JPH0843164A - 多相流体の速度分布を測定するための装置及びその方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 導管内を流れる多相媒体の液相と気相の速度
を測定するための装置ならびにその方法を提供する。 【構成】 第１の波を液相に適した周波数で放射し、第
２の波を気相に適した周波数で放射し、媒体と交差した
後に攪乱された波の特性パラメータの測定から液相と気
相の速度領域を決定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は少なくとも２つの異なる
相を含む流体の流れの速度分布の測定を行うための方法
ならびにその装置に関する。

【０００２】本発明は特に導管内を循環する気相の速度
ならびに液相の速度を測定するために好適である。

【０００３】本発明は製油の分野に応用した場合、多く
の場合に石油型多相流体を構成する有機物相、液相、気
相の速度を得ることが出来る。つまりこれらの相の各々
の速度分布を得ることが可能である。

【０００４】多相流体は、特に石油型の流体の場合急速
に変化する複雑なパターンを有することから、高速測定
装置と処理が必要となる。このような装置では流体を構
成する各々の相の速度測定をリアルタイムで得ることが
出来る。

【０００５】ひとつの相の循環速度のリアルタイム測定
は、例えば、この相の量の情報と組み合わせれば、実際
の流量を決定することが出来る。例えば液相と有機物相
とガス相とを含むような多相流体では、油井出口で同時
測定したこれらの相各々の流速の情報が、原油を精製処
理施設へ送る回収システムの制御と安全性のために特に
必要とされる。

【０００６】本発明は多相流体の各相の分離を行うこと
なく輸送する分野にも応用される。実際にこうした流体
を例えば供給源から処理施設へ輸送するには、多くの場
合ポンプを使用する必要があり、ポンプの最適運転速度
はこの流体の液相の流速及びガス／液相の比率の情報に
関連する。

【０００７】本発明は石油業以外の分野例えば流体が異
なった性質の幾つかの相を含み相の各々について速度分
布を知ることが望ましいような分野に応用される。

【０００８】速度分布又は速度プロフィールと称するも
のは、例えば多相流体が循環するパイプ内の異なった場
所の速度ベクトルにより得られる全ての値を指す。

【０００９】

【従来技術】従来技術においてドップラー効果による速
度測定の実施は周知となっている。

【００１０】米国特許第４，９１９，５３６号ではドッ
プラー効果により液相と気相とを含む流体の速度分布を
得る方法が開示されている。該特許では流体に単色光を
照射して流体内に含まれる粒子で拡散された光波の周波
数偏移を測定することを教示しており、周波数偏移は流
体の動きに特有なものである。

【００１１】このような装置は原油の流れに見られるよ
うな不透明相を含む流体には不適当で、単色光またはそ
れ以外の光でもこのような流体では測定が非常に困難で
ある。

【００１２】米国特許第４，６４０，２９２号及び米国
特許第４，６８０，７３９号では粒子の速度を測定する
ためにドップラー効果を用いて血液中を流れる粒子の速
度を測定するための装置及びその方法が開示されてい
る。

【００１３】上記の装置は例えば固体相又は液相などの
流体相および不透明度の低い相の速度を求めるためには
非常に適している。しかしこれらの相の物理的性質にか
かわらずこれらの装置では多相流体に含まれる相の各々
の速度を得ることは出来ない。

【００１４】たいていの場合、気相の速度は液相の速度
からとその他のデータ例えば２つの相の量からまた流体
特有のパラメータから推論される。

【００１５】更に、これらの装置で使用する信号処理の
方法は流体の平均速度値を導き出すための２つの信号の
相互相関に基づくものである。

【００１６】

【発明の目的】本発明の目的は前述の欠点を克服するこ
とである。特に本発明では各相の物理的性質にかかわら
ず多相流体を構成する各々の相の速度を正確かつ迅速に
決定することが出来る。

【００１７】本発明は特に原油型流体に含まれる各々の
相の速度を得るためとこの流体についての速度分布を確
定するために応用される。

【００１８】以下の説明において「散乱波」と称する波
はこれに関連のある少なくとも１つの特徴又は少なくと
も１つの物理パラメータ例えば波の大きさ又は相が変化
した波を意味する。この変化は波が伝播する多相媒体内
に含まれる障害物に波が衝突することで得られる。

【００１９】同様に、術語「アンテナ」及び「トランス
デューサ」は波の送信および／または受信の同一手段を
示すために用いている。

【００２０】

【発明が解決すべき課題】本発明にかかる方法では、例
えばパイプなどの容積内に含まれる少なくとも液相と気
相を含む多相流体の各々の相の速度を決定することが出
来る。

