CN103015980A - 一种次声波发射与接收的动液面仪及其方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于测量油井动液面深度的具有次声波发射与接收功能的动液面仪，它包括单片机模块、用于实现电信号转换为次声波的电/声转换模块、用于发射次声波的次声波发射模块、用于将次声波转换为电信号的声/电转换模块、次声波接收模块、与单片机模块相连接的液晶显示模块；所述电/声转换模块一端与单片机模块相连，另一端与次声波发射模块相连；所述声/电转换模块一端与单片机模块相连接，另一端与次声波接收模块相连。本发明的优点：采用单片机技术控制次声波的频率与能量，能够准确测量地下3000米以内的动液面深度。

Description

一种次声波发射与接收的动液面仪及其方法
技术领域
本发明主要涉及石油开采技术领域与自动化设备领域，特指一种具有次声波发射与接收功能的动液面仪及其方法。
背景技术
动液面是油田开发动态分析中常用的一种重要资料，在油田的采油过程中，急需准确测量油井中的液面高度，进而实时连续监控油井液位，防止冒井，降低耗能。
现有技术中，动液面测试的方法为子弹***回声测量：即利用子弹***在井口产生声波，声波遇到液面反射至井口，通过记录声波反射时间及速度来计算液面深度。子弹***回声测量虽然能够实现油井中动液面的深度测量，但也存在如下缺陷：采用子弹***生成的声波频带很宽，包括次声波、声波和超声波，整个声音在传播的过程中，波包易发散，能量耗散严重，这为接收反射回声准确计时带来了麻烦；采用子弹***，每次测量都需要***一次，即增加了生产成本，又对周围的环境造成一定的污染；采用子弹***产生的高低频声波混杂，为DSP滤波技术带来了较大的困难。
发明内容
本发明的目的是：针对现有技术的不足，提供一种具有次声波发射与接收功能的动液面仪及其方法。
本发明的技术方案是：一种次声波发射与接收的动液面仪，它包括单片机模块、用于实现电信号转换为次声波的电/声转换模块、用于发射次声波的次声波发射模块、用于将次声波转换为电信号的声/电转换模块、次声波接收模块、与单片机模块相连接的液晶显示模块；所述电/声转换模块一端与单片机模块相连，另一端与次声波发射模块相连；所述声/电转换模块一端与单片机模块相连接，另一端与次声波接收模块相连。
所述单片机模块能够由内部程序控制并发射次声波的频率，实现                                                
Figure 2012105288336100002DEST_PATH_IMAGE001
的频率范围；所述单片机模块能够快速分析与计算次声波的发射时间与接收时间。
所述电/声转换模块能够电压信号的发大、电压信号转换为机械波、能够把频率在次声波范围的机械波的功率进行放大，实现18分贝的稳定声压。
所述次声波发射模块的扬声器采用陶瓷扬声器。
所述电/声转换模块能够将接收到的次声波分贝数转换为电压信号，并实现分贝数滤波。
所述次声波接收模块的传感器采用高精度次声波传感器，对声压的测量范围为5－30分贝。
所述液晶显示模块能够显示发射次声波的时间、接收到反射次声波的时间、动液面的深度值。
本发明的有效效果是： 本发明采用单片机控制并发射10－20Hz的次声波，克服了波包在传播过程中易发散的问题；本发明采用单片机接收反射回来的次声波，克服了子弹***回声准确计时的困难。 
附图说明
图1是本发明的一种具有次声波发射与接收功能的动液面仪电路结构示意图。
图2是本发明的动液面仪的实施方法流程图。
图中，1－单片机模块；2—第一电/声转换模块；3—次声波发射模块；;4—第二声/电转换模块；5—次声波接收模块。
具体实施方式
以下将结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。
参见图1所示，一种次声波发射与接收的动液面仪，它包括单片机模块1、用于实现电信号转换为次声波的第一电/声转换模块2、用于发射次声波的次声波发射模块3、用于将次声波转换为电信号的第二声/电转换模块4、次声波接收模块5、与单片机模块1相连接的液晶显示模块6；所述第一电/声转换模块2一端与单片机模块1相连，另一端与次声波发射模块3相连；所述第二声/电转换模块4一端与单片机模块1相连接，另一端与次声波接收模块5相连。
所述单片机模块1能够由内部程序控制并发射次声波的频率，实现
Figure 111431DEST_PATH_IMAGE001
的频率范围；所述单片机模块1能够快速分析与计算次声波的发射时间与接收时间；
所述第一电/声转换模块2能够电压信号的发大、电压信号转换为机械波、能够把频率在次声波范围的机械波的功率进行放大，实现18分贝的稳定声压。
所述次声波发射模块3的扬声器采用陶瓷扬声器。
所述第二电/声转换模块4能够将接收到的次声波分贝数转换为电压信号，并实现分贝数滤波。
所述次声波接收模块5的传感器采用高精度次声波传感器，对声压的测量范围为5－30分贝。
所述液晶显示模块6能够显示发射次声波的时间、接收到反射次声波的时间、动液面的深度值。
如图2所示，本发明的动液面仪的实施方法流程图。下面详细说明实施动液面深度测量的步骤。
步骤一：由单片机模块1内部的程序控制并发出电压为5V、频率为15Hz的矩形方波，矩形方波经过电/声转换模块2转化为声压分贝数为18的次声波，然后经过次声波发射模块3用陶瓷扬声器对对着油井发射次声波。
步骤二：由于次声波频率地，能量耗散低，大部分的次声波皆向下传播，直至遇到油井中的液面；次声波向下传播直至遇到油井中的液面，然后经过液面发射次声波，次声波由油井向上传播；反射回来的次声波由次声波接收模块5接收，并经过声/电转换模块4进入单片机模块1。
步骤三：单片机模块1根据发射次声波的时刻与接收到反射回来次声波的时刻，计算出次声波的旅行时
Figure 870626DEST_PATH_IMAGE004
。
步骤四：单片机模块1利用波速
Figure DEST_PATH_IMAGE005
与次声波旅行时，计算出动液面的深度
Figure DEST_PATH_IMAGE007
。
步骤五：将计算得到的动液面的深度值
Figure 641059DEST_PATH_IMAGE008
在液晶显示模块6上显示出来。

