CN105849536B - 利用谱去卷积进行谱分析 - Google Patents

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Abstract

提供了一种用于推断在检测器处的电磁能量的入射计数率的方法。在一个实施例中，所述方法包括：使电磁辐射传输通过流体；在检测器处接收电磁辐射的一部分。所述方法还包括：测量由所述检测器接收到的电磁辐射的所述一部分的能谱；以及使用所测能谱和对电磁辐射的检测器响应的物理模型来推断由所述检测器接收到的电磁辐射的所述一部分的离散能级的入射计数率。还公开了另外的系统、设备和方法。

Description

利用谱去卷积进行谱分析
技术领域
本发明涉及用于确定流率和/或多相流体流中的各种组分的相分数的方法和设备，有时被称为多相流量计(MPFM)。
背景技术
井眼通常钻入地下岩石以接近存储在地层中的流体，例如碳氢化合物。地下流体可以由这些井眼通过已知的技术来开采。操作者可能想知道所生产流体的某些特征，以利于高效和经济的勘探和生产。例如，操作者可能希望知道所生产流体的流率。这些所生产流体通常是多相流体(例如，具有水、油和气的一些组合的流体)，使得对流率的测量更加复杂。
各种系统可以被用来确定多相流体的流率。在一些系统中，多相流体被分离成它们的构成相并且这些相然后被单独检测，以确定流率。其它的系统包括可以用于不经分离而测量多相流体的流率的多相流量计。这些多相流量计可以比传统的分离器和检测单元更小且更轻，并且在某些情况下期望不经分离而测量流率的能力。传统的分离器系统和多相流量计系统均还可以被用于确定感兴趣的某些其它流体特性。
发明内容
本文公开的一些实施例的某些方面在下面阐述。但是应该理解，呈现这些方面仅是为了向读者提供本发明可以采用的某些形式的简要概述，并且这些方面并不意图限制本发明的范围。实际上，本发明可以包含可能未在下面阐述的许多方面。
在本发明的一个实施例中，一种方法包括：使电磁辐射传输通过流体；在检测器处接收电磁辐射的一部分。所述方法还包括：测量由所述检测器接收到的电磁辐射的所述一部分的能谱；以及使用所测能谱和对电磁辐射的检测器响应的物理模型来推断由所述检测器接收到的电磁辐射的所述一部分的离散能级的入射计数率。
在另一个实施例中，一种确定多相流体的相分数的方法包括：接收传输通过多相流体并入射到电磁辐射检测器上的电磁辐射，以及将所述入射电磁辐射变换为代表所述入射电磁辐射的电信号。所述方法还包括由所述电信号确定能谱并去卷积所确定的能谱以估计在由电磁辐射检测器所接收到的电磁辐射中的不同能级的光子的数量。此外，所述方法包括基于由所述电磁辐射检测器所接收到的不同能级的光子的估计数量，计算所述多相流体的各个相对于不同能级的衰减系数，并且基于所计算的衰减系数确定多相流体的各个相的相分数。
在本发明的另一个实施例中，一种装置包括流体管道；耦合到所述流体管道的放射性源；以及耦合到所述流体管道以从所述放射性源接收电磁辐射、测量所接收到的电磁辐射的能谱、并输出表征所测能谱的数据的传感器。所述装置还包括控制器，用于从所述传感器接收输出数据并通过去卷积所测能谱确定由所述传感器接收到的电磁辐射中的不同能级的光子的计数率。
在又一实施例中，一种方法包括：在检测器处接收具有不同能量的光子并测量所述光子的能谱。此外，所述方法包括使用多个单能响应函数来导出多个能级的光子的能谱的谱成分并基于所导出的谱成分来测量不同能级的所接收到的光子的计数率。
在本发明的又一实施例中，一种装置包括：电磁辐射的检测器和用于测量由所述检测器接收到的电磁辐射的能谱的多通道分析仪。此外，所述装置包括控制器，用于利用代表所述检测器的响应的物理模型来去卷积所测能谱，以表征由所述检测器接收到的电磁辐射。
在一个另外的实施例中，一种方法包括：对检测器组件对电磁辐射的响应函数进行建模，所述检测器组件具有闪烁晶体、光电倍增管和放大器。对所述检测器的响应函数进行建模包括确定将入射到所述检测器组件的闪烁晶体上的电磁谱与沉积在闪烁晶体中的电磁谱联系起来的晶体响应函数。对所述检测器的响应函数进行建模还包括确定将沉积在闪烁晶体中的电磁谱与涂污谱联系起来的光电倍增管响应函数，以及确定将涂污谱与观测谱联系起来的放大器响应函数。所述响应函数可以被定义为入射到闪烁晶体上的电磁谱与晶体响应函数、光电倍增管响应函数以及放大器响应函数的卷积。
在一个实施例中，一种方法包括：传输来自源的电磁辐射通过管道中的流体，并在检测器的闪烁晶体处接收衰减部分的电磁辐射。所述方法还包括：在检测器的光电倍增管处接收所述闪烁晶体响应于在所述闪烁晶体处接收到衰减部分的电磁辐射而发射的光；将在光电倍增管处接收到的光转换成电信号；以及基于所述电信号测量由衰减部分的电磁辐射产生的能谱。此外，所述方法包括优化检测器的响应模型的变量，以最小化所测能谱和响应模型的输出之间的残差。优化的变量可以包括由闪烁晶体接收到的不同能级的光子的入射计数率和特定于检测器的参数。
在进一步的实施例中，一种多相流量计包括：流体管道，以及电磁辐射的发射器和检测器，其相对于流体管道布置以使该检测器能够接收从发射器通过流体管道内的流体传输的光子。所述检测器可以包括闪烁体、光电倍增管和放大器。所述多相流量计还包括耦合到所述检测器以从放大器接收电信号并输出由所述检测器接收到的光子的所测能谱的多通道分析仪，以及编码有所述检测器的响应模型的流量计算机。所述响应模型可以基于发射器和检测器的特性，并且所述流量计算机可以比较所测能谱与所述响应模型来推断由检测器接收到的光子的计数率。
此外，在一个实施例中，一种设备装置包括编码有应用程序指令的非临时性计算机可读存储介质。当由处理器执行时，所述应用程序指令使得能够接收代表入射到检测器上的电磁辐射的所测谱，为所测谱拟合模型化的谱，并且从所述模型化的谱确定入射到所述检测器上的电磁辐射的光子的计数率。
上面提到的特征的各种改进可相对于本实施例的各个方面存在。进一步的特征也可以包含于上这些各个方面中。这些改进和附加特征可单独或以任何组合存在。例如，下面关于一个或多个图示实施例所讨论的各个特征可以单独地或以任何组合地包含于本发明上述的任意各个方面。再次，上面呈现的简要概述的目的只是为了使读者熟悉一些实施例的某些方面和上下文，而不限制所要求保护的主题。
附图说明
当参考附图理解下面的详细说明时，某些实施例的这些和其它特征、方面和优点将会变得更好理解，在整个附图中类似的附图标记表示类似的部件，其中：