【００２１】本発明にかかる方法は少なくとも次の各段
階を含むことを特徴とする。 ａ）液相の関数として選択した所定の周波数ｆ１で第１
の波を放射し、気相の関数として選択した所定の周波数
ｆ２で第２の波を放射し、前記多相流体と交差した第１
の散乱波の一部の少なくとも１つの特性パラメータを導
管内の第１の場所で測定し、前記流体と交差した第２の
波の少なくとも一部を前記導管内の第２の場所で測定す
る段階と、 ｂ）段階ａ）で測定した循環流体についてのパラメータ
を適当な処理で識別する段階と、 ｃ）前記弁別したパラメータの値から、容積の所定の断
面についての適切な処理を行って液相および／または気
相の速度分布を推定する段階。

【００２２】前記多相流体と交差した散乱波の一部の大
きさおよび／または相偏移などのパラメータの測定を選
択することが可能である。

【００２３】第１の波は０．５ないし５ＭＨｚの間望ま
しくは１．５ないし３ＭＨｚの間の値の周波数で放射
し、第２の波は０．１ないし１ＭＨｚの間の値の周波数
で放射する。

【００２４】段階ｃ）の間に、周波数情報処理技術に基
づく処理、例えば自動回帰技術又は移動平均自動回帰技
術等を用いることが出来、また相の速度を決定するため
に最大値近似技術を用いることも出来る。

【００２５】導管内を流れる多相流体では、第１の散乱
波のパラメータは導管内の所定の高さの幾つかの位置で
測定し、第２の散乱波のパラメータは前記導管内の所定
の高さの幾つかの位置で測定し、前記第１の位置と前記
第２の位置は接近させる。

【００２６】マイクロ波などの電磁波を照射することも
有り得る。

【００２７】放射する波は超音波でも良い。

【００２８】本発明は更に少なくとも液相と気相を含む
多相媒体の流れの各々の相の速度を測定することが出来
る装置にも関する。本発明の装置は組み合わせにおいて
次のことを含むことを特徴とする。

【００２９】−第１の周波数ｆ１で第１の超音波を放射
するような前記液相に適した放射手段と前記多相媒体と
交差した波を受信するための前記液相に適した受信手段
と、 −第２の周波数ｆ２で前記多相媒体内に第２の波を放射
するような前記気相に適した放射手段と前記媒体と交差
した前記第２の波を受信するための前記気相に適した受
信手段と、 −前記多相媒体と交差した後の前記第１の散乱波の少な
くとも１つのパラメータと前記第２の散乱波の少なくと
も１つのパラメータとを測定するための手段と、 −前記測定したパラメータを識別する手段と、 −前記識別した測定値を処理してこれらの測定値から前
記液相についてと前記気相についての速度を直接推定す
るように成してある装置である。

【００３０】圧電材料および／または圧電複合材のグル
ープから選択した材料からなる送受信アンテナおよび／
または送信又は受信のためのアンテナを送信手段として
使用することが出来る。

【００３１】例えば導管内を流れる流体からなる多相媒
体に対しての放射で測定を行う場合、送信手段と受信手
段は前記導管のいずれかの側面に配置する。

【００３２】多相媒体は導管内を流れる流れであり、本
発明の方法では波の散乱を必要とするので送信手段と受
信手段は例えば前記導管の同一の側面に配置し、相互に
接近させるのが望ましい。

【００３３】送信及び受信手段は送信器および／または
受信器として機能する複数の素子を含むことが出来る。

【００３４】

【作用】本発明の方法並びにこれに関連する装置は少な
くとも１つの水様相と少なくとも１つの液相と少なくと
も１つの有機物相とを含む多相流体の液相と気相の速度
分布を測定するために特に好適である。

【００３５】本発明は従来技術で一般に使用される処理
に関して多くの利点をもたらすものである。実際に多相
流体を構成する１つの相についての速度を迅速かつ正確
に得ることが出来る。

【００３６】本発明は非侵入性であるという利点も有す
る。

【００３７】本発明の方法ならびにこれを実現し得る装
置の迅速性により異なる速度値を有する相の速度値のリ
アルタイム測定が行える。「リアルタイム」という表現
は測定の持続時間が多相媒体の空間的時間的変化より小
さい、即ちこの媒体を構成する異なった性質の成分又は
相の比率の変化速度より小さいことを表わしている。

