今天小編為大家推薦《流量測量研究論文(精選3篇)》僅供參考，大家一起來看看吧?！菊勘疚慕榻B一種基于在線加熱方式無可動部件的井下熱示蹤相關流量測量電路。測量裝置由熱源發生器、溫度傳感器陣列以及測量與控制電路構成。熱源發生器通過電容在極短時間的充放電來加熱流體，當被加熱的流體經過傳感器陣列時，由于溫差傳感器陣列產生信號突變，測出脈沖信號的渡越時間以及傳感器陣列的物理距離就可以測出油水兩相流的流量，經實驗驗證，效果良好。
流量測量研究論文 篇1：
超聲波多普勒流量測量技術的研究
摘要：超聲波多普勒原理測量多相流流體流量技術是一種有效的方法。本文對超聲波多普勒流量測量的原理進行了推導，設計了一套用于超聲波多普勒流量測量的軟、硬件，建立了油田生產現場流體流量測量實驗平臺，并在此平臺上通過控制其他條件不變，改變流體中水和油的比例多次試驗得到：該流量測量原理的測量誤差隨著管道流速的增加逐漸減小。
關鍵詞：超聲波；多普勒；流量測量；油田生產
Study on Ultrasonic Doppler Flow Measurement Technology
ZHANG Li-juan
（Xi’an Shiyou University， Key laboratory of Photoelectric Logging and Detecting of Oil and Gas， Ministry of Education ， Xian 710065）
Key words：Ultrasonic； Doppler； flow measurement； oil field production
1引言
隨著科學技術的迅速發展，油田不斷被開發，流量測量技術也在不斷地提高[1]?，F如今，流量測量方法多種多樣，主要有以下幾類：渦輪流量計、渦街流量計、電磁流量計、壓差式流量計、容積式流量計、科里奧利質量流量計、浮子式流量計和超聲波流量計[2]。在眾多流量計中超聲波流量計以其不與流體接觸、不改變流體流動狀態、傳感器拆裝方便等許多優點深受廣大使用者青睞[3]。
油田開采過程中，其生產的流體不僅僅為單一介質，是含有其他流體的混合流體，在測量這類流體流量時最好的測量方式是使用超聲波多普勒式流量計[4]。超聲波多普勒法適用于大管徑，大流量的流體流量測量，測量值與流體中聲速無關，所以這種方法對流體的壓力、溫度、粘度、密度和導電率等因素的變化不敏感；由于當流體靜止不流動時，不產生多普勒頻移，所以沒有零點漂移問題；超聲波多普勒流量計的分辨率高，對流體的變化響應快；其測量條件不變時測量重復性好等[5]。
2 超聲波多普勒流量測量原理
超聲波多普勒流量測量原理是對物理學上著名的多普勒原理的應用。由于波源和觀察者之間存在相對運動而出現的觀測頻率與波源頻率不同的現象，稱之為多普勒原理[6]。在超聲波多普勒流量測量過程中，超聲探頭[T]發射一個頻率為[fT]的超聲波到管道中，管道中的雜質顆粒與此超聲探頭之間存在著相對運動，因此，此雜質顆粒接收到的超聲波變為[f]，同理，此雜質顆粒作為聲源將接收到的頻率為[f]超聲波發射出去，超聲波探頭[R]接收到[fR]的超聲波。超聲波多普勒流量測量技術原理圖如圖1所示。
其中[S]代表管道的橫截面積，[D]代表管道的內徑。因此若得到了管道內徑；超聲探頭[T]發射的頻率[fT]；超波聲波進入流體中的方向角[θ]與多普勒頻差[Δf]即可計算出流體的流量大小[7]。
3 實驗方案設計
根據超聲波多普勒流量測量原理，本文設計了一套多相流的測量流量裝置，包括硬件電路設計和軟件模塊設計以及實驗平臺的搭建。
3.1硬件設計
