油气水多相流核磁共振传感技术的研究

发布时间：2017-09-05 08:37

  本文关键词：油气水多相流核磁共振传感技术的研究

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【摘要】：石油是当今世界最重要的能源之一,在工业的发展中起着关键性的作用。由于其多组分的组成和流动过程中的复杂性,使得不分离的多相流流量检测至今依然是个难题。为了对油气水的相含率进行在线测量,本文在查阅了文献资料的基础上,研究了一种基于核磁共振的多相流测量方案,并设计了相应的油气水多相流核磁共振传感器。本文主要工作和特色如下：(1)在分析核磁共振原理的基础上,研究了多相流测量中相含率的测量方案。(2)设计了核磁共振传感器系统,主要包括匀强磁场设计和电路设计两部分。本文利用四个长方体永磁铁,设计了简单的海尔贝克阵列磁铁,具有磁场较为均匀、安装简单等优点。电路设计中,首先依据现有的公式,对核磁共振系统中一些重要的参数进行估计,然后根据计算得到的值来确定电路中各个元器件的参数。(3)针对核磁共振检测信号中包含由电路系统引入的白噪声,研究了一种基于相关系数的EMD滤波算法,具有较强的噪声抑制能力以及自适应性。
【关键词】：多相流 核磁共振 相含率测量 滤波算法
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP212.9
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 绪论10-20
• 1.1 研究背景及意义10-11
• 1.1.1 油气水多相流的检测难点10
• 1.1.2 油气水多相流检测的作用10-11
• 1.1.3 多相流检测发展历史11
• 1.2 多相流参数的检测方法11-14
• 1.2.1 流型的检测方法11-12
• 1.2.2 流量的检测方法12-13
• 1.2.3 相含率的检测方法13-14
• 1.3 多相流量计介绍14-17
• 1.3.1 多相流量计分类14-15
• 1.3.2 分离式多相流量计15-16
• 1.3.3 取样分离式多相流量计16
• 1.3.4 不分离式多相流量计16-17
• 1.4 本文研究的内容17-20
• 第二章 核磁共振传感器的测量方案20-34
• 2.1 核磁共振原理20-27
• 2.1.1 核磁共振量子力学描述20-23
• 2.1.1.1 单核的自旋运动20-21
• 2.1.1.2 核磁矩21
• 2.1.1.3 核磁矩与外磁场的作用21-22
• 2.1.1.4 核磁共振现象22
• 2.1.1.5 核磁共振的强度22-23
• 2.1.2 经典力学描述23-27
• 2.1.2.1 单个核的拉莫尔进动23-26
• 2.1.2.2 大量原子核的核磁共振特性26-27
• 2.2 自旋回波的测量27-29
• 2.3 核磁共振传感器的测量方案29-33
• 2.3.1 核磁共振传感器设计29-30
• 2.3.2 测量方案的理论依据30-31
• 2.3.3 相含率的测量31-33
• 2.4 本章小结33-34
• 第三章 核磁共振传感器系统设计方案34-56
• 3.1 核磁共振传感器系统的总体设计方案34-36
• 3.2 磁场设计36-42
• 3.2.1 磁铁的选择36-37
• 3.2.2 永磁体磁感应强度计算公式37-39
• 3.2.3 Halbach阵列39-40
• 3.2.4 磁场的仿真与测试40-42
• 3.3 传感器相关参数的估计42-43
• 3.4 传感器发射电路43-52
• 3.4.1 发射电路的组成43-44
• 3.4.2 单片机控制电路和DDS电路44-47
• 3.4.3 时间闸门控制电路47-49
• 3.4.4 功率放大电路49-51
• 3.4.5 选频电路及泄放电路51-52
• 3.5 传感器接收电路52-54
• 3.5.1 滤波电路52-53
• 3.5.2 放大电路53
• 3.5.3 数据采集电路53-54
• 3.6 人机交互模块54-55
• 3.8 本章小结55-56
• 第四章 基于经验模态分解的滤波算法56-68
• 4.1 经验模态分解56-58
• 4.2 基于相关系数的EMD滤波算法58-61
• 4.3 仿真分析61-66
• 4.3.1 基于EMD滤波分析61-64
• 4.3.2 滤波效果对比分析64-66
• 4.4 本章小结66-68
• 第五章 参数辨识68-72
• 5.1 参数辨识算法68-69
• 5.2 仿真分析69-71
• 5.3 本章小结71-72
• 第六章 实验测试72-80
• 6.1 测试系统实物72
• 6.2 匀强磁场的测试72-75
• 6.2.1 WT10A高斯计介绍72-73
• 6.2.2 磁场测试73-75
• 6.3 硬件电路测试75-78
• 6.3.1 DDS信号源电路75-76
• 6.3.2 功率放大电路76-77
• 6.3.3 泄放回路77
• 6.3.4 信号放大电路77-78
• 6.4 人机交互模块测试78-79
• 6.5 本章小结79-80
• 第七章 总结与展望80-82
• 7.1 总结80
• 7.2 展望80-82
• 参考文献82-86
• 附录A 核磁传感器信号发射电路原理图86-87
• 附录B 核磁传感器信号接收电路原理图87-88
• 附录C 核磁传感器放大电路原理图88-89
• 附录D 核磁传感器PCB设计89-90
• 致谢90-92
• 作者简历92

【参考文献】

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本文编号：796956