基于独立成分分析和互相关技术的水平管弹状流参数测量方法

摘要

本发明提供基于独立成分分析和互相关技术的水平管弹状流参数测量方法，它是在由结构相同的双截面电学传感器阵列、电子测量电路和成像计算机构成的电学层析成像系统中，引入独立成分分析和互相关技术实现水平管两相流弹状流特征参数测量方法，即，使用独立成分分析方法分析原始测量数据，发现峭度最大的独立成分与弹状流中液弹的变化信息具有很好的对应关系，进一步利用互相关技术，对上、下游测量截面获得的峭度最大的独立成分消除循环平稳特性后进行互相关计算，获得弹状流中液弹的平均速度，利用液弹持续的时间乘以液弹的平均速度获得平均的液弹长度。这种方法利用电学层析成像系统所获得的测量值无需结合其他测量数据获得水平管弹状流的速度和长度，节省了测量的成本，拓宽了电学层析成像系统在两相流测量中的应用范围，有利于精确测量水平管弹状流参数。

主权项

一种基于独立成分分析和互相关技术的水平管弹状流参数测量方法，该测量方法是在由结构相同的双截面电学传感器阵列、电子测量电路和成像计算机构成的电学层析成像系统中，对水平管两相流弹状流测量，该测量方法包含有以下步骤：(1)双截面电学层析成像系统中，若每一截面有N个测量电极，分别将由双截面电学层析成像系统获得的水平管道弹状流的原始完全测量数据转换成N个电极上的时间序列矩阵T1N×M、T2N×M，其中，T1N×M为上游测量截面的时间序列矩阵，T2N×M为下游测量截面的时间序列矩阵，下标N为每一截面有N个电极，下标M为每个电极上的采样数为M，记TIN×M，I＝1，2表示上述时间序列矩阵，I＝1时，即为上述T1N×M，I＝2时，即为上述T2N×M；(2)分别对所述时间序列矩阵T1N×M、T2N×M进行预处理，包括中心化和白化，获得白化后的矩阵Zi，下标i＝1，2，下标i＝1时，即Z1，表示由上游测量截面时间序列矩阵T1N×M经预处理获得的白化后的矩阵，下标i＝2时，即Z2，表示由下游测量截面时间序列矩阵T2N×M经预处理获得的白化后的矩阵；(3)将所述白化后的矩阵Zi进行变换，使输出矩阵Yi＝WiZi的各行向量之间相互独立，即求解混合矩阵Wi，进而得到独立成分集合Yi，Yi为N×M的矩阵，Yi中每一行对应于一个独立成分yk，下标i＝1，2分别对应上、下游测量截面的变量，下标i＝1时，对应上游测量截面的变量，下标i＝2时，对应下游测量截面的变量，Yi代表独立成分集合，下标i＝1时，即Y1，代表上游测量截面的独立成分集合，下标i＝2时，即Y2，代表下游测量截面的独立成分集合，Wi代表解混合矩阵，下标i＝1时，即W1，代表上游测量截面的解混合矩阵，下标i＝2时，即W2，代表下游测量截面的解混合矩阵；(4)分别计算所述独立成分集合Y1、Y2中各独立成分yk的峭度，分别提取Y1、Y2中峭度最大的独立成分；(5)分别消除双截面峭度最大的独立成分的循环平稳特性，得到特征向量C1、C2；(6)对所述特征向量C1、C2进行互相关计算，获得相关速度即是液弹的平均速度；(7)利用所述液弹的平均速度乘以液弹持续的时间，即可获得平均的液弹长度。