專利名稱：：基于獨(dú)立成分分析和互相關(guān)技術(shù)的水平管彈狀流參數(shù)測量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬于兩相流測量
技術(shù)領(lǐng)域：
，涉及過程流動成像研究領(lǐng)域的信息技術(shù)，特別是一種基于獨(dú)立成分分析和互相關(guān)技術(shù)的水平管彈狀流參數(shù)測量方法。
背景技術(shù)：
：彈狀流(slugflow)是多相流(尤其是油氣混輸管道)中一種最常見的流型，由于其流動的間歇性，引起管道中持液率和壓力的急劇波動，并使運(yùn)行在該流型下的管道相應(yīng)承受間歇性應(yīng)力沖擊。同時，離開管道末端的大液塞會引起下游設(shè)備中的液位劇烈波動。為保證管線和下游處理設(shè)備的最優(yōu)設(shè)計(jì)和安全操作，必須能夠掌握、測量和預(yù)報彈狀流特征參數(shù)的大小與變化規(guī)律。彈狀流的特征參數(shù)強(qiáng)烈依賴于管道的幾何尺寸和流體的物性參數(shù)，由于實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)條件和實(shí)際工業(yè)管道幾何與運(yùn)行條件的差別，實(shí)驗(yàn)室模擬試驗(yàn)的結(jié)果應(yīng)經(jīng)過現(xiàn)場試驗(yàn)數(shù)據(jù)的檢驗(yàn)和修正才有應(yīng)用價值。因此，如何從現(xiàn)場工業(yè)管道上獲得有價值的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，成為彈狀流流動特性研究的關(guān)鍵。電學(xué)層析成像技術(shù)是基于電特性敏感機(jī)理的過程層析成像技術(shù)，它的物理基礎(chǔ)是基于不同的媒質(zhì)具有不同的電特性(電導(dǎo)率/介電系數(shù)/復(fù)導(dǎo)納)，判斷出敏感場內(nèi)物體的電特性分布便可推知該場中媒質(zhì)的分布情況。它運(yùn)用傳感器陣列形成旋轉(zhuǎn)的空間敏感場，對包含多種不同介質(zhì)的容器或管道從不同的觀測視角進(jìn)行掃描，當(dāng)場內(nèi)介質(zhì)的電特性分布發(fā)生變化時，場內(nèi)電流密度、電勢分布也隨之變化，從而導(dǎo)致場域邊界上的測量數(shù)據(jù)發(fā)生變化，邊界測量數(shù)據(jù)的變化信息對應(yīng)電特性的變化信息，運(yùn)用相應(yīng)的成像算法，便可重建出實(shí)際對象的物質(zhì)分布，并可對物場分布實(shí)現(xiàn)可視化。目前電學(xué)層析成像技術(shù)在兩相流測量的應(yīng)用，主要可以概括為以下幾個方面1、提供被測流體在流體管道某一橫截面的實(shí)時圖像，用于識別與判斷兩相流的流型及確定相間界面；2、用于確定兩相流體各相組分在容器或管道中的局部濃度分布，進(jìn)一步處理分析可得到各相組分的總濃度；3、確定離散相的顆粒尺寸和運(yùn)動軌跡等微尺度參數(shù)；4、將電學(xué)層析成像技術(shù)與相關(guān)技術(shù)結(jié)合可以獲得兩相流的速度信息，通過圖像重建可以獲得截面分相含率信息，二者結(jié)合可實(shí)現(xiàn)對兩相流體的總流量、各分相流量的測量6及流體在管道橫截面上速度分布的實(shí)時測量。其中與相關(guān)技術(shù)的結(jié)合由于可以獲得兩相流的速度信息，拓寬了電學(xué)層析成像的應(yīng)用范圍。