RU2159847C2 - Gear and method of test of characteristics of gas stream - Google Patents

Gear and method of test of characteristics of gas stream Download PDF

Info

Publication number
RU2159847C2
RU2159847C2 RU99101988A RU99101988A RU2159847C2 RU 2159847 C2 RU2159847 C2 RU 2159847C2 RU 99101988 A RU99101988 A RU 99101988A RU 99101988 A RU99101988 A RU 99101988A RU 2159847 C2 RU2159847 C2 RU 2159847C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
lens system
controller
gas stream
processing unit
signal processing
Prior art date
Application number
RU99101988A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU99101988A (en
Inventor
В.И. Кононов
А.И. Березняков
Г.И. Облеков
А.Н. Харитонов
А.В. Малков
А.И. Жильцов
Original Assignee
Предприятие "Надымгазпром"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Предприятие "Надымгазпром" filed Critical Предприятие "Надымгазпром"
Priority to RU99101988A priority Critical patent/RU2159847C2/en
Publication of RU99101988A publication Critical patent/RU99101988A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2159847C2 publication Critical patent/RU2159847C2/en

Links

Landscapes

  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)

Abstract

FIELD: gas industry, examination of wells to measure parameters of gas-and-liquid mixture without separation of stream. SUBSTANCE: gear has first lens system, laser light source, beam splitter and second lens system connected in series and optical detecting fixture whose output is connected to signal processing unit. Gear is supplemented with two adjustable diaphragms, actuating element and controller which is connected to output of signal processing unit via blocking unit and to adjustable diaphragms via actuating element. One field diaphragm is located between first lens system and optical detecting fixture, second aperture diaphragm is placed between second lens system and gas stream. Measurement bases are created in stream for realization of method by formation of counting volumes and moments of flight of particles over boundaries of measurement base are recorded by optical detecting fixture. Then signals of optical detecting fixture are converted to sequence of voltage pulses with the aid of signal processing unit and are sent into controller via blocking unit. Controller measures parameters of pulses, computes characteristics of gas stream and forms controlling signal for actuating element in correspondence with specified algorithm. Optimum cross-sections of counting volumes are set by controlling signal with the help of adjustable diaphragms. Sequences of pulses that are formed after termination of counting only are let pass to controller with the aid of blocking unit and total number of recorded particles is fixed. EFFECT: increased accuracy of measurement of characteristics of gas stream. 2 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области газовой промышленности и может быть использовано при проведении исследований скважин для измерения параметров газожидкостной смеси без сепарации потока. The invention relates to the field of the gas industry and can be used in well research to measure the parameters of a gas-liquid mixture without flow separation.

Известно устройство для измерения скорости газа в трубопроводе время-пролетным методом, в котором два световых луча, прошедших в направлении потока газа, попадают на фотоэлектрические приемники, сигналы от которых поступают на коррелятор [1]. A device is known for measuring the gas velocity in a pipeline by the time-of-flight method, in which two light beams transmitted in the direction of the gas flow fall on photoelectric receivers, the signals from which are sent to the correlator [1].

Известно также устройство для контроля характеристик газового потока, содержащий лазерный источник света, делитель луча, две линзовые системы, оптическое приемное устройство и блок обработки сигналов [2]. It is also known a device for monitoring the characteristics of the gas stream, containing a laser light source, a beam splitter, two lens systems, an optical receiving device and a signal processing unit [2].

Известен способ измерения скоростей частиц различного размера в полидисперсном потоке путем создания в потоке двумя лучами базы измерения и регистрации двумя фотоприемниками моментов пролета частицами границ этой базы [3]. A known method of measuring the velocities of particles of various sizes in a polydisperse stream by creating in the stream with two rays a measurement base and recording with two photodetectors the moments of passage by the particles of the boundaries of this base [3].

