阅读说明：本技术 一种超声波多勒普管道流速测量装置 (Ultrasonic wave doppler flow velocity measurement device for pipeline ) 是由 周艳萍 张永强 曹泽博 刘康 李鹏 于 2019-11-15 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种超声波多勒普管道流速测量装置,包括多普勒频移信号接收处理模块,多普勒频移信号接收处理模块接收接收换能器的超声波信号,经零点波形调整电路发送至处理器进行数字信号处理后获得频移量,通过发射电路经发射换能器将超声波发送至接收换能器。本发明能够快捷、准确的测出石油在管道中的流速,以便在垂直管流中,调整液体流行,提高产液率,在水平管流中调整到经济流速,提高输油效率。(The invention discloses an ultrasonic Doppler's pipeline flow velocity measuring device, which comprises a Doppler frequency shift signal receiving and processing module, wherein the Doppler frequency shift signal receiving and processing module receives ultrasonic signals of a receiving transducer, the ultrasonic signals are sent to a processor through a zero waveform adjusting circuit to be processed by digital signals to obtain frequency shift quantity, and the ultrasonic waves are sent to the receiving transducer through a transmitting circuit. The invention can quickly and accurately measure the flow velocity of petroleum in the pipeline, so as to adjust the liquid flow in the vertical pipe flow, improve the liquid yield, adjust the economic flow velocity in the horizontal pipe flow and improve the oil transportation efficiency.)

一种超声波多勒普管道流速测量装置

技术领域

本发明属于石油工程管道运输技术领域，具体涉及一种超声波多勒普管道流速测量装置。

背景技术

随着石油行业的高速发展，油田的开发和生产管理逐渐向智能化管理发展，并得到了广泛的推广和应用。利用时差法作为一种传统的测流原理,由于存在安装难度大机械制造精度要求,高和时间截取准确度要求高等因素,造成时差法测流存在一些不确定性。采用电磁流量计虽然不受流体的温度、粘度等及液固成分比影响,但是不能测量气体、蒸汽、及含有大量气体的液体。针对时差法和电磁流量计,所出现的问题,运用波多普勒效应,即油层与流速仪存在相对运动时,声波的反射信号将产生相应的多普勒频偏,同时成功地运用到了石油管道流速测量的算法当中。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种超声波多勒普管道流速测量装置，基于复调制的ZOOMFFT的基本原理，同时成功地运用到了管道流速测量的算法当中，并取得了良好的测试效果。

本发明采用以下技术方案：

一种超声波多勒普管道流速测量装置，包括多普勒频移信号接收处理模块，多普勒频移信号接收处理模块接收接收换能器的超声波信号，经零点波形调整电路发送至处理器进行数字信号处理后获得频移量，通过发射电路经发射换能器将超声波发送至接收换能器。

具体的，多普勒频移信号接收处理模块包括依次连接的LC选频放大电路、高频放大电路、混频器、低通滤波器和放大电路。

具体的，处理器分别连接温度补偿电路和压力采样电路。

具体的，处理器通过通信电路与终端连接。

具体的，处理器采用STM32F407型CPU。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

本发明一种超声波多勒普管道流速测量装置，可以直接放置在石油管道内直接工井下流量控制技术是油田技术不可缺少的重要部分，现有技术中对石油管道流量进行测量时，通常是在石油管道内直接设置流量传感器，通过流量传感器实时检测石油在管内的流速，并将检测到的流速信息发送至控制器，使得控制器将接收到的流速信息通过显示器进行显示，与传统的时差法测流相比，超声波多普勒效应测流具有精度高、实时性好和数据稳定可靠等特点。

进一步的，多普勒频移信号接收模灵敏度高，具有很强的同频抑制能力，抗干扰能力强，具有良好的屏蔽，各种装置环境对模块性能影响较小，温度适应范围广等特点。混频器的输出信号包括高频信号和多普勒频移信号，以及一些信道噪声。为了把高频成分过滤掉，混频器输出信号经过一个LC低通滤波电路，使得多普勒频移信号通过而高频成分被抑制。在实际工程中，为了获得更规范的波形，混频器输出信号经过两次低通滤波电路和两次中频放大电路，有利于后续的数字信号处理。

综上所述，本发明能够快捷、准确的测出石油在管道中的流速，以便在垂直管流中，调整液体流行，提高产液率，在水平管流中调整到经济流速，提高输油效率。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明连接示意图；

