一种管道流量电磁阵列传感器的检测方法技术

本发明专利技术属于无损检测技术领域，提出了一种管道流量电磁阵列传感器及其检测方法，该传感器包括第一传感器阵列、第二传感器阵列、固定架、励磁线圈、励磁电路、信号处理电路和计算单元，固定架固定设置在待测管道的外壁上，第一传感器阵列和第二传感器阵列分别位于固定架的两端，励磁线圈设置在第一传感器阵列和第二传感器阵列之间，励磁电路用于驱动励磁线圈使其在待测管道内产生均匀感应磁场；第一传感器阵列和第二传感器阵列分别包括多个均匀设置在管道外周上的传感器触头，传感器触头的输出端与信号处理电路的输入端连接，信号处理电路的输出端与计算单元连接。本发明专利技术提高了管道流量测量的准确度，可以应用于流量检测领域。

An Electromagnetic Array Sensor for Pipeline Flow and Its Detection Method

The invention belongs to the field of non-destructive testing technology, and proposes a pipeline flow electromagnetic array sensor and its detection method. The sensor comprises a first sensor array, a second sensor array, a fixture, an excitation coil, an excitation circuit, a signal processing circuit and a computing unit. The fixture is fixed on the outer wall of the pipeline to be measured, a first sensor array and a second sensor array. The columns are located at the two ends of the fixture, and the excitation coils are arranged between the first sensor array and the second sensor array. The excitation circuit is used to drive the excitation coils to generate uniform induction magnetic field in the pipeline to be measured. The first sensor array and the second sensor array include several sensor contacts uniformly arranged on the peripheral of the pipeline, respectively, and the output terminals and signals of the sensor contacts. The input end of the processing circuit is connected, and the output end of the signal processing circuit is connected with the computing unit. The invention improves the accuracy of pipeline flow measurement and can be applied in the field of flow detection.

