含水率测量传感器及含水率测量方法与流程

本发明涉及油井开采领域，特别涉及一种含水率测量传感器及含水率测量方法。

背景技术：

在油井开采过程中，原油的含水率是衡量原油质量的一个重要指标，对原油的开采、储运以及冶炼加工都具有重大影响。因此，通常需要测量原油的含水率。而原油含水率的在线测量，对于确定油井出水、出油层位，估计原油产量，预测油井的开发寿命，都具有重要的意义。

时下，原油含水率的在线测量方法主要为密度计法，采用密度计测量原油的含水率。密度计包括两个探头，且两个探头分别与原油流经的管道串联，利用一个探头发送信号，另一个探头接收信号，通过测量信号从发送至接收的时间间隔，即可根据该时间间隔确定原油的含水率。

当油井中的原油含水率高时，水中溶解的物质会造成传感器探头结垢现象，导致测量的误差较大，因此该种方法仅适用于测量含水率较低的原油，缺乏普适性。

技术实现要素：

本发明实施例提供了一种含水率测量传感器及含水率测量方法，可以解决相关技术中的测量误差较大，缺乏普适性的问题。本发明实施例提供的技术方案如下：

一方面，本发明实施例提供了一种含水率测量传感器，所述传感器包括：第一结构、第二结构和信号处理装置，所述第一结构包括光源、第一耦合器、第一光纤、第二光纤和第一探测装置；所述第二结构包括第三光纤和第二探测单元，所述第一结构与所述第二结构间设置有流体通道，所述流体通道供油井内的原油流通，所述流体通道为l型通道或者直线型通道；

所述第一结构与所述流体通道的接触面上设置有第一窗口，所述第一耦合器分别与所述光源、所述第一光纤和所述第二光纤连接，所述第一探测装置分别与所述第一光纤和所述信号处理装置连接，所述第二光纤与所述第一窗口相对；

所述第二结构与所述流体通道的接触面上设置有第二窗口，所述第三光纤与所述第二窗口相对，且所述第三光纤与所述第二探测装置连接，所述第二探测装置与所述信号处理装置连接；

所述光源用于发出原始光信号，所述第一耦合器用于将所述原始光信号耦合为第一光信号和第二光信号；

所述第一光纤用于将所述第一光信号传输至所述第一探测装置，所述第一探测装置用于将所述第一光信号转换成第一电信号，并将所述第一电信号传输至所述信号处理装置；

所述第二光纤用于将所述第二光信号传输至所述第一窗口，所述第二光信号照射所述第一窗口、通过所述原油后照射所述第二窗口；

所述第三光纤用于接收所述第二窗口上的第三光信号，并将所述第三光信号传输至所述第二探测装置，所述第二探测装置用于将所述第三光信号转换成第二电信号，并将所述第二电信号传输至所述信号处理装置；

所述信号处理装置用于获取所述第二电信号与所述第一电信号的比值，所述比值用于表示所述原油的含水率。

在一种可能实现方式中，所述信号处理装置包括：采集单元和处理单元，所述采集单元分别与所述第一探测装置、所述第二探测装置和所述处理单元连接；

所述采集单元用于采集所述第一电信号和所述第二电信号，并传输至所述处理单元；

所述处理单元用于接收所述第一电信号和所述第二电信号，获取所述第二电信号与所述第一电信号的比值，并显示所述比值，所述比值用于获取所述原油的含水率。

在一种可能实现方式中，所述第一结构还包括：多个滤波片和多个准直透镜，所述第一光信号包括多路子信号，所述第一光纤包括多路光纤，所述多个滤波片的中心波长不同，所述第一探测装置包括多个探测单元；

所述多路光纤、所述多个滤波片、所述多个准直透镜和所述多个探测单元一一对应；

每路光纤用于将一路子信号传输至对应的滤波片，所述滤波片用于对接收到的一路子信号进行滤波，获取一路单色光信号，所述一路单色光信号传输至对应的准直透镜后，所述准直透镜用于调整所述一路单色光信号的强度，调整后的单色光信号传输至对应的探测单元，所述探测单元用于将所述调整后的单色光信号转换为对应的电信号后，传输至所述信号处理装置。

