CN115289957B - 段塞流液膜厚度测量方法、装置、计算机设备和介质 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种段塞流液膜厚度测量方法、装置、计算机设备和介质。所述方法包括：通过平行线电导传感器，在预设时间段内采集测试管道中段塞流的第一电压信号；通过探针式电导传感器，在预设时间段内采集测试管道中段塞流的第二电压信号，根据第二电压信号从第一电压信号中确定目标电压信号；平行线电导传感器与探针式电导传感器内嵌在测试管道的内壁上，且平行线电导传感器与探针式电导传感器的激励信号相同；根据第一电压信号及目标电压信号，计算与第一电压信号对应的段塞流的液膜厚度。采用本方法能够比较便捷的进行段塞流液膜厚度的测量，而无需事先测得管道满液情况下的电压信号。
Description
技术领域
本申请涉及气液两相流测量技术领域，特别是涉及一种段塞流液膜厚度测 量方法、装置、计算机设备和介质。
背景技术
段塞流是气液两相流的典型流型之一，其中，段塞流也可以称之为气液段 塞流。液膜厚度是气液段塞流的一种特征流动参数，因此，对气液段塞流的液 膜厚度进行测量具有重要工程应用价值及科学研究意义。
传统技术中，通常采用平行线电导传感器采集电流信号，进而间接测量气 液段塞流的液膜厚度。其中，所采集到的电流信号的大小不仅会受到气液段塞 流中的液体的液膜厚度的影响，还会受到液体电导率的影响。而液体电导率并 非是固定的参数，会随着液体的温度、液体矿化度等的不同而发生变化。因此， 在基于电流信号间接测量液膜厚度的过程中，需要消除液体电导率的影响。
为了消除液体电导率的影响，需要通过平行线电导传感器采集气液段塞流 在管道满液的情况下的电压信号，进而计算出实时的液膜厚度。但是，在工业 应用中对管道满液的情况下的电压信号进行实时测量往往存在难以实现或成本 高昂等困难，从而导致测量过程难以开展。
发明内容
基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种测量过程便于开展的段塞流 液膜厚度测量方法、装置、计算机设备和介质。
第一方面，本申请提供了一种段塞流液膜厚度测量方法。所述方法包括：
通过平行线电导传感器，在预设时间段内采集测试管道中段塞流的第一电 压信号；
通过探针式电导传感器，在预设时间段内采集测试管道中段塞流的第二电 压信号，根据第二电压信号从第一电压信号中确定目标电压信号；平行线电导 传感器与探针式电导传感器内嵌在测试管道的内壁上，且平行线电导传感器与 探针式电导传感器的激励信号相同；目标电压信号为当段塞流的液膜厚度达到 探针式电导传感器的探头高度时，平行线电导传感器所采集到的第一电压信号；
根据第一电压信号及目标电压信号，计算与第一电压信号对应的段塞流的 液膜厚度。
在其中一个实施例中，通过探针式电导传感器，在预设时间段内采集测试 管道中段塞流的第二电压信号，根据第二电压信号从第一电压信号中确定目标 电压信号，包括：
通过探针式电导传感器，采集测试管道中段塞流的第二电流信号；
对第二电流信号进行电压转换，生成与第二电流信号对应的第二电压信号；
根据第二电压信号确定出现斩波现象的目标时刻，基于目标时刻对应的第 一电压信号生成目标电压信号。
在其中一个实施例中，若目标时刻的数目为多个，则基于所述目标时刻对 应的第一电压信号生成目标电压信号，包括：
对多个目标时刻对应的第一电压信号计算平均值，将平均值作为目标电压 信号。
在其中一个实施例中，若第一电压信号的数目为多个，则根据第一电压信 号及目标电压信号，计算与第一电压信号对应的段塞流的液膜厚度，包括：
基于多个第一电压信号与目标电压信号进行归一化处理，生成多个归一化 处理结果；
针对各归一化处理结果，根据归一化处理结果及探头的高度，计算与第一 电压信号对应的段塞流的液膜厚度。
在其中一个实施例中，归一化处理结果包括第一电压信号与目标电压信号 之间的比值。
在其中一个实施例中，平行线电导传感器包括接收电极，探针式电导传感 器包括参考电极，且平行线电导传感器与探针式电导传感器共用激励电极。
第二方面，本申请还提供了一种段塞流液膜厚度测量装置。所述装置包括 平行线电导传感器、探针式电导传感器及控制器，平行线电导传感器与探针式 电导传感器内嵌在测试管道的内壁上；平行线电导传感器包括接收电极，探针 式电导传感器包括参考电极，且平行线电导传感器与探针式电导传感器共用激 励电极；平行线电导传感器、探针式电导传感器与控制器电连接；
平行线电导传感器，用于在预设时间段内采集测试管道中段塞流的第一电 压信号，并将第一电压信号发送至控制器；
探针式电导传感器，用于在预设时间段内采集测试管道中段塞流的第二电 压信号，并将第二电压信号发送至控制器；
控制器，用于接收第一电压信号及第二电压信号，根据第二电压信号从第 一电压信号中确定目标电压信号，根据第一电压信号及目标电压信号，计算与 第一电压信号对应的段塞流的液膜厚度。
第三方面，本申请还提供了一种段塞流液膜厚度测量装置。所述装置包括：
第一采集模块，用于通过平行线电导传感器，在预设时间段内采集测试管 道中段塞流的第一电压信号；
第二采集模块，用于通过探针式电导传感器，在预设时间段内采集测试管 道中段塞流的第二电压信号，根据第二电压信号从第一电压信号中确定目标电 压信号；平行线电导传感器与探针式电导传感器内嵌在测试管道的内壁上；目 标电压信号为当段塞流的液膜厚度达到探针式电导传感器的探头高度时，平行 线电导传感器所采集到的第一电压信号；
计算模块，用于根据第一电压信号及目标电压信号，计算与第一电压信号 对应的段塞流的液膜厚度。
第四方面，本申请还提供了一种计算机设备。所述计算机设备包括存储器 和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时 实现上述第一方面中的步骤。
第五方面，本申请还提供了一种计算机可读存储介质。所述计算机可读存 储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述第 一方面中的步骤。
