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(cè)量值，同時(shí)能夠?qū)ψ陨淼墓ぷ餍阅?、狀態(tài)進(jìn)行在線評(píng)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(cè)量與控制系統(tǒng)的可靠性。目前國(guó)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(jiàn)自確認(rèn)壓力傳感器的相關(guān)報(bào)道。本課題受國(guó)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(cè)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(wèn)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(guò)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(cè)，針對(duì)傳感器探頭的冗余設(shè)計(jì)，將一致性檢驗(yàn)用于主測(cè)量應(yīng)變片的故障檢測(cè)，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(wèn)題，針對(duì)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(cè)器用于故障檢測(cè)和短時(shí)數(shù)據(jù)恢復(fù)，在預(yù)測(cè)精度、預(yù)測(cè)步數(shù)和執(zhí)行效率上均優(yōu)于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)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(duì)故障信號(hào)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(shí)別的故障診斷方法。從特征評(píng)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(duì)于信號(hào)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(wèn)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(wèn)題，研究了基于共享函數(shù)小生境遺傳算法的LS-SVM預(yù)測(cè)器和SVM

5、二分類器的參數(shù)優(yōu)化方法，選取了在預(yù)測(cè)誤差最小條件下的LS-SVM預(yù)測(cè)器參數(shù)和在分類識(shí)別率最高、分類器結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)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(cè)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(cè)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(duì)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