[發明專利]小管道液液兩相流流型辨識系統及方法

無效

• 申請號: 201110168081.2
• 申請日: 2011-06-22
• 公開（公告）號: CN102269684A
• 公開（公告）日: 2011-12-07
• 發明（設計）人: 李霞;黃志堯;王磊;王保良;冀海峰;李海青
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G01N11/00
• 分類號: G01N11/00
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 張法高

1.一種小管道液液兩相流流型辨識系統，其特征在于包括透明絕緣管道、電容傳感器、電容/電壓轉換器、電容數據采集單元、光學傳感器、光電流/電壓轉換器、光學數據采集單元以及計算機；電容傳感器和光學傳感器分別安裝于透明絕緣管道上，電容傳感器與電容/電壓轉換器相連接，電容/電壓轉換器經電容數據采集單元與計算機相連接，光學傳感器與光電流/電壓轉換器相連接，光電流/電壓轉換器經光學數據采集單元與計算機相連接。

2.根據權利要求1所述的一種小管道液液兩相流流型辨識系統，其特征在于所述的電容傳感器為：兩片尺寸相同的金屬電極，即激勵電極（1）和檢測電極（2），相對于絕緣管道（3）中心軸對稱地粘貼在絕緣管道（3）外壁，激勵電極與導線（4）相連，檢測電極與導線（5）相連，激勵電極與檢測電極之間緊貼管道外壁安裝保護電極（6），整個測量管道外側包裹金屬屏蔽罩（7），保護電極與金屬屏蔽罩相連接。

3.根據權利要求1所述的一種小管道液液兩相流流型辨識系統，其特征在于所述的光學傳感器包括透明管道、激光器、柱透鏡和光電池，激光器和柱透鏡順次安裝于透明管道一側，激光器和柱透鏡光軸垂直于透明管道中心軸，在透明管道另一側與激光器和柱透鏡光軸垂直的平面安裝光電池。

4.一種使用如權利要求1所述系統的小管道液液兩相流流型辨識方法，其特征在于它的步驟如下：

1）分別由電容傳感器和光學傳感器同時獲得反映液液兩相流流態變化的測量信號，電容測量信號經電容/電壓轉換器轉換成電壓信號，經由電容數據采集單元送入計算機，光學測量信號經光電流/電壓轉換器轉換成電壓信號后，經由光學數據采集單元送入計算機；

2）提取小管道液液兩相流電容測量信號和光學測量信號的時域、幅值域和頻域特征量；

3）將所提取的電容測量信號及光學測量信號的特征量輸入由最小二乘支持向量機建立的流型分類器，對小管道液液兩相流流型進行在線辨識。

5.根據權利要求4所述的一種小管道液液兩相流流型辨識方法，其特征在于步驟2）所述的提取小管道液液兩相流電容測量信號和光學測量信號的時域、幅值域和頻域特征量的步驟為：

（1）時域特征量提取

所提取的時域特征量為小管道液液兩相流測量信號的均值和標準差，

均值：????????????????????????????????????????????????

標準差：

其中為測量信號時間序列，為時間序列的序號，為測量信號時間序列的長度；

（2）幅值域特征量提取

所提取的幅值域特征量為小管道液液兩相流測量信號概率密度函數曲線的峰度和偏度，

峰度：

偏度：

其中，分別為概率密度函數的均值和標準差，為概率密度函數序列的序號，為概率密度函數的長度；

（3）對小管道液液兩相流的電容測量信號和光學測量信號進行經驗模態分解，得到多層固有模態函數分量，求取前12層固有模態函數分量的能量各自占所有固有模態函數分量總能量的百分比，

其中，為第i層固有模態函數分量的能量占所有固有模態函數分量總能量的百分比，為第i層固有模態函數分量的能量，為所有固有模態函數分量的總能量，當信號經經驗模態分解所得固有模態函數分量層數少于12時，其空缺的能量百分比以零代替；

（4）獲得代表小管道液液兩相流流型特征的32個特征量

其中，

為16個電容測量信號特征量，

為16個光學測量信號特征量。

6.根據權利要求4所述的一種小管道液液兩相流流型辨識方法，其特征在于步驟3）所述的將所提取的電容測量信號及光學測量信號的特征量輸入由最小二乘支持向量機建立的流型分類器，對小管道液液兩相流流型進行在線辨識的步驟為：

對于所辨識的多種小管道液液兩相流流型，在每兩種流型之間均設計一個基于最小二乘支持向量機的兩類分類器，每個流型分類器的決策函數都具有如下的形式：

其中，為訓練樣本集，為特征量，為流型類別標號，為訓練集樣本序號，為訓練集樣本數量，為待測試流型樣本的特征量，和為經過訓練所確定的最小二乘支持向量機參數，為核函數，為核函數的參數；

對于待測試流型樣本，首先提取信號在時域、幅值域以及頻域的特征量，然后將所提取的特征量輸入每一個分類器進行測試，并根據測試結果向相應的流型投一票，最終得票最多的流型就作為當前流型辨識的結果。