在一种可能实现方式中，所述第一耦合器为1分4耦合器，所述第一结构包括：三个滤波片和三个准直透镜，所述第一探测装置包括三个探测单元；

所述第一光信号包括三路子信号，所述第一光纤包括三路光纤；

所述三个滤波片包括第一滤波片、第二滤波片和第三滤波片，所述第一滤波片的中心波长为1047-1053纳米，所述第二滤波片的波段为1447-1453纳米，所述第三滤波片的波段为1747-1753纳米。

在一种可能实现方式中，所述第二结构还包括：第二耦合器、第四光纤、多个滤波片和多个准直透镜，所述第二耦合器与所述第三光纤和所述第四光纤连接，所述第四光纤包括多路光纤，所述多个滤波片的波段不同，所述第二探测装置包括多个探测单元；

所述多路光纤、所述多个滤波片、所述多个准直透镜和所述多个探测单元一一对应；

所述第二耦合器用于将所述第三光纤传输的第三光信号耦合为多路子信号，所述第四光纤中的每路光纤用于将一路子信号传输至对应的滤波片，所述滤波片用于对接收到的一路子信号进行滤波，获取一路单色光信号，所述一路单色光信号传输至对应的准直透镜后，所述准直透镜用于调整所述一路单色光信号的强度，调整后的单色光信号传输至对应的探测单元，所述探测单元用于将所述调整后的单色光信号转换为对应的电信号后，传输至所述信号处理装置。

在一种可能实现方式中，所述第二耦合器为1分3耦合器，所述第二结构包括：三个滤波片和三个准直透镜，所述第二探测装置包括三个探测单元；

所述三个滤波片包括第四滤波片、第五滤波片和第六滤波片，所述第四滤波片的波段为1047-1053纳米，所述第五滤波片的波段为1447-1453纳米，所述第六滤波片的波段为1747-1753纳米。

在一种可能实现方式中，所述第一窗口和所述第二窗口均填充蓝宝石玻璃材料。

在一种可能实现方式中，所述第一光纤、所述第二光纤、所述第三光纤和所述第四光纤的工作频段均为400-2200纳米，芯径均为400微米。

在一种可能实现方式中，所述流体通道为l型通道或者直线型通道。

另一方面，本发明实施例提供了一种含水率测量方法，所述方法包括：

所述光源发出原始光信号，所述第一耦合器将所述原始光信号耦合为第一光信号和第二光信号；

所述第一光纤将所述第一光信号传输至所述第一探测装置，所述第一探测装置将所述第一光信号转换成第一电信号，并将所述第一电信号传输至所述信号处理装置；

所述第二光纤将所述第二光信号传输至所述第一窗口，所述第二光信号照射所述第一窗口、通过所述原油传输后照射所述第二窗口；

所述第三光纤接收所述第二窗口上的第三光信号，并将所述第三光信号传输至所述第二探测装置，所述第二探测装置将所述第三光信号转换成第二电信号，并将所述第二电信号传输至所述信号处理装置；

所述信号处理装置获取所述第二电信号与所述第一电信号的比值，所述比值表示所述原油的含水率。

在一种可能实现方式中，所述信号处理装置包括：采集单元和处理单元，所述采集单元分别与所述第一探测装置、所述第二探测装置和所述处理单元连接；所述方法还包括：

所述采集单元采集所述第一电信号和所述第二电信号，并传输至所述处理单元；

所述处理单元接收所述第一电信号和所述第二电信号，并获取所述第二电信号与所述第一电信号的比值。

在一种可能实现方式中，所述第一结构还包括：多个滤波片和多个准直透镜，所述第一光信号包括多路子信号，所述第一光纤包括多路光纤，所述多个滤波片的波段不同，所述第一探测装置包括多个探测单元；所述多路光纤、所述多个滤波片、所述多个准直透镜和所述多个探测单元一一对应；所述方法还包括：

