基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)融合的傳感器溫度誤差補(bǔ)償

目前，我國(guó)在役長(zhǎng)距離油氣輸送管道總長(zhǎng)兩萬(wàn)公里左右，腐蝕導(dǎo)致的油氣泄漏事故時(shí)有發(fā)生，造成了經(jīng)濟(jì)損失、能源浪費(fèi)。因此，對(duì)油氣管道進(jìn)行檢測(cè)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有極為重要的地位。漏磁檢測(cè)法是國(guó)家863高科技項(xiàng)目“管道檢測(cè)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(duì)溫度敏感，需要采用一定的溫度補(bǔ)償措施［1］。該文針對(duì)已研制成功的檢測(cè)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(duì)磁敏傳感器和溫度傳感器的輸出進(jìn)行融合，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該方法的有效性。檢測(cè)系統(tǒng)的準(zhǔn)確度和穩(wěn)定性有了明顯的提高。

1漏磁檢測(cè)裝置及傳感器溫度特性
1.1漏磁檢測(cè)原理及裝置
漏磁檢測(cè)法是近年來(lái)廣泛應(yīng)用于輸油輸氣管道檢測(cè)的有效方法，原理如圖1所示。如果被測(cè)管壁沒(méi)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(chǎng)［2］。磁敏傳感器將漏磁場(chǎng)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(hào)波形可以反演出缺陷的形狀［3］。

已研制的管道檢測(cè)裝置由驅(qū)動(dòng)機(jī)器人、系統(tǒng)控制器、供電部件、漏磁檢測(cè)部件、數(shù)據(jù)預(yù)處理部件和定位裝置6部分組成。檢測(cè)時(shí)，系統(tǒng)控制器控制驅(qū)動(dòng)機(jī)器人帶動(dòng)各個(gè)部件在管道中爬行，漏磁檢測(cè)傳感器組獲取管道狀態(tài)信息并將檢測(cè)數(shù)據(jù)送預(yù)處理部件放大、去噪、壓縮并存儲(chǔ)，以備離線分析反演。定位裝置用于確定檢測(cè)系統(tǒng)當(dāng)前位置。
1.2InSb溫度特性
漏磁檢測(cè)傳感器組選用了InSb霍爾元件作為敏感元件。霍爾元件與其他常用的磁敏傳感器相比體積小、功耗小、耐震動(dòng)、不怕油污、水汽等的污染或腐蝕，靈敏度高。但是該檢測(cè)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(yán)重。

多傳感器融合實(shí)現(xiàn)誤差補(bǔ)償
多傳感器信息融合是20世紀(jì)70年代興起的一個(gè)新學(xué)科，已廣泛應(yīng)用于目標(biāo)識(shí)別、狀態(tài)估計(jì)、威脅估計(jì)等領(lǐng)域。該技術(shù)將來(lái)自多個(gè)傳感器的數(shù)據(jù)進(jìn)行多級(jí)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(wú)法獲得的［4］。
2.1補(bǔ)償模型
該文嘗試將多傳感器信息融合應(yīng)用于誤差補(bǔ)償中。在檢測(cè)裝置的漏磁傳感器部件中加入一個(gè)溫度傳感器，實(shí)時(shí)記錄工作環(huán)境的溫度。國(guó)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(gè)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(gè)溫度傳感器。將軸向分布的10排(每排7個(gè))漏磁傳感器分別和溫度傳感器的輸出進(jìn)行融合，得到管道各個(gè)部分缺陷的特征參數(shù)和反演圖形，其模型見(jiàn)圖3所示。信息融合策略采用RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，其融合來(lái)自8個(gè)傳感器的數(shù)據(jù)。