基于ica和svm的气液两相流型识别方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于ICA和SVM的气液两相流型识别装置与方法，该流型识别装置包括标准文丘里管、差压变送器1、差压变送器2、AD转换器和计算机。差压变送器1安装在文丘里管垂直截面向上45°处，差压变送器2安装在文丘里管垂直截面向下45°处，差压变送器1和差压变送器2测得的两路差压信号经AD转换器输入计算机。该流型识别方法首先应用差压变送器1和差压变送器2测量两路差压信号，然后应用ICA方法对测得的两路差压信号进行分离得到两路分离信号，并根据相关系数确定分离信号的顺序和相位，再提取两相流流型识别的特征参数，最后将提取的特征参数归一化后作为训练样本集输入支持向量机训练得到流型识别模型。该流型识别方法简单、易于实现、实时性好。
【专利说明】基于ICA和SVM的气液两相流型识别方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于流体测量【技术领域】，具体涉及到一种基于ICA和SVM的气液两相流型 识别方法。
【背景技术】
[0002] 气液两相流动现象在日常的生活和生产中是非常常见的，对整个社会发展有着重 要的影响。在发电、化工、石油等行业都包含各种各样的气液两相流系统，例如化工生产中 分馏过程，油气混合运输过程等。两相流的不同流型之间有着不一样的特性，例如流体的热 传导性质，流体的流动参数等。如果能够有效地识别两相流的流型，将有利于提升产品的质 量，提高生产过程的安全性，避免造成人身财产损失，同时可以有效地节约能源。总之，两相 流流型识别的研究对于促进整个国民经济的健康有序发展起到了重要的作用。
[0003] 在气液两相流系统中，由于流体在流动中是一个动态过程，流体的分界面等都会 时刻发生着变化，流体存在一个非常复杂的结构，从而导致了气液两相流流型多种多样，这 在一定程度上加剧了气液两相流流型识别难度。同时，受到技术的限制，很多流体参数（流 速、流动形态等）的采集比较困难，或者测量精度不高，导致对流型做出错误的判断。还有 在气液两相流中，气相和液相流体的流动参数不同，并且两者之间还会出现一些耦合现象， 所以很难有效的预测气液两相流的流型。
[0004] 近年来，科技的快速发展为气液两相流流型的在线识别提供了技术依据。例如神 经网络、支持向量机等算法的出现，提供了新方法和新思路。尽管国内外科研工作者已经在 流型识别上进行了非常多的理论研究和实验测试，但是依然存在着比较多的问题，例如特 征参数的选择、气液两相之间的耦合影响等。特征参数如果选择不当，掺杂入了冗余的特征 参数的话，就会造成较大的运算量和较低的识别率。气相和液相的相互影响，导致了提取的 特征参数不能有效地表征气相和液相的特征。这些都是以后的气液两相流研究中需要进一 步解决的问题。
[0005] 盲源分离技术能够较好地反映出气液两相流系统的特性以及系统内部气相和液 相之间的相互作用，得到分别表征气、液相的独立成分，这有利于提高流型的识别率。本发 明专利结合盲源分离技术和支持向量机获取两相流流型分类模型。
【发明内容】
[0006] 本发明专利从文丘里管上45°取压口和下45°取压口采集两路测量差压信号， 然后采用ICA对测量差压信号进行分离得到分离信号后，提取表征流型的特征参数，应用 支持向量机SVM训练特征参数得到分类模型。
[0007] -种基于ICA和SVM的气液两相流型识别装置，其特征包括：标准文丘里管、差压 变送器1、差压变送器2、AD转换器和计算机。差压变送器1安装在文丘里管垂直截面向上 45°处，差压变送器2安装在文丘里管垂直截面向下45°处，差压变送器1和差压变送器2 测得的两路差压信号经AD转换器输入计算机。
[0008] 上述差压变送器1与差压变送器2具有相同的原理、相同的精度和灵敏度。
[0009] -种基于ICA和SVM的气液两相流型识别方法，具体内容包括以下步骤：
[0010] 步骤A:测量差压信号的采集，本发明从差压变送器1和差压变送器2取压得到两 路差压信号Xi和x2 ;
[0011] 步骤B:应用ICA方法对Xi和x2进行分离得到两路分离信号yi和y2 ;
[0012] 步骤C:根据相关系数确定分离信号yi与^的顺序和相位，计算相关系数
【权利要求】
1. 一种基于ICA和SVM的气液两相流型识别装置，其特征包括：标准文丘里管、差压 变送器1、差压变送器2、AD转换器和计算机，差压变送器1安装在文丘里管垂直截面向上 45°处，差压变送器2安装在文丘里管垂直截面向下45°处，差压变送器1和差压变送器2 测得的两路差压信号经AD转换器输入计算机。
2. -种基于ICA和SVM的气液两相流型识别方法，其特征包括如下具体步骤： 步骤A :应用差压变送器1和差压变送器2测量两路差压信号X1与X2 ; 步骤B :应用ICA方法对X1与X2进行分离得到两路分离信号yi与y 2 ; 步骤C :根据相关系数确定分离信号yi与y2的顺序和相位； 步骤D :提取两相流流型识别的特征参数； 步骤E :将步骤D得到的特征参数归一化后作为训练样本集输入支持向量机训练得到 流型识别模型。
3. 根据权利要求1所述的一种基于ICA和SVM的气液两相流型识别装置，其特征在于 所述的差压变送器1与差压变送器2具有相同的原理、相同的精度和灵敏度。
4. 根据权利要求2所述的一种基于ICA和SVM的气液两相流型识别方法，步骤C 根据相关系数确定分离信号7:与72的顺序和相位中，其特征在于，首先计算相关系数
中，n为测量差压信号和分离信号的采样点数，X1、JC2、J1、_y 2分别为XpXyypy2的平均 值，若IA I < I r21，则令yi与y2交换顺序，否则yi与y 2顺序不变；然后，再计算分离信号顺 序调整后的相关系数A和r2，若ri > 0,则yi的相位不变，若ri < 0,则将yi的相位反转， 若r2 > 0,则y2的相位不变，若;T2 < 0,则将y2的相位反转。
5. 根据权利要求2所述的一种基于ICA和SVM的气液两相流型识别方法，步骤D提取 两相流流型识别的特征参数中，其特征在于提取的特征参数为X1的均值和方差，X2的均值 和方差，Y1的偏斜度和峭度，y2的偏斜度和峭度。
6. 根据权利要求2所述的一种基于ICA和SVM的气液两相流型识别方法，其特征在于 步骤E得到的流型识别模型存储于计算机中。
【文档编号】G01N11/00GK104330336SQ201410624191
【公开日】2015年2月4日 申请日期:2014年11月7日 优先权日:2014年11月7日
【发明者】王微微, 梁霄, 温永强, 张明柱, 白明雷 申请人:中国石油大学(华东)