基于止回閥內(nèi)波動(dòng)信號(hào)的氣液兩相流辨識(shí)系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及多相流測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于止回閥內(nèi)波動(dòng)信號(hào)的氣液兩 相流辨識(shí)系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 兩相流廣泛存在于能源、化工、冶金等工業(yè)部門，流體的不同流動(dòng)狀態(tài)對(duì)于生產(chǎn)過(guò) 程中的操作方式、運(yùn)行穩(wěn)定性和產(chǎn)品質(zhì)量控制等都具有重要的意義，因此對(duì)于兩相流型的 研究和分析，一直是一個(gè)非常重要且得到廣泛關(guān)注的課題。傳統(tǒng)的流型識(shí)別方法成本較高， 應(yīng)用條件苛刻。而且為了獲取信號(hào)，大多是侵入式測(cè)量，不適用于易燃易爆的特殊場(chǎng)合。
[0003] 止回閥又稱單向閥或逆止閥，其作用是防止管路中的介質(zhì)倒流。止回閥廣泛應(yīng)用 于工業(yè)生產(chǎn)和日常生活中。研究發(fā)現(xiàn)，止回閥內(nèi)產(chǎn)生的聲音和壓力波動(dòng)信號(hào)與流體的流動(dòng) 狀態(tài)密切相關(guān)。這種方法應(yīng)用不僅實(shí)現(xiàn)成本低、應(yīng)用范圍廣，而且對(duì)聲音信號(hào)的提取是非侵 入式的，可應(yīng)用于油氣等易燃易爆特殊場(chǎng)合。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的就是為了解決上述難題，提供了一種基于止回閥內(nèi)波動(dòng)信號(hào)的氣液 兩相流辨識(shí)系統(tǒng)及方法，以止回閥為研究對(duì)象，利用聲音和壓差信號(hào)對(duì)管道內(nèi)流體流動(dòng)的 狀態(tài)進(jìn)行辨識(shí)，可應(yīng)用到油氣運(yùn)輸?shù)纫兹家妆奶厥鈭?chǎng)合。
[0005] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的具體方案如下：
[0006] -種基于止回閥內(nèi)波動(dòng)信號(hào)的氣液兩相流辨識(shí)系統(tǒng)，包括:拾音器、差壓傳感器、 差壓?目號(hào)米集卡、首頻?目號(hào)米集卡和計(jì)算機(jī)；
[0007] 所述拾音器直接固定在止回閥上，采集止回閥產(chǎn)生的音頻信號(hào)，所述音頻信號(hào)采 集卡采集所述音頻信號(hào)，并將采集到的音頻信號(hào)傳送至計(jì)算機(jī)；
[0008] 所述壓差傳感器與止回閥連接，測(cè)量止回閥兩點(diǎn)之間壓力差的變化，所述差壓信 號(hào)采集卡采集所述壓力差的變化信號(hào)，并將采集到的信號(hào)傳送至計(jì)算機(jī)；
[0009] 所述計(jì)算機(jī)根據(jù)接收到的音頻信號(hào)和壓力差的變化信號(hào)，對(duì)管道內(nèi)流體的流動(dòng)狀 態(tài)進(jìn)行辨識(shí)。
[0010] -種基于止回閥內(nèi)波動(dòng)信號(hào)的氣液兩相流辨識(shí)方法，包括以下步驟：
[0011] (1)設(shè)定采樣時(shí)間和采樣頻率，分別采集止回閥上的音頻信號(hào)以及止回閥上兩點(diǎn) 的壓力差變化信號(hào)；
[0012] (2)分別對(duì)上述兩種信號(hào)進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解，得到信號(hào)的多個(gè)本征模態(tài)函數(shù)分量；
[0013] (3)根據(jù)原信號(hào)的各個(gè)本征模態(tài)函數(shù)分量，計(jì)算每個(gè)本征模態(tài)函數(shù)分量對(duì)應(yīng)的希 爾伯特邊際譜；
[0014] (4)分別計(jì)算每個(gè)本征模態(tài)函數(shù)分量及其對(duì)應(yīng)的希爾伯特邊際譜的能量值;所述 能量值代表不同流型的能量特征；
[0015] (5)在坐標(biāo)圖中對(duì)不同流型的能量特征進(jìn)行標(biāo)定，劃分不同流型在坐標(biāo)圖上的分 布區(qū)域，得到流型圖，實(shí)現(xiàn)對(duì)不同流型的辨識(shí)。