图1总体上描绘了根据本发明的一个实施例的用于分析流体的流量计形式的装置；
图2是根据一个实施例的图1中的装置的计算机部件的方框图；
图3和4总体上描绘了根据一个实施例的电磁辐射的发射器和检测器，其定位于流体管道周围使得能够照射所述管道中的流体并测量通过该流体传输的辐射；
图5是根据一个实施例的图3和4中的发射器与检测器部件的方框图；
图6总体上描绘了根据一个实施例的具有闪烁晶体、光电倍增管、和放大器的检测器；
图7是根据一个实施例的用于开发图6的检测器的响应模型的流程图；
图8-13总体上示出了电磁能量与闪烁晶体的各种相互作用效应以及对沉积的谱的影响；
图14描绘了钡-133在各种能级下的电磁辐射；
图15描绘了根据一个实施例的模拟的晶体响应函数；
图16总体上描绘了根据一个实施例，确定闪烁晶体的晶体脉冲响应；
图17描绘了根据一个实施例的闪烁晶体对不同的入射能级的模拟的个体谱响应；
图18总体上示出了根据一个实施例的图6的光电倍增管的额外细节；
图19描绘了根据一个实施例的基于图17的个体谱响应的去卷积内核部件；
图20是根据一个实施例的图1的装置的电子部件的方框图；
图21是根据一个实施例的一般地描绘由光电倍增管产生的同步脉冲的曲线图；
图22是根据一个实施例的用于使用检测器的物理模型来推断入射计数率的流程图；
图23是根据一个实施例的用于通过谱去卷积来确定流体的相分数的流程图；
图24-27是根据某些实施例的为各种放射性源和检测器类型进行谱去卷积的例子；
图28是根据一个实施例的用于计算入射计数率、衰减和流体的相分数的流程图；以及
图29是根据一个实施例的用于优化探测器响应模型的变量以计算感兴趣的流体特性的流程图。
具体实施方式
应该理解，本发明提供了用于实现不同实施例的不同特征的许多不同实施例或实例。以下描述部件和装置的具体实例是为了解释并简化本发明的目的。这些当然仅仅是示例并且不旨在进行限制。
当介绍不同实施例的元件时，冠词“一”、“一个”、“该”和“所述”旨在表示有一个或多个所述元件。术语“包含”、“包括”和“具有”旨在是包含性的，并且表示可以有除所列元件之外的其它元件。此外，“顶部”、“底部”、“以上”、“以下”、其它方向术语以及这些术语的变型的任何使用是为了方便，并不强制部件的任何特定方位。
现在转向附图，图1总体上描绘了根据一个实施例的流量计形式的装置10。虽然所述装置10的某些元件在该图中被描绘且在下面一般地被讨论，但是应该理解，所述装置10可以包括除那些当前示出和讨论的部件或替代其的其它部件。此外，虽然所述装置10可以被提供为如下结合某些实施例所描述的流量计(例如，多相流量计)的形式，但是所述装置10还可以被提供为其它形式。
如所描绘的，所述装置包括用于接收流体的流体管道12。所述装置10还包括电磁辐射发射器14、电磁辐射检测器16、压力传感器18(例如，压力变送器和差压变送器中的一个或两者)，以及一个或多个附加传感器20(例如，温度传感器)。为了便于某些测量，例如测量流率，流体管道12可以具有窄缩孔(例如，文丘里喉管)，以约束流体流。此外，在至少一个实施例中，发射器14和检测器16被定位在流体管道中的文丘里喉管12周围，使得所述检测器16接收已经穿过文丘里喉管内的流体的辐射。
所述装置10还包括用于确定流体管道12内的流体的特性的计算机22(其也可以被不同地称为控制器或控制单元)。在至少一些实施例中，所述计算机22被提供为流量计算机的形式，其与其它所示的部件耦接为单个单元，以便于将流量计安装于一个较大系统(例如，油田设备)中。更具体地，计算机22能够操作以从由其它部件收集到的测量结果来确定流体管道12内的流体的特性。例如，计算机22可确定流体的压力和流率。此外，多相流量计的计算机22可以通过比较从发射器14发出的辐射量与由检测器16实际接收到那部分辐射来确定所述流体对各种水平的电磁辐射的衰减。这种计算机22还可以使用该信息来计算流体管道12内的多相流体的相分数(例如，油、气和水的比例)。最后，通过将所述相分数测量结果与总流率测量结果结合在一起可以获得单相流率。通常，多相流模型被实现为补偿流体内的液体和气体的速度之间的差异。
计算机22可以是基于处理器的系统，它的一个例子在图2中提供。在这种图示的实施例中，计算机22包括至少一个处理器30，其通过总线32连接到易失性存储器34(例如，随机存取存储器)和非易失性存储器36(例如，闪存和只读存储器(ROM))。编码的应用程序指令38和数据40存储在所述非易失性存储器36中。例如，所述应用程序指令38可以存储在ROM中，所述数据40可以存储在闪存中。指令38和数据40还可以根据需要被加载到易失性存储器34(或处理器的本地存储器42)中，以便减少延迟并增加计算机22的运行效率。所编码的应用程序指令38可被提供为可由处理器30执行以实现本文描述的各种功能的软件。这些功能的非限制性实例包括：对所测能谱去卷积、确定检测器上的入射光子的计数率、和计算流体的衰减率和相分数。在至少一些实施例中，应用程序指令38被编码在非临时性计算机可读存储介质中，例如易失性存储器34、非易失性存储器36、本地存储器4、或便携式存储设备(例如，闪存盘或光盘)。
计算机22的接口44使得能够在处理器30和各种输入设备46及输出设备48之间通信。接口44可以包括实现该通信的任何合适的设备，例如调制解调器或串行端口。在一些实施例中，所述输入设备46包括所述装置10的一个或多个传感部件(例如，检测器16、压力传感器18、其它传感器20)，并且所述输出设备48包括允许输出由计算机22接收或产生的数据的显示器、打印机、和存储设备。输入设备46和输出设备48可以被提供为计算机22的一部分，或者可以被单独提供。
此外，虽然计算机22可以与装置10的流体管道12及传感部件定位成一个整体的系统(例如，流量计)，但是该计算机22也可以远离其它部件定位。此外，计算机22可以被提供为分布式系统，其中计算机22的一部分与传感部件定位在流体管道12处，而计算机22的剩余部分远离流体管道12定位。
