专利名称：：油水两相流主导相判别装置的制作方法
技术领域：
：本实用新型属于两相流检测
技术领域：
，尤其涉及一种油水两相流主导相的判别装置。技术背景油水两相流广泛存在于石油、化工等领域，但是，油水两相流流动状况的高度复杂性导致其测量难度很大。油水两相流在油为主导相、水为主导相、过渡状态三种情况下的流动状况呈现不同的特征，若能设计一种装置判别出以上三种油水配比状况，将对油水两相流的流动机理研究、参数检测和工艺设计大有裨益。目前，对此类装置的研究还很少。在多相流检测的研究中，电导传感器多用于测量连续相导电的多相流体，而在含有非导电连续相的多相流体(如油水)方面，电导传感器很少被研究和应用。本实用新型基于连续相导电与不导电两种情况下两相流体的电导数据差异明显的思想，通过采集电导信号来判别油水两相流中的主导相。支持向量机是建立在统计学习理论基础上的机器学习方法，已经在模式识别、函数回归等领域得到了广泛的应用。Suykens提出的最小二乘支持向量机与传统支持向量机相比具有运算简单，执行速度快等优点。本设计采用最小二乘支持向量机算法建立分类器，实现了水为主导相、油为主导相、过渡状态三种油水配比状况的判别。
发明内容本实用新型的目的是提供一种油水两相流主导相判别装置。油水两相流主导相判别装置依次具有相连接的电导传感器、电导信号采集模块、信号处理和控制模块、通讯模块、计算机，电导传感器与双向电流激励模块相连，所述的电导传感器具有传感管段，传感管段釆用有机玻璃材料，传感器两端通过连接法兰与被测管道相连，传感管段的管壁上等间距安装N个电极，其中N^6，电极上连接高频屏蔽线。所述的双向电流激励模块的内部模块连接关系为恒流源的输出端与第一电子开关相连，第一电子开关的两个输出端与第二电子开关相连接，第二电子开关的输出端与3个相邻的电极相连接，通用阵列逻辑分别与第二电子开关、第三电子开关、拨码器相连接。所述的电导信号釆集模块的内部模块连接关系为3个相邻的电极分别与第一差分放大器输入端和第二差分放大器输入端相连接，第一差分放大器的输出端分别与第一正向采样保持器一端和第一反向采样保持器一端相连接，第一正向采样保持器另一端和第一反向采样保持器另一端经第一减法器与选择器相连接，第二差分放大器的输出端分别与第二正向采样保持器一端和第二反向采样保持器一端相连接，第二正向采样保持器另一端和第二反向采样保持器另一端经第二减法器与选择器相连接。所述的信号处理和控制模块的内部模块连接关系为仪表运算放大器与可编程增益放大器、第三减法器、模拟/数字转换器、现场可编程门阵列、数字信号处理器、收发缓存器相连接，第三减法器与数字/模拟转换器相连接，数字/模拟转换器与现场可编程门阵列相连接。本实用新型利用油水两相流的电导信号，并通过最小二乘支持向量机建立分类模型完成电导数据的分类，进而实现了油水两相流中油为主导相、水为主导相和过渡状态三种油水配比状况的在线判别。该主导相判别装置具有传感器结构简单可靠、数据采集速度高、数据釆集微机化、判别算法执行速度快、判别准确度高的特点，能够为油水两相流的流动机理研究、参数检测和工艺设计提供参考。图1是油水两相流主导相判别装置的整体框图；图2(a)是油水两相流主导相判别装置的传感器纵向剖面图(以16电极为例)；图2(b)是油水两相流主导相判别装置的传感器横向剖面图(以16电极为例)；图3是油水两相流主导相判别装置的双向电流激励电路框图；图4是油水两相流主导相判别装置的电导信号釆集电路框图；图5是油水两相流主导相判别装置的信号处理和控制电路框图；图6是油水两相流主导相判别算法实施框图；具体实施方式如图1、2所示，油水两相流主导相判别装置依次具有相连接的电导传感器、电导信号采集模块、信号处理和控制模块、通讯模块、计算机，电导传感器与双向电流激励模块相连，所述的电导传感器具有传感管段l，传感管段采用有机玻璃材料，传感器两端通过连接法兰2与被测管道相连，传感管段的管壁上等间距安装N个电极3，其中N》6，电极上连接高频屏蔽线4。如图3所示，双向电流激励模块的内部模块连接关系为恒流源的输出端与第一电子开关相连，第一电子开关的两个输出端与第二电子开关相连接，第二电子开关的输出端与3个相邻的电极相连接，通用阵列逻辑分别与第二电子开关、第三电子开关、拨码器相连接。如图4所示，电导信号采集模块的内部模块连接关系为3个相邻的电极分别与第一差分放大器输入端和第二差分放大器输入端相连接，第一差分放大器的输出端分别与第一正向采样保持器一端和第一反向采样保持器一端相连接，第一正向采样保持器另一端和第一反向采样保持器另一端经第一减法器与选择器相连接，第二差分放大器的输出端分别与第二正向采样保持器一端和第二反向采样保持器一端相连接，第二正向采样保持器另一端和第二反向采样保持器另一端经第二减法器与选择器相连接。如图5所示，信号处理和控制模块的内部模块连接关系为仪表运算放大器与可编程增益放大器、第三减法器、模拟/数字转换器、现场可编程门阵列、数字信号处理器、收发缓存器相连接，第三减法器与数字/模拟转换器相连接，数字/模拟转换器与现场可编程门阵列相连接。信号处理和控制模块通过通讯模块与计算机进行通讯。