CN117647291B - 一种井下无揽式多声道超声波流量计及使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及超声波流量计技术领域，特别涉及一种井下无揽式多声道超声波流量计及使用方法。其技术方案是：超声波流量计主体的外壁安装保护套筒，接收线圈模块缠绕在超声波流量计主体外壁的上侧，接收线圈模块与蓄电池模块电连接，超声波流量计主体的下侧安装超声波传感器模块，通过超声波传感器模块测量流体的流量；超声波流量计主体的上方设有移动的电能发射线圈模块，可以对蓄电池模块进行充电；单片机模块通过升压电路模块连接到超声波传感器模块，为超声波传感器模块提供高压输出。本发明摆脱了长时间安装有电缆的束缚，在充电完成后可以工作一段时间，没有了传统有缆式流量计对电缆的要求，降低了成本，提高了液体测量的准确度。
Description
技术领域
本发明涉及超声波流量计技术领域，特别涉及一种井下无揽式多声道超声波流量计及使用方法。
背景技术
目前，在石油工业中，用于井下流量测量的流量计包括有涡轮式、涡街式、超声波、电磁式流量计，相较于其他流量计，超声波流量计根据声波的特点，能够通过多种介质传播，如：水、空气、金属等，在其探测时可达到数米远，通过超声波发射出去后进行接收能够获得此次路径通过时间，通过计算穿过时间可以计算出流体流速、管道壁厚等计算数值。由于超声波可传递机械能特性，其拥有不与被测流体接触，精度高、适用于复杂流体、长期稳定性好等优点。
但是，油田井下的流体属于多种流体的混合物，包括原油、水等，超声波流量计在发射出超声波信号后，经过混合流体会产生能量衰减，甚至无法高效穿过井下流体，导致携带流体信号弱，偏离预设流量测量准确性功能。这里需要增加发射能量穿透流体能力，提升能量的同时增加超声波穿过速度。同时由于混合流体的不可预见性，在测量时管道内会夹杂各种噪声对超声波产生干扰，导致所获测信号不能满足测量要求，从而导致误差较大。
超声波在传播过程中输入应用机械能穿过固定距离，如果遇到厚管壁、井下复杂混合流体等就必须增强超声波机械能，进而穿透预设的介质。从根源上讲，需要提升电路输出的功率，进而将电能通过超声波转换器内部压电陶瓷转换为机械能。
由于井下超声波流量计处于井下，一般需要定时或者间隔一段时间进行流量测量，该流量计消耗功率较低，应用蓄电池给流量计供电能够降低成本，也能够摆脱以往一直依靠电缆的束缚。
发明内容
本发明的目的就是针对现有技术存在的上述缺陷，提供一种井下无揽式多声道超声波流量计及使用方法，本发明的流量测量效率高、反应速度快、功率低，能够在充电完成后定期工作一段时间，没有传统有缆式流量计对电缆的要求，能够穿过井下复杂流体；而且通过设计两个测量声道，提高了测量的准确度。
本发明提到的一种井下无揽式多声道超声波流量计，其技术方案是：包括超声波流量计主体，其中，所述超声波流量计主体的外壁安装保护套筒，在超声波流量计主体的外壁与保护套筒之间安装接收线圈模块、单片机模块、蓄电池模块和升压电路模块，所述接收线圈模块缠绕在超声波流量计主体外壁的上侧，且所述接收线圈模块与蓄电池模块电连接，且所述升压电路模块的下侧安装单片机模块，通过蓄电池模块为单片机模块和升压电路模块供电；所述超声波流量计主体的下侧安装一个以上的超声波传感器模块，通过超声波传感器模块测量流体的流量；所述超声波流量计主体的上方设有移动的电能发射线圈模块，通过电能发射线圈模块与接收线圈模块产生谐振，将磁场能量转换为电能，并通过整流电路将感应电流接入到蓄电池模块进行充电；所述单片机模块通过升压电路模块连接到超声波传感器模块，为超声波传感器模块提供高压输出。
