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中国计量测试学会 多相流检测 第7届学术会议 编号：MT02002 基于像素相关的速度分布测量研究 邓湘1 张宝芬1徐苓安2 清华大学自动化系北京1000842天津大学自动化学院天津300072 (电话：010 E-mail：!i§监d!监塑§3：!丛) 摘要：介绍了基于像素相关的速度分布测量原理．给出了像素相关的灰度值计算和互相关函数的FFT 计算算法．对垂直管弹状流像素相关实验结果进行了分析． 关键词：层析成像像素相关速度测量两相流 电学层析成像为两相流参数的检测提供了一种先进的可视化测量方法。利用双敏感 阵列的电阻或电容层析成像系统获取数据，然后利用图像重建算法重建出两相流体管道 内部两截面的物场图像，在此基础上进行像素相关，可实现两相流体的速度分布测量。 文中主要叙述并讨论气腋两相流体测量的电阻层析成像像素相关的研究结果。 1．像素相关的速度分布测量原理m圆 如图1所示，在气翎[i9|湘流体流动的管鸢E安装电阻层析成像(ERT)系统激励和抬取测 量信号用相距为上的两敏感阵列平面A和B。当系统按一定的协议获取数据后，然后按灵敏度 系数算i裁牡丁薹鼢显示出管道蔽面爿和B的物场图像。像素相关的基本思想是，当两相介质 从成像区域管道截面4流动到截面B时，流动介质分布的图像发生微小的变化，可j酎Ⅸ地讲为 被测流体的流动符合“凝固”图型的假设。对于每—像素的速度，可利用E下游截面像中相对 应像素灰度崮热勘坍巧犍啪|互相关函数运算，其结果仍为—随柳序列，然扁蘑过寻求|比|墟_机序 列的最大峰值，可得到相对应的延迟时间，并最终求得该像素的速度值． 如图2所示是基于像素相关实现气泡速度分布测量的示意图。我们将成像截面重新 划分成16个像素(考虑到计算量和速度的实际情况)，那么截面像中的第k个像素从A A B }—L勺 ●■■●—--——--————●●■●一 n■I●_ 一Io o●_一 ÷．^=on=q’y 一■●n 一一I o=v。。=o -———■●●■■-—————————·■■■■}———一 图I双敏感阵列平面示意圈 圈2基于像素相关的气速分布测量示意图 田家高技术研究发展计划专项经费资助项目 (2001AA413210) ’ 616 平面流动到B平面的渡越时问q可从下式求得： Rt cr，=Etxto，y。o+r，，=，li．m。--；?x。o，y。o+r，西 式中黾(f)和yI(f)分别是A和B截面像中的第￡个像素在时刻f的灰度值，T是相关 计算的总时间。在实际计算中，T是有限的，所以只能得到也(f)的估计值，那就是 鼬f)=争K渺∞¨)廊拈1，2，…，16 (2) 通常情况。我们采用数字系统来计算互相关函数，于是由上式可得： ．|《t(弘)=专姜x∥△挑(f△+弘) (3) mⅣ’ ≈=1…2．．，16． J=O，l…2．．，m 其中．4代表每幅图像采样时间间隔，JA表示离散时延值，Ⅳ是数据长度(样本长度)。 通过寻找相关函数屯(f)的峰值可得到“，于是截面A处的速度分布为： 矿叫土，三，．，三】r (4) 2．像素相关的灰度计算 采用灵敏度系数法的计算公 式Ⅲ可计算出图3所示的120个