大功率超声采油设备的完善与改进

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。

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第一章 绪 论

1.1大功率超声采油设备的发展现状

1.2课题研究的意义

1.3本文的内容安排

第二章 大功率传输电缆和压电换能器的匹配

2.1电缆的等效电路

2.2电缆的特征阻抗

2.3特征阻抗与反射系数

2.4电缆特征阻抗的实验

2.5变压器对压电换能器特性的影响

2.6本章小结

第三章 实时数据采集显示系统的硬件设计

3.1系统总体设计

3.2芯片选型

3.3系统各个模块电路的设计

3.4本章小结

第四章 实时数据采集显示系统的软件设计

4.1下位机程序的设计

4.2上位机程序的设计

4.3使用ATmega16单片机进行实验验证

4.4本章小结

第五章 总结与展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