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原文传递基于微波传输时间的两相流相含率检测装置及方法

专利名称：	基于微波传输时间的两相流相含率检测装置及方法
摘要：	本发明提供了一种基于微波传输时间的两相流相含率检测装置及方法。本发明通过在主管道的同一截面上设置相对的两个微波收发天线，在主管道外部设置两个SMA接口，依据两个微波收发天线进行双向双边测距，将双向双边测距过程中测得的时间结合频率，计算得到总相位差除以2π的整数部分所对应的相位差，并通过所测的第二SMA接口和第二微波收发天线接收微波信号的相位差，计算得到总相位差除以2π的小数部分所对应的相位差，整数部分和小数部分所对应的相位差之和即为总相位差，以此来消除现有技术中相位差测量时存在的二值性问题，提高了传统相位差法测量的测量范围，为两相流相含率的测量提供了一种新方法、新思路。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	河北;13
申请人：	河北大学
发明人：	韦子辉;方立德;田梦园;张要发
专利状态：	有效
申请日期：	2019-02-15T00:00:00+0800
发布日期：	2019-05-24T00:00:00+0800
申请号：	CN201910116215.2
公开号：	CN109799247A
代理机构：	石家庄国域专利商标事务所有限公司
代理人：	胡素梅
分类号：	G01N22/00(2006.01);G;G01;G01N;G01N22
申请人地址：	071002 河北省保定市五四东路180号河北大学
主权项：	1.一种基于微波传输时间的两相流相含率检测装置，其特征是，包括主管道、两个辅助管道、两个微波收发天线、两个SMA接口、三个DW1000芯片和两个单片机；两个辅助管道设置在所述主管道侧壁上，两个辅助管道的内腔与所述主管道的内腔相连通；两个辅助管道的轴心线处于同一直线上，且两个辅助管道的轴心线与所述主管道的轴心线垂直；两个微波收发天线分别置于两个辅助管道内，两个微波收发天线与主管道的内侧壁平齐；两个微波收发天线分别为第一微波收发天线和第二微波收发天线，两个SMA接口分别为第一SMA接口和第二SMA接口，三个DW1000芯片分别为第一DW1000芯片、第二DW1000芯片和第三DW1000芯片，两个单片机分别为第一单片机和第二单片机；第一微波收发天线和第一SMA接口通过功分器连接第一DW1000芯片，第一DW1000芯片连接第一单片机；两个SMA接口之间通过同轴电缆连接；第二SMA接口与第二DW1000芯片相接，第二微波收发天线与第三DW1000芯片相接；第二DW1000芯片和第三DW1000芯片由同一晶振驱动，且第二DW1000芯片和第三DW1000芯片均与第二单片机相接；向所述主管道内通入待测两相流，第一微波收发天线和第二微波收发天线可通过发射、接收微波信号进行双向双边测距，进而可由第二单片机计算出微波信号在两相流中由第一微波收发天线传输至第二微波收发天线的时间，再结合微波频率，可计算得到总相位差除以2π所得的整数部分所对应的相位差；第一微波收发天线向第二微波收发天线发射微波信号的同时，第一SMA接口也通过同轴电缆向第二SMA接口发射微波信号，第二单片机根据第二微波收发天线和第二SMA接口接收微波信号的相位差，可计算得到总相位差除以2π所得的小数部分所对应的相位差；第二单片机根据总相位差，结合相位差与相含率之间的关系，即可得到两相流相含率。 2.根据权利要求1所述的基于微波传输时间的两相流相含率检测装置，其特征是，两个SMA接口、三个DW1000芯片和两个单片机均位于管道外部。 3.根据权利要求2所述的基于微波传输时间的两相流相含率检测装置，其特征是，在所述辅助管道的端部设有盖子，在所述盖子上开有导线孔，导线穿过所述导线孔，用于实现辅助管道内微波收发天线与外部电路的连通。 4.根据权利要求3所述的基于微波传输时间的两相流相含率检测装置，其特征是，在所述辅助管道内充有隔离物质，通过所述隔离物质，一方面可隔离微波收发天线与主管道内的两相流，另一方面可用于固定穿过所述辅助管道的导线。 5.一种基于微波传输时间的两相流相含率检测方法，其特征是，包括如下步骤： a、设置如权利要求1所述的两相流相含率检测装置，并向主管道内通入待测的两相流； b、第一微波收发天线和第二微波收发天线按双向双边测距方法进行微波信号的发射、接收，第二单片机根据双向双边测距原理计算微波信号在两相流中由第一微波收发天线传输至第二微波收发天线的时间tp，同时结合微波频率f，计算得出微波在主管道中传输产生的相位差除以2π所得的整数部分所对应的相位差2πn，n的计算公式如下： c、第一微波收发天线向第二微波收发天线发射微波信号的同时，第一SMA接口也通过同轴电缆向第二SMA接口发射微波信号；第二单片机根据第二微波收发天线和第二SMA接口接收微波信号的相位差α，计算获得总相位差除以2π所得的小数部分所对应的相位差； d、第二单片机对步骤b和步骤c计算得到的整数部分和小数部分所对应的相位差求和，得到总相位差；第二单片机根据总相位差和两相流相含率之间的关系计算得到两相流中各相相含率。 6.根据权利要求5所述的基于微波传输时间的两相流相含率检测方法，其特征是，步骤a中向主管道内通入待测的油水两相流；步骤d包括如下步骤： d-1、第二单片机计算油水两相流相对于全油介质的总相位差Δθ＝2π(n-n0)+(α-α0)；其中，2πn0为全油介质下微波在主管道中传输产生的相位差除以2π所得的整数部分所对应的相位差，α0为全油介质下根据第二微波收发天线和第二SMA接口接收微波信号的相位差，计算得到的相位差除以2π所得的小数部分所对应的相位差； d-2、第二单片机将油水两相流相对于全油介质的总相位差Δθ代入相位差和持水率之间的最佳拟合曲线所对应的解析式Φ＝f(Δθ)中，即可得出油水两相流的持水率Φ。 7.根据权利要求6所述的基于微波传输时间的两相流相含率检测方法，其特征是，步骤d-2中相位差和持水率之间的最佳拟合曲线是通过如下方法获得： d-21、依序向主管道内加入持水率为10％、20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％、100％的油水两相流，并根据步骤b、c以及d-1分别求得不同持水率的油水两相流相对于全油介质的总相位差Δθi＝2π(ni-n0)+(αi-α0)，i＝1,2,3,4,5,6,7,8,9,10，分别对应持水率Φi为10％、20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％、100％的情形； d-22、根据步骤d-21中所得的十个数据点(Δθi，Φi)，i＝1,2,3,4,5,6,7,8,9,10，制作散点图； d-23、根据散点图，选择若干种曲线分别进行拟合；采用每一种曲线在拟合时，均应保证所得的拟合曲线的残差平方和最小； d-24、在所得的所有拟合曲线中，选取残差平方和最小的曲线为最佳拟合曲线。 8.根据权利要求7所述的基于微波传输时间的两相流相含率检测方法，其特征是，步骤d-23中若干种曲线包括一次函数曲线、二次函数曲线、三次函数曲线、指数函数曲线、对数函数曲线、幂函数曲线。
所属类别：	发明专利