DE60103781T2

DE60103781T2 - Methode und system zur bestimmung der schallgeschwindigkeit eines fluides in einer leitung

Info

Publication number: DE60103781T2
Application number: DE60103781T
Authority: DE
Inventors: L. Daniel GYSLING; D. James PADUANO; D. Alan KERSEY
Original assignee: Weatherford Lamb Inc
Current assignee: Weatherford Lamb Inc
Priority date: 2000-12-04
Filing date: 2001-12-04
Publication date: 2005-07-14
Anticipated expiration: 2021-12-05
Also published as: EP1356272B1; US6587798B2; NO329870B1; US20020100327A1; NO20032311L; NO20032311D0; WO2002046737A2; AU2002220879A1; DE60103781D1; CA2428336A1; EP1356272A2; CA2428336C; WO2002046737A3

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der Verarbeitung von akustischen Signalen, und insbesondere das Gebiet der Messungen der Schallgeschwindigkeit in einem Medium von unbekannten Bestandteilen, wenn die Ausbreitungsrichtung des Schalls bekannt ist, wie dann, wenn sich der Schall in einem Fluid innerhalb einer Durchführung ausbreitet.
Beim Extrahieren von Öl und Gas aus einer Formation ist es vorteilhaft die Flussraten der unterschiedlichen Komponenten des Produktionsfluids, gewöhnlicherweise Gas, Öl und Wasser, zu überwachen. Es ist festgestellt worden, dass eine Messung der Schallgeschwindigkeit eines Gemischs verwendet werden kann, um die volumetrischen Phasenanteile der Komponenten zu bestimmen, da die Schallgeschwindigkeit in einem Gemisch direkt zu der Schallgeschwindigkeit in den Komponenten des Gemischs in Beziehung gesetzt werden kann.
Techniken zum Bestimmen der Geschwindigkeit, mit der sich eine Druckstörung entlang eines Felds von Sensoren bewegt, sind zur Verwendung in vielen Gebieten, wie den Gebieten der Sonarverarbeitung, des Radars, und der seismologischen Abbildung, entwickelt worden. Zum Beispiel wird in dem Gebiet der Unterwasser-Sonarsignalverarbeitung eine Technik, die als Strahlformung bezeichnet wird, verwendet, um die Annäherungsrichtung (Direction of Approach; DOA) eines akustischen Signals auf Grundlage einer Bestimmung der Geschwindigkeit, mit der sich die akustische Welle entlang des Felds bewegt, zu bestimmen. Die Kenntnis der Geschwindigkeit des Schalls in dem Wasser und der Geschwindigkeit, mit der sich die akustische Welle entlang des Felds bewegt, ermöglicht die Bestimmung der Annäherungsrichtung des akustischen Signals. Viele unterschiedliche Verarbeitungstechniken sind zur Verwendung in derartigen Anwendungen entwickelt worden, und zwar Techniken, die darauf abzielen aus einem Feld von Schalldetektoren die Geschwindigkeit zu extrahieren, mit der sich eine Welle über ein Feld von Sensoren bewegt (siehe z. B. "Two Decades of Array Signal Processing Research – the Parametric Approach", von H. Krim und M Viberg, IEEE Signal Processing Magazine, Seiten 67–94).
Im Gegensatz zu Unterwasser-Sonaranwendungen treten in einem Produktionsfluid, welches durch einen Durchgang bzw. einen Kanal fließt, Schall erzeugende Störungen kontinuierlich auf, und zwar als natürliche Folge des Flusses des Produktionsfluids durch den Kanal, und deren Orte sind nicht von Interesse. Deshalb ist es beim Messen der Schallgeschwindigkeit in einem derartigen Kanal, um zum Beispiel den Wert der Schallgeschwindigkeit für irgendeine Überwachungsfunktion zu verwenden, nicht erforderlich eine Schallquelle bereitzustellen. Wiederum im Gegensatz zu Unterwasser-Sonaranwendungen ist ferner die Bewegungsrichtung der im Wesentlichen ein-dimensionalen ebenen Schallwellen innerhalb eines Kanal bzw. eines Durchgangs bekannt, d. h. der Schall bewegt sich entweder stromaufwärts oder stromabwärts innerhalb eines Kanals. Somit hat das Problem zum Messen der Geschwindigkeit von Schall in einem Fluid, welches innerhalb eines Durchgangs enthalten ist, bekannte Werte für eine grundlegende Unbekannte einer Sonaranwendung, nämlich der Annäherungsrichtung, hat aber als eine Unbekannte, was in einer Sonaranwendung angenommen wird, nämlich die Schallgeschwindigkeit.