每路光纤将一路子信号传输至对应的滤波片，所述滤波片对接收到的一路子信号进行滤波，获取一路单色光信号，并传输至对应的准直透镜，所述准直透镜调整接收到的一路单色光信号的强度，并将调整后的单色光信号传输至对应的探测单元，所述探测单元将接收到的单色光信号转换为对应的电信号后，传输至所述信号处理装置。

在一种可能实现方式中，所述第一耦合器为1分4耦合器，所述第一结构包括：三个滤波片和三个准直透镜，所述第一探测装置包括三个探测单元；

所述第一光信号包括三路子信号，所述第一光纤包括三路光纤；

所述三个滤波片包括第一滤波片、第二滤波片和第三滤波片，所述第一滤波片的波段为1047-1053纳米，所述第二滤波片的波段为1447-1453纳米，所述第三滤波片的波段为1747-1753纳米。

在一种可能实现方式中，所述第二结构还包括：第二耦合器、第四光纤、多个滤波片和多个准直透镜，所述第二耦合器与所述第三光纤和所述第四光纤连接，所述第四光纤包括多路光纤，所述多个滤波片的波段不同，所述第二探测装置包括多个探测单元；所述多路光纤、所述多个滤波片、所述多个准直透镜和所述多个探测单元一一对应；所述方法还包括：

所述第二耦合器将所述第三光纤传输的第三光信号耦合为多路子信号，所述第四光纤中的每路光纤将一路子信号传输至对应的滤波片，所述滤波片对接收到的一路子信号进行滤波，获取一路单色光信号，所述一路单色光信号传输至对应的准直透镜后，所述准直透镜调整所述一路单色光信号的强度，调整后的单色光信号传输至对应的探测单元，所述探测单元将所述调整后的单色光信号转换为对应的电信号后，传输至所述信号处理装置。

在一种可能实现方式中，所述第二耦合器为1分3耦合器，所述第二结构包括：三个滤波片和三个准直透镜，所述第二探测装置包括三个探测单元；

所述三个滤波片包括第四滤波片、第五滤波片和第六滤波片，所述第四滤波片的波段为1047-1053纳米，所述第五滤波片的波段为1447-1453纳米，所述第六滤波片的波段为1747-1753纳米。

本发明实施例提供的传感器，不再使用探头在原油中收发信号的方式，而是在第一结构和第二结构内部设置光源、光纤、耦合器和探测装置，在第一结构与第二结构之间设置流体通道，供原油通过，并采用传输光信号的方式来测量原油的含水率，测量过程中第一结构与第二结构中的部件不会接触到水中溶解的物质，避免造成结垢现象，提高了含水率的测量结果的精确度，且该方法不仅适用于测量含水率较低的原油，也适用于测量含水率高的原油，具有普适性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是根据一示例性实施例示出的一种含水率测量传感器的结构示意图；

图2是根据一示例性实施例示出的一种含水率测量传感器的结构示意图；

图3是根据一示例性实施例示出的一种含水率测量传感器的结构示意图；

图4是根据一示例性实施例示出的一种光电检测电路的示意图；

图5是根据一示例性实施例示出的一种含水率测试方法流程图；

图6为根据一示例性实施例示出的一种传感器在纯水条件下获取的在不同波段下的电信号比值图；

图7为根据一示例性实施例示出的传感器在纯柴油条件下获取的在不同波段下的电信号比值图；

图8为根据一示例性实施例示出的传感器在85％含水率条件下获取的在不同波段下的电信号比值图；

图9为根据一示例性实施例示出的传感器在85％含水率条件下获取的在不同波段下的电信号比值图；

图10为根据一示例性实施例示出的传感器在80％含水率条件下获取的在不同波段下的电信号比值图；

图中的附图标记分别表示：

1-第一结构，2-第二结构，3-信号处理装置，

101-光源，102-第一耦合器，103-第一光纤，

104-第二光纤，105-第一探测装置，106-第一窗口，

201-第三光纤，202-第二探测装置，203-第二窗口，

301-采集单元，302-处理单元。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

图1是根据一示例性实施例示出的一种含水率测量传感器的结构示意图，如图1所示，该传感器包括：第一结构1、第二结构2和信号处理装置3，第一结构1包括光源101、第一耦合器102、第一光纤103、第二光纤104和第一探测装置105；第二结构2包括第三光纤201和第二探测装置202，第一结构1与第二结构2间设置有流体通道，流体通道供油井内的原油流通。

