引　言

两相流等闲存在于化工、医药、石油、环境等范畴，时时是由两种介质构成的流动体系[1]。两相流突破颗粒畅通参数不错灵验表征两相流流动景况，因此初中生系列，两相流中突破颗粒的畅通速率测量关于两相流经过的在线监测与优化阻抑具有垂危参考价值[2]。由于各相间存在着物感性质各别，使得两相流的颗粒流动参数检测比单相流的难度更大。当今两相流颗粒畅通速率测量技能主要有激光多普勒（laser-doppler anemometry, LDA）[3]、相位多普勒颗粒分析（phase doppler particle analyzer, PDPA）[4]、粒子图像测速（particle image velocimetry, PIV）[5]及关连测速技能[6-7]等。其中，LDA、PDPA、PIV等激光测速技能天然具有测量精度高、空间鉴识率高级优点，但在工业环境的应用中受到经济性、可靠性、环境适合性等限制。而关连测速技能基于就地经过中的关连表面，愚弄两相流里面主动或被迫产生的电荷、电容、超声、光等就地信号，将流动速率测量移动为两相流通过相距一定距离的时刻测量问题初中生系列，具有结构马虎、可靠性高级优点，更得当各样工业应用[8-11]。

光学相互关测速法是典型的关连测速技能[12]。蔡小舒等[13]愚弄光学相互关法开展煤粉输运经过中两相流颗粒速率在线监测，为汽锅驱动与毁灭优化提供参考。由于两相流中颗粒畅通较为复杂，光学相互关测速着力的精度考据常用畅通相速率当作参考值作相比，并未有计划两相滑移速率，难以准确评判其测量精度。因此本文基于相互关道期望象了双光路激光测速系统，愚弄变频电机带动绕丝产生已知旋转线速率对光学相互关测速系统进行考据。

1 光学相互关法测速旨趣

图1为光学相互关测速旨趣暗意图，该测速步调所以两相流流动引起凹凸游就地变化的光信号为对象，通过相互关分析得到两相流流动速率。

图 1 光学相互关测速旨趣暗意图 Figure 1 Schematic of velocity measurement based on optical cross correlation method

相距 l的两个激光器L1、L2发出两相互平行的激光束，两激光束穿过两相流介质后，因受到两相流中颗粒的散射作用，使两透射激光束的光强发生衰减，其光强信号则由对应的两个探伤器D1、D2吸收。透射光强与入射光强的关系适宜Beer-Lambert定律，即得志关系

$\ln \left( {\frac{I}{{{I_0}}}} \right) = - \frac{{\rm{\pi }}}{4}LN{D^2}E\left( {\lambda ,m,D} \right)$ (1)

式中：I为透射光强；I0为入射光强；L为光束在测量区内的行程；N为两相流颗粒的体积分数；D为颗粒的平均粒径；E为消光所有； $\lambda $ 为入射光波长；m为颗粒相对折射率。E是λ、D、m的复杂函数，可由Mie表面缱绻得到。

由于两相流中颗粒就地通过光束，两个探伤器D1和D2测量的透射光强信号y1和y2可以为是就地波动信号，况且具有同样性，对光强时刻序列信号 y1（t）和 y2（t）进行相互关分析，即

${R_{12}}\left( \tau \right) = \mathop {\lim }\limits_{T \to \infty } \frac{1}{T}\int_0^t {{y_1}} \left( {t - \tau } \right){y_2}\left( t \right){\rm{d}}t$ (2)

式中： ${R_{12}}$ 为两个就地信号 ${y_1}(t)$ 和 ${y_2}(t)$ 的相互关所有；T为积分平均时刻。当 $\tau {\rm{ = }}{\tau _{\rm{0}}}$ 时， ${R_{12}}$ 为最大值，则 ${\tau _{\rm{0}}}$ 为两就地波动信号的时滞。

因此，凭证时滞τ0以及两探伤器之间的距离l可求得两相流流动速率v，即

$v = {l/{{\tau _0}}}$ (3)

为评价光学相互关测速着力精度，需要开展不确信度评定。不确信度是开拓在概率论和统计学基础上，表征由于测量缺点的影响而对测量着力的不成信进程或灵验性的怀疑进程，不错反应某个测量着力的质料[14]。

圭臬不确信度的A类评定步调是用统计步调取得的。在归并条目下，对被测量X进行n次测量，测量值为xi （i=1, 2, …, n），样本算术平均值 $\overline x $ 为

$\overline x {\rm{ = }}\frac{1}{n}\sum\limits_{i = 1}^n {{x_i}} $ (4)

X的实验圭臬偏差可用贝塞尔公式缱绻得到，即

$\sigma {\rm{ = }}\sqrt {\frac{1}{\nu }\sum\limits_{i = 1}^n {{{\left( {{x_i} - \bar x} \right)}^2}} } $ (5)

式中开脱度 $v = n - 1$ 。

算术平均值测量着力的A类圭臬不确信度为

${\sigma _{\overline x }} = \frac{\sigma }{{\sqrt n }}$ (6)

