用于管道監(jiān)測的非侵入式傳感器，低成本FSR薄膜壓力傳感器集成技術(shù)

用于管道監(jiān)測的非侵入式傳感器，低成本FSR薄膜壓力傳感器集成技術(shù)

意外的管道故障可能導(dǎo)致泄漏，污染環(huán)境并危及公共安全，從而強(qiáng)調(diào)了準(zhǔn)確、實(shí)時管道監(jiān)控的重要性。作為滅火和冷卻系統(tǒng)一部分的海軍艦艇上的管道特別容易因頻繁的射彈發(fā)射和碰撞而損壞。

有兩種傳感器用于此目的 - 侵入式和非侵入式。侵入式傳感器是測量壓力或質(zhì)量流量的高精度傳感器，必須在管道施工期間預(yù)先安裝。另一方面，非侵入式傳感器使用基于光和聲音的測量系統(tǒng)。它們可以在管道建成后安裝，從而提供更大的靈活性。然而，非侵入式傳感器價格昂貴，會受到環(huán)境條件和噪聲的影響。

為了克服這些限制，由韓國機(jī)械和材料研究所（KIMM）聯(lián)合釜山國立大學(xué)海軍建筑與海洋工程系助理教授Yun-ho Shin領(lǐng)導(dǎo)的一組研究人員提出了一種基于低成本力傳感電阻器（FSR）的新型非侵入式傳感器系統(tǒng)。 

釜山國立大學(xué)的研究人員提出了一種低成本的非侵入式傳感器系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用力傳感電阻、歐氏距離法和支持向量機(jī)器學(xué)習(xí)算法來優(yōu)化檢測管道損壞并監(jiān)控管道完整性。

傳感器由一個帶有FSR的剛性夾緊帶組成，F(xiàn)SR包含非導(dǎo)電聚合物中的導(dǎo)電顆粒。

“當(dāng)管道內(nèi)的壓力增加時，管道和夾緊帶之間的接觸力也會增加。這反過來又壓縮了 FSR。結(jié)果，導(dǎo)電粒子彼此靠近，由于量子隧穿，電流開始在非導(dǎo)電聚合物中流動。這降低了FSR阻力。因此，傳感器可以間接測量管道壓力并檢測其中的變化，“Shin教授解釋道。

研究人員發(fā)現(xiàn)，這種新型傳感器的測量結(jié)果顯示，這種新型傳感器與商用侵入式傳感器的相關(guān)性為99.4%，強(qiáng)調(diào)了其準(zhǔn)確性。

然后，研究人員利用歐幾里得距離法來確定傳感器必須在管道網(wǎng)絡(luò)中最佳放置的位置。基于這些結(jié)果，他們在海軍艦艇式消防主管道系統(tǒng)上安裝了兩個傳感器。他們的數(shù)據(jù)被饋送到支持向量機(jī)（一種基于機(jī)器學(xué)習(xí)的分類算法）中，這使他們能夠快速準(zhǔn)確地檢測系統(tǒng)損壞的類型和位置。

“基于FSR的傳感器可以應(yīng)用于管道故障高風(fēng)險行業(yè)中的任何管道系統(tǒng)，包括核電站和海軍艦艇。他們還將通過自動化管道完整性監(jiān)測來減少所需的手動工作，“Shin教授總結(jié)道。

這種新型、低成本、基于FSR的非侵入式傳感器系統(tǒng)為更強(qiáng)大的管道安全鋪平了道路，從而顯示出保護(hù)人類健康和環(huán)境健康的潛力。