硬件系統主控芯片選用的是美國德州儀器（TI）公司研發的TMS320F2812芯片，該芯片在C2000系列中性價比高、在工業上應用廣泛[8]。該芯片包含128kB的Flash存儲器、4kB的引導ROM、2kB的OTP ROM、電機控制外設、數學運算表、串口通信外設和12位16通道的高性能數模轉換模塊，還可以實現雙通道信號同步采樣功能，并且它32位的高運算精度以及150MIP的系統處理功能等功能模塊使它尤其適用于超聲波法測流體流量[9]。
該超聲波多普勒流量測量系統除主控芯片模塊外還包括波形生成電路、信號放大電路、探頭驅動電路、信號接收電路、選頻電路、低噪聲放大電路、解調電路、C/V電路、存儲、數據通信這幾部分。本文設計的超聲波多普勒流量測量技術的硬件設計框圖如圖2所示。
超聲波多普勒流量測量系統以DSP為核心，該芯片內部自帶一個具有12位分辨率、流水線結構的ADC模塊，該模塊分為2組，16個信號采集通道，方便信號的采集和處理。
DSP發出一個命令使波形生成電路產生一個正弦波用于信號發射，經過信號放大電路將此信號進行一定功率的放大，驅動電路驅動超聲波探頭發射一個超聲波進入流體管道[10]。根據多普勒原理，在超聲波傳播過程中由于流體的相對運動，產生頻率差。信號接收電路接收此信號，選頻電路對此微弱的信號先進行選頻放大，在經過低噪聲放大電路對此微弱信號二次放大，提高有用信號的幅度。被二次放大的有用信號在進入解調電路，產生的差頻信號就是用于計算管道內流體流速的多普勒信號。該多普勒信號為電流信號，經過C/V電路將其轉換為電壓信號，再經過TMS320F2812的A/D）進行模數轉換，進而對數據流速、流量的計算以及存儲和傳輸。
3.2 軟件設計
硬件部分的設計決定了軟件設計理念，軟件設計使得硬件系統能夠有效地工作。本文的軟件設計主要是針對DSP芯片進行的，采用C語言完成軟件的編寫。本文軟件部分的設計采用模塊化和結構化的設計思想，方便整個程序及各個模塊功能的調試。
根據超聲波多普勒流量測量原理，流體的流量與超聲波在流體中介質所感受到聲波的頻率和波源所發出的頻率差成正比，只要取得超聲波的頻率差即可算出流速，流量也可以根據本文給出的超聲波多普勒流量計量公式計算出來。此系統流量采集計算的軟件設計流程圖如圖3所示。
首先對DSP進行初始化，包括系統時鐘設置、外部引腳設置、中斷設置等，以完成系統中的A/D轉換、波形生成、串口通信以及顯示等功能。當DSP發出一個波形生成命令給硬件電路，硬件電路反饋流體中流量的信息回來經過軟件部分的處理、分析，即可計算出流體的流速。根據本文給出的流量、流速關系公式可得到流體的流量情況，并對數據進行傳輸、存儲。
3.3實驗平臺搭建
利用超聲波多普勒法測量管道內流體的流量，系統主要有傳感器、測量電路、有流體流動的管道循環裝置、上位機軟件部分。先將測量系統在室內完成測試，為進一步完善測量系統以及最終形成成品提供技術支持[11]。
實驗前，先將石油和水倒入油桶中攪拌，使其充分混合。開泵使整個系統正常運行，觀察流量計的示數并記錄，待系統流量穩定后用本文提供的流量測量裝置開始測量流體的流量。改變油、水比例，多次試驗并記錄實驗數據。室內超聲波多普勒流量測量裝置如圖4所示。
其中1是油桶；里面裝有石油、水，以模擬油井出油時的流體環境；2是動力機，為系統循環提供動力；3是流體管道，流體前進道路；4是超聲波多普勒傳感器，發射和接收超聲信號；5是測量電路，發射正弦波、處理接收回來的信號；6是流量計，測量此裝置內的流體流量。
4 實驗結果分析
根據上述超聲波多普勒流量測量裝置圖搭建實驗平臺，該流量測量系統在螺桿泵的轉速為40Hz時開始數據測量，得到如下表所示實驗數據。
表1所示數據是在含水率為38.5%含油率為61.5%時測得的，實驗數據表明：管道內的流量很小時，流量的真實值為1.138m3/h，利用本文研究的超聲波多普勒流量測量技術測得的流量值為1.190m3/h，其誤差值較大，為4.56%；當流體的真實流量增大，真實值為8.031m3/h是時，利用本文所研究的流量測量技術測得的值為8.062m3/h，誤差為0.38%。相比較而言，管道內流體流量越大，該超聲波多普勒流量測量技術測得的值越為準確，誤差越小。