关于发射器14和检测器16的操作的额外细节可参照图3和4更好地理解。发射器14和检测器16也可以被称作光谱仪或密度计50的部件，其被以允许所述检测器16接收从发射器14传输通过流体管道12内的流体的电磁辐射的任何合适方式设置在所述流体管道12周围。如目前所示，发射器14和检测器16被彼此相对地耦接在流体管道12周围。流体管道12内的流体52被电磁辐射54照射。一些电磁辐射54被流体52吸收或散射，而一部分电磁辐射54由检测器16接收。窗口56和58将发射器14和检测器16与流体52隔离，同时仍允许电磁辐射54从发射器14传输并被检测器16接收。特别地，窗口56和58对将由发射器14发射并由检测器16读取的电磁辐射是至少部分透明的。
发射器14能够产生在电磁谱内的具有任意合适频率和能量的电磁辐射。例如，在一些实施例中，发射器14包括发射伽马射线和x射线的一个或多个放射性源。其它实施例可以完全按照本技术包括非放射性发射器14，例如电子x射线发生器。
如在图4中一般地示出，发射器14和检测器16可以定位于流体管道12内的文丘里喉管62的相对侧。这种布置允许根据比尔－朗伯定律测量流体52对给定能量E的电磁辐射的线性衰减系数λm(E)，：
Figure BDA0001032438540000071
其中，d是喉管直径64，N(E)是传输的光子数量(由检测器16检测到的光子数量)，以及N0(E)是空管计数率(由发射器14发射而没有喉管62中的介质、例如流体52干扰时到达检测器16的光子数量)。
在一些情况下，被分析的流体可以具有多个相。例如，流体52可以是具有油液相、水液相和气相的多相流体，这些相可以被更一般地称为油相、水相和气相。本领域技术人员应该理解，多相流体对电磁辐射的衰减是由各相在流体中的比例加权的各相引起的衰减的线性组合。在流体具有油、水和气的一些组合的情况下，这可以表示为：
λm(E)＝λg(E)αg+λw(E)αw+λo(E)αo
其中，λg，λw，和λo是气、水和油对给定能级E的辐射的衰减系数，αg，αw，和αo是各相在被分析流体中的相应分数部分(在本文中也被称为相持率或相分数)。
这给出了与来自发射器14的电磁辐射中的不同能级的数量相同多的方程。进一步考虑所述三相的相持率总和为1，则可以得到下面的线性方程组：
Figure BDA0001032438540000081
上述衰减矩阵(即，包括n个能级的特定于相的衰减系数的矩阵)可以从对各个相的全井测量结果来获得，以下称为现场参考值，或者可以使用理论系数。然后，可以反转该衰减矩阵(提供一个逆矩阵A-1)来计算所述相持率：
Figure BDA0001032438540000082
将相衰减及相分数与多相流体的所测衰减系数联系起来的以上方程假定从源发射的能级E1...En可以被检测器独立地测量。然而，在现实中，检测器响应并非理想的，一些高能光子可能被计算在低能量区域中，或者相反，低能光子可能被计算在高能量区域中。由于入射能量的这种混合，当反转所述衰减矩阵时最终可能使相持率有偏差。同样地，检测器响应可能随着时间因为温度波动或其自身老化而漂移。因此，实时计数率可能不同于现场参考值(其例如可以在数天或数月前已经获得)。这也可能导致相持率的系统误差。
为了补偿这两种来源的误差，检测过程的每一部分可以被建模。此外，不同于仅记录某些电磁辐射然后用经验模型来补偿实际和理想的检测器响应之间的差异，本发明的至少一些实施例使用检测器16来测量电磁辐射54的全能谱。并且如下面更详细描述的，这样的实施例可以然后使用检测器16响应的物理模型来确定入射到检测器16上的感兴趣的不同能级的光子的计数率。在至少一些实例中，全能谱的测量结果和物理模型的使用使得装置10的检测链对温度、老化漂移和源活性的变化不敏感。这些特征还允许用于确定入射计数率的当前公开的技术广泛地适用于任何类型的源、检测器技术、以及源-检测器几何形状。
图5描绘了发射器14和检测器16的附加特征，作为根据某些实施例的系统70的一部分。在本实例中，发射器14包括电磁辐射源72。如上所述，源72可以是放射性源，如钡-133或镅241。可以基于将要分析的流体来选择源72。例如，如果流体52是湿气体则可以使用镅-241，而在其它情况下可以使用钡-133。也可以使用荧光源，其通常发射比放射性源更低的能谱。除了上述的窗口56和58，系统70包括准直器74。准直器74具有形成射向闪烁体80的电磁辐射光束的诸如缝的开口。如当前所描绘的，准直器74在系统的检测器侧，以便通过所述流体传输的电磁辐射被准直以被闪烁体80接收。这有助于从传递到闪烁体80的辐射中滤除散射的光子。但是所述准直器74可以被提供在系统70内的其它位置。
虽然所述检测器在其它实施例中可以是固态检测器，但图5中的检测器16被示为闪烁检测器。如图所示，检测器16包括闪烁体80、光电倍增管(PMT)82和放大器84。闪烁体80可设置为各种形式，例如晶体。在一些实施例中，闪烁体80是无机闪烁晶体。
闪烁体80收集至少一部分其接收的入射光子能量并将该入射能量转换成所述电磁谱的不同部分中的辐射。例如，如在图6中作为检测链90的部分所描述的，高能辐射94(例如，x射线和伽马射线)可以被闪烁体(此处设置为闪烁晶体92)吸收，以使它辐射光脉冲96，如可见光。可以被光学耦接到所述闪烁晶体92的PMT 82检测由闪烁晶体92发射的电磁辐射(例如，光96)，并将该辐射转换成电荷98。放大器84然后将这些电荷变换成适于模-数处理的电信号，例如电压脉冲100。
在至少一些实施例中，检测器16响应的物理模型被创建。所述物理模型通常可以包括检测链的每个部分的模型。这种物理模型也可以存储在计算机22中，并且如下所述，可以用来便于确定检测器16处的入射计数率以及计算被分析流体的相分数。
用于创建闪烁检测器响应的物理模型的过程的一个实例由图7中的流程图110一般地表示。在此实施例中，检测链90的各部件本身被建模为将每个部件的输入与相应的输出联系起来的响应函数。特别地，如图7所示，闪烁晶体92的响应函数在方框112确定，PMT82的响应函数在方框114确定，并且放大器84的响应函数在方框116确定。然而应该理解的是，固态检测器的各部件可在另一实施例中被类似地模拟。闪烁检测器的这些响应函数的确定在下面通过实例的方式更详细地进行描述。
在x射线和伽马射线光谱仪中，光子通过物质的相互作用将其能量沉积到检测器(例如，闪烁晶体92或半导体)中，从而产生能谱。即便通过考虑产生离散谱的理想完美沉积能量到电信号转换过程，由于检测器的有限尺寸，所恢复的谱是连续的：以能量hv发射的光子有可能被测量为较小的能量。如下面详细描述的，本发明的一些实施例包括从所测谱推断入射到检测器上的光子的数量和能量。应该理解，在至少一些实施例中这样的推断的精度将取决于检测器响应的物理模型的精度。