【００３８】本発明の別の利点は少なくとも１００ｂ
（バール）の圧力と少なくとも１００℃の温度とに耐え
腐食損耗しにくいアンテナの設計によるものでもある。

【００３９】

【実施例】本発明のその他の特徴及び利点は添付の図面
を参照しつつ本発明を制限するものではない実施例につ
いての以下の詳細な説明を熟読することで明らかになろ
う。

【００４０】本発明にしたがって実施される方法は特に
多相媒体を構成する成分の各々に適したトランスデュー
サ即ち信頼性が高く正確な測定値が得られるような性質
と大きさのトランスデューサを使用することからなる。

【００４１】本発明の方法は散乱物質又は不純物を含む
多相流体中を伝播する間に散乱された波の一部の少なく
とも１つの物理パラメータの測定値を識別する段階を少
なくとも含む。

【００４２】散乱物質は液相に含まれる気泡、水中に含
まれる油滴、油中に含まれる水滴、または気相に含まれ
る液滴、又は分析しようとする多相媒体に存在し得るあ
らゆる種類の不純物例えば固体粒子で有り得る。

【００４３】測定パラメータ例えば波の大きさ変化は交
差した相の性質を表わすので、例えばこの性質によって
相を、例えばこの変化から液相と気相を、弁別すること
が可能である。

【００４４】これに関連する速度測定により全ての相に
ついての速度分布を決定することが出来る。

【００４５】反射の際又は送信の際に作用するかどうか
により、流体中を伝播する間に拡散された波の一部又は
散乱波の一部を使用することが可能である。流体中を伝
播する波は機械的な波例えば超音波などの圧力波やマイ
クロ波などの電磁波で有り得る。

【００４６】添付の図面に関連した以下の説明は、例え
ば水と油の混合物のような液相と気相を少なくとも含む
原油型流体などの多相流体について速度プロフィール又
は速度分布を測定するために特に好適である。

【００４７】流体は水和物および／または砂のような固
体粒子を含むことがある。

【００４８】図１及び図１Ａに図示した装置は本発明の
特定の実施例であり、放射される波は超音波で速度プロ
フィールを決定するための基礎として用いる測定波の一
部は散乱物質で拡散された波の一部である。

【００４９】多相流体は例えば多相流体の供給源Ｓに接
続した方形断面の導管１内を流れる。導管１には例えば
多相流体の液相に適した送受信アンテナ２と気相に適し
た送受信アンテナ３を設ける。アンテナ２、３は例えば
各々２ｉと３ｉ（図示していない）の複数の素子を含む
棒状の形状を有することが出来、これらの素子の第１の
目的はそれぞれ第１の周波数ｆ１と第２の周波数ｆ２で
少なくとも超音波を放射することであり、第２の目的は
少なくとも１つの拡散物質で散乱された超音波の少なく
とも一部を受信することである。周波数の値ｆ１は液相
の関数としてピックアップの大きさが装置に適するよう
に、またアンテナで受信した信号から最良のＳ／Ｎ比
（信号対雑音比）が得られるように決定し、０．５ない
し５ＭＨｚ望ましくは１．５ないし３ＭＨｚの範囲で選
択する。周波数ｆ２は感度と送受信機又はトランスデュ
ーサと気相に適したアンテナで受信した信号から最良の
信号対雑音比が得られるように選択し、また十分な進入
深度を０．１ないし１ＭＨｚの間で望ましくは実質的に
０．７ＭＨｚに近づけて選択する。

【００５０】図１に関連して図示した実施例では、液相
に適した送受信機２は気相に適した送受信機３に接近し
て配置し、これら２つの送受信機の間の距離は例えば流
体の構造の性質と空間的時間的変化の関数として選択す
る。

【００５１】送受信アンテナは例えば、 −高温度圧電素子又は圧電複合材料などの高温度で作動
し電気エネルギーを機械的振動に（またその逆に）変換
する材料と、 −例えば少なくとも１００ｂに等しい高圧条件と塩水お
よび／またはガスの進入による損耗に耐える合金から作
成した前面及び本体部分と、 −高温度非圧電ポリマーとからなる。

【００５２】圧電材料、ポリマー、合金の厚さと性質の
選択は良好な感度が得られるように、即ち送信時に生成
される超音波信号と受信時に再現される電気信号で良好
な信号対雑音比が得られ、受信器で拾い出した「散乱
波」のスペクトルを濾波しなくても良いように十分に広
い帯域幅と空間の限られた領域での遮音を行うために良
好な方向性が得られるように、決定する。

