[发明专利]井口气液两相流量计量方法及装置

权利要求书

1.一种井口气液两相流量计量方法及装置，其特征是：将2套或者更多若干套具有双向收发功能于一体的超声波换换能器收发装置安装在气液两相流管道壁两侧；超声波换能器分别向气液两相流中发射超声波脉冲，经过两相流由接收端接收，通过计时器计算时间同时采集包络信号；上游测量完成后反向再一次测量，即下游发射，上游端计算时间且收集包络信号；通过AD采集收集的超声波包络信号经过转换成包络信号数据流，对上、下游不同的超声波信号数据流进行数据处理，通过基于傅里叶变换离散形式变换的互相关算法，计算上、下游时间差，与通过计时器比较的时间差进行验证与补偿，得出可靠的时间差值；通过液位传感器与温度传感器的测量值，单片机通过查询的方式给出相应的超声波速度值，最后计算出气液两相流中气相、液相的瞬时流量。

2.根据权利要求1所述的一种井口气液两相流量计量方法及装置，其特征在于，所述2套或更多若干套超声波换能器，均具有双向收发功能；用于测量气相的超声波换能器需要连接滤波放大器，安装在气液两相流管道壁两侧上边缘处，与管内流体流向存在一定夹角，超声波脉冲频率优先选择在200kHz以上，500kHz以下，但不局限于此频率；用于测量液相的超声波换能器安装在气液两相流管道壁两侧下边缘处，与管内流体流向存在一定夹角，超声波脉冲频率优先选择在1MHz以上，2MHz以下，但不局限于此频率。

3.根据权利要求1所述的一种井口气液两相流量计量方法及装置，其特征在于，所述气液两相管道在使用过程中，管道水平安装，且流入管道内的流体较为稳定，气液两相流管道入口处安装有整流装置，用于对井口采集的流体进行整流，能够达到气体和液体明显分层的效果；在管道后半部，即超声波换能器后面，管道中间分别装有液位传感器和温度传感器，用于实时测量液面高度和管道内温度。

4.根据权利要求1所述的一种井口气液两相流量计量方法及装置，其特征在于，所述定时测量时间差，当超声波脉冲发射的瞬间，触发单片机内两个定时器，开始计时；当2对换能器接收端接收到超声波包络信号时，后面连接的阈值比较电路，通过预设的阈值比较后输出方波信号返回给单片机给定时器中断，并停止计时，单片机存储时间值后开始下一次定时器计时。

5.根据权利要求1所述的一种井口气液两相流量计量方法及装置，其特征在于，所述阈值比较电路包括运算放大器OP、滑动变阻器R，运算放大器OP的正极输入端接超声波包络信号，负极输入端接滑动变阻器滑动端，滑动变阻器R的两固定端分别接单片机工作电压Vcc和地Vss，运算放大器OP输出端接单片机定时器中断管脚，滑动变阻器R的取值范围应满足：

R＞V_cc/U_in

其中，Uin为包络信号峰值电压一半的电压值。

6.根据权利要求1所述的一种井口气液两相流量计量方法及装置，其特征在于，所述互相关算法测量时间差，由于上、下游超声波包包络信号在流体中传播存在一定时间差，通过采集上、下游超声波脉冲信号，将信号数据流带入基于离散傅里叶变换的互相关算法中进行匹配计算，当相关值达到最大时认为波形匹配度最高，根据两波形此时的采样点与采样频率，即可计算出时间差；互相关算法及时间差计算公式如下：

Δt=Nj*f]]>

其中，系统在采样频率为f的情况下，互相关函数在点N处取得最大值，R_xy为相关函数值，该值越大，相关性越强；N为采样点数，x()是预存包络信号数据流，y()是AD转换得到的包络信号数据流，Δ为抽样时间间隔，Δt为时间差。