[發(fā)明專利]一種適用于開域流場(chǎng)的氣液兩相流測(cè)量裝置及方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202111545763.0
• 申請(qǐng)日: 2021-12-16
• 公開（公告）號(hào): CN114216933A
• 公開（公告）日: 2022-03-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孫江濤;申夢(mèng)嫻;白旭;徐立軍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N27/02
• 分類號(hào): G01N27/02
• 代理公司: 北京鑫瑞森知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11961
• 代理人: 代芳

1.一種適用于開域流場(chǎng)的氣液兩相流測(cè)量裝置，其特征在于，包括：電極傳感模塊、激勵(lì)測(cè)量模塊以及計(jì)算機(jī)，所述電極傳感模塊包括水下模型以及設(shè)置在水下模型表面的傳感電極陣列，所述激勵(lì)測(cè)量模塊包括微處理器以及與微處理器電性連接的多路轉(zhuǎn)換開關(guān)、恒流源和多路A-D轉(zhuǎn)換器，所述傳感電極陣列經(jīng)導(dǎo)線與多路轉(zhuǎn)換開關(guān)連接，多路轉(zhuǎn)換開關(guān)通過放大濾波模塊與多路A-D轉(zhuǎn)換器對(duì)應(yīng)連接，所述恒流源與多路轉(zhuǎn)換開關(guān)連接，用于提供激勵(lì)電源；所述微處理器通過無線通信模塊與所述計(jì)算機(jī)無線通信連接。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于開域流場(chǎng)的氣液兩相流測(cè)量裝置，其特征在于，所述水下模型設(shè)計(jì)為水下航行體形狀，呈內(nèi)部為空腔的圓柱體，所述水下模型的圓周面均勻設(shè)置有多個(gè)凹槽，用于放置所述傳感電極陣列，所述激勵(lì)測(cè)量模塊設(shè)置在所述空腔內(nèi)。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的適用于開域流場(chǎng)的氣液兩相流測(cè)量裝置，其特征在于，所述傳感電極陣列包括多個(gè)電極，所述電極采用“T”型結(jié)構(gòu)，其頂端采用具有弧狀結(jié)構(gòu)的正方形，所述“T”型結(jié)構(gòu)嵌入所述凹槽。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的適用于開域流場(chǎng)的氣液兩相流測(cè)量裝置，其特征在于，所述電極沿所述水下模型的軸向設(shè)置有多層，相鄰兩層的間距為水下模型直徑的1/5。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的適用于開域流場(chǎng)的氣液兩相流測(cè)量裝置，其特征在于，每層電極數(shù)目為8、12或16個(gè)，并在所述水下模型的周向上均勻分布。

6.一種適用于開域流場(chǎng)的氣液兩相流測(cè)量方法，其特征在于，應(yīng)用于權(quán)利要求1-5任一所述的適用于開域流場(chǎng)的氣液兩相流測(cè)量裝置，包括以下步驟：

S1，基于場(chǎng)域電導(dǎo)率分布與對(duì)邊界電勢(shì)存在映射關(guān)系，水下模型表面的傳感電極陣列將氣液分布信息轉(zhuǎn)換為可反映流場(chǎng)分布的電壓信號(hào)；

S2，激勵(lì)測(cè)量模塊用于控制激勵(lì)方式及電極電壓采集：傳感電極陣列經(jīng)導(dǎo)線與多路轉(zhuǎn)換開關(guān)連接，由微處理器控制恒流源產(chǎn)生正弦電流信號(hào)，并通過控制多路轉(zhuǎn)換開關(guān)選通激勵(lì)電極對(duì)；與此同時(shí)，微處理器利用轉(zhuǎn)換開關(guān)選通測(cè)量電極對(duì)，利用差分方法測(cè)量選通電極間的電壓信號(hào)，經(jīng)放大、濾波處理，利用多路A-D轉(zhuǎn)換器對(duì)測(cè)量信號(hào)進(jìn)行采樣，并將其傳輸至微處理器，微處理器進(jìn)行存儲(chǔ)，并通過無線傳輸?shù)姆绞綄⒉杉碾妷盒盘?hào)上傳至計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理及重建；

S3，計(jì)算機(jī)采用數(shù)字解調(diào)的方式對(duì)接收到的電壓信號(hào)進(jìn)行解調(diào)處理，得到傳感電極陣列的阻抗信息；

S4，在得到傳感電極陣列的阻抗信息后，為重建待測(cè)近表面電導(dǎo)率分布，首先建立正向模型，獲得場(chǎng)域電勢(shì)分布與邊界電壓值之間的映射關(guān)系；之后利用測(cè)量的電極電壓數(shù)據(jù)結(jié)合該映射關(guān)系，通過反演方法重建待測(cè)近表面電導(dǎo)率分布。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的適用于開域流場(chǎng)的氣液兩相流測(cè)量方法，其特征在于，所述步驟S3中，計(jì)算機(jī)采用數(shù)字解調(diào)的方式對(duì)接收到的電壓信號(hào)進(jìn)行解調(diào)處理，得到傳感電極陣列的阻抗信息，具體包括：

利用一個(gè)余弦序列和一個(gè)正弦序列作為參考信號(hào)和正交參考信號(hào)，通過與被測(cè)電極電壓信號(hào)的離散采樣值進(jìn)行運(yùn)算，解調(diào)出測(cè)量電極上電壓信號(hào)的幅值、相位信息如下：

其中，u_k為第k個(gè)采樣值，N為一個(gè)信號(hào)周期的采樣數(shù)，n為倍頻分量，則被解調(diào)信號(hào)幅值信息為：

相角信息為：

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的適用于開域流場(chǎng)的氣液兩相流測(cè)量方法，其特征在于，所述步驟S4中，正向模型表示為

其中，為場(chǎng)域電勢(shì)分布；

并根據(jù)不同激勵(lì)條件下電流線分布及場(chǎng)域測(cè)量范圍確定虛擬邊界，該虛擬邊界將開放性電磁場(chǎng)邊值問題轉(zhuǎn)化為封閉型電磁場(chǎng)邊值問題，從而直接求解。