专利名称：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爆炸回声测量即利用子弹爆炸在井口产生声波，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。子弹爆炸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爆炸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；采用子弹爆炸，每次测量都需要爆炸一次，即增加了生产成本，又对周围的环境造成一定的污染；采用子弹爆炸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±5%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，克服了子弹爆炸回声准确计时的困难。
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，I 一单片机模块；2—第一电/声转换模块；3—次声波发射模块；;4一第二声/电转换模块；5—次声波接收模块。
具体实施例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I相连接的液晶显示模块6 ;所述第一电/声转换模块2 —端与单片机模块I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I相连接，另一端与次声波接收模块5相连。所述单片机模块I能够由内部程序控制并发射次声波的频率,实现±5%的频率范围；所述单片机模块I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I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I。步骤三单片机模块I根据发射次声波的时刻&与接收到反射回来次声波的时刻h，计算出次声波的旅行时力=6- 。
步骤四单片机模块I利用波速V与次声波旅行时ΔΙ，计算出动液面的深度H = .5ν-At。步骤五将计算得到的动液面的深度值在液晶显示模块6上显示出来。·
权利要求
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(I)、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(I)连接；所述电/声转换模块(2) —端与单片机模块(I)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(I)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(I)的内部程序控制电/声转换模块(2)并发射次声波的频率，±5%的频率范围为±5% ;所述单片机模块(I)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)的扬声器米用陶瓷扬声器。
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(I)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(I); 步骤三单片机模块(I)根据发射次声波的时刻4与接收到反射回来次声波的时刻6 ,计算出次声波的旅行时& = - ; 步骤四单片机模块(I)利用波速I与次声波旅行时u ,计算出动液面的深度H = 0.5v-At ； 步骤五将计算得到的动液面的深度值丑在液晶显示模块(6)上显示出来。
全文摘要
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。
文档编号E21B47/047GK103015980SQ20121052883
公开日2013年4月3日 申请日期2012年12月11日 优先权日2012年12月11日
发明者班书昊, 李晓艳, 蒋学东, 胡爱萍, 华同曙, 席仁强 申请人:常州大学