[发明专利]流测量系统

说明书

本发明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_LO，以及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f_RF，所述IQ调制器适用于产生由来自所述振荡器的信号和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。

技术领域

本发明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。

背景技术

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。本发明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。

发明内容

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，本发明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。如本发明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。如本发明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(Gas Void Fraction，GVF)、或者水油比。

因此，本发明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