[0016] 進(jìn)一步地，所述步驟(2)中，對(duì)信號(hào)進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解的方法為： η
[0017] -S (0 = Σ c. + R i----1
[0018] 其中，Ci為本征模態(tài)函數(shù)分量，R為趨勢(shì)項(xiàng)。
[0019] 進(jìn)一步地，所述步驟(3)中，對(duì)每個(gè)信號(hào)的各個(gè)本征模態(tài)函數(shù)分量做希爾伯特黃變 換得到每個(gè)本征模態(tài)函數(shù)分量的希爾伯特普，希爾伯特普對(duì)時(shí)間進(jìn)行積分得到希爾伯特邊 際譜。
[0020] 進(jìn)一步地，所述步驟(4)中，原信號(hào)的各個(gè)本征模態(tài)函數(shù)分量振幅平方對(duì)時(shí)間進(jìn)行 積分，得到各個(gè)本征模態(tài)函數(shù)分量的能量值；
[0021] 對(duì)每個(gè)本征模態(tài)函數(shù)分量對(duì)應(yīng)的希爾伯特邊際譜振幅的平方求和，得到原信號(hào)希 爾伯特邊際譜的能量值。
[0022] 進(jìn)一步地，所述步驟(5)中，劃分不同流型在坐標(biāo)圖上的分布區(qū)域的方法具體為：
[0023] 根據(jù)實(shí)際情況測(cè)量不同流型的能量值，確定所述能量值在坐標(biāo)圖上的分布區(qū)域， 對(duì)坐標(biāo)圖進(jìn)行不同流型的劃分。
[0024]本發(fā)明的有益效果：
[0025] 本發(fā)明分別采集了音頻信號(hào)和壓差信號(hào)，并對(duì)它們進(jìn)行了分析處理，提取信號(hào)中 代表不同流型的特征，在坐標(biāo)系中進(jìn)行了標(biāo)定。實(shí)現(xiàn)了以止回閥為研究對(duì)象，利用聲音和壓 差信號(hào)對(duì)管道內(nèi)流體流動(dòng)狀態(tài)的辨識(shí)。本方法為流型辨識(shí)提供了一條有效的途徑。相應(yīng)的 裝置具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本較低、準(zhǔn)確率高等優(yōu)點(diǎn)。而且利用音頻型號(hào)是非侵入式測(cè)量，可應(yīng) 用到油氣運(yùn)輸?shù)纫兹家妆奶厥鈭?chǎng)合。
【附圖說(shuō)明】
[0026] 圖1是基于止回閥內(nèi)聲音信號(hào)的氣液兩相流辨識(shí)系統(tǒng)示意圖；
[0027] 圖2是基于止回閥內(nèi)差壓信號(hào)的氣液兩相流辨識(shí)系統(tǒng)示意圖；
[0028]圖3是本發(fā)明所得到的流型圖；
[0029]圖4是不同流型的能量值示意圖；
[0030] 其中，1.止回閥，2.管道，3.拾音器，4.音頻采集卡，5.計(jì)算機(jī)，6.差壓傳感器，7.差 壓信號(hào)采集卡。
【具體實(shí)施方式】：
[0031] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明：
[0032] 如圖1和圖2所示，一種基于止回閥內(nèi)波動(dòng)信號(hào)的氣液兩相流辨識(shí)系統(tǒng)，包括:拾音 器、差壓傳感器、差壓信號(hào)采集卡、音頻信號(hào)采集卡和計(jì)算機(jī)；
[0033] 拾音器直接固定在止回閥上，采集止回閥產(chǎn)生的音頻信號(hào)，音頻信號(hào)采集卡采集 音頻信號(hào)，并將采集到的音頻信號(hào)傳送至計(jì)算機(jī)；
[0034] 壓差傳感器與止回閥連接，測(cè)量止回閥兩點(diǎn)之間壓力差的變化，所述差壓信號(hào)采 集卡采集所述壓力差的變化信號(hào)，并將采集到的信號(hào)傳送至計(jì)算機(jī)；
[0035] 計(jì)算機(jī)根據(jù)接收到的音頻信號(hào)和壓力差的變化信號(hào)，對(duì)管道內(nèi)流體的流動(dòng)狀態(tài)進(jìn) 行辨識(shí)。
[0036] 基于止回閥內(nèi)波動(dòng)信號(hào)的氣液兩相流辨識(shí)方法，包括如下步驟：
[0037] 1)如圖1、2所示，通過(guò)在止回閥上安裝拾音器和差壓傳感器得到了音頻信號(hào)和差 壓信號(hào)。
[0038] 2)音頻