在方框112确定所述晶体响应函数包括，确定将所述电磁辐射94在闪烁晶体92上的入射谱i(e)与所述闪烁晶体内的沉积谱d(e)联系起来的一个晶体脉冲响应h(e',e)。如应该理解的，电磁辐射94中的光子与闪烁晶体92的原子相互作用以产生光96。这样的相互作用的实例在下面参照图8-13一般地描述。为简单起见，这些实例描绘了具有能量hv的光子撞击有限尺寸的闪烁晶体92。伽马射线和x射线与物质的相互作用的显著机制包括光电吸收、康普顿散射(非相干散射)以及在伽马射线的能量hv>1.022MeV的情形下产生电子偶。
在图8中一般地示出的光电吸收的情形下，入射伽马射线(或x射线)与闪烁晶体92的原子的电子(例如，原子的内电子壳层(K壳层)的电子)相互作用，并且通过放弃它的能量hv而消亡。这种相互作用产生电子(e-)(即从接收入射伽马射线或x射线的原子喷射)，伴随着由于所述喷射电子留下的空缺而电子重排之后所产生的x射线光子或所谓的俄歇电子。对于Z>39的原子序数，产生x射线光子的概率大于百分之七十，并且随着Z的增加而增加。入射光子能量通常完全沉积在检测器中(如在图8中的上部入射射线的情况下)，从而有助于如图9所示的全能量峰值126。然而，如果所述效应发生于检测器表面附近，能量为EX的x射线光子可能离开检测器(如在图8中的下部入射线的情况)。所沉积的能量将是hv-EX，对应于图9所示的谱中的特征x射线逃逸峰值(EP)128。
如图10一般地所示，在康普顿散射的情形下，具有能量hv的入射伽马射线(或x射线)通过放弃其部分能量给所述电子自身并以角度θ被散射而与电子相互作用。在反冲电子和能量hv'≤hv的散射光子之间的部分能量取决于散射角θ。当两个康普顿散射的产物均将其能量沉积在检测器中时(当散射光子最终被光电吸收时，如在图10的最上部入射射线的情况下)，入射光子有助于图11中所描绘的全能量峰值126。但是当所述散射光子离开检测器时(参见，例如图10中的中间入射射线)，只有反冲电子能量被沉积。最大反冲电子能量对应于正碰撞，即θ＝π，并由下式给出：
Figure BDA0001032438540000111
在图11的谱中，这通过在能量
Figure BDA0001032438540000113
处的康普顿边缘(CE)134表示，并且对于0≤θ≤π，反冲电子产生所谓的康普顿连续统一体136。此外，如果散射光子在多个康普顿散射之后逃逸出检测器(参见，例如图10中最下部入射射线)，所沉积的能量将是ε<Ee-<hv-ε，其中ε≌0，从而对于小于或等于
Figure BDA0001032438540000112
的能量，产生与康普顿连续统一体重叠的额外背景(其中，为了清楚起见没有在图11中示出)。
不同于之前的相互作用效应，电子偶的产生是一个阈值效应。在这样的一个相互作用中(其中两个被一般地描绘在图12中)，具有能量hv的伽马射线消亡以创建电子-正电子对。由于电子(正电子)的静止质量m0相当于m0c2＝511千电子伏的能量，因此仅需hv≥2m0c2就可以产生正负电子对。在一些情况下，来自正电子-电子湮灭的湮灭光子(e+是高度不稳定的粒子)将其全部能量沉积在检测器中，从而有助于图13中的全能量峰值126。然而在其它情况下，无论是一个还是两个光子都可能离开检测器。这导致分别位于谱中的hv-m0c2和hv-2m0c2处的单和双逃逸峰值142和144的形成。
对于具有给定检测器尺寸和硬件几何形状的特定能级的发射，逃逸峰值强度和康普顿连续统一体的形状可以根据经验确定。然而，在要检测不同能量的几个伽马射线或x射线的更一般的情况下，这样的经验确定变得越来越困难。即便是分析方法仍可能无法提供期望的结果。例如，在确定所述康普顿连续统一体时，克莱因-仁科公式不能对所述连续统一体提供准确的定量描述，因为，除其它方面外，其自由电子假说是不切实际的。
在本发明的至少一些实施例中，从能谱回收入射光子的复杂问题是通过蒙特卡罗代码表示的，其中核物理学和统计学的结合允许对辐射与物质相互作用进行准确地描述。在至少一些实施例中，使用购自由美国的洛斯阿拉莫斯国家实验室开发的蒙特卡洛核粒子(MCNP)输运程序来模拟闪烁晶体92对不同能量的电磁辐射的响应，虽然在不同实施例中可以使用其它代码或算法(例如，欧洲核子研究组织(CERN)的Gent 4)用于该模拟。一旦引入了三维硬件几何形状、辐射源和检测器的特征，MCNP考虑与检测器相关的效应，并且还模拟伽马射线与围绕检测器本身的材料的相互作用。其结果是对理想晶体响应函数(CRF)的描述。
作为示例，图14示出了钡-133的x射线和伽马射线发射谱，图15示出了如由MCNP模拟的7毫米厚的无机闪烁晶体对钡-133辐射的理想CRF。在这两幅图中的谱成分标有各自的生成机制。尽管在图15中所示的谱没有单和双逃逸峰(因为钡-133的最强能量辐射发生在383.8千电子伏，其小于2m0c2)，由于有限的检测器尺寸导致的累计相互作用效应使谱复杂化，其中有许多高能光子存储于低能量仓中。
用于对闪烁晶体的脉冲响应进行建模的一个实施例被一般地由图16中的流程图154描绘。为了挑出每个钡-133发射的谱贡献，该CRF可以被模拟为在某一时刻只发射一个。更具体地，使用MCNP 156和所述装置的各种特性158(诸如辐射源、检测器、和三维硬件几何的特性，如以上所讨论的)，可以模拟多个能级的单能响应(方框160)以产生表征晶体脉冲响应162的一组单能响应CRF。单能响应的模拟可以使用MCNP或以任何其它合适的方式来执行。此外，如下面详细描述的，这组单能CRF有助于稍后从所测谱确定检测器入射光子。
由于能量沉积过程是随能量变化的线性系统，该晶体响应函数由其脉冲响应h(e',e)完全表征。因此，沉积谱可以由入射谱与h(e',e)的卷积来计算：
d(e)＝∫i(e')h(e',e)de'
该卷积还可以以矩阵形式表示。如果H表示从MCNP(或其它)模拟获得的进入闪烁晶体的能量沉积矩阵，Hij＝h(ei,ej)；I指代入射谱向量，Ik＝i(ek)；D表示所沉积的谱向量，Dk＝d(ek)，则卷积方程也可写成离散形式：
D＝H·I
