CN104155471B - 基于超声与电学多传感器互相关测速的多相流测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于流体测量技术领域，涉及一种电学与超声双模态多相流测试方法，包括以下步骤：电学传感器阵列采集电信号；超声传感器阵列采集超声信号；利用电学信号与超声信号提取被测对象流动特征实现流型识别；判断连续相导电性；利用超声信号获取气相含率；利用超声信号与互相关测速方法计算气相流速；连续相导电计算电导率获得水相含率；连续相不导电计算介电常数获得水相含率；利用气相含率与水相含率计算油相含率；利用电学信号与互相关测速方法计算液相流速；计算分相流速和流量；计算总流量与总流速；本发明不受多相流连续相是否导电的影响，具有测量精度高、无扰动、可获信息多等特点。

Description

基于超声与电学多传感器互相关测速的多相流测试方法

技术领域

本发明属于流体测量技术领域，涉及一种电学与超声双模态多传感器多相流过程参数测试方法，用于实现多相流分相含率、流速及流量等参数的在线获取。本发明以油/气/水多相流测量为描述对象，可是用于以多相流为测量对象的工业过程和化学反应中。

技术背景

在工业生产与日常生活中广泛存在着多相流动现象。多相流中的“相”定义为物质的存在形式，即气态、液态或固态，因此多相流即为具有两种或两种以上“相”物质同时流动的流体。多相流现象广泛存在于能源、动力、石油、化工、冶金、医药等工业过程中，在工业生产与科学研究中有着十分重要的作用，对其流动过程监测和描述、以及对流动过程参数的准确检测给工程师和科研人员提出了挑战。近年来，国际上对多相流的研究兴趣在持续增长，其原因在于多相流不仅在一系列现代工程中得到广泛应用，而且对促进这些工程设备的发展和创新也起到了重要作用。

由于多相流各相间存在界面效应和相对速度，相界面在时间和空间上均呈随机变化，致使多相流的流动特性远比单相流复杂，特征参数也比单相流多。多相流过程参数检测策略随着工况与对象属性变化，可以利用的物理现象与关系很多，因此检测手段也多种多样。检测方式可分为两大类：直接法与间接法。直接法指的是对象参数能通过测量直接得到，而间接法需要在测量值(辅助测量值)与被测参数间建立关系式通过计算得到，即“软测量”方法。在多相流测量领域内，许多直接采用单相流仪表的检测方法属于直接法，而新兴的检测技术则多采用软测量的方法，如电学法、超声法以及射线法等。在科学研究与工业应用中，多相流的检测手段需要在控制制造成本的前提下，对被测流体不产生任何扰动，因此电学法与超声法由于其结构简单、非扰动、造价低而备受关注。

电学测量方法根据其传感器结构、形状、激励方式的不同又分为多种形式，如电导探针、环形电导阵列等，其中旋转场电阻抗方法，即电学过程层析成像技术是电学法中的一种重要改进形式，能够提供丰富的物质截面分布信息，且能将不透明管道中的多相介质分布进行可视化重建。电学过程层析成像技术根据测量敏感原理不同又分为电容式、电阻式、阻抗式和电磁式层析成像等。该技术具有非扰动与多点测量的特点，可以实现对多相流体的相含率与流速等过程参数的测量，具有很好的应用前景。

超声检测是一种应用较为广泛的技术，在医学监测、流体测量中有其独特的优势，超声波在流体中传播时不会破坏流体的流场，没有压力损失，同时若将检测元件置于管道外壁，可以避免与流体直接接触，降低传感器的腐蚀程度。超声层析成像方法可通过安装于管道同一截面处的多个超声收发探头，以非扰动的形式获得被测截面内部不同声阻抗介质的分布信息，并通过图像重建算法实现该分布的可视化。

发明内容

本发明的目的是提供一种能更为精确的、非扰动的多相流过程参数测试方法。本发明的传感器和测量装置，将电学传感器与超声传感器组合，利用电学传感器对电导率/介电常数变化敏感的测量原理获得油气水多相流高电导率/介电常数相(水相)信息，利用超声传感器对声阻抗变化敏感的测量原理获得油气水多相流声阻抗(气相)信息。无需对测量流体进行预分离或混合，实现多相流过程分相含率与分相流速的准确测量以及流型的正确识别。

