专利汇可以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专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 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。,下面是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专利的具体信息内容。
1.一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。
2.根据权利要求1所述的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,其特征是:所述步骤(1)中时间序列矩阵,是指对每个电极按照采样顺序得到行向量,测量电极数为N个,时间序列矩阵的行数则为N。
3.根据权利要求1所述的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,其特征是:所述步骤(2)预处理中的中心化,是指以时间序列矩阵TIN×M的某一行向量TIk×M为对象,计算该行元素的平均值E[TIk×M],将行向量TIk×M的元素都减去该行元素的平均值E[TIk×M],获得向量xk=TIk×M-E[TIk×M],下标k从1依次取到N,获得矩阵Xi=[x1,x2,…,xN]′,下标i=1,2,分别对应上、下游测量截面对应的变量,即X1对应上游测量截面的中心化后的矩阵,X2对应下游测量截面的中心化后的矩阵;
所述述步骤(2)预处理中的白化,是去除信号xk间的相关性,并得到白化后的矩阵Zi,使得Zi=ViXi,其中,Vi为白化矩阵,Xi为中心化后的矩阵,Di为矩阵Xi的协方差矩阵E{XiXiT}的特征值组成的对角阵,Ei为E{XiXiT}的特征向量组成的正交阵,下标i=1,2,分别对应上、下游测量截面的变量,i=1时对应上游测量截面的变量,i=2时对应下游测量截面的变量。
4.根据权利要求1所述的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,其特征是:所述步骤(3)中求解混合矩阵Wi,具体如下:
(1)初始化解混矩阵Wi(随机数);
(2)计算Yi=WiZi和
(3)计算权值增量
(4)更新权值Wi=Wi+ΔWi;
(5)计算性能函数其中:
Pi=(pkj)=WiAi,判断是否达到收敛条件Ei<ε,是,结束;否则,回到所述步骤(2);下标i=1,2,分别对应上、下游测量截面的变量,i=1时对应上游测量截面的变量,i=2时对应下游测量截面的变量;
所述步骤(3)中独立成分集合,是指:由于Zi=ViXi,Yi=WiZi,所以令Yi=Si,故有Xi=AiSi,矩阵Si体现了原始数据的稀疏表达,矩阵Si每一行称作一个独立成分,Yi为Si的估计,下标i=1,2,分别对应上、下游测量截面的变量,i=1时对应上游测量截面的变量,i=2时对应下游测量截面的变量。
5.根据权利要求1所述的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,其特征是:所述步骤(4)求取各独立成分yk的峭度,具体如下:
其中为信号yk的标准差,为独立成分yk的均值。
6.根据权利要求1所述的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,其特征是:所述步骤(5)中消除独立成分的循环平稳特性,是以T为周期的相关函数在一个周期T内作时间平均,在相邻激励模式下,就是对前述步骤(4)获得的独立成分每(N-1)个数据做一个平均,获得新的特征向量。
7.根据权利要求1所述的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,其特征是:所述步骤(6)中互相关计算,包括用基于互相关方法的时间延迟估计求滞后时间,S12(f)是C1、C2的互谱,S11(f),S22(f)分别是C1、C2的自谱,则相干函数的平方为:
极大似然窗为:
于是加窗的互相关函数R12(τ)就等于W(f)S12(f)的傅立叶反变换,R12(τ)在τ=D处存在一个峰值,延迟D的初始估计值d是R12(τ)的峰值位置,所对应的延迟时间为fc为采样率;
所述步骤(6)中相关速度,为L为两电学传感器阵列截面的轴向间距。
8.根据权利要求1所述的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,其特征是:所述步骤(7)液弹持续时间,由液弹脉冲持续的数据点数/采集率获得,液弹的平均速度乘以液弹持续的时间,即为平均的液弹长度。
本发明属于两相流测量技术领域,涉及过程流动成像研究领域的信息技术,特别是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。
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