Недостатком всех указанных устройств и способа является снижение точности измерений при изменении характеристик газового потока, в частности концентрации частиц в газе, что обусловлено фиксированными поперечными размерами счетных объемов, которые устройства формируют внутри газового потока для регистрации частиц. Наличие турбулентных пульсаций в газовом потоке приводит к разбросу характеристик отдельных частиц, что вызывает необходимость использования статистических методов при обработке результатов измерений, точность которых повышается с ростом количества зарегистрированных частиц. Поэтому при малых концентрациях частиц в газовом потоке следует увеличивать поперечные размеры счетных объемов. Но если концентрация частиц повысится, то большие поперечные размеры счетных объемов приведут к увеличению вероятности одновременного пересечения счетных объемов несколькими частицами. В результате возрастет количество ложных сигналов, а следовательно, увеличится и погрешность измерений. The disadvantage of all of these devices and the method is the decrease in measurement accuracy when changing the characteristics of the gas stream, in particular the concentration of particles in the gas, due to the fixed transverse dimensions of the calculated volumes that the devices form inside the gas stream to register particles. The presence of turbulent pulsations in the gas stream leads to a spread in the characteristics of individual particles, which necessitates the use of statistical methods in processing measurement results, the accuracy of which increases with increasing number of registered particles. Therefore, at low particle concentrations in the gas stream, the transverse dimensions of the counted volumes should be increased. But if the concentration of particles increases, then the large transverse dimensions of the counted volumes will increase the likelihood of simultaneous crossing of the counted volumes by several particles. As a result, the number of false signals will increase, and therefore the measurement error will increase.

Задачей изобретения являлась разработка способа измерения характеристик потока с регулируемыми размерами счетных объемов и создание устройства для реализации этого способа. The objective of the invention was the development of a method for measuring the characteristics of the flow with adjustable sizes of the counted volumes and the creation of a device for implementing this method.

Целью изобретения является повышение точности измерений характеристик газового потока. The aim of the invention is to improve the accuracy of measurements of the characteristics of the gas stream.

Указанная цель достигается тем, что предлагается устройство для контроля характеристик газового потока, включающее первую линзовую систему, последовательно соединенные лазерные источник света, делитель луча и вторую линзовую систему, оптическое приемное приспособление, выход которого подключен к блоку обработки сигналов, снабженное двумя регулируемыми диафрагмами, исполнительным элементом, блокиратором и контроллером, который через блокиратор соединен с выходом блока обработки сигналов, а через исполнительный элемент с регулируемыми диафрагмами, одна из которых - полевая - расположена между первой линзовой системой и оптическим приемным приспособлением, а вторая - апертурная - между второй линзовой системой и газовым потоком. В способе контроля характеристик газового потока, включающем создание в потоке базы измерения путем формирования счетных объемов и регистрацию оптическим приемным приспособлением моментов пролета частицами границ базы измерения, преобразуют сигналы оптического приемного приспособления в последовательность импульсов напряжения с помощью блока обработки сигналов и передают ее через блокиратор на контроллер, где по заданному алгоритму измеряют параметры импульсов и рассчитывают по ним характеристики газового потока, затем формируют управляющий сигнал на исполнительный элемент, по сигналу которого с помощью регулируемых диафрагм устанавливают оптимальные поперечные размеры счетных объемов, при этом на контроллер с помощью блокиратора пропускают только те последовательности импульсов, которые формируются после окончания расчета, и фиксируют общее количество зарегистрированных частиц. This goal is achieved by the fact that the proposed device for monitoring the characteristics of the gas stream, including the first lens system, a series-connected laser light source, a beam splitter and a second lens system, an optical receiving device, the output of which is connected to the signal processing unit, equipped with two adjustable diaphragms, an executive an element, a blocker and a controller, which is connected through a blocker to the output of the signal processing unit, and through an actuator, it is adjustable E diaphragms, one of which - field - is located between the first lens system and an optical receiver device, and the second - the aperture - between the second lens system and the gas stream. In a method for monitoring the characteristics of a gas stream, which includes creating a measurement base in a stream by forming counting volumes and registering the moments of flight of the boundaries of the measurement base with an optical receiving device, the signals of the optical receiving device are converted into a sequence of voltage pulses using a signal processing unit and transmitted through a blocker to the controller where, according to a given algorithm, the parameters of the pulses are measured and the characteristics of the gas flow are calculated from them, then control signal to the actuator, the signal is controlled by using the optimal set of diaphragms transverse dimensions counting volume, wherein the controller is passed via lock only the sequence of pulses that are generated after calculation, and fixed total number of detected particles.

На чертеже представлена блок-схема устройства для контроля характеристик газового потока. The drawing shows a block diagram of a device for monitoring the characteristics of the gas stream.