目前文獻(xiàn)中，通過像素相關(guān)的方法可以獲得測量截面速度場的分布，如WangM等人2006年發(fā)表于《粒子與粒子系統(tǒng)表征》(Particle&ParticleSystemsCharacterization)第23巻，第321-329頁，題為《應(yīng)用電阻層析成像可視化漩渦流中氣泡速度分布》(Visualisationofbubblyvelocitydistributioninaswirlingflowusingelectricalresistancetomography)的文章，如G.Vilar等人2008年發(fā)表于《化學(xué)工程學(xué)報》(ChemicalEngineeringJournal)，題為《應(yīng)用電阻抗層析成像在線分析振蕩折流板反應(yīng)器中分布結(jié)構(gòu)》(Onlineanalysisofstructureofdispersionsinanoscillatorybaffledreactorusingelectricalimpedancetomography)等；但是由于無法將截面的每個象素與實(shí)際的多相流組分一一對應(yīng)，所以無法準(zhǔn)確獲得相關(guān)速度的物理意義，也無法獲得彈狀流中液彈的平均速度和液彈長度。目前文獻(xiàn)中提及利用電學(xué)層析成像技術(shù)對彈狀流進(jìn)行測量，需要結(jié)合更多的其他數(shù)據(jù)，比如視頻圖像，如K丄.Ostrowski等2000年發(fā)表于《化學(xué)工程學(xué)報》(ChemicalEngineeringJournal)的第77巻，第43-50頁，題為《電容層析成像在水平管氣動輸送器流型在線、離線分析中的應(yīng)用》(Applicationofcapacitanceelectricaltomographyforon-lineandoff-lineanalysisofflowpatterninhorizontalpipelineofpneumaticconveyer)。但是具體的應(yīng)用電學(xué)層析成像技術(shù)測量彈狀流中液彈的速度和長度，尤其是只利用電學(xué)層析成像系統(tǒng)所獲得的測量值不結(jié)合其他測量數(shù)據(jù)的方法尚未有報道。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提出一種基于獨(dú)立成分分析和互相關(guān)技術(shù)的水平管彈狀流參數(shù)測量方法，有利于精確測量水平管彈狀流參數(shù)，節(jié)省了測量成本。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是提供一種基于獨(dú)立成分分析和互相關(guān)技術(shù)的水平管彈狀流參數(shù)測量方法，該測量方法是在由結(jié)構(gòu)相同的雙截面電學(xué)傳感器陣列、電子測量電路和成像計(jì)算機(jī)構(gòu)成的電學(xué)層析成像系統(tǒng)中，對水平管兩相流彈狀流測量，該測量方法包含有以下步驟(1)雙截面電學(xué)層析成像系統(tǒng)中，若每一截面有N個測量電極，分別將由雙截面電學(xué)層析成像系統(tǒng)獲得的水平管道彈狀流的原始完全測量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成N個電極上的時間序列矩陣r;w、r2w，其中，T^w為上游測量截面的時間序列矩陣，r2^M為下游測7量截面的時間序列矩陣，下標(biāo)W為每一截面有N個電極，下標(biāo)M為每個電極上的采樣數(shù)為M，記77w^,/=1，2表示上述時間序列矩陣，/=1時，即為上述H^M，/=2時，即為上述r2^^(2)分別對所述時間序列矩陣n^M、r2^^進(jìn)行預(yù)處理，包括中心化和白化，獲得白化后的矩陣Z,，下標(biāo)/=