晶体响应矩阵H包含对源发射(如以上讨论的钡-133)的个体响应。H的这些个体响应(对于钡-133源发射的例子)被一般地描绘于图17中。特殊地，图17描绘了晶体对于对应于图14的伽马射线和K x射线谱成分的入射电磁辐射的不同能级的模拟谱响应。在本实例中，这些谱响应针对感兴趣10个入射能级(四舍五入至最接近的千电子伏)：31千电子伏，35千电子伏，53千电子伏，81千电子伏，161千电子伏，223千电子伏，276千电子伏，303千电子伏，356千电子伏，和384千电子伏。然而在其它情形下，模拟所述响应所针对的入射能级可以与前面的例子不同。另外，根据本技术可以针对更多或更少数量的入射能级模拟单能响应。
在图7的方框114确定PMT响应函数包括确定将沉积谱d(e)与涂污谱s(e)联系起来的PMT响应函数g(e',e)。在这里描述为PMT响应函数是用于说明的目的，应该注意的是，不具有PMT的固态检测器也可以被类似地模拟。在固态检测器的情况下，涂污效应将源于电荷收集过程，而不是下文所述的电子倍增过程。
图18的图170一般地示出了根据一个实施例的PMT 82的额外细节。如前面提到的，闪烁晶体92将入射辐射94转换成光脉冲96，其由PMT 82测量并转换成电信号98。如在本图中所描绘的，来自闪烁晶体92的光子96落在光电阴极172形式的感光层上，从而使光电阴极发射光电子。这些光电子静电地聚焦到逐渐放大与发射的光电子相关联的电流的一系列倍增电极174上。放大的信号以电流脉冲98的形式(其可以如上所述地被传递到放大器84上)在阳极176收集。
由于PMT的电子倍增过程的统计特性，输出电荷在各个事件间可以变化。这种不确定性遵循泊松过程，其导致了理想CRF狄拉克峰值的谱展宽(即涂污)。这个谱展宽可以由高斯滤波器来近似，其参数将取决于晶体-PMT的线性度和分辨率。光子沉积在晶体中时，能量ej的平均值被记录在标准偏差为σ(ej)的通道μ(ej)上。这两个函数(其为能量和分辨率响应模型)是特定于每个检测器组件(更具体地说，在那些使用晶体闪烁体的实施例中是晶体-PMT组件)的，并可以通过如下方式或根据任何其它能量关系进行参数化：
μ(ej)＝p(1)ej+p(2)
Figure BDA0001032438540000141
在一些实施例中，参数p(1)，p(2)，p(3)，和p(4)被连续地实时调整，以考虑温度或在检测器的寿命期间可能发生的老化漂移。在其它实施例中，这些参数被连续调整，例如以任何指定的频率定期地(例如，每分钟一次)。
由于它是随能量变化的线性系统，PMT响应函数由其脉冲响应g(e',e)完全表征。涂污谱因此可以由沉积谱与g(e',e)的卷积计算：
s(e)＝∫d(e')g(e',e)de'
该卷积还可以以矩阵形式表示。例如，根据上述能量和分辨率响应模型，如果G(P)一个高斯矩阵，gij＝g(ei,ej)；D是沉积谱向量，Dk＝d(ek)；并且S是涂污谱向量，Sk＝s(ek)，则卷积方程可以写成离散形式：
S＝G(P)·D
积矩阵G(P)H可以称为去卷积内核。这个去卷积内核表征闪烁晶体92和PMT 82的脉冲响应。去卷积内核还包含单能谱(分量)，由其创建观测谱。这些单能谱被一般地描绘于图19中，并且应该注意的是，每一个所示谱是图17中所示相关谱的涂污版本。
再次简要地回顾图7，在方框116确定放大器响应函数包括确定将涂污谱s(e)与观测谱o(e)联系起来的放大器响应函数f。上述PMT 82的每个输出，实质上是正比于沉积于闪烁晶体92中的光子(例如，伽马射线或x射线光子)中的能量的电荷量。电子元件，例如放大器84和多通道分析仪，然后收集该电荷，测量其幅值，并将其存储在谱中。
这样的元件的一个实例示于图20中。在本实施例中，电子元件包括前置放大器184、整形放大器186、和多通道分析仪(MCA)188。所述前置放大器184和整形放大器186可以是放大器84的元件(图6)，而所述MCA 188可以被包括作为检测器16的一部分、计算机22的一部分(例如，作为输入设备46)、或者作为一个单独元件。前置放大器184将其从PMT 82接收到的电流脉冲98转换和放大为电压脉冲。整形放大器186将这些电压脉冲变换为具有更快的基线恢复和更好的信噪比的线性脉冲，如单极或双极半高斯脉冲。
多通道分析仪188包括分析仪电路190，用于将线性脉冲分类到相应的通道中。MCA188可以包括用于分选从整形放大器186接收到的线性脉冲的任何适当数量的测量通道。例如，在一些实施例中，MCA 188具有512个通道或1024个通道。当两个入射光子在整形放大器输出脉冲的宽度内到达探测器时，其各自的脉冲堆积起来以形成失真高度的输出脉冲，从而产生失真能谱。虽然后处理算法可以能够描述一些情况下在谱上的脉冲堆积的影响，但是对于某些(例如，实时的)实现来说它们还是太耗费资源(例如，在CPU处理周期中)。
因此，所描绘的MCA 188包括反堆积电路192。该反堆积电路192丢弃堆积事件，其中它们的时间间隔大于一个阈值反堆积时间。阈值反堆积时间可以设定为任何所需的水平，例如将导致丢弃大多数堆积事件的水平。这可以通过总体地减少堆积对同步脉冲情况的影响，来简化谱失真的解释。为了对这些剩余的同步脉冲引起的失真进行建模，对谱的每个通道k进行定量分析。有可能从泊松定律来证明两个光子堆积的概率是：
Ρ0＝ntotτexp(-ntotτ)，
其中，τ是反堆积时间，ntot是总体计数率。
同步脉冲的一个例子被一般地表示于图21的曲线中，其中，脉冲200(具有幅值i)与脉冲202(具有振幅j)同步，产生一个累积脉冲204，其由于i和j的总和将被读入一个通道k。此外，如果i和j表示入射幅值组合，可以通过下面的公式计算每个通道k的增益率和损失率：
Figure BDA0001032438540000151
观测谱此时是在每个通道中增益和损失的平衡：
Ok＝f(Sk)＝Sk-Lk+Gk
检测链的每个部分已经在上面以个体响应函数的形式被建模。全局检测器响应可以被认为是结合那些个体响应函数来表示模型化的检测器链的运作的物理模型。因此，这种全局检测器响应可以以矩阵形式表示为：
O＝f(G(P)H I)
