一种基于光纤矢量水听器的流速测量系统及测量方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于光纤矢量水听器的流速测量系统及测量方法，系统包括：光发射模块，用于获取光源信号并进行调制和转换为脉冲光信号，通过光传输模块传输给矢量感知模块；用于传输光信号的光传输模块；矢量感知模块，包括若干组测量单元，每组测量单元包括位置间隔为d的2个光纤矢量水听器，且每个光纤矢量水听器均用于探测微弱的三相流流动噪声信号；信号处理模块，用于解调干涉光信号得到三相流流动噪声信号，并采用相关法对来自同一组测量单元的2个三相流流动噪声信号计算时延，然后利用时延和位置间隔计算流体速度，最终综合所有测量单元得到的流体速度得以待测流体的流体速度。本发明专利技术的流速测量灵敏度和精度高。

【技术实现步骤摘要】
一种基于光纤矢量水听器的流速测量系统及测量方法
本专利技术涉及流体测量
，尤其涉及一种基于光纤矢量水听器的流速测量系统及测量方法。
技术介绍
在石油开采之前，首要工作包括测井，通过测井来获得各种石油地质及工程技术资料，包括油源的位置、方向，以及油气水混合相的流动特性与各相的组分含量，从而准确获得石油的产量。因此，对油气水混合相的流速测量成为石油开采的重要工作之一。现有技术中的多相测量技术，对气液两相主要有以下几种方法：1、分离法，包括完全分离和部分分离。完全分离，是指将气液两相流通过分离器分相后，再分别再用单相流量仪表分别进行测量，这种完全分离方法的测量过程复杂，而且不够经济实惠；而部分分离法所分离出的流体、气液比率，液态等量都是无法确定的。2、直接测量法，包括压差式、速度式、容积式、质量式等测量方法，但这些方法不利于测量微弱的三相流噪声，导致测量流体流速测量精度低。因此，有必要提出一种新的流速测量系统及测量方法。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于，提供一种基于光纤矢量水听器的流速测量系统及测量方法，提高流速测量的精度和灵敏度。为实现上述技术目的，本专利技术采用如下技术方案：一种基于光纤矢量水听器的流速测量系统，包括：光发射模块、光传输模块、矢量感知模块、信号处理模块；所述光发射模块，用于获取光源信号并对光源信号进行调制，并将调制得到的光信号转换为脉冲光信号，然后通过所述光传输模块传输给所述矢量感知模块；所述矢量感知模块，包括至少一组测量单元，每组测量单元包括位置间隔为d的2个光纤矢量水听器；每个光纤矢量水听器，均用于感知三相流流动噪声信号，并将加载有三相流流动噪声信号的脉冲光信号通过所述光传输模块传输给所述信号处理模块；所述信号处理模块，用于对加载有三相流流动噪声信号的脉冲光信号进行解调获取三相流流动噪声信号，并采用相关法对来自同一组测量单元的2个三相流流动噪声信号计算三相流流动噪声信号时延t，然后利用三相流流动噪声信号时延t和位置间隔d，计算测量单元所在方向的流体速度，最终综合所有测量单元所在方向的流体速度作为矢量感知模块所在位置的流体速度。进一步地，所述矢量感知模块包括8个光纤矢量水听器，所述8个光纤矢量水听器分别设置于边长为d的立方体顶点处，设置于正方体的每条棱两端的2个光纤矢量水听器均构成一组测量单元，共得到12组测量单元。进一步地，所述矢量感知模块中的每个光纤矢量水听器的3个坐标轴分别与过立方体顶点的三条棱的方向一致；矢量感知模块所在位置的流体速度的计算方法为：针对每个坐标轴方向，均计算在该方向的4个测量单元的流体速度均值，得到流体在3个坐标轴方向的流体速度；再求3个坐标轴方向的流体速度的矢量和，即得到矢量感知模块所在位置的流体速度。进一步地，所述数据处理模块采用FPGA芯片，通过FPGA编程技术实现。进一步地，还包括终端模块，所述终端模块设置有与流速待测流体相匹配的数学模型，所述终端模块用于将所有测量单元所在位置的流体流速表示在所述数学模型上以进行显示。进一步地，所述光发射模块和信号处理模块集成一同一个光信号预处理机内，所述光信号预处理机与所述光传输模块之间采用光航插进行连接；所述矢量感知模块与所述光传输模块之间的连接方式为熔接。本专利技术还提供一种基于光纤矢量水听器的流速测量方法，包括以下步骤：步骤1，光发射模块获取光源信号并对光源信号进行调制，并将调制得到的光信号转换为脉冲光信号，然后通过所述光传输模块传输给矢量感知模块；其中，所述矢量感知模块，包括至少一组测量单元，每组测量单元包括位置间隔为d的2个光纤矢量水听器；步骤2，每个光纤矢量水听器均感知所在位置的三相流流动噪声信号，即是将三相流流动噪声信号加载到脉冲光信号得中，然后将加载有三相流流动噪声信号的脉冲光信号通过光传输模块传输给信号处理模块；步骤3，信号处理模块对接收到的加载有三相流流动噪声信号的脉冲光信号进行解调得到三相流流动噪声信号，并采用相关法对来自同一组测量单元的2个三相流流动噪声信号计算三相流流动噪声信号时延t，然后利用三相流流动噪声信号时延t和位置间隔d，计算测量单元所在方向的流体速度，最终综合所有测量单元所在方向的流体速度作为矢量感知模块所在位置的流体速度。进一步地，所述矢量感知模块包括8个光纤矢量水听器，所述8个光纤矢量水听器分别设置于边长为d的立方体顶点处，设置于正方体的每条棱两端的2个光纤矢量水听器均构成一组测量单元，共得到12组测量单元。进一步地，所述矢量感知模块中的每个光纤矢量水听器的3个坐标轴分别与过立方体顶点的三条棱的方向一致；矢量感知模块所在位置的流体速度的计算方法为：针对每个坐标轴方向，均计算在该方向的4个测量单元的流体速度均值，得到流体在3个坐标轴方向的流体速度；再求3个坐标轴方向的流体速度的矢量和，即得到矢量感知模块所在位置的流体速度。进一步地，所述方法还包括：终端模块建立流速待测流体的数学模型；且在步骤3之后还包括：步骤4，终端模块将所有测量单元所在位置的流体流速表示在所述数学模型上以进行显示。