[发明专利]一种利用光声效应检测开放环境流体组分的方法

说明书

所属技术领域

本发明涉及一种利用光声效应检测开放环境流体的技术，属于光电和检测技术领域，尤其突出利用光声效应实现井下开放环境流体组分的实时检测的方法。

背景技术

当物质受到光照射时，物质因吸收光能而受激发，然后通过非辐射消除激发的过程使吸收的光能(全部或部分)转变为热。如果照射的光束经过周期性的强度调制或者采用脉冲光束照射，则在物质内产生周期性的温度变化，使这部分物质及其邻近媒质热胀冷缩而产生应力(或压力)的周期性变化，因而产生声信号，用声传感器(声换能器)可以接收这种光声信号，并转换成电信号，通过对接收信号的分析，可以准确的分析出样品的组分和特性。

现有的光声检测仪器一般采用光源、声光池、信号传输和分析单元封闭在一个壳体内的技术结构，与环境的兼容性较差，无法实现开放环境的远程监测分析。

发明内容

本实用发明的目的：提供一种可以在远程开放环境中实现对样品的光照产生光声效应，通过远程信号采集、传输或者利用声波的传输特性近程信号采集，进而再对声波、电波信号进行分析，准确、实时检测出开放环境流体组分、特性。

本实用发明解决其技术问题所采用的技术方案是：在需要检测的样品区域设置电源和经过调制的光源，实现对现场样品的照射，或者通过光纤将经过调制的光源引导到需要检测样品的现场，实现对样品的光照射；在需要检测的样品区域设置光声池，在现场实现声波的采集或者将现场环境虚拟成开放光声池；声传感器可以使用压电陶瓷、麦克风、驻极体、薄膜传感器，也可以采用光纤、光纤光栅传感器；传输可以用光纤、波导管、同轴电缆传输信号；采用无线传输方案时，可以利用环境介质(如井下、河流的液体介质)或者管道、管壁(如油井的油管、套管，水井的水管)；处理分析单元通过对接收到的波形、频谱信号进行分析、比对得出现场被测样品的组分，如石油、液化气的准确含量。

本发明的优点和积极效果是：采用本发明的技术方法制作、安装的检测系统可以实现远程和特殊环境条件下液体、气体样品的实时监测，可以应用在油气、水井的井下，河流、湖泊，化学反应釜、罐等环境条件下的样品检测、监测。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是光纤传光光声检测系统结构图。

图2是无线井下光声检测系统结构图。

图3是独立光声池结构图。

图4是油气井井下开放光声池结构图。

图中，①是光源单元，可以包括光源、强度调制、频率调制等装置，光源可以是激光或者普通光，连续光或者脉冲光；②是光传输单元，一般采用光纤；③是光声池，可以是独立光声池或者是利用现场环境的开放光声池；④是信号传输单元，当选用光纤或者光纤光栅做声传感器时优选光纤传输结构，当选择声电转换传感器时优选同轴电缆传输结构，当选用声拾取扩大传感器时优选波导管或者利用管道、样品介质做传输信道；⑤是分析处理单元，可以包括示波、解调、分析处理、计算机等装置，对接收到的信号进行分析处理、存储等；⑥是声传感器(声换能器)，当采用声波导传输时，可以选用扩音器等声拾取、放大器件；⑦是受测样品；⑧是光窗；⑨是与外界导通的进出样品口；⑩是油管；是套管。

具体实施方式

在图1中，①是光源单元，可以包括光源、强度调制、频率调制等装置，光源可以是激光或者普通光，连续光或者脉冲光；其作用是为激发样品产生所需要的频谱、波形的光声效应提供能量光源。②是光传输光纤，其作用是把光传输到样品检测区域，实现在现场对样品的照射。③是光声池，可以是独立光声池或者是利用现场环境的开放光声池；其作用是使受测样品产生光声效应，利用声传感器(换能器、扩音器)拾取声波。④是信号传输单元，其作用是将传感器拾取的信号传输给分析处理单元，当采用光纤、光纤光栅作传感器时，优选利用光传输光纤或者做传输线路，当采用声拾取、扩音器作传感器时，优选光缆金属护套作波导传输线路。⑤是分析处理单元，负责对反映样品特性、组分的声波、电波进行分析处理和存储。

在图2中，光源单元①增加了供电模块，被安置在样品检测现场通过光声池对样品进行照射，光声池③拾取信号，信号传输单元④采用有线或者无线信道负责信号传输，分析处理单元⑤对反映样品特性、组分的声波、电波进行分析处理和存储。

实施例1