2057 2057.5 2058 2058.5 2059 2059.5
CUSUM−detektorn på en 10 g/y läcka
Spänning [mV]
Signal Larm
Läckagets början enl. givare Läckagets slut enl. givare Läckagets början enl. CUSUM
43500 4400 4450 4500 4550 4600 4650 4700 4750 4800 2 4 6 8x 10 −3 Tid [s] Läckagestorlek [−]
Estimering av läckagets storlek Signal från givare
Figur 4.20: CUSUMdetektor applicerad på en läcka som släpper ut 10 g/y.
4.4
Test på andra mätningar
För att utvärdera detektorns prestanda ytterligare så testas den på data som samlats in genom att använda uppställningen som beskrivs i Avsnitt 2.1 med refe- rensläckor på 10 g/y och 1.1 g/y. Dessa mätningar är inte tagna på ett så repetitivt sätt som de i tidigare avsnitt och därför så testar det algoritmens snabbhet och känslighet på ett bra sätt.
I Figur 4.20 kan man se hur detektorn ger larm för de allra flesta vätgaspulser som den utsätts för när pulserna kommer från en läcka som släpper ut 10 g/y. Vid tiden t = 4389s och vid t = 4391s så missar den dock. Detta beror i det första fallet på att pulsen kommer så fort efter föregående puls och håller på för kort tid för att sensorn ska hinner ge utslag och därför kan ej heller detektorn upptäcka läckan. I det andra fallet så är det ett resultat av hur fusionen av de båda testen görs. Eftersom test1 redan har larmat men ej sedan nollställts så tror test2 att den inte får larma på denna pulsen trots att den passerat sin tröskel. Hade man låtit sensorn vila lite längre efter första pulsen så hade detta alltså kunnat undvikas. Man kan se överst i Figur 4.21 att teststorheten g(t) nästan når nollnivån där den nollställs men det bara nästan.
Vid tiden t ≃ 4674 så larmar detektorn två gånger fast det endast är en vät- gaspuls som registreras av sensorn. Detta är alltså ett falsklarm som kommer från att teststorheten en kort stund blir lika med 0 p.g.a brus för att sedan snabbt stiga igen.
38 Resultat 43500 4400 4450 4500 4550 4600 4650 4700 4750 4800 0.5 1 1.5 2 Teststorhet [−] De två teststorheterna g respektive g2 Teststorhet, g(t)
Läckagets början enl. CUSUM Larm 43500 4400 4450 4500 4550 4600 4650 4700 4750 4800 0.2 0.4 0.6 0.8 Tid [s] Teststorhet [−] Teststorhet, g2(t) Läckagets början enl. CUSUM Larm
Figur 4.21: Teststorheterna för CUSUMdetektorn applicerad på en läckan som släpper ut 10 g/y
4.4 Test på andra mätningar 39 5400 5450 5500 5550 5600 5650 2060.5 2061 2061.5 2062 2062.5
CUSUM−detektorn på en 1.1 g/y läcka
Spänning [mV] 54000 5450 5500 5550 5600 5650 1 2 3 4x 10 −3 Tid [s] Läckagestorlek [−] Signal Larm
Läckagets början enl. givare Läckagets slut enl. givare Läckagets början enl. CUSUM
Estimering av läckagets storlek Signal från givare
Figur 4.22: CUSUMdetektor applicerad på en läcka som släpper ut 1.1 g/y. Lite annorlunda resultat får man om man gör en utvärdering på en mycket mindre läcka. I Figur 4.22 ser man en signal från en läcka på 1.1 g/y och hur detektorn svarar på denna. Man kan se att endast vissa gaspulser registreras. När man undersöker saken vidare och tittar i Figur 4.23 så ser man att detektorn skulle klara av att registrera ett de flesta pulserna bara tiden som sensorn utsätts för de olika pulserna hade varit hade varit lite längre.
40 Resultat 54000 5450 5500 5550 5600 5650 0.5 1 1.5 Teststorhet [−] De två teststorheterna g respektive g2 54000 5450 5500 5550 5600 5650 0.05 0.1 0.15 0.2 Tid [s] Teststorhet [−] Teststorhet, g(t)
Läckagets början enl. CUSUM Larm
Teststorhet, g
2(t)
Läckagets början enl. CUSUM Larm
Figur 4.23: Teststorheterna för CUSUMdetektorn applicerad på en läcka som släp- per ut 1.1 g/y
Kapitel 5
Slutsats
5.1
Slutsats
Målet med examensarbetet var att ta fram en mer känslig vätgasdetektor som lättare skulle kunna identifiera små vätgasläckor. Försök gjordes för att skapa en modell över vätgassensorn men detta var svårt då vätgassensorn driver opredikter- bart. Istället så lades fokus på feldetektering med hjälp av en CUSUM-algoritm som anpassades efter de mätdata som fanns tillgängliga.
Resultaten blev att den nya detektorn fungerar mycket bra på de läckor som den kalibrerades för. Larmet kommer snabbt och de allra flesta gaspulser detekteras. Även ett värde på hur stor läcka som påträffats ges vilket är positivt. Nackdelen med att använda algoritmen som tagits fram är att man ej kan upptäcka gaspulser efter "‘bländning"’ ty då fås ingen teckenförändring på derivatan.