第六方面，本申请还提供了一种计算机程序产品。所述计算机程序产品， 包括计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述第一方面中的步骤
上述段塞流液膜厚度测量方法、装置、计算机设备和介质，通过平行线电 导传感器，在预设时间段内采集测试管道中段塞流的第一电压信号；通过探针 式电导传感器，在预设时间段内采集测试管道中段塞流的第二电压信号，根据 第二电压信号从第一电压信号中确定目标电压信号；平行线电导传感器与探针 式电导传感器内嵌在测试管道的内壁上，且平行线电导传感器与探针式电导传 感器的激励信号相同；目标电压信号为当段塞流的液膜厚度达到探针式电导传 感器的探头高度时，平行线电导传感器所采集到的第一电压信号；根据第一电 压信号及目标电压信号，计算与第一电压信号对应的段塞流的液膜厚度。上述 段塞流液膜厚度测量方法，利用第一电压信号以及目标电压信号就可以计算出第一电压信号对应的段塞流的液膜厚度，该方法比较简单，易于实现。且第一 电压信号是平行线电导传感器实时采集到的，目标电压信号是当段塞流的液膜 厚度达到探针式电导传感器的探头高度时，平行线电导传感器所采集到的第一 电压信号，通过目标电压信号就可以对预设时间内每一帧第一电压信号进行处 理，最终计算出实时的液膜厚度。上述方法不需要先将测试管道充满液体，再 通过采集满液情况下的电压信号来消除液体电导率的影响，其中，将测试管道 充满液体的操作成本较高且难以实现，因此通过上述方法测量液膜厚度时测量 过程简单且便捷。
附图说明
图1为一个实施例中段塞流液膜厚度测量方法的应用环境图；
图2为一个实施例中段塞流液膜厚度测量方法的流程示意图；
图3为一个实施例中平行线电导传感器及探针式电导传感器的结构示意图；
图4为图2中通过探针式电导传感器，在预设时间段内采集测试管道中段 塞流的第二电压信号，根据第二电压信号从第一电压信号中确定目标电压信号 的方法的流程示意图；
图5为第一电压信号的数目为多个时，图2中根据第一电压信号及目标电 压信号，计算与第一电压信号对应的段塞流的液膜厚度的方法的流程示意图；
图6为另一个实施例中平行线电导传感器及探针式电导传感器的结构示意 图；
图7为一个实施例中段塞流液膜厚度测量装置的结构示意图；
图8为一个实施例中段塞流液膜厚度测量装置的具体结构示意图；
图9为一个实施例中段塞流液膜厚度测量装置的示意图；
图10为一个实施例中计算机设备的内部结构图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实 施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅 用以解释本申请，并不用于限定本申请。
传统技术中，通常采用平行线电导传感器采集电流信号，进而间接测量气 液段塞流的液膜厚度。其中，所采集到的电流信号的大小不仅会受到气液段塞 流中的导电液体的液膜厚度的影响，还会受到液体电导率的影响。而液体电导 率并非是固定的参数，会随着液体的温度、液体矿化度等的不同而发生变化。 因此，在基于电流信号间接测量液膜厚度的过程中，需要消除液体电导率的影 响。
为了消除液体电导率的影响，需要通过平行线电导传感器采集气液段塞流 在管道充满液体的情况下的电压信号，进而计算出实时的液膜厚度。但是，在 工业应用中对管道充满液体的情况下的电压信号进行实时测量往往存在难以实 现或成本高昂等困难，从而导致测量过程难以开展。
本申请实施例提供的段塞流液膜厚度测量方法，可以应用于如图1所示的 应用环境中。采用平行线电导传感器104采集段塞流102的第一电压信号，采 用探针式电导传感器106采集段塞流102的第二电压信号，平行线电导传感器 102以及探针式电导传感器106，通过通信网络将采集到的电压信号传递至计算 机设备108。计算机设备108中可以包括控制器以及显示单元等，控制器用于处 理第一电压信号以及第二电压信号，根据第二电压信号从第一电压信号中确定 目标电压信号，以及根据第一电压信号及目标电压信号，计算与第一电压信号 对应的段塞流的液膜厚度，显示单元用于显示上述数据以及液膜厚度等。计算机设备的类型可以但不限于是各种个人计算机、笔记本电脑、智能手机、平板 电脑、物联网设备等。
在一个实施例中，如图2所示，提供了一种段塞流液膜厚度测量方法，以 该方法应用于图1中的应用环境为例进行说明，包括以下步骤：
S220，通过平行线电导传感器，在预设时间段内采集测试管道中段塞流的 第一电压信号。
其中，如图3所示，平行线电导传感器内嵌与测试管道内壁上，平行线电 导传感器是由相互平行的激励电极和接收电极组成，且激励电极和接收电极两 端均内嵌在测试管道内壁上。两个电极可以是金属材料电极，也可以是石墨导 电材料电极，当然也可以是其他电极，电极的形态可以是柱状、网状、片状等。
具体的，将平行线电导传感器置于段塞流中后，通过在平行线电导传感器 的激励电极上施加正弦交变激励信号，随后对预设时间段内的接收电极的输出 信号进行采集及处理，就可以获得预设时间段内测试管道中段塞流的第一电压 信号。其中，处理方式可以是对输出信号进行电流/电压转换，信号放大等。
S240，通过探针式电导传感器，在预设时间段内采集测试管道中段塞流的 第二电压信号，根据第二电压信号从第一电压信号中确定目标电压信号。
平行线电导传感器与探针式电导传感器内嵌在测试管道的内壁上，且平行 线电导传感器与探针式电导传感器的激励信号相同；目标电压信号为当段塞流 的液膜厚度达到探针式电导传感器的探头高度时，平行线电导传感器所采集到 的第一电压信号。
其中，如图3所示，探针式电导传感器由相互平行的激励电极和参考电极 组成，且激励电极和参考电极的长度不一致，激励电极两端均内嵌在测试管道 内壁上，参考电极一端内嵌在测试管道内壁上。两个电极可以是金属材料电极， 也可以是石墨导电材料电极，当然也可以是其他电极，电极的形态可以是柱状、 网状、片状等。探针式电导传感器只能在液膜厚度等于或高于探针式电导传感 器的探头高度时才有信号输出，当液膜厚度低于探头高度时，没有信号输出。