在至少一些实施例中，检测器响应的该物理模型用于推断由所述检测器16接收到的不同能级的光子的入射计数率。推断的计数率然后可以用于确定被分析的流体的特性。图22中的流程图210一般地表示了用于推断入射计数率然后基于该推断的计数率表征该流体的过程的一个例子。在这个实施例中，电磁辐射(例如，来自发射器14的x射线和伽马射线)传输通过感兴趣的流体(方框212)。流体衰减所述辐射，使得辐射的一部分在检测器(例如，检测器16)被接收(方框214)。在方框216，由检测器接收到的辐射的能谱被测量，这可以通过如上所述的多通道分析仪进行。在至少一些情况下，所接收到的辐射的全能谱被测量。在其它情况下，局部能谱可以被测量，例如落入多通道分析仪的多通道的连续范围内的一部分能谱。但应该注意的是，如本文所使用的，能谱测量(无论是全能谱还是局部能谱)是指测量多通道分析仪的数个通道内的计数，而不是仅仅测量对应于感兴趣的特定能级的少数通道(例如，两个到十个彼此隔离的通道)内的计数。不同于测量少数单个通道的谱，所述谱测量使得可以依照本技术从所测能谱推断入射计数率。
在方框218，所测能谱和检测器响应的物理模型用于推断物理模型的变量。对于上述模型，模型的输入包括晶体单能响应H和检测器的能量和分辨函数μ(e)和σ(e)，并且所述变量包括不同能级的光子的入射计数率和特定于检测器的参数p(1)，p(2)，p(3)和p(4)。这些变量可以通过基于所述检测器响应函数O的去卷积过程来推断。
更具体地，在至少一些情况下，将物理模型的检测器响应函数与所测能谱相比较，其可以包括对检测器响应函数进行优化(例如，最小二乘法优化)，以便为所测能谱拟合所述检测器响应函数，并推断入射计数率和特定于检测器的参数。例如，设Y为所测谱，非线性最小二乘算法可以用来确定最小化下面的残余误差的特定于检测器的参数P和入射计数率I：
Figure BDA0001032438540000171
残余误差可以由测量值的标准偏差进行加权，所述标准偏差在这种情况下即为计数的平方根，因为计数过程通常假定遵循泊松统计。Levenberg-Marquardt算法可以用来执行所述优化(以最小二乘法优化的形式)，或者可以使用更简单的高斯-牛顿法。更进一步地，最大似然法或最大熵法可以用于执行所述最优化，如任何其他合适的方法。
一旦推断了入射计数率I，这些计数率可以与空管计数率相比，以确定所被分析流体对多个能级的电磁辐射的衰减，如上面参照图4所描述的。所确定的衰减然后可用于表征所述流体(方框220)，例如通过确定所述流体的相分数或一些附加组分(如在流体中的硫化氢或盐)的信息，如下面所讨论的。另外，所推断的特定于检测器的参数P可以用于校准所述检测器(方框222)，以保持检测器在基准位置的谱输出。
根据另一个实施例，图23中的流程图230一般地表示了一种用于确定多相流体的相分数的过程。在本实施例中，电磁辐射被发射(方框232)通过多相流体。例如，放射性源可以发射x射线和伽马射线进入流经流体管道的多相流体。入射到检测器上的辐射如上所述地被接收(方框234)并变换(方框236)成电信号。应该理解的是，所述电信号代表所述入射辐射。
能谱从电信号被确定(方框238)，然后被去卷积(方框240)以估计由检测器接收到的多个能级的光子数量。所确定的能谱(其中在至少一些情况下是所接收到的辐射的全能谱)的去卷积可以以任何合适的方式来执行，例如通过上述的方式拟合被模型化的检测器响应函数。可以计算流体的衰减系数(方框242)，并且可以基于如本文中别处描述的衰减系数来确定相分数(方框244)。在一些实施例中的相分数包括气、水和油相。另外，相分数可以包括除了(或代替)气、水和油的其它成分。更进一步地，关于其它成分(如硫化氢或盐)的信息也可以被确定，如下所述。
关于各种放射性源和检测器类型的谱去卷积的实例被一般地描绘于图24-27中。在每个这些实施方案中，基于所述放射性源、检测器和源-检测器几何形状的输入特性从MCNP模拟计算去卷积内核。此外，每一个这些曲线描绘了在512个通道(x轴)上的入射光子计数(y轴)。除了所测谱、观测谱和涂污谱，还描绘了与各自的放射性源的能量线相关联的各个谱成分(源能量线以千电子伏为单位列于每个这些图的底部)。图24中描绘的数据基于钡-133辐射源和10毫米的无机闪烁晶体。在图25中，所描绘的数据也基于钡-133辐射源，但具有2毫米的无机闪烁晶体。在图26中，所描绘的数据基于镅-241辐射源和10毫米的闪烁体。图27中的数据基于具有铯-137和钠-22的辐射源以及25.4毫米(1英寸)的无机闪烁晶体。
用于计算入射计数率、衰减和流体的相分数的过程的又一个例子被一般地由图28中的流程图250表示。在这个实施例中，已经穿过感兴趣的流体(例如，在管道中的多相流体)的不同能量的光子在一个检测器处被接收(方框252)，然后测量所接收到的光子的能谱(方框254)。对于由检测器接收到的多个能级的光子导出所测能谱的谱成分(方框256)。这些谱成分可以以任何合适的方式来导出，包括以上述方式使用多个单能响应函数。然后基于所导出的谱成分可以对至少两个能级的所接收到的光子测量计数率(方框258)。所述至少两个能级可以包括感兴趣的任何能级。例如，所接收到的光子可以包括x射线光子和伽马射线光子，并且所述至少两个能级可以包括所接收到的x射线光子的第一能级和所接收的伽马射线的光子的第二能级。在一些实施例中，诸如使用钡-133源的那些，所接收到的x射线光子的第一能级在30千电子伏和36千电子伏之间，所接收到的伽马射线光子的第二能级在79千电子伏和81千电子伏之间。流体对所述至少两个能级的光子的衰减率和流体的相分数然后可以在方框260和262以任何合适的方式来计算。
另外，优化检测器响应模型的变量以使得能够计算流体的特性的过程的一个实例被一般地由图29中的流程图270表示。在本实施例中，电磁辐射被传输通过流体(方框272)，并且该辐射的衰减部分在检测器的闪烁晶体处被接收(方框274)。闪烁晶体响应于所接收到的辐射发射光，该光被光电倍增管接收(方框276)。该光被转换成电信号(方框278)，以使得能够测量由在闪烁晶体处接收到的辐射所产生的能谱(方框280)。检测器响应模型的变量然后可以被优化，如上所述，以最小化所测能谱和检测器响应模型的输出之间的残差(方框282)。检测器响应模型的优化变量可以包括由闪烁检测器接收到的不同能级的光子的入射计数率和特定于检测器的参数，同样如上所述的。在一些实施例中，基于所测能谱的标准偏差，残差被加权，并且所述变量通过非线性最小二乘算法(诸如Levenberg-Marquardt算法或高斯-牛顿算法)被最优化。进一步地，流体对不同能级的辐射的衰减系数和相分数(例如，水、油和气)可以被计算(方框284和286)。