有益效果本专利技术的技术效果为：1、采用光纤矢量水听器测量光声场信号，并采用互相关技术、利用一组2个光纤矢量水听器得到的光声场信号求解两个光纤矢量水听器之间的时延，再利用该时延和间隔即可计算得到流体流速，该流速测量系统及方法的灵敏度和精度都得到提高；2、通过立方体的方式设置8个光纤矢量水听器，组成12组测量单元，综合得到的流体流速更精准；3、所有测量单元所在位置的流体流速表示在所述数学模型上以进行显示，从而可以通过终端界面更直观、立体地显示流体流速的空间分布情况。附图说明图1为本专利技术实施例所述系统的框架图；图2为本专利技术实施例所述系统的矢量水听器的布放图。具体实施方式下面对本专利技术的实施例作详细说明，本实施例以本专利技术的技术方案为依据开展，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，对本专利技术的技术方案作进一步解释说明。本实施例提供一种基于光纤矢量水听器的流速测量系统，如图1所示，包括：光发射模块、光传输模块、矢量感知模块、信号处理模块、终端模块；所述光发射模块和信号处理模块集成一同一个光信号预处理机内，所述光信号预处理机与所述光传输模块之间采用光航插进行连接；所述矢量感知模块与所述光传输模块之间的连接方式为熔接。所述光发射模块，用于获取光源信号并对光源信号进行调制，并将调制得到的光信号转换为脉冲光信号，然后通过所述光传输模块传输给所述矢量感知模块。在该光发射模块，从光源获取光源信号，然后使用载波信号对光源信号进行调制，再经过声光调制器形成周期脉冲光信号，以达到时分复用的效果，再使用分束器将脉冲光分成几束以达到空分复用的效果。此处要求对光源信号进行时分复用和空分复用处理，是根据矢量感知模块中的光纤矢量水听本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于光纤矢量水听器的流速测量系统，其特征在于，包括：光发射模块、光传输模块、矢量感知模块、信号处理模块；/n所述光发射模块，用于获取光源信号并对光源信号进行调制，并将调制得到的光信号转换为脉冲光信号，然后通过所述光传输模块传输给所述矢量感知模块；/n所述矢量感知模块，包括至少一组测量单元，每组测量单元包括位置间隔为d的2个光纤矢量水听器；每个光纤矢量水听器，均用于感知三相流流动噪声信号，并将加载有三相流流动噪声信号的脉冲光信号通过所述光传输模块传输给所述信号处理模块；/n所述信号处理模块，用于对加载有三相流流动噪声信号的脉冲光信号进行解调获取三相流流动噪声信号，并采用相关法对来自同一组测量单元的2个三相流流动噪声信号计算三相流流动噪声信号时延t，然后利用三相流流动噪声信号时延t和位置间隔d，计算测量单元所在方向的流体速度，最终综合所有测量单元所在方向的流体速度作为矢量感知模块所在位置的流体速度。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于光纤矢量水听器的流速测量系统，其特征在于，包括：光发射模块、光传输模块、矢量感知模块、信号处理模块；
所述光发射模块，用于获取光源信号并对光源信号进行调制，并将调制得到的光信号转换为脉冲光信号，然后通过所述光传输模块传输给所述矢量感知模块；
所述矢量感知模块，包括至少一组测量单元，每组测量单元包括位置间隔为d的2个光纤矢量水听器；每个光纤矢量水听器，均用于感知三相流流动噪声信号，并将加载有三相流流动噪声信号的脉冲光信号通过所述光传输模块传输给所述信号处理模块；
所述信号处理模块，用于对加载有三相流流动噪声信号的脉冲光信号进行解调获取三相流流动噪声信号，并采用相关法对来自同一组测量单元的2个三相流流动噪声信号计算三相流流动噪声信号时延t，然后利用三相流流动噪声信号时延t和位置间隔d，计算测量单元所在方向的流体速度，最终综合所有测量单元所在方向的流体速度作为矢量感知模块所在位置的流体速度。


2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述矢量感知模块包括8个光纤矢量水听器，所述8个光纤矢量水听器分别设置于边长为d的立方体顶点处，设置于正方体的每条棱两端的2个光纤矢量水听器均构成一组测量单元，共得到12组测量单元。


3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述矢量感知模块中的每个光纤矢量水听器的3个坐标轴分别与过立方体顶点的三条棱的方向一致；
矢量感知模块所在位置的流体速度的计算方法为：
针对每个坐标轴方向，均计算在该方向的4个测量单元的流体速度均值，得到流体在3个坐标轴方向的流体速度；再求3个坐标轴方向的流体速度的矢量和，即得到矢量感知模块所在位置的流体速度。


4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述数据处理模块采用FPGA芯片，通过FPGA编程技术实现。


5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括终端模块，所述终端模块设置有与流速待测流体相匹配的数学模型，所述终端模块用于将所有测量单元所在位置的流体流速表示在所述数学模型上以进行显示。


6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述光发射模块和...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐余强，任伟，陶令，
申请(专利权)人：湖南长城海盾光纤科技有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南;43