本发明实施例通过第一结构1与第二结构2中的光源101、光纤、耦合器、探测装置等部件实现光信号的传输和转换，进而测量流体通道中原油的含水率。其中，光源101用于发出光信号，光纤用于传输光信号，耦合器用于将接收到的一路光信号耦合为多路光信号，探测装置用于将接收到的光信号转换为电信号。

其中，图2是根据一示例性实施例示出的一种含水率测量传感器的结构示意图，图3是根据一示例性实施例示出的一种含水率测量传感器的结构示意图。流体通道可为l型通道，图2所示。或者，该流体通道也可为直线型通道，如图3所示。

第一结构1与流体通道的接触面上设置有第一窗口106，第一耦合器102分别与光源101、第一光纤103和第二光纤104连接，第一探测装置105分别与第一光纤103和信号处理装置3连接，第二光纤104与第一窗口106相对。第二结构2与流体通道的接触面上设置有第二窗口203，第三光纤201与第二窗口203相对，且第三光纤201与第二探测装置202连接，第二探测装置202与信号处理装置3连接。

其中，光纤与窗口相对指代的是光纤中的光信号传输方向与窗口形成一定的角度，如90度，使光信号经由光纤传输后能够照射窗口，或者光信号能够透过窗口到达光纤后，经过光纤传输。

测量原油的含水率过程可以包括以下步骤：

1、光源101发出原始光信号，第一耦合器102将原始光信号耦合为第一光信号和第二光信号。

2、第一光纤103将第一光信号传输至第一探测装置105，第一探测装置105将第一光信号转换成第一电信号，并将第一电信号传输至信号处理装置3。

3、第二光纤104接收第二光信号，将第二光信号传输至第一窗口106，照射第一窗口106、通过流体通道的原油后照射第二窗口203，形成第三光信号。

由于原油中的水会对特定波段的光产生吸收，因此第二光信号在通过原油时，其中一部分光信号会被原油中的水吸收，另一部分光信号会通过原油，导致光信号的信号强度发生变化，从而形成第三光信号。

4、第三光纤201接收第三光信号，并将第三光信号传输至第二探测装置202，第二探测装置202将第三光信号转换成第二电信号，并将第二电信号传输至信号处理装置3。

5、信号处理装置3在接收到第一电信号和第二电信号后，获取第二电信号与第一电信号的比值，该比值表示原油的含水率，可依据该比值获取原油的含水率。

通过对原始光信号进行耦合，将原始光信号分为至少两路光信号，其中的至少一路光信号会传输至信号处理装置3，而另外的至少一路光信号会经过原油后传输至信号处理装置3，会受到原油中水的影响，则上述不同路径的光信号之间的信号强度差异可以体现原油的含水率，因此，由光信号转换获取的电信号的比值也可以体现原油的含水率，因此信号处理装置3在接收到第一电信号和第二电信号后，获取第二电信号与第一电信号的比值，根据该比值测量出原油的含水率。

在一种可能实现方式中，信号处理装置3包括：采集单元301和处理单元302，采集单元301分别与第一探测装置105、第二探测装置202和处理单元302连接。采集单元301用于采集光信号转换获取的电信号，处理单元302用于对电信号进行分析处理，测量原油的含水率。

上述实施例中信号处理装置3接收第一电信号及第二电信号的过程可由采集单元301完成，而获取第一电信号和第二电信号的比值的过程可由处理单元302完成。

也即是，第一探测装置105将转换形成的第一电信号传输至采集单元301，第二探测装置202转换形成的第二电信号也传输至采集单元301，采集单元301接收到第一电信号和第二电信号后，传输至处理单元302，由处理单元302处理获取第一电信号和第二电信号的比值。

