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流量监测在现代工业生产中具有非常重要的意义，特别是在油气勘探领域，通过对井内流量参数的测量，可以获知井内流体的流动情况，进而对于油井生产动态得以准确把控，进行产层评价和分析油井井下的运行情况。传统的流量监测采用机械式与电磁式传感器，易受到恶劣环境与液体冲击的影响，因此在一些特殊情况下，传统的流量监测手段无法满足测量需求。
光纤传感技术是一种新式的外界信号探测技术，因其抗电磁干扰，耐腐蚀，长期稳定好的优势，在流量监测领域具有广阔的应用前景。在此之前应用于流量监测领域的大多采用点式光纤传感技术，其存在传感器制备复杂、测量灵敏度不高等问题。分布式光纤声波传感（DAS）技术利用光纤中瑞利散射干涉效应，实现动态应变的定量监测，与点式光纤传感技术相比，该技术具有结构简单、动态范围大及灵敏度高等优势。因此，研制高性能的DAS系统，并将DAS技术应用于流量监测领域中来，实现井内流量定量分析和分布式探测，是当前井内流量监测系统研究的重要方向。
本论文基于DAS技术，针对管道流量监测与流速定量标定进行了研究。论文以分布式光纤传感理论和流体力学理论作为基础，通过光纤干涉解调技术实现流量的非侵入式动态检测，利用模拟算法和信号处理技术实现流量的定量测量。论文的主要研究内容和取得的成果如下：
（1）通过分析管内液体流动所产生的冲击信号对管壁的影响，提出了能量法测流量，利用COMSOL软件中的k-ω模型仿真模拟了管道湍流振动，分析了管道弯管处的流速以及流体冲击对管壁的压力分布，对流速和管壁压力进行了数值拟合，得出了正相关的结论，为流量监测实验提供的理论依据。
（2）将Φ-OTDR技术与干涉探测技术相结合，从理论角度解释了DAS系统相位检测的工作原理，分析了压力与相位之间的关系，得出了线性相关的结论，理论证明了流速和相位之间存在正比关系。基于光纤分布式声场二次干涉还原理论，建立了分布式光纤空间差分干涉模型，在获得位置、频率信息的基础上进而准确得到外声场振幅和相位的情况。
（3）对分布式光纤声波传感信号的调制方法进行理论分析与推导，采用3×3算法作为DAS系统的解调方案，引入法拉第旋转镜来消除系统中的偏振衰落，使用Labview软件对3×3解调算法的影响因素进行模拟仿真。同时针对声场还原的长距离、高定位精度导致的算法复杂性高、数据量大这一问题，提出了更为有效的正交优化算法，并将实时采集到的解调信号进行必要的滤波、滑动平均等处理，与传统3×3算法相比，系统的信噪比提升了约10dB。
（4）对DAS系统各组成部分进行详细的介绍，包括光路系统和信号采集系统，给出了各关键器件的参数指标，基于各器件自主组装了DAS系统样机，对DAS系统的几个关键性能进行了测试，并设计了水声信号还原实验，实现了声压灵敏度为-151dB(rad/μPa)@1000Hz的测量，且最小可探测声压为6Pa，验证了DAS系统样机对外界声波声波信号的高保真还原。
（5）搭建DAS系统样机和模拟流量监测实验平台，对管道弯管处流量进行实际测试，使用电磁流量计记录标准流速值，采集不同流速下DAS系统的解调后信号做频谱分析，将两者数据进行拟合，得到特定频率范围下系统测得的真实弧度值与流量之间的数学关系式：y=0.18892x2-0.34782x+0.17232，从实验结果可知相位与流量的平方成正比，拟合R2=0.998，最小可探测流量为0.73m3/h。
光纤传感技术是一种新式的外界信号探测技术，因其抗电磁干扰，耐腐蚀，长期稳定好的优势，在流量监测领域具有广阔的应用前景。在此之前应用于流量监测领域的大多采用点式光纤传感技术，其存在传感器制备复杂、测量灵敏度不高等问题。分布式光纤声波传感（DAS）技术利用光纤中瑞利散射干涉效应，实现动态应变的定量监测，与点式光纤传感技术相比，该技术具有结构简单、动态范围大及灵敏度高等优势。因此，研制高性能的DAS系统，并将DAS技术应用于流量监测领域中来，实现井内流量定量分析和分布式探测，是当前井内流量监测系统研究的重要方向。
本论文基于DAS技术，针对管道流量监测与流速定量标定进行了研究。论文以分布式光纤传感理论和流体力学理论作为基础，通过光纤干涉解调技术实现流量的非侵入式动态检测，利用模拟算法和信号处理技术实现流量的定量测量。论文的主要研究内容和取得的成果如下：
（1）通过分析管内液体流动所产生的冲击信号对管壁的影响，提出了能量法测流量，利用COMSOL软件中的k-ω模型仿真模拟了管道湍流振动，分析了管道弯管处的流速以及流体冲击对管壁的压力分布，对流速和管壁压力进行了数值拟合，得出了正相关的结论，为流量监测实验提供的理论依据。
（2）将Φ-OTDR技术与干涉探测技术相结合，从理论角度解释了DAS系统相位检测的工作原理，分析了压力与相位之间的关系，得出了线性相关的结论，理论证明了流速和相位之间存在正比关系。基于光纤分布式声场二次干涉还原理论，建立了分布式光纤空间差分干涉模型，在获得位置、频率信息的基础上进而准确得到外声场振幅和相位的情况。
（3）对分布式光纤声波传感信号的调制方法进行理论分析与推导，采用3×3算法作为DAS系统的解调方案，引入法拉第旋转镜来消除系统中的偏振衰落，使用Labview软件对3×3解调算法的影响因素进行模拟仿真。同时针对声场还原的长距离、高定位精度导致的算法复杂性高、数据量大这一问题，提出了更为有效的正交优化算法，并将实时采集到的解调信号进行必要的滤波、滑动平均等处理，与传统3×3算法相比，系统的信噪比提升了约10dB。
（4）对DAS系统各组成部分进行详细的介绍，包括光路系统和信号采集系统，给出了各关键器件的参数指标，基于各器件自主组装了DAS系统样机，对DAS系统的几个关键性能进行了测试，并设计了水声信号还原实验，实现了声压灵敏度为-151dB(rad/μPa)@1000Hz的测量，且最小可探测声压为6Pa，验证了DAS系统样机对外界声波声波信号的高保真还原。
（5）搭建DAS系统样机和模拟流量监测实验平台，对管道弯管处流量进行实际测试，使用电磁流量计记录标准流速值，采集不同流速下DAS系统的解调后信号做频谱分析，将两者数据进行拟合，得到特定频率范围下系统测得的真实弧度值与流量之间的数学关系式：y=0.18892x2-0.34782x+0.17232，从实验结果可知相位与流量的平方成正比，拟合R2=0.998，最小可探测流量为0.73m3/h。