具体的，将探针式电导传感器置于段塞流中后，通过在探针式电导传感器 的激励电极上施加与平行线电导传感器的激励电极相同大小及方向的激励信号， 即正弦交变激励信号，随后对预设时间段内的参考电极的输出信号进行采集及 处理，就可以获得预设时间段内测试管道中段塞流的第二电压信号。随后根据 第二电压信号就可以从第一电压信号中获取目标电压信号，目标电压信号是段 塞流的液膜厚度达到探针式电导传感器的探头高度时，平行线电导传感器所采 集到的第一电压信号，其中，第二电压信号可以用于确定段塞流的液膜厚度达 到探针式电导传感器的探头高度时的时刻。根据第二电压信号从第一电压信号 中确定目标信号过程可以是由与探针式电导传感器相连的控制器来实现，当然 也可以是将第二电压信号传输至计算机设备，由计算机设备来确定目标电压信 号。
在图3所示的结构中，平行线电导传感器与探针式电导传感器均具有一个 激励电极，因此在利用平行线电导传感器以及探针式电导传感器采集同一预设 时间段内的第一电压信号以及第二电压信号时，需要在平行线电导传感器与探 针式电导传感器各自的激励电极上施加方向大小都相同的正弦交变激励信号。 当然，平行线电导传感器与探针式电导传感器也可以共用同一个激励电极。
S260，根据第一电压信号及目标电压信号，计算与第一电压信号对应的段 塞流的液膜厚度。
具体的，由于由平行线电导传感器以及探针式电导传感器测得的第一电压 信号以及目标电压信号均与液体电导率相关，其中，目标电压信号为当所述段 塞流的液膜厚度达到所述探针式电导传感器的探头高度时平行线电导传感器所 采集到的第一电压信号。同时，探针式电导传感器的参考电极的探头高度可以 计算出来，即参考电极的探头到测试管道内壁的距离可以计算出来，因此根据 第一电压信号以及目标电压信号以及参考电极的探头高度就可以计算出液膜厚 度。具体的计算方法可以是根据目标电压信号对第一电压信号进行归一化处理， 进而得到液膜厚度，当然也可以采用其他方法计算液膜厚度。
上述段塞流液膜厚度测量方法，通过探针式电导传感器采集预设时间段测 试管道中段塞流的第二电压信号，并根据第二电压信号从第一电压信号中确定 目标电压信号，利用该目标电压信号以及平行线电导传感器采集的第一电压信 号就可以计算出第一电压信号对应的段塞流的液膜厚度，该方法比较简单，易 于实现。且第一电压信号是平行线电导传感器实时采集到的，目标电压信号为 当段塞流的液膜厚度达到探针式电导传感器的探头高度时，平行线电导传感器 所采集到的第一电压信号，通过目标电压信号就可以对每一帧第一电压信号进 行处理，最终计算出实时的液膜厚度。也就是说，获取的目标电压信号可以用 作计算液膜厚度时的在线标定数据，因此不需要特意采集管道满液情况下的电压信号用作计算液膜厚度时消除液体电导率影响的标定数据，且使管道满液的 操作成本较高且难以实现，而上述段塞流液膜厚度测量方法避免了该操作，因 此通过上述方法测量液膜厚度时测量过程简单且便捷。
上述实施例介绍了通过探针式电导传感器，在预设时间段内采集测试管道 中段塞流的第二电压信号，根据第二电压信号从第一电压信号中确定目标电压 信号，下面就对该步骤进行详细说明，在一个实施例中，如图4所示，S240包 括：
S242，通过探针式电导传感器，采集测试管道中段塞流的第二电流信号。
具体的，探针式电导传感器包括一个激励电极以及一个参考电极，当在激 励电极上施加输入信号，即正弦交变激励信号时，接收电极上将输出正弦交变 电流信号，即第二电流信号。当液膜厚度低于探针式电导传感器的参考电极的 探头高度时，由于该参考电极并未与导电液体接触，此时参考电极上并不会产 生第二电流信号，而当液膜高度等于或高于探头高度时，探头与导电液体接触， 此时参考电极上将产生第二电流信号。
S244，对第二电流信号进行电压转换，生成与第二电流信号对应的第二电 压信号。
具体的，由于在探针式电导传感器上施加的是正弦交变激励信号，因此探 针式电导传感器的参考电极输出的第二电流信号也为正弦交变电流信号，因此 为了后续计算段塞流的液膜厚度，需要对第二电流信号进行处理，通过I/V转换 将其转换为与第二电流信号对应的第二电压信号。当然，在将第二电流信号转 换为第二电压信号后，为便于控制器计算液膜厚度，还可以对第二电压信号进 行放大以及解调处理等。
S246，根据第二电压信号确定出现斩波现象的目标时刻，基于目标时刻对 应的第一电压信号生成目标电压信号。
其中，斩波现象是指电压信号是正弦波形式时，其中一部分波形被斩去的 现象，也即在连续的时间内电压信号突然出现或突然消失的现象。
具体的，由于液膜厚度是连续变化的，因此在液膜厚度刚升高到探头高度 时，或液膜厚度刚降低到探头高度时，参考电极输出的第二电压信号中便会出 现斩波现象。控制器或计算机设备可以根据探针式电导传感器采集的所有第二 电压信号的波形，分析出现斩波现象的目标时刻，并提取该目标时刻对应的第 一电压信号，进而基于提取到的目标时刻的第一电压信号生成目标电压信号。 其中，生成目标电压信号的方法可以将第一次提取到的第一电压信号作为目标 电压信号，也可以是将所有第一电压信号的平均数作为目标电压信号，当然也 可以采用其他方法基于提取到的第一电压信号生成目标电压信号。
在本实施例中，将探针式电导传感器采集到的测试管道中段塞流的第二电 流信号转换为电压信号，是为了便于控制器计算液膜厚度。而由于是先确定第 二电压信号中出现斩波现象的时刻，再根据该时刻从第一电压信号中确定目标 电压信号，斩波现象出现的时刻是段塞流的液膜厚度达到所述探针式电导传感 器的探头高度的时刻，因此基于该方法获得的目标电压信号对应的液膜厚度是 已知的，进而基于目标电压信号以及第一电压信号计算得到的液膜厚度可以排 除液体电导率的影响，即计算得到的液膜厚度更加准确。
在一个实施例中，若目标时刻的数目为多个，则基于所述目标时刻对应的 第一电压信号生成目标电压信号，包括：
对多个目标时刻对应的第一电压信号计算平均值，将平均值作为目标电压 信号。