优选的，上述的超声波传感器模块设有两组，包括第一超声波探头和第二超声波探头，且每组超声波探头分别包括发射端探头和接收端探头，通过单片机模块控制发射端探头和接收端探头来回切换收发状态，往复循环测量，通过计算超声波通过的路径时间，将路径时间传入单片机模块，根据管径大小来得出流体的流量大小。
优选的，上述的电能发射线圈模块在需要对蓄电池模块充电时，在地面操作电缆，将电缆下端连接的电能发射线圈模块送到井下的超声波流量计主体处，电能发射线圈模块与井下的接收线圈模块产生谐振，将磁场能量转换为电能，并通过整流电路将感应电流接入到蓄电池模块充电。
优选的，上述的升压电路模块采用的变压器的原边与副边匝数比为1:20，所述副边的输出端连接后续倍压电路，能够输出两路高压HI，并将其分别接入第一超声波探头和第二超声波探头。
优选的，上述的后续倍压电路通过上下对称的结构N级基础电路构成，每一个基础电路包括包含第一电容、第二电容、第一级二极管、第二级二极管、第一端口、第二端口、第三端口、第四端口，所述第一电容连接在第一端口和第四端口之间，第二电容连接到第二端口和第三端口之间，第一级二极管的正极接第二端口，第二级二极管的正极接第四端口。
优选的，上述的第一超声波探头和第二超声波探头分别安装在超声波流量计主体的内壁中下侧，且每一组发射端探头和接收端探头与超声波流量计主体分别呈一定角度相对应固定安装。
优选的，上述的第一超声波探头获得一路超声波信号，第二超声波探头获得另一路超声波信号作为噪声信号，通过将第一超声波探头的超声波信号与第二超声波探头的噪声信号拟合后，得到准确的液体流量数据。
本发明提到的井下无揽式多声道超声波流量计的使用方法，包括以下过程：
一、将充满电的井下无揽式多声道超声波流量计送入井下设计位置并固定，单片机模块控制升压电路模块将蓄电池模块的低电压输出高电压给第一超声波探头和第二超声波探头，其中，第一超声波探头和第二超声波探头的发射端探头和接收端探头分别呈一定角度固定在超声波流量计主体内；其中，第一超声波探头的发射端探头和接收端探头获取一路超声波信号，第二超声波探头获得另一路超声波信号作为噪声信号，通过将第一超声波探头的超声波信号与第二超声波探头的噪声信号拟合后，得到准确的液体流量数据；
二、在经过一定次数的测量后，蓄电池模块出现电量不足，当测量蓄电池模块的电压值低于3.315V时，向地面反馈信号，然后，通过地面井口向下送入连接电缆的电能发射线圈模块，且电缆的上端连接逆变电路，逆变电路将直流电转化为交流电，并通过电缆输送到电能发射线圈模块；当电能发射线圈模块送入到井下固定的超声波流量计主体的接收线圈模块时，电能发射线圈模块与接收线圈模块产生谐振，将磁场能量转换为电能，并通过整流电路将感应电流接入到蓄电池模块进行充电，当充满电后，继续通过单片机模块控制第一超声波探头和第二超声波探头对井下液体进行计量。
优选的，本发明提到的第一超声波探头与第二超声波探头的信号拟合过程如下：
步骤一，第一超声波探头和第二超声波探头的内部的中心频率是1MHz，其流速检测通道和噪声通道所输出的信号分别为超声波监测信号Vt和噪声监测信号Vn，分别连接到第一信号放大器Et和第二信号放大器En的输入端Et1和En1，将输出的电荷信号转化为电压；
步骤二，在转化为电压信号后，将超声波流量信号与噪声信号分别输出到对应的第一滤波器Ft和第二滤波器Fn中，滤除掉其他频率的工频干扰；
步骤三，在滤除掉工频干扰后的超声波流量信号和噪声信号分别输出到数据采集电路，进行超声波信号数据处理。
优选的，步骤三中的超声波信号数据处理方法如下：
步骤1，在单片机模块控制下进行同步采样，采样获得的超声波监测信号是rt(i)，噪声信号为rn（i），其中i为第i个采样时间；