1,2，下標(biāo);=1時，即Z,，表示由上游測量截面時間序列矩陣n^經(jīng)預(yù)處理獲得的白化后的矩陣，下標(biāo)/=2時，即z,，表示由下游測量截面時間序列矩陣T2.VxM經(jīng)預(yù)處理獲得的白化后的矩陣；(3)將所述白化后的矩陣Z,進(jìn)行變換，使輸出矩陣1;=^2,的各行向量之間相互獨(dú)立，即求解混合矩陣^，進(jìn)而得到獨(dú)立成分集合y,，K為iVxM的矩陣，K中每一行對應(yīng)于一個獨(dú)立成分a，下標(biāo)/=1，2分別對應(yīng)上、下游測量截面的變量，下標(biāo)/=1時，對應(yīng)上游測量截面的變量，下標(biāo)/=2時，對應(yīng)下游測量截面的變量，^代表獨(dú)立成分集合，下標(biāo),、i時，即r。代表上游測量截面的獨(dú)立成分集合，下標(biāo)/=2時，即^，代表下游測量截面的獨(dú)立成分集合，w代表解混合矩陣，下標(biāo)/=1時，即w，代表上游測量截面的解混合矩陣，下標(biāo)/=2時，即『2，代表下游測量截面的解混合矩陣；(4)分別計(jì)算所述獨(dú)立成分集合y,、1^中各獨(dú)立成分a的峭度，分別提取^、^中峭度最大的獨(dú)立成分；(5)分別消除雙截面峭度最大的獨(dú)立成分的循環(huán)平穩(wěn)特性，得到特征向量C1、C2;(6)對所述特征向量C1、C2進(jìn)行互相關(guān)計(jì)算，獲得相關(guān)速度即是液彈的平均速度；(7)利用所述液彈的平均速度乘以液彈持續(xù)的時間，即可獲得平均的液彈長度。本發(fā)明的有益效果是該方法拓寬了電學(xué)層析成像在兩相流測量領(lǐng)域的應(yīng)用范圍，無需結(jié)合其他途經(jīng)獲得的更多的測量數(shù)據(jù)，只利用電學(xué)層析成像自身的數(shù)據(jù)即可獲得水平管彈狀流液彈的速度和液彈的長度這兩個重要的彈狀流特征參數(shù)，節(jié)省了測量成本。該方法通過對電學(xué)陣列傳感器提供的原始測量數(shù)據(jù)進(jìn)行獨(dú)立成分分析，利用峭度最大的獨(dú)立成分與彈狀流中液彈的變化信息具有很好的對應(yīng)關(guān)系，結(jié)合互相關(guān)技術(shù)，將上、下游測量截面獲得原始測量數(shù)據(jù)進(jìn)行獨(dú)立成分分析，提取峭度最大的獨(dú)立成分，消除循環(huán)平穩(wěn)特性后進(jìn)行相關(guān)計(jì)算，可以獲得彈狀流中液彈的平均速度，平均的液彈長度可以通過液彈持續(xù)的時間乘以液彈的平均速度獲得。圖1為本發(fā)明的基于獨(dú)立成分分析和互相關(guān)技術(shù)的水平管彈狀流參數(shù)測量方法的流程框圖2為本發(fā)明的電極、電阻層析成像系統(tǒng)圓形管道傳感器截面分布示意圖3為本發(fā)明的電極、電阻層析成像系統(tǒng)圓形管道傳感器軸向分布示意圖4為本發(fā)明的由上游測量截面利用獨(dú)立成分分析方法估計(jì)獲得的八個獨(dú)立成分；圖5為本發(fā)明的上游測量截面和下游截面獲取的液彈信息；圖6(a)為本發(fā)明的消除兩截面峭度最大的獨(dú)立成分的循環(huán)平穩(wěn)特性得到特征向量Cl、C2;圖6(b)為本發(fā)明的局部區(qū)域內(nèi)的放大對比；圖7(a)、(b)、(c)、(d)、(e)分別為估算出的圖6(b)中A、B、C、D、E處的液彈平均速度。圖中1、有機(jī)玻璃管2、電極具體實(shí)施例方式結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明的基于獨(dú)立成分分析和互相關(guān)技術(shù)的水平管彈狀流參數(shù)測量方法加以說明。