多相流系统遍布于许多工业生产过程领域,例如煤粉输送、原油开采、污水排放、纸浆输送、粉尘测量等,其中多相流测量问题是现今研究者们广泛关注的重要研究领域.在众多的多相流体系中,存在着连续相导电且两相介质存在明显导电差异的混相流体,例如石油工业中油井内油水、气液两相流及以水为连续相的油气水三相流(油泡及气泡以分散相形式存在水的连续相中),为了控制与优化这些特殊多相流体系存在的生产及加工过程,必需要解决多相流体的流动过程参数的测量问题,这对各种工业过程中的生产及工艺优化有着重要的意义. 由于两相流存在随机可变的相界面,使其流动结构复杂、流型多变,其流动过程参数难于测量,为此,急需采用先进的传感器及现代信息处理技术为两相流参数测量提供新的检测理论和方法.本文采用多极阵列电导式传感器,通过考察传感器"几何特性"和"空间排列"对敏感场分布的影响,优化了传感器设计； 采用阵列电导式传感器对油水和气液两相流进行了试验研究；对两相流中存在的密度波特性从稳态和瞬态两个角度进行了讨论,并建立了基于密度波理论的总流量测量模型；采用软测量方法对气液两相流流型进行了辨识,并对伞集流环空油气水三相流进行了总流量和分相含率预测. 本文主要研究成果如下: 首先采用有限元方法对纵向多极阵列电导式传感器几何结构进行了优化设计,通过改变电极高度和电极间距对传感器敏感场均匀度、空间灵敏度及有效信息量等指标进行了计算,对传感器敏感场进行了深入考察,提出了纵向多极阵列电导式传感器优化设计的综合评价指标. 基于DSP技术和虚拟仪器技术设计了两相流实验测量系统,在天津大学及华北油田的实验装置上分别进行了气液及油水两相流动态实验；利用快关阀和高精度压差传感器提取了气液及油水两相流体的相含率数据；通过实验观察的方法确定了流型信息. 对两相流中的密度波特性从瞬态和稳态两个方面进行了研究,通过理论推导得到油水两相流的相态逆转点与密度波特征波速失稳密切相关,相态逆转点出现在持油率y<,o>=0.36附近,这与由电导传感器电压信号确定的相态逆转点相吻合: 通过对电导信号功率谱密度函数、相干系数和密度波波速的计算对稳态密度波特性进行了考察,发现稳态密度波的频率范围在0-20Hz之间,验证了两相流流动结构变化受密度波特性控制的结论. 基于稳态密度波理论,利用漂移模型,结合两相流的流动特性研究提出了基于密度波理论的两相流总流量测量的理论模型；在试验数据的基础上,提出了气、液两相流段塞流与混状流情况下的总流量测量实用模型,其中段塞流总流量预测精度为7.014﹪,混状流预测精度为6.771﹪,取得了较好的模型预测效果. 基于非线性信息处理技术中的符号动力学理论、复杂性测度理论和语音信号处理技术中的线性预测方法对电导传感器电压波动信号提取了非线性特征量和时频域特征量,采用支持向量机理论作为预估模型对气液两相流的三种典型流型(泡状流、段塞流、混状流)和两种过渡流型(泡状流转段塞流、段塞流转混状流)进行了辨识.对过渡流型实现了正确划分,五种流型总体识别率达到95﹪. 对采用伞集流型环空三相流测井仪试验测量的油气水三相流数据,进行了仪器响应特性考察,并分析了集流后过流通道内混相流体的流型特征及相间滑脱速度特性,在此基础上提出了基于Levenbery-Marquardt算法的总流量及分相含率的软测量模型,其中总流量预测精度为5.48﹪,对于水包油的油气水三相流分相含率(含油率、含气率及含水率)的预测精度分别为13.4﹪、14.3﹪及8.9﹪)； 对于油包水的油气水三相流分相含率(含油率、含气率及含水率)的预测精度分别为9.6﹪、7.23﹪及11.69﹪,为油气水三相流测井解释提供了新的方法.