【技术实现步骤摘要】
一种管道流量电磁阵列传感器及其检测方法
本专利技术属于无损检测
，具体涉及一种管道流量电磁阵列传感器及其检测方法。
技术介绍
试井是获取煤储层特性的重要手段和方法之一,目前,煤层气储层常用的试井方法主要有注入/压降测试、DST测试、段塞测试、变流量试井、水罐测试等。由于注入/压降测试提供的资料准确度高，特别是对于煤层中注入的流量，控制准确的流量数值对于注入过程的成功率大大加强。而在实际的现场环境中，由于流量的计算不精确而造成注入失败的事情时有发生。因此，在煤层气试井注入阶段，对管道中流量的准确测量显得至关重要。目前，对于管道中流量的测量装置有超声波流量计，电磁流量计，涡轮流量计等，但是只针对固定的管道截面作为计算流量的依据而为考虑其他因素，如液体表面张力的影响。故目前的检测方法需要改进。通过将液体在管道中的截面面积准确测量，从而准确测量出流量。
技术实现思路
本专利技术克服现有技术存在的不足，所要解决的技术问题为：提供一种管道流量电磁阵列传感器，利用管道剖面成像，对管道中通过的流量实时准确的监测。为了解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：一种管道流量电磁阵列传感器，包括第一传感器阵列、第二传感器阵列、固定架、励磁线圈、励磁电路、信号处理电路和计算单元，所述固定架固定设置在待测管道的外壁上，所述第一传感器阵列和第二传感器阵列分别位于所述固定架的两端，所述励磁线圈设置在所述第一传感器阵列和第二传感器阵列之间，所述励磁电路用于驱动所述励磁线圈使其在待测管道内产生均匀感应磁场；所述第一传感器阵列和第二传感器阵列分别包括多个均匀设置在所述管道外周上的传感器触头，所述传感器触头的输出端与所述信号处理电路的输入端连接，所述信号处理电路的输出端与所述计算单元连接，所述信号处理电路用于将采集到的传感器探头信号，经过放大之后，发送给计算单元，所述计算单元用于通过第一传感器阵列和第二传感器阵列中的传感器探头探测到的感应电动势的变化，计算出管道流量。所述的一种管道流量电磁阵列传感器，还包括电源模块，所述电源模块用于供电。所述计算单元还用于驱动所述传感器触头，将其设置为激励传感器或接收传感器。本专利技术还提供了所述的一种管道流量电磁阵列传感器的检测方法，包括以下步骤：S1、将第一传感器阵列和第二传感器阵列中各四个传感器作为激励传感器，另四个传感器作为接收传感器，且第一传感器阵列和第二传感器阵列中接收传感器和激励传感器的位置是对应的，采集第一传感器阵列中的四个接收传感器探测的电动势信号f1,f2,f3,f4，以及第二传感器阵列中的四个接收传感器探测的电动势信号g1,g2,g3,g4；S2、根据电动势f1,f2,f3,f4和电动势信号g1,g2,g3,g4的互相关函数，确定延时值d；S3、将第一传感器阵列中的其中一个传感器设置激励传感器，其它七个传感器设置为接收传感器，同时将第二传感器阵列中对应的一个传感器设置为激励传感器，其它七个传感器设置为接收传感器，采集第一传感器阵列和第二传感器阵列中中的各七组接收传感器的十四组电动势值；S4、依次将第一传感器阵列和第二传感器阵列中的其它传感器中一一设置为激励传感器，重复步骤S3，采集第一传感器阵列和第二传感器阵列中中的各七组接收传感器的十四组电动势值；S5、根据椭圆成像算法对传感器阵列接收到的多组信号进行成像定位，得到微变位置，然后利用电磁层析成像方法，确定微变面积S2；S6、根据公式计算得到管道流量，所述K为传感器矫正系数，r为管道半径，D为第一传感器阵列和第二传感器阵列的直径距离，d为延时值，为液体在管道中的平均速度。液体在管道中的平均速度的计算公式为：其中，U表示传感器探头上的感应电动势，B表示磁感应强度，K′为仪表系数。本专利技术与现有技术相比具有以下有益效果：1、本专利技术的提出管道电磁阵列传感器，利用多探头对于管道各个剖面进行检测，多方位检测，可以准确测量管道中的流速，提高了测量的准确度。2、本专利技术将采集到的电磁信号通过计算机处理成像，得到管道电磁剖面图，对于产生微变位置及面积大小可以准确判断，进行计算处理得到管道中的真实流量值，具有高分辨力和可靠性强的优点。附图说明图1为本专利技术实施例提出的一种管道流量电磁阵列传感器的结构示意图；图2为图1的左视剖视图；图3为椭圆成像原理图；图中：1为液体，2为第一传感器阵列，3为励磁线圈，4为第二传感器阵列，5为励磁电路，6为信号处理电路，7为固定架，8为微小形变，9为管道，10为计算单元，11为电源模块，12为传感器触头。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例；基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。如图1～2所示，本专利技术提供了一种管道流量电磁阵列传感器，包括第一传感器阵列2、第二传感器阵列4、固定架7、励磁线圈3、励磁电路5、信号处理电路6和计算单元10，所述固定架7固定设置在待测管道9的外壁上，所述第一传感器阵列2和第二传感器阵列4分别位于所述固定架7的两端，所述励磁线圈3设置在所述第一传感器阵列和第二传感器阵列之间，所述励磁电路5用于驱动所述励磁线圈3使其在待测管道9内产生均匀感应磁场；所述第一传感器阵列2和第二传感器阵列4分别包括多个均匀设置在所述管道9外周上的传感器触头12，所述传感器触头12的输出端与所述信号处理电路6的输入端连接，所述信号处理电路6的输出端与所述计算单元10连接，所述信号处理电路用于将采集到的传感器探头信号，经过放大之后，发送给计算单元10，所述计算单元10用于通过第一传感器阵列2和第二传感器阵列4中的传感器探头探测到的感应电动势的变化，计算出管道流量。如图1所示，本专利技术提供的一种管道流量电磁阵列传感器，还包括电源模块11，所述电源模块11用于给本专利技术的管道流量电磁阵列传感器供电。进一步地，本专利技术中，所述计算单元还用于驱动所述传感器触头，使其作为激励传感器或接收传感器。此外，本专利技术还提供了一种管道流量电磁阵列传感器的检测方法，包括以下步骤：S1、将第一传感器阵列2和第二传感器阵列4中各四个传感器作为激励传感器，另四个传感器作为接收传感器，且第一传感器阵列2和第二传感器阵列4中接收传感器和激励传感器的位置是对应的，采集第一传感器阵列2中的四个接收传感器探测的电动势信号f1,f2,f3,f4，以及第二传感器阵列4中的四个接收传感器探测的电动势信号g1,g2,g3,g4。S2、根据电动势f1,f2,f3,f4和电动势信号g1,g2,g3,g4的互相关函数，确定延时值d。其中，本专利技术中，传感器触头为电磁传感器，电磁阵列传感器是根据法拉第电磁感应定律进行流量测量的。其具体定律的内容为：通过闭合导体回路所包围面积的磁通量发生变化时，在回路中就会产生感应电动势及感应电流，感应电动势与通过回路面积的磁通量随时间的变化成正比，也就是：其中，U为产生的电动势，单位为V；为通过闭合回路面积的磁通量，单位为Wb；t为时间，单位为s。使用电磁传感器，其工作原理便是将整个测量管道组织成一个法拉第电磁感应系统，利用公式：其中，K’为本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种管道流量电磁阵列传感器，其特征在于，包括第一传感器阵列(2)、第二传感器阵列(4)、固定架(7)、励磁线圈(3)、励磁电路(5)、信号处理电路(6)和计算单元(10)，所述固定架(7)固定设置在待测管道(9)的外壁上，所述第一传感器阵列(2)和第二传感器阵列(4)分别位于所述固定架(7)的两端，所述励磁线圈(3)设置在所述第一传感器阵列和第二传感器阵列之间，所述励磁电路用于驱动所述励磁线圈使其在待测管道(9)内产生均匀感应磁场；所述第一传感器阵列(2)和第二传感器阵列(4)分别包括多个均匀设置在所述管道(9)外周上的传感器触头(12)，所述传感器触头(12)的输出端与所述信号处理电路(6)的输入端连接，所述信号处理电路(6)的输出端与所述计算单元(10)连接，所述信号处理电路(6)用于将采集到的传感器探头信号，经过放大之后，发送给计算单元(10)，所述计算单元(10)用于通过第一传感器阵列(2)和第二传感器阵列(4)中的传感器探头探测到的感应电动势的变化，计算出管道流量。

