[发明专利]一种多特征图卷积的新型气固两相流流量测量方法

权利要求书

1.一种多特征图卷积的新型气固两相流流量测量方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)构建循环式多电极高频电容传感器；

2)采用循环式多电极高频电容传感器测量气固两相流的波动信号，并转换为微波差频信号；

3)构建数据集，具体是对微波差频信号进行预处理，然后使用滑动窗口从数据中获取样本，为样本添加相应的标签，再将80％的样本作为训练集，10％的样本作为验证集，剩余10％的样本作为测试集；

4)基于互信息法计算56路微波差频信号的互信息值，基于互信息值构建微波差频信号的邻接矩阵；

5)基于自回归模型构建信号的特征矩阵；

6)构建多特征图卷积神经网络模型，用于实现气固两相流微波差频信号的特征提取及流量预测。

2.根据权利要求1所述的一种多特征图卷积的新型气固两相流流量测量方法，其特征在于，步骤1)所述的循环式多电极高频电容传感器，包括有等间隔的安装在不导电管道的测量管段(2)外壁同一圆周面上的8个测量电极(1)，当其中一个测量电极作为激励电极时，其余7个测量电极均作为接收电极。

3.根据权利要求1所述的一种多特征图卷积的新型气固两相流流量测量方法，其特征在于，步骤2)包括：由正弦激励信号源产生激励信号，通过功分器一路送至循环式多电极高频电容传感器1个测量电极构成激励电极，对气固两相流进行激励，一路送至外部的检测模块，其余7个测量电极将测得管道内不同流速工况下的7路波动信号送至检测模块，分别与检测模块中的激励信号信号一同进入混频器进行信号混频，混频后的信号经加法器后共得到7个微波差频信号，重复上述测量过程，直到全部8个测量电极都充当过激励电极，完成一个测量周期共获得56路微波差频信号。

4.根据权利要求1所述的一种多特征图卷积的新型气固两相流流量测量方法，其特征在于，步骤3)包括：

(3.1)对微波差频信号进行预处理，公式如下：

其中，I_i代表第i个数据，I_mean和I_std分别为数据的平均值和标准差，为预处理后的第i个数据；

对56路微波差频信号分别采用无重叠加窗方式进行分割，从窗口长度为H，长度为L的微波差频信号中获取个样本，其中，代表向下取整；

对于气固两相流，以实际流量值为数据标签，共得到N个带有标签值的波动样本；

(3.2)随机将N个带有标签值的波动样本划分为训练集、验证集和测试集，整体构成数据集，具体比例为[训练集：验证集：测试集]＝[8：1：1]。

5.根据权利要求1所述的一种多特征图卷积的新型气固两相流流量测量方法，其特征在于，步骤4)包括：

在56路微波差频信号中随机选取两路微波差频信号X和Y，信号长度都为m，两路微波差频信号X和Y的互信息值I(X,Y)计算公式如下：

式中，P(x)和P(y)分别为两路微波差频信号X和Y的概率密度分布函数，P(x,y)为两路微波差频信号X和Y的联合概率密度分布函数，x为微波差频信号X的索引，y为微波差频信号Y的索引；

将56路微波差频信号两两组合计算互信息值，共得到56×55个互信息值，基于56×55个互信息值构建微波差频信号的邻接矩阵，具体是将邻接矩阵主对角线的元素数值取1，每个互信息值I(X,Y)在邻接矩阵为第X行第Y列的元素。

6.根据权利要求1所述的一种多特征图卷积的新型气固两相流流量测量方法，其特征在于，步骤5)包括：

首先分别对每一路微波差频信号使用自回归模型，计算自回归系数，计算公式为：

其中U(t)是一路微波差频信号使，是自回归模型系数，构成特征矩阵，ε_s是白噪声，它与U(t)没有相关性，参数P是自回归模型的阶数，表示当前的观测值是基于过去的P个观测值构建模型预测的，s为自回归模型阶数的索引，t为当前时刻。