一种相含率测量方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术实施例提供一种相含率测量方法及装置，根据待测量体系轮廓特征以及相介质特征，确定填补区结构；根据所述填补区结构，确定敏感场矩阵；根据所述敏感场矩阵和归一化电容值，得到相含率空间截面分布图。本发明专利技术实施例通过填补法和电容层析成像填补成像测量，结构简单，使用方便，同时能够提高准确度，能够适应一般非规则几何形状容器中的多相物质体系中的静态/动态相含率的测量。

【技术实现步骤摘要】
一种相含率测量方法及装置
本专利技术涉及相含率测量领域，具体涉及一种相含率测量方法及装置。
技术介绍
多相体系中相含率非接触测量方法，尤其是动态条件下的测量方法对多相化工反应器性能研究非常重要，例如气固流化床中颗粒浓度测量是气固反应器的反应能力设计和放大研究中最关键的基础反应器性能参数。电容层析成像法作为一种多相体系中相含率的典型非侵入式测量方法，已在化工流化床、石油管道流、颗粒包覆反应器等得到广泛应用。均对应的多是规则圆柱或圆锥结构以及低密度颗粒，对于不规则结构体中相含率测量较少涉及，因为现有的电容层析方法根本无法对不规则几何形状进行测量。电容层析成像测量分三个主要步骤，即电极探测、数据采集和图像重构。电极布置分极板外置有隔离电极、极板外置无隔离电极、极板内置有隔离电极和极板内置无隔离电极四种。极板布置不同，其应用场合不同。电极的大小即极板覆盖率影响很大，太小无法满足测量电容值得需求，太大则因为“三维弱化效应”导致测量不准，但所有极板布置均需要安装在规则形几何状的结构上。因此，如何实现对不规则几何形状进行测量，同时保证重构图像的精确度，成为亟待解决的问题。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷，本专利技术实施例提供一种相含率测量方法及装置。第一方面，本专利技术实施例提供一种相含率测量方法，包括：根据待测量体系轮廓特征以及相介质特征，确定填补区结构；根据所述填补区结构，确定敏感场矩阵；根据所述敏感场矩阵和归一化电容值，得到相含率空间截面分布图。可选地，所述根据待测量体系轮廓特征以及相介质特征，确定填补区结构包括：根据不规则图形进行数学建模，并赋予材料属性并进行不规则填补区形状提取，根据所述材料属性、所述不规则填补区形状和待测量体系的最小外接规则形状确定填补区厚度和形状特征。可选地，所述填补区介质的介电常数与待测物体的介电常数相同；所述填补区填补后的外形结构为圆柱体、圆台体、圆锥体或长方体；所述归一化电容值为去噪后的电容值。可选地，所述根据所述敏感场矩阵和归一化电容值，得到相含率空间截面分布图包括:根据逐次逼近算法分解所述敏感场矩阵得到测量区矩阵和填充区矩阵；根据所述测量区矩阵和所述填充区矩阵得到相含率空间截面分布图。可选地，所述逐次逼近算法为：其中，N为填充区和测量区中的数据点总数，m表示填充区数据点的个数，S1表示填充区对应的敏感场，S2表示测量区对应的敏感场，G1表示填充区对应的介电常数分布，G2表示测量区对应的，λ测量为测量区物体引起的电容值矩阵，λ厚壁为填充区物体引起的电容值矩阵，λa×1为归一化电容值矩阵，其中下标a为测量电极数n的函数，a＝n*(n-1)/2，n为测量电极数。可选地，所述根据所述测量区矩阵和所述填充区矩阵得到相含率空间截面分布图后，所述方法还包括：根据调节松弛因子，对相含率空间截面分布图进行优化。可选地，所述根据调节松弛因子，对相含率空间截面分布图进行优化包括：根据公式Gk＝P[c1·Gk-1+c2·αkST(λ-SGk-1)]，对相含率空间截面分布图进行优化；其中，c1和c2为松弛因子参数，αk为根据最大特征值约束与二范数法计算得到的参数，Gk为第K次优化的介电常数分布，λ为归一化电容值矩阵，函数P可用公式来表示，x为自变量，f(x)为x的因变量。第二方面，本专利技术实施例提供一种相含率测量装置，包括：第一处理模块，用于根据待测量体系轮廓特征以及相介质特征，确定填补区结构；第二处理模块，用于根据所述填补区结构，确定敏感场矩阵；第三处理模块，用于根据所述敏感场矩阵和归一化电容值，得到相含率空间截面分布图。第三方面本专利技术实施例提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现以上任一项所述的相含率测量方法的步骤。第四方面本专利技术实施例提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以上任一项所述的相含率测量方法的步骤。本实施例通过填补法和电容层析成像填补成像测量，结构简单，使用方便，同时能够提高准确度，能够适应一般非规则几何形状容器中的多相物质体系中的静态/动态相含率的测量。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例提供的一种相含率测量方法的流程示意图；图2为本专利技术实施例提供的填补法一般性原理示意图；图3为本专利技术实施例提供的分解矩阵-降维算法原理示意图；图4为基于填补法电容层析成像测量气固流化床底部非规则处某一横截面固含率分布的示意图；图5为本专利技术实施例提供的有限元软件COMSOL建模求解敏感场示意图；图6为本专利技术实施例提供的部分敏感场计算结果示意图；图7为本专利技术实施例提供的三气泡重构结果及优化参数示意图；图8为本专利技术实施例提供的一种相含率测量装置的结构示意图；图9为本专利技术实施例提供的一种电子设备的实体结构示意图。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。图1是本专利技术实施例提供的一种相含率测量方法的流程示意图，如图1所示，该方法包括：S101：根据待测量体系轮廓特征以及相介质特征，确定填补区结构。其中，所述待测量体系轮廓特征为可填充区域的厚度及几何形状。所述填补区介质为用于装填填补的介质，其介电常数已知。所述填补区结构为测量区和填补区合成的结构，包括形状和介质特征。S102：根据所述填补区结构，确定敏感场矩阵。其中，所述敏感场矩阵表示填补区结构对应的敏感场，可与对应介电常数分布一起用于反映测量区和填补区物体引起的电容变化值。S103：根据所述敏感场矩阵和归一化电容值，得到相含率空间截面分布图。其中，所述归一化电容值为调整到规定的标准形式的电容值。所述相含率空间截面分布图用于反映多相体系中相含率的分布情况。具体地，首先设计填补装置，待测量区域为非规则复杂结构时，本专利技术实施例会根据实际情况选择适合的填补区厚度，再装填填补介质形成一个外形规则的填补装置。再进行电容层析成像填补成像，使用有限元软件进行建模，根据外形规则的填补装置，设定测量区和填充区材料，设定静电物理场，设置循环边界条件，计算本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种相含率测量方法，其特征在于，包括：/n根据待测量体系轮廓特征以及相介质特征，确定填补区结构；/n根据所述填补区结构，确定敏感场矩阵；/n根据所述敏感场矩阵和归一化电容值，得到相含率空间截面分布图。/n

