[发明专利]基于微波谐振传感器的高含水油水乳状液持水率测量方法

权利要求书

1.一种基于微波谐振传感器的高含水油水乳状液持水率测量方法，所采用的测量系统包括传感器和矢量网络分析仪，其特征在于，所述的传感器为对壁式微波谐振传感器，包括传感器管道，发射极板，接收极板，发射电极，接收电极，发射极板和接收极板，均为与传感器管道外壁相匹配的呈对壁式排布的弧状金属片，发射电极与发射极板相连，接收电极与接收极板相连；

在测量方式上，采用微波扫频激励方式，当水包油乳状液持水率发生变化时，通过微波谐振传感器的幅值信号会发生变化，同时，在一定频段内的谐振频率也会随着持水率的变化而发生规律性变化；确定扫频激励频段，通过矢量网络分析仪检测高含水油水乳状液通过对壁式微波谐振传感器的幅值S₂₁参数，根据幅值S₂₁参数获得谐振频率，通过谐振频率变化反映持水率的改变，实现高含水油水乳状液两相流持水率测量，方法为：通过矢量网络分析仪对传感器进行扫频激励和幅值S₂₁信号动态测量，得到不同流速不同含水率幅值S₂₁参数曲线，从而得到相应的谐振频率，采用归一化谐振频率参数γ_Nor来反映不同含水率下测量分辨率：式中RF_m为测得谐振频率，RF_w为全水时谐振频率，RF_h为测量范围内最高谐振频率，由此得到归一化后的持水率，此时得到的持水率为测量的视持水率。

2.根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于，所述的传感器还包括屏蔽层，所述的屏蔽层置于发射极板和接收极板的外周。

3.根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于，经优化的发射极板和接收极板张角为80°，长度为80mm。

4.根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于，所确定的扫频激励频段为2.2GHz～2.8GHz。

5.根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于，包括下列步骤：

(1)为考察对壁式微波谐振传感器模型在不同持水率下的谐振频率变化情况，对传感器进行HFSS高频仿真，根据管道内介质介电常数与持水率的线性关系，改变管道内介质介电常数进行仿真，持水率变化范围为80％～100％，变化步长为2％，得到不同持水下的幅值S₂₁参数曲线，分析谐振频率与持水率的敏感关系；

(2)利用对壁式微波谐振传感器的发射极板发射微波，微波信号经过流体后由微波谐振传感器接收极板接收，并传输到矢量网络分析仪中，通过矢量网络分析仪实时分析处理获得幅值S₂₁曲线；

(3)根据仿真结果制作实物对壁式微波谐振传感器，并对传感器进行静态标定实验：配置质量分数为0.25％的表面活性剂水溶液，表明活性剂成分为十二烷基苯磺酸钠，按照体积比例每隔一定百分点配置持水率为80％～100％的水包油混合乳状液，使用矢量网络分析仪进行静态标定实验，进行扫频激励得到幅值S₂₁曲线，分析谐振传感器的谐振频率与持水率之间的关系，并将谐振频率移动范围作为扫频激励频段；

(4)进行对壁式微波谐振传感器垂直上升高含水水包油乳状液动态实验，水包油乳状液总流量为1m³/d～5m³/d，含水率变化范围为80％～100％，通过矢量网络分析仪对谐振传感器进行扫频激励和幅值S₂₁信号动态测量，在所确定的扫频激励频段内进行扫描激励，得到不同流速不同含水率幅值S₂₁参数曲线，分析参数曲线得到谐振频率。