[发明专利]一种适用于开域流场的气液两相流测量装置及方法

权利要求书

1.一种适用于开域流场的气液两相流测量装置，其特征在于，包括：电极传感模块、激励测量模块以及计算机，所述电极传感模块包括水下模型以及设置在水下模型表面的传感电极阵列，所述激励测量模块包括微处理器以及与微处理器电性连接的多路转换开关、恒流源和多路A-D转换器，所述传感电极阵列经导线与多路转换开关连接，多路转换开关通过放大滤波模块与多路A-D转换器对应连接，所述恒流源与多路转换开关连接，用于提供激励电源；所述微处理器通过无线通信模块与所述计算机无线通信连接。

2.根据权利要求1所述的适用于开域流场的气液两相流测量装置，其特征在于，所述水下模型设计为水下航行体形状，呈内部为空腔的圆柱体，所述水下模型的圆周面均匀设置有多个凹槽，用于放置所述传感电极阵列，所述激励测量模块设置在所述空腔内。

3.根据权利要求2所述的适用于开域流场的气液两相流测量装置，其特征在于，所述传感电极阵列包括多个电极，所述电极采用“T”型结构，其顶端采用具有弧状结构的正方形，所述“T”型结构嵌入所述凹槽。

4.根据权利要求3所述的适用于开域流场的气液两相流测量装置，其特征在于，所述电极沿所述水下模型的轴向设置有多层，相邻两层的间距为水下模型直径的1/5。

5.根据权利要求4所述的适用于开域流场的气液两相流测量装置，其特征在于，每层电极数目为8、12或16个，并在所述水下模型的周向上均匀分布。

6.一种适用于开域流场的气液两相流测量方法，其特征在于，应用于权利要求1-5任一所述的适用于开域流场的气液两相流测量装置，包括以下步骤：

S1，基于场域电导率分布与对边界电势存在映射关系，水下模型表面的传感电极阵列将气液分布信息转换为可反映流场分布的电压信号；

S2，激励测量模块用于控制激励方式及电极电压采集：传感电极阵列经导线与多路转换开关连接，由微处理器控制恒流源产生正弦电流信号，并通过控制多路转换开关选通激励电极对；与此同时，微处理器利用转换开关选通测量电极对，利用差分方法测量选通电极间的电压信号，经放大、滤波处理，利用多路A-D转换器对测量信号进行采样，并将其传输至微处理器，微处理器进行存储，并通过无线传输的方式将采集的电压信号上传至计算机进行处理及重建；

S3，计算机采用数字解调的方式对接收到的电压信号进行解调处理，得到传感电极阵列的阻抗信息；

S4，在得到传感电极阵列的阻抗信息后，为重建待测近表面电导率分布，首先建立正向模型，获得场域电势分布与边界电压值之间的映射关系；之后利用测量的电极电压数据结合该映射关系，通过反演方法重建待测近表面电导率分布。

7.根据权利要求6所述的适用于开域流场的气液两相流测量方法，其特征在于，所述步骤S3中，计算机采用数字解调的方式对接收到的电压信号进行解调处理，得到传感电极阵列的阻抗信息，具体包括：

利用一个余弦序列和一个正弦序列作为参考信号和正交参考信号，通过与被测电极电压信号的离散采样值进行运算，解调出测量电极上电压信号的幅值、相位信息如下：

其中，u_k为第k个采样值，N为一个信号周期的采样数，n为倍频分量，则被解调信号幅值信息为：

相角信息为：

8.根据权利要求7所述的适用于开域流场的气液两相流测量方法，其特征在于，所述步骤S4中，正向模型表示为

其中，为场域电势分布；

并根据不同激励条件下电流线分布及场域测量范围确定虚拟边界，该虚拟边界将开放性电磁场边值问题转化为封闭型电磁场边值问题，从而直接求解。