本发明的技术方案如下：

所用测试装置包括电学传感器阵列、超声传感器阵列、电学信号发生与检测单元、超声信号发生与检测单元、流动参数计算单元；所述的电学传感器阵列包括两组分布在被测管道不同截面位置的电极阵列，每组电极由一个及一个以上分布在被测管道相同截面位置的电极构成，两组分别为上游电学传感器阵列和下游电学传感器阵列；所述的超声传感器阵列包括两组分布在被测管道不同截面位置的探头阵列，每组探头阵列由多个超声探头构成，两组分别为上游超声传感器阵列和下游超声传感器阵列；电学传感器阵列、超声传感器阵列同时工作，组成一套双模态传感器阵列；电学信号发生与检测单元交替选通分属电学传感器阵列不同组的一对电极作为激励电极对，其中一个电极为激励电极，另一个电极为接地电极，在所述激励电极对之间建立电学敏感场，测量其余电极间电势差；超声信号发生与检测单元每次选通一个超声探头产生超声波，选通与该超声探头不属于同组的一个或多个探头接收超声波，并将超声强度转换为电信号；电学信号发生与检测单元所测电势差与超声信号发生与检测单元所获信号一起，送入流动参数计算单元进行相含率与流速的计算；所述的多相流过程参数测试方法包括以下步骤：

1).采集电学传感器阵列信号与超声传感器阵列信号；

2).根据电学传感器阵列测量数据和超声传感器阵列测量数据，结合特征与分类算法，实现多相流流

型的识别；

3).根据超声透射衰减幅度，利用超声传感器测量数据带入计算气相含率α_g。其中U为超声穿透多相流混合物后的幅值，U₀为超声穿透单相水后的幅值，L为超声传播路径长度，X_g为衰减系数，通过实验标定获得。

4).利用超声传感器阵列测量数据，结合互相关法计算气相流速u_g：

a.对上下游超声传感器阵列测量数据采用互相关算法进行计算，获得流体流经上下游超声传感器阵列的延迟时间τ_u，根据公式计算出气相的相关速度u_gcc，式中L_u为上下游超声传感器阵列之间的间距。

b.根据公式u_g＝K_gu_gcc+u_dg计算气相流速u_g，其中气相速度校正因子K_g与气液相间滑移速度u_dg可通过实验研究与经验公式联合确定；

5).根据流型识别结果选取相含率估计模型，并判断连续相是否导电，

若连续相为非导电相，采用电容传感器测量数据，计算模型如下：

a.根据电容电极对采集的电压信号，计算多相流体的混合介电常数ε_m；

b.已知油相介电常数ε_o、水相介电常数ε_w及气相介电常数ε_g，根据公式 $\sqrt{{\mathrm{\ϵ}}_m}={\mathrm{\α}}_g\sqrt{{\mathrm{\ϵ}}_g}+(1-{\mathrm{\α}}_g)({\mathrm{\α}}_o\sqrt{{\mathrm{\ϵ}}_o}+{\mathrm{\α}}_w\sqrt{{\mathrm{\ϵ}}_w})$ 以及多相流分相含率和为1的关系式α_o+α_g+α_w＝1计算油相含率α_o、水相含率α_w和气相含率α_g。

若连续相导电，采用电导传感器测量数据，计算模型如下：

a.根据电阻电极对采集的电压信号，计算多相流体的混合电导率σ_m；

b.已知水相电导率σ_w、气相电导率σ_g和油相电导率σ_o，另α_l＝α_o+α_w为油气水多相流的液相含率，根据公式和公式α_o+α_g+α_w＝1计算出油相含率α_o、水相含率α_w和气相含率α_g，σ_l＝α_oσ_o+α_wσ_w为液相混合电导率；

