基于Doppler的连续油管长度在线测量系统

刘丽群，赵周礼，闻邦椿

（1.东北大学 机械工程与自动化学院，辽宁 沈阳 110819；2.东北石油大学 电子科学学院，黑龙江 大庆 163318；3.宝钢集团有限公司 ，上海 201900）

激光多普勒测量技术是一种基于激光多普勒效应的测量技术，已经成为气体、液体和固体表面速度测量的一个强有力的工具.1842年奥地利科学家DOPPLER首次发现，任何形式的波传播，由于波源、接收器、传播介质或散射体的运动，都会使频率发生变化，产生Doppler频移，即多普勒效应［1－2］.本文设计了一种基于激光多普勒测速原理的“连续油管长度激光多普勒在线测量系统”，这是将激光多普勒测速技术应用于下井油管长度测量的一种新的尝试.

1 测量原理

油管长度激光多普勒测量系统的原理主要基于激光多普勒测速，通过对油管运动速度的测量，从而得到油管的长度.激光多普勒测速是利用光学多普勒效应，通过检测流体中跟流体一起运动的微小颗粒的散射光的多普勒频移，从而对流体速度进行测量的测速技术.

多普勒效应，是指产生波源和接收探测器处于相对运动状态下出现的探测器接收到的信号频率与振源的频率存在差值的现象［3］.

根据相对论原理，光的多普勒效应可表示为

式中：f为原入射光频率；f0为光源所发射的光波频率；c为真空中的光速；vg是观察者与光源之间的相对速度；β＝vg/c，r为观察者所在坐标系中的光波的传播方向.当观察者相对于光源的速度比光速小得多时，即vg≪c，可对式（1）作泰勒级数……