本發(fā)明的基于獨(dú)立成分分析和互相關(guān)技術(shù)的水平管彈狀流參數(shù)測量方法引入獨(dú)立成分分析和互相關(guān)技術(shù)實(shí)現(xiàn)水平管兩相流彈狀流特征參數(shù)測量方法，使用獨(dú)立成分分析方法分析原始測量數(shù)據(jù)，利用峭度最大的獨(dú)立成分與彈狀流中液彈的變化信息具有很好的對應(yīng)關(guān)系，進(jìn)一步利用互相關(guān)技術(shù)，對上、下游測量截面獲得的峭度最大的獨(dú)立成分消除循環(huán)平穩(wěn)特性后進(jìn)行互相關(guān)計(jì)算，獲得彈狀流中液彈的平均速度，利用液彈持續(xù)的時間乘以液彈的平均速度獲得平均的液彈長度而進(jìn)行檢測。圖2所示為一電學(xué)層析成像之一電阻層析成像系統(tǒng)的圓形單截面陣列電阻傳感器，八個電極均勻分布在有機(jī)玻璃管道內(nèi)壁。圖3所示，在直徑為D的有機(jī)玻璃管的內(nèi)壁上安裝有兩個具有相同電極分布結(jié)構(gòu)的陣列電阻傳感器，間隔距離為L。如圖1所示，本發(fā)明的基于獨(dú)立成分分析和互相關(guān)技術(shù)的水平管彈狀流參數(shù)測量方法實(shí)施例包括如下具體步驟-1、雙截面電學(xué)層析成像系統(tǒng)中，每一截面有八個測量電極，分別將由雙截面電學(xué)層9析成像系統(tǒng)獲得的水平管道彈狀流的原始完全測量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成八個電極上的時間序列矩陣718^、r28xM，其中，n^M為上游測量截面的時間序列矩陣，7^^為下游測量截面的時間序列矩陣，下標(biāo)M為每個電極上的采樣數(shù)為M;所述時間序列矩陣，是指對每個電極按照采樣順序得到的行向量，測量電極數(shù)為八個，時間序列矩陣的行數(shù)為八行。2、分別對所述時間序列矩陣n^M、r2&M進(jìn)行預(yù)處理，包括中心化和白化，獲得白化后的矩陣z,、z2，z,為由上游測量截面時間序列矩陣ri8^經(jīng)預(yù)處理獲得的白化后的矩陣，22為由下游測量截面時間序列矩陣728^經(jīng)預(yù)處理獲得的白化后的矩陣；所述中心化，是指以上游測量截面時間序列矩陣718)^的某一行向量7\^為對象，計(jì)算該行元素的平均值￡[7\^]，將行向量n^的元素都減去該行元素的平均值五[r"w]，獲得向量&:nhM-五[n^j，下標(biāo)A:從i依次取到8，獲得上游測量截面的中心化后的矩陣《=[^&，一,18]'，按同樣方法，以下游測量截面時間序列矩陣r2s^的某一行向量r2^為對象，計(jì)算該行元素的平均值五[r2^j，將行向量r2^^的元素都減去該行元素的平均值￡[7^^]，獲得向量^二r2^-E[:T2hM]，下標(biāo)A從1依次取到8，獲得下游測量截面的中心化后的矩陣％2=[X,所述白化，是去除信號&間的相關(guān)性，并得到白化后的矩陣4、z2，使得z,=^《、Z2=F2X2，其中，R為上游測量截面的白化矩陣，X,為上游測量截面中心化后的矩陣，F(xiàn),ZV"lE/,D,為矩陣X,的協(xié)方差矩陣五^,《1的特征值組成的對角陣，￡,為五j^《"的特征向量組成的正交陣，&為下游測量截面的白化矩陣，％2為下游測量截面中心化后的矩陣，r2=zv'/2￡/，A為矩陣^的協(xié)方差矩陣4^JT/j的特征值組成的對角陣，A為五(^x/j的特征向量組成的正交陣。3.將所述白化后的矩陣z,.進(jìn)行變換，使輸出矩陣y;^wz,.