【００５３】アンテナの素子２ｉと３ｉは例えば導管１
の高さに対して相互に重なるように配置する（図１
Ａ）。

【００５４】各々の素子２ｉと３ｉは各々マルチプレク
サ５、６により正弦波電圧生成回路４、４’にそれぞれ
接続する。各々の素子２ｉと３ｉは例えば周波数ｆ１と
ｆ２で超音波を発生し、前記周波数は多相流体に含まれ
る相の性質にしたがってアンテナで受信する信号の信号
対雑音比を最適化することが出来るように選択する。

【００５５】マルチプレクサ５、６の目的は供給源から
送出された電気信号を送受信アンテナの素子２ｉ、３ｉ
に向かわせるためである。これらの波の送信は通常の電
気的結合７で行う。

【００５６】超音波は周波数ｆ１とｆ２で多相流体を介
して送信し、流体内では不純物又は拡散物質で少なくと
も一部が拡散され、拡散された信号はアンテナ２、３の
受信部で、より特定すれば各々が受信器として機能する
各々の素子２ｉ、３ｉの１つで１つ又は幾つかの圧力波
の形状で拾い出される。これらの素子２ｉ、３ｉは圧力
波を電気信号に変換する。この信号は通常の電気的結合
７により送受信アンテナ２の各種素子２ｉからマルチプ
レクサ５へ、更に受信復調装置８へと転送され、他方で
は送受信アンテナ３の各種素子３ｉからマルチプレクサ
６へ、更に受信復調装置８’へと転送される。装置８、
８’の目的は信号を復調することと復調した信号を装置
９へ転送することである。装置９は各種の機能を有して
おり、特に圧力波又は音波の送信及び受信を制御し、受
信したデータ及び情報を処理し、各種装置を制御する信
号を装置自体が生成し、また後述するような方法の各種
段階を制御することからなる。

【００５７】装置９は信号取り込み及び生成カードとア
ンテナ素子で受信した信号を分析してリアルタイムで流
体の速度プロフィールを決定するための適切なソフトウ
ェアを備えたマイクロコントローラで有り得る。

【００５８】マイクロコントローラ９は装置８、８’か
らの復調信号と温度検出器１０及び圧力検出器１１から
の信号を受信する。これらの検出器は速度プロフィール
を決定するために考慮される内部パラメータの補正を行
う目的で、測定を行う熱力学的条件を記録する。

【００５９】マイクロコントローラ９は放射波に関する
初期パラメータとデータ処理に必要な全てのパラメータ
の値を含むことも出来る。

【００６０】例えばマイクロコントローラ９により制御
される利得調節装置（ＣＡＧ）１２をマルチプレクサ
５、６のあとに配置することも考えられる。これの目的
は復調受信器８、８’へ送信される信号の大きさを調節
することである。利得制御は自動で行うか、またはマイ
クロコントローラにより復調信号のレベルにしたがって
制御される。

【００６１】多相流体の液相の性質に適合する送受信ア
ンテナ２は特に困難な条件（高温、高静圧、高腐食、高
摩耗）で使用可能な特殊アンテナである。このアンテナ
はアンテナの傾斜による空洞が存在しないような特定の
寸法形状を有する前面材料を含むことが出来、これによ
り超音波ビームの流体内への送信を最適化することが可
能になる。

【００６２】同様に、多相流体の気相に好適な送受信ア
ンテナ３は「過酷な」条件（少なくとも１００ｂに等し
い圧力と少なくとも１００℃に等しい温度）での使用に
耐え、受信トランスデューサ３ｉで十分なダイナミック
レンジを有する散乱信号を検出するのに十分な感度と、
十分な通過帯域と、送信接続の場合に送受信機の間で直
接結合しないような良好な方向性などの音響仕様を有す
る材料から作成する。

【００６３】アンテナ２、３は例えばローブの傾斜した
平坦なアンテナ又は例えば放射波の伝播面に対して直交
する送信ローブを有するようなアンテナからなり、アン
テナを図２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、２Ｄ、２Ｅに図示したよう
に導管に対して傾斜させる。これらの図面に図示してあ
るような構造のアンテナは送受信機として又は送信器と
して又は受信器として機能する。