具体的，在一定的预设时间段内，若斩波现象出现的次数是一次，那么目 标时刻的数目就为一个，采集到的的第一电压信号数目也为一个，此时可以将 该第一电压信号直接作为目标电压信号。若在一定的预设时间段内，斩波现象 出现的次数为多次，那么斩波现象出现的目标时刻的数目就有多个，此时可以 获得多个第一电压信号，对预设时间段内的多个第一电压信号求平均值，随后 将得到的平均值作为该预设时间段内的目标电压信号。例如可以将预设时间段 设置为60s，将这60s内所有目标时刻对应的第一电压信号记为Vn，将这60s 内的所有Vn求平均值，即可得到目标电压信号V0。
在下一个预设时间段内，采用同样的方法可以获得下一个预设时间段内的 目标电压信号。在实际测量段塞流液膜厚度时，可以将探针式电导传感器的参 考电极的探头高度设置在液膜波动频繁的区域内，这样在预设时间段内就会有 更多的目标时刻，基于更多的目标时刻对应的第一电压信号就更多，最终生成 的目标电压信号可以更准确的表征预设时间段内的段塞流的液膜厚度达到所述 探针式电导传感器的探头高度时的电压信号。
在本实施例中，目标时刻的数目为多个时，对多个目标时刻对应的第一电 压信号求平均值，将该平均值作为目标电压信号，可以提高测量结果的鲁棒性， 使预设时间段内的目标电压信号更加准确，那么基于该准确的目标电压信号计 算出来的该预设时间段内的液膜厚度也更加准确。另外对多个目标时刻对应的 第一电压信号求平均值的计算过程比较简单，因此也可以提高计算段塞流液膜 厚度时的效率。
在一个实施例中，如图5所示，若第一电压信号的数目为多个，则根据第 一电压信号及目标电压信号，计算与第一电压信号对应的段塞流的液膜厚度， 包括：
S502，基于多个第一电压信号与目标电压信号进行归一化处理，生成多个 归一化处理结果。
具体的，平行线电导传感器可以实时输出第一电压信号，因此一般第一电 压信号的数量为多个，而在一个预设时间段内的目标电压信号为一个，通过这 一个目标电压信号可以对多个第一电压信号进行归一化处理，通过归一化处理 可以消除液体电导率的影响。
可选的，归一化处理结果包括第一电压信号与目标电压信号之间的比值。
具体的，由于第一电压信号与液膜厚度以及导电液体的电导率相关，而目 标电压信号也与导电液体的电导率相关，在预设时间段内液体电导率是相同的。 因此，通过将预设时间段内每一帧第一电压信号与目标电压信号求比值的方法， 就可以消除液体电导率的影响，即通过求比值的方法可以得到每一帧第一电压 信号对应的归一化处理结果。
例如，若将预设时间段设置为60s，这60s内接收电极的每一帧第一电压 信号都记为Vm，这60s内的目标电压信号的数目为1个，记为V0。基于多个 Vm进行归一化处理，即将每一个Vm与V0求比值从而得到每一帧第一电压信 号对应的归一化处理结果，将归一化处理结果记为V*，即：
S504，针对各归一化处理结果，根据归一化处理结果及探头的高度，计算 与第一电压信号对应的段塞流的液膜厚度。
具体的，在预设时间段内，每一帧第一电压信号都对应着一个归一化处理 结果，同时斩波现象出现的时刻是第二电压信号突然出现或突然消失的时刻， 也就是探头高度与液膜厚度相等的时刻，而探头到测试管道管壁的距离可以提 前通过管道的直径以及参考电极的长度的差值获得。因此，利用每一帧第一电 压信号对应的归一化结果和探头的高度，就可以计算出每一帧第一电压信号对 应的液膜厚度，即可以实现对液膜厚度的实时测量。
例如，将探头到测试管道管壁的距离记为h0，基于每一帧第一电压信号对 应的归一化处理结果V*，就可以计算出每一帧第一电压信号对应的段塞流液膜 厚度h，也就是说可以实现对于液膜厚度的实时测量，液膜厚度h具体计算公式 如下：
h＝V*h0 公式(1-2)
重复执行上述步骤，便可以实现对液膜厚度的在线自标定测量。
在本实施例中，由于归一化结果是针对于预设时间内每一帧第一电压信号 的，因此可以计算出每一帧第一电压信号对应的液膜厚度，且通过归一化处理 便可以消除液体电导率对液膜厚度测量结果的影响，从而实现液膜厚度的在线 自标定测量。而归一化处理以及计算液膜厚度的方法比较简单，且易于实现， 因此可以极大的提高液膜厚度测量的实时性和效率。
在一个实施例中，平行线电导传感器包括接收电极，探针式电导传感器包 括参考电极，且平行线电导传感器与探针式电导传感器共用激励电极。
具体的，如图6中的结构所示，平行线电导传感器包括激励电极和接收电 极，探针式电导传感器包括激励电极和参考电极，且平行线电导传感器与探针 式电导传感器共用激励电极，激励电极可以设置在接收电极和参考电极的中间。 平行线电导传感器与探针式电导传感器共用激励电极时，只需要在该共用的激 励电极上施加正弦交变激励信号，就可以通过平行线电导传感器以及探针式电 导传感器采集第一电压信号以及第二电压信号。
在本实施例中，平行线电导传感器与探针式电导传感器共用激励电极，那 么只需要在激励电极上施加正弦交变激励信号，就可以同时产生第一电压信号 以及第二电压信号，上述平行线电导传感器与探针式电导传感器的构成简单， 因此也能一定程度上简化段塞流液膜厚度测量方法。
以下通过一个具体的实施例介绍段塞流液膜厚度测量方法。在一个实施例 中，段塞流液膜厚度测量方法包括：
第一步，通过平行线电导传感器，在预设时间段内采集测试管道中段塞流 的第一电压信号；
第二步，通过探针式电导传感器，采集测试管道中段塞流的第二电流信号；
第三步，对第二电流信号进行电压转换，生成与第二电流信号对应的第二 电压信号；
第四步，根据第二电压信号确定出现斩波现象的目标时刻，基于目标时刻 对应的第一电压信号生成目标电压信号；
第五步，若目标时刻的数目为多个，对多个目标时刻对应的第一电压信号 计算平均值，将平均值作为目标电压信号；
第六步，若第一电压信号的数目为多个，基于多个第一电压信号与目标电 压信号进行归一化处理，生成多个归一化处理结果；
第七步，针对各归一化处理结果，根据归一化处理结果及探头的高度，计 算与第一电压信号对应的段塞流的液膜厚度。