單一油、水比例測得的結果不能直接說明結論，因此本文在含油水率61.7%含油率38.3%時再次實驗得到與表1相同的結果：油、水比例一定，流體的流量越小，最小為1.032m3/h，誤差越大，為4.32%；流體的流量越大，最大值為8.135m3/h，誤差越小，誤差為0.52%。
本文根據超聲波多普勒流量測量原理通過對不同油、水比例下的流量大小的測量得到：隨著管道流速的增加，超聲波多普勒流量測量系統的測量誤差減小。
鑒于試驗環境和測量方法的局限性，本試驗研究還將進行長期的更深入的現場試驗測試。
參考文獻：
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作者：張麗娟
流量測量研究論文 篇2：
井下熱示蹤流量測量電路研究與設計
【摘要】本文介紹一種基于在線加熱方式無可動部件的井下熱示蹤相關流量測量電路。測量裝置由熱源發生器、溫度傳感器陣列以及測量與控制電路構成。熱源發生器通過電容在極短時間的充放電來加熱流體，當被加熱的流體經過傳感器陣列時，由于溫差傳感器陣列產生信號突變，測出脈沖信號的渡越時間以及傳感器陣列的物理距離就可以測出油水兩相流的流量，經實驗驗證，效果良好。
【關鍵詞】熱示蹤；相關算法；油水兩相流
1.引言
流量是表征油井動態變化和評價油層生產特征的一個重要參數，在原油井下開采中具有重要的應用價值。如果井下流體流量測量不準確，將直接影響原油開采量，會造成很大的能源浪費[1-2]。在國內油井生產測試中，采用皮球或布傘集流形式進行油井產液剖面測量。其測量效果都不理想。在井下原油中含有大量的砂粒和固體異物的沉積，渦輪流量計易砂卡，造成測試失敗，為了充分開采原油就要及時測出井下流體流量的準確值，檢測井下流體流量是石油開采過程中被普遍關注的問題。針對上述情況本文介紹一種井下熱示蹤相關流量測量方法[3]。熱示蹤法具有高可靠性、無可動部件、測量準確等特點，適用于井下油水兩相流的流量測量。
2.測量原理
3.系統硬件構成
本儀器共包含兩個部分：井下測量模塊。井下測量模塊與井上控制模塊通過曼碼進行傳輸數據。井上控制模塊對井下和井上的脈沖信號進行顯示、處理并保存。
主要是接收井下采集模塊發送的數據并進行圖像顯示，觀測出時間差。井下測量模塊與井上控制模塊通過曼碼進行傳輸數據[7-8]，通過井上數據處理解析流量。
井下測量模塊包含：充放電控制、電容器模組、濾波電壓放大、熱源發生器、溫度傳感器、電源以及耐壓耐高溫外殼等部分。主要是對井下油水流速測量并發送到井上顯示模塊，系統總框圖如圖2所示。
3.1 系統供電電源
本系統電壓分為單片機的+5V電壓，AD620及OP07運放輸入的±5V電壓，單獨MAX485+5V電壓及電容器模組的50V電壓。
3.2 熱源發生器
熱源發生器是系統的核心部分，它的工作直接影響到裝置測量的準確性。其工作原理如圖4所示。主控電路采用脈沖的方式控制光耦開關，從而控制電容的充放電[9]。電容器模組是由20個2.5V/4.7F超級電容串聯，這樣在極短的時間可以提供較大的功率?？紤]到響應時間和靈敏度的問題，選擇鉑電阻Pt1000為溫度檢測傳感器，溫度傳感器陣列之間的間隔為50mm。
3.3 溫度傳感器
4.結論
本文提出的熱示蹤測量流量的方法，包括前端弱信號檢測和放大調理、濾波，溫度及單片機數據采集處理和存儲等功能，同時開發相應上位機處理軟件和終端系統，測井模擬實驗室進行測量實驗，系統長期運行穩定，溫度和壓力精度較高，完全適合現場油井測試應用。測量系統采用固定部件、不受井底泥沙的影響、不影響流體的流速，具有較高的可靠性和準確性。
