或者油和水的比例间隔值），说明流体 为油和空气组成，此时只需计算流体中空气所占比例，通过空气所占比例即可推算出流体 中油所占比例，其中，流体中空气所占比例的计算过程包括以下步骤：
[0064] 1)分别对第一组探测通道和第二组探测通道探测到的反射光强信号进行归一化， 其计算公式如下：
[0065]
[0066] 式中，表示归一化后的光强值；表示第?(? = 1，2···7)个探测通道探测 到的反射光强信号;表示光强探测器监测到的光强；
[0067] 2)计算归一化后的各探测通道探测的反射光强信号相对于流体为纯油时，通过各 探测通道探测到的光强的增量，其计算公式如下：
[0068]
[0069] 式中，5ν?ζ,Μ?.,Μ,.表不光强的增量；
[0070] 3)计算一段时间内光强的增量5^/_1;_的平均值，并将平均值与流体为不同比例 的油和气时，存入标准库的光强增量&?进行对比，使用查表法配合线性插值法确定流 体中空气所占比例；
[0071] 4)用百分之百减去流体中空气所占比例得到流体中油所占比例；
[0072]如果对比结果有明显差异，说明流体由空气、水和油组成，此时只需计算流体中空 气和水所占比例，通过空气和水所占比例即可推算出流体中油所占比例，其中，流体中空气 所占比例的计算过程与上述步骤基本相同，唯一不同的是，只使用第一组探测通道探测到 的反射光强信号计算相应的归一化后的光强值，故在此不再赘述；
[0073] 流体中水所占比例的计算过程，具体包括以下步骤：
[0074] 1)对第二组探测通道探测到的反射光强信号进行归一化，其计算公式如下：
[0075]
[0076] 式中，w，表示归一化后的光强值；v_2表示第i(i = 6，7)个探测通道探测到的 光强;^表示光强探测器监测到的光强；
[0077] 2)计算归一化后的第二组探测通道探测的反射光强信号相对于流体为纯油时，通 过各探测通道探测到的光强的增量，其计算公式如下：
[0078]
[0079] 式中，.SChor表不光强增量；
[0080] 3)计算一段时间内光强增量々尤^胃的平均值，并将平均值与流体为不同比例的 油和水时，存入标准库的光强增量行对比，使用查表法配合线性插值法确定流体 中水所占比例；
[0081] 4)用百分之百减去流体中空气和水所占比例得到流体中油所占比例。
[0082] 上述实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式和制作工艺等都是 可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在 本发明的保护范围之外。
【主权项】
1. 一种流体组分分析仪，其特征在于:它包括一上位机、一控制系统、一光源模块、一光 学探头和若干探测器，其中，所述光学探头包括若干探测通道，且所述探测通道和探测器一 一对应； 所述上位机供用户输入控制指令，并将控制指令发送给所述控制系统，所述控制系统 接收控制指令并驱动所述光源模块发光，所述光源模块将所发的光经所述光学探头发送到 待测流体表面，光在待测流体表面发生反射并经各探测通道发送到所述探测器，所述探测 器将探测到的反射光强信号通过所述控制系统发送到所述上位机，所述上位机将各所述探 测器探测到的光强值与标准库进行对比，进而确定待测流体的组分及比例。2. 如权利要求1所述一种流体组分分析仪，其特征在于:所述控制系统内设置一调制模 块、一数字锁相放大器和一光强归一化模块;所述调制模块接收所述上位机的控制指令后 产生调制信号，并将调制信号发送到一光源驱动电路，所述光源驱动电路接收调制信号驱 动所述光源模块发光，所述光源模块所发的光强信号通过一光强探测器监测，所述光强探 测器将其监测到的光强信号发送到所述数字锁相放大器，所述数字锁相放大器接收光强信 号，同时接收各所述探测器探测到的反射光强信号，所述数字锁相放大器采用与所述调制 模块的调制信号相同的信号作为参考信号，对所述光强探测器监测到的光强信号和各所述 探测器探测到的反射光强信号进行相敏解调后发送到所述光强归一化模块，所述光强归一 化模块对各所述探测器探测到的反射光强信号进行归一化后发送到所述上位机。3. 如权利要求2所述一种流体组分分析仪，其特征在于:所述光源模块包括一光源、一 光纤耦合器和一多模光纤;所述光源将所发出的光依次通过所述光纤耦合器和多模光纤发 送到所述光学探头。