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丝网成像系统

气液两相流动广泛存在于工业应用领域中,其流动特性及两相计量的研究对于安全生产及能源的高效利用具有重大意义。然而,气液两相流复杂的流动特性和多变的相界面分布极大地增加了其测量的难度,尤其是可视化测量。目前,气液两相流的可视化测量主要包括射线原理、光学原理和电学原理。电学法由于成本低、可测量参数多等优点而被大量应用,主要的电学测量方法包括电阻层析成像(ERT)、电容层析成像(ECT)、基于丝网传感器(WMS)的成像方法等。WMS相对于非侵入式的电学测量法而言,具有结构和图像重构算法简单、成像速度快、开发成本低等优点。因此,在可视化测量方法中,WMS一直是被研究的热点。


       丝网成像技术的基本原理是通过测量各个激励极与接收极交叉区域的平均电阻值或介电常数,重构出被测流道的截面介质分布图像。应用领域涉及气液两相流、油气水三相流以及湿饱和蒸汽等工业领域。

       系统的总体结构可分为时钟配置、信号发生、开关切换以及精准定时四个部分,其中主控制器采用双外置时钟,通过通信控产生一定频率的方波信号。电子模拟开关与主控制器之间采用译码器连接,尽可能少的减少主控制器管脚的占用。循环激励过程中采用定时器实现微秒级定时。

       电阻丝网成像传感器的结构如下图所示。作为一种可视化的成像手段,丝网成像结果能够有效地反映管道内气液时空分布的信息。图示丝网传感器采用16*16的正交布局方式,在50 mm管径中,最大分辨率为3.125 mm。

       以丝网传感器采用16*16的布局方式为例,其像素点最多为256个,但是由于管道为原形,导致有效的像素点为208个。每一个数字代表的是各像素点处的接收电压值,“-”则代表超出了圆形管道的范围,为无效的像素点。       
       采用双线性内插算法在待确定像素点的四个相邻像素点的两个方向上做线性内插,此种算法所得图像表面在邻域处是吻合的,并且本质上是利用三次多项式进行插值的过程,利用待确定像素点周围16个像素点的观测值,应用三次卷积函数对待确定像素点的值进行计算。


性能指标

 


主要功能

       软件采用传统的软件开发生命周期的方法,采用自顶向下,逐步求精的结构化的软件设计方法。通过电子模拟开关实现循环切换,电子模拟开关与主控制器之间采用译码器连接,循环激励过程中实现微秒级定时。

       丝网成像系统:将气液两相流经丝网产生的电学信号经插值处理后在屏幕上显示管道内气液两相的分布情况。

本软件主要有以下几方面的功能:

(1) 各帧成像截面数据双立方体插值

(2) 插值后数据截面成像

(3) 形成图片库

(4) 生成动画

(5) 运行时钟设定

(6) 方波信号产生

(7) 电子模拟开关切换

(8) 切换时间设定


运行图像

 

丝网传感器单帧原始数据插值后径向成像图


丝网成像视频


(二)长泡塞流实验视频

   


(三)瞬间泡塞流实验视频

   


(四)丝网2_out_0.5D成像实验视频

   
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