在本实施例中，通过探针式电导传感器采集预设时间段测试管道中段塞流 的第二电压信号，并根据第二电压信号从第一电压信号中确定目标电压信号， 目标电压信号的获取是先确定出现斩波现象的目标时刻，再基于目标时刻的第 一电压信号计算平均值，作为目标电压信号，因此获取的预设时间段内的目标 信号比较准确。第一电压信号是平行线电导传感器实时采集到的，根据预设时 间段内实时采集到的多个第一电压信号，基于多个第一电压信号与目标电压信 号进行归一化处理，可以得到多个归一化处理结果，也就是采用归一化处理可 以得到每一桢第一电压信号对应的归一化处理结果，因此基于每一个归一化处 理结果及探头高度得到的液膜厚度是实时的液膜厚度，即采用上述段塞流液膜 厚度测量方法可以实现对于液膜厚度的实时测量。提取目标电压信号后，基于 多个第一电压信号与目标电压信号进行归一化处理，便可以消除液体电导率对 液膜厚度测量结果的影响，从而实现液膜厚度的在线自标定测量。由于该方法 不需要特意采集管道满液情况下的电压信号用作计算液膜厚度时的消除液体电 导率的标定数据，其中，使管道满液的操作一般成本较高且难以实现，上述段 塞流液膜厚度测量方法避免了该操作，因此通过上述方法测量液膜厚度时测量 过程简单且便捷。
应该理解的是，虽然如上所述的各实施例所涉及的流程图中的各个步骤按 照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执 行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些 步骤可以以其它的顺序执行。而且，如上所述的各实施例所涉及的流程图中的 至少一部分步骤可以包括多个步骤或者多个阶段，这些步骤或者阶段并不必然 是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些步骤或者阶段的执 行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤中的步骤或者 阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
本申请实施例还提供了一种用于实施上述方法的段塞流液膜厚度测量装置， 所述装置包括平行线电导传感器、探针式电导传感器及控制器，平行线电导传 感器与探针式电导传感器内嵌在测试管道的内壁上；平行线电导传感器包括接 收电极，探针式电导传感器包括参考电极，且平行线电导传感器与探针式电导 传感器共用激励电极；平行线电导传感器、探针式电导传感器与控制器电连接；
平行线电导传感器，用于在预设时间段内采集测试管道中段塞流的第一电 压信号，并将第一电压信号发送至控制器；
探针式电导传感器，用于在预设时间段内采集测试管道中段塞流的第二电 压信号，并将第二电压信号发送至控制器；
控制器，用于接收第一电压信号及第二电压信号，根据第二电压信号从第 一电压信号中确定目标电压信号，根据第一电压信号及目标电压信号计算与第 一电压信号对应的段塞流的液膜厚度。
具体的，平行线电导传感器与探针式电导传感器在测试管道中的设置方式 如图6所示，激励电极、接收电极、参考电极嵌入测试管道内壁，且平行放置 于同一平面上。其中激励电极和接收电极从管道顶部一直贯穿到底部，二者沿 管道中轴线对称分布，构成一组平行线电导传感器，参考电极则只插入管道内 部一定长度，不触及管道底部，参考电极和激励电极构成一组探针式接触电导 传感器。在测量段塞流液膜厚度时，需要在激励电极上施加正弦交变激励信号， 一般将正弦交变激励信号的频率设置在10-100kH之间，然后同时对接收电极和 参考电极端输出的第一电压信号和第二电压信号进行采集。该平行线电导传感 器与探针式电导传感器共用激励电极，在采集第一电压信号和第二电压信号的 过程中，为保证测量精度，需要将采样频率设置的较高，优选的，可以将采样 频率设置为2kHz。
如图7中的段塞流液膜厚度测量装置所示，平行线电导传感器与探针式电 导传感器可以与控制器电连接，平行线电导传感器将采集到的第一电压信号发 送至控制器，探针式电导传感器将采集到的第二电压信号发送至控制器，随后 控制器对第一电压信号及第二电压信号进行处理，最终计算与第一电压信号对 应的段塞流的液膜厚度。
图8中为段塞流液膜厚度测量装置内部结构的详细示意图，上述控制器内 部结构包括FPGA、DDS电路、信号处理电路、ADC采样电路。其中，FPGA (Field Programmable GateArray，现场可编程门阵列)本身构成了半定制电路中 的典型集成电路，其本质是一个芯片，其中含有数字管理模块、内嵌式单元、 输出单元以及输入单元等，FPGA可以实现对底层硬件的控制；DDS(Direct Digital Synthesizer，直接数字频率合成器)可以通过数字直接合成的方式产生所 需频率的信号波形，ADC(Analog-to-Digital Converter，模拟数字转换器)用于 将模拟形式的连续信号转换为数字形式的离散信号。
在测量段塞流液膜厚度时，FPGA控制DDS电路产生正弦交变激励信号， 当在激励电极施加正弦交变激励电极时，接收电极和参考电极上将产生输出信 号。参考电极和接收电极直接输出的信号为正弦交变电流信号。随后采用具有 双通道设计的测量电路分别对参考电极和接收电极对正弦交变电流信号进行处 理，首先采用信号处理电路对正弦交变电流信号进行I/V转换、放大、解调得 到调制信号，其次采用ADC采样电路将调制信号离散化之后传输到FPGA中，FPGA 可以获取接收电极输出的第一电压信号以及参考电极输出的第二电压信号，根 据第二电压信号从第一电压信号中确定目标电压信号，以及根据第一电压信号 及目标电压信号计算与第一电压信号对应的段塞流的液膜厚度。FPGA还可以将 第一电压信号、第二电压信号、目标电压信号、段塞流液膜厚度等数据传输到 PC端，由PC端对上述数据进行存储和展示。
基于同样的发明构思，本申请实施例还提供了一种用于实现上述所涉及的 段塞流液膜厚度测量方法的段塞流液膜厚度测量装置。该装置所提供的解决问 题的实现方案与上述方法中所记载的实现方案相似，故下面所提供的一个或多 个段塞流液膜厚度测量实施例中的具体限定可以参见上文中对于段塞流液膜厚 度测量方法的限定，在此不再赘述。
在一个实施例中，如图9所示，提供了一种段塞流液膜厚度测量装置900， 包括：第一采集模块920、第二采集模块940和计算模块960，其中：
第一采集模块920，用于通过平行线电导传感器，在预设时间段内采集测试 管道中段塞流的第一电压信号；