步骤2，在同步采样以后获得噪声信号应用公式（1）来计算噪声均值m，同时使用公式（2）开始计算标准差σ；公式（1）内部是参与计算均值的各个数据，rn（i）是ti时刻噪声的数据值；
（1）；
（2）；
步骤3，按照公式（3）来计算超声信号和噪声信号互相关函数rtn（j）；
（3）；
步骤4，根据公式（3）中j的各个取值范围，计算每个互相关函数最大值所对应的j值，使用公式（4）来计算管道流体流速VL；
（4）；
公式（4）中L是噪声监测传感器与超声波检测传感器沿管道轴线的距离，j·Δt是通过互相关函数rtn（j）确定的超声波检测信号和噪声监测信号的延长时间；
步骤5，根据公式（5）和公式(6)分别计算出砂的超声波监测信号rt(i)和噪声监测信号rn(i)的离散频谱Rt(k)和Rn(k)，再根据公式(7)和公式(8)分别计算超声波监测信号rt(i)和噪声监测信号rn(i)的功率谱Gt(k)和Gn(k)，并对二者的功率谱按照公式(9)和公式(10)做归一化处理；
（5）；
（6）；
（7）；
（8）；
（9）；
（10）；
步骤6，比较功率谱Gt(k)和Gn(k)的幅度，找出二者在幅度上差异最大的频率范围，包括频率下限fL和频率上限fH；
步骤7，以下限频率fL和上限频率fH分别作为带通滤波器的低截止频率和高截止频率，对rn(i)进行带通滤波；滤波后的超声波流量信号还包括噪声，需要首先从超声波信号中减去步骤2中得到的噪声均值m，考虑到有部分噪声幅度会大于均值m,因而如果要消除99.7%的噪声，还需要减去2σ，即：
i=1,2,…,N （11）；
其中，是纯粹的超声波信号；
步骤8，将步骤4得到的流体流速vL应用于公式(12)和公式(13)，分别计算单位时间内的管道流速Mt和累积流体流量M，其中Mt的单位为m/s，M的单位为m；
(12)；
(13)；
计算出的累积体积流量。
与现有技术相比，本发明的有益效果具体如下：
本发明通过间隔一段时间通过电缆将电能发射线圈模块通过地面控制下放，进行发射电能供电，再通过接收线圈模块接受并整流，为井下的蓄电池模块充电以后，蓄电池模块为单片机模块、超声波升压探头供电；通过单片机模块发送命令，升压电路模块升压，两组超声波探头开始工作，在测量得到一组超声波监测信号和一组噪声监测信号结果后，单片机通过内部拟合得到准确的液体流量信息；另外，本发明能够摆脱了长时间安装有电缆的束缚，在充电完成后可以工作一段时间，没有了传统有缆式流量计对电缆的要求，降低了成本；另外，应用升压提升超声波探头能量，穿过井下混合复杂流体测量流量，其穿透速度快，抗干扰强、误差小。
附图说明
图1是本发明的井下无揽式多声道超声波流量计的结构示意图；
图2是升压电路模块的电路示意图；
图3是后续倍压电路的基础电路的电路示意图；
图4是超声波监测信号与噪声监测信号的数据处理示意图；
图5是本发明的运行框图；
图6是超声波信号的功率谱示意图；
图7是本发明的累计流量测量图；
上图中：电能发射线圈模块1、接收线圈模块2、单片机模块3、蓄电池模块4、保护套筒5、第一超声波探头6、流量计内腔7、第二超声波探头8、升压电路模块9、超声波流量计主体10、发射端探头6.1、接收端探头6.2、第一电容K1、第二电容K2、第一级二极管D1、第二级二极管D2、第一端口L1、第二端口L2、第三端口L3、第四端口L4。