基于多传感器数据融合的液压缸泄漏检测技术

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泄漏是液压系统最常见的-类故障，不仅会造成介质浪费和环境污染 ，还将导致温升异常、效率下降、建压困难等问题，严重影响液压系统的工作性能。泄漏按发生部位可分为内泄漏和外泄漏两种，影响因素包括工作压力、油温、密封、结构等，具体成因非常复杂。以液压缸的内泄漏故障为例，常见原因包括：缸孔和活塞因磨损致使配合间隙超限、活塞上的密封圈磨损或老化、活塞与缸筒安装不同心、缸孔径直线性差或局部腰鼓形等。

流量检测是诊断泄漏故障的常见方法，用流量计可准确检测出液压缸的内泄漏及容积效率。然而，传统的流量检测方法需要对液压管路进行拆解后再将流量计串入油路中，存在安全隐患，在武器装备等领域的应用受到极大限制。非介入式检测技术无需对设备进行拆解，有效提高了测试诊断的安全性，在大型装备故障诊断领域具有广泛的应用前景。超声波管外测流是近年来发展迅速的-类非介人式检测方法，但由于造成流量波动的原因很多，对超声波及其回波的影响机理非常复杂，特别是对于液压系统中的小管径油管而言，测量精度较低，难以满足准确诊断的需求。

数据融合可有效解决单-传感器精度不足、信息量欠缺的问题，它是-个多级、多层面的数据处理过程，主要完成对来自多个信息源的数据进行自动检测、关联、相关、估计及组合等处理。故障诊断的数据融合就是依据传感器获得故障表征信息及故障源与故障表征之间的映射关系，回溯系统故障源的过程。

本文针对目前液压缸泄漏故障诊断存在的问题，提出了-种基于非介入式检测和多传感器数据融合的液压缸泄漏检测技术，确定了传感器的配置方案。在推导各传感器对泄漏故障信度函数的基础上，利用D.s融合技术求解传感器组对泄漏故障的-致性描述，进而对泄漏故障进行判定。

1 传感器配置方案液压缸泄漏有多种故障表征，检测信息越多，诊断结果越可靠，但也将造成检测系统复杂，同时对多类信息的关联与决策也越困难。为此，本文提出了基于流量、压力和行程三类关键参数测量的液压缸泄漏检测方案：在液压缸的进油管和出油管分别设置超声波流量传感器 S1和 S2，用以检测液压缸的两侧流量；在进油管设置超声压力传感器 s3，测量液压缸进油腔压力；在液压缸外侧设置伸缩式位移传感器 S4，测量液压缸活塞杆行程。

液压缸泄漏的故障域为： 表示液压缸内泄漏，u 表示液压缸外泄漏，不确定性由0表示。

传感器检测过程受环境影响，容易引入各类噪声，收稿 13期：2012-08-20作者简介：蔡伟(1974-)，男，湖南湘潭人，副教授，工学博士，主要研究方向为自动检测与故障诊断。

90 液压与气动 2013年第2期必须经过放大、滤波等预处理后，再经数据采集系统传输至计算机，利用MATLAB⑩软件对各传感器信号进行特征提取，为下-步信度函数的分配奠定基矗2 信度函数分配传感器获取的信息中不仅包含对各类故障的支持度，也将引入-定的不确定性。信度函数分配就是针对传感器输出信息中的支持度和不确定性进行量化，其计算公式为：imaxCi(ui) (1)[Ⅳc / -·)/( 2)// Ⅳs ( /3j)/I∑ /3 I (3) k 1 /式中，Ci(ui)为传感器 对目标模式 。的相关系数，其中i1，2，，Ⅳ ；Ⅳ 为目标模式数目，且必须大于1；Ⅳ 为传感器总数； 为传感器 的环境加权系数，介于0到1之问； 为传感器 的最大相关系数；/3j为传感器 的相关分配值；Ri为传感器 的可靠性系数。

传感器 对目标模式 i的信度函数为：mj( i)： - - - ∑Ci(ui)N (1-Ri)(1- 0[j/3j)传感器 的不确定性0的信度函数为：( )：(4)(5)∑cj(i)N (1-Rj)(1- 0fj )i1式中相关系数 Cj(ui)的确定需要利用隶属度函数 来代替，其计算公式为：O( j- 0 )/(t - )1- ( j- 0 )/(t -eij)0( j≤ 。ij-tij)(戈。 -tu< j≤ 。ij-e )( 。 -e < j≤ 。 je。j)( 。ije < J≤ 。 )( > 。ij ij)(6)式中，ti 为传感器.7测定目标属于 i模式的隶属度； i表示传感器. 测定的实际特征值；xoli、eji和t i分别表示传感器 测定目标隶属于i模式的标准特征值、特征最大误差和特征最大偏差。在液压缸泄漏检测中， 可用传感器对某类故障测定值的数学期望代替；ei 用传感器正常输出阈值代替；ti。用样本极差来代替。

