[发明专利]一种井下流体流量测量方法及流量测量仪

权利要求书

1.一种井下流体流量测量仪，其特征在于，包括：传感光源模块、光纤环行器、光纤传感结构和信号处理模块，所述光纤环行器一端与传感光源模块连接，剩下两端的一端与所述光纤传感结构连接，另一端与信号处理模块连接。

所述光纤传感结构包括传感光纤、金属外壳、光学玻璃窗、光纤探头，所述光学玻璃窗设置于金属外壳上；所述光纤探头输出端设置于光学玻璃窗处，光纤探头的输入端连接传感光纤；所述金属外壳内部设置填充物用于固定内部传感光纤和光纤探头。

所述信号处理模块包括光电探测模块、频谱分析模块和嵌入式计算机模块。

2.根据权利要求1所述的井下流体流量测量仪，其特征在于：所述光纤传感结构中的光纤探头将产生两束光，一束光由其端面反射回传感光纤中，一束光由流体后向散射产生并耦合到传感光纤中，两束光干涉后获得流体速度调制的光波频率变化信息，进而获得流量信息。

3.根据权利要求1所述的井下流体流量测量仪，其特征在于：所述金属外壳采用全不锈钢结，以便于在恶劣工作环境条件下保护光纤传感结构能正常使用。

4.根据权利要求1所述的井下流体流量测量仪，其特征在于：所述光学玻璃窗采用蓝宝石窗口，便于光纤探头输出的光波能够入射到流体上和流体产生的向后散射光返回到光纤探头，并在高温高压的恶劣工作环境条件下光纤传感结构能正常工作。

5.根据权利要求1所述的井下流体流量测量仪，其特征在于：所述光纤探头采用自聚焦透镜，其端面镀有一定反射率的反射膜；光纤探头一方面将所述传感光纤中传输的光波以一定反射率反射回去，形成反射光束一，另一方面则将剩余部分光波入射到流体上，并将流体产生的后向散射光耦合回所述传感光纤中传输，形成反射光束二，其中反射光束一和反射光束二在传感光纤中产生干涉。通过对干涉信号的分析可获得流体速度调制的光波频率变化信息，进而获得流体流量。

6.一种井下流体流量测量方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤1：将光纤传感结构置于被测流体中，让传感光源发射一定功率的光波，经过所述传感光纤，一部分光波在光纤探头的端面反射回传感光纤中，另一部分则通过光纤探头入射到被测流体上；

步骤2：被测流体分子或流体中的微粒与入射光波产生作用，将入射光波向各个方向散射；由于光波入射方向与粒子的运动方向呈一个θ角，根据相对论原理和光速不变原理，粒子产生的散射光与原光波频率相比有一个频移量f_D；

步骤3：其中一部分散射光再次通过光纤探头回到传感光纤中，并与前述光纤探头端面的反射光波形成干涉，

步骤4：干涉光通过一个环形器入射到光电探测器上，由光电探测器转换为电信号，通过频谱分析模块获得频移量f_D；

步骤5：根据公式计算出流体的速度。其中ν为所测流体的速度，θ为入射光与流体运动方向的夹角，λ为所使用传感光源的波长；

步骤6：利用公式Q＝ν·t·S即可计算得出流体流量，其中，Q表示流体的流量，t表示测量的时间，S表示被测流体输运管道的横截面积。