Was in vielen Anwendungen benötigt wird, einschließlich einer Bestimmung der Schallgeschwindigkeit in einem Fluid innerhalb eines Kanals, ist eine Vorgehensweise zum Anwenden der Methodologien der Unterwasser-Sonarsignalverarbeitung auf etwas, was im Wesentlichen die Invertierung des in diesem Gebiet gelösten Problems ist, d. h. die Verwendung von Information, die von einem Feld von Schalldetektoren bereitgestellt wird, um nicht die Annäherungsrichtung zu einer Schallquelle relativ zu der Achse des Felds in einem drei-dimensionalen Medium mit bekannter Schallgeschwindigkeit zu bestimmen, sondern anstelle davon das Feld von Sensoren zu verwenden, um direkt die Schallgeschwindigkeit innerhalb eines Kanals zu messen, in dem bekannt ist, dass die Annäherungsrichtung mit einer Achse des Felds ausgerichtet ist.
Demzufolge stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren und ein entsprechendes System zum Messen der Schallgeschwindigkeit in einem Fluid, welches innerhalb eines länglichen Körpers enthalten ist, bereit, wobei der Schall den länglichen Körper im Wesentlichen entlang einer Richtung durchquert, die zu der längsten Achse des länglichen Körpers ausgerichtet ist, wobei der Schall eine momentane Änderung im Druck in einem Abschnitt des Fluids verursacht, wenn der Schall den Abschnitt des Fluids durchquert, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Bereitstellen eines Felds von wenigstens zwei Sensoren, die entlang des länglichen Körpers verteilt sind, an vorgegebenen Stellen, wobei jeder Sensor zum Unterscheiden und Signalisieren von räumlich-zeitlich abgetasteten Daten einschließlich einer Information, die den Druck des Fluids an der Position des Sensor anzeigt, vorgesehen ist; Sammeln der räumlich-zeitlich abgetasteten Daten von jedem Sensor zu jedem einer Anzahl von Zeitpunkten; Konstruieren eines Plots, der aus einem Plot ableitbar ist, unter Verwendung einer Technik, die aus der Gruppe gewählt ist, die besteht aus spektral-gestützten Algorithmen, wie dem CAPON Verfahren oder dem MUSIC Verfahren, bei dem eine Spektrum-artige Funktion der Schallgeschwindigkeit gebildet wird, und parametrischen Lösungsverfahren, wie dem deterministischen Maximum-Likelihood Verfahren; Identifizieren einer spektralen Kante in dem Plot, und Bestimmen der Steigung der spektralen Kante; und Bestimmen der Schallgeschwindigkeit unter der Annahme einer Beziehung zwischen der Schallgeschwindigkeit und der Steigung der spektralen Kante.
Die obigen und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich näher aus einer Betrachtung der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, die beispielhaft unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen angegeben ist, bei der die einzelne Figur ein schematisches Blockdiagramm/Flussdiagramm eines System in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung zum Bestimmen der Schallgeschwindigkeit in einem Fluid innerhalb eines Durchgangs bzw. Kanals ist.
Bezug nehmend nun auf die Figur ist ein System gemäß der Erfindung zum Messen der Schallgeschwindigkeit in einem Fluid (Flüssigkeit oder Gas oder Multiphasen-Fluid) innerhalb eines Rohrs (Kanal oder Durchgang) 11 so gezeigt, dass es wenigstens zwei Drucksensoren 12a, 12b einschließt, die etwas bilden, was oft als ein Phasenarray (phased array) von Sensoren bezeichnet wird, und die Signale bereitstellen, die an der Stelle der Sensoren zu jedem einer Anzahl von sukzessiven Zeitpunkten einen Fluiddruck anzeigen (oder ein Phasenarray, welches Signale bereitstellt, die irgendeinen anderen Parameter anzeigen, der mit akustischen Störungen korreliert werden kann, z. B. Beschleunigungsmessgeräte oder heiße Drähte). Die Ausgänge von jedem Feld (Array) in dem Feld von Sensoren muss derart aufgezeichnet werden, dass die Zeitreferenz von jedem Sensor relativ zu jedem anderen Sensor bekannt ist. Ein Datensammler 14 empfängt die Signale von den Sensoren 12a, 12b über einer Zeitperiode, in der von jedem Sensor eine gewisse vorgegebene Anzahl n von Signalen P₁(t_j), P₂(t_j) (für j = 1, ..., n) bereitgestellt werden.
