【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及流体测量，特别是涉及一种气液两相流气泡分布及相含率的测量方法及装置。
技术介绍
1、在石油工业、化工以及管道运输等领域，气液两相流中气相含率的准确测量是当前难题；在气液两相流的垂直管道中存在泡状流、段塞流、混状流等经典的流型，其中泡状流是低气相含率时在连续液相中包含分散小气泡的流型，气相以各种不同形式存在，包括气泡、聚并而成的大气泡、以及气塞等。在高压，低温的推进剂运输过程中，由于外界温度和压力的变化会造成液态推进剂中析出气泡形成泡状流。气泡的析出是影响推进剂运输安全和准确计量的重要因素，因此泡状流中低气泡含率的测量和模型的建立对推进剂的安全生产和运输具有重要的意义。
2、现有的气相含率测量方法主要包括电导法、电容法、超声法、光学法、差压法、射线法等，其中透射式超声法是一种安全的非接触式测量手段，因此在流体检测中具有独特的优势，在气液两相流领域得到广泛应用。特别是在现场的流动测量过程中，超声波检测元件处于管道外壁，可以避免与流动介质的直接接触，对流场不产生扰动、无压力损失，并且适合在较为恶劣的工业现场应用，是气液两相流中气相含率参数检测的一种重要手段。传统超声法测量中无论是金属管道还是非金属管道，由于管道材质与压电晶体材质之间声阻抗的差异需要使用耦合剂来避免声波能量的过多损失。然而压电超声中耦合剂的使用让其在高、低温测量环境的影响难以实现长期稳定的测量。同时推进剂运输环境中低温、高压和长期的稳定监测对压电超声来说具有极大的挑战。
3、同时针对于能够模拟产生气液两相流装置的体积较大，造价昂贵、
技术实现思路
1、为了克服现有技术的不足，本专利技术的目的是提供一种气液两相流气泡分布及相含率的测量方法及装置，本专利技术解决了现有技术中无法在高、低温测量环境的影响实现长期稳定的测量，气泡含率测量的准确性低下和模拟产生气液两相流装置的体积较大，造价昂贵的问题。
2、为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
3、一种气液两相流气泡分布及相含率的测量方法，包括：
4、获取待测管道的频散曲线和波模态衰减曲线；
5、根据所述频散曲线和波模态衰减曲线确定第一模态的激励频率和第二模态的激励频率；
6、根据所述第一模态的激励频率确定第一激励信号；
7、根据所述第二模态的激励频率确定第二激励信号；
8、通过所述第一激励信号所对应的传播路径对所述第一激励信号进行处理，得到衰减后的第一激励信号；
9、通过所述第二激励信号所对应的传播路径对所述第二激励信号进行处理，得到衰减后的第二激励信号；
10、确定所述第一激励信号对应的衰减曲线和拟合函数及第二激励信号的衰减曲线和拟合函数；
11、基于所述衰减后的第一激励信号和所述衰减后的第二激励信号，根据所述第一激励信号对应的衰减曲线和拟合函数及第二激励信号的衰减曲线和拟合函数，基于加权数据融合算法，得到融合值；
12、根据所述融合值计算气泡含率；
13、根据所述第一激励信号对应的衰减曲线和及第二激励信号的衰减曲线判断气泡分布是否均匀。
14、优选地，所述根据所述频散曲线和波模态衰减曲线确定第一模态的激励频率和第二模态的激励频率，包括：
15、确定待测管道内各个声波传输的相速度；
16、通过所述各个声波传输的相速度，根据所述频散曲线和波模态衰减曲线确定第一模态的激励频率和第二模态的激励频率。
17、优选地，所述通过所述第一激励信号所对应的传播路径对所述第一激励信号进行处理的过程包括：
18、对所述第一激励信号进行阻抗匹配，得到阻抗信号；
19、对所述阻抗信号的功率进行限制，得到限制信号；
20、对所述限制信号进行增益放大得到放大信号；
21、对所述放大信号进行滤波处理得到衰减后的第一激励信号。
22、优选地，所述确定所述第一激励信号对应的衰减曲线和拟合函数，包括：
23、获取不同气体流量下的体积相含率、均匀速度和气泡直径；
24、根据所述体积相含率、均匀速度和气泡直径对所述第一激励信号进行校准得到对应的衰减曲线和拟合函数。
25、优选地，所述加权数据融合算法为采用信号级的加权平均法。
26、优选地，判断气泡分布是否均匀的判断过程，包括：
27、判断第一激励信号对应的衰减曲线衰减值和第二激励信号对应的衰减曲线的衰减值是否一致，若是，则气泡分布均匀。
28、一种气液两相流气泡分布及相含率的测量装置，包括：
