阅读说明：本技术 一种线列阵传感器测量误差的修正方法 (Correction method for measurement error of linear array sensor ) 是由 顾汉洋 肖瑶 张亨伟 刘莉 于 2019-10-29 设计创作，主要内容包括：一种线列阵传感器测量误差的修正方法,包括步骤：S1：将线列阵传感器测量两相流得到的横截面导电相份额分布矩阵B赋值给中间矩阵C；S2：将矩阵C作为边界条件,利用线列阵传感器电场模拟的方式模拟线列阵传感器得到模拟的测量矩阵C′；S3：判断矩阵C′和矩阵B相应元素的最大差值是否小于规定的阈值,如果小于阈值,则认为中间矩阵C等于实际的导电相份额分布矩阵A；否则对中间矩阵C进行修正,获得修正后的矩阵C″；S4：对矩阵C″中每一个元素进行修正,将修正之后的矩阵C″赋值给矩阵C,并返回步骤S2,直至矩阵C′和矩阵B相应元素的最大差值小于规定的阈值。可以将线列阵传感器由于均匀敏感体的假设带来的误差降低至3％以下。(A method for correcting measurement errors of a linear array sensor comprises the following steps: s1: assigning a cross-section conductive phase fraction distribution matrix B obtained by measuring two-phase flow by a linear array sensor to an intermediate matrix C; s2: simulating the linear array sensor by using the matrix C as a boundary condition in a mode of simulating an electric field of the linear array sensor to obtain a simulated measurement matrix C'; s3: judging whether the maximum difference value of corresponding elements of the matrix C' and the matrix B is smaller than a specified threshold value, and if so, considering that the intermediate matrix C is equal to the actual conductive phase share distribution matrix A; otherwise, correcting the middle matrix C to obtain a corrected matrix C'; s4: and modifying each element in the matrix C ', assigning the modified matrix C ' to the matrix C, and returning to the step S2 until the maximum difference value of the corresponding elements of the matrix C ' and the matrix B is smaller than a specified threshold value. The error of the linear array sensor caused by the assumption of a uniform sensitive body can be reduced to below 3 percent.)

一种线列阵传感器测量误差的修正方法

技术领域

本发明涉及两相流的测量技术领域，具体涉及一种线列阵传感器测量误差的修正方法。

背景技术

两相流广泛应用在核能发电、火力发电、石油开采、化工和制药等领域。在两相流动中，一般气相为非导电相，液相为导电相。线列阵传感器测量整个流动截面的电导率分布，来推算导电相份额的分布。线列阵传感器由两组金属丝网组成，两组金属丝网相互垂直但不接触。一组网内的金属丝称为发射电极，另外一组网内的金属丝称为接收电极。发射电极依次激发，通入脉冲方波。当一根发射电极被激发之后，其它发射电极和所有接受电极保持0电势；同时记录所有接收电极所接收到的电流。当所有发射电极都激发之后，完成线列阵传感器一帧数据的测量。所采集到的数据代表相应发射电极和接收电极交点附近的一个敏感体的电导率。

在现有处理方法中，认为该敏感体是一个以发射电极和接受电极的交点为中心的正方形，正方形的边长等于金属丝之间的横向距离。所有的敏感体共同组成测量截面。然而根据电场的模拟，该假设并不准确。敏感体是一个非规则的几何体，敏感体均匀分布的假设会带来系统误差。对于一个金属网距La/金属丝间距L＝0.5的线列阵传感器来说，由于均匀敏感体假设带来的测量导电相份额分布的系统误差最大可达到30％。因此对线列阵传感器数据的修正十分必要。

发明内容

本申请提供一种线列阵传感器测量误差的修正方法，包括步骤：

S1：将线列阵传感器测量两相流得到的横截面导电相份额分布矩阵B赋值给中间矩阵C；

S2：将矩阵C作为边界条件，利用线列阵传感器电场模拟的方式模拟线列阵传感器得到模拟的测量矩阵C′；

S3：判断矩阵C′和矩阵B相应元素的最大差值是否小于规定的阈值，如果小于阈值，则认为中间矩阵C等于实际的导电相份额分布矩阵A；否则对中间矩阵C进行修正，获得修正后的矩阵C″；