【００６４】超音波は周波数が変化する単一の供給源か
ら放射することも可能で、その周波数の値は前述のよう
に選択する。

【００６５】本発明による方法を実施する１つの方法は
例えば次のような段階を実施することによる。

【００６６】多相流体が導管１を流れ、マイクロコント
ローラ９がマルチプレクサ５、６に制御信号を送ってト
ランスデューサ２の全ての素子２ｉから導管内を流れる
流体に向かって周波数ｆ１で第１の超音波を放射させ、
トランスデューサ３の全ての素子３ｉから周波数ｆ２で
第２の超音波を流体へ放射させる。

【００６７】マイクロコントローラ９は簡単に後述する
ように別の方法でこの超音波送信シーケンスを制御する
ことが出来る。

【００６８】例えばマルチプレクサ５、６を駆動して周
波数ｆ１の波とこの後の周波数ｆ２の波の順次放射、即
ち連続した放射を行うことが出来る。第１の波ｆ１はマ
ルチプレクサ５によりトランスデューサ２の第１の素子
２１から送信し、次に第２の素子２２へ移り更にトラン
スデューサ２の最後の素子ｎまで移る。次に第２の波ｆ
２はマルチプレクサ６によりトランスデューサ３の第１
の素子３１から同様にトランスデューサ３の最後の素子
までが送信する。

【００６９】アンテナの送信素子２ｉ、３ｉが順次起動
されアンテナの受信素子２ｉ、３ｉが走査される速度は
流体の構造の変化に対して十分速く行う。これは時間的
空間的に流体の構造が安定していると見なし得る流体に
ついての情報を得ることが可能であることを意味する。

【００７０】マイクロコントローラは同時に波の放射を
制御することも出来る。これを行うため、アンテナ２、
３の各々の列ｉの素子に同時に指令し、次に素子ｉ＋
１、という具合にアンテナの最後の素子ｎまで繰り返し
て波ｆ１とｆ２を放射させ、同時にマルチプレクサ５、
６を同時制御する。

【００７１】多相流体に面した素子２ｉと３ｉから多相
流体へ送信される超音波ｆ１、ｆ２は多相流体の流れの
方向に対して一定角度を成す方向に伝播して例えば液相
と気相に存在する拡散物質により少なくとも一部が拡散
される。

【００７２】アンテナの受信素子２ｉと３ｉは不純物に
より拡散された圧力波を受信してその信号を各々のマル
チプレクサ５、６を経由して各々の復調受信器８、８’
へ送信する。これらの信号は超音波が交差した相の性質
と流れの速度に関する情報を含んでいる。

【００７３】復調受信器はアンテナの受信素子で受信し
た信号の復調と同期検出を、当業者には周知の方法で、
また高周波である結果としてアンテナ素子の間に出現し
得る結合成分を排除することが出来るような適切な装置
を用いて、例えば超音波が衝突した不純物によりそれぞ
れ放射された信号と基準信号を組み合わせることで行
う。

【００７４】不純物で拡散された波の一部の大きさと相
の偏移を用い流体の流れる方向を考慮に入れた相速度に
ついての情報を含む信号が復調受信器の出力に得られ
る。

【００７５】復調した信号はマイクロコントローラ９へ
送信し、マイクロコントローラ９では幾つかの処理を行
う。これを行うために、マイクロコントローラをプログ
ラムし例えばメモリー内に送信した超音波の大きさと位
相の初期値や異なった信号を弁別する閾値などの基準パ
ラメータを含むようにする。

【００７６】第１に、マイクロコントローラは例えば復
調受信器８、８’から入ってきた信号の大きさをアンテ
ナ素子２ｉ、３ｉに対して分析する。例えば信号の大き
さを２つの所定の閾値Ｉ１及びＩ２と比較して周波数ｆ
１の第１の波と周波数ｆ２の第２の波の拡散部分を表わ
す値を得る。マイクロコントローラでは例えば各々の信
号についてこの比較を行って、比較演算が完了した時点
で並べ換えした大きさの値と、これに関連した大きさの
値と関係のあるトランスデューサの素子ｉの順位を保存
する。値は比較したとおりに保存しても良い。

【００７７】閾値は例えば多相流体の相の性質の関数と
してまた放射した波の性質にしたがって決定する。

【００７８】周波数の相偏移に関する項から、マイクロ
コントローラはドップラー効果による周波数偏移に速度
を関連させる従来の比例式から測定した相の速度を決定
する。

【数１】Ｖ＝ＦｄＣ０／２Ｆｅcos α ここでＶは相速度、Ｆｄはドップラー周波数偏移、αは
多相流体の流れる方向に対する送信と受信で成される角
度、Ｆｅは波の送信周波数、Ｃ０は、例えば各々の完了
したシーケンスについて実行した遷移時間ごとの測定で
決定した多相流体中の波の伝播速度、である。