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明提到的一种井下无揽式多声道超声波流量计，其技术方案是：包括超声波流量计主体10，其中，所述超声波流量计主体10的外壁安装保护套筒5，在超声波流量计主体10的外壁与保护套筒5之间安装接收线圈模块2、单片机模块3、蓄电池模块4和升压电路模块9，所述接收线圈模块2缠绕在超声波流量计主体10外壁的上侧，且所述接收线圈模块2与蓄电池模块4电连接，且所述升压电路模块9的下侧安装单片机模块3，通过蓄电池模块4为单片机模块3和升压电路模块9供电；所述超声波流量计主体10的内侧为流量计内腔7，所述超声波流量计主体10的下侧安装一个以上的超声波传感器模块，通过超声波传感器模块测量流体的流量；所述超声波流量计主体10的上方设有移动的电能发射线圈模块1，通过电能发射线圈模块1与接收线圈模块2产生谐振，将磁场能量转换为电能，并通过整流电路将感应电流接入到蓄电池模块4进行充电；所述单片机模块3通过升压电路模块9连接到超声波传感器模块，为超声波传感器模块提供高压输出。
优选的，上述的超声波传感器模块设有两组，包括第一超声波探头6和第二超声波探头8，且每组超声波探头分别包括发射端探头6.1和接收端探头6.2，通过单片机模块3控制发射端探头6.1和接收端探头6.2来回切换收发状态，往复循环测量，通过计算超声波通过的路径时间，将路径时间传入单片机模块3，根据管径大小来得出流体的流量大小。
优选的，上述的电能发射线圈模块1在需要对蓄电池模块4充电时，在地面操作电缆，将电缆下端连接的电能发射线圈模块1送到井下的超声波流量计主体10处，电能发射线圈模块1与井下的接收线圈模块2产生谐振，将磁场能量转换为电能，并通过整流电路将感应电流接入到蓄电池模块4充电。
优选的，上述的升压电路模块9采用的变压器的原边与副边匝数比为1:20，所述副边的输出端连接后续倍压电路，能够输出两路高压HI，并将其分别接入第一超声波探头6和第二超声波探头8。
优选的，上述的后续倍压电路通过上下对称的结构N级基础电路构成，每一个基础电路包括包含第一电容K1、第二电容K2、第一级二极管D1、第二级二极管D2、第一端口L1、第二端口L2、第三端口L3、第四端口L4，所述第一电容K1连接在第一端口L1和第四端口L4之间，第二电容K2连接到第二端口L2和第三端口L3之间，第一级二极管D1的正极接第二端口L2，第二级二极管D2的正极接第四端口L4。
优选的，上述的第一超声波探头6和第二超声波探头8分别安装在超声波流量计主体10的内壁中下侧，且每一组发射端探头6.1和接收端探头6.2与超声波流量计主体10分别呈一定角度相对应固定安装。
优选的，上述的第一超声波探头6获得一路超声波信号，第二超声波探头8获得另一路超声波信号作为噪声信号，通过将第一超声波探头6的超声波信号与第二超声波探头8的噪声信号拟合后，得到准确的液体流量数据。
本发明提到的井下无揽式多声道超声波流量计的使用方法，包括以下过程：
一、将充满电的井下无揽式多声道超声波流量计送入井下设计位置并固定，单片机模块3控制升压电路模块9将蓄电池模块4的低电压输出高电压给第一超声波探头6和第二超声波探头8，其中，第一超声波探头6和第二超声波探头8的发射端探头6.1和接收端探头6.2分别呈一定角度固定在超声波流量计主体10内；其中，第一超声波探头6的发射端探头6.1和接收端探头6.2获取一路超声波信号，第二超声波探头8获得另一路超声波信号作为噪声信号，通过将第一超声波探头6的超声波信号与第二超声波探头8的噪声信号拟合后，得到准确的液体流量数据；
二、在经过一定次数的测量后，蓄电池模块4出现电量不足，当测量蓄电池模块4的电压值低于3.315V时，向地面反馈信号，然后，通过地面井口向下送入连接电缆的电能发射线圈模块1，且电缆的上端连接逆变电路，逆变电路将直流电转化为交流电，并通过电缆输送到电能发射线圈模块1；当电能发射线圈模块1送入到井下固定的超声波流量计主体10的接收线圈模块2时，电能发射线圈模块1与接收线圈模块2产生谐振，将磁场能量转换为电能，并通过整流电路将感应电流接入到蓄电池模块4进行充电，当充满电后，继续通过单片机模块3控制第一超声波探头6和第二超声波探头8对井下液体进行计量。