S4：对矩阵C″中每一个元素进行修正，将修正之后的矩阵C″赋值给矩阵C，并返回步骤S2，直至矩阵C′和矩阵B相应元素的最大差值小于规定的阈值。

一种实施例中，步骤S3中获得修正后的矩阵C″的修正公式为：C″＝C+k×(B-C′)，其中，k为修正的松弛因子。

一种实施例中，步骤S4中对矩阵C″中每一个元素进行修正，具体为：

判断矩阵C″中的元素值是否大于1，若是，则将该元素值设置为1；

判断矩阵C″中的元素值是否小于0，若是，则将该元素值设置为0。

一种实施例中，步骤S2中线列阵传感器的电场模拟方式，具体为：

建立模拟区域，所述模拟区域包含和实际线列阵传感器相同数量的发射电极和接受电极；

将所述模拟区域划分为若干个方形网格，每根发射电极和接收电极都采用一串网格表示；

将所述模拟区域的边界设置为绝缘边界；

将一根发射电极的电势设置为1，其余发射电极和所有接受电极的电势设置为0，通过拉普拉斯方程计算每一根接受电极接收得到的电流值，依次类推，待所有发射电极都激发之后，完成线列阵传感器的电场模拟，获得网格中各个交点对应的电流值；

将所得到的各个交点对应的电流值除以线列阵传感器在纯导电相中采集的电流值，得到线列阵传感器测量的方形敏感体内导电相份额的分布。

一种实施例中，所述阈值为小于2％的正数。

一种实施例中，k为小于4的正数。

依据上述实施例的修正方法，可以将线列阵传感器由于均匀敏感体的假设带来的误差降低至3％以下。

附图说明

图1为修正方法流程图；

图2为真实导电相份额分布图；

图3为直接利用线列阵传感器测量得到的导电相份额分布图；

图4为修正之后的导电相份额分布图；

图5为线列阵传感器电场模拟的网格简图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。

线列阵传感器(wire-mesh sensor)每个交点测量得到的电流可以表征在该交点附近的一个敏感体(sensitive volume)的导电相份额。在现有的处理方式中，假设该敏感体为均匀分布的长方体。该假设引入了系统误差。在实际线列阵传感器使用过程中，该系统误差使得某些完全被非导电相包裹的敏感体内测量得到的导电相份额大于0；而完全被导电相包裹的敏感体内非导电相份额大于0。

本发明针对线列阵传感器的假设所产生的误差，提出了修正方法。利用该修正方法可以将线列阵传感器的假设所产生的误差降低至3％以下。本发明的修正方法包括如下步骤，其流程图如图1所示。

S1：将线列阵传感器测量两相流得到的横截面导电相份额分布矩阵B赋值给中间矩阵C。

假设线列阵传感器所测量的真实导电相份额分布为矩阵A(未知)，参见图2。图2中每个敏感体内的数字代表该敏感体内的导电相份额。利用线列阵传感器测量得到的未经修正的导电相份额分布矩阵为B(已知)，参见图3，图3中每个敏感体内的数字代表线列阵传感器测量得到的该敏感体内的导电相份额。由于均匀敏感体假设带来的系统误差，导致矩阵B中的数值和A有较大差异。