图2为压力模块原理框图；

图3为LC选频放大电路图；

图4为高频放大信号电路图；

图5为混频电路图；

图6为低通滤波电路和中频放大电路图。

其中：1.发射换能器；2.发射电路；3.通信电路；4.温度补偿电路；5.压力采样电路；6.过零点波形调整电路；7.处理器；8.接收换能器；9.LC选频放大电路；10.高频放大电路；11.混频器；12.低通滤波器；13.放大电路。

具体实施方式

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

请参阅图1，本发明一种超声波多勒普管道流速测量装置，包括发射换能器1、发射电路2、通信电路3、温度补偿电路4、压力采样电路5、过零点波形调整电路6、处理器7、接收换能器8、LC选频放大电路9、高频放大电路10、混频器11、低通滤波器12和放大电路13。

接收换能器8接收发射换能器1发出的超声波，然后经多普勒频移信号接收处理模块进行信号处理后经过零点波形调整电路6发送至处理器7进行数字信号处理后获得频移量，处理器7分别接收温度补偿电路4和压力采样电路5的数据信息，得出相应的流速、压力和温度等数据进行存储。

发射驱动电路首先STM32产生一固定频率的方波信号，然后经过与非门和运放进行功率放大，最终发射换能器发射信号的峰峰值可达到8V。

由流速公式可知，流速与超声波在介质水中的传播速度有关，而声速受温度影响较大。针对上述问题，设计中加入了温度补偿电路，对声速值进行温度修正，不同的温度值对应不同的声速值，对最后的流速测量结果进行修正来减少误差。压力模块的压力传感器采用扩散硅芯体，即硅压阻式芯体。压力芯体的工作方式采用恒流式激励原理。油层深度的不同造成压力芯体两端的电阻发生变化，然后经适当放大和A /D转换处理并交给单片机，代入预先通过数据拟合得到的压力计算公式即可得到压力值，压力值和油层深度值有一定的转换关系，从而可以得到油层的深度值，为后续流量计算提供数据。

请参阅图2，压力探头经放大电路和A/D转换电路后将采集的信息发送至单片机，完成压力采集处理。

处理器7通过通信电路3与终端连接，流速测量仪通过485通信方式把有效数据回传给上位机。

多普勒频移信号接收处理模块包括依次连接的LC选频放大电路9、高频放大电路10、混频器11、低通滤波器12和放大电路13。

请参阅图3，LC选频放大电路包括三极管Q2，三极管Q2的第一引脚分五路，一路经电阻R37接+5V，第二路经二极管IC1A接+5V，第三路经电阻R38接地，第四路经二极管IC1B接地，第五路经电容C23和接收换能器后接地，+5V经电容C28接地；三极管Q2的第二引脚分四路，第一路经电阻R39接+5V，第二路经可变电容C30接+5V，第三路经电感L6接+5V，第四路接电容C31；三极管Q2的第三引脚分两路，一路经电阻R41接地，另一路依次经电容C29和电阻R42后接地。

请参阅图4，高频放大电路包括三极管Q1，三极管Q1的第一引脚分五路，第一路连接电阻R63的一端，第二路经电阻R64接地，第三路连接二极管IC1A的正极，第四路经二极管IC1B接地，第五路经电容C64和TRD1后接地，电阻R63的另一端、二极管IC1A的负极和电容C30的一端经电阻R65接VSS，电容C30的另一端接地；三极管Q1的第二引脚分三路，一路连接电阻R61的一端，第二路连接电容C63，第三路连接可变电阻，电阻R61的另一端、电容C63和可变电阻的另一端经电阻R65接VSS；三极管Q1的第三引脚分两路，一路静电容C29和电阻R60接地，另一路经电阻R62接地。

请参阅图5和图6，0.545MHz方波经正弦波产生电路后发送至混频器，另计放大组合电路的输出信号经混频器后输出。

本发明的工作过程为：

将超声波多勒普管道流速测量装置安装在管道上，接通电源，打开超声波多勒普管道流速测量装置，系统自动测量管道中流体的流速，将根据压力采样电路和温度补偿电路测得的数据，结合之前实验所拟合得到的压力计算公式和温度计算公式，经过处理器处理，将结果显示到显示屏上。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。