CN102103030B - 嵌入式隔热管真空度在线测试装置及测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及油田生产稠油热采工艺领域，特别是嵌入式隔热管真空度在线测试装置及测试方法。包括外部检测信号模块12、内部检测信号模块14及隔热管内管15、隔热管外管16组成，本发明由于采用内部检测信号模块封装在隔热管的内管和外管之间，内部探头PZT5与隔热管外管内壁无间隙接触，以便传输超声信号，外部探头PZT6在需要信号传输时与隔热管外管外壁无间隙接触，传输和接收超声信号，以微型真空传感器为测试单元，借助PZT压电晶体模块在其共振频率下的逆压电效应，结合单片机及相关外围信号处理电路，从而完成在线测试隔热油管的真空度，该测试方法精度高、监测效率高。
Description
技术领域
本发明属于油田生产稠油热采工艺领域，特别是嵌入式隔热管真空度在线测试装置及测试方法。
背景技术
注蒸汽采油是开采稠油的重要手段，而高真空隔热油管的真空度高低直接影响着注蒸汽采油的开发效果。目前，辽河油田有大量真空隔热管用于热采采油，由于缺少必要的隔热管真空度直接自动测试技术手段，不能对隔热管真空隔热特性进行有效的在线检测，目前已有的测试方法存在精度低、监测效率低、人为因素大的弱点。
发明内容
本发明的目的是提供嵌入式隔热管真空度在线测试装置及测试方法。针对油井真空隔热管的工作特点本发明采用微型真空传感器测量、嵌入式无损无线超声信号传输的智能测试方案，很好的解决了隔热管真空测试，对隔热管真空隔热特性进行有效的在线检测，该测试方法精度高、监测效率高、避免人为因素。
本发明的目的是这样实现的，本发明测试装置由两个相对独立的部分隔热管内部检测信号模块和外部信号检测模块组成，包括外部探头PZT6(11)、外部检测信号模块(12)、内部探头PZT5(13)、内部检测信号模块(14)及隔热管内管(15)、隔热管外管(16)组成，内部检测信号模块(14)封装在隔热管内管(15)和隔热管外管(16)之间，内部探头PZT5(13)在内部检测信号模块(14)上，与隔热管内管(15)和隔热管外管(16)无间隙接触，外部探头PZT6(11)在外部检测信号模块(12)上与隔热管外管(16)外壁无间隙接触，方位与内部探头PZT5安装的方位一致。
内部检测信号模块(14)主要由微型真空传感器(1)，微型真空传感器信号转换电路(2)，放大器(3)，单片机(4)，发射信号压电晶体PZT(5)组成。隔热管外组件模块主要接收信号压电晶体PZT(6)，信号调理跟随器
(7)，信号零点调整减法器(8)，放大器(3)，信号比较电路(9)及信号处理单片机(10)。
本发明所说的嵌入式隔热管真空度在线测试方法为：
(1)、首先，以微型真空传感器为测量单元，单片机为嵌入组件的管理控制核心，PZT压电晶体信号发射单元组成嵌入式隔热管真空度测量发射的隔热管内部信号模块，此模块在隔热管生产中，通过机械安装在隔热管的内外的封闭腔中，其中PZT压电晶体必须与隔热管壁表面贴合，以便超声信号传输，隔热管的封闭腔被抽为真空；
(2)、外部PZT压电晶体是活动探头，测量时放在隔热管壁上，信号处理模块与微处理器构成外部的智能测量仪器；
(3)、嵌入在隔热管内的信号模块，由单片机管理，通常单片机在休眠方式下工作，只有在外部PZT压电晶体的激励下，内部PZT压电晶体激活内部单片机，由单片机激活真空测量电路，由于采用外部激活工作方式，内部信号测试模块长期工作在休眠省电方式下，用高性能电池；
(4)、真空信号由微型真空传感器测量，通过信号转换、处理，以电压信号送入单片机的信号采集A/D口，有点片机将其转化为数字信号，并以数字USART通讯编码脉冲信号，由单片机I/O口直接驱动PZT压电晶体；
(5)、PZT压电晶体是外部仪器的活动探头，当PZT压电晶体接收到PZT压电晶体发出的通讯编码信号后，通过外部信号处理模块将接收到的信号调理成微型处理器能处理的数字信号；
