[发明专利]基于声发射测量的气液段塞流液塞区判别及参数检测方法

摘要

基于声发射测量的气液段塞流液塞区判别及参数检测方法，包括根据环境噪音设定阈值、计算长气泡时长判据、对声发射信号进行采集、每个通道液塞区声信号判别、计算液塞区声信号、计算液塞区声信号参数、液塞频率的计算、液塞运动速度的计算、液塞长度的计算。本发明根据长气泡区声信号明显低于液塞区信号的特征，设定CTEB即长气泡时长判据，当两段连续信号之间低于阈值的时间间隔小于设定的CTEB时间判据时，这两段连续信号被划分为一个波包内，即判定为一个液塞信号；否则这两段信号则被分成两个独立的波包，即判定为两个液塞信号。本发明为海底管道运行人员提供了一种可靠快速的管内气液流动的监控方法，对于管道的流动安全保障具有重要意义。

主权项

1.基于声发射测量的气液段塞流液塞区判别及参数检测方法，其特征在于包括：步骤1、根据环境噪音设定阈值在油气输送管道上布置两个声发射传感器，两个传感器间距为L(L不大于30D，D为管道内径)，当管道停运时，对两个传感器进行空管测试，监测到传感器声信号幅值的波动范围，即环境噪声产生的声信号的幅值，将环境噪声的最大幅值设定为阈值电压，作为气液两相流动声信号判别的标准；步骤2、计算长气泡时长判据当油气混输管道的气液两相流动处于段塞流型时，段塞中长气泡和液塞交替出现，采集相邻两个声发射传感器的段塞流声信号，在绘制的原始波形图中，根据液塞在两个传感器的到达时间差值，结合两个传感器的间距L，分析各个液塞的运动速度，并取平均值νslug；规定长气泡的最小临界长度为2D，则各个长气泡时长为：CTEB＝2D/νslug  (1)步骤3、对声发射信号进行采集用相距L的两个传感器采集的管道内段塞流动的原始声信号电压，采集时间为T，上游传感器在前，下游传感器在后；步骤4、每个通道液塞区声信号判别定义相邻两段声信号之间低于上述阈值的部分的信号时长为时间间隔T；对声信号逐个判断，得到M段连续波形信号和M‑1段时间间隔；判断每一段低于阈值的时间间隔Ti，i为1到M‑1的自然数，若Ti小于设定的长气泡时长CTEB，则这两段信号被划分为一个波包，将这前后两段声发射信号连通，判定为一个液塞信号，同时M减一；若Ti大于或等于设定的CTEB，则认为长气泡存在，则判定为两个液塞信号；步骤5、计算液塞区声信号声信号到达时间定义为液塞首次超过阈值的时刻，声信号持续时间定义为液塞持续高于阈值的时间；声信号结束时间定义为液塞最后一次低于阈值的时间；经过判别计算得到采集时间段内所有液塞的到达时间和持续时间，同时也得到该时间段内的液塞个数N和频率；通过采集程序提取液塞从声信号到达时间至声信号结束时间段内的数据点，即其中一个液塞的声信号，记为液塞区声信号；步骤6、计算液塞区声信号参数液塞区声信号参数计算函数和参数定义为：其中，AMP为声信号幅值，单位dB；Vmax为液塞区声信号中电压数据的最大值，单位V；其中，ASL为声信号平均电压电平，单位dB；Vmean为液塞区声信号中电压数据的平均值，单位V；其中，RMS为声信号均方根值，单位V；V为液塞区声信号中每个数据点电压信号，单位V；n为声信号数据点的个数；其中，ABS为声信号绝对能量值，单位J；V为液塞区声信号中每个数据点电压信号，单位V；10KΩ为参考电阻；T为采样时间，单位s；步骤7、液塞频率的计算液塞波包个数N除以该段段塞流声信号时间长度T即为液塞频率；步骤8、液塞运动速度的计算方法为：Δt＝t2‑t1  (6)其中，△t为同一液塞在前后两个传感器的到达时间延迟，单位s；t2为液塞信号到达上游1通道传感器的时间，单位s；t1为液塞信号到达下游2通道传感器的时间，单位s；Vslug＝L/Δt  (7)其中，Vslug为液塞速度，单位m/s；L为两个传感器间距，单位m。步骤9、液塞长度的计算方法为：Lslug＝Vslug×Tdurantion  (8)其中，Lslug为液塞长度，单位m；Tdurantion为液塞持续时间，单位s。