通过构造中间矩阵C，将线列阵传感器测量两相流得到的横截面导电相份额分布矩阵B赋值给中间矩阵C，通过下面的步骤S2和S3进行修正。

S2：将矩阵C作为边界条件，利用线列阵传感器电场模拟的方式模拟线列阵传感器得到模拟的测量矩阵C′。

具体的，建立长方体的模拟区域，模拟区域包含和实际线列阵传感器相同数量的发射电极和接受电极；本例的模拟区域包含9根发射电极和9根接收电极；

将模拟区域划分为若干个方形网格，如，将该模拟区域划分为270×270×46个方形网格，每根发射电极和接收电极都采用一串网格表示；如图5所示；

将模拟区域的边界设置为绝缘边界；

将一根发射电极的电势设置为1，其余发射电极和所有接受电极的电势设置为0，通过拉普拉斯方程计算每一根接受电极接收得到的电流值，依次类推，待所有发射电极都激发之后，完成线列阵传感器的电场模拟，获得网格中各个交点对应的电流值；具体的，电场的拉普拉斯方程为：

式中σ为导电相份额(-)，V为电势(V)，求解方式采用超松弛迭代求解，松弛因子设置为1.95；每次模拟，一根发射电极的电势设置为1，其余发射电极和所有接受电极设置为0电势；网格的电导率和网格所处的敏感体内的导电相份额相等；待电场模拟完成之后，计算每一根接收电极接收得到的电流值，该电流值对应于各个接收电极和当前激发的发射电极的交点附近的敏感体的导电相份额；待所有发射电极都激发之后，完成线列阵传感器测量数据的模拟；

将所得到的各个交点对应的电流值除以线列阵传感器在纯导电相中采集的电流值，得到线列阵传感器测量的方形敏感体内导电相份额分布的测量矩阵C′。

S3：判断矩阵C′和矩阵B相应元素的最大差值是否小于规定的阈值，如果小于阈值，则认为中间矩阵C等于实际的导电相份额分布矩阵A；否则对中间矩阵C进行修正，获得修正后的矩阵C″。

将矩阵B赋值给中间矩阵C，C作为边界条件，利用电势场模拟的方式模拟线列阵传感器的测量过程。模拟得到测量矩阵C′。如果矩阵C′和矩阵B之间的最大差值max|C′-B|小于阈值ε，ε小于2％，则认为矩阵C和矩阵A相等；如果矩阵C′和矩阵B之间的最大差值大于阈值ε，则认为矩阵C和矩阵A有差异，需要修正。

修正的基本思想是，线列阵传感器直接测量得到的某一交点的导电相份额和该交点对应的均匀分布的敏感体内的导电相份额具有正先关性；如果矩阵C′中某一敏感体内的导电相份额小于(大于)矩阵B中对应敏感体内的导电相份额，则同样认为中间矩阵C中该敏感体内的导电相份额也小于(大于)实际矩阵A中的导电相份额。故利用矩阵B和矩阵C′的差值，对中间矩阵C进行修正，获得修正后的导电相份额分布矩阵C″，其中，修正公式为：C″＝C+k×(B-C′)，其中，k为修正的松弛因子，k为小于4的正数，本实施例取k＝1。

S4：对导电相份额分布矩阵C″中每一个元素进行修正，将修正之后的矩阵C″赋值给矩阵C，并返回步骤S2，直至矩阵C′和矩阵B相应元素的最大差值小于规定的阈值。

在修正矩阵C″中，可能会出现某个敏感体内的导电相份额大于1或者小于0的情况。由于实际导电相份额分布矩阵A中不会出现大于1或者小于0的情况，所以将矩阵C″中每一个元素进行修正，具体的，将矩阵C″中所有大于1的元素值设置为1，小于0的元素设置为0，也即是，判断矩阵C″中的元素值是否大于1，若是，则将该元素值设置为1；判断矩阵C″中的元素值是否小于0，若是，则将该元素值设置为0，通过对矩阵C″中的元素进一步修正一定会减小误差，而且有利于保证模拟计算的稳定性。

将修正后的矩阵C″重新带入到矩阵C中，进入步骤S2进行循环，直到矩阵C′和矩阵B之间的误差小于阈值2％为止。

为修正完成之后，即矩阵C′和矩阵B之间的误差小于2％之后，得到的中间矩阵C，参见图4，此时相对于矩阵A，误差已经小于3％。

以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员，依据本发明的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。