29、模拟子装置、激励换能器和接收换能器；
30、所述模拟子装置用于产生小直径气泡，所述激励换能器用于产生激励信号并在所述模拟子装置中进行传输，所述接收换能器用于接收在模拟子装置中传输后的激励信号并根据所述传输后的激励信号测量气泡分布状态和相含率。
31、优选地，所述模拟子装置，包括：
32、管道、微孔气泡石、可控空气流量计和恒压空气压缩机；
33、所述微孔气泡石置于所述管道的底部，所述恒压空气压缩机通过可控空气流量计与所述管道连接；
34、所述管道用于放置液体，所述微孔气泡石用于接收恒压空气压缩机产生的气体，所述可控空气流量计用于控制进入微孔气泡石气体的流量。
35、优选地，所述激励换能器，包括：
36、第一信号线圈和第一外置磁场；
37、所述第一线圈以阵列式的柔性pcb缠绕在管道外围，所述外置磁场设置在所述管道的周边；
38、所述第一线圈用于将电流信号转换为管道中的涡流信号和交变磁场并与外置磁场共同引发管道的质点振动从而引起超声。
39、根据本专利技术提供的具体实施例，本专利技术公开了以下技术效果：
40、本专利技术提供了一种气液两相流气泡分布及相含率的测量方法及装置，方法包括：获取待测管道的频散曲线和波模态衰减曲线；根据所述频散曲线和波模态衰减曲线确定第一模态的激励频率和第二模态的激励频率；根据所述第一模态的激励频率确定第一激励信号；根据所述第二模态的激励频率确定第二激励信号；通过所述第一激励信号所对应的传播路径对所述第一激励信号进行处理，得到衰减后的第一激励信号；通过所述第二激励信号所对应的传播路径对所述第二激励信号进行处理，得到衰减后的第二激励信号；确定所述第一激励信号对应的衰减曲线和拟合函数及第二激励信号的衰减曲线和拟合函数；基于所述衰减后的第一激励信号和所述衰减后的第二激励信号，根据所述第一激励信号对应的衰减曲线和拟合函数及第二激励信号的衰减曲线和拟合函数，基于加权数据融合算法，得到融合值；根据所述融合值计算气泡含率；根据所述第一激励信号对应的衰减曲线和及第二本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种气液两相流气泡分布及相含率的测量方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种气液两相流气泡分布及相含率的测量方法，其特征在于，所述根据所述频散曲线和波模态衰减曲线确定第一模态的激励频率和第二模态的激励频率，包括：
3.根据权利要求1所述的一种气液两相流气泡分布及相含率的测量方法，其特征在于，所述通过所述第一激励信号所对应的传播路径对所述第一激励信号进行处理的过程包括：
4.根据权利要求1所述的一种气液两相流气泡分布及相含率的测量方法，其特征在于，所述确定所述第一激励信号对应的衰减曲线和拟合函数，包括：
5.根据权利要求1所述的一种气液两相流气泡分布及相含率的测量方法，其特征在于，所述加权数据融合算法为采用信号级的加权平均法。
6.根据权利要求1所述的一种气液两相流气泡分布及相含率的测量方法，其特征在于，判断小直径气泡分布是否均匀的判断过程，包括：
7.一种气液两相流气泡分布及相含率的测量装置，其特征在于，包括：
8.根据权利要求7所述的一种气液两相流气泡分布及相含率的测量装置，其
9.根据权利要求7所述的一种气液两相流气泡分布及相含率的测量装置，其特征在于，所述激励换能器，包括：
...【技术特征摘要】
1.一种气液两相流气泡分布及相含率的测量方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种气液两相流气泡分布及相含率的测量方法，其特征在于，所述根据所述频散曲线和波模态衰减曲线确定第一模态的激励频率和第二模态的激励频率，包括：
3.根据权利要求1所述的一种气液两相流气泡分布及相含率的测量方法，其特征在于，所述通过所述第一激励信号所对应的传播路径对所述第一激励信号进行处理的过程包括：
4.根据权利要求1所述的一种气液两相流气泡分布及相含率的测量方法，其特征在于，所述确定所述第一激励信号对应的衰减曲线和拟合函数，包括：
<...【专利技术属性】
技术研发人员：谢跃东，刘福禄，杜可钰，徐立军，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：
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