的各行向量之間相互獨(dú)立，即求解混合矩陣^，進(jìn)而得到獨(dú)立成分集合《，^為8xM的矩陣，^中每一行對應(yīng)于一個獨(dú)立成分A，下標(biāo)/=1,2分別對應(yīng)上、下游測量截面的變量；所述求解混合矩陣^，具體如下(l)初始化解混矩陣K，該矩陣為8x8的矩陣，且矩陣?yán)锏母髟貫槿我浑S機(jī)實(shí)數(shù)；10(2)計(jì)算r;.二^Z,和v,.=1l+exp(—I7,.)(3)計(jì)算權(quán)值增量=a，^=/4/+(1_2v;)lf]K;(4)更新權(quán)值^=^+(5)計(jì)算性能函數(shù)￡,=t(t:1)+》2:-____廠l)，其中f=(;^)=『4,4,(P^C，判斷是否達(dá)到收斂條件￡,<￡,是，結(jié)束；否則，回到所述步驟(2);下標(biāo)/=1,2，分別對應(yīng)上、下游測量截面的變量，/=1時對應(yīng)上游測量截面的變量，/=2時對應(yīng)下游測量截面的變量；所述獨(dú)立成分集合，是指由于Z,=C，K=WZ,，所以X,=(^fO-乂，令(fffF7)-'=4，&，故有^:^S，矩硨《體現(xiàn)了原始數(shù)據(jù)的稀疏表達(dá)，矩陣《每一行稱作一個獨(dú)立成分，F(xiàn)i為&的估計(jì)，下標(biāo)/=1，2，分別對應(yīng)上、下游測量截面的變量，/=1時對應(yīng)上游測量截面的變量，/=2時對應(yīng)下游測量截面的變量。圖4為由第一個測量截面利用上述獨(dú)立成分分析方法估計(jì)獲得的八個獨(dú)立成分，橫坐標(biāo)為時間，單位為秒。ICi為第i個獨(dú)立成分(,-l,…,8)。4、分別計(jì)算所述獨(dú)立成分集合^、72中各獨(dú)立成分力的峭度，分別提取g、！^中峭度最大的獨(dú)立成分；所述求取各獨(dú)立成分h的峭度，具體如下1f4^",，其中0^為信號h的標(biāo)準(zhǔn)差，"力=0為獨(dú)立成分義的均值。表1為圖4中各獨(dú)立分量的峭度。峭度最大的獨(dú)立成分代表了彈狀流中液彈的變化。圖5為上游測量截面和下游截面獲取的液彈信息，即兩截面峭度最大的獨(dú)立成分。表l<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>5、分別消除雙截面峭度最大的獨(dú)立成分的循環(huán)平穩(wěn)特性，得到特征向量C1、C2;所述消除獨(dú)立成分的循環(huán)平穩(wěn)特性，是以T為周期的相關(guān)函數(shù)在一個周期T內(nèi)作時間平均。實(shí)施例中在相鄰激勵模式下，相關(guān)函數(shù)以七個數(shù)據(jù)點(diǎn)為一個周期，對前述獲得的獨(dú)立成分每七個數(shù)據(jù)做一個平均，獲得新的特征向量。圖6(a)為消除兩截面峭度最大的獨(dú)立成分的循環(huán)平穩(wěn)特性后得到特征向量Cl、C2，圖6(b)為圖6(a)中局部區(qū)域內(nèi)的放大對比，A、B、C、D、E處為液彈出現(xiàn)的位置。6、對所述特征向量C1、C2進(jìn)行互相關(guān)計(jì)算，獲得相關(guān)速度即是液彈的平均速度；所述互相關(guān)計(jì)算，包括但不限于用基于互相關(guān)方法的時間延遲估計(jì)求滯后時間。記&(/)是Cl、C2的互譜，&(/)，^2(/)分別是C1、C2的自譜，則相干函數(shù)的平方為:C12(/)A(肌(/)則極大似然窗為于是加窗的互相關(guān)函數(shù)《2("就等于『(/)&2(/)的傅立葉反變換?！?(2")在『=^處存在一個峰值，延遲D的初始估計(jì)值d是i^(r)的峰值位置，為了改進(jìn)延遲估計(jì)精度，可使用插值法，如三點(diǎn)插值法，即2Z)-1寧)-，一l)2—2*岸)+岸一1)所對應(yīng)的延遲時間為7=，，y;為采樣率；液彈的平均速度等于相關(guān)速度為^，z為兩電學(xué)傳感器陣列截面的軸向間距。