经验模态分解和空间滤波在两相流速度测量中的应用

　　随着各种工业工程的发展以及对动力工业和环境保护的日益重视，促使两相流领域的研究工作迅速发展。对气固两相流流动的研究也受到了越来越多的科学家和工程师的重视，它已成为国内外给予极大关注的前沿学科。由于两相流的复杂性和随机性，如果要对两相流流动建立模型并对其流动过程进行预测、设计和控制，就必须要解决两相流参数的测量问题。在许多情况下，两相流参数的测量技术已成为两相流研究中的一个制约性因素。在空气传输管道中固体颗粒的速度是一个重要的参数。这是因为固体颗粒如果传得过慢，沉落到管子底部的颗粒就很容易造成管道的阻塞，因此传输固体的速度要大于沉淀发生的速度。但是，速度也不可以超出太多，因为不必要高的固体传输速度将导致管道的磨损，而且这样也造成能量不必要的损耗[1]。目前，相关法在固相速度测量方面是比较成熟的，但是相关法必须要求被测量的流体是单相或均匀的两相流体，即要求质量流率比恒定且流动速度稳定[2]，以保证得到对称、清晰且峰值尖锐的相关函数曲线，并且相关法需要对上、下游两个信号通道的传输特性进行匹配，而且精确测量上、下游传感器间距是比较困难的[3]。而中值滤波器在处理非线性问题上是比较常用的，中值滤波器对于过滤脉冲噪声具有比较良好的处理效果，但是它处理高斯噪声和均匀分布噪声的滤波能力较差，而中值滤波本身的滤波原理也决定了它在滤波的同时会导致信号的细节变得模糊[4 -5]; 经验模态分解方法最初被提出是为了解决非线性、非平稳信号，但其同样适用于线性、平稳信号。对于线性、平稳信号的处理，通过经验模态分解可以得到与快速傅里叶变换相同的结果; 在对非线性、非稳态信号的处理中，经验模态分解的表现也优于小波变换[6]。小波变换从本质上可以看作是一种可调整分析窗宽度的加窗傅里叶变换，同样具有傅里叶变换的很多缺陷[7]。在利用小波变换进行信号处理之前，要选择小波基，一旦小波基被选定后，它将被用于分析全部数据，这样选定的小波基有可能对于全局数据是最佳选择，但是小波变换却不能根据信号的局部特征来选择小波基[8]。经验模态分解方法在应用时避免了选取小波基的麻烦，它具有自适应局部时频分析能力[9]，为此，本文提出一种利用空间滤波和经验模态分解法测量固体速度的方法。首先研究了电容传感器的空间滤波效应的特性，并且找到固体速度与流体噪声的带宽之间的关系; 然后利用经验模态分解法与平滑滤波器处理流体信号，选取固有模态分量进行信号重组，从而得到两相流信号的总体趋势，因而确定带宽; 最后求出固体速度。