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絲網成像系統

氣液兩相流動廣泛存在于工業應用領域中,其流動特性及兩相計量的研究對于安全生產及能源的高效利用具有重大意義。然而,氣液兩相流復雜的流動特性和多變的相界面分布極大地增加了其測量的難度,尤其是可視化測量。目前,氣液兩相流的可視化測量主要包括射線原理、光學原理和電學原理。電學法由于成本低、可測量參數多等優點而被大量應用,主要的電學測量方法包括電阻層析成像(ERT)、電容層析成像(ECT)、基于絲網傳感器(WMS)的成像方法等。WMS相對于非侵入式的電學測量法而言,具有結構和圖像重構算法簡單、成像速度快、開發成本低等優點。因此,在可視化測量方法中,WMS一直是被研究的熱點。


       絲網成像技術的基本原理是通過測量各個激勵極與接收極交叉區域的平均電阻值或介電常數,重構出被測流道的截面介質分布圖像。應用領域涉及氣液兩相流、油氣水三相流以及濕飽和蒸汽等工業領域。

       系統的總體結構可分為時鐘配置、信號發生、開關切換以及精準定時四個部分,其中主控制器采用雙外置時鐘,通過通信控產生一定頻率的方波信號。電子模擬開關與主控制器之間采用譯碼器連接,盡可能少的減少主控制器管腳的占用。循環激勵過程中采用定時器實現微秒級定時。

       電阻絲網成像傳感器的結構如下圖所示。作為一種可視化的成像手段,絲網成像結果能夠有效地反映管道內氣液時空分布的信息。圖示絲網傳感器采用16*16的正交布局方式,在50 mm管徑中,最大分辨率為3.125 mm。

       以絲網傳感器采用16*16的布局方式為例,其像素點最多為256個,但是由于管道為原形,導致有效的像素點為208個。每一個數字代表的是各像素點處的接收電壓值,“-”則代表超出了圓形管道的范圍,為無效的像素點。       
       采用雙線性內插算法在待確定像素點的四個相鄰像素點的兩個方向上做線性內插,此種算法所得圖像表面在鄰域處是吻合的,并且本質上是利用三次多項式進行插值的過程,利用待確定像素點周圍16個像素點的觀測值,應用三次卷積函數對待確定像素點的值進行計算。


性能指標

 


主要功能

       軟件采用傳統的軟件開發生命周期的方法,采用自頂向下,逐步求精的結構化的軟件設計方法。通過電子模擬開關實現循環切換,電子模擬開關與主控制器之間采用譯碼器連接,循環激勵過程中實現微秒級定時。

       絲網成像系統:將氣液兩相流經絲網產生的電學信號經插值處理后在屏幕上顯示管道內氣液兩相的分布情況。

本軟件主要有以下幾方面的功能:

(1) 各幀成像截面數據雙立方體插值

(2) 插值后數據截面成像

(3) 形成圖片庫

(4) 生成動畫

(5) 運行時鐘設定

(6) 方波信號產生

(7) 電子模擬開關切換

(8) 切換時間設定


運行圖像

 

絲網傳感器單幀原始數據插值后徑向成像圖


絲網成像視頻


(二)長泡塞流實驗視頻

   


(三)瞬間泡塞流實驗視頻

   


(四)絲網2_out_0.5D成像實驗視頻

   
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