一种耐压两用的电学成像传感系统及其数据采集成像方法技术方案

本发明专利技术公开了一种耐压两用的电学成像传感系统及其数据采集成像方法，其中，耐压两用的电学成像传感系统包括传感器座、阵列电极、连接头及其控制系统，所述传感器座包括管口及管壁，所述阵列电极内设于所述管壁内壁上，所述阵列电极包括多个电极片，通过同一所述电极片于所述管壁内侧用于电容场和电导场的数据采集和激励，所述阵列电极通过连接头与控制系统电连接，所述控制系统通过所述阵列电极采集电导成像和电容成像数据，本发明专利技术统一了ERT电极和ECT电极，使得检测结果线性度更高，同时可避免因气泡而导致的ERT测量断路问题。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电学成像
，特别是涉及一种耐压两用的电学成像传感系统及其数据采集成像方法。
技术介绍
油-气-水多相流是油气工业中常见的流动介质，其主要包含液态烃、天然气以及矿化水。油-气-水三相流量的在线实时准确计量一直是油气工业中的重要环节，其对油气藏的勘探与储量监测均具有重要意义。我国海上油气工业中，长期使用传统的集气站对凝析天然气进行分离，再采用单相流量仪表对分离后的介质进行计量。这一做法虽可保证一定计量精度，但其弊端也十分明显。分离计量站的建设不仅费用昂贵，更重要的是一个开采区块一般仅能搭建一个分离计量站，该区块中的众多天然气井的产量只能定期轮流进行计量，进而无法满足石油公司对每一口井的产量信息进行实时监测的需求。因此，国内外研究者一直希望研发一种能够在非分离条件下对油-气-水三相流量进行准确计量的工业技术。电学成像(Electrical Tomography)是多相流测量的重要方法。其依赖布置于被测场域边界的阵列电极获取一系列的电容、电导测量值，并利用电容、电导测量值与被测场域内等效点电常数或电导率分布之间的关系进行图像的重建，得到被测场域内介质的分布图像。目前，多数的传感器设计将电容成像传感器(electrical capacitance tomography,ECT)以及电阻成像传感器(electrical resistance tomography,ERT)分开设计，ECT传感器电极一般设计为紧贴在绝缘管壁外壁的非接触式长条形电极，ERT传感器电极一般设计为贴于绝缘管壁内壁，且接触流体的点状电极，传统的电学成像没有将ECT传感器和ERT传感器同一起来，不能通过一套电极采集ERT数据和ECT数据。并且，传统的ERT系统，由于电极尺寸较小，导致在电极片附近，测量较为敏感:电极的相对区域，灵敏度急剧下降，致使测量的信噪比较差，影响了测量的精度，增加了测量的难度。最后、传统的ECT系统电极放置在管壁外侧，不接触被测物场，工作时，会在管壁处形成一个等效电容Cw，进而影响测量结果的线性度，存在传统的ECT系统的电极布置，无法获得被测区域的电阻信息，限制了其测量范围。以上
技术介绍
内容的公开仅用于辅助理解本专利技术的专利技术构思及技术方案，其并不必然属于本专利申请的现有技术，在没有明确的证据表明上述内容在本专利申请的申请日已经公开的情况下，上述
技术介绍
不应当用于评价本申请的新颖性和创造性。
技术实现思路
本专利技术目的在于提出一种耐压两用的电学成像传感系统及其数据采集成像方法，以解决上述现有技术存在的ERT和ECT未能统一和其设置形式导致的测量结果线性度差技术问题。为此，本专利技术提出一种耐压两用的电学成像传感系统，包括传感器座、阵列电极、连接头及其控制系统，所述传感器座包括管口及管壁，所述阵列电极内设于所述管壁内壁上，所述阵列电极包括多个电极片，通过同一所述电极片于所述管壁内侧用于电容场和电导场的数据采集和激励，所述阵列电极通过连接头与控制系统电连接，所述控制系统通过所述阵列电极采集电导成像和电容成像数据。优选地，本专利技术还可以具有如下技术特征：所述控制系统包括数据采集模块与数据分析模块，所述数据采集模块包括电导采集板卡和电容采集板卡，通过所述电容采集板卡、所述连接头和所述电极片采集电容数据，所述数据采集模块通过所述电导采集板卡和所述电容采集板卡于所述电极片上交替采集电导成像与电容成像数据。所述电极片于所述管壁的轴向方向上设置成长条形，所述电极片的长度大于等于所述管口的直径。所述阵列电极于所述管壁的横截面方向均匀设置，所述阵列电极所占的夹角与所述管壁横截面方向空隙所占的夹角的比例为占空比，所述占空比不小于1.5。所述占空比为1.5、1.8或2。还包括相对设于所述传感器座上两侧的法兰座。所述管壁内壁上设有至少两套所述阵列电极，至少两套的所述阵列电极各自的所述电极片交叉设置。本专利技术还提供了一种数据采集成像方法，采集过程中，电极片分为测量电极和激励电极，所述测量电极用于测量数据，所述激励电极用于电容场或电导场的激励，包括以下步骤：S1：数据采集模块对用于激励的所述激励电极的激励状态进行切换，使所述激励电极处于预定的激励模式；S2：数据采集模块通过所述测量电极进行电学成像数据采集；S3：数据分析模块对采集的数据进行分析，得到电学成像结果。优选地，本专利技术的采集成像方法还可以具有如下技术特征：管壁内壁上设有至少两套所述阵列电极，至少两套的所述阵列电极各自的所述电极片交叉设置，其中至少两套的所述阵列电极包括用于激励的所述阵列电极，和用于测量的所述阵列电极，所述用于激励的阵列电极的电极片为激励电极，所述用于测量的阵列电极的电极片为测量电极，所述用于激励的阵列电极执行步骤S1，所述用于测量的阵列电极执行步骤S2。步骤S1中，所述激励状态进行切换包括以下步骤：S11：数据采集模块根据预定的电容激励信号，由电容采集板卡生成对应激励信号控制对应的激励电极将激励状态调至电容激励模式下，并维持所述电容激励模式于所述预定时间的时长；S12：数据采集模块根据预定的电导激励信号由电导采集板卡生成对应激励信号，控制对应的激励电极将激励状态调至电导激励模式下，并维持所述电导激励模式于所述预定时间的时长；S13：继续重复执行步骤S11和步骤S12；步骤S2中：所述成像数据信号的采集包括以下步骤：S21：电容采集板卡于预定的时间内通过测量电极对电容成像数据信号进行采集，并将该电容成像数据信号上传至数据分析模块；S22：电导采集板卡于预定的时间内通过测量电极对电导成像数据信号进行采集，并将该电导成像数据信号上传至数据分析模块；S23：继续重复执行步骤S21和步骤S22。本专利技术与现有技术对比的有益效果包括：本专利技术实现了将传统ECT和ERT传感器电极统一起来，可仅利用一套阵列电极就能实现对油-气-水多相流体的等效电容、电导变化量的测量，通过结构的优化设置，将阵列电极内设于所述管壁内壁上，同时通过同一所述电极片于所述管壁内侧用于电容场和电导场的数据采集和激励，相比现有的电学传感器的设置形式而言，首先、将传统外置非接触流体的ECT电极移入管壁内，形成与流体接触的内置电极，从而实现一套阵列电极即能作为ECT电极测量流体的等效电容变化量，也能作为ERT电极测量流体的等效电导变化量。再者，通过ECT电极内置，接触流体，可消除原有的由于外置设置的ECT电极导致在测量过程中于绝缘管壁上形成的等效电容CW，以消除对测量结果的影响，从而提高了油-水两相流体含水率、等效介电常数和测量电容的线性度。优选地方案中，控制系统的数据采集方面，采用电容、电导两套独立的数据采集板卡(电容采集板卡和电导采集板卡)交替采集，可以控制电极的激励模式的切换，由于油田工业中更多的是关注高速流体的以时间序列来做平均后的结果，而不是对高速流体变化的细节进行关注，所以采用独立的两套数据采集板卡进行交替采集可以满足油田的基本需求，基于此，得以通过一套电极通过采集板卡进行数据的采集。进一步的，将传统点状ERT电极更改设计成长条形，从而增加电极片与流体的接触面积，这样设置，一是减小了一对电极(激励与测量)间的非线性边缘效应(fringe effective)，二是避免了由气泡引起的测量断路问题，即传统点本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种耐压两用的电学成像传感系统，其特征在于：包括传感器座、阵列电极、连接头及其控制系统，所述传感器座包括管口及管壁，所述阵列电极内设于所述管壁内壁上，所述阵列电极包括多个电极片，通过同一所述电极片于所述管壁内侧用于电容场和电导场的数据采集和激励，所述阵列电极通过连接头与控制系统电连接，所述控制系统通过所述阵列电极采集电导成像和电容成像数据。

