[发明专利]两相流过程参数的声电双模态融合测量方法

说明书

本发明涉及一种两相流过程参数的声电双模态融合测量方法，包括：在测量管道上布置电导传感器和电容传感器，并在测量管道上布置超声传感器；从电导传感器测量数据中提取流速特征量，作为相关流速；从超声传感器测量数据中或取多普勒流速；对利用电容传感器测量得到的含水率和电导传感器得到的含水率分别进行含水率的状态估计；将电容含水率和电导含水率进行含水率的融合；将多普勒流速和相关流速分别进行流速的状态估计；对基于两种原理测量得到的流速，分别进行卡尔曼估计，计算出所有时刻的流速状态估计；将多普勒流速和相关流速进行速度融合。

技术领域

本发明属于流体测量技术领域，涉及一种两相流过程参数测量方法。

技术背景

多相流广泛存在于自然界和工业生产中，多相流流动过程复杂，待测参数多，难以用准确的模型描述，因此对其参数的准确测试难度很大。单一传感器往往只适用于某一类流态下的部分参数测试，无法获得对多相流的准确全面描述。若将多传感器数据融合技术引入多相流测量中，分析、综合利用多元传感器获得的信息，可获得比单传感器更全面、可靠的参数信息。

相含率和流量(流速)是多相流的重要流动参数，对其的准确检测是多相流领域的重要问题。目前两相流含水率的测量手段包括快关阀测量方法、射线方法、微波方法、Wire-mesh方法、超声方法和电阻抗方法等。其中，电学方法具有测量速度快，敏感性强，传感器结构简单，易于安装，成本低廉等优点。对流量和流速的检测方法主要有一些发展于单相流仪表的技术如差压式流量计、容积式流量计等，以及超声方法、互相关方法等针对多相流的检测技术。

电学传感器通过检测混合流体电学参数间接确定流体的相含率，具有非扰动、无辐射、响应快等优势。电导法和电容法是电学法中的两类常用方法，分别通过检测流体电导率和介电常数来估计相含率，其测量方式的原理敏感范围具有互补性，若建立电导/电容联合测量系统，可以提高测量精度、拓展测量范围。

超声传感器因其非侵入式的特点，近年来逐渐成为多相流检测的研究重点。超声多普勒方法作为一种成熟的超声检测技术，近年来也在多相流领域得到应用。超声多普勒方法的测量原理基于多普勒效应，通过测量发射端和接收端的信号频移来测量流速，可细分为连续波多普勒方法和脉冲波多普勒方法，其中连续波多普勒方法具有成本较低和算法简便的优势，在多相流领域得到广泛应用。

多传感器数据融合技术通过对不同时间与空间的多元传感器数据加以分析、综合、支配和利用，获得对被测对象的一致性描述。多传感器融合技术可以提高系统的可靠性和稳定性，扩展系统测量的空间和时间范围，提高测量分辨率。卡尔曼滤波是一种应用广泛的状态估计算法，具有最优估计、实时性高、容易实现等优势。卡尔曼融合是卡尔曼滤波在数据融合领域的应用，可同时处理来自多个传感器的数据，给出基于多源数据融合的状态估计，并通过环境信息获知传感器的工作环境，判断传感器是否处于正常状态，避免部分错误数据对整体数据的污染。

发明内容

本发明针对油水两相流的含水率和流速测量问题，提供一种可以提高测量的准确性和可靠性的两相流过程参数融合测量方法。技术方案如下：

一种两相流过程参数的声电双模态融合测量方法，包括下列步骤：

1)在测量管道上布置电导传感器和电学传感器，并在测量管道上布置超声传感器，利用电导传感器，根据测量数据获得含水率h_cond，利用电容传感器，根据测量数据获得含水率h_cap

2)从电导传感器测量数据中提取流速特征量，作为相关流速：

利用互相关方法，对电导传感器上下游测量数据进行互相关计算，互相关函数最大值出现处对应渡越时间τ，并得到相关流速u_c

其中，l为上、下游电导传感器之间的距离，根据该式，可得到相关流速时间序列u_c。