6).利用电学传感器阵列测量数据，结合互相关法计算混合液相流速u_l：

a.依据步骤5)判断的连续相性质，对上下游电学传感器阵列测量数据采用互相关算法计算，获得流体流经上下游电学传感器阵列的延迟时间τ_l，根据公式计算出液相的相关速度u_lcc，式中L_l上下游电学传感器阵列之间的间距；

b.根据公式u_l＝K_lu_lcc+u_dl计算液相流速u_l，其中液相速度校正因子Kl与液相相间滑移速度u_dl可通过实验研究与经验公式联合确定；

c.依据步骤5)计算出的油相含率α_o与水相含率α_w，利用公式和分别计算出油相流速与水相流速；

d.根据公式u＝u_o+u_g+u_w计算总流速u。

基于电学敏感原理的信息检测技术对被测流体的电学性质变化敏感，如电导率或介电常数，但对密度差较大的气液相间边界信息模糊，不易获得。而多相流中，由于气相与液相界面处声阻抗的巨大差异，使得超声在气液界面的反射特性极为明显(可达99％)，因此超声对气液分界面有极好的分辨能力。因此，将基于电学敏感原理与基于超声敏感原理的传感器阵列相结合，利用电学传感器阵列获取电学参数分布(通常为液相中的水相分布)、超声传感器阵列获取声阻抗分布(通常为气相分布)，可准确、全面地实现多相流流型在线识别、相含率和相流速在线估计，形成本发明的无扰动的多相流测试方法。本发明的有益效果及优点如下：

1、电学测量法对多相流体的导电性有很好的区分作用，也即对油气水混合物中的水相含率变化敏感。而超声对多相流体的密度变化也即气相含率变化敏感，两类测量模态有互补性；

2、该方法为非扰动的测量手段，不会对流体产生任何的扰动；

3、多传感器阵列可获得对多相流动更全面的描述；

4、测量速度快，成本低。

附图说明

以下图描述了本发明所选择的实施例，均为示例性图而非穷举或限制性，其中：

图1本发明测试方法所用测试装置整体结构图；其中，0-来流方向；1-管道；2-电学传感器阵列，包括电容式电极与电导式电极的单独或组合使用，以及同时实现电容与电导检测的电极；3-电学信号发生与采集单元；4-电学传感器互相关与相含率计算单元；5-超声传感器阵列；6-超声信号发生与采集单元；7-超声传感器互相关与相含率计算单元；8-流型识别与流动参数综合计算单元；

图2本发明测试方法所用测试装置弧形电学传感器阵列结构图，其中图2(a)为传感器阵列结构侧视图，包括被测管道1，安装于不同截面位置的弧形电极阵列(2a、2b)；图2(b)为纵向A-A截面剖视图；图2(c)为横向B-B截面剖视图；

图3为环形传感器阵列结构示意图，其中图3(a)为传感器阵列结构侧视图，包括被测管道1与不同截面位置的环形电极(2c、2d、2e、2f)；图3(b)为纵向A-A截面剖视图；图3(c)为横向B-B截面剖视图；

图4本发明测试方法所用测试装置超声传感器阵列结构图，其中图4(a)为传感器阵列结构侧视图，包括被测管道1与超声探头阵列(5a，5b)；图4(b)为纵向B-B截面剖视图；图4(c)为横向A-A截面剖视图；

图5本发明测试方法所用测试装置的超声与电学双模态测量系统结构图；

图6本发明测试方法所用测试装置电学信号发生与检测单元结构图；

图7本发明测试方法所用测试装置超声信号发生与检测单元结构图；

图8本发明测试方法计算步骤。

具体实施方式

以下详细描述制造和操作本发明的步骤，旨在作为本发明的实施例描述，并非是可被制造或利用的唯一形式，对其他可实现相同功能的实施例也应包括在本发明的范围内。本发明中的电学测量包括电阻、电容或电磁信息的检测，既可同时使用几种电学测量方式亦可分别使用。