Mit den so gesammelten Daten kann dann im Allgemeinen irgendeine der Verarbeitungstechniken verwendet werden, die bei der Strahlformung oder anderen Feldverarbeitungsanwendungen verwendet werden, die eine zwei-dimensionale zeitliche/räumliche Transformation konstruieren, um das Feld (Array) von Signalen in ihre zeitlichen und räumlichen Töpfe zu zerlegen, d. h. etwas bereitzustellen, was als kω Plot bezeichnet wird. Ein derartiger Plot (eine derartige Darstellung) ist bei der Visualisierung einer zeitlichen/räumlichen Zerlegung nützlich.
Noch Bezug nehmend auf die Figur werden in der bevorzugten Ausführungsform die akkumulierten Signale dann an einen Prozessor 15 bereitgestellt, der die räumliche/zeitliche Zerlegung ausführt und den kω Plot berechnet, wobei k die Wellenzahl für eine spektrale Komponente darstellt und ω die entsprechende Winkelfrequenz darstellt. Die ausbreitungsart der akustischen Signale ist der Art, dass die gesamte ein-dimensionale akustische Energie in dem Signal auf einer Linie in der kω Ebene liegt. In einem nicht-dispersiven Medium (d. h. nicht-dispersive für die spektralen Frequenzen von Interesse, sodass sich sämtliche spektralen Komponenten bei der gleichen Geschwindigkeit, der nachgesuchten Schallgeschwindigkeit, ausbreiten), ist die Steigung dieser Linie die Schallgeschwindigkeit in dem Fluid, und zwar als Folge der kinematischen Beziehung ω = ck, wobei ω die Winkelfrequenz einer spektralen Komponente der akustischen Störungen ist, und k die Wellenzahl ist, und c die nachgesuchte (unbekannte) Geschwindigkeit des Schalls ist. Hinsichtlich der Tatsache, dass für ausreichend hohe Frequenzen eine gewisse Dispersion vorhanden ist, können geringfügige Modifikationen der räumlichen-zeitlichen Beziehung der akustischen Welle in dem Verfahren in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung eingebaut werden, um die dispersiven Effekte zu berücksichtigen, ohne grundlegend die Konzepte zu verändern, die die Grundlage der Erfindung bilden. Somit wird die akustische Energie über einem gut definierten Bereich (einer Linie) der kω Ebene verteilt. Wenn die akustischen Vorgänge ausreichend energetisch in Bezug auf andere Störungen sind und die akustischen Vorgänge im Grunde genommen breitband sind, wird das akustische Signal eine sogenannte spektrale Kante in einem kω Plot bilden, wobei die Energie jedes Sektors die Höhe der spektralen Kante bestimmt.
Ein kω Plot umfasst deshalb spektrale Kanten bei einer Steigung, die die Schallgeschwindigkeit des Fluids anzeigt. Die Steigung einer Kante stellt die Ausbreitungsgeschwindigkeit von Schall durch den Kanal bzw. das Rohr, das das Fluid enthält, dar. Diese Schallgeschwindigkeit ist typischerweise nicht die gleiche wie die Schwallgeschwindigkeit des gleichen Fluids in einem unendlichen Medium; der Einschluss, der durch das Rohr hinzugefügt wird, verringert typischerweise die Schallgeschwindigkeit. Dies kann jedoch modelliert werden und durch eine derartige Modellierung kann die Schallgeschwindigkeit des Fluids in einem infiniten Medium aus der Messung der Schallgeschwindigkeit des Fluids innerhalb des Rohrs abgeleitet werden (siehe WO 00/00793 mit dem Titel "Fluid Parameter Measurement in Pipes Using Acoustic Pressures", für eine vollständigere Beschreibung des Effekts des Rohrs).