另外，该处理单元302还可以设有显示功能，可以将获取到的比值显示出来，以供工作人员基于该比值，获取原油的含水率。

本发明实施例对采集单元301和处理单元302的结构不作具体限定，示例性地，采集单元301为采集卡，处理单元302为上位机。且，本发明实施例对采集卡的具体参数不作具体限定，示例性地，该采集卡的参数如下：16路模拟输入通道，单通道的采样率1.25ms/s(每秒采集10⁶倍的采样点)，多通道的采样率为1ms/s，16位分辨率，2路模拟输出，24条数字i/o(input/output，输入/输出)线，其中8条为10mhz(兆赫兹)硬件定时线，以及4路32位计数器定时器针，支持windows7操作系统。

进一步地，为将采集卡与上位机连接，上位机通过labview软件控制采集卡，对输入的电信号进行数据分析处理。

本发明实施例提供的传感器，不再使用探头在原油中收发信号的方式，而是在第一结构1和第二结构2内部设置光源101、光纤、耦合器和探测装置，在第一结构1与第二结构2之间设置流体通道，供原油通过，并采用传输光信号的方式来测量原油的含水率，测量过程中第一结构1与第二结构2中的部件不会接触到水中溶解的物质，避免造成结垢现象，提高了含水率的测量结果的精确度，且该方法不仅适用于测量含水率较低的原油，也适用于测量含水率高的原油，具有普适性。

在一种可能实现方式中，原油中的水只会吸收某些特定波段的光信号，因此只有光源101发出的光的波段与水能够吸收的光的波段一致时，光源101发出的光在通过原油后，其光信号才会发生变化，才能用于测量原油含水率。

由于水会吸收多种波段的光，因此，为了提高测量结果的准确性，可以更换多种不同的光源101，其中每一种光源101可以发出一种特定波段的光，从而能够根据多种不同波段的光进行测量。

或者，为了避免更换光源101，可以设置可发出白光的光源101，并利用多个波长不同的滤波片来分别对白光进行滤波，获取多种波段的光。

为此，第一结构1还包括：多个滤波片和多个准直透镜，第一光信号包括多路子信号，第一光纤103包括多路光纤，多个滤波片的中心波段不同，第一探测装置105包括多个探测单元，多路光纤、多个滤波片、多个准直透镜和多个探测单元一一对应。

其中，滤波片是让每一路光纤中传输的一路光信号中某一窄带光谱的光波以尽可能高的透射率通过，而使其他光谱范围的光波衰减，以获得单色性良好的准单色光，因此滤波片用于对接收到的一路光信号进行滤波，获取一路单色光信号。

每一路光纤将一路子信号传输至对应的滤波片，以进行滤波，获取一路单色光信号后，这一路单色光信号传输至对应的准直透镜，准直透镜接收这一路单色光信号，并调整这一路单色光信号的强度，调整后的单色光信号传输至对应的探测单元，探测单元则调整后的单色光信号转换为对应的电信号后，传输至信号处理装置3。

其中，上述探测单元可以为探测器，探测器不仅需要将光信号转换为电信号后，而且还需将该电信号传输至信号处理装置3。在传输至信号处理装置3的过程中，为保证信号处理装置3能够接收探测器传输的电信号，还需要经过光电检测电路。

为了提高传输效率，无畸变地将光信号转化为电信号，并传输至信号处理装置3，该探测器可以位于光电检测电路中，在探测器之后该光电检测电路还包括信号处理电路，信号处理电路可以对探测器输出的电信号进行处理。因此，该探测器的工作参数不仅要和被测信号、光学系统相匹配，还要和后续的信号处理电路的工作参数相匹配，使每个相互连接的器件都处于最佳的工作状态。本发明实施例对探测器的材料不作具体限定。示例性地，该探测器选用的光敏二极管，且该光敏二极管的三个引脚分别接正、负和外壳地。其详细的工作参数如表1所示。

表1

同样的，光电检测电路也需满足以下三方面的要求：一是输出信噪比高，电路噪声小；二是光电检测电路的通频带要足够宽；三是光电检测电路后面的电路输入阻抗与之相匹配。

图4是根据一示例性实施例示出的一种光电检测电路的示意图。如图4所示，该光电检测电路采用三级放大结构，光照射探测器后，探测器将光信号转化为电流信号，将电流信号经前级放大电路转换为电压信号，对电压信号进行滤波后送入二级放大电路进行电压放大，放大后的电压信号经第三级电路进行反向后进行模数转换，再传送给信号处理装置。