下面结合说明书图详细说明本发明的实施例。

图1描述了本发明测试方法所用测试装置的整体结构图，包括一个被测管段1，一组电学传感器阵列2以及与其相连的电学信号发生于采集单元3，一组超声传感器阵列5以及超声信号发生与采集单元6。电学传感器阵列2包括两组及两组以上以一定间隔分布在被测管道上的电极阵列，每组电极由一个及一个以上的分布在被测管道相同截面位置的电极构成；超声传感器阵列5包括两组及两组以上以一定间隔分布在被测管道上的超声探头阵列，每组探头由多个分布在被测管道相同截面位置的探头构成；所述的电学传感器阵列2与超声传感器阵列5在被测管道上同时安装、同时工作(可交叉安装)，组成一套双模态传感器阵列，且对多相流动过程不造成任何干扰，因此所述的两类传感器阵列在管道上下游的安装顺序不影响测量效果。

当被测多相流从来流方向0进入被测管段时，电学传感器阵列2可通过电学信号发生与采集单元3获得包含被测流体水相含率波动信息的测量数据，超声传感器阵列5可通过超声信号发生与采集单元6获得被测流体气相含率波动信息的测量数据。将以上信息同时送入流型识别与流动参数综合计算单元8进行流型识别，判断连续相是否导电，并依据判别结果选择使用电学传感器阵列2中的电容传感器或电导传感器。之后将电学信号发生与采集单元3获得的电容或电导测量数据送入电学传感器互相关与相含率计算单元4中进行水相含率与液相互相关流速的计算，同时将超声信号发生与采集单元6获得的测量数据送入超声传感器互相关与相含率计算单元7中进行气相含率与气相互相关流速的计算。最后依据流型识别结果选择计算模型，对所述的电学传感器互相关与相含率计算单元4与超声传感器互相关与相含率计算单元7的计算结果进行处理，获得混合与分相流速。

本发明采用的电学传感器包括电阻、电容或电磁信息的检测，既可同时使用几种电学测量方式亦可分别使用，在结构上包括环形传感器阵列与弧形传感器阵列。多截面电极阵列形式及组合方式具有多样化特点，如电极圆心角范围是0°到360°；电极宽度范围0mm到1-2倍管径；在不同截面上可以安装不同尺寸的电极以获得不同条件的测量信息；也可在同一截面内通过安装不同尺寸的电极实现同一截面内信息的多样化获取，故本装置的电极结构具有多种形式，图2与图3中描述了电学传感器阵列的两种典型组合方式，其他组合形式可以在此基础上进行组合。本发明装置的电学传感器阵列可使用不同频率的激励信号，通过获得被测多相流体在不同激励信号频率下的响应数据实现多相流信息更全面的提取，实现被测截面内的多相流截面相含率信息以及不同截面间的多相流体积相含率信息。在不同截面处的相含率波动可用于互相关速度测量。

图2所示弧形传感器阵列为多套安装在被测管道1不同截面位置的弧形电极阵列(2a、2b)组成，每套弧形电极阵列包含安装在被测管道同一截面位置内的两个及两个以上弧形电极。同一截面内的弧形电极尺寸与数目视应用条件可以改变。工作时可在同一截面内的任意弧形电极上施加激励信号，任一其他电极接地形成激励电极对。在该激励电极对中间形成电学测量敏感场，当多相流体流过该敏感场时，由于场内电学参数随着多相介质的含率与分布变化，导致激励电极对间，以及其他电极之间的电势差发生相应的变化，通过测量该电势差可实现多相流参数的测量。在多截面弧形传感器阵列中，组成激励电极对的电极可分布在管道同一被测截面内也可分布在不同被测截面内，且在测量过程中可在电极阵列内的任意电极之间切换，实现测量信息的全面获取。

图3所示为环形传感器阵列结构示意图，环形传感器阵列包括多个安装在被测管道1不同截面位置的环形电极(2c、2d、2e、2f)，电极间的间隔视应用条件不同可以改变。工作时通过向其中的一个电极施加激励信号，其中一个电极接地，形成激励电极对。在该激励电极对中间形成电学测量敏感场，当多相流体流过该敏感场时，由于场内电学参数随着多相介质的含率与分布变化，导致激励电极对间，以及其他测量电极间的电势差发生相应的变化，通过测量该电势差可实现多相流参数的测量。在多截面环形传感器阵列中，可以两两组合成为一个激励电极对单独用于检测，也可在一对激励电极对之间安装其他电极用于测量。

