基于模糊推理的高压气密性检测仪的设计

　　1　引　　言

　　密封器件的气密性检测已成为一种重要的安全性检测项目,渗入到多个行业中。目前生产线上快速气密性检测装置在一般情况下只满足1Mp以下的测试压力,很少有适用于高检测压力的大容积密封器件的气密性检测仪。在检测气压高、被测件容积大的条件下,检测系统易受检测容器内温度影响,出现不稳定状态。模糊理论以其能适应非平稳环境的特性,广泛应用于　　各工程领域中。采用基于模糊理论的温度补偿策略,对系统所受温度影响进行补偿,以提高气密性检测仪的精确度和稳定性。笔者介绍了基于模糊推理,采用单片机进行控制的高气压大容积气密性检测仪。

　　2　设计原理

　　利用微差压原理,采用精密对称气路,在检测过程中对标准件和被测件同时充入相同压力的气体,经过预先设定的平衡时间以达到整个气路系统的平衡,如果被测件发生泄露,平衡将被打破,这时利用高精度微差压传感器获取差压ΔP。气路设计中标准件和被测件大小相同,形状一样,气路严格对称,气路结构如图1所示(其中V1为进气阀,V2为放气阀,V3为标准件子阀,V4为被测件子阀,V5为连通阀,它们均为双级气控阀门)。

　　整个检测过程由充气期,第一平衡期,第二平衡期,检测期和放气期组成,仪器不工作时处于等待状态,各个阀的开关状态如表1所示。检测仪在充气期开始时关放气阀,其它阀全打开进行充气,充气到设定气压时关进气阀;在第一平衡时间结束时关V3,V4阀;在第二平衡期开始预期设定时间后关连通阀V5,以使标准件和被测件分割为完全的两个子系统,使两子系统尽快达到气压稳定状态,其中第一,第二平衡时间均可由用户通过键盘自行设定,以达到最佳测试效果。

　　3　模糊补偿算法

　　模糊理论是L.A.Zadeh教授在美国柏克莱加州大学电气工程系于1965年创立的模糊集合理论的数学基础上发展起来的,主要包括模糊集合理论、模糊逻辑、模糊推理和模糊控制等方面的内容。近年来,模糊理论已广泛应用于各个领域特别是自动化控制工程中,并已渗透到智能检测行业。在该模糊推理补偿策略中,输入量为标准端与被测端的温度差值T及温度差值的变化率TC,按模糊推理处理过程要求进行模糊化、模糊推理以及解模糊,其基本结构如图2所示。

　　3.1　输入量模糊化

　　所谓模糊化,就是把各输入变量的精确数值根据其模糊子集的隶属函数找出相应的隶属度的过程。算法中,T表示标准件与被测件的温度差值,基本论域为[-10,10]℃,语言变量的论域为T=[-3,-2,-1,0,1,2,3];TC表示标准件与被测件温差的变化率,基本论域为[-1.5,1.5]℃/s,语言变量的论域为TC=[-3,-2,-1,0,1,2,3];输出补偿量U的基本论域为[-10,10],语言变量的论域为U=[-3,-2,-1,0,1,2,3]。它们的比例因子分别为k1=3/10,k2=3/1.5,k3=10/3,这三个模糊语言变量都取7个模糊语言标志值,分别为负大(NB),负中(NM),负小(NS),零(ZE),正小(PS),正中(PM),正大(PB)。考虑到算法的实用性,它们均采用三角形隶属函数,如图3所示。