè)器時(shí)發(fā)出的微弱電壓信號(hào)，其目的在于熟悉探測(cè)器探測(cè)金屬雜質(zhì)時(shí)，探頭發(fā)出的微弱電壓信號(hào)與金屬小球的大小和材質(zhì)等參數(shù)的量化關(guān)系，以及其與線(xiàn)圈的尺寸和空間位置、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)電流的大小和頻率等參數(shù)之間的量化關(guān)系。用程序計(jì)算了兩個(gè)算例，得到的電壓信號(hào)就是混沌檢測(cè)系統(tǒng)要檢測(cè)的信號(hào)，分析該信號(hào)的特點(diǎn)，可以確定對(duì)混沌檢測(cè)系統(tǒng)的精度及頻率等設(shè)計(jì)要求，為設(shè)計(jì)適合金屬探測(cè)的混沌檢測(cè)系統(tǒng)提供依據(jù)。

5、>　　 (2)在分析L-Y系統(tǒng)檢測(cè)原理的基礎(chǔ)上，建立了適合金屬探測(cè)器高頻檢測(cè)的L-Y系統(tǒng)，用RHR算法推導(dǎo)了L-Y系統(tǒng)李雅普諾夫指數(shù)的計(jì)算方法，為準(zhǔn)確判斷系統(tǒng)狀態(tài)提供了定量判據(jù)。在此基礎(chǔ)上提出了一種改進(jìn)的數(shù)值仿真模型，該模型把L-Y系統(tǒng)的狀態(tài)方程和求解李雅普諾夫指數(shù)的狀態(tài)方程合在一起，組成一個(gè)隨機(jī)微分方程組，用Matlab的仿真工具箱Simulink構(gòu)建了該模型，并用Simulink求解這個(gè)方程組。該模型可輸出L-Y系統(tǒng)的數(shù)值解和系統(tǒng)

6、相圖，并可同步輸出計(jì)入噪聲影響時(shí)L-Y系統(tǒng)的李雅普諾夫指數(shù)?？捎美钛牌罩Z夫指數(shù)判斷系統(tǒng)狀態(tài)，克服了用相圖法判斷系統(tǒng)狀態(tài)誤差大等局限性，為確定L-Y系統(tǒng)的臨界閾值和研究L-Y系統(tǒng)在噪聲背景下的檢測(cè)性能提供了定量判據(jù)。然后用該模型分析了L-Y系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)行為、對(duì)微弱信號(hào)的敏感性及檢測(cè)性能，仿真結(jié)果表明：L-Y系統(tǒng)是一個(gè)混沌系統(tǒng)，該系統(tǒng)對(duì)初始值非常敏感，當(dāng)正弦信號(hào)的幅值稍微增加，系統(tǒng)就發(fā)生混沌態(tài)到大尺度周期態(tài)的臨界相變，所以該系統(tǒng)可以進(jìn)行較高

7、頻率下的微弱信號(hào)檢測(cè)，并求取了信噪比，驗(yàn)證了該檢測(cè)方法的可行性和有效性。
　　 (3)針對(duì)已有Duffing混沌電路僅適用于低頻情況的問(wèn)題，提出一種改進(jìn)的L-Y混沌檢測(cè)電路，提出先積分后乘以角頻率ω來(lái)設(shè)計(jì)電路的運(yùn)算方式，克服了設(shè)計(jì)高頻L-Y混沌電路時(shí)，高放大倍數(shù)造成的電路瞬間飽和問(wèn)題，適當(dāng)調(diào)整該電路的參數(shù)，可實(shí)現(xiàn)從低頻到高頻的微弱信號(hào)檢測(cè)。使L-Y混沌電路用于高頻微弱信號(hào)的檢測(cè)得以實(shí)現(xiàn)，填補(bǔ)了該研究領(lǐng)域的空白。并對(duì)該電路中各個(gè)單

8、元電路進(jìn)行了詳細(xì)的設(shè)計(jì)。
　　 (4)用電子工作平臺(tái)軟件(Multisim)對(duì)L-Y混沌電路進(jìn)行了仿真分析，對(duì)該電路在較高頻率下的動(dòng)力學(xué)行為、對(duì)微弱信號(hào)的敏感性和檢測(cè)性能進(jìn)行了研究，仿真結(jié)果表明：該電路是一個(gè)混沌電路，對(duì)初始值非常敏感，當(dāng)正弦信號(hào)的幅值稍微增加，電路就發(fā)生混沌態(tài)到大尺度周期態(tài)的臨界相變，可進(jìn)行較高頻率下的微弱信號(hào)檢測(cè)。通過(guò)加入熱噪聲，分析電路在噪聲背景下檢測(cè)微弱信號(hào)的能力，并求取了信噪比。對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)：

9、隨著臨界閾值精度的增加，也即檢測(cè)精度的增加，信噪比越來(lái)越低的現(xiàn)象。另外，分析L-Y系統(tǒng)的電路結(jié)構(gòu)可知，該電路是由兩個(gè)低通濾波器串聯(lián)而成，有濾除高頻噪聲的作用，通過(guò)對(duì)電路進(jìn)行交流仿真，得到系統(tǒng)的幅頻特性，分析其幅頻特性發(fā)現(xiàn)，通過(guò)系統(tǒng)的總的噪聲能量中，超過(guò)截止頻率的高頻噪聲的能量所占的比例是非常小的，驗(yàn)證了該電路對(duì)高頻噪聲有很強(qiáng)的衰減作用，這種現(xiàn)象是Matlab等純數(shù)值仿真難以發(fā)現(xiàn)的。
　　 (5)提出雙路混沌系統(tǒng)反相檢測(cè)法，消除由