由于水会吸收三种波段的光，因此，第一耦合器为1分4耦合器，第一结构包括：三个滤波片和三个准直透镜，第一探测装置包括三个探测单元，第一光信号包括三路子信号，第一光纤包括三路光纤。且三个滤波片包括第一滤波片、第二滤波片和第三滤波片。

在这种情况下，信号处理装置可以通过获取第一电信号，获取到光源在三个波段下的原始光信号，再通过光源经过原油后获得第二电信号，获取到光信号在被水吸收后的相同三个波段下的光信号，并通过三个波段下的第二电信号与第一电信号的比值获取原油的含水率。

可选地，由于水吸收的光信号的三种波段分别为1047-1053纳米、1447-1453纳米和1747-1753纳米。因此可以将滤波片的波段设置为水可吸收的光信号的波段，即第一滤波片的波段为1047-1053纳米，第二滤波片的波段为1447-1453纳米，第三滤波片的波段为1747-1753纳米。可选地，第一滤波片的波长为1050纳米，第二滤波片的波长为1450纳米，第三滤波片的波长为1450纳米。

在另一种可能实现方式中，第二结构还包括：第二耦合器、第四光纤、多个滤波片和多个准直透镜，第二耦合器与第三光纤和第四光纤连接，第四光纤包括多路光纤，多个滤波片的波段不同，第二探测装置包括多个探测单元，多路光纤、多个滤波片、多个准直透镜和多个探测单元一一对应。

第二耦合器将第三光纤传输的光信号耦合为多路子信号，第四光纤中的每一路光纤将一路子信号传输至对应的滤波片，以进行滤波，获取一路单色光信号后，这一路单色光信号传输至对应的准直透镜后，被准直透镜调整接收的这一路单色光的信号的强度，调整后的单色光信号被传输至对应的探测单元，探测单元则调整后的单色光信号转换为对应的电信号后，传输至信号处理装置。

本发明实施例对第二耦合器的类型不作具体限定，示例性地，第二耦合器为1分3耦合器，第二结构包括：三个滤波片和三个准直透镜，第二探测装置包括三个探测单元。

且三个滤波片包括第四滤波片、第五滤波片和第六滤波片，第四滤波片的波段为1047-1053纳米，第五滤波片的波段为1447-1453纳米，第六滤波片的波段为1747-1753纳米。可选地，第四滤波片的波长为1050纳米，第五滤波片的波长为1450纳米，第六滤波片的波长为1450纳米。

第一结构与第二结构中，滤波片数量、准直透镜数量、探测单元数量均相等，且滤波片的波段相等，这样可以保证第一结构中获取的多个单色光信号的波段与第二结构中获取的多个单色光信号的数量相等，波段也相等。相应地，在经过光电转换之后，信号处理装置可以接收到数量相等的多个第一电信号和多个第二电信号，且多个第二电信号与多个第一电信号一一对应。

因此，信号处理装置可以获取每个第二电信号与对应的第一电信号的比值，获取多个比值，根据该多个比值进行分析统计获取原油的含水率。

在一种可能实现方式中，为了提高传感器的寿命，第一窗口和第二窗口均填充有玻璃材料，能够在实现光信号传输的同时，防止原油或原油中的水经由第一窗口流入第一结构，或经由第二窗口流入第二结构。本发明实施例对填充的材料的材质不作具体限定，示例性地，该材料为蓝宝石玻璃材料。为了满足井下高压环境的要求，该蓝宝石玻璃窗口的直径可为5毫米，蓝宝石玻璃厚度可为4毫米。

在一种可能实现方式中，本发明实施例对第一光纤、第二光纤、第三光纤和第四光纤的工作频段和芯径尺寸不作具体限定，示例性地，工作频段均为400-2200纳米，芯径均为400微米。