通讯模块采用当前流行的通用串行总线，通讯协议为USB2.0，理论最高通讯速度达480Mbps，完全能满足装置的快速数据传输的要求。设计中，选用赛普拉斯公司的EZ-USBFX2作为USB控制芯片。传输中，采用CRC-CCITT的权多项式进行CRC校验，保证了数据传输的可靠性。用最小二乘支持向量机建立多类分类模型时，采用One-versus-Rest算法，通过建立多个两类分类模型分别将每一类与其他两类区分开来，因此，本应用中共需三个分类子模型，即识别油含率为040%的水为主导相的子模型、识别油含率为60%100%的油为主导相的子模型和识别油含率为40%60%的过渡状态的子模型。每个两类分类子模型表达式如下f,、_y=Sw,(x,x,.)+6——类别标号；——待判别的输入向量；——训练集中样本的个数；——训练集中的输入向量和相应的类别标号，少or,-，6_—)一分类器参数，最小二乘支持向量机分类器的核函数，y(r,。)-expr一。为其参数。分类器中的各参数",，&a由训练数据集和最小二乘支持向量机算法经优化计算获得。油水两相流主导相判别方法的具体实施步骤为1)在电导传感器的一对相邻电极上由双向电流激励模块施加电流激励；2)在电导传感器的其余相邻电极对上由电导信号采集模块得到电压信号";3)电压信号w经信号处理和控制模块调制和变换得到油水两相流电导数据&，xo由通讯模块发送到计算机；4)对电导数据xo预处理得到x，将x依次输入最小二乘支持向量机分类子模型l、分类子模型2、分类子模型3，根据下式中类别标号凡的值确定x属于是否属于第A:类(^1,2,3)，其中分类子模型l识别水为主导相，记为第1类，分类子模型2识别油为主导相，记为第2类，分类子模型3识别过渡状态，记为第3类，=，乂"1or凡-x-/-第A个子模型的类别标号；待判别的输入向量；训练集中样本的个数；训练集中的输入向量和相应的类别标号，/=7，2,...,/;第A:个分类器的参数，zW，2,…,/;最小二乘支持向量机分类器的核函数，y(A^)=eXpr一。为其参数，当凡=1时，x属于第A类，当凡=-1时，X不属于第A类，根据三个上述分类子模型的输出结果即可进行主导相推断，特别地，当力、》、"中有两个或两个以上同时为l时，将x标记为无法识别。表1是在25mm和40mm两种管径下，采用具有16电极电导传感器的油水两相流主导相判别装置进行主导相判别的实验结果。表1主导相判别实验结果<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>权利要求1.一种油水两相流主导相判别装置，其特征在于它依次具有相连接的电导传感器、电导信号采集模块、信号处理和控制模块、通讯模块、计算机，电导传感器与双向电流激励模块相连，所述的电导传感器具有传感管段(1)，传感管段采用有机玻璃材料，传感器两端通过连接法兰(2)与被测管道相连，传感管段的管壁上等间距安装N个电极(3)，其中N≥6，电极上连接高频屏蔽线(4)。2.根据权利要求1所述的一种油水两相流主导相判别装置，其特征在于所述的双向电流激励模块的内部模块连接关系为恒流源的输出端与第一电子开关相连，第一电子开关的两个输出端与第二电子开关相连接，第二电子开关的输出端与3个相邻的电极相连接，通用阵列逻辑分别与第二电子开关、第三电子开关、拨码器相连接。3.根据权利要求1所述的一种油水两相流主导相判别装置，其特征在于所述的电导信号采集模块的内部模块连接关系为3个相邻的电极分别与第一差分放大器输入端和第二差分放大器输入端相连接，第一差分放大器的输出端分别与第一正向采样保持器一端和第一反向采样保持器一端相连接，第一正向采样保持器另一端和第一反向采样保持器另一端经第一减法器与选择器相连接，第二差分放大器的输出端分别与第二正向采样保持器一端和第二反向采样保持器一端相连接，第二正向采样保持器另一端和第二反向采样保持器另一端经第二减法器与选择器相连接。4.根据权利要求1所述的一种油水两相流主导相判别装置，其特征在于所述的信号处理和控制模块的内部模块连接关系为仪表运算放大器与可编程增益放大器、第三减法器、模拟/数字转换器、现场可编程门阵列、数字信号处理器、收发缓存器相连接，第三减法器与数字/模拟转换器相连接，数字/模拟转换器与现场可编程门阵列相连接。专利摘要本实用新型公开了一种油水两相流主导相判别装置。它依次具有相连接的电导传感器、电导信号采集模块、信号处理和控制模块、通讯模块、计算机，电导传感器与双向电流激励模块相连。本实用新型利用油水两相流的电导信号，并通过最小二乘支持向量机建立分类模型完成电导数据的分类，进而实现了油水两相流中油为主导相、水为主导相和过渡状态三种油水配比状况的在线判别。该主导相判别装置具有传感器结构简单可靠、数据采集速度高、数据采集微机化、判别算法执行速度快、判别准确度高的特点，能够为油水两相流的流动机理研究、参数检测和工艺设计提供参考。文档编号G01N33/28GK201173906SQ200820082898公开日2008年12月31日申请日期2008年1月31日优先权日2008年1月31日发明者冀海峰,孟振振,张金章,李海青,王保良,黄志尧申请人:浙江大学