【技术特征摘要】
1.一种耐压两用的电学成像传感系统，其特征在于：包括传感器座、阵列电极、连接头及其控制系统，所述传感器座包括管口及管壁，所述阵列电极内设于所述管壁内壁上，所述阵列电极包括多个电极片，通过同一所述电极片于所述管壁内侧用于电容场和电导场的数据采集和激励，所述阵列电极通过连接头与控制系统电连接，所述控制系统通过所述阵列电极采集电导成像和电容成像数据。2.如权利要求1所述的耐压两用的电学成像传感系统，其特征在于：所述控制系统包括数据采集模块与数据分析模块，所述数据采集模块包括电导采集板卡和电容采集板卡，通过所述电容采集板卡、所述连接头和所述电极片采集电容数据，所述数据采集模块通过所述电导采集板卡和所述电容采集板卡于所述电极片上交替采集电导成像与电容成像数据。3.如权利要求1所述的耐压两用的电学成像传感系统，其特征在于：所述电极片于所述管壁的轴向方向上设置成长条形，所述电极片的长度大于等于所述管口的直径。4.如权利要求1所述的耐压两用的电学成像传感系统，其特征在于：所述阵列电极于所述管壁的横截面方向均匀设置，所述阵列电极所占的夹角与所述管壁横截面方向空隙所占的夹角的比例为占空比，所述占空比不小于1.5。5.如权利要求4所述的耐压两用的电学成像传感系统，其特征在于：所述占空比为1.5、1.8或2。6.如权利要求1-5任一项所述的耐压两用的电学成像传感系统，其特征在于：还包括相对设于所述传感器座上两侧的法兰座。7.如权利要求1所述的耐压两用的电学成像传感系统，其特征在于：所述管壁内壁上设有至少两套所述阵列电极，至少两套的所述阵列电极各自的所述电极片交叉设置。8.一种数据采集成像方法，其特征在于，基于权利要求1-7任一项所述的耐压两用的电学成像传感系统，采集过程中，电极片分...

【专利技术属性】
技术研发人员：李轶，
申请(专利权)人：清华大学深圳研究生院，
类型：发明
国别省市：广东;44