【技术特征摘要】
1.一种管道流量电磁阵列传感器，其特征在于，包括第一传感器阵列(2)、第二传感器阵列(4)、固定架(7)、励磁线圈(3)、励磁电路(5)、信号处理电路(6)和计算单元(10)，所述固定架(7)固定设置在待测管道(9)的外壁上，所述第一传感器阵列(2)和第二传感器阵列(4)分别位于所述固定架(7)的两端，所述励磁线圈(3)设置在所述第一传感器阵列和第二传感器阵列之间，所述励磁电路用于驱动所述励磁线圈使其在待测管道(9)内产生均匀感应磁场；所述第一传感器阵列(2)和第二传感器阵列(4)分别包括多个均匀设置在所述管道(9)外周上的传感器触头(12)，所述传感器触头(12)的输出端与所述信号处理电路(6)的输入端连接，所述信号处理电路(6)的输出端与所述计算单元(10)连接，所述信号处理电路(6)用于将采集到的传感器探头信号，经过放大之后，发送给计算单元(10)，所述计算单元(10)用于通过第一传感器阵列(2)和第二传感器阵列(4)中的传感器探头探测到的感应电动势的变化，计算出管道流量。2.根据权利要求1所述的一种管道流量电磁阵列传感器，其特征在于，还包括电源模块(11)，所述电源模块(11)用于供电。3.根据权利要求1所述的一种管道流量电磁阵列传感器，其特征在于，所述计算单元(10)还用于驱动所述传感器触头(12)，将其设置为激励传感器或接收传感器。4.根据权利要求1所述的一种管道流量电磁阵列传感器的检测方法，包括以下步骤：S1、将第一传感器阵列(2)和第二传感器阵列(4)中各四个传感器作为激励传感...

【专利技术属性】
技术研发人员：程维平，张伟，董鹏飞，李军，李健，温剑，
申请(专利权)人：山西省地质矿产研究院山西省煤层气测试技术研究院，太原理工大学，
类型：发明
国别省市：山西,14