使用可追踪滤波器的光学计算装置的校准制造方法及图纸

使用映射函数来实现光学计算装置的校准，所述映射函数将真实检测器响应映射到模拟检测器响应，使用可追踪光学滤波器的高分辨率光谱和光学计算装置特性来模拟所述模拟检测器响应。

Calibration of optical computing devices using traceable filters

The mapping function is used to calibrate the optical computing device. The mapping function maps the real detector response to the analog detector response, and uses the high resolution spectrum of the traceable optical filter and the characteristics of the optical computing device to simulate the response of the analog detector.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】使用可追踪滤波器的光学计算装置的校准
本公开大体涉及光学计算装置，并且更具体地涉及使用可追踪光学滤波器的光学计算装置的校准。
技术介绍
各种光学计算技术已经被开发用于石油和天然气工业中的应用。光学计算装置的实例是一种装置，其被配置来从物质或物质样本接收电磁辐射的输入并且从处理元件产生电磁辐射的输出。例如，处理元件可以是集成计算元件(“ICE”)结构。一些光学计算装置利用光学元件来执行计算，这与常规电子处理器的硬连线电路相反。当电磁辐射与物质相互作用时，关于物质的独特物理信息和化学信息被编码在从物质反射、通过物质透射或从样本辐射的电磁辐射中。该信息通常被称为物质的光谱“指纹”。因此，光学计算装置(通过使用ICE结构)能够提取物质内多个特征或分析物的光谱指纹信息，并且将该信息转换成关于样本总体特性的可检测输出。附图简述图1是根据本公开的说明性实施方案的光学计算装置校准系统的框图；图2是本公开的说明性校准方法的流程图；图3示出真实检测器响应(“R2”)和模拟检测器响应(“R1”)的说明性映射函数以及用于示出映射原理的对应曲线图；图4是根据本公开的某些说明性实施方案的用于询问样本的自校准光学计算装置400的框图；以及图5A和图5B示出根据本公开的某些说明性应用的分别在随钻测井(“LWD”)应用和缆线应用中使用的如本文所述的自校准光学计算装置。具体实施方式以下描述了本公开的说明性实施方案和相关方法，因为在光学计算装置的校准模型中可能采用它们。为了清晰，本说明书中并没有描述实际实现方式或方法的所有特征。当然，应了解，在任何这种实际实施方案的开发中，应做出大量实现方式特定的决策来实现开发人员的特定目标，如符合系统相关约束和业务相关约束，所述目标在不同实现方式间将有所不同。本公开的各种实施方案和相关方法的其它方面和优点将因考虑以下描述和附图而变得显而易见。在光学计算装置的操作期间，从光源发射的光的强度可能波动。此类波动可能由于各种原因而发生，包括灯泡随着时间的推移而变弱、或者仅由于感兴趣样本的吸收特性。因此，该波动及其对精确计算样本特性所需的输出信号比的影响将误差引入输出信号和所得测量结果。此外，井下温度波动也可能对光学计算装置的准确度产生有害作用。随着光学计算装置温度改变，诸如检测器的各种部件的操作特性也逐渐更改。随着检测器继续升温，最终输出信号变为零。该现象被称为“热漂移”。由于光学计算装置的准确性部分地基于检测器的稳定性，因此热漂移自然也将误差引入输出信号中。为了解决这些问题，常规方法使用通过使用真实流体样本开发的校准模型，这是非常昂贵且花费时间的。使用真实流体样本来校准计算装置需要对温度和压力的操纵、以及可能花费几天或几周才完成的耗时清理程序。因此，本领域中需要更经济有效的校准模型。鉴于上述情况，本公开的说明性实施方案和方法涉及使用可追踪滤波器的光学计算装置的校准模型。为了实现这一点，产生映射函数，所述映射函数将真实检测器响应映射到使用可追踪滤波器的高分辨率光谱和计算装置特性(例如，光源发射分布、滤光轮光谱、检测器响应分布)来模拟的模拟检测器响应。如本文所限定的，“可追踪滤波器”是例如使用实验室光谱仪来了解其光谱输出(或参考光谱)的光学滤波器。在一般化实施方案中，本公开提供了模型，其用于通过使用两个或更多个可追踪光学滤波器来校准光学计算装置的检测器响应输出，以便产生模拟检测器响应与真实检测器响应之间的映射函数。一旦产生映射函数，就可以使用映射函数将计算装置的操作期间获取的真实检测器响应校准到模拟响应。在此之后，使用已校准的检测器输出来确定感兴趣的样本特性。更具体地，本公开允许校准光学计算装置的光谱输出，以校正真实光学检测器响应输出与模拟光学检测器响应输出之间的差异。这里描述的说明性方法使用一组可追踪光学滤波器标准(例如，中性密度滤波器、玻璃标准等)来衰减真实检测器输出，因此以允许将真实检测器响应映射到模拟检测器响应，而不使用任何流体样本。因为可追踪光学滤波器可以内置于光学传感器中，所以可在未来的任何时间执行校准过程以便在热漂移的情况下重新标准化计算装置。虽然本文关于光学计算装置进行了描述，本文所述的说明性方法/实施方案适用于定量地对样本进行准确的透射/吸光度测量以预测感兴趣的物理特性或化学特性(例如，粒度、密度、化学组成等)的任何光谱传感器。