In Abhängigkeit davon, wie weit die Sensoren voneinander positioniert sind, kann ein kω Plot, der wie voranstehend beschrieben bestimmt wird, im Prinzip auch spektrale Kanten bzw. Rücken einschließen, die die Schallgeschwindigkeit durch den Kanal selbst (d. h. die Kompressionswellen zum Beispiel innerhalb der Wand eines Rohrs, im Gegensatz zu innerhalb des Fluids in dem Kanal), eine Geschwindigkeit, die typischerweise größer als die Schallgeschwindigkeit in dem Fluid ist, einschließen. Jedoch ist es möglich einfach zwischen der spektralen Kante entsprechend der Schallausbreitung in dem Fluid im Vergleich mit der Ausbreitung durch den Kanal auf Grundlage davon, dass die Steigungen der entsprechenden spektralen Kanten sich wesentlich unterscheiden, zu unterscheiden.
Sobald der kω Plot bestimmt ist, untersucht ihn ein Spektralkanten-Identifizierer 17, um irgendwelche spektralen Kanten zu identifizieren, die er aufzeigen könnte. In Abhängigkeit von der Rauschumgebung können spektrale Kanten für eine Schallausbreitung sowohl stromaufwärts als auch stromabwärts durch das Fluid in dem Kanal unterscheidbar sein. Da, wie voranstehend erwähnt ein kω Plot gemessene Daten für zeitstationären Schall (akustische Störungen) einschließt und die räumliche Wellenlänge und die zeitliche Frequenz einer spektralen Komponente des Schalls über die Phasengeschwindigkeit c der Komponenten gemäß λv = c in Beziehung stehen, folgt die Beziehung ω = ck durch Einsetzen von k = 2π/λ und ω = 2πv für λ bzw. v. Somit weist eine spektrale Kante in einem kω Plot (d. h. einem Plot mit k als die Abszisse oder x-Koordinate und ω als die Ordinate oder y-Koordinate) eine Steigung auf, die die durchschnittliche Phasengeschwindigkeit des Schalls in dem Fluid ist. Der Spektralkanten-Identifizierer stellt für jede spektrale Kante, die er identifiziert, ausreichend Information bereit, um eine Steigung der Spektralkante anzuzeigen. Ein Analysator 18 verwendet die Spektralkanten-Identifikationen, um eine Gesamtauswertung der gemessenen Phasengeschwindigkeit in dem Fluid bereitzustellen. In einigen Situationen werden die Sensoren 12a, 12b einen reinen Ton oder einen Satz von reinen Tönen erfassen und der entsprechende k – ω Plot wird deshalb nicht eine Kante aufweisen, sondern anstelle davon nur einen Abschnitt einer Kante.
Hinsichtlich der Tatsache, das die spektrale Kante gerade ist, ist die Phasengeschwindigkeit des Schalls unabhängig von der Frequenz, d. h. es gibt keine Dispersion. Anstelle davon ist der Fall, dass eine geringe Dispersion von Schall in irgendeinem Fluid (Gas oder Flüssigkeit) in einem unendlichen Medium über dem Frequenzbereich, der typischerweise in Multiphasen-Flussmessungen verwendet wird (d. h. von ungefähr 10 Hz bis ungefähr 2000 Hz), vorhanden. Somit ist die durchschnittliche Phasengeschwindigkeit, wie voranstehend gemessen, sobald sie hinsichtlich des Einflusses des Rohrs korrigiert ist, eine genaue Abschätzung der Schallgeschwindigkeit des Fluids.
Es ist hilfreich den eingeschränkten Fall zu betrachten, bei dem der Schall, der gerade erfasst wird, ein reiner Ton ist und sich in nur einer Richtung ausbreitet. Grundlegend ermittelt ein System in Übereinstimmung mit der Erfindung, für den Fall des Durchgangs einer einzelnen harmonischen Schallwelle, Information über die Wellenlänge λ (oder die Wellenzahl k) der Schallwelle durch Erfassen der Phase der Schallwelle an den zwei Messpunkten, die in einem bekannten Abstand D voneinander getrennt sind. Somit kann die Trennung D so bestimmt werden, dass sie ein bestimmter Anteil einer Wellenlänge des Schalls ist.