Устройство для контроля характеристик газового потока включает первую линзовую систему 1, последовательно соединенные лазерные источник света 2, делитель луча 3 и вторую линзовую систему 4, оптическое приемное приспособление 5, выход которого подключен к блоку обработки сигналов 6, снабженное двумя регулируемыми диафрагмами: апертурной диафрагмой 7 и полевой диафрагмой 8, исполнительным элементом 9, блокиратором 10 и контроллером 11, который через блокиратор 10 соединен с выходом блока обработки сигналов 6, а через исполнительный элемент 9 соединен с регулируемыми диафрагмами 7 и 8, при этом полевая диафрагма 8 расположена между первой линзовой системой 1 и оптическим приемным приспособлением 5, а апертурная диафрагма 7 размещена между второй линзовой системой 4 и газовым потоком (не указан). A device for monitoring the gas flow characteristics includes a first lens system 1, a laser light source 2 connected in series, a beam splitter 3 and a second lens system 4, an optical receiving device 5, the output of which is connected to a signal processing unit 6, equipped with two adjustable diaphragms: aperture diaphragm 7 and a field diaphragm 8, an actuator 9, a blocker 10 and a controller 11, which is connected through a blocker 10 to the output of the signal processing unit 6, and through the actuator 9 Inonii with adjustable diaphragms 7 and 8, the field diaphragm 8 disposed between the first lens system 1 and the optical receiving device 5, and the aperture stop 7 is disposed between the second lens system 4 and a gas stream (not specified).

Контроль характеристик газового потока осуществляется следующим образом. Непрерывное излучение лазерного источника света 2 поступает на делитель 3, делится на два луча и затем фокусируется с помощью второй линзовой системы 4 через регулируемую апертурную диафрагму 7 внутри потока газа. Первая линзовая система 1 через регулируемую полевую диафрагму 8 передает изображение перетяжек на чувствительные площадки оптического приемного приспособления 5, вследствие чего в потоке газа формируются два счетных объема CO1 и CO2. Причем поперечные размеры счетных объемов зависят от апертуры диафрагмы 7 и поля зрения диафрагмы 8. При прохождении частицы через счетные объемы формируются последовательно два импульса рассеянного излучения, которые через первую линзовую систему 1 и полевую диафрагму 8 поступают на оптическое приемное приспособление 5 и преобразуются в импульсы тока. Оптическая ось схемы передачи рассеянного излучения на фотоприемники расположена под углом 30-90o к оптической оси схемы формирования счетного объема. Обе оптические оси нормальны к направлению движения частиц в газовом потоке. В блоке обработки сигнала 6 импульсы тока преобразуются в последовательность импульсов напряжения, параметры которых зависят от характеристик газового потока, и далее через блокиратор 10 сигналов подаются на контроллер 11. Контроллер 11 по заданному алгоритму измеряет параметры импульсов, а затем рассчитывает характеристики газового потока по этим параметрам. На период времени, пока контроллер 11 производит расчет, блокиратор 10 закрыт. Если в этот период очередная частица пересекает счетные объемы, то блокиратор 10 не пропускает импульсы, формируемые блоком обработки сигналов 6, но фиксирует общее количество зарегистрированных частиц, которое считывается контроллером 11 при измерении параметров следующей частицы. После окончания расчета контроллер 11 подает сигнал готовности на блокиратор 10, который открывается, позволяя начать измерения после регистрации очередной частицы. Если сигнал готовности подается в момент пересечения частицей счетных объемов, но уже после начала формирования последовательности импульсов, то блокиратор 10 остается закрытым и открывается после окончания этой последовательности. Таким образом устраняется возможность ошибочных измерений параметров импульсов, а следовательно, повышается точность расчета характеристик газового потока контроллером 11. После расчета характеристик газового потока контроллер 11 по заданному алгоритму формирует управляющий сигнал, который поступает на исполнительный элемент 9. После этого исполнительный элемент 9, например электрически управляемый механический привод, изменяет апертуру регулируемой диафрагмы 7 и поле зрения регулируемой диафрагмы 8 таким образом, чтобы размеры счетных объемов CO1 и CO2 стали оптимальными, при которых обеспечивается минимальная погрешность определения характеристик газового потока. При этом значения апертуры диафрагмы 7 и поля зрения диафрагмы 8 регистрируются исполнительным элементом 9 и передаются на контроллер 11 для контроля текущих поперечных размеров счетных объемов CO1 и CO2. Таким образом, производится регулировка поперечных размеров счетных объемов CO1 и CO2 для повышения точности контроля характеристик газового потока.Monitoring the characteristics of the gas stream is as follows. The continuous radiation of the laser light source 2 is transmitted to a divider 3, divided into two beams, and then focused using a second lens system 4 through an adjustable aperture diaphragm 7 inside the gas stream. The first lens system 1 through an adjustable field diaphragm 8 transmits an image of constrictions to the sensitive areas of the optical receiving device 5, as a result of which two counting volumes CO1 and CO2 are formed in the gas stream. Moreover, the transverse dimensions of the counted volumes depend on the aperture of the diaphragm 7 and the field of view of the diaphragm 8. When a particle passes through the counted volumes, two pulses of scattered radiation are formed sequentially, which through the first lens system 1 and field diaphragm 8 arrive at the optical receiving device 5 and are converted into current pulses . The optical axis of the scattered radiation transmission scheme to the photodetectors is located at an angle of 30-90 o to the optical axis of the counting volume formation circuit. Both optical axes are normal to the direction of particle motion in the gas stream. In the signal processing unit 6, the current pulses are converted into a sequence of voltage pulses, the parameters of which depend on the characteristics of the gas stream, and then, through the blocker 10, the signals are fed to the controller 11. The controller 11 measures the parameters of the pulses according to a predetermined algorithm, and then calculates the characteristics of the gas stream according to these parameters . For the period of time while the controller 11 is calculating, the lock 10 is closed. If during this period the next particle crosses the counted volumes, then the blocker 10 does not pass the pulses generated by the signal processing unit 6, but fixes the total number of registered particles, which are read by the controller 11 when measuring the parameters of the next particle. After the calculation is completed, the controller 11 sends a ready signal to the blocker 10, which opens, allowing you to start measurements after registration of the next particle. If the ready signal is supplied at the moment the particle crosses the counted volumes, but already after the start of the formation of the pulse sequence, then the blocker 10 remains closed and opens after the end of this sequence. This eliminates the possibility of erroneous measurements of the parameters of the pulses, and therefore, increases the accuracy of calculating the characteristics of the gas flow by the controller 11. After calculating the characteristics of the gas flow, the controller 11 generates a control signal according to a predetermined algorithm, which is supplied to the actuator 9. After that, the actuator 9, for example, electrically controlled mechanical drive, changes the aperture of the adjustable diaphragm 7 and the field of view of the adjustable diaphragm 8 so that the dimensions of the counting volumes of CO1 and CO2 have become optimal, at which the minimum error in determining the characteristics of the gas flow is ensured. The values of the aperture of the diaphragm 7 and the field of view of the diaphragm 8 are recorded by the actuator 9 and transmitted to the controller 11 to control the current transverse dimensions of the calculated volumes of CO1 and CO2. Thus, the transverse dimensions of the calculated volumes of CO1 and CO2 are adjusted to increase the accuracy of monitoring the gas flow characteristics.