鉴于上述情况，图1示出根据本公开的说明性实施方案的光学计算装置校准系统的框图。如本文将描述的，校准系统100提供了一种平台，其用于使用可追踪滤波器的模拟光谱数据来产生用于校准光学计算装置的映射函数。在已经产生映射函数之后，可以然后根据需要实时校准光学计算装置。因此，如本文所述，本公开提供了一种通过其在任何时间校准光学计算装置的有效方法。参考图1，校准系统100包括至少一个处理器102、非暂时性计算机可读存储装置104、收发器/网络通信模块105、可选的I/O装置106以及可选的显示器108(例如用户界面)，全部通过系统总线109互连。在一个实施方案中，网络通信模块105是网络接口卡(NIC)，且使用以太网协议进行通信。在其他实施方案中，网络通信模块105可以是另一类型的通信接口(例如，光纤接口)，且可以使用若干不同的通信协议来进行通信。可将根据本文描述的说明性实施方案的由用于实现存储在校准模块110内的软件指令的处理器102可执行的软件指令存储在存储装置104或一些其他计算机可读介质中。虽然未在图1中明确地示出，但是应认识到，校准系统100可通过一个或多个适当的网络连接来连接至一个或多个公共网络(例如，互联网)和/或专用网络。还应认识到，也可将构成校准模块110的软件指令通过有线的或无线的方法从CD-ROM或其它适当的存储介质加载到存储装置104中。此外，可使用多种计算机系统配置来实践本公开的方法和实施方案，所述计算机系统配置包括手持式装置、多处理器系统、基于微处理器或可编程的消费者电子装置、微型计算机、大型计算机等。任何数量的计算机系统和计算机网络都可被接受与本公开一起使用。可以在分布式计算环境中实践本公开的方法和实施方案，在所述环境中由通过通信网络加以链接的远程处理装置来执行任务。在分布式计算环境中，程序模块可位于包括记忆存储装置的本地计算机存储介质和远程计算机存储介质两者中。因此，本公开可在计算机系统或其他处理系统中与各种硬件、软件或其组合相结合地实现。将传感器校准到样本的感兴趣分析物(例如，原油等中的C1、C2或C3)由两部分过程组成：在第一步骤中，建立将模拟检测器响应与感兴趣分析物相关的校准模型(在下文中描述模拟和校准的细节)。在第二步骤中，开发真实传感器检测器响应到模拟检测器响应的校准映射函数，其允许在真实传感器上应用校准模型(在该过程的第一步骤中建立的)。在步骤1中，为了开始校准过程，设计并制造光学计算装置。如受益于本公开的本领域普通技术人员将理解的，设计过程通常涉及使用例如实验室光谱仪系统(例如，傅立叶变换近红外光谱仪(FT-NIR)、色散NIR光谱仪等)测量足够数量的流体样本，以便例如记录PVT实验室中的各种温度和压力下的样本光谱数据。设计过程的结果是ICE结构，其具有最佳的光谱分布以允许使感兴趣分析物与检测器响应最佳地相关。接下来，制本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种方法，其包括：获得两个或更多个光学滤波器的参考光谱，其中所述光学滤波器具有不同的透射级别，并且所述参考光谱各自具有模拟样本的光谱数据的限定光谱图案；以及使用所述参考光谱来校准光学计算装置。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种方法，其包括：获得两个或更多个光学滤波器的参考光谱，其中所述光学滤波器具有不同的透射级别，并且所述参考光谱各自具有模拟样本的光谱数据的限定光谱图案；以及使用所述参考光谱来校准光学计算装置。2.如权利要求1所述的方法，其中获得所述参考光谱包括使用实验室光谱仪器来获得所述参考光谱。3.如权利要求1所述的方法，其中获得所述参考光谱还包括使用所述参考光谱来产生校准所述光学计算装置的测量结果的映射函数。4.如权利要求3所述的方法，其中所述参考光谱用于产生单变量映射函数。5.如权利要求3所述的方法，其中所述参考光谱用于产生多变量映射函数。6.如权利要求1所述的方法，其中：获得所述参考光谱包括使用所述参考光谱来模拟所述光学滤波器的检测器响应；以及使用所述参考光谱来校准所述光学计算装置包括：获得所述光学滤波器的真实检测器响应；产生将所述模拟检测器响应映射到所述真实检测器响应的映射函数；以及使用所述映射函数来校准所述光学计算装置的测量结果。7.如权利要求6所述的方法，其中获得所述真实检测器响应包括：使电磁辐射与所述光学滤波器进行光学相互作用，以便产生对应于所述参考光谱的所述限定光谱图案的第一光学相互作用的光；使所述光学相互作用的光与一个或多个集成计算元件(“ICE”)结构进行光学相互作用，以便产生对应于所述样本的一个或多个特性的第二光学相互作用的光；使用检测器来产生对应于所述第二光学相互作用的光的输出信号；以及使用所述输出信号来产生所述真实检测器响应。8.如权利要求1所述的方法，其中使用所述光学计算装置外部的光学滤波器来执行所述校准。9.如权利要求1所述的方法，其中使用形成所述光学计算装置的一部分的光学滤波器来执行所述校准。10.如权利要求9所述的方法，其中所述校准包括使用可移动组件将所述光学滤波器移动到电磁辐射的路径中...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴斌，C·琼斯，D·加斯库克，
申请(专利权)人：哈里伯顿能源服务公司，
类型：发明
国别省市：美国,US