[發(fā)明專利]非接觸電導(dǎo)氣液兩相流流型辨識裝置及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110024337.2
• 申請日: 2011-01-23
• 公開（公告）號: CN102109451A
• 公開（公告）日: 2011-06-29
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 黃志堯;王磊;王保良;冀海峰;李海青
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號: G01N11/00
• 分類號: G01N11/00
• 代理公司: 杭州求是專利事務(wù)所有限公司 33200
• 代理人: 張法高

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及多相流測量領(lǐng)域，尤其涉及一種非接觸電導(dǎo)氣液兩相流流型辨識裝置及方法。

背景技術(shù)

氣液兩相流系統(tǒng)廣泛存在于能源、動力、石油化工等工業(yè)領(lǐng)域。氣液兩相流的流型辨識對兩相流系統(tǒng)的參數(shù)測量有著重要的意義。由于兩相流流動特性復(fù)雜，現(xiàn)有的流型辨識方法難以滿足工業(yè)應(yīng)用中日益增長的需求。

基于電導(dǎo)測量的氣液兩相流流型辨識和參數(shù)檢測方法具有響應(yīng)速度快，抗干擾性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，因此，長期以來，基于電導(dǎo)測量的方法受到了兩相流領(lǐng)域中眾多研究者的關(guān)注。目前，常用的基于電導(dǎo)測量的兩相流流型辨識方法主要有：基于電阻層析成像的兩相流流型辨識、基于探針式電導(dǎo)測量的兩相流流型辨識、基于陣列式多電極電導(dǎo)測量的兩相流流型辨識等。然而，這些傳統(tǒng)的流型辨識方法中，所采用的電導(dǎo)測量技術(shù)均為接觸式測量。在實(shí)際工業(yè)應(yīng)用場合中，其電導(dǎo)探針或測量電極與流體直接接觸，容易被極化和電化學(xué)腐蝕，從而導(dǎo)致電導(dǎo)測量的性能降低，流型辨識的可靠性和準(zhǔn)確性受到影響。因此，基于接觸式電導(dǎo)測量的兩相流流型辨識方法難以滿足工業(yè)中長期使用的需求。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種新型的、非接觸電導(dǎo)氣液兩相流流型辨識裝置及方法。

非接觸電導(dǎo)氣液兩相流流型辨識裝置包括氣液兩相流測量管路、交流激勵源、電容耦合式非接觸電導(dǎo)傳感器、溫度傳感器、電流/電壓轉(zhuǎn)換單元、交流整流單元、濾波單元、直流放大單元、數(shù)據(jù)采集模塊和計算機(jī)，其中電容耦合式非接觸電導(dǎo)傳感器包括絕緣管道，激勵電極，檢測電極，電感模塊和檢測電極金屬屏蔽罩；電容耦合式非接觸電導(dǎo)傳感器和溫度傳感器安裝于氣液兩相流測量管路上，傳感器的激勵電極與檢測電極均為兩個環(huán)狀電極，間隔貼于絕緣管道的外壁，且在檢測電極外圍安裝有接地的金屬屏蔽罩，傳感器的電感模塊一端經(jīng)屏蔽導(dǎo)線與激勵電極相連，傳感器的電感模塊另一端與交流激勵源相連，檢測電極、電流/電壓轉(zhuǎn)換單元、交流整流單元、濾波單元、直流放大單元、數(shù)據(jù)采集模塊、計算機(jī)順次相連，溫度傳感器、數(shù)據(jù)采集模塊、計算機(jī)順次相連。

非接觸電導(dǎo)氣液兩相流流型辨識方法的步驟如下：

1）利用交流激勵源產(chǎn)生正弦交流電壓，施加到電容耦合式非接觸電導(dǎo)傳感器的電感模塊上，將交流激勵源的頻率調(diào)至諧振頻率，使檢測回路發(fā)生串聯(lián)諧振，由傳感器中電感模塊的感抗抵消掉兩個耦合電容，其中一個耦合電容由導(dǎo)電液體、絕緣管道與激勵電極形成，另一個耦合電容由導(dǎo)電液體、絕緣管道和與檢測電極形成，在檢測電極上獲得直接反映氣液兩相流體等效電導(dǎo)的交流電流，經(jīng)電流/電壓轉(zhuǎn)換單元、交流整流單元、濾波單元和直流放大單元的處理后，由數(shù)據(jù)采集模塊將電導(dǎo)信號采集到計算機(jī)中，由溫度傳感器獲得氣液兩相流的流體溫度，并通過數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采入計算機(jī)中；

2）利用時域統(tǒng)計方法和傅里葉變換方法對所獲得的氣液兩相流電導(dǎo)信號進(jìn)行分析，針對每組電導(dǎo)信號提取平均值M、標(biāo)準(zhǔn)差Std、低頻段能量分布比率H₁、中頻段能量分布比率H₂和高頻段能量分布比率H_3?五個特征參數(shù)：

平均值M:????????????????????????????????????????????????

標(biāo)準(zhǔn)差Std:?

低頻段能量分布比率H₁為：

中頻段能量分布比率H₂為：

高頻段能量分布比率H₃為：

其中，U_o為由電容耦合式非接觸電導(dǎo)傳感器測得的電導(dǎo)信號，?E_total為電導(dǎo)信號的總能量,?E₁為分布在0-5Hz低頻段的能量，E₂為分布在5-25Hz中頻段的能量，E₃為大于25Hz高頻段的能量；

針對每組電導(dǎo)測量信號，將所獲得的五個特征參數(shù)組成一個特征向量t：

；

3）將所提取的特征向量t輸入到由支持向量機(jī)建立的流型分類器中，進(jìn)行氣液兩相流層狀流、波狀流、泡狀流、段塞流以及環(huán)狀流五種典型流型的在線辨識。