自確認(rèn)壓力傳感器的研究.pdf

1、自確認(rèn)傳感器是一種不僅能輸出測量值，同時(shí)能夠?qū)ψ陨淼墓ぷ餍阅?、狀態(tài)進(jìn)行在線評估的新型傳感器，能夠?qū)崿F(xiàn)故障的自診斷和自恢復(fù)，輸出信息更加豐富和優(yōu)化，大大提高了測量與控制系統(tǒng)的可靠性。目前國內(nèi)外學(xué)者已經(jīng)研制了自確認(rèn)溫度、流量和溶解氧傳感器，還未見自確認(rèn)壓力傳感器的相關(guān)報(bào)道。本課題受國家自然科學(xué)基金資助，旨在研究自確認(rèn)傳感器理論及自確認(rèn)壓力傳感器的實(shí)現(xiàn)。論文設(shè)計(jì)了自確認(rèn)壓力傳感器結(jié)構(gòu)，研究了自確認(rèn)壓力傳感器故障檢測與診斷算法、自確認(rèn)參數(shù)計(jì)算方

2、法，研制了自確認(rèn)壓力傳感器樣機(jī)，解決了自確認(rèn)壓力傳感器的若干關(guān)鍵技術(shù)問題。論文主要完成的研究工作如下：
　　1.設(shè)計(jì)了基于圓平膜片結(jié)構(gòu)的自確認(rèn)壓力傳感器探頭的結(jié)構(gòu)參數(shù)，通過有限元分析，確定了彈性體的有效工作區(qū)域、固有頻率、工作帶寬和線性度指標(biāo)。設(shè)計(jì)了應(yīng)變片在彈性體上的多組布片方案，制作了粘貼式電阻應(yīng)變式自確認(rèn)壓力傳感器探頭。
　　2.為實(shí)現(xiàn)故障的自檢測，針對傳感器探頭的冗余設(shè)計(jì)，將一致性檢驗(yàn)用于主測量應(yīng)變片的故障檢測，將求取

3、最大一致性傳感器組轉(zhuǎn)換為圖論中求取最大全通圖問題，針對本文節(jié)點(diǎn)數(shù)較少的情況，提出了求取最大全通圖的兩步搜索法，高效的、精確的求取所有最大全通圖。當(dāng)一致性檢驗(yàn)失效時(shí)，設(shè)計(jì)了最小二乘支持向量(LS-SVM)預(yù)測器用于故障檢測和短時(shí)數(shù)據(jù)恢復(fù)，在預(yù)測精度、預(yù)測步數(shù)和執(zhí)行效率上均優(yōu)于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測器。
　　3.為實(shí)現(xiàn)故障的自診斷，在分析自確認(rèn)壓力傳感器故障模式基礎(chǔ)上，針對故障信號的非平穩(wěn)特性和故障診斷小樣本特性，研究了基于小波包分解、經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｊ?/p>

4、分解故障特征提取和層次支持向量多分類器故障狀態(tài)識別的故障診斷方法。從特征評估，能量泄露和算法實(shí)時(shí)性角度出發(fā)，選擇了適合于自確認(rèn)壓力傳感器故障特征提取的小波函數(shù)與小波包分解層數(shù)，利用k-均值聚類算法設(shè)計(jì)了層次支持向量多分類器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。此方法滿足了故障診斷對于信號幅值和故障起始時(shí)刻的魯棒性要求，解決了故障診斷的小樣本問題。
　　4.為解決支持向量機(jī)應(yīng)用中的模型參數(shù)優(yōu)化問題，研究了基于共享函數(shù)小生境遺傳算法的LS-SVM預(yù)測器和SVM

5、二分類器的參數(shù)優(yōu)化方法，選取了在預(yù)測誤差最小條件下的LS-SVM預(yù)測器參數(shù)和在分類識別率最高、分類器結(jié)構(gòu)最簡單條件下的SVM二分類器參數(shù)。
　　5.為求取自確認(rèn)參數(shù)，提出了一種綜合考慮傳感器測量精度及傳感器之間一致性程度的一致性數(shù)據(jù)融合方法，用于確認(rèn)的測量值的計(jì)算。提出了一種基于可靠性理論和貝葉斯理論的確認(rèn)的不確定度計(jì)算方法，定量的考慮了各種自確認(rèn)信息對于確認(rèn)的不確定度的影響。
　　6.設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了基于雙DSP的自確認(rèn)壓力傳