Application of Taguchi method in design of surface eddy current probes for diagnostics of power equipment

Abstract

The article’s aim is to create a method of reducing the influence on the surface eddy current probes output signal of a number of interfering parameters without their elimination, to ensure its stability, which is achieved as a result of computer search of design and operating values of probes Taguchi-parameters at the stage of their design. To achieve the goal the following tasks were carried out: software for calculating the output signal of surface probes, which is based on the electrodynamic model of the measurement process for the test object in the form of a conductive plate of infinite overall dimensions and finite thickness; using the Taguchi method, a special design of experiments with the use of orthogonal arrays is constructed, the fulfillment of which makes it possible to determine the influence of each parameter and their complex nonlinear interaction on the output signal of the probe; by integrating the Taguchi method with computer numerical simulation, the optimal controllable parameters of the probe were determined, minimizing the signal changes caused by noise factors. The most important research result is the method creation of providing the signals probes stability and reducing the influence of noise parameters on them simultaneously without their elimination. The method effectiveness is demonstrated on the example of designing a thickness gauge, which allowed computer search for a set of its optimal parameters to maximize the signal-to-noise ratio, thereby reducing the signal variability. The significance of the obtained results lies in the creation of theoretical and practical approaches to the design of surface eddy current probes with new properties of interfering factors suppression, which provide the best conditions for reliable diagnostics of power equipment objects.

Este propusă o metodă pentru reducerea influenței unui număr de parametri de zgomot simultani asupra semnalului de ieșire al sondelor de suprafață de curent turbionar. Acest lucru asigură stabilitatea sondelor de semnal cu proprietăți nou dobândite, reducând variabilitatea acestuia. Măsurile corespunzătoare sunt luate în etapa de proiect prin căutarea computerului atât a parametrilor Taguchi de proiectare, cât și de operare ai sondelor. În acest scop, se propune utilizarea integrării metodei Taguchi cu modelarea computerizată numerică. A fost creat software-ul corespunzător pentru calcularea semnalelor de ieșire ale sondelor de suprafață, care se bazează pe modelul electrodinamic al procesului de măsurare a unui obiect de testare sub formă de dimensiuni infinite și grosime finită a unei plăci conductoare. Modelul matematic, într-o formă analitică, conectează toți parametrii influenți cu un singur raport. Metoda lui Taguchi se bazează pe un design special al experimentului, a cărui implementare ne permite să determinăm efectul fiecărui parametru și interacțiunea complexă a acestora asupra semnalului de ieșire al sondei. Designul este construit folosind rețele ortogonale, ceea ce îl face mai eficient. În urma experimentelor cu procesare statistică adecvată, s-au obținut valorile parametrilor optimi ai sondei, care minimizează modificările semnalului cauzate de parametrii de zgomot. Valorile lor sunt estimate ținând cont de proprietatea „mai mare este mai bine” pentru caracteristica statistică sub forma raportului semnal-zgomot introdus de Taguchi în acest scop. Semnificația rezultatelor obținute constă în crearea de abordări teoretice și practice pentru proiectarea traductoarelor de curenți turbionari cu noi proprietăți de suprimare a factorilor de interferență, care oferă cele mai bune condiții pentru diagnosticarea fiabilă a obiectelor echipamentelor electrice.

Цель статьи заключается в создании метода ослабления влияния на выходной сигнал ряда препятствующих измерениям накладными вихретоковыми преобразователями параметров без их физического устранения, обеспечения его стабильности, что достигается в результате компьютерного поиска конструктивных и режимных значений Тагучи-параметров преобразователей на этапе их проектирования. Для достижения поставленной цели выполнялись следующие задачи: создано программное обеспечение для расчета выходного сигнала накладных преобразователей, в основе которого заложена электродинамическая модель процесса измерений для объекта контроля в виде токопроводящей пластины бесконечных габаритных размеров и конечной толщины; с использованием метода Тагучи построен специальный план экспериментов с применением ортогональных массивов, выполнение которого позволяет определить влияние каждого параметра и их сложного нелинейного взаимодействия на выходной сигнал преобразователя; интеграцией метода Тагучи с компьютерным численным моделированием определены оптимальные контролируемые параметры преобразователя, сводящие к минимуму изменения сигнала, вызванные шумовыми факторами. Оценка оптимальных значений продуктивных параметров проектирования выполняется с учетом свойства «larger is better» для статистической характеристики в виде отношения сигнал/шум, введенной для этого. Важнейшими результатами исследований является создание метода обеспечения, уже на этапе проектирования, устойчивости выходных сигналов преобразователей и ослабление влияния на них одновременно всей совокупности шумовых параметров без их фактического устранения. Продемонстрирована эффективность предложенного метода на примере проектирования вихретокового толщиномера, что позволило компьютерным поиском совокупности его оптимальных конструктивных и режимных параметров максимизировать отношение сигнал/шум, тем самым уменьшив вариабельность сигнала и его зависимость от помех. Значимость полученных результатов заключается в создании теоретических и практических подходов к проектированию накладных вихретоковых преобразователей с новыми свойствами подавления мешающих факторов, которые обеспечивают наилучшие условия для надежной диагностики объектов энергетического оборудования.