參考文獻
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國家大學生創新實驗計劃項目（編號：2012102 20040）。
作者簡介：郭啟超（1992—），男，黑龍江雙城人，現就讀于東北石油大學電子科學學院。
通訊作者：李賢麗（1971—），男，黑龍江大慶人，東北石油大學電子科學學院教授，主要從事油汽井測試、混沌理論等應用方面研究。
作者：郭啟超 李賢麗 趙志超 劉昭廷
流量測量研究論文 篇3：
高速網絡流量測量中抽樣技術的研究
摘要: 由于高速網絡技術的發展,直接對網絡流量進行全分組測量相當困難,為了解決這一問題,流量抽樣測量研究已經成為高速網絡環境下進行流量測量的一個熱點。在對目前的抽樣測量技術研究的基礎上,指出在流量抽樣測量方面需要改進和進一步研究的問題。
關鍵詞: 高速網絡;流量測量;抽樣測量
0 引言
理解網絡行為特征是網絡規劃與建設、網絡管理和網絡安全、高性能協議設計等諸多研究工作的重要前提,但隨著用戶數量的急速膨脹和業務類型的多樣化,使得Internet呈現出爆炸性發展趨勢,網絡行為更加復雜不可預測。因此,近年來對網絡行為的研究已成為目前網絡研究的一個熱點領域。網絡流量測量和分析是網絡行為學研究的基礎,通過測量和分析,可以掌握網絡行為的基本特征,發現網絡行為變化的基本規律構造出反映網絡行為的數學模型,為Internet的有效管理、合理利用提供有力的理論支持和科學依據。
目前,由于高速網絡技術的發展,對流經鏈路的每一個流量分組進行測量相當困難,并且需要相當大的開銷。同時,對大規模的流量數據庫的維護以及數據的分析也造成了困難,而抽樣測量技術則成為當前甚至今后在高速鏈路上進行流量測量的一種解決方案。近幾年來,流量抽樣測量技術研究已成為高速網絡流量測量的研究重點。
1 網絡流量測量綜述
網絡流量是單位時間內通過網絡或傳輸介質的信息量(報文數、數據包數或字節數)。對網絡流量進行測量是網絡測量的重要任務,網絡流量按照其包含信息內容的不同基本可分為以下三類:① 網絡節點端口流量。網絡節點端口流量指的是網絡節點設備端口流人和流出的數據包統計信息,包括數據包的個數、字節數、包大小分布、丟包數等統計信息。② 端到端的IP流量。端到端的IP流量指的是網絡層從源IP到目的IP數據包的統計信息。相對于網絡節點端口流量而言,端到端的流量包含了更為豐富的信息通過對它的分析可以了解到網絡用戶訪問了哪些目的網絡。因此,端到端的流量信息是網絡分析、規劃、設計和優化的重要依據。③ 業務流量。包括端到端IP流量信息,還包括了第四層(TCP層)的端口信息,顯而易見,它包含了應用服務的種類信息,利用這些信息可以作更詳細的流量分析。
根據測量的方式,可以將網絡流量測量分為主動測量和被動測量;根據測量點的多少,可以將網絡流量測量分為單點測量與多點測量;根據被測量者知情與否,分為協作式測量與非協作式測量;根據測量所采用的協議,分為基于BGP協議的測量、基于TCP/IP協議的測量以及基于SNMP協議的測量等。
2 流量抽樣技術綜述
隨著高速網絡技術的發展,網絡帶寬越來越大,對流量分組進行直接測量幾乎不可能。為了解決這一問題,流量抽樣測量研究開始成為寬帶網絡流量測量的重點。高速網絡流量抽樣測量的目的是抽取流量子集來實現對總體流量信息的估計,抽樣理論建立在抽樣樣本隨機性基礎上,樣本的隨機程度越大,對總體的信息估計就越精確。流量抽樣最初使用系統抽樣,隨后又發展為隨機抽樣,后來出現了自適應抽樣。
3 傳統抽樣技術存在的問題
在網絡流量測量中采用的傳統抽樣方法主要有以下幾種:
1)系統抽樣:抽取每個抽樣間隔內的第一個觀察對象,每個抽樣間隔都具有相等的長度K。
2)分層隨機抽樣:從每個抽樣間隔內隨機抽取一個觀察對象,每個抽樣間隔都具有相等的長度K。