Die Kombination der Frequenzinformation und der Wellenlängeninformation ergibt die Schallgeschwindigkeit. Die Information ist jedoch nur nicht mehrdeutig, wenn die Sensoren ausreichend häufig abtasten (d. h. eine Nyquist Abtastung ausführen), um ein zeitliches Aliasing zu vermeiden, und ausreichend nahe zusammen sind, um ein räumliches Aliasing zu vermeiden. Wenn zum Beispiel die Sensoren in einem Abstand D voneinander sind, der (in unerwünschter Weise) zwei Wellenlängen ist, würde das System einen Wert für die Wellenlänge anzeigen, der zweimal der tatsächliche Wert ist.
Natürlich ist der Schall, der von den Sensoren 12a, 12b aufgenommen wird, nicht harmonisch; er ist eine Überlagerung von vielen spektralen Komponenten von einer oder mehreren komplexen Schallwellen (einer oder mehrere, da mehr als eine Schallwelle die Sensoren zu der gleichen Zeit erreichen können), wobei jede komplexe Schallwelle ihre eigenen spektralen Komponenten einschließt. Der Prozessor 15 führt eine spektrale Analyse des Schalls aus, den er erfasst, sodass das, was als kω Plot aufgetragen wird, die Wellenzahlen und Winkelfrequenzen für die unterschiedlichen harmonischen Komponenten von wenigstens einer komplexen Schallwelle ist.
Der Prozessor 15 berücksichtigt die Möglichkeit von mehreren komplexen Signalen, die zu den Drucksignalen beitragen, die durch die Sensoren 12a, 12b bereitgestellt werden. Der Prozessor extrahiert aus den Abtastpunkten P₁(t_j), P₂(t_j), die von dem Datensammler 14 bereitgestellt werden, ausreichend Information zum Bestimmen der Beziehung, wenn vorhanden, zwischen den Abtastpunkten (P₁(t_j), die von einem Sensor bereitgestellt werden, und den Abtastpunkten P₂(t_j), die von den anderen Sensoren bereitgestellt werden.
Zur Darstellung von einer Vorgehensweise zum Ausführen der zwei-dimensionalen Transformation, die von dem Prozessor 15 erreicht wird, wird ein ein-dimensionales akustisches Feld, welches nach links laufende und nach rechts laufende (ebene) Wellen einschließt, typischerweise folgendermaßen dargestellt.
wobei x die ein-dimensionale Raumvariable ist, ω die zeitliche Frequenz ist, A und B den Frequenzinhalt der nach rechts laufenden und nach links laufenden Felder ergeben, i = √–1 ist, und c die Schallgeschwindigkeit durch das Fluid ist. Die Gleichung (1) ist zum Beschreiben von ein-dimensionalen akustischen Störungen in irgendeinem Bereich eines Kanal-(Rohr)-Abschnitts gültig, in dem eine akustische Energie weder im Wesentlichen erzeugt noch zerstört wird (d. h. wo es vernünftig anzunehmen ist, dass keine Schallquellen oder Schallabsorber vorhanden sind).
In dem Verfahren, welches als das Maximum-Likelihood Verfahren (Verfahren der maximalen Wahrscheinlichkeit) bezeichnet wird, wird nun die Schallgeschwindigkeit in Übereinstimmung mit einer Prozedur abgeschätzt, die den Grad misst, zu dem ein Satz von Signalen die räumliche/zeitliche Struktur der Gleichung (1) aufzeigt, und zwar wie folgt. Zunächst wird ein Datenstrom von Drucksignalen aus räumlich verteilten Sensoren genommen. Die Anregungs- oder Rauschquellen, die zu diesen Signalen führen, sind irrelevant, solange wie eine akustische Druckerzeugung in dem Abschnitt des Rohrs, wo Signale gemessen werden, im Vergleich mit eintreffendem Rauschen, Störungen, oder Anregungen klein ist. Als nächstes wird der Grad, auf den die Daten mit den Schallfeldeigenschaften, dargestellt in Gleichung (1), konsistent sind, quantitativ gemessen oder abgeschätzt, und zwar für verschiedene Werte der angenommen Schallgeschwindigkeit c. Dieses Maß einer Konsistenz wird hier als die räumliche/zeitliche Konsistenz bezeichnet. Schließlich wird der Wert von c, der die höchste räumliche/zeitliche Konsistenz ergibt, als die beste Abschätzung der Schallgeschwindigkeit auf Grundlage der Messungen genommen.
