一种原油超声波相关流量计的设计

测量时，上、下游发射换能器发射出高频超声波，超声波在流体中传播时，流动信号对超声波会产生幅值、相位和频率调制，接收换能器接收的高频调制信号，经滤波和放大后进行解调，获得流动信号，送至A／D转换器进行数据采集，采集的信息送至DSP进行相关处理，获得流体的流量。

　　3 系统程序设计

　　软件系统包括DSP初始化、计算模块、流量显示、中断处理模块等部分。

　　主程序流程图如图3所示，主程序完成初始化后，进入一个循环程序，对采样数据进行处理，随时响应外部A／D中断请求、串口通信中断请求和定时器中断请求，同时还要随时判断流量显示定时是否到达。主程序响应以上各中断请求并调用各个相应的处理程序，完成数据的采集和处理。

　　初始化一方面是设置DSP的工作环境，另一方面是为后面的信号处理做准备。系统初始化程序包括影响DSP芯片CPU运行的内部初始化和影响各个外设工作的外设初始化，以及外围可编程器件(如A／D，D／A等)的初始化等几个方面，具体地说包括以下功能：设置时钟发生器，设置定时器，初始化各状态寄存器，开中断等。

　　中断处理模块包括三个中断：定时器中断处理模块用于启动A／D转换器和控制采样频率，串行通信中断处理模块用于与上位机进行通信，A／D中断处理模块用于读取A／D转换器采样数据，其流程图如图4所示。

　　显示模块定时刷新仪表，显示瞬时流量值和累积流量值。

　　系统处理过程为：设定定时周期，定时器产生中断，此中断启动A／D转换器，转换结束后，A／D转换器向DSP请求读取数据中断，DSP响应A／D转换器中断请求，调用A／D中断处理模块，读取采样数据，送入数据缓冲区。由于流体是间歇流动，所以DSP接收到上、下游信号的N点数据后，对数据进行傅里叶分析，判断流体是否流动，如流动则调用计算程序，对采样数据进行相关运算，寻找相关函数的峰值，确定渡越时间T，并根据仪表参数、温度补偿，获得瞬时流量值和累积流量值，并将结果存于数据存储单元，供显示仪表显示。

　　在相关流量测量中，关键问题之一是相关函数的计算方法，要求能高速、准确地完成对大量的随机调制信号的采集、相关积分运算和相关函数的峰值搜索。相关函数的算法主要有极性重合法和零点穿越法两种。为了提高运算速度，本系统采用频域中的相关运算。输入的数据通过FFT变换后，即可求出频域中的相关运算。然后通过IFFT可得到时域中的相关结果，可以用来进行峰值搜索。

　　4 结语

　　在分析油田单井工况和相关流量测量原理的基础上，设计出一种适合单井原油计量的装置，经现场测试取得了较好的效果，其误差小于2％。但还存在以下几个问题：一是信号的起伏较大，主要是原油中含气，含杂质不定，所以造成了信号差别大，需要检测电路增加AGC电路。二是修正系数的整定困难，不同的井含水量不同，油液的粘度差别很大，同时在不同的温度下，油液的流动性差别也很大，所以要在不同的环境下多次调整修正系数，给使用带来不便。三是在流速较低时误差比较大。这些都是今后研究中要加以改进的方面。