图4为本发明测试方法所用测试装置的超声传感器阵列，包括为多套安装在被测管道1不同截面位置的超声探头阵列(5a，5b)组成，每套探头阵列包含安装在被测管道1同一截面位置内的两个及以上超声探头。同一截面内的超声探头尺寸与数目视应用条件可以改变。工作时可在同一截面内的任意探头上施加激励信号，任一其他探头接收超声信号，成激励电极对。在该激励电极对中间形成超声调制测量敏感场，当多相流体流过该敏感场时，由于场内介质密度随着多相介质的含率与分布变化，导致超声调制测量敏感场内超声强度发生相应的变化，通过声电转换装置(如压电陶瓷等)将该超声信息进行获取，进而实现多相流参数的测量。在多截面超声传感器阵列中，组成激励电极对的超声探头可分布在管道同一被测截面内也可分布在不同被测截面内，且在测量过程中可在超声传感器阵列内的任意超声探头之间切换，实现测量信息的全面获取。

本发明装置的超声传感器阵列可使用不同频率的激励信号，实现多相流中不同尺寸液滴与气泡的测量，进而实现多相流信息更全面的提取。

图5描述了本发明测试方法所用测试装置的超声与电学双模态测量系统结构，包括电学传感器阵列激励与检测单元，超声传感器阵列激励与检测单元，计算机总线以及计算中心，在同一总线平台下实现双模态传感器的测量信息获取。电学传感器阵列激励与检测单元用于在被测管道1中建立电学敏感场，进而获得多相流含水率信息，可实现电学与电导不同模态传感器信息的获取，具体结构如图5所示；超声传感器阵列激励与检测单元用于向被测管道1中的多相流体发射超声波，进而获得多相流含气率信息，具体结构如图6所示。电学传感器阵列激励与检测单元，以及超声传感器阵列激励与检测单元所获得的测量数据通过计算机总线送入计算中心实施信号的实时处理，实现流动信息的提取以及相含率和流速的计算。

图6描述了电学信号发生与检测单元结构。可将电容与电导两种电学模式传感器的激励与信号采集在同一测量系统中实现。系统控制与设置信息由计算机通过计算机总线传送至逻辑控制单元，并通过逻辑控制单元对系统整体工作逻辑和参数进行控制和设定，根据系统设定要求在激励信号发生模块中实现激励信号的产生以及信号驱动能力的提升，即采用电压控电压源(VCVS)或电压控电流源(VCCS)将原始激励信号转换为幅值和相位可调的恒定电压或电流信号，并通过逻辑控制按一定规律选通电容/电导电极阵列的对应电极，使激励信号施加至测量空间中形成电学敏感场。当多相流体流过所述电学敏感场时，由于流体的电学参数变化导致电场强度分布发生变化，进而在电极阵列中会获得不同的电势差，利用信号解调模块与参考信号将该电势差进行解调处理，提取出包含多相流分相含率变化的模拟信号，并送入模拟-数字转换(A/D转换)阵列实现模拟信号的数字化，再通过计算机总线将测量数据送入计算中心实现流动参数的计算。

图7描述了超声信号发生与检测单元结构。系统控制与设置信息由计算机通过计算机总线传送至逻辑控制单元，并通过逻辑控制单元对系统整体工作逻辑和参数进行控制和设定，根据系统设定要求在激励信号发生模块中实现激励信号的产生。通过逻辑控制单元按一定规律选通超声传感器阵列的对应探头，使激励信号通过电声转换功能产生超声波，当多相流体流过所述超声传播路径时，由于气液两相密度差会在气液界面处将一部分超声反射，并有一部分未反射超声波被接收探头接收，该超声幅值的衰减幅度与超声传播路径中的气相尺寸有直接关系，并对信号进行调理后通过A/D转换阵列转为数字信号，通过计算机总线送入计算中心实现流动参数的计算。