优选的，本发明提到的第一超声波探头6与第二超声波探头8的信号拟合过程如下：
步骤一，第一超声波探头6和第二超声波探头8的内部的中心频率是1MHz，其流速检测通道和噪声通道所输出的信号分别为超声波监测信号Vt和噪声监测信号Vn，分别连接到第一信号放大器Et和第二信号放大器En的输入端Et1和En1，将输出的电荷信号转化为电压；
步骤二，在转化为电压信号后，将超声波流量信号与噪声信号分别输出到对应的第一滤波器Ft和第二滤波器Fn中，滤除掉其他频率的工频干扰；
步骤三，在滤除掉工频干扰后的超声波流量信号和噪声信号分别输出到数据采集电路，进行超声波信号数据处理。
优选的，步骤三中的超声波信号数据处理方法如下：
步骤1，在单片机模块3控制下进行同步采样，采样获得的超声波监测信号是rt(i)，噪声信号为rn（i），其中i为第i个采样时间；
步骤2，在同步采样以后获得噪声信号应用公式（1）来计算噪声均值m，同时使用公式（2）开始计算标准差σ；公式（1）内部是参与计算均值的各个数据，rn（i）是ti时刻噪声的数据值；
（1）；
（2）；
步骤3，按照公式（3）来计算超声信号和噪声信号互相关函数rtn（j）；
（3）；
步骤4，根据公式（3）中j的各个取值范围，计算每个互相关函数最大值所对应的j值，使用公式（4）来计算管道流体流速VL；
（4）；
公式（4）中L是噪声监测传感器与超声波检测传感器沿管道轴线的距离，j·Δt是通过互相关函数rtn（j）确定的超声波检测信号和噪声监测信号的延长时间；
步骤5，根据公式（5）和公式(6)分别计算出砂的超声波监测信号rt(i)和噪声监测信号rn(i)的离散频谱Rt(k)和Rn(k)，再根据公式(7)和公式(8)分别计算超声波监测信号rt(i)和噪声监测信号rn(i)的功率谱Gt(k)和Gn(k)，并对二者的功率谱按照公式(9)和公式(10)做归一化处理；
（5）；
（6）；
（7）；
（8）；
（9）；
（10）；
步骤6，比较功率谱Gt(k)和Gn(k)的幅度，找出二者在幅度上差异最大的频率范围，包括频率下限fL和频率上限fH，结合应用实例中的图6和图7，本例中的fL和fH分别为50kHz和85kHz，这就是出砂信号的频率范围，该实例中的0-50kHz表示管道振动所对应的频率范围；
步骤7，以下限频率fL和上限频率fH分别作为带通滤波器的低截止频率和高截止频率，对rn(i)进行带通滤波；滤波后的超声波流量信号还包括噪声，需要首先从超声波信号中减去步骤2中得到的噪声均值m，考虑到有部分噪声幅度会大于均值m,因而如果要消除99.7%的噪声，还需要减去2σ，即：
i=1,2,…,N （11）；
其中，是纯粹的超声波信号；
步骤8，将步骤4得到的流体流速vL应用于公式(12)和公式(13)，分别计算单位时间内的管道流速Mt和累积流体流量M，其中Mt的单位为m/s，M的单位为m；
(12)；
(13)；
作为该步骤的应用实例，公式(12)和公式(13)中的标定常数C为50，计算出的累积体积流量。
以上所述，仅是本发明的部分较佳实施例，任何熟悉本领域的技术人员均可能利用上述阐述的技术方案加以修改或将其修改为等同的技术方案。因此，依据本发明的技术方案所进行的相应简单修改或等同变换，尽属于本发明要求保护的范围。
Claims (4)
