基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)融合的傳感器溫度誤差補償

目前，我國在役長距離油氣輸送管道總長兩萬公里左右，腐蝕導(dǎo)致的油氣泄漏事故時有發(fā)生，造成了經(jīng)濟損失、能源浪費。因此，對油氣管道進行檢測在國民經(jīng)濟中占有極為重要的地位。漏磁檢測法是國家863高科技項目“管道檢測爬行器”采用的主要技術(shù)。其中的關(guān)鍵部件——InSb霍爾傳感器由于半導(dǎo)體材料的固有特性和制造工藝的缺陷，對溫度敏感，需要采用一定的溫度補償措施［1］。該文針對已研制成功的檢測設(shè)備，采用多傳感器數(shù)據(jù)融合方式消除溫度誤差。構(gòu)建了多傳感器融合模型，選用徑向基函數(shù)(Radial Basis Function,RBF)網(wǎng)絡(luò)對磁敏傳感器和溫度傳感器的輸出進行融合，并通過實驗驗證了該方法的有效性。檢測系統(tǒng)的準確度和穩(wěn)定性有了明顯的提高。

1漏磁檢測裝置及傳感器溫度特性
1.1漏磁檢測原理及裝置
漏磁檢測法是近年來廣泛應(yīng)用于輸油輸氣管道檢測的有效方法，原理如圖1所示。如果被測管壁沒有缺陷，磁力線閉合；如果有缺陷，磁力線將穿出管壁而產(chǎn)生漏磁場［2］。磁敏傳感器將漏磁場的大小轉(zhuǎn)化為電壓數(shù)據(jù)輸出，輸出波形的幅度同缺陷的深度、波形的峰峰水平間距同缺陷寬度均是近似的線 性關(guān)系。因此，由漏磁信號波形可以反演出缺陷的形狀［3］。

已研制的管道檢測裝置由驅(qū)動機器人、系統(tǒng)控制器、供電部件、漏磁檢測部件、數(shù)據(jù)預(yù)處理部件和定位裝置6部分組成。檢測時，系統(tǒng)控制器控制驅(qū)動機器人帶動各個部件在管道中爬行，漏磁檢測傳感器組獲取管道狀態(tài)信息并將檢測數(shù)據(jù)送預(yù)處理部件放大、去噪、壓縮并存儲，以備離線分析反演。定位裝置用于確定檢測系統(tǒng)當前位置。
1.2InSb溫度特性
漏磁檢測傳感器組選用了InSb霍爾元件作為敏感元件?；魻栐c其他常用的磁敏傳感器相比體積小、功耗小、耐震動、不怕油污、水汽等的污染或腐蝕，靈敏度高。但是該檢測裝置工作于溫度、壓力較高，且經(jīng)常變化的環(huán)境下，霍爾傳感器的輸出電壓誤差較大。圖2是不同材料構(gòu)成的霍爾傳感器輸出電壓與溫度變化的關(guān)系曲線［1］。InSb非線性嚴重。

多傳感器融合實現(xiàn)誤差補償
多傳感器信息融合是20世紀70年代興起的一個新學(xué)科，已廣泛應(yīng)用于目標識別、狀態(tài)估計、威脅估計等領(lǐng)域。該技術(shù)將來自多個傳感器的數(shù)據(jù)進行多級別、多方面、多層次的處理，從而產(chǎn)生新的有意義的信息，這種信息是任何單一傳感器無法獲得的［4］。
2.1補償模型
該文嘗試將多傳感器信息融合應(yīng)用于誤差補償中。在檢測裝置的漏磁傳感器部件中加入一個溫度傳感器，實時記錄工作環(huán)境的溫度。國內(nèi)輸油輸氣管道管徑普遍較小，設(shè)備已排列7圈，共70個漏磁傳感器，空間緊張。而且，部件密封，內(nèi)部環(huán)境溫度變化緩慢，因此只加入一個溫度傳感器。將軸向分布的10排(每排7個)漏磁傳感器分別和溫度傳感器的輸出進行融合，得到管道各個部分缺陷的特征參數(shù)和反演圖形，其模型見圖3所示。信息融合策略采用RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，其融合來自8個傳感器的數(shù)據(jù)。