图8描述了本发明的计算步骤，具体计算过程如下：

(一).采集电学传感器阵列信号与超声传感器阵列信号；

(二).根据电学传感器阵列测量数据和超声传感器阵列测量数据，结合信息提取与分类算法，实现多相流流型的识别。

流型识别的一般步骤为：首先从测量数据中提取能够反映流型变化的特征值，如统计方法、时频分析方法、非线性分析方法等，然后利用分类算法将特征值归类识别，比如支持向量机、人工神经网络等。举例实现过程可参考专利[1]，不同之处在于本发明分别从电学传感器阵列与超声传感器阵列中的每一传感器输出中提取一定时间内的采集数据组成时间序列，从每一时间序列中提取特征组成识别特征向量，对电学传感器阵列与超声传感器阵列采集到的数据进行分类，最终可得到连续相是否导电以及典型流型识别结果。

(三).当超声波在介质中传输时发生衰减，其衰减的幅度与介质的声阻抗有直接关系。由于超声气液之间声阻抗的巨大差异，使得超声在气液界面的反射特性极为明显(可达99％)，采用穿透法测量时，由于气相的反射作用，使得接收到的信号幅值与纯水时的复制比较可以表征流动过程的气相含率。

将超声传感器阵列采集到的测量数据带入计算气相含率α_g。其中U为超声穿透多相流混合物后的幅值，U0为超声穿透单相水后的幅值，L为超声传播路径长度，X_g为衰减系数，由实验标定获得。

(四).利用超声传感器阵列测量数据，结合互相关法计算气相流速u_g。

对上下游超声传感器阵列测量数据采用互相关算法进行计算[1]，获得流体流经上下游超声传感器阵列的延迟时间τ_u，根据公式计算出气相的相关速度u_gcc，式中L_u上下游超声传感器阵列之间的间距。

由于多相流流动时会出现一定的相间速度差，因此互相关测速所获得的速度与真实速度之间需通进行二次计算，一般的转换公式为u_g＝K_gu_gcc+u_dg，其中气相速度校正因子K_g与气液相间滑移速度u_dg可通过实验研究与经验公式联合确定，进而获得气相流速u_g。气相速度校正因子K_g与气液相间滑移速度u_dg取值可依据很多经验公式选取，如气相速度校正因子K_g的取值范围在0.5-2之间，常用范围为1-1.5之间，具体公式可参考文献[2]与[3]；

(五).根据流型识别结果选取相含率估计模型，并判断连续相是否导电。

若连续相为非导电介质，如油相与气相为连续相时，采用电容传感器测量数据。此时多相流体的混合介电常数率ε_m可由公式计算，其中ε_o为油相介电常数、ε_w为水相介电常数，ε_g为气相介电常数,α_o、α_g与α_w分别为油相、气相与水相含率。将该公式与多相流分相含率和为1的关系式α_o+α_g+α_w＝1联立，带入超声传感器阵列测得的气相含率α_g，计算油相含率α_o与水相含率α_w。

若连续相为导电介质，如矿化水时，采用电导传感器测量数据。此时多相流体的混合电导率σ_m可由公式计算，其中σ_l＝α_oσ_o+α_wσ_w为液相混合电导率，σ_o、σ_g与σ_w分别为油相、气相与水相电导率。将该公式多相流分相含率和为1的关系式α_o+α_g+α_w＝1联立，带入超声传感器阵列测得的气相含率α_g，计算油相含率α_o与水相含率α_w。

(六).利用电学传感器阵列测量数据，结合互相关法计算混合液相流速u_l：

依据步骤(二)判断的连续相性质，若连续相导电则采用电导测试数据，若连续相不导电则采用电容测试数据，针对上下游电学传感器阵列测量数据采用互相关算法进行计算，获得流体流经上下游电学传感器阵列的延迟时间τ_l，根据公式计算出液相的相关速度u_lcc，式中L_l上下游电学传感器阵列之间的间距；

根据公式u_l＝K_lu_lcc+u_dl计算液相流速u_l，其中液相速度校正因子K_l与液相相间滑移速度u_dl可通过实验研究与经验公式联合确定；液相速度校正因子K_l与液相相间滑移速度u_dl取值可依据很多经验公式选取，液相速度校正因子K_l的取值范围在0.5-2之间，常用范围为1-1.2之间，具体公式可参考文献[1]与[2]；