尽管本技术可以被用于确定具有三种成分(例如，油、水和气)的多相流体的分数部分，但是它们也可以被用来确定该多相流体的其它成分。在一些情况下，本技术可以被应用于具有烃液(例如，油)、水、烃气、以及一些其它成分(例如，硫化氢或盐)的组合的流体的情况。利用本技术，可以推断来自发射器14的电磁辐射中的不同能级的计数率。这可以给出与能级数量相同数量的方程，从而提供线性方程组，其可以被反转以计算油、水和气的分数成分以及与其它成分(例如盐和硫化氢量的变化的形式)相关的进一步信息。取决于所述其它成分与油、水和气的化学行为，关于其它成分的方程将涉及额外能级的计数率以及其它物理量。
使用去卷积过程来测量所述全谱使得还能够实时监测检测器的健康状态。可以通过实时观测去卷积谱和检测器参数并将它们与在相同或类似条件下的期望值进行比较来监测检测器的状态。例如，观测到的全谱可能表现出与在各种领域中预期的那些所不同的特性。例如，所述全谱可能在不同的通道中显示峰值，或显示不同强度峰值，或甚至显示不同数量的峰值，例如显示3个峰值而预期有4个峰值。类似地，检测器参数可能表现出与预期的或在正常情况下应该观测到的所不同的数据点。自动化控制通过反馈控制回路可以用来确保维持测量效率。除了确保测量的长期稳定性外，全谱去卷积技术还显著地减少了并在某些情况下避免了使用检测器系统的温度控制。换句话说，基于所测响应，全谱测量和去卷积技术使MPFM能够更加自我调节。这使得有可能使用在环境条件下运行的更简单的系统，同时提供优异的测量稳定性和一致性。
从上面的描述中，应该理解的是，本发明介绍了一种确定多相流体的相分数的方法，所述方法包括：接收通过所述多相流体传输并入射到电磁辐射检测器上的电磁辐射；将所述入射的电磁辐射变换为表示入射的电磁辐射的电信号；从所述电信号确定能谱；去卷积所确定的能谱来估计由所述电磁辐射检测器接收到的电磁辐射中的至少两个不同能级的光子的数量；基于由所述电磁辐射检测器接收到的至少两个不同能级的光子的估计数量来计算至少两个不同能级的多相流体的各个相的衰减系数；并基于计算出的衰减系数来确定多相流体的各个相的相分数。在一些实施例中，去卷积所确定的能谱包括为所确定的能谱拟合模型化的检测器响应函数。此外，在至少一个实施例中，去卷积所确定的能谱包括拟合具有表征电磁辐射检测器的一个或多个部件的脉冲响应的去卷积内核的模型化的检测器响应函数。确定多相流体的各个相的相分数可以包括确定多相流体的气相、气液相、和油液相的相分数。而且，计算多相流体的各个相的衰减系数可以包括将至少两个不同能级的光子的估计数量与从电磁辐射源发射的至少两个不同能级的光子的估计数量相比较。更进一步地，将所述入射的电磁辐射变换为电信号可以包括将伽马辐射变换为电信号。并且所述方法还可以包括从一个放射性源发射所述电磁辐射通过流过流量计的多相流体。
应该进一步理解的是，本发明介绍了一种设备，包括编码有应用程序指令的非临时性计算机可读存储介质，所述程序指令当由处理器执行时能够：接收表示入射到检测器上的电磁辐射的测量的谱；为所测谱拟合模型化的谱；从所述模型化的谱确定入射到检测器上的电磁辐射的光子的计数率。在一个实施例中，为所测谱拟合模型化的谱包括最小化所测谱和模型化的谱之间的残差。所述非临时性计算机可读存储介质还可以编码有应用程序指令，所述程序指令当由处理器执行时，在至少一些实施例中能基于所确定的计数率计算多相流体的相分数。在一些情况下，所述设备是一个存储设备或具有所述处理器和非临时性计算机可读存储介质的计算机。此外，在至少一个实施例中，这样的计算机是多相流量计的流量计算机。
本发明还介绍了一种装置，包括：流体管道；耦合到所述流体管道的放射性源；耦合到所述流体管道并被配置为从所述放射性源接收电磁辐射、测量所接收到的电磁辐射的能谱、并输出表征所测能谱的数据的传感器；以及能够操作以从所述传感器接收所述输出数据并通过去卷积所测能谱来确定由该传感器所接收到的电磁辐射的不同能级的光子的计数率的控制器。在一些实施例中，所述控制器是多相流量计的流量计算机。放射性源可发射伽马辐射，检测器可以被配置为检测所述伽马辐射。另外，放射性源还可以发射x射线，检测器可以被配置为检测所述x射线。在一些实施例中，放射性源包括钡-133。而且，在至少一些情况下，所述装置的检测器包括闪烁体。
更进一步地，本发明介绍了一种方法，包括：将来自源的电磁辐射传输通过管道中的流体；在检测器的闪烁晶体处接收衰减部分的电磁辐射；在检测器的光电倍增管处接收闪烁晶体响应于其接收到的衰减部分的电磁辐射而发射的光；将在光电倍增管处接收到的光转换成电信号；基于所述电信号测量由衰减部分的电磁辐射产生的能谱；以及优化检测器的响应模型的变量，以最小化所测能谱和响应模型的输出之间的残差，其中，所述优化变量包括由闪烁晶体接收到的不同能级的光子的入射计数率和特定于检测器的参数。这种方法还可以包括使用至少两个优化的入射计数率来计算流体对至少两个不同能级的衰减系数。此外，在一个实施例中，所述方法包括基于至少两个优化的入射计数率来测量所述流体的盐度。在一些情况下，所述方法还包括基于所计算的衰减系数来计算水、油和气体在所述流体中的比例。优化所述响应模型的变量以最小化残差可以包括使用所测能谱的标准偏差加权所述残差。而且，优化响应模型的变量可以包括使用非线性最小二乘算法优化所述变量。在至少一些实施例中，使用非线性最小二乘算法优化所述变量包括使用LevenbergMarquardt算法或高斯-牛顿算法优化所述变量。
此外，本发明介绍了一种方法，包括，对检测器组件对电磁辐射的响应函数进行建模，所述检测器组件具有闪烁晶体、光电倍增管、和放大器，其中，对所述检测器组件的响应函数进行建模包括：确定将入射到检测器组件的闪烁晶体上的电磁谱与沉积在所述检测器组件的闪烁晶体中的电磁谱联系起来的晶体响应函数；确定将沉积在闪烁晶体中的电磁谱与涂污谱联系起来的光电倍增管响应函数；以及确定将涂污谱与观测谱联系起来的放大器响应函数；其中，所述响应函数被定义为入射到闪烁晶体上的电磁谱与晶体响应函数、光电倍增管响应函数以及放大器响应函数的卷积。在该方法的一个实施例中，确定所述晶体响应函数包括：通过蒙特卡罗模拟基于如下的特性生成闪烁晶体的脉冲响应矩阵：闪烁晶体、由闪烁晶体实际接收到的电磁辐射的源、以及所述源和闪烁晶体相对于彼此的几何布置。此外，所述方法还可以包括将检测器组件的模型化的响应函数存储在多相流量计的控制单元的存储设备中，以使控制单元随后能够基于所述模型化的响应函数以及由闪烁晶体实际接收到的电磁辐射产生的所测谱与模型化的响应函数之间的比较，来确定由所述检测器组件的闪烁晶体实际接收到的离散能级的电磁辐射的计数率。