I Algoritm 3.3 så sätts inte g(t) till noll efter varje larm som i Algoritm 3.2. Detta för att enklare kunna jämföra den nya algoritmen mot den redan existerande då man endast får ett larm för varje gång man finner en läcka. Det är denna skill- naden som gör att man behöver använda två test vars resultat fusioneras istället för ett enda. Detta gör att detektorn svarar något långsammare än vad den skulle behöva göra. Implementeringsmässigt skulle det dock vara lätt att ändra så att endast ett test behövs om man föredrar att få flera larm på varje gaspuls.
5.2
Framtida arbete
Det finns en hel del att arbeta vidare på i framtiden för att få en så robust och säker vätgasdetektor som möjligt. I en riktig mätsituation som inte görs i ett laboratorium så kan det finnas mycket störningar som påverkar signalen. Däför så skulle det vara bra att utvärdera detektorn på så mycket mätdata, insamlat under riktiga mätsituationer, som möjligt. Kanske vissa koncentrationsområden är viktigare än andra och detektorn ska därför optimeras för att finna läckor i dessa områden.
För att en implementering i Adixen Sensistors detektorer ska vara möjlig så 41
42 Slutsats måste koden som är skriven i MATLAB skrivas om för att passa Adixens egna system.
I detta arbete används en algoritm som sammanfogar två CUSUM-test för att göra detektionerna. Om tid finns så skulle det förmodligen gå att finna någon effektivare sammanfogning så att detektorn fungerar bättre i områden som inte är optimala för något av testen. Man skulle också kunna tänka sig en utökning med fler test.
Litteraturförteckning
[1] M. Basseville and I.V. Nikiforov. Detection of abrupt changes: theory and application. Prentice Hall, Englewood Cliffs, N.J., 1993.
[2] G. Blom, J. Enger, G. Englund, J. Grandell, and L. Holst. Sannolikhetsteori och statistikteori med tillämpningar. Studentlitteratur, 2005.
[3] J. Ekström. System identification of Thermal Conductivity-sensing module for improvement of H2-concentration prediction. Automatic Control, Department of Electrical Engineering, Linköping, 2008. M.Sc Thesis.
[4] F. Enquist. fredrik.enquist@sensistor.se.
[5] F. Gustafsson. Adaptive Filtering and Change Detection. Prentice Hall, 1999. [6] F. Gustafsson, L. Ljung, and M. Millnert. Signalbehandling. Studentlitteratur,
2001.
[7] M. Nyberg and E. Frisk. Model Based Diagnosis of Technical Processes. Lin- köping, 2008.
[8] I. Nylander. Analys och modifiering av digital filteralgoritm för gassensor. Automatic Control, Department of Electrical Engineering, Linköping, 2008. M.Sc Thesis.
[9] C Razavi. Error Detection in the Active Front Steering system. Department of Automatic Control, Lund University, 2006. M.Sc Thesis.
Bilaga A
Notation
DSP Digital Signal Processor MOS Metal Oxide Semiconductor
ppm parts per million ppb parts per billion CUSUM CUmulative SUM
g/y gram/year
Upphovsrätt
Detta dokument hålls tillgängligt på Internet — eller dess framtida ersättare — under 25 år från publiceringsdatum under förutsättning att inga extraordinära omständigheter uppstår.
Tillgång till dokumentet innebär tillstånd för var och en att läsa, ladda ner, skriva ut enstaka kopior för enskilt bruk och att använda det oförändrat för icke- kommersiell forskning och för undervisning. Överföring av upphovsrätten vid en senare tidpunkt kan inte upphäva detta tillstånd. All annan användning av doku- mentet kräver upphovsmannens medgivande. För att garantera äktheten, säkerhe- ten och tillgängligheten finns det lösningar av teknisk och administrativ art.
Upphovsmannens ideella rätt innefattar rätt att bli nämnd som upphovsman i den omfattning som god sed kräver vid användning av dokumentet på ovan be- skrivna sätt samt skydd mot att dokumentet ändras eller presenteras i sådan form eller i sådant sammanhang som är kränkande för upphovsmannens litterära eller konstnärliga anseende eller egenart.
För ytterligare information om Linköping University Electronic Press se förla- gets hemsida http://www.ep.liu.se/
Copyright
The publishers will keep this document online on the Internet — or its possi- ble replacement — for a period of 25 years from the date of publication barring exceptional circumstances.
The online availability of the document implies a permanent permission for anyone to read, to download, to print out single copies for his/her own use and to use it unchanged for any non-commercial research and educational purpose. Subsequent transfers of copyright cannot revoke this permission. All other uses of the document are conditional on the consent of the copyright owner. The publisher has taken technical and administrative measures to assure authenticity, security and accessibility.
According to intellectual property law the author has the right to be mentioned when his/her work is accessed as described above and to be protected against infringement.
For additional information about the Linköping University Electronic Press and its procedures for publication and for assurance of document integrity, please refer to its www home page: http://www.ep.liu.se/
c