第二采集模块940，用于通过探针式电导传感器，在预设时间段内采集测试 管道中段塞流的第二电压信号，根据第二电压信号从第一电压信号中确定目标 电压信号；平行线电导传感器与探针式电导传感器内嵌在测试管道的内壁上； 为当段塞流的液膜厚度达到探针式电导传感器的探头高度时，平行线电导传感 器所采集到的第一电压信号；
计算模块960，用于根据第一电压信号及目标电压信号，计算与第一电压信 号对应的段塞流的液膜厚度。
在另一个实施例提供的段塞流液膜厚度测量中，第二采集模块940包括：
电流信号采集单元，用于通过探针式电导传感器，采集测试管道中段塞流 的第二电流信号；
转换单元，用于对第二电流信号进行电压转换，生成与第二电流信号对应 的第二电压信号；
确定单元，用于根据第二电压信号确定出现斩波现象的目标时刻，基于目 标时刻对应的第一电压信号生成目标电压信号。
在另一个实施例提供的段塞流液膜厚度测量中，若目标时刻的数目为多个， 确定单元包括：
目标电压信号生成子单元，用于对多个目标时刻对应的第一电压信号计算 平均值，将平均值作为目标电压信号。
在另一个实施例提供的段塞流液膜厚度测量中，若第一电压信号的数目为 多个，计算模块960包括：
处理单元，用于基于多个第一电压信号与目标电压信号进行归一化处理， 生成多个归一化处理结果；
可选的，归一化处理结果包括第一电压信号与目标电压信号之间的比值。
计算单元，用于针对各归一化处理结果，根据归一化处理结果及探头的高 度，计算与第一电压信号对应的段塞流的液膜厚度。
在另一个实施例提供的段塞流液膜厚度测量中，平行线电导传感器包括接 收电极，探针式电导传感器包括参考电极，且平行线电导传感器与探针式电导 传感器共用激励电极。
上述段塞流液膜厚度测量装置中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件 及其组合来实现。上述各模块可以以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的 处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器 调用执行以上各个模块对应的操作。
在一个实施例中，提供了一种计算机设备，该计算机设备可以是终端，其 内部结构图可以如图10所示。该计算机设备包括通过系统总线连接的处理器、 存储器、通信接口、显示屏和输入装置。其中，该计算机设备的处理器用于提 供计算和控制能力，该计算机设备的数据库用于存储段塞流液膜厚度测量过程 中产生的所有数据。该计算机设备的网络接口用于与外部的终端通过网络连接 通信。该计算机程序被处理器执行时以实现一种段塞流液膜厚度测量方法。该 计算机设备的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质 存储有操作系统和计算机程序。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统 和计算机程序的运行提供环境。该计算机设备的通信接口用于与外部的终端进 行有线或无线方式的通信，无线方式可通过WIFI、移动蜂窝网络、NFC(近场 通信)或其他技术实现。该计算机程序被处理器执行时以实现一种段塞流液膜 厚度测量方法。该计算机设备的显示屏可以是液晶显示屏或者电子墨水显示屏， 该计算机设备的输入装置可以是显示屏上覆盖的触摸层，也可以是计算机设备 外壳上设置的按键、轨迹球或触控板，还可以是外接的键盘、触控板或鼠标等。
本领域技术人员可以理解，图10中示出的结构，仅仅是与本申请方案相关 的部分结构的框图，并不构成对本申请方案所应用于其上的计算机设备的限定， 具体的计算机设备可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件， 或者具有不同的部件布置。
在一个实施例中，提供了一种计算机设备，包括存储器和处理器，存储器 中存储有计算机程序，该处理器执行计算机程序时实现以下步骤：
通过平行线电导传感器，在预设时间段内采集测试管道中段塞流的第一电 压信号；通过探针式电导传感器，在预设时间段内采集测试管道中段塞流的第 二电压信号，根据第二电压信号从第一电压信号中确定目标电压信号；平行线 电导传感器与探针式电导传感器内嵌在测试管道的内壁上，且平行线电导传感 器与探针式电导传感器的激励信号相同；目标电压信号为当段塞流的液膜厚度 达到探针式电导传感器的探头高度时，平行线电导传感器所采集到的第一电压 信号；根据第一电压信号及目标电压信号，计算与第一电压信号对应的段塞流 的液膜厚度。
在一个实施例中，处理器执行计算机程序时还实现以下步骤：
通过探针式电导传感器，采集测试管道中段塞流的第二电流信号；对第二 电流信号进行电压转换，生成与第二电流信号对应的第二电压信号；根据第二 电压信号确定出现斩波现象的目标时刻，基于目标时刻对应的第一电压信号生 成目标电压信号。
在一个实施例中，处理器执行计算机程序时还实现以下步骤：
若目标时刻的数目为多个，对多个目标时刻对应的第一电压信号计算平均 值，将平均值作为目标电压信号。
在一个实施例中，处理器执行计算机程序时还实现以下步骤：
若第一电压信号的数目为多个，基于多个第一电压信号与目标电压信号进 行归一化处理，生成多个归一化处理结果；可选的，归一化处理结果包括第一 电压信号与目标电压信号之间的比值；针对各归一化处理结果，根据归一化处 理结果及探头的高度，计算与第一电压信号对应的段塞流的液膜厚度。
在一个实施例中，处理器执行计算机程序时，平行线电导传感器包括接收 电极，探针式电导传感器包括参考电极，且平行线电导传感器与探针式电导传 感器共用激励电极
在一个实施例中，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程 序，计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：