【００７９】アンテナ素子の順位ｉ、大きさの値に対す
る相の性質、及び速度の値が分ると、マイクロコントロ
ーラはアンテナ素子の配置してある導管内の所定位置で
の相の各々の速度を決定できることから、多相流体に関
する速度プロフィールを推定することが出来る。

【００８０】マイクロコントローラを超音波に対してプ
ログラムし液相又は液相群に含まれる不純物で拡散され
た周波数ｆ１の波の一部に対応する値と気相に含まれる
不純物で拡散された周波数ｆ２の波の一部に対応する大
きさの値を識別させるようにする。これによって大きさ
の値に対して多相流体を構成する相の性質を関連づける
ことが出来るようになる。また場合によっては細分した
閾値を用いることで性質の異なる液相を識別させること
も可能である。

【００８１】実際に超音波を用いる場合、水などの水様
相に含まれる不純物により拡散された信号の大きさは有
機物相に含まれる不純物で反射した信号の大きさに近い
が、これら２つの大きさは気相に含まれる不純物で反射
した信号の大きさとは十分にかけ離れている。

【００８２】閾値を適切に選択することでマイクロコン
トローラは液相又は気相に含まれる不純物による超音波
の拡散から入射する信号を弁別することが出来る。

【００８３】速度を決定するためには、マイクロコント
ローラは自動相関技術を用いた時間的情報処理又は自動
回帰技術又は移動平均自動回帰技術又は最大値近似技術
など相の速度を決定するための情報周波数処理技術を実
施することが可能である。

【００８４】これらの処理によって信号対雑音比が低い
値であってもドップラー周波数の良好な評価が得られ
る。

【００８５】相の性質と速度を決定するために適用する
別の計算は、前述の方法で保持したパラメータが例えば
大きさと位相であるから周波数ｆ１、ｆ２で放射した超
音波に対する初期パラメータについて実行する。

【００８６】前述の閾値法で用いた値Ｉ１とＩ２は超音
波を放射する導管内を循環する多相流体から予め決定し
ておくことが出来る。流体の組成と流体内に含まれる各
々の相の比率は既知であるから、大きさの値に流体の相
の性質を関連づけるモデルを生成することが可能にな
り、これをマイクロコントローラに保存しておく。

【００８７】多相流体に含まれる液相を構成する異なる
液体同士を識別することが出来るように閾値を有利に確
定することが出来る。

【００８８】こうしたモデルは例えば液状水様相と液状
有機物相と気相を含む原油型の多相流体から導くことが
可能である。

【００８９】各相の性質を識別する別の方法は、電気通
信の分野で一般に使用されるニューラルネットワーク識
別子を使用することからなる。

【００９０】図２Ａ、図２Ｂ、図２Ｃ、図２Ｄ、図２Ｅ
は導管に対する各種アンテナの配置を示す略図である。

【００９１】図２Ａと図２Ｂは送信器（３２’、３
３’；３２、３３）または受信器として使用するアンテ
ナに関しこれらは例えば送信で得られた測定のために使
用する、即ちこの場合に使用する方法では不純物で拡散
した波の一部を活用する。このようなアンテナは例えば
送信面に対して直交する少なくとも１つの送信ローブを
含み、導管の軸に対して傾斜角を成し、傾斜角は流体の
伝播方向と超音波の伝播方向の成す角度と実質的に等し
くする。この角度は３０°から６０°の範囲内で変化さ
せ送信器に結合した受信器で受信した信号を最適化する
ように選択することが出来る。

【００９２】送信器又は受信器と導管の間に含まれる空
間は送信器又は受信器の材質を構成する材料と同一が望
ましい種類の材料で充填する。導管内を循環する流体に
超音波ビームを送信する間に見られる損失はこれによっ
て最小限に押さえられる。

【００９３】こうした配置では図２Ｃの実施例とは異な
り送信器と受信器の間を直結する音響経路を最小化する
ことにより信号対雑音比を最適化することも出来る。

【００９４】図２Ｂに図示してある送信器として作動す
る装置に関する別の可能性は設計上単一の傾斜ローブを
有するアンテナを使用することによる。このような種類
のアンテナは導管の軸に対してアンテナを傾斜させるこ
となく配置することが出来る。こうした配置で空間を節
約し、信号の利得を上げ、更に信頼性の高い機械的結合
を行えるようになる。実際に、アンテナの傾斜したロー
ブから放射される超音波ビームはすでに指向性があり放
射方向は信号対雑音比を改善するように選択する。

