流测量系统技术方案

本发明专利技术涉及用于测量管道中多相流体流的介电特性的测量系统。所述系统包括：连接到所述多相流体流，并用于将预定频率范围内的信号发射到所述流中的微波信号发生器；适用于从所述流中接收所述范围内的信号的信号接收器；以及用于基于所发射和所接收的信号计算介电特性的分析装置。所述信号发生器包括：与高频振荡器和低频合成器相耦接的IQ调制器，所述高频振荡器产生高频信号f

Flow measurement system

The invention relates to a measuring system for measuring the dielectric properties of a multiphase fluid flow in a pipeline. The system includes: a microwave signal generator connected to the multiphase fluid flow and used to transmit signals within a predetermined frequency range to the flow; a signal receiver suitable for receiving signals within the range from the flow; and an analysis device for calculating dielectric properties based on the transmitted and received signals. The signal generator includes an IQ modulator coupled with a high frequency oscillator and a low frequency synthesizer, and the high frequency oscillator generates a high frequency signal f

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】流测量系统
本专利技术涉及一种用于测量管道中多相流体流的介电特性的测量系统。该系统包括：用于将预定频率范围内的信号发送到所述流中的微波信号发生器，适用于从所述流中接收信号的信号接收器，以及用于计算介电特性的分析装置。
技术介绍
仪表中存在有可用于各种应用的许多类型的微波传感器。在仪表中，总是有连接到传感器以测量传感器的特性的电子模块。本专利技术涉及在微波范围内或微波范围附近的谐振器传感器的使用。微波谐振器用于测量流量计中的流体特性在石油和天然气工业中是众所周知的，例如，如在WO2014/122093和WO2016/169847中所讨论的，其提供了流体流中的盐度测量。
技术实现思路
作为示例，当测量插入损耗时，谐振器传感器显示谐振峰值。峰值具有两个主要特性(即主要的测量结果)：谐振频率和Q因子，即峰值出现在哪个频率上以及峰值的宽度或锐度。电子模块需要能够在给定的频率范围内找到峰值，给定的频率范围可能相当宽，例如八度或八度以上。在在线应用中，峰值可能会快速改变位置和形状。然后，必须非常快速地执行测量，以使该测量能够实际上代表峰值的瞬时快照。因此，本专利技术的目的是提供足够快速的测量。这是通过利用所附权利要求中描述的系统来获得的。测量谐振峰值的最准确的方法是在多个频率下对插入损耗进行采样，并且进行曲线拟合以找到谐振频率和Q因子。但是，如果对频率逐一进行采样，则采样过程中峰值的移动会产生误差，尤其是在Q因子中。与谐振峰值中的动态性相比，采样过程必须更快。如本专利技术的一个实施例所实现的，另一种选择是使用多频信号并同时采样所有频率。微波传感器的另一种类型是传输传感器。然后，信号从一个通常称为探针的小天线发射到另一根天线。在路径上，信号通过要测量的介质，并且信号的相移和衰减两者都受介质特性的影响。同样在这种情况下，要测量的特性在在线应用中可能会快速变化。另外，通常感兴趣的是在通常相距很远的几个频率上进行测量，以收集频率相关特性的信息。因此可以在一个以上的频率上测量相移和/或衰减。此外，在这种情况下，同时或在非常短的时间间隔内对所有测量频率进行采样以在对应于相同测量情况的所有频率处捕获数据可能是有利的。例如，如果将传感器用于测量管道中的油、水和气体的流，并且所述流移动得非常之快，以至于当气栓通过传感器时以一个频率进行测量，当传感器处的液体明显更多时，将以另一个频率进行测量，这两个测量对应于不同的情况，并且不能直接比较。在这种情况下，需要在更长的时间上进行平均以获得有用的结果。如本专利技术的一个实施例所实现的，如果所有测量频率都可以同时或几乎同时被采样，则这会改善结果的质量，并且缩短对于所测量和导出的特性达到高精度的时间，例如，该特性可以是油、水和气体流中的水的盐度、含气率(GasVoidFraction，GVF)、或者水油比。因此，本专利技术的一方面旨在通过以下方式检测流的介电特性：使用IQ转换器将来自诸如PLL之类的高频发生器的高频范围信号，与来自诸如DAC(或DDS)的频率合成器或者来自用于从单个固定的时基或振荡器生成任意范围的频率的类似的电子电路的易于操纵的低频信号进行组合，以生成易于操作的高频范围信号。高频信号来自PLL(用于多相流量计的频率高达几GHz)，但是由于该高频信号难以操纵，因此提供了一个来自DAC的低频信号，以使用IQ调制器来操纵该高频信号。附图说明下面将参考以示例的方式示出本专利技术的附图来更详细地描述本专利技术。图1a至图1h示出了根据本专利技术使用的IQ调制器的细节。图2a示出了本专利技术的第一实施例。图2b示出了IQ解调器的示例。图3a、图3b示出了本专利技术的替代实施例。图4示出了要监视的包括谐振器的测量系统。具体实施方式如图1a至图1h所示，IQ调制器基于混频信号。图1a显示了标准倍频器M，其中两个正弦信号I、LOi混频在一起将使用两个信号之和以及两个信号之差形成由下式给出的两个新信号I·LOi：在图1b中示出了幅度与频率的关系，从频谱图中可以看出，频率之和ω1+ω2的幅度为负幅度，频率之差ω1-ω2的幅度为正幅度。如果信号I和LOi两者都偏移了90度(sin+90度为cos)，则会变为如图1c和图1d所示的情况，其中Q和LOq混频在一起，使频率之和ω1+ω2变为正值。因此，如图1d所示。由于IQ调制器的目标是混频两个信号并获得具有单个频率的信号，因此将上述电路进行组合，并添加加法器S。倍频器M和加法器S两者都是基本的电子器件，在此不再赘述。图1e示出了混频器的基本示意图，其中I信号和Q信号分别与LOi信号和LOq信号混频，然后将这些混频器的输出相加，得到和Q·LOq+I·LOi。该操作的结果可以表示为：并且可以在图1f中看到两个向量表示。频率分量之一被抵消，并且输出信号由等于输入信号频率差的单个频率ω1-ω2构成。例如，该原理广泛应用于通信系统中，在大多数系统中，I信号和Q信号是低频信号，而LOi和LOq则处于更高的频率。并且，I信号和Q信号是复合信号(多相和多频)，LOi和LOq是单频载波信号。如果I和Q具有多个频率，则每个频率都需要偏移90度。由于在大多数应用中，I信号和Q信号是具有不同相位和频率的复合信号，因此它们是由DAC(多个)与处理单元(例如数字信号处理器(DigitalSignalProcessor，DSP))组合生成的。假设DAC(多个)是同步的(使用单个时钟)，则处理器可以计算I信号和对于I信号中的所有不同频率的相应的90度移位的Q信号。从一个LO信号生成LOi信号和LOq信号(要分别与I信号和Q信号混频)可以以不同的方式进行，其中图1g示出了RC滤波器的使用。如果这两个R和C是匹配的，则这两个信号将具有恰好90度的相位差，但是幅度将有所不同，这可以通过将LOi和LOq两者都经过比较器运行并生成具有设定幅度的方波的方式来恢复。图1h示出了使用分频器生成LOi信号和LOq信号的另一种方法。当这两个信号均用于触发分频器时，以两倍于所需频率f的频率开始并且将其反相会导致90度相移。在大多数应用中，起始点是一个差分LO信号和两个相同的分频器，在两个分频器上交叉连接LO信号的正负部分可实现精确的90度相移。图2a示出了基于与图1e和图1h相关的讨论的IQ调制器设置。所示实施例包括：PLL，优选地，该PLL能覆盖一宽频率范围；IQ调制器和两个数模转换器(DigitaltoAnalogConverter，DAC)IDAC、QDAC。在所示的实施例中，如图1h所示，对来自PLL的信号进行分频，以便为IQ调制器产生两个LO输入LOi、LOq。图2a中的PLL可以提供从几兆赫兹到几千兆赫兹的宽范围内的频率，但是该频率不能立即改变(通常为1μs才能建立新的频率)，并且PLL不能用于产生多调谐。但是，DAC(多个)产生的低频信号通常在几百千赫兹到几十兆赫兹之间(受IQ解调器中ADC(多个)的时钟频率的限制，例如30MHz)。使用这两个DAC的优势本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种测量系统，用于测量管道中多相流体流的介电特性，所述系统包括：微波信号发生器，所述微波信号发生器连接到所述多相流体流，并用于将预定频率范围内的信号发射到所述流中；信号接收器，所述信号接收器适用于从所述流中接收所述范围内的信号；以及分析装置，所述分析装置用于基于所发射的信号和所接收的信号计算所述介电特性，其中，所述信号发生器包括：IQ调制器，所述IQ调制器与高频振荡器和低频合成器相耦接，/n所述高频振荡器产生高频信号f