通过平行线电导传感器，在预设时间段内采集测试管道中段塞流的第一电 压信号；通过探针式电导传感器，在预设时间段内采集测试管道中段塞流的第 二电压信号，根据第二电压信号从第一电压信号中确定目标电压信号；平行线 电导传感器与探针式电导传感器内嵌在测试管道的内壁上，且平行线电导传感 器与探针式电导传感器的激励信号相同；目标电压信号为当段塞流的液膜厚度 达到探针式电导传感器的探头高度时，平行线电导传感器所采集到的第一电压 信号；根据第一电压信号及目标电压信号，计算与第一电压信号对应的段塞流 的液膜厚度。
在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：
通过探针式电导传感器，采集测试管道中段塞流的第二电流信号；对第二 电流信号进行电压转换，生成与第二电流信号对应的第二电压信号；根据第二 电压信号确定出现斩波现象的目标时刻，基于目标时刻对应的第一电压信号生 成目标电压信号。在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时还实现以下步 骤：
在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：
若目标时刻的数目为多个，对多个目标时刻对应的第一电压信号计算平均 值，将平均值作为目标电压信号。
在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：
若第一电压信号的数目为多个，基于多个第一电压信号与目标电压信号进 行归一化处理，生成多个归一化处理结果；可选的，归一化处理结果包括第一 电压信号与目标电压信号之间的比值；针对各归一化处理结果，根据归一化处 理结果及探头的高度，计算与第一电压信号对应的段塞流的液膜厚度。
在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时，平行线电导传感器包括接 收电极，探针式电导传感器包括参考电极，且平行线电导传感器与探针式电导 传感器共用激励电极。
在一个实施例中，提供了一种计算机程序产品，包括计算机程序，该计算 机程序被处理器执行时实现以下步骤：
通过平行线电导传感器，在预设时间段内采集测试管道中段塞流的第一电 压信号；通过探针式电导传感器，在预设时间段内采集测试管道中段塞流的第 二电压信号，根据第二电压信号从第一电压信号中确定目标电压信号；平行线 电导传感器与探针式电导传感器内嵌在测试管道的内壁上，且平行线电导传感 器与探针式电导传感器的激励信号相同；目标电压信号为当段塞流的液膜厚度 达到探针式电导传感器的探头高度时，平行线电导传感器所采集到的第一电压 信号；根据第一电压信号及目标电压信号，计算与第一电压信号对应的段塞流 的液膜厚度。
在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：
通过探针式电导传感器，采集测试管道中段塞流的第二电流信号；对第二 电流信号进行电压转换，生成与第二电流信号对应的第二电压信号；根据第二 电压信号确定出现斩波现象的目标时刻，基于目标时刻对应的第一电压信号生 成目标电压信号。在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时还实现以下步 骤：
在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：
若目标时刻的数目为多个，对多个目标时刻对应的第一电压信号计算平均 值，将平均值作为目标电压信号。
在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：
若第一电压信号的数目为多个，基于多个第一电压信号与目标电压信号进 行归一化处理，生成多个归一化处理结果；可选的，归一化处理结果包括第一 电压信号与目标电压信号之间的比值；针对各归一化处理结果，根据归一化处 理结果及探头的高度，计算与第一电压信号对应的段塞流的液膜厚度。
在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时，平行线电导传感器包括接 收电极，探针式电导传感器包括参考电极，且平行线电导传感器与探针式电导 传感器共用激励电极。
需要说明的是，本申请所涉及数据(包括但不限于用于分析的数据、存储 的数据、展示的数据等)，均为经用户授权或者经过各方充分授权的信息和数 据。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程， 是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于 一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述 各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、 数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和易失性存储器中的至少一 种。非易失性存储器可包括只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、磁带、 软盘、闪存、光存储器、高密度嵌入式非易失性存储器、阻变存储器(ReRAM)、 磁变存储器(Magnetoresistive Random Access Memory，MRAM)、铁电存储器 (Ferroelectric Random Access Memory，FRAM)、相变存储器(Phase ChangeMemory，PCM)、石墨烯存储器等。易失性存储器可包括随机存取存储器 (Random AccessMemory，RAM)或外部高速缓冲存储器等。作为说明而非局 限，RAM可以是多种形式，比如静态随机存取存储器(Static Random Access Memory，SRAM)或动态随机存取存储器(Dynamic Random Access Memory，DRAM)等。本申请所提供的各实施例中所涉及的数据库可包括关系型数据库 和非关系型数据库中至少一种。非关系型数据库可包括基于区块链的分布式数 据库等，不限于此。