前面概括了几个实施例的特征，使得本领域技术人员可以更好地理解本发明的各个方面。本领域技术人员应该理解，他们可以容易地使用本发明作为用于设计或修改用于实现相同目的或实现本文所介绍的实施例的相同优点的其它过程和结构的基础。本领域技术人员还应该认识到，这样的等效构造并不脱离本发明的精神和范围，并且他们在此不脱离本发明的精神和范围的前提下可以进行各种改变、替换和变更。

Claims (30)

1.一种对流体进行分析的方法，包括:
将x射线和伽马辐射发射到流体中；
在检测器处接收具有不同能量的传输通过流体的x射线和伽马辐射的光子；
通过基于检测器的物理特性来确定检测器响应函数，对检测器进行物理建模，以及
基于在检测器处接收的光子，对流体进行分析，其中，对流体进行分析包括：
测量光子的能谱；和
通过为所测能谱拟合模型化的谱来推断入射计数率，所述模型化的谱是应用于入射谱的检测器响应函数。
2.如权利要求1所述的方法，其中，在检测器处接收光子包括接收已经通过管道中的多相流体的光子。
3.如权利要求2所述的方法，包括：
计算所述多相流体对至少两个能级的光子的衰减率；以及
使用所计算的衰减率计算多相流体的相分数。
4.如权利要求1所述的方法，其中，推断入射计数率包括推断所接收的x射线光子的第一能级和所接收的伽马辐射光子的第二能级的计数率。
5.如权利要求4所述的方法，其中，所接收到的x射线光子的第一能级在30KeV和36KeV之间。
6.如权利要求4所述的方法，其中，所接收到的伽马辐射光子的第二能级在79KeV和81KeV之间。
7.如权利要求1所述的方法，其中，在检测器处接收光子包括在检测器的闪烁体处接收光子。
8.如权利要求1所述的方法，其中，基于检测器的物理特性来确定检测器响应函数包括基于检测器的物理特性确定一组晶体单能响应函数并基于该组晶体单能响应函数确定检测器响应函数。
9.一种多相流量计，包括：
流体管道；
电磁辐射的发射器和检测器，电磁辐射包括x射线和伽马射线，发射器和检测器相对于流体管道布置成使检测器能够接收从发射器传输通过流体管道内的流体的光子，其中，检测器包括具有闪烁体、光电倍增管和放大器的检测链；
多通道分析仪，耦接到检测器，用于从放大器接收电信号并输出由检测器接收的光子的所测能谱；和
流量计算机，构造成通过基于检测器的物理特性确定检测器响应函数来对检测器进行物理建模，其中，流量计算机构造成对流体进行分析，所述分析包括通过为所测能谱拟合模型化的谱来推断入射计数率，模型化的谱是应用于入射谱的检测器响应函数。
10.如权利要求9所述的多相流量计，其中，流量计算机构造成推断由检测器接收的光子的计数率。
11.如权利要求9所述的多相流量计，其中，流量计算机构造成计算流体管道内的流体的相分数。
12.如权利要求9所述的多相流量计，包括压力传感器，其中，流量计算机构造成确定流体的流率。
13.如权利要求9所述的多相流量计，其中，发射器包括电磁辐射的放射源。
14.如权利要求9所述的多相流量计，其中，发射器包括电子x射线发生器。
15.如权利要求9所述的多相流量计，其中，流量计算机还构造成基于检测器的物理特征确定一组晶体单能响应函数并基于该组晶体单能响应函数确定检测器响应函数。
16.一种对流体进行分析的方法，包括：
使电磁辐射传输通过流体，电磁辐射包括x射线和伽马辐射；
在检测器处接收传输通过流体的电磁辐射的一部分，检测器包括多个部件的检测链；和
基于在检测器处接收到的电磁辐射的所述一部分，对流体进行分析，其中，对流体进行分析包括：
测量由所述检测器接收到的电磁辐射的所述一部分的能谱；以及
利用所测能谱和响应于电磁辐射的检测器的物理模型，来推断由所述检测器接收到的电磁辐射的所述一部分的离散能级的入射计数率，该物理模型包括基于检测器的物理特性的检测器响应函数。
17.如权利要求16所述的方法，其中，检测器响应函数还基于针对检测链的多个部件中每一部件的部件响应函数，该部件响应函数使部件的输入与相对应的输出相关联。
18.如权利要求16所述的方法，其中，推断入射计数率通过优化以为所测能谱拟合模型化的谱来执行，该模型化的谱是应用于入射谱的检测器响应函数。
19.如权利要求18所述的方法，其中，优化包括执行最小二乘法优化。
20.如权利要求19所述的方法，其中，所述检测器响应的物理模型包括具有特定于检测器的参数的能量和分辨率响应模型，并且该方法包括由最小二乘法优化来推断所述特定于检测器的参数。
21.如权利要求20所述的方法，包括基于所推断的特定于检测器的参数来校准检测器。
22.如权利要求16所述的方法，包括基于所推断的入射计数率来表征流体的物理属性。
23.如权利要求22所述的方法，其中，所述流体是多相流体，并且表征流体的物理属性包括确定所述多相流体的相分数。
24.一种用于对流体进行分析的装置，包括：
电磁辐射的发射器和检测器，构造成分别发射或检测x射线和伽马射线；
被配置成测量由所述检测器接收到的电磁辐射的能谱的多通道分析仪；和
控制器，被配置成对流体进行分析，电磁辐射从发射器通过该流体到达检测器，其中，所述分析包括使用表示检测器响应的物理模型去卷积所测能谱以表征由所述检测器接收到的电磁辐射，其中，物理模型包括基于检测器的物理特性和针对检测器的检测链的多个部件中每一部件的部件响应函数的检测器响应函数，所述部件响应函数使每个部件的输入与相对应的输出相关联。
25.如权利要求24所述的装置，其中，所述控制器被配置成基于去卷积所测能谱来确定入射到所述检测器上的光子的计数率。
26.如权利要求24所述的装置，其中，所述检测器是固态检测器。
27.如权利要求24所述的装置，包括具有所述检测器、所述发射器、所述多通道分析仪以及所述控制器的多相流量计。
28.如权利要求27所述的装置，其中，所述控制器是流量计算机，其构造成基于使用表示检测器响应的物理模型去卷积所测能谱来计算通过所述多相流量计的流体的相分数。
29.如权利要求24所述的装置，其中，所述检测器包括用于向所述多通道分析仪提供表示由检测器接收到的光子的输出脉冲的整形放大器。
30.如权利要求29所述的装置，其中，所述多通道分析仪包括反堆积电路。
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