r圖7(a)、(b)、(c)、(d)、(e)為用上述方法獲得的對應(yīng)圖6(b)中A、B、C、D、E處的液彈平均速度。7、利用所述液彈的平均速度乘以液彈持續(xù)的時間，即可獲得平均的液彈長度。所述液彈持續(xù)時間，由液彈脈沖持續(xù)的數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)/數(shù)據(jù)采集率獲得，液彈的平均速度乘以液彈持續(xù)的時間，即為平均的液彈長度。表2為A、B、C、D、E處液彈的平均速度和平均的液彈長度估算結(jié)果，該結(jié)果與攝像儀的結(jié)果基本一致。表2<table>tableseeoriginaldocumentpage13</column></row><table>本實(shí)施例基于獨(dú)立成分分析技術(shù)，只利用電學(xué)層析成像系統(tǒng)所獲得的測量值不結(jié)合其他測量數(shù)據(jù)獲得水平管彈狀流的速度和長度，節(jié)省了測量的成本，拓寬了電學(xué)層析成像系統(tǒng)在兩相流測量中的應(yīng)用范圍。權(quán)利要求1、一種基于獨(dú)立成分分析和互相關(guān)技術(shù)的水平管彈狀流參數(shù)測量方法，該測量方法是在由結(jié)構(gòu)相同的雙截面電學(xué)傳感器陣列、電子測量電路和成像計(jì)算機(jī)構(gòu)成的電學(xué)層析成像系統(tǒng)中，對水平管兩相流彈狀流測量，該測量方法包含有以下步驟(1)雙截面電學(xué)層析成像系統(tǒng)中，若每一截面有N個測量電極，分別將由雙截面電學(xué)層析成像系統(tǒng)獲得的水平管道彈狀流的原始完全測量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成N個電極上的時間序列矩陣T1N×M、T2N×M，其中，T1N×M為上游測量截面的時間序列矩陣，T2N×M為下游測量截面的時間序列矩陣，下標(biāo)N為每一截面有N個電極，下標(biāo)M為每個電極上的采樣數(shù)為M，記TIN×M，I＝1，2表示上述時間序列矩陣，I＝1時，即為上述T1N×M，I＝2時，即為上述T2N×M；(2)分別對所述時間序列矩陣T1N×M、T2N×M進(jìn)行預(yù)處理，包括中心化和白化，獲得白化后的矩陣Zi，下標(biāo)i＝1，2，下標(biāo)i＝1時，即Z1，表示由上游測量截面時間序列矩陣T1N×M經(jīng)預(yù)處理獲得的白化后的矩陣，下標(biāo)i＝2時，即Z2，表示由下游測量截面時間序列矩陣T2N×M經(jīng)預(yù)處理獲得的白化后的矩陣；(3)將所述白化后的矩陣Zi進(jìn)行變換，使輸出矩陣Yi＝WiZi的各行向量之間相互獨(dú)立，即求解混合矩陣Wi，進(jìn)而得到獨(dú)立成分集合Yi，Yi為N×M的矩陣，Yi中每一行對應(yīng)于一個獨(dú)立成分yk，下標(biāo)i＝1，2分別對應(yīng)上、下游測量截面的變量，下標(biāo)i＝1時，對應(yīng)上游測量截面的變量，下標(biāo)i＝2時，對應(yīng)下游測量截面的變量，Yi代表獨(dú)立成分集合，下標(biāo)i＝1時，即Y1，代表上游測量截面的獨(dú)立成分集合，下標(biāo)i＝2時，即Y2，代表下游測量截面的獨(dú)立成分集合，Wi代表解混合矩陣，下標(biāo)i＝1時，即W1，代表上游測量截面的解混合矩陣，下標(biāo)i＝2時，即W2，代表下游測量截面的解混合矩陣；(4)分別計(jì)算所述獨(dú)立成分集合Y1、Y2中各獨(dú)立成分yk的峭度，分別提取Y1、Y2中峭度最大的獨(dú)立成分；(5)分別消除雙截面峭度最大的獨(dú)立成分的循環(huán)平穩(wěn)特性，得到特征向量C1、C2；(6)對所述特征向量C1、C2進(jìn)行互相關(guān)計(jì)算，獲得相關(guān)速度即是液彈的平均速度；(7)利用所述液彈的平均速度乘以液彈持續(xù)的時間，即可獲得平均的液彈長度。