1.一种井下无揽式多声道超声波流量计，包括超声波流量计主体（10），其特征是：所述超声波流量计主体（10）的外壁安装保护套筒（5），在超声波流量计主体（10）的外壁与保护套筒（5）之间安装接收线圈模块（2）、单片机模块（3）、蓄电池模块（4）和升压电路模块（9），所述接收线圈模块（2）缠绕在超声波流量计主体（10）外壁的上侧，且所述接收线圈模块（2）与蓄电池模块（4）电连接，且所述升压电路模块（9）的下侧安装单片机模块（3），通过蓄电池模块（4）为单片机模块（3）和升压电路模块（9）供电；所述超声波流量计主体（10）的下侧安装一个以上的超声波传感器模块，通过超声波传感器模块测量流体的流量；所述超声波流量计主体（10）的上方设有移动的电能发射线圈模块（1），通过电能发射线圈模块（1）与接收线圈模块（2）产生谐振，将磁场能量转换为电能，并通过整流电路将感应电流接入到蓄电池模块（4）进行充电；所述单片机模块（3）通过升压电路模块（9）连接到超声波传感器模块，为超声波传感器模块提供高压输出；
所述的超声波传感器模块设有两组，包括第一超声波探头（6）和第二超声波探头（8），且每组超声波探头分别包括发射端探头（6.1）和接收端探头（6.2），通过单片机模块（3）控制发射端探头（6.1）和接收端探头（6.2）来回切换收发状态，往复循环测量，通过计算超声波通过的路径时间，将路径时间传入单片机模块（3），根据管径大小来得出流体的流量大小；
所述的第一超声波探头（6）和第二超声波探头（8）分别安装在超声波流量计主体（10）的内壁中下侧，且每一组发射端探头（6.1）和接收端探头（6.2）与超声波流量计主体（10）分别呈一定角度相对应固定安装；
所述的第一超声波探头（6）获得一路超声波信号，第二超声波探头（8）获得另一路超声波信号作为噪声信号，通过将第一超声波探头（6）的超声波信号与第二超声波探头（8）的噪声信号拟合后，得到准确的液体流量数据；
所述的井下无揽式多声道超声波流量计的使用方法，包括以下过程：
一、将充满电的井下无揽式多声道超声波流量计送入井下设计位置并固定，单片机模块（3）控制升压电路模块（9）将蓄电池模块（4）的低电压输出高电压给第一超声波探头（6）和第二超声波探头（8），其中，第一超声波探头（6）和第二超声波探头（8）的发射端探头（6.1）和接收端探头（6.2）分别呈一定角度固定在超声波流量计主体（10）内；其中，第一超声波探头（6）的发射端探头（6.1）和接收端探头（6.2）获取一路超声波信号，第二超声波探头（8）获得另一路超声波信号作为噪声信号，通过将第一超声波探头（6）的超声波信号与第二超声波探头（8）的噪声信号拟合后，得到准确的液体流量数据；
二、在经过一定次数的测量后，蓄电池模块（4）出现电量不足，当测量蓄电池模块（4）的电压值低于3.315V时，向地面反馈信号，然后，通过地面井口向下送入连接电缆的电能发射线圈模块（1），且电缆的上端连接逆变电路，逆变电路将直流电转化为交流电，并通过电缆输送到电能发射线圈模块（1）；当电能发射线圈模块（1）送入到井下固定的超声波流量计主体（10）的接收线圈模块（2）时，电能发射线圈模块（1）与接收线圈模块（2）产生谐振，将磁场能量转换为电能，并通过整流电路将感应电流接入到蓄电池模块（4）进行充电，当充满电后，继续通过单片机模块（3）控制第一超声波探头（6）和第二超声波探头（8）对井下液体进行计量；
另外，第一超声波探头（6）与第二超声波探头（8）的信号拟合过程如下：
步骤一，第一超声波探头（6）和第二超声波探头（8）的内部的中心频率是1MHz，其流速检测通道和噪声通道所输出的信号分别为超声波监测信号Vt和噪声监测信号Vn，分别连接到第一信号放大器Et和第二信号放大器En的输入端Et1和En1，将输出的电荷信号转化为电压；
步骤二，在转化为电压信号后，将超声波流量信号与噪声信号分别输出到对应的第一滤波器Ft和第二滤波器Fn中，滤除掉其他频率的工频干扰；
步骤三，在滤除掉工频干扰后的超声波流量信号和噪声信号分别输出到数据采集电路，进行超声波信号数据处理；
