1.一种油井动液面测量信号处理方法,其特征在于按照以下步骤进行:
步骤11:安装检测装置,在检测管(1)内靠近管口处安装有检测装置,该检测装置的扬声器(13)和驻极式话筒(14)伸向所述检测管(1)内,所述扬声器(13)和驻极式话筒(14)均靠近所述检测管(1)的管心线;
步骤12:利用发声软件构造出白噪声信号,将白噪声经过功率放大器及扬声器(13),扬声器(13)贴近管口固定住,信号经功率放大器放大后由扬声器(13)送入油管中,通过连续不断地向管内发送白噪声,激发管中空气柱共振,将驻极式话筒(14)置于管口内5米处,以采集管中能量强的共振信号;
步骤13:设置采样频率fs为1万Hz,采样时间T1分钟,采集得到周期为N的共振信号R(n),n=0,1,2,…,N-1;
步骤14:对周期为N的共振信号做welch多段平均功率谱估计,得到的信号记为A1,其频率分辨率Δf1=fs/N1为,fs为采样频率,N1为分段后各段共振信号的周期;
步骤15:对welch多段平均功率谱信号A1做高通滤波处理,得到的信号记为A2;
步骤16:对A2做快速傅里叶变换(FFT),得到的信号记为A3;
步骤17:读取A3频谱图中幅值最大的谐波频率值n,根据 (其中 )计算
出两阶共振频率之间的差值Δf;
步骤18:管内空气柱的共振模型为:
其中,n为谐波阶数,fn为对应的谐波频率,l1为空气柱的长度,c为声波信号在空气中的传播速度,c≈331.6+0.6t(m/s),t为环境温度,相邻于fn的另一共振频率为fn+1:联合上面两式可得两个相邻共振频率间距Δf为:
则空气柱长度l1为:
考虑管口校正有:
d为管道直径,根据数学模型 可以计算出油井动液面的深度l1。
2.根据权利要求1所述的一种油井动液面测量信号处理方法,其特征在于:通过实验发现,对于100米以内的管道,采样时间达到1分钟,即可满足测量要求,当管道长达1000米时,采样时间达到3分钟也可满足测量要求,但在满足实时性的前提下,采样时间越长,Welch平均的效果会越好,对噪声的滤除效果也就越好。为了增强Welch功率谱谐波信号的周期性,即进一步提高信噪比,进一步对Welch功率谱信号做短时傅里叶变换,以突出谐波信号幅值最大的信号频段,取出幅值最大的信号频段再做傅里叶变换,得到频谱图的频率信噪比更高,效果更好。因此,我们采用一种基于短时傅里叶变换的油井动液面深度检测方法进行验证,其关键在于按照如下步骤进行:步骤21:利用发声软件构造出白噪声信号,将白噪声经过功率放大器及扬声器,扬声器贴近管口固定住,信号经功率放大器放大后由扬声器送入油管中,通过连续不断地向管内发送白噪声,激发管中空气柱共振,将驻极式话筒置于管口内5米处,以采集管中能量强的共振信号;
步骤22:设置采样频率fsD为5万Hz,根据粗测深度l1,确定精测采样时间T2(T2>T1)分钟,采集得到周期为ND的共振信号RD(nD),nD=0,1,2,…,ND-1;
步骤23:对长度为ND的共振信号RD(nD)做Welch功率谱估计,取各段长度为N1D,记得到的信号为A1D,其频率分辨率为Δf1D=fsD/N1D,此处提供将二次傅里叶变换后的谱线号转化为实际频率的公式: (其中 );
步骤24:对A1DWelch功率谱信号做高通滤波处理,得到高通滤波后的Welch功率谱信号(记为B1D)和包络信号;
步骤25:对B1DWelch功率谱信号做短时傅里叶变换,记为C1D信号,得到C1D信号短时傅里叶变换的二维频谱图和三维频谱图,根据三维短时傅里叶变换频谱图可以知只有某段区间的傅里叶变换谐波频率幅值最大,说明此区间谐波的周期性较强;
步骤26:根据C1D信号的二维频谱图和三维频谱图,取幅值最大的频段,并补零至周期为ND,再做二次傅里叶变换,得到信号记为D1D;
步骤27:根据信号D1D的二次傅里叶变换频谱图,读取频谱图中幅值最大的频率值nD,根据 计算出两阶共振频率之间的差值ΔfD;
步骤28:根据管内空气柱的共振模型
有相邻另一驻波共振频率为
联合两式可得两个相邻共振频率间距ΔfD为 则空气柱长度lD为 考虑
管口校正有 由两阶共振频率之间的差值ΔfD,根据数学模型
可以计算出油井动液面的深度lD。
3.根据权1或2所述一种油井动液面测量信号处理方法,其特征在于:所述检测装置包括主动转轴(3),该主动转轴(3)外端部经支架转筒(4)安装在支架(2)上,所述支架(2)安装在所述检测管(1)的管口,在所述主动转轴(3)上固套有太阳轮(6),在该太阳轮(6)两侧均设置有夹板(8),其中位于外侧的所述夹板(8)与所述支架转筒(4)固定连接,在所述夹板(8)之间经轴分别安装有至少三个行星轮(7),所述行星轮(7)均匀分布在所述太阳轮(6)外周向,且所述述行星轮(7)均与所述太阳轮(6)啮合;在所述行星轮(7)侧面均固定有支杆(10),所述支杆(10)能够同时向外延伸或向内收,在该支杆(10)外端设置有磁铁(11);所述主动转轴(3)内端均穿出所述夹板(8),在该主动转轴(3)的穿出端上固定有固定板(12),在该固定板(12)内侧面上安装有所述扬声器(13)和驻极式话筒(14);安装检测装置时,先将支架转筒(4)靠在所述支架(2)的支撑架(21)上,然和握住支架转筒(4)转动调整,使得所述扬声器(13)和驻极式话筒(14)均靠近所述检测管(1)的管心线,然后翻动与所述支撑架(21)铰接的锁紧架(22)将支架转筒(4)卡紧,所述支撑架(21)和锁紧架(22)通过其下部设置的卡槽和卡子卡紧。
4.根据权3所述一种油井动液面测量信号处理方法,其特征在于:所述行星轮(7)为三个,三个该行星轮(7)均匀分布在所述太阳轮(6)外周向。
5.根据权3所述一种油井动液面测量信号处理方法,其特征在于:在所述主动转轴(3)的外端安装有转动手把(5)。