【技术特征摘要】
1.一种相含率测量方法，其特征在于，包括：
根据待测量体系轮廓特征以及相介质特征，确定填补区结构；
根据所述填补区结构，确定敏感场矩阵；
根据所述敏感场矩阵和归一化电容值，得到相含率空间截面分布图。


2.根据权利要求1所述的相含率测量方法，其特征在于，所述根据待测量体系轮廓特征以及相介质特征，确定填补区结构包括：
根据不规则图形进行数学建模，并赋予材料属性并进行不规则填补区形状提取，根据所述材料属性、所述不规则填补区形状和待测量体系的最小外接规则形状确定填补区厚度和形状特征。


3.根据权利要求1所述的相含率测量方法，其特征在于，
所述填补区介质的介电常数与待测物体的介电常数相同；
所述填补区被填补后的外形结构为圆柱体、圆台体、圆锥体或长方体；
所述归一化电容值为去噪后的电容值。


4.根据权利要求1所述的相含率测量方法，其特征在于，所述根据所述敏感场矩阵和归一化电容值，得到相含率空间截面分布图包括:
根据逐次逼近算法分解所述敏感场矩阵得到测量区矩阵和填充区矩阵；
根据所述测量区矩阵和所述填充区矩阵得到相含率空间截面分布图。


5.根据权利要求4所述的相含率测量方法，其特征在于，所述逐次逼近算法为：
其中，N为填充区和测量区中的数据点总数，m表示填充区数据点的个数，S1表示填充区对应的敏感场，S2表示测量区对应的敏感场，G1表示填充区对应的介电常数分布，G2表示测量区对应的，λ测量为测量区物体引起的电容值矩阵，λ厚壁为填充区物体引起的电容值矩阵，λa×...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈昭，刘马林，王江江，常家兴，陈猛，唐亚平，刘兵，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11