[發明專利]兩相流分相含率阻抗傳感器及其結構參數的優化方法

無效

• 申請號: 200710057709.5
• 申請日: 2007-06-21
• 公開（公告）號: CN101093207A
• 公開（公告）日: 2007-12-26
• 發明（設計）人: 王化祥;曹章
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G01N27/06
• 分類號: G01N27/06;G06F19/00
• 代理公司: 天津才智專利商標代理有限公司
• 代理人: 呂志英

1、一種兩相流分相含率阻抗傳感器，該傳感器包括有激勵電極和測量電極，其特征是：該傳感器的橫截面包括有外層結構、中間層、內層的三層結構層，所述外層結構層為起屏蔽作用的金屬屏蔽層(1)，當內層結構強度不夠時，能夠調整厚度以起到對結構支撐、耐壓的作用；所述中間層結構層為絕緣物質層(2)，將激勵電極(4)和測量電極(5)與金屬屏蔽層(1)相隔離；所述內層結構層為絕緣管層(3)及附著其外壁上的激勵電極(4)和測量電極(5)，在所述傳感器縱向軸方向上，激勵電極(4)比測量電極(5)略長；所述激勵電極(4)和測量電極(5)在絕緣管層(3)的管壁上徑向對稱按180度角螺旋分布。

2、根據權利要求1所述的傳感器，其特征是：所述絕緣物質層(2)厚度小于絕緣管層(3)外徑的3％，且使激勵電極(4)與金屬屏蔽層(1)之間電場強度要小于絕緣物質層(2)的擊穿強度。

3、一種基于上述傳感器的結構參數的優化方法，該方法包括以下步驟：

a.傳感器橫截面上，任意一點靈敏度計算

在傳感器同一橫截面上，相對于初始電極分布，逆時針旋轉角度為(β_E)的激勵電極，與逆時針旋轉角度為(β_M)的測量電極共同作用下，橫截面位置(Z)點處的靈敏度(S(z))的計算公式為：

S ( z ) = E 0 ( z ) β E ‾ · E θ ( z ) β M ‾ V 2 ]]>

式中：z＝x+yi為傳感器橫截面上二維坐標的復數表示，其中x，y分別為傳感器橫截面上二維坐標的橫坐標和縱坐標；

為在相對于初始電極分布；

β_M＝β_E+π；

為在相對于初始電極分布，逆時針旋轉角度為β_M的激勵電極與逆時針旋轉角度為β_E的測量電極共同作用下，位置z＝x+yi處電場強度的共軛函數；

V為激勵電極上的電壓；

和的點乘運算為內積運算；

b.計算整個傳感器內，靈敏度在二維橫截面上的平均值

由于在整個傳感器內，靈敏度在二維橫截面上的平均值S_p(z)能夠反映空間電極陣列的空間濾波能力，利用這種性質降低檢測信號對位置的依賴，敏感區域z點處對應軸向方向上相含率的靈敏度公式為：

S p ( z ) = ∫ 0 π E 0 ( z ) β E ‾ · E 0 ( z ) β M ‾ V 2 d β E ]]>

式中：z＝x+yi為傳感器橫截面上二維坐標的復數表示，其中x，y分別為傳感器橫截面上二維坐標的橫坐標和縱坐標；

為在相對于初始電極分布，逆時針旋轉角度為β_E的激勵電極，與逆時針旋轉角度為β_M的測量電極共同作用下，位置z＝x+yi處電場強度的共軛函數；

為在相對于初始電極分布，逆時針旋轉角度為β_M的激勵電極，與逆時針旋轉角度為β_E的測量電極共同作用下，位置z＝x+yi處電場強度的共軛函數；

V為激勵電極上的電壓；

和的點乘運算為內積運算；

c.計算描述靈敏場分布的均勻度參數U_s優化時對結構參數進行歸一化處理，令R＝1，則r＝r/R根據下式

U s = Max ( S p ( z ) ) | z | = r - Min ( S p ( z ) ) | z | = r S p ( 0 ) ]]>

式中：r為取絕緣管層(3)內徑，z＝x+yi為傳感器橫截面上二維坐標的復數表示；

Max(S_p(z))_|z|＝r為管道內壁處靈敏度最大值，Min(S_p(z))_|z|＝r為管道內壁處靈敏度最小值；

S_p(O)為管道中心處靈敏度；

d.通過數值尋優，計算得到優化的結構參數

在絕緣管層(3)的復阻抗率(v₁)，傳感器敏感場區域為一種均勻物質時的復阻抗率(v₀)，絕緣管層(3)的內徑與外徑的比值r，測量電極(5)和激勵電極(4)的張角參數部分已知的情況下，對均勻度參數(U_s)進行數值尋優，可計算得未知參數的的優化值。