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于獨(dú)立成分分析和互相關(guān)技術(shù)的水平管彈狀流參數(shù)測量方法，其特征是所述步驟(1)中時間序列矩陣，是指對每個電極按照采樣順序得到行向量，測量電極數(shù)為N個，時間序列矩陣的行數(shù)則為N。3、根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于獨(dú)立成分分析和互相關(guān)技術(shù)的水平管彈狀流參數(shù)測量方法，其特征是所述步驟(2)預(yù)處理中的中心化，是指以時間序列矩陣77^M的某一行向量7^^為對象，計(jì)算該行元素的平均值E[77hM]，將行向量77^的元素都減去該行元素的平均值E[77^M]，獲得向量&=77^-￡[77fcxM]，下標(biāo)/:從l依次取到N，獲得矩陣X,^[JCpX2,…,:^]'，下標(biāo)/=1,2，分別對應(yīng)上、下游測量截面對應(yīng)的變量，即X,對應(yīng)上游測量截面的中心化后的矩陣，；^對應(yīng)下游測量截面的中心化后的矩陣；所述述步驟(2)預(yù)處理中的白化，是去除信號&間的相關(guān)性，并得到白化后的矩陣z,，使得z,=^《，其中，^為白化矩陣，z,為中心化后的矩陣，R=A—1/2五,，A為矩陣Z,的協(xié)方差矩陣五&X,)的特征值組成的對角陣，￡,為五JX,.X,Tj的特征向量組成的正交陣，下標(biāo)/=1,2，分別對應(yīng)上、下游測量截面的變量，纟=1時對應(yīng)上游測量截面的變量，/=2時對應(yīng)下游測量截面的變量。4、根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于獨(dú)立成分分析和互相關(guān)技術(shù)的水平管彈狀流參數(shù)測量方法，其特征是所述步驟(3)中求解混合矩陣^，具體如下-(1)初始化解混矩陣^(隨機(jī)數(shù))；1(2)計(jì)算^二^Z,.和v,.l+exp(—K)(3)計(jì)算權(quán)值增量A^=//^^=/4/+(l_2v,)lfF:.;(4)更新權(quán)值^(5)計(jì)算性能函數(shù)￡,=土(^_1^—1)+t(t1)，其中,=i>=imax,l/wl,='max,|/;/|f=(;^)=^4，4=(^fO—'，判斷是否達(dá)到收斂條件《<s，是，結(jié)束；否則，回到所述步驟(2);下標(biāo)/=1,2，分別對應(yīng)上、下游測量截面的變量，/=1時對應(yīng)上游測量截面的變量，/=2時對應(yīng)下游測量截面的變量；所述步驟(3)中獨(dú)立成分集合，是指由于Z,.=j/;《，K=^2,.，所以《=(^，.)—卞，令(fff^)-'=4，K=s,，故有i,=4S，矩陣&體現(xiàn)了原始數(shù)據(jù)的稀疏表達(dá)，矩陣&每一行稱作一個獨(dú)立成分，；r,為s,的估計(jì)，下標(biāo)/=1，2，分別對應(yīng)上、下游測量截面的變量，Z-l時對應(yīng)上游測量截面的變量，/=2時對應(yīng)下游測量截面的變量。5、根據(jù)權(quán)利要求i所述的基于獨(dú)立成分分析和互相關(guān)技術(shù)的水平管彈狀流參數(shù)測量方法，其特征是所述步驟(4)求取各獨(dú)立成分h的峭度，具體如下-="J^，《=4，其中為信號A的標(biāo)準(zhǔn)差，=0為獨(dú)立成分^的均值。