依据步骤(五)计算出的油相含率α_o与水相含率α_w，利用公式和分别计算出油相流速与水相流速；根据公式u＝u_o+u_g+u_w计算总流速u。

参考文献

[1]董峰，魏灿，谭超，基于多截面阻抗式长腰内锥传感器及相关测速的多相流测量方法，发明专利，专利号：ZL201110048191.5，申请日期：2011.02.28，授权日期：2012.12.5

[2]Zuber N.,Findlay J.A.Average volumetric concentration in two-phaseflow systems.Journal of Heat Transfer,1965,87:453～468

[3]Choi Jinho,Pereyra Eduardo,Sarica Cem,et al.An Efficient Drift-Flux Closure Relationship to Estimate Liquid Holdups of Gas-Liquid Two-PhaseFlow in Pipes.Energies,2012,5(12):5294～5306

Claims (2)

1.一种基于电学与超声双模态传感器阵列的多相流过程参数测试方法，所用测试装置包括电学传感器阵列、超声传感器阵列、电学信号发生与检测单元、超声信号发生与检测单元、流动参数计算单元；所述的电学传感器阵列包括两组分布在被测管道不同截面位置的电极阵列，每组电极由一个以上分布在被测管道相同截面位置的电极构成，两组分别为上游电学传感器阵列和下游电学传感器阵列；所述的超声传感器阵列包括两组分布在被测管道不同截面位置的探头阵列，每组探头阵列由多个超声探头构成，两组分别为上游超声传感器阵列和下游超声传感器阵列；电学传感器阵列、超声传感器阵列同时工作，组成一套双模态传感器阵列；电学信号发生与检测单元交替选通分属电学传感器阵列不同组的一对电极作为激励电极对，其中一个电极为激励电极，另一个电极为接地电极，在所述激励电极对之间建立电学敏感场，测量其余电极间电势差；超声信号发生与检测单元每次选通一个超声探头产生超声波，选通与该超声探头不属于同组的一个或多个探头接收超声波，并将超声强度转换为电信号；电学信号发生与检测单元所测电势差与超声信号发生与检测单元所获信号一起，送入流动参数计算单元进行相含率与流速的计算；所述的多相流过程参数测试方法包括以下步骤：

1).采集电学传感器阵列信号与超声传感器阵列信号；

2).根据电学传感器阵列测量数据和超声传感器阵列测量数据，结合特征与分类算法，实现多相流流型的识别，并识别出连续相为非导电相还是导电相；

3).根据超声透射衰减幅度，计算气相含率α_g；

4).利用超声传感器阵列测量数据，结合互相关法计算气相流速u_g：

a.对上下游超声传感器阵列测量数据采用互相关算法计算出气相的相关速度u_gcc；

b.根据公式u_g＝K_gu_gcc+u_dg计算气相流速u_g，其中气相速度校正因子K_g与气液相间滑移速度u_dg，通过实验标定或经验公式确定；

5).根据流型识别结果选取相含率估计模型，并判断连续相是否导电，若连续相为非导电相，采用电容传感器测量数据与超声测量数据计算油相含率α_o、水相含率α_w和气相含率α_g；若连续相导电，采用电导传感器测量数据与超声测量数据计算油相含率α_o、水相含率α_w和气相含率α_g；

6).利用电学传感器阵列测量数据，结合互相关法计算混合液相流速u_l：

a.依据步骤5)判断的连续相性质，选取电容或电导电极阵列测量数据，采用互相关算法计算出液相的相关速度u_lcc；

b.根据公式u_l＝K_lu_lcc+u_dl计算液相流速u_l，其中液相速度校正因子K_l与液相相间滑移速度u_dl可通过实验研究与经验公式联合确定；

c.依据步骤5)计算出的油相含率α_o与水相含率α_w，利用公式和分别计算出油相流速与水相流速；

d.根据公式u＝u_o+u_g+u_w计算总流速u。

2.根据权利要求1所述的基于电学与超声双模态传感器阵列的多相流过程参数测试方法，其特征是，构成电容电极对的各个电极在管道轴向方向的长度范围，即宽度范围为20mm-50mm；构成电导电极阵列的各个电极在管道轴向方向的长度范围，即宽度范围为1mm-10mm。