4. 如权利要求2所述一种流体组分分析仪，其特征在于:所述光学探头包括一蓝宝石棱 镜、一压盖、一偏振片和一光纤端头，其中，所述蓝宝石棱镜顶部两端对称剖切一入射面和 一探测面;所述蓝宝石棱镜顶部中心间隔设置两安装孔，所述压盖的形状与所述蓝宝石棱 镜顶部形状相对应;与所述探测面相对应的所述压盖底部一端横向间隔设置各所述探测通 道，与所述安装孔位置相对应，所述压盖底部中心设置盲孔，所述盲孔和安装孔之间通过螺 杆固定连接;与入射面相对应的所述压盖底部另一端设置一通孔，所述入射面上贴设固定 所述偏振片，所述光纤端头的一端垂直所述偏振片，所述光纤端头的另一端通过所述通孔 连接所述多模光纤。5. 如权利要求1或2或3或4所述一种流体组分分析仪，其特征在于:各所述探测器均通 过接收光纤探测反射光强信号，并将探测到的反射光强信号转化成电流信号后发送到一探 测器放大电路，所述探测器放大电路将各电流信号转化成电压信号，并对各电压信号进行 幅度放大后发送到所述控制系统。6. 如权利要求1或2或3或4所述一种流体组分分析仪，其特征在于:所述上位机位于井 上，所述控制系统、光源模块、光学探头和探测器位于井下，且所述控制系统、光源模块和探 测器设置在一保温结构内。7. 权利要求1或2或3或4所述一种流体组分分析仪，其特征在于:所述标准的制作方法， 其包括以下步骤： 1)通过测量得到流体为纯空气时通过各探测通道探测到的光强和光强探测器监测到 的光强，以光强探测器监测到的光强为标准光强对各探测通道探测到的光强进行归一化， 得到纯空气的标准库； 2) 通过测量得到流体为纯油时通过各探测通道探测到的光强和光强探测器监测到的 光强，以光强探测器监测到的光强为标准光强对各探测通道探测到的光强进行归一化，得 到纯油的标准库； 3) 通过测量得到流体为不同比例的油和气时通过各探测通道探测到的光强和光强探 测器监测到的光强，以光强探测器监测到的光强为标准光强对各探测通道探测到的光强进 行归一化，得到不同比例的油和气的标准库； 4) 通过测量得到流体为纯水时通过各探测通道探测到的光强和光强探测器监测到的 光强，以光强探测器监测到的光强为标准光强对各探测通道探测到的光强进行归一化，得 到纯水的标准库； 5) 通过测量得到流体为不同比例的油和水时通过各探测通道探测到的光强和光强探 测器监测到的光强，以光强探测器监测到的光强为标准光强对各探测通道探测到的光强进 行归一化，得到不同比例的油和水的标准库； 6) 分别通过计算得到流体为不同比例的油和气以及不同比例的油和水时，归一化后的 通过各探测通道探测到的光强相对于流体为纯油时，通过各探测通道探测到的光强的增 量，并将所有的光强的增量存入标准库中。8. -种如权利要求1~7任意一项所述流体组分分析仪的探测通道的布置方法，其特征 在于，包括以下步骤： 1) 分别确定空气、水、油和蓝宝石棱镜的折射率，并分别绘制待测界面为棱镜/空气、棱 镜/水和棱镜/油时反射率随入射角变化曲线图； 2) 根据所绘制的待测界面为棱镜/空气、棱镜/水和棱镜/油时反射率随入射角变化曲 线图分别对应确定待测界面为棱镜/空气、棱镜/水和棱镜/油时发生全反射的临界角，与棱 镜/空气到棱镜/水发生全反射的临界角之间以及棱镜/水到棱镜/油发生全反射的临界角 之间相对应设置光学探头的探测通道。
【专利摘要】本发明涉及一种流体组分分析仪及其探测通道布置方法，它包括一上位机、一控制系统、一光源模块、一光学探头和若干探测器，其中，光学探头包括若干探测通道，且探测通道和探测器一一对应；上位机供用户输入控制指令，并将控制指令发送给控制系统，控制系统接收控制指令并驱动光源模块发光，光源模块将所发的光经光学探头发送到待测流体表面，光在待测流体表面发生反射并经各探测通道发送到探测器，探测器将探测到的反射光强信号通过控制系统发送到上位机，上位机将各探测器探测到的光强值与标准库进行对比，进而确定待测流体的组分及比例。本发明能够快速实时确定流体中各组分所占比例。
【IPC分类】G01N21/17, G01N21/01
【公开号】CN105675501
【申请号】CN201610191652
【发明人】丁武文, 衣路英, 章恩耀, 孙利群
【申请人】清华大学
【公开日】2016年6月15日
【申请日】2016年3月30日