Der Ansatz der Erfindung isoliert effektiv akustische Signale (über die räuniche/zeitliche Zerlegung) von anderen Signalen, die in dem Fluid existieren können oder elektrisch durch das Messsystem erzeugt werden können. Sogar dann, wenn derartige andere Signale das Ergebnis von sich bewegenden Wellen durch andere nahe gelegene Medien (wie der Struktur, in der die Druckmessungen genommen werden) sind, ist die räumliche/zeitliche Struktur der akustischen Signale typischerweise für die unterschiedlichen akustischen Signale unterscheidbar und können so als eine Grundlage zum Bereitstellen einer zuverlässigen Abschätzung der Schallgeschwindigkeit in dem Fluid dienen.
Obwohl eine Verarbeitung der Daten, wie voranstehend beschrieben, in irgendeiner räumlich/zeitlichen Domäne ausgeführt werden können (wie der Frequenz/Raum ωx Domäne, die in der Gleichung (1) verwendet wird, der Zeit/Raum tx Domäne, und der Zeit/Wellenzahl tk Domäne), wird in der bevorzugten Ausführungsform die Frequenz/Wellenzahl ωk Domäne verwendet. Die Gleichung (1) kann in der ωk Domäne dargestellt werden, indem die räumliche Fourier-Transformation der Gleichung (1) genommen wird, was zu der folgenden ωk Darstellung führt:
wobei k die Wellenzahl ist und δ (...) die Dirac-Delta-Funktion ist.
Die Gleichung (2) zeigt die stärkste räumliche/zeitliche Struktur des akustischen Felds. In der kω Ebene besteht die Funktion p(k, ω) aus zwei Kanten, einer entlang der Linie k = ω/c und einer entlang der Linie k = –ω/c. Die vorliegende Erfindung nimmt genug Messungen, um diese Kanten von anderen Merkmalen der Messung zu unterscheiden und ist somit in der Lage den Wert der Schallgeschwindigkeit c abzuleiten. Die Erfindung tut dies durch Ausführen einer zwei-dimensionalen Transformation der Sensordaten, von der xt Domäne auf die kω Domäne. Die Daten werden dann analysiert, wie voranstehend erläutert, um die Schallgeschwindigkeit unter der Annahme, dass für jede spektrale Komponente k = ω/c ist, zu bestimmen. Die Erfindung verwendet irgendein spektrales oder parametrisches Verfahren zum Ausführen der zwei-dimensionalen Transformation, einschließlich zum Beispiel des CAPON Verfahrens, des MUSIC Verfahrens, und des deterministischen Maximum-Likelihood Verfahrens (siehe z. B. "Two Decades of Array Signal Processing Research – the Parametric Approach", von H. Krim und M. Viberg, wie voranstehend erwähnt). Alle derartigen Verfahren adressieren die Behandlung des Fensterbildungs-(Abtast)-Problems unterschiedlich, und somit sind einige Verfahren in bestimmten Situationen besser als andere.
Nachdem die voranstehenden Ausführungsformen und Darstellungen beschrieben worden sind, sei darauf hingewiesen, dass die voranstehend beschriebenen Anordnungen nur für die Anwendung der Prinzipien der vorliegenden Erfindung illustrativ sind. Zahlreiche andere Modifikationen und alternative Anordnungen können durch Durchschnittfachleute ohne Abweichen von dem Umfang der vorliegenden Erfindung geschaffen werden, und es ist beabsichtigt, dass die beigefügten Ansprüche derartige Modifikationen und Anordnungen abdecken.

