D0I:10.13374/i.issn1001-一053x.2002.01.051 第24辔第1期 北京科技大学学报 Vol.24 No.1 2002年2月 Journal of University of Selence and Technology Beljing Feb.2002 气液两相管流流型信号的小波去噪处理 顾春来董守平 石油大学机电工程学院，北京102249 摘要流型信号能够反映气液两相管流的流助特征，它们往往会伴随着各种随机噪声.为此 建立了一座气液两相流的综合试验装置，提取气液两相管流的流型信号.采用小波变换对信号 样本的进行多尺度分解，利用信号和噪声在不同尺度上的特性把它们区分开来，消除噪声后再 对信号进行重构，得到了较好的去噪效果. 关鳍调气液两相流；流型；小波变换：去噪 分类号0359.1；TP806.1 由于现代DSP技术的不断进展，通过流动 感器值，作为进行流型信号分析的样本值 信号的分析来处理多相流动的流型识别问题也 得到了相应的发展.4流型信号在测量中往往 2小波去噪的基本思想 会伴随着大量的随机噪声，如管道振动、电子线 设信号样本为fx)eV,有fx)=Ax)= 路的不稳定和老化及数据采集卡的量化误差等 C4p,其中{Cez具有有限长度N,利用 等.小波变换具有可对信号进行时频局部分析、 信号局部特征提取和时变滤波等特点，通过信 Mallat算法可将信号样本分解成不同频率通道 号样本的多尺度小波分解，把信号和噪声区分 上的成分 开来，消除噪声后再对信号进行重构，达到流型 fx)=AxH交Df) (1) /=人+川 信号去噪的目的， 其中Ax)=ΣCup(x)是信号频率低于2的成 分，而D心-.是信号频率介于2和2 1测量流型信号的试验装置 之间的成分.前面的小波分解可以写成 为进行气液两相管流流型的研究，建立了 CM=HC] 一座室内规模的气液两相流水平试验环道（张 Dm G C]j=-1 劲军，中国石油气天然气总公司信息研究所， 其中低通滤波器H作用在一个序列a={aez的 1993).试验环道能够产生有关气液两相流流型 效果为(Ha.-昌h,-a,高通滤波器C的作用效 并得到瞬时流动参数；采用以微机为主体的自 果为(Ga).=3s-a,其中{haye和{gez是由给 动挖制系统结构，利用/O总线通过接口箱与 定多分辨率分析所确定的滤波器.由此可见，基 各下位机（电动调节阀、流量传感器和差压传感 于小波的多分辨率分析将信号x)分解为频率 器等)之间进行高速数据采集、运算和控制，本 小于2的成分Afx)和频率介于2和2之间 装置具有较高的自动化程度、丁作可靠，便于系 的成分Dfx),J-1j≤J. 统功能扩展；能在常温低压下得到在一定范闱 设(0)是一个实的方差为c的宽平稳白噪声 内连续变化的油气水各相流速和流量，并能进 随机过程，()为关于随机变量的数学期望，则： 行在线标定仪表，主要的技术指标为：油和水 E{n()}=0 (2) 的流速范围0-2m/s,气相的流速范围0-20m/ R(n,)=E{w)n)}=d2u-) (3) s,装置的运行压力范围0~1MPa.在试验中通过 对于实小波基函数p()和给定的尺度j,信号() 改变各相流量得到不同流型下测试段上差压传 的小波变换为位置的随机过程，且有 (WT2n(t= 收稿日期200103-12顾眷来男，33岁，工程师.博士策 第 期 年 月 北 京 科 技 大 学 学 报 扣 拍 嘴 ’ 】。 盯 幼 、 一 一 。 气液两相管流流型信号的小波去噪处理 顾春来 黄守平 石油大学机电工程学院 ， 北京 摘 要 流型信号能够反 映气液 两相管流的流动特征 ， 它们往往会伴随着各种随机嗓声 为此 建立 了一座气液两相流的综合试验装 提取气液两 相管流的流型信号 采用小波变换对信号 样本的进行多尺度分解 ， 利用信号和嗓声在不同尺度上 的特性把它们区 分开来 ， 消除噪声后再 对信号进行重构 ， 得到了较好的去噪效果 关份词 气液两相流 流型 小波变换 去噪 分类号 ‘ 仔 由于 现代 技术的不 断进展 ， 通过流动 信号 的分析来处理多相流动的流 型识别间题也 得 到 了相应 的发展 ‘， · ’ 流 型信号在测 量 中往往 会伴随着大量的随机噪声 ， 如管道振动 、 电子线 路的不稳定和老化及数据采集卡的量化误差等 等 小波变换具有可对信号进行时频局部分析 、 信号局 部特征提取和 时变滤波等特点 ， 通过信 号样本 的多尺 度小波分解 ， 把信号和 噪声 区分 开来 ， 消除噪声后再对信号进行重构 ， 达到流型 信号 去 噪的 目的 ‘ 感器值 ， 作为进行流 型 信号分析的样 本值 测 流型信号的试验装里 为进行气液两相 管流流型 的研究 ， 建立 了 一座 室 内规模的气液两相 流水平试验环道 张 劲军 ， 中国石 油气天 然气总公 司信息研究所 ， 试验环道能够产生 有关气液两相流流 型 并得 到瞬时流 动参数 采用 以 微机 为主体的 自 动控制 系统结构 ， 利用 总线通 过 接 口 箱与 各下 位机 电动调节阀 、 流量传感器和差压传感 器等 之 间进行 高速数据采集 、 运 算 和 控制 ， 本 装置具有较高的 自动化程度 、 工作可靠 ， 便于 系 统功能扩展 能在 常温低压 下 得 到在一定 范 围 内连续变化 的油气水各相流速和流量 ， 并能进 行在 线标定仪表 主要 的技术指标 为 油和水 的流速 范围 一 而 ， 气相 的流速范 围 而 ， 装置 的运行压力 范围 一 在试验 中通 过 改变各相流量得到不 同流型 下测试段上 差压传 收稿 日期 刁 一 顾春来 男 ， 岁 ， 工程师 ， 博士 小波去嗓的基本思想 设 信 号 样 本 为八尤阵 巧 ， 有八 工 洲 艺几户，，， 其 中 、 具有有 限长 度凡 ， 利用 算法 可将信号样本分解成不 同频率通 道 上 的成分 加 一 才 刀习气票几刀牙 其 中注赤 一 恿。 ‘汽 ， 是信号频率低 于 一‘ 的成 分 ， 而 武 不 一 恿蛛 是信号频率介 于 刁 和 一 口一 ” 之 间的成分 前面 的小波分解 可 以 写成 ， 几 十 二 热 ，… 热 一 其中低通滤波器 作用在一个序列 久 ‘ 的 效果 为 价 。 艺从 一 刀 ， 高通 滤波器 的作用效 果 为 一 争 一 ‘ ， 其 中 从 ‘ 和 ” ‘ 是 由给 定多分辨率分析所确定 的滤波器 由此 可见 ， 基 于小 波的多分辨率分析将信号八尤 分解 为频 率 小于 一汤 的成分 识丈和 频率介于 一 和 一 仃一 ’ 之 间 的成分 产尤 ， 讯一 习‘ 人 设 是一个实的方差 为护的宽平稳 白噪声 随机过程 ， 为关于随机变量 的数学期望 ， 则 、，乙内 矛、少 了︼飞 飞了、 凡 ， 刃 “ 护次 一 刃 对 于 实小 波基 函数帆 和 给定 的尺 度了 ， 的小 波变换 为位置 的随机过程 ， 且有 杖 毛 ， 二 信号 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．2002．01．051