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170328 NO 201705031.一种测量系统，用于测量管道中多相流体流的介电特性，所述系统包括：微波信号发生器，所述微波信号发生器连接到所述多相流体流，并用于将预定频率范围内的信号发射到所述流中；信号接收器，所述信号接收器适用于从所述流中接收所述范围内的信号；以及分析装置，所述分析装置用于基于所发射的信号和所接收的信号计算所述介电特性，其中，所述信号发生器包括：IQ调制器，所述IQ调制器与高频振荡器和低频合成器相耦接，
所述高频振荡器产生高频信号fLO，
所述低频合成器适用于在选定频率范围内的多个频率处产生信号fRF，所述IQ调制器适用于产生由来自所述振荡器的信号和来自所述合成器的信号的组合构成的输出信号IQ输出，所述振荡器的预定频率和所述合成器的预定频率基于所述IQ调制器所需的输出频率范围来选择。


2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述频率合成器同时发射至少两个不同频率的信号，所述IQ调制器的输出通过对所述高频信号和来自第二振荡器的信号混频而构成。


3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述频率合成器所述范围内的不同频率的序列。


4.根据权利要求3所述的系统，其中，所述序列构成在预定频...

【专利技术属性】
技术研发人员：约恩·斯维乌斯，
申请(专利权)人：朗盛流量测量公司，
类型：发明
国别省市：挪威;NO