本申请所提供的各实施例中所涉及的处理器可为通用处理器、中央处理器、图形处理器、数字信号处理器、可编程逻辑器、基于量子计 算的数据处理逻辑器等，不限于此。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述 实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特 征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细， 但并不能因此而理解为对本申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域 的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和 改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请的保护范围应以所附权利 要求为准。
Claims (10)
1.一种段塞流液膜厚度测量方法，其特征在于，所述方法包括：
通过平行线电导传感器，在预设时间段内采集测试管道中段塞流的第一电压信号；
通过探针式电导传感器，在所述预设时间段内采集所述测试管道中段塞流的第二电压信号，根据所述第二电压信号从所述第一电压信号中确定目标电压信号；所述平行线电导传感器与所述探针式电导传感器内嵌在所述测试管道的内壁上，且所述平行线电导传感器与所述探针式电导传感器的激励信号相同；所述目标电压信号为当所述段塞流的液膜厚度达到所述探针式电导传感器的探头高度时，所述平行线电导传感器所采集到的第一电压信号；
根据所述第一电压信号及所述目标电压信号，计算与所述第一电压信号对应的段塞流的液膜厚度；
所述通过探针式电导传感器，在所述预设时间段内采集所述测试管道中段塞流的第二电压信号，根据所述第二电压信号从所述第一电压信号中确定目标电压信号，包括：
通过探针式电导传感器，采集所述测试管道中段塞流的第二电流信号；
对所述第二电流信号进行电压转换，生成与所述第二电流信号对应的第二电压信号；
根据所述第二电压信号确定出现斩波现象的目标时刻，基于所述目标时刻对应的第一电压信号生成所述目标电压信号。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，若所述目标时刻的数目为多个，则所述基于所述目标时刻对应的第一电压信号生成所述目标电压信号，包括：
对多个所述目标时刻对应的第一电压信号计算平均值，将所述平均值作为所述目标电压信号。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，若所述第一电压信号的数目为多个，则根据所述第一电压信号及所述目标电压信号，计算与所述第一电压信号对应的段塞流的液膜厚度，包括：
基于多个所述第一电压信号与所述目标电压信号进行归一化处理，生成多个归一化处理结果；
针对各所述归一化处理结果，根据所述归一化处理结果及所述探头的高度，计算与所述第一电压信号对应的段塞流的液膜厚度。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述归一化处理结果包括所述第一电压信号与所述目标电压信号之间的比值。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述平行线电导传感器包括接收电极，所述探针式电导传感器包括参考电极，且所述平行线电导传感器与所述探针式电导传感器共用激励电极。
6.一种段塞流液膜厚度测量装置，其特征在于，采用如权利要求1-5中任一项所述的段塞流液膜厚度测量方法，所述装置包括平行线电导传感器、探针式电导传感器及控制器，所述平行线电导传感器与所述探针式电导传感器内嵌在测试管道的内壁上；所述平行线电导传感器包括接收电极，所述探针式电导传感器包括参考电极，且所述平行线电导传感器与所述探针式电导传感器共用激励电极；所述平行线电导传感器、探针式电导传感器与所述控制器电连接；
所述平行线电导传感器，用于在预设时间段内采集测试管道中段塞流的第一电压信号，并将所述第一电压信号发送至所述控制器；
所述探针式电导传感器，用于在所述预设时间段内采集所述测试管道中段塞流的第二电压信号，并将所述第二电压信号发送至所述控制器；
所述控制器，用于接收所述第一电压信号及所述第二电压信号，根据所述第二电压信号从所述第一电压信号中确定目标电压信号，根据所述第一电压信号及所述目标电压信号，计算与所述第一电压信号对应的段塞流的液膜厚度。
7.一种段塞流液膜厚度测量装置，其特征在于，采用如权利要求1-5中任一项所述的段塞流液膜厚度测量方法，所述装置包括：
第一采集模块，用于通过平行线电导传感器，在预设时间段内采集测试管道中段塞流的第一电压信号；
第二采集模块，用于通过探针式电导传感器，在所述预设时间段内采集所述测试管道中段塞流的第二电压信号，根据所述第二电压信号从所述第一电压信号中确定目标电压信号；所述平行线电导传感器与所述探针式电导传感器内嵌在所述测试管道的内壁上；所述目标电压信号为当所述段塞流的液膜厚度达到所述探针式电导传感器的探头高度时，所述平行线电导传感器所采集到的第一电压信号；
计算模块，用于根据所述第一电压信号及所述目标电压信号，计算与所述第一电压信号对应的段塞流的液膜厚度。
8.一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至5中任一项所述的方法的步骤。
9.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至5中任一项所述的方法的步骤。
10.一种计算机程序产品，包括计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至5中任一项所述的方法的步骤。
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
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