图5是根据一示例性实施例示出的一种含水率测试方法流程图，如图5所示，该方法应用于上述实施例所示的传感器，该方法包括：

501、光源发出原始光信号，第一耦合器将原始光信号耦合为第一光信号和第二光信号。

502、第一光纤将第一光信号传输至第一探测装置，第一探测装置将第一光信号转换成第一电信号，并将第一电信号传输至信号处理装置。

503、第二光纤将第二光信号传输至第一窗口，第二光信号照射第一窗口、通过原油传输后照射第二窗口。

504、第三光纤接收第二窗口上的第三光信号，并将第三光信号传输至第二探测装置，第二探测装置将第三光信号转换成第二电信号，并将第二电信号传输至信号处理装置。

505、信号处理装置获取第二电信号与第一电信号的比值，比值表示原油的含水率。

本发明实施例提供的传感器，不再使用探头在原油中收发信号的方式，而是在第一结构和第二结构内部设置光源、光纤、耦合器和探测装置，在第一结构与第二结构之间设置流体通道，供原油通过，并采用传输光信号的方式来测量原油的含水率，测量过程中第一结构与第二结构中的部件不会接触到水中溶解的物质，避免造成结垢现象，提高了含水率的测量结果的精确度，且该方法不仅适用于测量含水率较低的原油，也适用于测量含水率高的原油，具有普适性。

在一种可能实现方式中，信号处理装置包括：采集单元和处理单元，采集单元分别与第一探测装置、第二探测装置和处理单元连接；方法还包括：

采集单元采集第一电信号和第二电信号，并传输至处理单元；

处理单元接收第一电信号和第二电信号，并获取第二电信号与第一电信号的比值。

在一种可能实现方式中，第一结构还包括：多个滤波片和多个准直透镜，第一光信号包括多路子信号，第一光纤包括多路光纤，多个滤波片的波段不同，第一探测装置包括多个探测单元；多路光纤、多个滤波片、多个准直透镜和多个探测单元一一对应；方法还包括：

每路光纤将一路子信号传输至对应的滤波片，滤波片对接收到的一路子信号进行滤波，获取一路单色光信号，并传输至对应的准直透镜，准直透镜调整接收到的一路单色光信号的强度，并将调整后的单色光信号传输至对应的探测单元，探测单元将接收到的单色光信号转换为对应的电信号后，传输至信号处理装置。

在一种可能实现方式中，第一耦合器为1分4耦合器，第一结构包括：三个滤波片和三个准直透镜，第一探测装置包括三个探测单元；

第一光信号包括三路子信号，第一光纤包括三路光纤；

三个滤波片包括第一滤波片、第二滤波片和第三滤波片，第一滤波片的波段为1047-1053纳米，第二滤波片的波段为1447-1453纳米，第三滤波片的波段为1747-1753纳米。

在一种可能实现方式中，第二结构还包括：第二耦合器、第四光纤、多个滤波片和多个准直透镜，第二耦合器与第三光纤和第四光纤连接，第四光纤包括多路光纤，多个滤波片的波段不同，第二探测装置包括多个探测单元；多路光纤、多个滤波片、多个准直透镜和多个探测单元一一对应；方法还包括：

第二耦合器将第三光纤传输的第三光信号耦合为多路子信号，第四光纤中的每路光纤将一路子信号传输至对应的滤波片，滤波片对接收到的一路子信号进行滤波，获取一路单色光信号，一路单色光信号传输至对应的准直透镜后，准直透镜调整一路单色光信号的强度，调整后的单色光信号传输至对应的探测单元，探测单元将调整后的单色光信号转换为对应的电信号后，传输至信号处理装置。

在一种可能实现方式中，第二耦合器为1分3耦合器，第二结构包括：三个滤波片和三个准直透镜，第二探测装置包括三个探测单元；

三个滤波片包括第四滤波片、第五滤波片和第六滤波片，第四滤波片的波段为1047-1053纳米，第五滤波片的波段为1447-1453纳米，第六滤波片的波段为1747-1753纳米。

为保证本发明实施例提供的传感器及含水率测试方法的准确度高，在对原油含水率进行测量之前，需先在纯水和纯油条件下利用该传感器分别获取在1050纳米波段、1450纳米波段和1650纳米波段下的电信号比值图。

