بخشی از مقاله
چکیده:
تکنیک ت ضعیف پرتوهای گاما یکی از روشهای پرکاربرد برای اندازهگیری دبی در جریانهای چندفازی ا ست. در این پژوهش به کمک شبکه عصبی، مقدار دبی آب و هوا بصورت مستقل از تغییرات دمایی و با دقت بالایی در یک حلقه جریان دوفازی در محیط آزمایشگاه پیشبینی شد. در این راستا، ترکیبی از یک سیستم اندازهگیری مبتنی بر پرتوهای گاما و یک شبکه عصبی مصنوعی برای پیشبینی دبی در رژیم همگن جریان دوفازی گاز-مایع مورد استفاده قرار گرفت.
دو شبکه عصبی چند لایه پرسپترون توسط دادههای استخراج شده از طیف ارتفاع پالس یک چشمه سزیم-137، در دمای 22 درجه سانتیگراد و در شرایط دینامیک سیال دوفازی، مورد آموزش و تست قرار گرفت. برای بررسی تاثیر دما بر خروجیهای شبکه عصبی، منحنی کالیبراسیون دمایی با استفاده از اندازهگیریهای تجربی به دست آمد. شبکه عصبی آموزش دیده در دمای 22 درجه سانتیگراد، بوسیله داده های جدید بدست آمده در دمای 30 درجه مورد آزمایش قرار گرفت. نتایج نشان داد که با استفاده از منحنی کالیبراسیون دمایی، دبیهای اندازهگیری شده آب و هوا در شرایط دینامیک، با متوسط اختلاف نسبی کمتر از % 8 درصد قابل پیشبینی هستند.
مقدمه:
یکی از تکنیکهای اندازهگیری جریانهای چند فازی که امروزه بسیار مورد توجه قرار گرفته است و در صنعت نفت کاربرد زیادی دارد، اندازهگیری جریان فاز برا ساس ت ضعیف تابشهای پرتو گاما در یک مخلوط چندفازی ا ست. اولین طرحی مربوط به اندازهگیری نسبتهای مولفههای یک مخلوط سه فازی با استفاده از تکنیک تضعیف گامای چند-انرژی، در سال 1980 پی شنهاد داده شد
در سال 1993 نیز Bishop و همکارانش؛ ایده استفاده از شبکههای عصبی م صنوعی را برای تعیین رژیم و تخمین در صد حجمی سیالات چند فازی مطرح کردند .علاوه بر این، در سالهای اخیر نیز مطالعات متعددی برای شناسایی رژیم و کسر حجمی جریانهای چند فازی انجام شده است .[3-4] با این حال در پژوهشهایی که تا کنون گزارش شده است، تغییرات دمایی سیستم برای کارکرد در شرایط واقعی و همچنین نوسانات بوجودآمده در پیشبینی مقادیر کسر حجمی آب و هوا در بازههای دمایی مختلف، مورد بررسی قرار نگرفته است.
هدف پژوهش حاضر، تعیین دبی آب و هوا با جبرانسازی دما در حلقه جریان دوفازی با استفاده از تکنیک تضعیف پرتوهای گاما است. بدین منظور، ابتدا تأثیر دما بر سیستم آشکارسازی و همچنین خروجیهای شبکه عصبی مورد نظر برای پیشبینی مقادیر، مورد بررسی قرار گرفت. سپس منحنی کالیبراسیون دمایی برای آشکارساز یدور سدیم 3 اینچی تعیین شد. شمارشهای بدست آمده از آشکارساز در دماهای مختلف - دو دمای نمونه - ، پس از تصحیح توسط منحنی کالیبرا سیون، به شبکه ع صبی م صنوعی اعمال گردید و مقادیر دبی آب و هوا با حداقل مقدار اختلاف ن سبی تعیین شد. نتایج بد ست آمده موید کاهش موثر اختلاف مقادیر پیش بینی شده با مقادیر واقعی، پس از ت صحیحات دمایی و افزایش قابل ملاحظه دقت پیشبینی با استفاده از شبکه عصبی مورد نظر است.
روش کار:
برای بهبود عملکرد شبکه عصبی مصنوعی و افزایش دقت آن در پیشبینی دبیهای آب و هوا، پژوهش در دو مرحله انجام شد. در ابتدا شمارشهای آشکارساز در بازه 17 تا 50 درجه سانتیگراد دمای کاری محیط، بصورت تجربی ثبت شد و منحنی کالیبراسیون دمایی آشکارساز مورد نظر بدست آمد. در مرحله بعد، براساس دبیهای آب و هوای اندازهگیری شده در حلقه جریان دوفازی در شرایط دینامیک، اختلاف ف شار ایجاد شده در محل اختلاط دو سیال و نیز داشتن شدت پرتوهای عبوری - خروجی آشکارساز - ، شبکه عصبی مصنوعیMLP1 تحت آموزش و تست قرار گرفت.
برای بررسی عملکرد شبکه عصبی آموزش دیده نسبت به تغییرات دمایی، دادههای حاصل از شرایط دمایی جدید ایجاد شد و مورد تست قرار گرفت. در نهایت، با استفاده از منحنی کالیبراسیون دمایی و تصحیح اثرات ناشی از تغییرات دما بر سیستم اندازهگیری، ورودی شبکه تصحیح گردیده و دقت پیش بینی مقادیر دبی آب و هوا با استفاده از یک شبکه ساده افزایش یافت.
منحنی کالیبراسیون دمایی:
نور خروجی از آشکارسازهای سوسوزن غیرآلی به دما وابسته است .[5] علاوه بر این دما میتواند بر سیستم الکترونیک همراه با آشکارساز نیز اثر داشته باشد. این اثرات دما بر تعداد شمارشهای ثبت شده در آشکارساز موثر بوده و موجب رخداد خطا در پیشبینی دبیهای آب و هوا میشود. در شرایط عملی نیز دمای محیط کار دستگاه ثابت نیست و بر عملکرد شبکه ع صبی م صنوعی نیز اثر منفی دارد. برای برر سی اثر تغییرات دما بر عملکرد شبکه ع صبی در ابتدا منحنی کالیبراسیون دمایی براساس شمارشهای قله انرژی ثبت شده از یک چشمه 137Cs در یک آشکارساز یدور سدیم 3 اینچی تعیین شد. الکترونیک همراه آشکارساز یک ماژول طیفنگاری قابل حمل توسعهیافته است. نمایی از چیدمان آزمایش مورد نظر بر روی حلقه دوفازی ساخته شده در محیط آزمایشگاه، در شکل - 1 - دیده میشود.
شکل - : - 1 چیدمان آزمایش: الف - سیستم آشکارسازی و اندازهگیری، ب - نمایی ازحلقه دوفازی مورد نظر در محیط آزمایشگاه