Предлагаемое устройство и способ обеспечивают автоматизацию и высокую точность контроля характеристик газового потока. Кроме того, устройство имеет малые габариты и вес, а предлагаемый способ контроля не требует выпуска газа в атмосферу, что позволяет сберечь запас природного газа и существенно снизить техногенную нагрузку на окружающую среду. The proposed device and method provide automation and high accuracy control of the characteristics of the gas stream. In addition, the device has small dimensions and weight, and the proposed control method does not require the release of gas into the atmosphere, which allows to save the supply of natural gas and significantly reduce the anthropogenic load on the environment.

Источники информации:
1. З. N 2365802, МКИ2 G 01 P 5/20, пр. 14.09.77, FR, опубл. 26.05.78.Sources of information:
1. Z. N 2365802, MKI 2 G 01 P 5/20, pr 14.09.77, FR, publ. 05/26/78.

2. З. N 3631900, МКИ4 G 01 P 5/20, 13/00, 3/36, пр. 19.09.86, DE, опубл. 07.04.88 (прототип).2. Z. N 3631900, MKI 4 G 01 P 5/20, 13/00, 3/36, pr. 19.09.86, DE, publ. 04/07/88 (prototype).

3. Патент FR N 2349131, кл. G 01 F 1/86, G 01 P 5/00, опубл. 1977 (прототип). 3. Patent FR N 2349131, cl. G 01 F 1/86, G 01 P 5/00, publ. 1977 (prototype).