(6)、通过数字信号相关分析法，准确的解析到内部测量模块发出的数字信号。相关分析法的计算过程如下：将内部信号测量模块的所有可能的通讯标准数字信号波形以数据形式存储在外部的微型处理器中，然后将微型处理器测量的数字信号波形与存储在微型处理器中的标准数据进行相关分析计算，最后得出测量值；
(7)、外部探头在需要信号传输时与隔热管外管外壁无间隙接触，方位与内部探头安装的方位一致，传输和接收超声信号，在隔热管制造中，在隔热管外管外壁作出放置外探头的标记。
本发明由于采用内部检测信号模块封装在隔热管的内管和外管之间，内部探头PZT5与隔热管外管内壁无间隙接触，以便传输超声信号。外部探头PZT6在需要信号传输时与隔热管外管外壁无间隙接触，方位与内部探头PZT5安装的方位尽量一致，以便传输和接收超声信号，需要在隔热管外管外壁作出标记。以微型真空传感器为测试单元，借助PZT压电晶体模块在其共振频率下的逆压电效应，结合单片机及相关外围信号处理电路，从而完成在线测试隔热油管的真空度。很好的解决了隔热管真空测试，对隔热管真空隔热特性进行有效的在线检测，该测试方法精度高、监测效率高、避免人为因素。
附图说明
图1是本发明的安装结构示意图。
图2是本发明的在线测试原理图。
具体实施方式
见图1，本发明的系统包括外部探头PZT11、外部检测信号模块12、内部探头PZT13、内部检测信号模块14及隔热管内管15、隔热管外管16组成，内部检测信号模块14封装在隔热管内管15和隔热管外管16之间，内部探头PZT13在内部检测信号模块14上，与隔热管内管15和隔热管外管16无间隙接触，外部探头PZT11在外部检测信号模块12上与隔热管外16外壁无间隙接触，方位与内部探头PZT13安装的方位一致。
见图2内部检测信号模块14主要由微型真空传感器1，微型真空传感器信号转换电路2，放大器3，单片机4，发射信号压电晶体PZT5组成；外部检测信号模块12主要有接收信号压电晶体PZT6，信号调理跟随器7，信号零点调整减法器8，放大器3，信号比较电路9及信号处理单片机10。
隔热油管真空测试装置的工作过程如下：微型真空传感器测试被测环境即隔热管的真空度，产生与真空度相对应的微小的电容值，电容值经过电容/电压(CVC)转换电容测量电路将真空值转换为电压信号，电压信号放大后经过单片机的USART(通讯)编码，转换成相应的脉冲信号，并由单片机的输入输出口(I/O)输出到管内部PZT压电薄膜晶体，PZT压电薄膜晶体因逆压电效应产生超声振动信号，振动信号由穿透隔热管传送到到油管外部。油管外部的PZT压电薄膜晶体接收超声信号，再对信号进行缓冲跟随，调零处理减法器，信号放大放大器和脉冲信号整形比较器进行处理，最后由微处理器进行采集分析处理。
本发明所说的嵌入式隔热管真空度在线测试方法为：
(1)、首先，以微型真空传感器为测量单元，单片机为嵌入组件的管理控制核心，PZT压电晶体信号发射单元组成嵌入式隔热管真空度测量发射的隔热管内部信号模块，此模块在隔热管生产中，通过机械安装在隔热管的内外的封闭腔中，其中PZT压电晶体5必须与隔热管壁表面贴合，以便超声信号传输，隔热管的封闭腔被抽为真空；
(2)、外部PZT压电晶体是活动探头，测量时放在隔热管壁上，信号处理模块与微处理器构成外部的智能测量仪器；
(3)、嵌入在隔热管内的信号模块，由单片机管理，通常单片机在休眠方式下工作，只有在外部PZT压电晶体的激励下，内部PZT压电晶体激活内部单片机，由单片机激活真空测量电路，由于采用外部激活工作方式，内部信号测试模块长期工作在休眠省电方式下，用高性能电池，内部嵌入式模块可工作十年以上；
4、真空信号由微型真空传感器测量，通过信号转换、处理，以电压信号送入单片机的信号采集A/D口，有点片机将其转化为数字信号，并以数字USART通讯编码脉冲信号，由单片机I/O口直接驱动PZT压电晶体；
5、PZT压电晶体是外部仪器的活动探头，当PZT压电晶体接收到PZT压电晶体5发出的通讯编码信号后，通过外部信号处理模块将接收到的信号调理成微型处理器能处理的数字信号；