【００９５】図２Ｃは図２Ａの変形で送信器の軸が対応
する受信器の軸と整列している。

【００９６】図２Ｄと図２Ｅは例えば図１に関連して説
明した装置で使用する送受信アンテナに関し、波の拡散
された部分を使用する。図２Ｄには決められた方向例え
ば矢印Ｂの方向に超音波ビームを放射する傾斜ローブを
有する平面アンテナ型の送受信アンテナを示し、放射方
向は例えば３０°から６０°の範囲の角度を成す。

【００９７】別の可能性は図２Ｅに図示したように導管
の軸に対して送受信アンテナを傾斜させることと送信器
の前面と導管の間に含まれる空間をアンテナを構成する
材料と同一が望ましい材料で充填することである。

【００９８】前述したような導管に対してアンテナを配
置する６種類の考えられる方法は使用する放射の種類に
関わらず液相又は気相のどちらかに対して好適なアンテ
ナに適用されるものである。

【００９９】本発明による装置の別の実施例を図３に図
示する。このような装置と図１に関連して説明したよう
な実施例との違いは、主として送信器又は受信器どちら
かの役割を果すアンテナの使用に関することである。術
語送信器は波を放射することが目的のアンテナを表すた
めに使用しており、術語受信器は多相媒体と交差した放
射波の少なくとも一部を受信することが目的のアンテナ
を表している。

【０１００】本装置は液相に適した送信器３２と気相に
適した送信器３３とを含み、送信器３２、３３は導管の
一方の側面で相互に接近させて配置するのが望ましい。
送信器３２は例えば導管の他方の側面にある受信器３
２’と関連しこれと対向して配置しまた拡散物質で拡散
され受信器に向かって放射された超音波の一部から得ら
れる信号の受信を最適化するように値を選択した角度で
導管に対して傾斜して取り付ける。

【０１０１】同様な配置にしたがって、気相に適した受
信器３３’を送信器３３に対して配置してある。

【０１０２】受信器３２’は例えばマルチプレクサ５に
接続し受信器３３’はマルチプレクサ６に接続する。こ
れらのマルチプレクサは図１で説明したように各々復調
受信器８、８’に接続し、これらがマイクロコントロー
ラ９へ接続してある。

【０１０３】本装置の他の部材ならびにそれらの接続は
図１で説明したのと同一であるのでここでは詳細に説明
しない。

【０１０４】送信器３２、３３と受信器３２’、３３’
の形式、性質と寸法は送受信機２、３のそれと同一であ
り例えば列ｉで示したような幾つかの素子を含む。これ
らの素子は例えば個数がｎ個で、送信器と受信器の個数
は同一とする。

【０１０５】このような装置による本発明の方法の実施
は図１について説明した実施と同一である。

【０１０６】本実施例で使用するアンテナ３２、３３、
３２’、３３’も送信又は受信機能のどちらかに設定す
ることで、図１に関連して説明したのと同様の送信器及
び受信器の機能を満たす素子の列から構成することが出
来る。

【０１０７】本発明による測定装置は例えば断面が円形
の導管又は前述したのとは形状の異なる導管に配置する
ことも本発明の範囲を逸脱することなく出来る。

【０１０８】当業者には周知のように、２つのアンテナ
又はトランスデューサの間の遷移時間の測定を応用する
ことにより相の速度を計算することもまた可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による装置の実施例を示す。

【図２】多相媒体が循環する導管に対するトランスデュ
ーサの配置の幾つかの実施例の略図である。

【図３】送信アンテナと受信アンテナを含む本発明の装
置の別の実施例である。

【符号の説明】

Ｓ 供給源 １ 導管 ２ 送受信アンテナ ３ 送受信アンテナ ４ 正弦波電圧生成回路 ４’ 正弦波電圧生成回路 ５ マルチプレクサ ６ マルチプレクサ ７ 電気的結合 ８ 受信復調装置 ８’ 受信復調装置 ９ マイクロコントローラ ３２ 送信器 ３２’ 受信器 ３３ 送信器 ３３’ 受信器