所述步骤三中的超声波信号数据处理方法如下：
步骤1，在单片机模块（3）控制下进行同步采样，采样获得的超声波监测信号是rt(i)，噪声信号为rn（i），其中i为第i个采样时间；
步骤2，在同步采样以后获得噪声信号应用公式（1）来计算噪声均值m，同时使用公式（2）开始计算标准差σ；公式（1）内部是参与计算均值的各个数据，rn（i）是ti时刻噪声的数据值；
（1）；
（2）；
步骤3，按照公式（3）来计算超声信号和噪声信号互相关函数rtn（j）；
（3）；
步骤4，根据公式（3）中j的各个取值范围，计算每个互相关函数最大值所对应的j值，使用公式（4）来计算管道流体流速VL；
（4）；
公式（4）中L是噪声监测传感器与超声波检测传感器沿管道轴线的距离，j·Δt是通过互相关函数rtn（j）确定的超声波检测信号和噪声监测信号的延长时间；
步骤5，根据公式（5）和公式(6)分别计算出砂的超声波监测信号rt(i)和噪声监测信号rn(i)的离散频谱Rt(k)和Rn(k)，再根据公式(7)和公式(8)分别计算超声波监测信号rt(i)和噪声监测信号rn(i)的功率谱Gt(k)和Gn(k)，并对二者的功率谱按照公式(9)和公式(10)做归一化处理；
（5）；
（6）；
（7）；
（8）；
（9）；
（10）；
步骤6，比较功率谱Gt(k)和Gn(k)的幅度，找出二者在幅度上差异最大的频率范围，包括频率下限fL和频率上限fH；
步骤7，以下限频率fL和上限频率fH分别作为带通滤波器的低截止频率和高截止频率，对rn(i)进行带通滤波；滤波后的超声波流量信号还包括噪声，需要首先从超声波信号中减去步骤2中得到的噪声均值m，考虑到有部分噪声幅度会大于均值m,因而如果要消除99.7%的噪声，还需要减去2σ，即：
i=1,2,…,N （11）；
其中，是纯粹的超声波信号；
步骤8，将步骤4得到的流体流速vL应用于公式(12)和公式(13)，分别计算单位时间内的管道流速Mt和累积流体流量M，其中Mt的单位为m/s，M的单位为m；
(12)；
(13)；
计算出的累积体积流量。
2.根据权利要求1所述的井下无揽式多声道超声波流量计，其特征是：所述的电能发射线圈模块（1）在需要对蓄电池模块（4）充电时，在地面操作电缆，将电缆下端连接的电能发射线圈模块（1）送到井下的超声波流量计主体（10）处，电能发射线圈模块（1）与井下的接收线圈模块（2）产生谐振，将磁场能量转换为电能，并通过整流电路将感应电流接入到蓄电池模块（4）充电。
3.根据权利要求2所述的井下无揽式多声道超声波流量计，其特征是：所述的升压电路模块（9）采用的变压器的原边与副边匝数比为1:20，所述副边的输出端连接后续倍压电路，能够输出两路高压HI，并将其分别接入第一超声波探头（6）和第二超声波探头（8）。
4.根据权利要求3所述的井下无揽式多声道超声波流量计，其特征是：所述的后续倍压电路通过上下对称的结构N级基础电路构成，每一个基础电路包括包含第一电容（K1）、第二电容（K2）、第一级二极管（D1）、第二级二极管（D2）、第一端口（L1）、第二端口（L2）、第三端口（L3）、第四端口（L4），所述第一电容（K1）连接在第一端口（L1）和第四端口（L4）之间，第二电容（K2）连接到第二端口（L2）和第三端口（L3）之间，第一级二极管（D1）的正极接第二端口（L2），第二级二极管（D2）的正极接第四端口（L4）。
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2024
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