[發明專利]一種提高低流速流體流量測量精度的方法

有效

• 申請號: 202110378817.2
• 申請日: 2021-04-08
• 公開（公告）號: CN113108853B
• 公開（公告）日: 2022-05-06
• 發明（設計）人: 梁海波;李冬梅;李忠兵;楊海
• 申請（專利權）人: 西南石油大學
• 主分類號: G01F1/667
• 分類號: G01F1/667
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司 11246
• 代理人: 劉妮

本發明提供一種提高低流速流體流量測量精度的方法，通過超聲波換能器接收端獲取回波信號，在處理分析后獲得信號的幅度和能量的大小；再建立基于極值動力學優化算法的RBF神經網絡模型，將超聲波回波信號幅度和能量的大小用于訓練基于極值動力學優化算法的RBF神經網絡模型，獲得神經網絡的基函數中心和權值；計算超聲波頻率偏移量，通過訓練好的神經網絡獲得流體超聲波頻率偏移量；獲取低流速流體流量，根據低流速情況下的流體模型得到流速公式，進而獲得流體流量。本發明可以解決流體流速過低引起的流量測量不精準的問題，使低流速情況下的流量測量結果更精確，實時性強，穩定性高。

技術領域

本發明涉及流量測量精度技術領域，尤其涉及一種提高低流速流體流量測量精度的方法。

背景技術

流體在低流速情況下流動是工業生產和環境中不可避免的現象，流體在低流速情況下的流量也是非常重要的一個數據，這將直接影響工業生產成本和效率，提高流體在低流速情況下的流量測量精度是急需要解決的問題。

根據查閱的資料，低流速流體的流量不易測量，流速越低，流量測量精度越低，這是由于跟流速有關的參數都會因為流速低而變得很微弱，使得測量困難，難以精確分析相關參數。現在的文獻中也提出了流體在低流速情況下的流量測量方法，利用超聲波來測量低流速流體流量，再使用頻譜細化方法分析回波信號頻譜，可以提高低流速情況下的流體流量測量精度，常用的細化方法有ZOOM-FFT(復調制頻譜細化方法)，小波變換細化方法，有的文獻會增加超聲波通道數，還有的文獻會將頻譜細化方法和神經網絡結合起來，這些方法雖然能讓流量測量精度有一定的提高，但是依舊存在不可忽視的問題，比如處理時間過長，硬件設計對信號的處理有一定的影響，以及計算量較大，都會降低流量測量的精度和實時性。

科氏流量計具有很高的測量精度，尤其能測量帶有顆粒的流體，但是價格昂貴，性價比不高。本發明采用科氏流量計作為參考基準。

發明內容

本發明的目的在于解決上述現有技術存在的缺陷，提供一種提高低流速流體流量測量精度的方法，旨在解決在低流速情況下流體流量測量精度不夠高的問題。

本發明采用如下技術方案：

一種提高低流速流體流量測量精度的方法，包括如下步驟：

步驟a.獲取超聲波回波信號，對超聲波回波信號進行處理分析獲得信號的幅度和能量的大小；

步驟b.建立基于極值動力學優化算法的RBF神經網絡模型，將步驟a得到的信號幅度和能量的大小用于訓練基于極值動力學優化算法的RBF神經網絡模型，獲得神經網絡的基函數中心和權值；

步驟c.計算超聲波頻率偏移量，將獲得的超聲波回波信號經過處理分析后，得到信號的幅度和大小，再輸入訓練好的神經網絡獲得流體超聲波頻率偏移量f_fluid；

步驟d.獲取低流體流量，根據低流速情況下的流體模型得到流速公式，進而獲得流體流量。

進一步的技術方案是，所述步驟a中，使用超聲波換能器對帶顆粒液體管道進行測量。

進一步的技術方案是，從步驟c獲取了超聲波頻率偏移量后，通過下式計算流體流量：

式中，f₁為超聲波換能器發射端發射頻率，f_s為超聲波到達流體中非液態粒子時的頻率，f_r為超聲波換能器接收端接收頻率，υ_c為超聲波在流體中的初始流速，υ_fluid為流體流速，θ超聲波換能器發射端與流體垂直橫截面的角度，σ超聲波換能器接收端與流體垂直橫截面的角度；

將上述兩式左右兩邊分別相乘可得：