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 容積内を流れる多相媒体の少なくとも液
   相と少なくとも気相の速度を測定するための方法であっ
   て、 ａ）第１の波を前記液相の関数として選択した一定の周
   波数ｆ１で放射し第２の波を前記気相の関数として選択
   した一定の周波数ｆ２で放射し前記多相流体と交差した
   前記第１の散乱波の一部の特性パラメータの少なくとも
   １つを前記導管の第１の場所で測定し前記流体と交差し
   た前記第２の散乱波の少なくとも一部の特性パラメータ
   の少なくとも１つを前記導管の第２の場所で測定する段
   階と、 ｂ）前記段階ａ）の間に前記流れる多相媒体について測
   定した前記パラメータを適切な処理により識別する段階
   と、 ｃ）前記識別したパラメータの値から、前記容積の所定
   の断面についての適切な処理を行って前記液相および／
   または前記気相の速度分布を推定する段階とを少なくと
   も含むことを特徴とする方法。
2. 【請求項２】 前記散乱波の一部の大きさおよび／また
   は相偏移を測定することを特徴とする請求項１に記載の
   方法。
3. 【請求項３】 前記第１の波は値が０．５ないし５ＭＨ
   ｚの範囲望ましくは１．５ないし３ＭＨｚの範囲の周波
   数で放射され、前記第２の波は値が０．１ないし１ＭＨ
   ｚの範囲の周波数で放射されることを特徴とする請求項
   １又は２のいずれか１つに記載の方法。
4. 【請求項４】 前記段階ｃ）の間に情報周波数処理技術
   に基づく処理例えば自動回帰技術又は移動平均自動回帰
   技術又は相の速度を決定するための最大値近似技術を使
   用することにより処理を行うことを特徴とする請求項１
   に記載の方法。
5. 【請求項５】 前記多相媒体が導管内を流れ、前記第１
   の散乱波のパラメータを第１の場所で前記導管の一定の
   高さの幾つかの点で測定し、前記第２の散乱波のパラメ
   ータを第２の場所で前記導管の一定の高さに配置した幾
   つかの点で測定し、前記第１の場所が前記第２の場所と
   接近していることを特徴とする上記請求項のいずれか１
   つに記載の方法。
6. 【請求項６】 超音波を放射することを特徴とする上記
   請求項のいずれか１つに記載の方法。
7. 【請求項７】 マイクロ波などの電磁波を放射すること
   を特徴とする上記請求項のいずれか１つに記載の方法。
8. 【請求項８】 少なくとも液相と気相とを含み流動する
   多相媒体の各々の相の速度を測定するための装置であっ
   て、組み合わせにおいて −第１の周波数ｆ１で第１の超音波を放射するような前
   記液相に適した放射手段と前記多相媒体と交差した波を
   受信するのに好適な前記液相に適した受信手段と、 −第２の周波数ｆ２で第２の超音波を放射するような前
   記気相に適した放射手段と気相に適し前記媒体と交差し
   た前記第２の波の受信手段と、 −前記多相媒体と交差した後で前記第１の散乱波の一部
   の少なくとも１つのパラメータと前記第２の散乱波の一
   部の少なくとも１つのパラメータとを測定するための手
   段と、 −前記測定したパラメータを識別するための手段と、 −前記測定値又は測定したパラメータから前記液相およ
   び／または前記気相に関連する速度値を直接推定するた
   めに前記識別した値を処理するための装置とを含むこと
   を特徴とする装置。
9. 【請求項９】 前記放射手段は圧電素子および／または
   圧電複合材料からなるグループから選択した材料により
   構成される送受信アンテナおよび／または送信又は受信
   アンテナであることを特徴とする請求項８に記載の装
   置。
10. 【請求項１０】 前記多相媒体は導管内を流れる流体で
    あり、前記受信手段は前記導管のいずれかの側面に配置
    してあることを特徴とする請求項８に記載の装置。
11. 【請求項１１】 前記多相媒体は導管内を流れる流体で
    あり前記放射手段と前記受信手段は前記導管の同一側面
    上に配置してあることを特徴とする請求項８に記載の装
    置。
12. 【請求項１２】 前記放射及び受信手段は送信器および
    ／または受信器として機能する複数の素子を含むことを
    特徴とする請求項８から１０までのいずれか１つに記載
    の装置。
13. 【請求項１３】 少なくとも１つの水様相と少なくとも
    １つの液相と少なくとも１つの有機物相とを含む多相流
    体の液相と気相の速度分布の決定についての上記請求項
    のいずれか１つに記載の方法及びその装置の応用。
14. 【請求項１４】 原油流体の速度分布の決定に関する請
    求項１から１２までのいずれか１つに記載の方法ならび
    にその装置の応用。