基于神經網絡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，腐蝕導致的油氣泄漏事故時有發生，造成了經濟損失、能源浪費。因此，對油氣管道進行檢測在國民經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。其中的關鍵部件——InSb霍爾傳感器由于半導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備，采用多傳感器數據融合方式消除溫度誤差。構建了多傳感器融合模型，選用徑向基函數(Radial Basis Function,RBF)網絡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。檢測系統的準確度和穩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生漏磁場［2］。磁敏傳感器將漏磁場的大小轉化為電壓數據輸出，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動機器人、系統控制器、供電部件、漏磁檢測部件、數據預處理部件和定位裝置6部分組成。檢測時，系統控制器控制驅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信息并將檢測數據送預處理部件放大、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。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、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，且經常變化的環境下，霍爾傳感器的輸出電壓誤差較大。圖2是不同材料構成的霍爾傳感器輸出電壓與溫度變化的關系曲線［1］。InSb非線性嚴重。

多傳感器融合實現誤差補償
多傳感器信息融合是20世紀70年代興起的一個新學科，已廣泛應用于目標識別、狀態估計、威脅估計等領域。該技術將來自多個傳感器的數據進行多級別、多方面、多層次的處理，從而產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，實時記錄工作環境的溫度。國內輸油輸氣管道管徑普遍較小，設備已排列7圈，共70個漏磁傳感器，空間緊張。而且，部件密封，內部環境溫度變化緩慢，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和反演圖形，其模型見圖3所示。信息融合策略采用RBF神經網絡，其融合來自8個傳感器的數據。