在石油天然气开采过程中,生产井出砂是采油生产中遇到的最重要的且不可避免的难题之一。合理范围的出砂会提高油气井的产量,但过度出砂会造成油气井损坏、产量减少,而超声相控阵列油气井出砂信号检测电路的研究可以对油气井的出砂状况进行实时监测,为油气井生产提供保证。超声相控阵列油气井出砂检测技术通过控制阵列换能器中各个阵元接收回波信号的时间,获得灵活可控的超声波合成波束,实现对被测物体的多角度扫查。通过调整接收端信号的延时时间并做相干累积算法,使油气井出砂位置回波信号合成的幅度最大,并抑制其他位置的回波和能量,以此来获得油气井出砂的位置等信息。本文基于超声相控阵列思想、阵列信号处理原理和高速实时信号处理技术对油气井出砂信号检测系统进行了研究,建立了包括超声相控阵列信号调理电路、模数转换电路、数据采集和存储电路、数据处理电路以及上位机软件在内的一套油气井出砂信号检测系统。系统在检测时,将高灵敏度超声相控阵列换能器安装在油气管道外壁,高速砂粒撞击管壁产生的超声波信号被安装在管道外壁的换能器拾取。整个装置采用两片FPGA控制四片A/D,实现8通道、超高速同步数据采集;利用FPGA内部资源实现双口RAM存储;此外使用FPGA和ARM之间的高速通信总线接口,将阵列换能器采集到的信息汇总至ARM并进行阵列信号的实时处理;最后,将处理后的数据发送给上位机进行成像显示。在上述实验的基础上,基于8通道模块,结合硬件和软件完成了整个系统的调试,并对硬件参数指标和软件程序进行了验证。实验结果表明,本系统硬件工作稳定、性能良好,不管是大量出砂还是少量出砂,系统都可以检测到出砂量,测量相对误差不超过5%,符合设计的要求,为油气井出砂检测提供了依据。