取算术平均值圭臬差当作测量近似性引起的圭臬不确信度重量 $\;\mu $ ，其可浮现为 $\;\mu = {\sigma _{\overline x }}$ 。因此，扩张不确信度U为

$U = k \cdot \mu $ (7)

式中k为包含因子。

东南亚呦 2 光学相互关测速系统

图2为光学相互关测速安装，将细铁丝缠绕于直流电机的旋转轴上，并在绕丝测点的垂直标的打发相距为l的两束激光。当电机责任时，缠绕的铁丝跟着旋转轴畅通，绕丝测点先后穿过两束激光。通过测量两个光电探伤器领受的透射光强信号，由相互关分析便可取得绕丝测点的旋转线速率。该安装直流电机以每3 V隔断为一个测量工况，在6～24 V电压鸿沟内开展10次测量，并对测量着力进行不确信度分析。由于直流电机的动掸频率由供电电压阻抑，由此可通过表面缱绻取得相应绕丝测点的线速率，以此当作参考值，可对比分析通过光学相互关测速步调测量着力的准确性。

图 2 光学相互关测速实验系统 Figure 2 Experimental system of velocity measurement based on optical cross correlation method 3 测量着力与分析 3.1 典型信号的相互关分析

直流电机以每3 V隔断为一个测量工况，在6～24 V电压鸿沟内测得了在不同电压下电机上的铁丝表率经过双光路时的信号值，以此当作原始数据考据测速系统的精度。在实验经过中，保捏电机电压以及所有这个词实验安装的矜重是保证据验可靠性的前提，因而不错对信号吸收器吸收到的双光路信号波动关连性进行比对分析。

取电压为15 V时的光路信号进行信号分析，双光路探伤器电压信号如图3所示，可见两路信号波动具有卓著好的同样性和矜重性，细铁丝经过双光路时光强衰减信号呈精粹的周期性变化。

图 3 典型探伤器光强信号 Figure 3 Typical light intensities of detectors

对图3双光路透射光强信号进行相互关分析，得到的相互关所有如图4所示。其时滞为0.104 ms时，相互关所有最大值达到0.998 2，由此得到相互关测速着力为23.927 m/s。凭证直流电机15 V工况转速缱绻，得到绕丝测点的线速率为23.969 m/s，以此当作参考值，测得着力的相对偏差为0.18%，由此考据了该实验安装具有精粹的准确性。

图 4 典型光强信号的相互关分析着力 Figure 4 Cross correlation coefficient of typical light intensities 3.2 测量不确信度评定

对双光路透射光强信号进行相互关分析，可得到测点处绕丝畅通的线速率测量着力。由于影响测量精度的主要身分是电机电压的不矜重引起的圭臬不确信度重量，因此，按照前述测量不确信度分析步调：缱绻每种单一电压工况下的10次信号测量着力的算数平均值；按式（5）缱绻单次测量的圭臬差；按式（6）缱绻算术平均值测量着力的A类圭臬不确信度；取算术平均值圭臬差当作测量近似性引起的圭臬不确信度重量，即 $\;\mu = {\sigma _{\overline x }}$ ，其开脱度为4；取置信概率为99%，查t漫衍表得 ${t_{99}}\left( v \right) = 4.60$ ，取包含因子 $k = {t_{99}}\left( v \right) = $ $4.60 $ ，该速率测量着力的扩张不确信度按式（7）缱绻。愚弄相互关分析测速法可得到不同电压下的绕丝速率测量着力，如表1所示。由此可见，基于相互关法的缠绕铁丝畅通速率测量步调具有较好的测量近似性。

表 1 不同电压下绕丝速率测量着力 Table 1 Velocity measurement results of the rotating wire under diffract voltages 3.3 测量缺点分析

直流电机的动掸频率由供电电压阻抑，已知各电压工况下直流电机的动掸频率，由此可通过表面缱绻取得相应绕丝测点的线速率，以此当作参考值，可分析得到测量着力与圭臬速率的测量缺点，如表2所示。由此可见，愚弄光学相互关测速安装对绕丝经双光路引起的透射光强信号进行相互关分析，得到的速率测量着力与圭臬参考速率的相对偏差不跨越6%，具有较高的测量准确性。

表 2 不同电压下绕丝速率测量缺点 Table 2 Velocity measurement errors of the rotating wire under diffract voltages 4 结　论

基于光学相互关测速道期望象了双光路光学相互关测速系统初中生系列，通过变频电机带动绕丝畅通模拟两相流中颗粒畅通，通过分析绕丝经双光路形成的衰减信号径直测量绕丝畅通线速率，进而考据光学相互关对两相流颗粒畅通速率测量的准确性。通过对双光路透射光强信号进行相互关分析可得测点处绕丝畅通线速率，与电无邪掸频率缱绻所得线速率对比，可得测量着力的相对偏差小于6%。