Claims (7)

1.一种次声波发射与接收的动液面仪，其特征在于：它包括单片机模块（1）、电/声转换模块（2）、次声波发射模块（3）、声/电转换模块（4）、次声波接收模块（5）和液晶显示模块（6）；电/声转换模块（2）将电信号转换为次声波，次声波发射模块（3）发射次声波，声/电转换模块（4）将次声波转换为电信号，次声波接收模块（5）接收次声波；所述液晶显示模块（6）与单片机模块（1）连接；所述电/声转换模块（2）一端与单片机模块（1）相连，另一端与次声波发射模块（3）相连；所述声/电转换模块（4）一端与单片机模块（1）相连接，另一端与次声波接收模块（5）相连。
2.根据权利要求1所述的一种次声波发射与接收的动液面仪，其特征在于：所述单片机模块（1）的内部程序控制电/声转换模块（2）并发射次声波的频率，                                                
Figure 2012105288336100001DEST_PATH_IMAGE002
的频率范围为
Figure 385113DEST_PATH_IMAGE002
；所述单片机模块（1）的内部程序分析与计算次声波的发射时间与接收时间。
3.根据权利要求1所述的一种次声波发射与接收的动液面仪，其特征在于：所述电/声转换模块（2）将电压信号的发大、电压信号转换为机械波，把频率在次声波范围的机械波的功率进行放大为18分贝的稳定声压。
4.根据权利要求1所述的一种次声波发射与接收的动液面仪，其特征在于：所述次声波发射模块（3）的扬声器采用陶瓷扬声器。
5.根据权利要求1所述的一种次声波发射与接收的动液面仪，其特征在于：所述声/电转换模块（4）将接收到的次声波分贝数转换为电压信号，并进行分贝数滤波。
6.根据权利要求1所述的一种次声波发射与接收的动液面仪，其特征在于：所述次声波接收模块（5）的传感器采用高精度次声波传感器，对声压的测量范围为5－30分贝。
7.实施权利要求1所述的一种次声波发射与接收的动液面仪的方法，其特征在于：具体步骤为： 
步骤一：由单片机模块（1）内部的程序控制并发出电压为5V、频率为15Hz的矩形方波，矩形方波经过电/声转换模块（2）转化为声压分贝数为18的次声波，然后经过次声波发射模块（3）对着油井发射次声波；
步骤二：次声波向下传播直至遇到油井中的液面，然后经过液面发射次声波，次声波由油井向上传播；反射回来的次声波由次声波接收模块（5）接收，并经过声/电转换模块（4）进入单片机模块（1）；
步骤三：单片机模块（1）根据发射次声波的时刻
Figure 2012105288336100001DEST_PATH_IMAGE004
与接收到反射回来次声波的时刻，计算出次声波的旅行时
Figure 2012105288336100001DEST_PATH_IMAGE008
；
步骤四：单片机模块（1）利用波速与次声波旅行时
Figure 2012105288336100001DEST_PATH_IMAGE012
，计算出动液面的深度
Figure 2012105288336100001DEST_PATH_IMAGE014
；
步骤五：将计算得到的动液面的深度值
Figure 2012105288336100001DEST_PATH_IMAGE016
在液晶显示模块（6）上显示出来。
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