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基于经验模态分解和单通道盲源信号分离测量两相流速度

付荣荣  
【摘要】:随着科学技术的迅速发展,两相流系统在工业生产和人们日常生活中的应用越来越广泛。两相流体系已经涉及到石油、化工、冶金、电力、能源、食品等领域,两相流体系的地位也越来越突出,对两相流在工业生产过程中的计量、节能及控制等方面的要求日益提高,因此对两相流参数检测的需求也越来越迫切。正是因为两相流系统存在范围的广泛性和应用的重要性,促使了国内外许多科研工作者对两相流领域开展了大量的理论与实验研究工作。但是,目前在国际上,两相流的参数检测仍然是一个未能很好解决的问题。而对于两相流各个参数检测来讲,速度的准确测量是非常必要的。因此,本文提出了分别利用经验模态分解和单通道盲源信号分离测量两相流速度的方法。 本论文主要对两相流速度测量问题进行了研究。主要做了以下一些工作: 1.在阅读了大量国内外参考文献的基础上,对单通道盲源信号分离的研究进展、基本原理以及应用现状进行了归纳总结;介绍了两相流的主要检测参数,并对现有的几种两相流速度测量的方法进行了分析比较,指出了已有的两相流速度测量方法中存在的问题。 2.针对传统的盲源信号分离在处理数据时要求传感器观测数不少于源数的情况,本文利用经验模态分解和快速独立成分分析实现了单通道盲源信号分离,仿真实验证明由该方法得到的分离信号和源信号的相似系数均大于0.98。 3.利用经验模态分解和电容传感器的空间滤波效应实现了两相流速度的测量。为了克服利用空间滤波法测量两相流速度时,带宽测量存在误差较大的缺点,本文提出一种将经验模态分解和空间滤波法相结合测量两相流速度的方法。利用该方法的速度值的相对误差均小于1.2%。 4.为了克服噪声的影响,本文将单通道盲源信号分离与相关法结合,并利用单通道盲源信号分离在滤波方面的应用,抑制噪声信号的干扰,并且较好地保持两相流信号的基本特征。从经过单通道盲源信号分离处理过的相关曲线上能够得到较为精确的渡越时间,计算出较为准确两相流的速度。仿真实验结果表明:通过单通道盲源信号分离与相关法结合的方法测量两相流速度的最大相对误差为4.32%。 本文提出的利用经验模态分解和快速独立成分分析方法可以有效地实现单通道盲源信号分离。并且提出了两种分别利用经验模态分解和单通道盲源信号分离的测量两相流速度的方法实现了两相流速度的测量,这两种方法切实可行,都能有效地提高了两相流速度测量的精度。


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