6、根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于獨(dú)立成分分析和互相關(guān)技術(shù)的水平管彈狀流參數(shù)測量方法，其特征是所述步驟(5)中消除獨(dú)立成分的循環(huán)平穩(wěn)特性，是以T為周期的相關(guān)函數(shù)在一個周期T內(nèi)作時間平均，在相鄰激勵模式下，就是對前述步驟(4)獲得的獨(dú)立成分每(N-l)個數(shù)據(jù)做一個平均，獲得新的特征向量。7、根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于獨(dú)立成分分析和互相關(guān)技術(shù)的水平管彈狀流參數(shù)測量方法，其特征是所述步驟(6)中互相關(guān)計(jì)算，包括但不限于用基于互相關(guān)方法的時間延遲估計(jì)求滯后時間，^(/)是C1、C2的互譜，^(/)分別是C1、C2的自譜，則相干函數(shù)的平方為闊2極大似然窗為:|《2(/)|(1-Q(/))于是加窗的互相關(guān)函數(shù)&(r)就等于『(/)&2(/)的傅立葉反變換，《2(r)在r=Z)處存在一個峰值，延遲D的初始估計(jì)值(1是/12(0的峰值位置,所對應(yīng)的延遲時間為r=，，,為采樣率；所述步驟(6)中相關(guān)速度，為^，丄為兩電學(xué)傳感器陣列截面的軸向間距。8、根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于獨(dú)立成分分析和互相關(guān)技術(shù)的水平管彈狀流參數(shù)測量方法，其特征是所述步驟(7)液彈持續(xù)時間，由液彈脈沖持續(xù)的數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)/采集率獲得，液彈的平均速度乘以液彈持續(xù)的時間，即為平均的液彈長度。全文摘要本發(fā)明提供基于獨(dú)立成分分析和互相關(guān)技術(shù)的水平管彈狀流參數(shù)測量方法，它是在由結(jié)構(gòu)相同的雙截面電學(xué)傳感器陣列、電子測量電路和成像計(jì)算機(jī)構(gòu)成的電學(xué)層析成像系統(tǒng)中，引入獨(dú)立成分分析和互相關(guān)技術(shù)實(shí)現(xiàn)水平管兩相流彈狀流特征參數(shù)測量方法，即，使用獨(dú)立成分分析方法分析原始測量數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)峭度最大的獨(dú)立成分與彈狀流中液彈的變化信息具有很好的對應(yīng)關(guān)系，進(jìn)一步利用互相關(guān)技術(shù)，對上、下游測量截面獲得的峭度最大的獨(dú)立成分消除循環(huán)平穩(wěn)特性后進(jìn)行互相關(guān)計(jì)算，獲得彈狀流中液彈的平均速度，利用液彈持續(xù)的時間乘以液彈的平均速度獲得平均的液彈長度。這種方法利用電學(xué)層析成像系統(tǒng)所獲得的測量值無需結(jié)合其他測量數(shù)據(jù)獲得水平管彈狀流的速度和長度，節(jié)省了測量的成本，拓寬了電學(xué)層析成像系統(tǒng)在兩相流測量中的應(yīng)用范圍，有利于精確測量水平管彈狀流參數(shù)。文檔編號G01F1/704GK101493350SQ20091006789公開日2009年7月29日申請日期2009年2月20日優(yōu)先權(quán)日2009年2月20日發(fā)明者崔自強(qiáng),王化祥,許燕斌申請人:天津大學(xué)