优化传感器布局方案

液压系统传感器布局的目的是检测液压系统的故障，不同的系统具有不同的传感器布局，优化布局的基本原则是：①用最少的传感器感知最丰富的故障特征；②用不同种类的传感器融合，尽量多地提取故障特征和进行故障定位。

1.飞机液压系统的传感器优化布局

飞机液压系统传感器布局的思路尽量采用机上传感器进行故障特征提取，以及采用简单的诊断算法进行故障诊断和定位，并能够通过故障特征进行故障报警、故障重构和寿命预测。还要考虑机载液压系统传感器便于安装、检测、维修等因素，使整个健康管理系统重量尽量轻及体积尽量小，并且能够获得达到健康管理功能要求所需的全部信号，再通过优化选择上述数量和类型的传感器，以及确定其安装位置和接口形式。

如图2-15所示为飞机液压系统的传感器布局，其中a₁、a₂、p₁、p₂、T₁、T₂、T₃、Q₁、Q₂、Δp的含义在图中说明。传感器负责采集液压泵源出口的加速度、出口压力、各种温度、出口及回油流量、压差信号，利用这些信号进行液压泵源系统的健康状态监控和故障诊断。并且通过在液压泵的回油管路上安装的流量传感器来预测液压泵的剩余寿命^[12]。

图2-15 飞机液压系统的传感器布局

液压系统传感器布局的特点是：

1）标准化。即不需要添加太多额外的传感器和外围电路，利用现有传感器（如压力、温度、压差）和贴片式（加速度）传感器感知故障信号，接口采用即插即用的标准化和模块化设计。

2）智能化。液压泵源健康管理系统采用嵌入式方案，可将复杂的故障诊断算法固化在DSP中，采用简单、高效的程序算法。

3）显示灵活。液压泵源关键故障（如压力过低或温度过高）要通过综合显示器向驾驶员报警，一般故障进行故障记录和定位，在维护页上进行通告。还可以通过对累积故障状态的探知，根据退化规律给出液压泵源的剩余寿命。

4）能够和更顶层的平台级的健康管理系统通过总线通信，并且可以将原始数据和诊断结果发射到地面健康管理工作站。

各个传感器在实验台上安装的具体位置如图2-16所示。对于航空液压柱塞泵，为了更好地测量液压泵轴承故障的振动信号，将轴向加速度传感器a₁固定在液压泵轴尾机械密封端盖上，测轴向振动。径向加速度传感器安装的时候应尽量靠近液压泵转子轴承的传振方向，这样可以很好地感受斜盘不对中故障带来的附加振动，结合泵壳体实际形状，将径向加速度传感器a₂安装在斜盘耳轴的固定座上，测径向振动，此处基本为转子轴承所处位置。加速度传感器的安装和信号的检测如图2-17所示。

图2-16 传感器在实验台上安装的具体位置(https://www.xing528.com)

图2-17 加速度传感器的安装和信号的检测

2.大型车辆液压系统的传感器优化布局^[15]

大型车辆的液压系统传感器布局如图2-18所示，液压元件名称和传感器名称分别列于表2-11和表2-12。

该液压系统由油源回路和控制回路组成。在油源回路中，二位二通阀10得电后闭合，油源控制回路提供油液，比例溢流阀14用于调节油液的压力。油源进入控制回路由三位四通阀16、22、28控制液压缸运动方向，由比例调速阀17、23控制液压缸的速度，单向锁18、19、24、25、30、31用于液压缸在任意位置的锁定，将系统维持在某一状态。该系统可以广泛应用于冶金、军事、机械制造等工业中的重型负载提升和推拉场合，如沥青混凝土摊铺机、大型工程运梁车、静力压桩、导弹发射车、防空火炮等液压调平系统及多缸同步举升系统。在该系统中引入了加速度传感器、温度传感器、颗粒计数器、霍尔电流传感器、压力传感器、位移传感器，并通过这些传感器信息探索该系统的故障诊断规律。

图2-18 大型车辆液压系统传感器布局（序号见表2-11，符号见表2-12）

表2-11 大型车辆液压系统元件名称

表2-12 大型车辆液压系统传感器名称

当然，不同的液压系统对象存在不同的关键失效模式和失效机理，因此其传感器布局也不同。但复杂液压系统故障检测传感器的布局宗旨是采用最少的传感器感知最多的故障特征，并且不需要改变液压系统的结构及易于布置。