3)隨機抽樣:直接從母群體中隨機抽取樣本K。
4)變長系統抽樣:和系統抽樣類似,但抽取間隔的長度是隨機變化的K。
傳統抽樣方法簡單易實現,但都存在一個共同的缺陷,即在每一次抽樣測量過程中,抽樣比率是保持不變的。也就是說,從統計的角度來看,抽樣間隔是不變的。這樣得到的抽樣樣本必然無法準確地表示網絡業務流總體的性能參數。
另外,單點抽樣測量一般需要通過抽樣樣本來同時統計多個參數,這時就需要考慮到各個參數在統計精度上的平衡。前面提到的幾種抽樣方法一般都存在這樣的缺陷:在統計一個參數時精度比較高,但在統計另一個參數時精度就很差了。具體地說,這幾種抽樣方法在測量吞吐量、包長時精度還可以,但測量包到達時間間隔這個參數時,誤差比較大。
4 流量抽樣技術的發展趨勢
4.1 自適應抽樣
自適應抽樣利用網絡流量的相關性預測流量狀態,并實時調整抽樣策略或參數,自動在允許誤差范圍內進行盡可能精確的測量,更好地捕捉到網絡流量特征和網絡行為特征。因此,該方法理論上對于負載估計的精度是有保證的。自適應預測方法一般有線性預測(Linear Prediction,LP)、模糊邏輯控制(Fuzzy Logic Controller,FLC)和自回歸模型(Auto-Regressive Model)等。
但是在實踐中,自適應抽樣需要對下一時段到達的分組的大小的分布特征及分組的到達數做出預測,一方面,預測帶來了較為復雜的計算,另一方面,預測也引入了更多的誤差源。預測誤差和采樣產生的估計誤差相互疊加后,整體誤差更難以分析和控制。因此,該方法還值得進一步改進。
4.2 基于流的抽樣測量
流是指某段時間內通過一個觀測點的具有共同性質的報文集合。IETF根據不同的應用目的提出了三類劃分流的依據,分別是報頭文字段、報文特征、報文轉發特征等。實際上Internet網絡流分析中使用的多為第一種類型的判斷依據,其中最典型的是報頭五元組(源/目的IP地址、源/目的端口號、協議類型等)。
流特征反映了某一類應用、終端、子網或協議的特征,對于業務源流量建模、研究和開發新的網絡傳輸協議、開發新的網絡設備以及網絡Qos管理都有非常重要的作用。對網絡“流”的特性進行測量和分析,可以掌握網絡某結點或鏈路的流量細節,而且采用流的概念記錄測量結果,通?？梢源蟠蠊澥〈鎯臻g。因此流測量稱為網絡測量中的一個熱點研究方向。
4.3 哈希和抽樣結合的測量
流抽樣測量是內容觸發方式與其它抽樣方式的結合,它的最大弱點是對系統資源的負擔,為了克服這個弱點,人們逐漸將哈希算法引入其中。Duffield和Grossglauser首先將哈希函數引入抽樣測量,但他們的目的是
對觀測域內各個報文進行識別,而在基于流的抽樣中,哈希函數主要用來進行流的識別,同時還保證抽樣樣本的隨機性。
4.4 基于Bloom filter的抽樣測量
Bloom filter是用來表示一個集合的數據結構,它支持成員查詢,隨機存儲。自從它在1970年由Burton Bloom提出后,就在數據庫應用中被廣泛使用。近幾年來,基于Bloom filter的網絡流量測量理論和實踐得到了一些關注,成了當前流量測量領域的熱點論題。Bloom filter憑借其存儲高效性在各個方面(如數據庫、分布式cache、路由、測量體系等)都有卓越的性能表現。如何將Bloom filter的存儲有效性和抽樣算法等計算有效性結合起來應該是近年流量測量領域的一個熱點問題。
5 結語
隨著大規模高速網絡的發展,流量的抽樣測量在高速網絡流量測量中應用越來越普遍。本文研究了流量抽樣技術在網絡流量測量中的應用,以及傳統抽樣技術存在的問題,分析了流量抽樣技術的發展趨勢。
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作者：林明方