图6-图10为使用本发明实施例提供的传感器及含水率测试方法的试验结果图，其中，横轴为时间，纵轴为不同波段条件下的电信号比值，a线代表1050纳米波段条件下的电信号比值图，b线代表1650纳米波段条件下的电信号比值图。该试验在模拟井环境下实施，且以柴油为例。

首先在纯水条件下进行试验，图6为根据一示例性实施例示出的一种传感器在纯水条件下获取的在不同波段下的电信号比值图。如图6所示，由于第一窗口和第二窗口之间的距离过大，且水对1450纳米波段的光信号吸收作用强，因此主要在1050纳米波段和1650纳米波段条件下获取电信号比值图。

由二者的稳定时的电信号比值可发现，a线的电信号比值大于b线的电信号比值，即1050纳米波段条件下的电信号比值大于1650纳米波段条件下的电信号比值，也就是，水对1650纳米波段的光信号的吸收程度相比于水对1050纳米波段的光信号的吸收程度较强，所以导致光信号通过水后，1650纳米波段的光信号转换获取的电信号相比于1050纳米波段的光信号转换获取的电信号强度较低。

并且，1650纳米波段的电信号比值图中的峰值表示水中包含气泡，当光信号传输至气泡时，水对光信号的吸收程度减弱，透射的光信号强度变大。而1050纳米波段的电信号比值图中，在经过峰值之后电信号的比值发生突然衰减，表示水中包含气泡，当光信号传输至气泡时，改变光路，使透射的光信号强度变小。因此，不同波段的透射光信号的强度可以用于测量水的吸收程度和气泡的影响。

其次，在纯柴油条件下进行试验，利用该传感器获取不同波动波段下的电信号比值图时，主要是获取在1050纳米波段和1650纳米波段条件下的电信号比值图。图7为根据一示例性实施例示出的传感器在纯柴油条件下获取的在不同波段下的电信号比值图，由在1650纳米波段的电信号比值图即b线可知，在1650纳米波段下，第一电信号与第二电信号的比值达到饱和，说明光信号的透射强度与光源的原始光信号强度相等，柴油并未吸收光信号，而b线中电信号比值的减小说明柴油中包含气泡，当光信号传输至气泡时，改变光路，而由于光信号在1650纳米波段下光信号的透射光强度达到饱和，因此该图无法准确表示气泡的影响。

由在1050纳米波段的电信号比值图即a线可知，第一电信号与第二电信号的比值没有达到饱和，图中电信号比值的减小说明柴油中包含气泡，当光信号传输至气泡时，改变光路，使透射光强度变小，由于光信号在1050纳米波段下光信号的透射光强度没有达到饱和，因此该图可准确表示气泡的影响。

基于上述传感器在纯水和纯油条件下获取的在不同波段下的电信号比值图，对含水率为85％的柴油进行了测试，图8为根据一示例性实施例示出的传感器在85％含水率条件下获取的在不同波段下的电信号比值图。可依据纯水和纯柴油下获取的两个波段条件下的电信号比值图，在该图中标示出了连续大气泡、全水稳定状态和油泡和油流不稳定状态下的透射强度区域，如图8所示。再对该图进行修整，以去除由于气泡的存在而导致的电信号比值图发生变化的影响，得到修正后的图，如图9所示，之后再通过对整个测量过程的数据特征进行统计，计算出该柴油的含水率为81.56％。

同样的，又对含水率为80％的原油进行了测试，得到图10，采用同样的方法获取该柴油的含水率为80.96％。

因此，在模拟井环境下测量精度能达到±5％，达到预期标准，其精确度高。

本发明实施例提供的传感器的响应频率能满足井下流体的流速要求，传感器的波段选择恰当，且电路稳定性良好，由光源发出的原始光信号经由滤波片获取的光信号的波段均处于红外光谱的波段内，该传感器的测量精确度高，且能测量含水率高的原油，具有普适性。

以上所述仅是为了便于本领域的技术人员理解本发明的技术方案，并不用以限制本发明。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。