一种流体组分分析仪及其探测通道布置方法技术

本发明专利技术涉及一种流体组分分析仪及其探测通道布置方法，它包括一上位机、一控制系统、一光源模块、一光学探头和若干探测器，其中，光学探头包括若干探测通道，且探测通道和探测器一一对应；上位机供用户输入控制指令，并将控制指令发送给控制系统，控制系统接收控制指令并驱动光源模块发光，光源模块将所发的光经光学探头发送到待测流体表面，光在待测流体表面发生反射并经各探测通道发送到探测器，探测器将探测到的反射光强信号通过控制系统发送到上位机，上位机将各探测器探测到的光强值与标准库进行对比，进而确定待测流体的组分及比例。本发明专利技术能够快速实时确定流体中各组分所占比例。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及油气资源勘探和采集领域，特别是涉及一种流体组分分析仪及其探测通道布置方法。
技术介绍
在进行油气勘探开发过程中，底层测试仪器需要测量井下流体的各种参数，例如流体流速、流体组分等，并根据测量参数实现流体采样过程的最优化，其中，测量流体组分即确定流体中的油气比参数，而油气比参数定义为流体中一段时间内的油、水和气体的相对比例。目前，一般通过采样测量油气比参数，该种测量方式不但无法实现快速实时测量，而且测量周期长，测量操作繁琐。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术的目的是提供一种流体组分分析仪及其探测通道布置方法，能够快速实时确定流体中各组分所占比例。为实现上述技术目的，本专利技术采取以下技术方案：一种流体组分分析仪，它包括一上位机、一控制系统、一光源模块、一光学探头和若干探测器，其中，所述光学探头包括若干探测通道，且所述探测通道和探测器一一对应；所述上位机供用户输入控制指令，并将控制指令发送给所述控制系统，所述控制系统接收控制指令并驱动所述光源模块发光，所述光源模块将所发的光经所述光学探头发送到待测流体表面，光在待测流体表面发生反射并经各探测通道发送到所述探测器，所述探测器将探测到的反射光强信号通过所述控制系统发送到所述上位机，所述上位机将各所述探测器探测到的光强值与标准库进行对比，进而确定待测流体的组分及比例。所述控制系统内设置一调制模块、一数字锁相放大器和一光强归一化模块；所述调制模块接收所述上位机的控制指令后产生调制信号，并将调制信号发送到一光源驱动电路，所述光源驱动电路接收调制信号驱动所述光源模块发光，所述光源模块所发的光强信号通过一光强探测器监测，所述光强探测器将其监测到的光强信号发送到所述数字锁相放大器，所述数字锁相放大器接收光强信号，同时接收各所述探测器探测到的反射光强信号，所述数字锁相放大器采用与所述调制模块的调制信号相同的信号作为参考信号，对所述光强探测器监测到的光强信号和各所述探测器探测到的反射光强信号进行相敏解调后发送到所述光强归一化模块，所述光强归一化模块对各所述探测器探测到的反射光强信号进行归一化后发送到所述上位机。所述光源模块包括一光源、一光纤耦合器和一多模光纤；所述光源将所发出的光依次通过所述光纤耦合器和多模光纤发送到所述光学探头。所述光学探头包括一蓝宝石棱镜、一压盖、一偏振片和一光纤端头，其中，所述蓝宝石棱镜顶部两端对称剖切一入射面和一探测面；所述蓝宝石棱镜顶部中心间隔设置两安装孔，所述压盖的形状与所述蓝宝石棱镜顶部形状相对应；与所述探测面相对应的所述压盖底部一端横向间隔设置各所述探测通道，与所述安装孔位置相对应，所述压盖底部中心设置盲孔，所述盲孔和安装孔之间通过螺杆固定连接；与入射面相对应的所述压盖底部另一端设置一通孔，所述入射面上贴设固定所述偏振片，所述光纤端头的一端垂直所述偏振片，所述光纤端头的另一端通过所述通孔连接所述多模光纤。各所述探测器均通过接收光纤探测反射光强信号，并将探测到的反射光强信号转化成电流信号后发送到一探测器放大电路，所述探测器放大电路将各电流信号转化成电压信号，并对各电压信号进行幅度放大后发送到所述控制系统。所述上位机位于井上，所述控制系统、光源模块、光学探头和探测器位于井下，且所述控制系统、光源模块和探测器设置在一保温结构内。所述标准的制作方法，包括以下步骤：1)通过测量得到流体为纯空气时通过各探测通道探测到的光强和光强探测器监测到的光强，以光强探测器监测到的光强为标准光强对各探测通道探测到的光强进行归一化，得到纯空气的标准库；2)通过测量得到流体为纯油时通过各探测通道探测到的光强和光强探测器监测到的光强，以光强探测器监测到的光强为标准光强对各探测通道探测到的光强进行归一化，得到纯油的标准库；3)通过测量得到流体为不同比例的油和气时通过各探测通道探测到的光强和光强探测器监测到的光强，以光强探测器监测到的光强为标准光强对各探测通道探测到的光强进行归一化，得到不同比例的油和气的标准库；4)通过测量得到流体为纯水时通过各探测通道探测到的光强和光强探测器监测到的光强，以光强探测器监测到的光强为标准光强对各探测通道探测到的光强进行归一化，得到纯水的标准库；5)通过测量得到流体为不同比例的油和水时通过各探测通道探测到的光强和光强探测器监测到的光强，以光强探测器监测到的光强为标准光强对各探测通道探测到的光强进行归一化，得到不同比例的油和水的标准库；6)分别通过计算得到流体为不同比例的油和气以及不同比例的油和水时，归一化后的通过各探测通道探测到的光强相对于流体为纯油时，通过各探测通道探测到的光强的增量，并将所有的光强的增量存入标准库中。