为了获得各类故障的特征参数，必须对各类故障分别进行模拟和测试，传统故障模拟方法往往需要破坏-个液压元件，针对这个问题，采用-种非破坏性故障模拟的方式，如图 1所示。

当电磁方向控制阀处于中间位置时，模拟回路被截断，这时模拟的是液压缸的无故障状态。当电磁方向控制阀处于左位，液压油则可以从 P，流向P ，这时模拟的则是液压缸的内泄漏状态。且节流阀的阻力系数是可调的，即可控制液压缸的内泄漏的流量。当电磁方向控制阀处于右位时，此时液压缸出口的液压油通过电磁方向控制阀流回油箱，此时模拟的是液压缸的外泄漏状态。

阀图 1 非破坏性故障模拟原理图在模拟的各故障状态下，利用设置的三种类型的传感器获得信号信息，在进行初步的放大过滤处理之后传输至计算机进行特征提取，得到以下几个参数：三种状态(正常、内泄漏、外泄漏)下各传感器信号的期望及信号的样本极差，并设定各信号期望的±10%为正常变化范围，超过则为无效信号。

3 D-S数据融合设 m 、m 分别对应同-识别框架 ###上的信度函数分配，焦元分别为 、A：、、 和曰。、 ：、、 ，设 ：∑ m ( i)mz( )<1，则由下式定义的函数m：Ain2。 [0，1]是联合后的信度函数分配：m(A)∑ m ( )m：( )堕 - ～ A#dp1-c (7)c∑ m (Ai)mz(Bj) (8)AinBj式(8)中c是包含完全冲突假设Ai和 的所有信度函数乘积之和，所谓冲突假设 4i和 Bi，是指假设的目标模式4i和 i在 ###不可同时存在，即相互排斥的。此处表示空集；式(7)中 指假设的目标模式A；和日i布尔组合的-个综合命题，A的信度函数值m(A)是包含不冲突假设 Ai和日 的所有信度函数乘积之和。

2013年第2期 液压与气动 91高压充气站露点仪的改型设计李光华，陈金增，龙满林Retrofit Design of Dew Point Hygrometer in a HighPressure Air Loading StationLI Guang-hua，CHEN Jin-zeng，LONG Man·lin(海军q-程大学 动力工程学院，湖北 武汉 430033)摘 要：针对高压充气站上早期进 口的冷镜式露点仪存在的不足，改型设计出阻容式露点仪，该露点仪具有响应快、精度高、智能化的特点。该文详细介绍了阻容式露点仪的工作原理、结构、部件选型。从性能测试的结果来看，露点仪的改型设计是成功的。

关键词：露点测量；冷镜法；阻容法中图分类号：TH138 文献标志码：B 文章编号：1000-4858(2013)02-0091-03引言舰艇上，在鱼雷和导弹发射、失事排水、艇体均衡、柴油机启动等诚，都需要大量的压缩空气。因此，舰艇上配备有高压充气站，用来生产压缩空气，并将压缩空气储存到气瓶中，供需要时用。为了防止过多的水蒸气和某些杂质混合在-起腐蚀气瓶，造成气收稿 日期 ：2012-08-13作者简介 ：李光华(1960-)，男，河南南阳人 ，副教授，硕士 ，主要从事舰船特辅机械的改换装研究工作。

4 液压缸故障诊断分析实验采用的故障诊断系统为多功能液压综合试验台，并将待检测液压缸状态设置为内泄漏状态。

利用 4个传感器进行信号采集，对采集信号进行信号处理、特征值提取并利用模糊数学进行相关，然后根据测度公式进行计算，得到各传感器对各类故障模式的信度函数，利用 D.S数据融合技术得到传感器组对各类故障的信度函数，进而进行故障判别，见表1所示。

表 1 信度函数分配故障传感器 U0 1S1.S2 0.4140 0.2562 0.3298S3 0.3684 0.2870 0.3446S4 O.3127 0.2136 0.4737传感器组 0.5882 0.3264 0.0872最终得到传感器组对各故障状态及不确定性的信度函数，从表中可以看出内泄漏故障的信度分配值达到0.5882，由此判别该液压缸的故障状态为内泄漏故障，符合实验设置的故障状态。

5 结论本文在总结传统与单-传感器泄漏检测存在问题的基础上，提出了-种基于非介入式检测和多传感器数据融合的液压缸泄漏检测技术，通过对传感器组获取的信息整合，得到对内、外泄漏及不确定性的信度函数，进而对故障类型进行判别。既可解决传统检测技术需拆解油管带来的操作复杂性和安全性问题，又可避免非介入式传感器检测精度不高的不足，为液压缸泄漏故障的安全检测提供了-种新的手段。