大功率超声采油设备的完善与改进 检测技术与自动化装置专业论文.docx

大功率超声采油设备的完善与改进 The Research and Improvement of the High-power Ultrasonic Oil Extraction Equipment 学科专业：检测技术与自动化装置 研 究 生：陈丽华 指导教师：沈建国 教授 天津大学电气与自动化工程学院学院 二零一二年十二月 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的 研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得 天津大学 或其他教育机构的学位或证 书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中 作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名： 签字日期： 年 月 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解 天津大学 有关保留、使用学位论文的规定。 特授权 天津大学 可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 （必威体育官网网址的学位论文在解密后适用本授权说明） 学位论文作者签名： 导师签名： 签字日期： 年 月 日 签字日期： 年 月 日 摘 要 超声波采油使用连续的大功率超声处理油层，使油层的孔隙结构和流体的物 性、状态发生改变，从而改善油层的渗透性和流通条件，提高原油产量和采收率。 超声波采油装备包括大功率超声电信号的产生、长距离传输以及电能量与声能量 的转换。本文从两方面完善超声波采油装备：传输电缆与压电换能器的匹配，实 现电能量长距离的有效传输；超声处理过程中电压和电流的实时采集、显示和储 存，实现仪器工作状态的监测。 传输电缆与压电换能器匹配时传输电缆的特征阻抗与换能器的等效阻抗需 要一致。换能器的等效阻抗可以通过 4294A 阻抗分析仪测量，传输电缆的特征 阻抗则需要一种方法有效地测量。本文利用 4294A 设计了一种测量电缆特征阻 抗的方法：在电缆的一端接滑动变阻器模拟负载，在电缆的另一端接 4294A 测 量电缆的输入阻抗或导纳随频率的变化曲线。改变负载进行测量可获得一组曲 线。当负载与电缆的特征阻抗有差别时，传输电缆的输入阻抗或者导纳随频率变 化的曲线具有多个极大值。在阻抗曲线取极大值的频率，电缆的传输效率最低； 在导纳曲线取极大值的频率，电缆的传输效率最高；导纳和阻抗曲线的极大值是 交替出现的；当负载与电缆的特征阻抗相等或者接近时，电缆输入阻抗或导纳曲 线接近于直线，随频率变化比较小。这时，不同频率电信号的传输效率差别比较 小。借助于传输线模型和电磁波在其中的反射和透射特征，本文对上述实验结果 进行了分析与讨论，给出了其在大功率超声换能器与传输电缆匹配方面的应用。 对仪器工作状态的监测包含硬件和软件两部分：硬件实现电压、电流信号的 采集，具体电路包括：标准信号转换、A/D 转换、外部中断、串口通信、ATmega16 外围电路以及显示电路。软件分上位机和下位机两部分，下位机软件完成硬件的 功能，上位机软件完成数据的通信、实时显示等功能。 关键词：大功率超声；传输电缆；特征阻抗；匹配；输入阻抗 ABSTRACT The ultrasonic oil extracting technology is that use the continuous high power ultrasonic signal to deal with the oil reservoir, changing the pore structure of the layer and the physical properties of the fluid. By improving the permeability and flow conditions of the oil layer, it reaches the purpose of increasing the crude oil production and the recovery rate. The ultrasonic oil extraction equipment mainly includes three aspects: the generation of the high power ultrasonic signal; the long distance transmission of the high power signal; the conversion between the electric energy and sound energy. There are two measures to improve th