一种流体组分分析仪的探测通道的布置方法包括以下步骤：1)分别确定空气、水、油和蓝宝石棱镜的折射率，并分别绘制待测界面为棱镜/空气、棱镜/水和棱镜/油时反射率随入射角变化曲线图；2)根据所绘制的待测界面为棱镜/空气、棱镜/水和棱镜/油时反射率随入射角变化曲线图分别对应确定待测界面为棱镜/空气、棱镜/水和棱镜/油时发生全反射的临界角，与棱镜/空气到棱镜/水发生全反射的临界角之间以及棱镜/水到棱镜/油发生全反射的临界角之间相对应设置光学探头的探测通道。本专利技术由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本专利技术基于流体由不同组分的不同比例组成时，通过各探测通道探测到的反射光强信号不同，将探测到的反射光强信号与标准库进行对比，进而确定流体中的各组分及其比例，避免了取样测量的繁琐操作。2、本专利技术通过设置调制模块发送调制信号，并通过数字锁相放大器进行相敏解调，因此不但能够减小噪声对探测信号的干扰，而且能够避免独立器件构成的锁相放大器造成系统结构复杂和稳定性下降。3、本专利技术的光学探头由于采用蓝宝石棱镜，因此可以适用于井下高温高压环境；本专利技术由于具体设置光学探头的形状，因此便于密封，进一步适应井下高温高压环境。4、本专利技术由于将控制系统、光源模块和探测器设置在保温结构内，因此可以适用于井下高温高压环境，提高设备工作寿命。5、本发明根据待测界面为不同物质时反射率随入射角变化曲线图，确定各个探测通道的布置方式，因此能够实现多组分流体的组分识别。6、本专利技术由于设置光纤耦合器，因此有效提高了光源能量的利用效率。7、本专利技术由于设置偏振片，因此能够有效控制光纤端头射出光的偏振态。8、本专利技术由于设置光强探测器和光强归一化模块，因此能够有效消除光源抖动所以导致的测量误差，保证测量结果的准确性。本专利技术设计结构简本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种流体组分分析仪，其特征在于：它包括一上位机、一控制系统、一光源模块、一光学探头和若干探测器，其中，所述光学探头包括若干探测通道，且所述探测通道和探测器一一对应；所述上位机供用户输入控制指令，并将控制指令发送给所述控制系统，所述控制系统接收控制指令并驱动所述光源模块发光，所述光源模块将所发的光经所述光学探头发送到待测流体表面，光在待测流体表面发生反射并经各探测通道发送到所述探测器，所述探测器将探测到的反射光强信号通过所述控制系统发送到所述上位机，所述上位机将各所述探测器探测到的光强值与标准库进行对比，进而确定待测流体的组分及比例。

【技术特征摘要】
1.一种流体组分分析仪，其特征在于：它包括一上位机、一控制系统、一光源模
块、一光学探头和若干探测器，其中，所述光学探头包括若干探测通道，且所述探测
通道和探测器一一对应；
所述上位机供用户输入控制指令，并将控制指令发送给所述控制系统，所述控制
系统接收控制指令并驱动所述光源模块发光，所述光源模块将所发的光经所述光学探
头发送到待测流体表面，光在待测流体表面发生反射并经各探测通道发送到所述探测
器，所述探测器将探测到的反射光强信号通过所述控制系统发送到所述上位机，所述
上位机将各所述探测器探测到的光强值与标准库进行对比，进而确定待测流体的组分
及比例。
2.如权利要求1所述一种流体组分分析仪，其特征在于：所述控制系统内设置一
调制模块、一数字锁相放大器和一光强归一化模块；所述调制模块接收所述上位机的
控制指令后产生调制信号，并将调制信号发送到一光源驱动电路，所述光源驱动电路
接收调制信号驱动所述光源模块发光，所述光源模块所发的光强信号通过一光强探测
器监测，所述光强探测器将其监测到的光强信号发送到所述数字锁相放大器，所述数
字锁相放大器接收光强信号，同时接收各所述探测器探测到的反射光强信号，所述数
字锁相放大器采用与所述调制模块的调制信号相同的信号作为参考信号，对所述光强
探测器监测到的光强信号和各所述探测器探测到的反射光强信号进行相敏解调后发送
到所述光强归一化模块，所述光强归一化模块对各所述探测器探测到的反射光强信号
进行归一化后发送到所述上位机。
3.如权利要求2所述一种流体组分分析仪，其特征在于：所述光源模块包括一光
源、一光纤耦合器和一多模光纤；所述光源将所发出的光依次通过所述光纤耦合器和
多模光纤发送到所述光学探头。
4.如权利要求2所述一种流体组分分析仪，其特征在于：所述光学探头包括一蓝
宝石棱镜、一压盖、一偏振片和一光纤端头，其中，所述蓝宝石棱镜顶部两端对称剖
切一入射面和一探测面；所述蓝宝石棱镜顶部中心间隔设置两安装孔，所述压盖的形
状与所述蓝宝石棱镜顶部形状相对应；与所述探测面相对应的所述压盖底部一端横向
间隔设置各所述探测通道，与所述安装孔位置相对应，所述压盖底部中心设置盲孔，
所述盲孔和安装孔之间通过螺杆固定连接；与入射面相对应的所述压盖底部另一端设
置一通孔，所述入射面上贴设固定所述偏振片，所述光纤端头的一端垂直所述偏振片，
所述光纤端头的另一端通过所述通孔连接所述多模光纤。
5.如权利要求1或2或3或4所述一种流体组分分析仪，其特征在于：各所述探
测器均通过接收光纤探测反射光强信号...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁武文，衣路英，章恩耀，孙利群，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11