6、由于隔热管内部测试并发射的真空信号与外部的检测仪器被隔热管隔断，没有同步信号联系，因而微型处理器得到的数字信号，还需要识别，本发明通过数字信号相关分析法，可以准确的解析到内部测量模块发出的数字信号。相关分析法的计算过程如下：将内部信号测量模块的所有可能的通讯标准数字信号波形以数据形式存储在外部的微型处理器中，然后将微型处理器测量的数字信号波形与存储在微型处理器中的标准数据进行相关分析计算，最后得出测量值；
7、外部探头在需要信号传输时与隔热管外管外壁无间隙接触，方位与内部探头安装的方位尽量一致，以便传输和接收超声信号，在隔热管制造中，需要在隔热管外管外壁作出放置外探头的标记，以保证探测效果。
Claims (2)
1.一种嵌入式隔热管真空度在线测试装置，由隔热管内部检测信号模块和外部检测信号模块两个相对独立的部分组成，其特征在于：内部检测信号模块（14）封装在隔热管内管（15）和隔热管外管（16）之间，内部探头PZT（13）在内部检测信号模块（14）上，与隔热管内管（15）和隔热管外管（16）无间隙接触，外部探头PZT（11）在外部检测信号模块（12）上与隔热管外管（16）外壁无间隙接触，方位与内部探头PZT（13）安装的方位一致；内部检测信号模块（14）主要由微型真空传感器（1），微型真空传感器信号转换电路（2），放大器（3），内部单片机（4）及发射信号压电晶体PZT（5）组成，其中发射信号压电晶体PZT（5）与内部探头PZT（13）为同一零部件；外部检测信号模块（12）包括接收信号压电晶体PZT（6），信号调理跟随器（7），信号零点调整减法器（8），放大器（3），信号比较电路（9）及信号处理单片机（10），其中接收信号压电晶体PZT（6）与外部探头PZT（11）为同一零部件。
2.一种嵌入式隔热管真空度在线测试方法，其特征在于：（1）、首先，以微型真空传感器为测量单元，内部单片机为嵌入组件的管理控制核心，内部PZT压电晶体为信号发射单元组成嵌入式隔热管真空度测量发射的隔热管内部信号测试模块，此模块在隔热管生产中，通过机械安装在隔热管的内外的封闭腔中，其中内部PZT压电晶体必须与隔热管壁表面贴合，以便超声信号传输，隔热管的封闭腔被抽为真空，内部PZT压电晶体是内部探头PZT；
（2）、外部PZT压电晶体是活动探头PZT，测量时放在隔热管壁上，信号处理模块与微处理器构成外部的智能测量仪器；
（3）、嵌入在隔热管内的信号测试模块，由内部单片机管理，通常内部单片机在休眠方式下工作，只有在外部PZT压电晶体的激励下，内部PZT压电晶体激活内部单片机，由内部单片机激活真空测量电路，由于采用外部激活工作方式，内部信号测试模块长期工作在休眠省电方式下，用高性能电池；
（4）、真空信号由微型真空传感器测量，通过信号转换、处理，以电压信号送入信号处理单片机的信号采集A/D口，由信号处理单片机将其转化为数字信号，并以数字USART通讯编码脉冲信号，由信号处理单片机I/O口直接驱动内部PZT压电晶体；
（5）、外部PZT压电晶体是外部仪器的活动探头PZT，当外部PZT压电晶体接收到内部PZT压电晶体发出的通讯编码信号后，通过外部信号处理模块将接收到的信号调理成微处理器能处理的数字信号；
（6）、通过数字信号相关分析法，准确的解析到内部信号测试模块发出的数字信号，相关分析法的计算过程如下：将内部信号测试模块的所有可能的通讯标准数字信号波形以数据形式存储在外部的微处理器中，然后将微处理器测量的数字信号波形与存储在微处理器中的标准数据进行相关分析计算，最后得出测量值；
（7）、外部探头PZT在需要信号传输时与隔热管外管外壁无间隙接触，方位与内部探头PZT安装的方位一致，传输和接收超声信号，在隔热管制造中，在隔热管外管外壁作出放置外部探头PZT的标记。
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