Claims

Verfahren zur Messung der Schallgeschwindigkeit c in einem Fluid, welches in einem länglichen Körper enthalten ist, wobei der Schall den länglichen Körper im wesentlichen entlang einer Richtung durchquert, die zu der längsten Achse des länglichen Körpers ausgerichtet ist, wobei der Schall eine momentane Änderung im Druck in einem Abschnitt des Fluids verursacht, wenn der Schall den Abschnitt des Fluids durchquert, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: a) Bereitstellen eines Felds von wenigstens zwei Sensoren, die entlang des länglichen Körpers verteilt sind, an vorgegebenen Stellen, wobei jeder Sensor zum Unterscheiden und Signalisieren von räumlich-zeitlich abgetasteten Daten einschließlich einer Information, die den Druck des Fluids an der Position des Sensors anzeigt, vorgesehen ist; b) Sammeln der räumlich-zeitlich abgetasteten Daten von jedem Sensor zu jedem einer Anzahl von Zeitpunkten; wobei das Verfahren durch die folgenden Schritte gekennzeichnet ist: c) Konstruieren eines Plots, der von einem kω Plot ableitbar ist, unter Verwendung einer Technik, die aus der Gruppe gewählt ist, die besteht aus spektral-gestützten Algorithmen, wie dem Capon Verfahren oder dem MUSIC Verfahren, bei dem eine Spektrum-artige Funktion der Schallgeschwindigkeit gebildet wird, und parametrischen Lösungsverfahren, wie dem deterministischen Maximum-Likelihood Verfahren; d) Identifizieren einer spektralen Kante in dem kω Plot, und Bestimmen der Steigung der spektralen Kante; und e) Bestimmen der Schallgeschwindigkeit unter der Annahme einer Beziehung zwischen der Schallgeschwindigkeit und der Steigung der spektralen Kante.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend, vor dem Schritt zum Konstruieren eines Plots, der von einem kω Plot ableitbar ist, den zusätzlichen Schritt zum Konstruieren, für jeden Sensor, von wenigstens einem Abschnitt einer Zeit-abhängigen Kreuz-Spektraldichte-Matrix, bestehend aus Korrelationen von räumlich-zeitlich abgetasteten Daten, zu jedem der Anzahl von Zeitpunkten, wobei die räumlich zeitlich abgetasteten Daten von jedem Sensor wiederum ihre eigenen räumlich-zeitlich abgetasteten Daten einschließen.
System zum Messen der Schallgeschwindigkeit c in einem Fluid, das in einem länglichen Körper enthalten ist; wobei der Schall den länglichen Körper im wesentlichen entlang einer Richtung durchquert, die zu der längsten Achse des länglichen Körpers ausgerichtet ist, wobei der Schall eine momentane Änderung im Druck in einem Abschnitt des Flulds verursacht, wenn der Schall den Abschnitt des Fluids durchquert, wobei das System umfasst: a) eine Einrichtung zum Bereitstellen, an vorgegebenen Stellen, eines Felds von wenigstens zwei Sensoren, die entlang des länglichen Körpers verteilt sind, wobei jeder Sensor zum Unterscheiden und Signalisieren von räumlich-zeitlich abgetasteten Daten einschließlich von Information, die den Druck des Fluids an der Position des Sensors anzeigt, vorgesehen ist; b) eine Einrichtung zum Sammeln der räumlich-zeitlich abgetasteten Daten von jedem Sensor zu jedem einer Anzahl von Zeitpunkten; wobei das System gekennzeichnet ist durch: c) eine Einrichtung zum Konstruieren eines Plots, der von einem kω Plot ableitbar ist, unter Verwendung einer Technik, die aus der Gruppe gewählt ist, die besteht aus Spektral-gestützten Algorithmen, wie die im Capon Verfahren oder dem MUSIC Verfahren, bei dem eine Spektrum-artige Funktion der Schallgeschwindigkeit gebildet wird, und parametrischen Lösungsverfahren, wie dem deterministischen Maximum-Likelihood Verfahren; d) eine Einrichtung zum Identifizieren einer spektralen Kante in dem kω Plot, und Bestimmen der Steigung der spektralen Kante; und e) eine Einrichtung zum Bestimmen der Schallgeschwindigkeit unter der Annahme einer Beziehung zwischen der Schallgeschwindigkeit und der Steigung der spektralen Kante.
System nach Anspruch 3, ferner umfassend eine Einrichtung zum Konstruieren, für jeden Sensor, von wenigstens einem Abschnitt einer Zeit-abhängigen Kreuz-Spektraldichte-Matrix bestehend aus Korrelationen der räumlich-zeitlich abgetasteten Daten, zu jedem der Anzahl von Zeitpunkten, wobei die räumlich-zeitlich abgetasteten Daten von jedem Sensor wiederum ihre eigenen räumlich-zeitlich abgetasteten Daten einschließen.