Claims (2)

1. Устройство для контроля характеристик газового потока, включающее первую линзовую систему, последовательно соединенные лазерные источник света, делитель луча и вторую линзовую систему, оптическое приемное приспособление, выход которого подключен к блоку обработки сигналов, отличающееся тем, что оно снабжено двумя регулируемыми диафрагмами, исполнительным элементом, блокиратором и контроллером, который через блокиратор соединен с выходом блока обработки сигналов, а через исполнительный элемент - с регулируемыми диафрагмами, одна из которых - полевая - расположена между первой линзовой системой и оптическим приемным приспособлением, а вторая - апертурная - между второй линзовой системой и газовым потоком. 1. A device for monitoring the characteristics of the gas flow, comprising a first lens system, a laser light source connected in series, a beam splitter and a second lens system, an optical receiving device, the output of which is connected to a signal processing unit, characterized in that it is equipped with two adjustable diaphragms, an executive one element, a blocker and a controller, which is connected through a blocker to the output of the signal processing unit, and through an actuator element with adjustable diaphragms, one of which - field - is located between the first lens system and the optical receiving device, and the second is the aperture - between the second lens system and the gas stream. 2. Способ контроля характеристик газового потока, включающий создание в потоке базы измерения путем формирования счетных объемов и регистрацию оптическим приемным приспособлением моментов пролета частицами границ базы измерения, отличающийся тем, что преобразуют сигналы оптического приемного приспособления в последовательность импульсов напряжения с помощью блока обработки сигналов и передают ее через блокиратор на контроллер, где по заданному алгоритму измеряют параметры импульсов и рассчитывают по ним характеристики газового потока, затем формируют управляющий сигнал на исполнительный элемент, по сигналу которого с помощью регулируемых диафрагм устанавливают оптимальные поперечные размеры счетных объемов, при этом на контроллер с помощью блокиратора пропускают только те последовательности импульсов, которые формируются после окончания расчета и фиксируют общее количество зарегистрированных частиц. 2. A method of monitoring the characteristics of the gas stream, including creating a measurement base in the stream by forming counting volumes and registering the moments of flight of the boundaries of the measurement base with the optical receiving device, characterized in that the signals of the optical receiving device are converted into a sequence of voltage pulses using a signal processing unit and transmitted it through the blocker to the controller, where, according to a given algorithm, the parameters of the pulses are measured and the characteristics of the gas current, then a control signal is formed on the actuator, by the signal of which, using the adjustable diaphragms, the optimal transverse dimensions of the counted volumes are established, while only those pulse sequences are transmitted to the controller using a blocker that are formed after the calculation is completed and record the total number of registered particles.
RU99101988A 1999-01-27 1999-01-27 Gear and method of test of characteristics of gas stream RU2159847C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU99101988A RU2159847C2 (en) 1999-01-27 1999-01-27 Gear and method of test of characteristics of gas stream

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU99101988A RU2159847C2 (en) 1999-01-27 1999-01-27 Gear and method of test of characteristics of gas stream

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU99101988A RU99101988A (en) 2000-10-27
RU2159847C2 true RU2159847C2 (en) 2000-11-27

Family

ID=20215358

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU99101988A RU2159847C2 (en) 1999-01-27 1999-01-27 Gear and method of test of characteristics of gas stream

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2159847C2 (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0324413B1 (en) Optical instrument for measuring particle sizes
US5561515A (en) Apparatus for measuring particle sizes and velocities
US4249244A (en) Electro-optical system and method and apparatus for providing automatically-compensating, traceable calibration and zeroing for light scattering devices
JP2019148585A (en) Analysis device for determining particulate matter
CN104089855A (en) Method and device for measuring particles by polarized light scattering
CN110132802B (en) Online detection device and online detection method for particle size and particle concentration
US20170003221A1 (en) Particle measuring device
JPH05506503A (en) Diversion for uniform multi-sensor detection
EP0981201A2 (en) Zero crossing detector and method of determining a zero crossing point
JP3532274B2 (en) Particle detector
CN105973769A (en) Device and method for measurement of size of suspended submicron particulate matter
US5033851A (en) Light scattering method and apparatus for detecting particles in liquid sample
RU2159847C2 (en) Gear and method of test of characteristics of gas stream
CN106053303A (en) Laser forward scattering cloud droplet spectrum detection system
JP2001324446A (en) Apparatus for measuring isotope gas
CN212321373U (en) Particulate matter real-time measuring device based on beta-ray method and light scattering principle
JPH0792076A (en) Grain analyzing device
EP2233932B1 (en) Optical system and method for determining direction, velocity and position of a ball traversing a plane
JPH08202970A (en) Method for setting up optimum threshold of highly sensitive smoke detector
SU1182341A1 (en) Method of determining account concentration of particles in dispersion media
RU2006824C1 (en) Method of analysis of impulse pairs in photoelectric aerosol counters
RU2359250C1 (en) Method of liquid purity control
SU857812A1 (en) Photoelectric counter of disperced particles
SU1448246A1 (en) Method of determining particle sizes in a liquid
SU1718041A1 (en) Method for particles dimensions determination in flowing medium

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20050128