本发明涉及一种基于自适应eemd静电感应信号的气固两相流速度测量方法。
背景技术
在气力输送过程中，固体颗粒在管道中随流体的运动变得复杂，其中颗粒与颗粒和颗粒与壁面的碰撞不仅带来磨损问题，还会产生静电[1]-[2]。静电法是近十年来在国际上受到重视的一种颗粒参数测量方法。目前，内嵌式静电传感器结构简单，耐磨性好，广泛应用于颗粒静电测量。内壁嵌装式将电极安装于金属管道的内壁，maj[3]和qianx[4]采用了这种传感器结构。由于电极直接暴露于固体颗粒，因此，检测信号既包括静电感应电荷信号，又包括颗粒与电极接触产生的转移电荷信号。在时域分析上，转移电荷信号整体呈现单向偏置特性，与感应电荷信号的零均值特性有较大区别。静电感应电荷信号具有良好的零均值特性，且上下游信号的相似性良好，非常适合求解气固两相流的相关速度。但在实际测量中，感应电荷信号与转移电荷信号是耦合在一起的，将由内壁嵌装式传感器获得的信号简单地作为感应电荷信号进行处理，将影响到气固两相流相关速度检测的信噪比，甚至错失一些重要的信息[5]-[7]。将内壁嵌装式静电传感器的测量信号分解成感应电荷信号和转移电荷信号，可有利于提高相关测速的精确性[8][9]。
但是，目前针对静电感应电荷信号互相关速度的测量方法主要存在以下问题：
(1)小波分解的频域分析方法，由于小波参数的经验选择及频域的交叉均影响分解的效果。
(2)经验模态分解(emd)的分析方法，由于输出信号的极值点分布不均匀，势必会带来极值欠冲或过冲以及模态混叠问题。
参考文献
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[3]ma,j.,&yan,y.(2000).designandevaluationofelectrostaticsensorsforthemeasurementofvelocityofpneumaticallyconveyedsolids.flowmeasurement&instrumentation,11(3),195-204.
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[6]zhangjq,yany.on-linecontinuousmeasurementofparticlesizeusingelectrostaticsensors[j].powdertechnology,2003,135(12):164-168.
[7]qianx,yany,wangl,etal.anintegratedmulti-channelelectrostaticsensinganddigitalimagingsystemfortheon-linemeasurementofbiomass–coalparticlesinfuelinjectionpipelines[j].fuel,2015,151:2-10.
[8]wangc,zhangj,zhangy,etal.representationofinducedandtransferredchargeinthemeasurementsignalfromelectrostaticsensors[c].instrumentationandmeasurementtechnologyconference(i2mtc)proceedings,montevideo:ieee,2014:1306-1309.
[9]wangc,zhangj,zhengw,etal.signaldecouplingandanalysisfrominnerflush-mountedelectrostaticsensorfordetectingpneumaticconveyingparticles[j].powdertechnology,2017,305:197-205.
技术实现要素：
针对上述问题，本发明的目的是结合感应电荷信号的特点，提供一种基于自适应eemd静电感应信号的气固两相流速度测量方法。本发明能够有效地提取感应电荷信号并作互相关运算，提高气固两相流静电相关测速的精度。本发明的技术方案如下：
一种基于自适应eemd静电感应信号的气固两相流速度测量方法，包括下列步骤：
1)给上游传感器输出测量信号x(t)加入1组随机高斯白噪声序列ni(t)，得到加入白噪声的信号xi(t)；
2)将加入白噪声的信号xi(t)进行emd分解得到对应的imf分量；
3)对分解的imf分量总体求平均值为cj(t)，并将其作为最终的结果；
4)分别计算x(t)和分解后的imf分量的自相关函数rx，rimf1,…,rimfk；
5)将自相关函数归一化处理，x(t)和分解后的imf分量的自相关函数的相关系数ρ(j)；
6)当ρ(j)＞0.4时，保留该imf分量并重构得到感应电荷信号；当ρ(j)≤0.4时，去掉该imf分量，对下游传感器输出测量信号y(t)进行重构；
7)对重构的x(t)和y(t)利用互相关速度公式求解上下游的互相关速度。
本发明针对静电感应电荷信号的特点，在传感器输出测量信号中加入白噪声的方法进行分解，并得到不同信号的imfs。根据信号自相关函数的相关系数，自适应地选择imfs重构成感应电荷信号，并进行相关测速。与现有信号处理方法相比具有以下优点：
(1)有效地避免了极值点分布不均匀对信号分解产生的影响。
(2)利用自相关函数的相关系数指标，可根据信号本身自适应的挑选imfs重构成感应电荷信号，提高了相关测速的精度。
附图说明
图1是本发明的总体结构图。
图中标号说明：
1、静电电极2、比例放大调理电路
3、信号提取与速度测量算法
图2是本发明的基于自适应eemd的静电感应信号速度测量方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行说明。
参见图1，本发明的实施例提供一种基于自适应eemd静电感应信号的气固两相流速度测量检测装置和方法，包括信号采集单元、信号调理单元和分析计算单元。其中信号采集单元中的静电电极1获取静电信号；信号调理单元选用比例放大调理电路2，比例放大调理电路用于将静电信号滤波及放大。经过调理后的信号输入到分析计算单元。分析计算单元的信号提取与测速方法6为，基于自适应eemd静电感应信号的气固两相流速度测量方法，
参加图2，检测方法包括感应信号提取和互相关速度计算，主要步骤如下：
1.基于自适应eemd提取感应电荷信号
1)给上游传感器输出测量信号x(t)加入1组随机高斯白噪声序列：
xi(t)＝x(t)+a·ni(t)(1)
式中：xi(t)为加入白噪声的上游传感器输出信号；a为加入白噪声的幅值系数；ni(t)为加入幅值均值为零，且标准差为常数的白噪声。
2)将加入白噪声的信号xi(t)进行emd分解得到对应的imf分量。
3)重复步骤1)和2)，且每重复一次i加1，直到i等于提前设定的值n。
4)计算分解的imf分量总体求平均值，并将其作为最终的结果：
式中：ci,j(t)为第i次emd分解得到的第j个分量。
5)分别计算x(t)与imf分量的自相关函数为rx，rimf1,…,rimfk，将自相关函数归一化处理，求相关系数。相关系数的计算公式为
其中：n为信号的点数；j代表第j个imf分量。
6)按照感应电荷信号的频带和相关系数ρ(j)，自适应地判断每一层imf分量是信号还是噪声。当ρ(j)＞0.4时(认为对应imf分量与原信号相关性好)，保留该imf分量并重构得到感应电荷信号；当ρ(j)≤0.4时，去掉该imf分量。
7)再利用以上步骤对下游传感器输出的信号y(t)进行降噪重构。
2.气固两相流上下游互相关速度计算
对重构的x(t)和y(t)利用互相关测速公式求解上下游的互相关速度，公式如下：
vr＝l/τ(4)
其中vr是互相关速度，l是上下游之间的距离，τ是渡越时间。
最终得到气固两相流上下游的互相关速度vr。