一种近红外原油含水率检测装置的制作方法

本实用新型涉及原油检测领域，具体而言，涉及一种近红外原油含水率检测装置。

背景技术：

监控油井原油含水率对于试井分离器、集油站、原油处理设备和原油销售罐区都至关重要。及时掌握并控制原油的含水率可提高采油效率，可以最大限度地减少产出水的处理量，通过改进原油脱水工艺而最大限度地提高原油的质量。原油含水率监测对于油藏管理和生产优化是十分重要的，能够可靠与连续地估算原油净产量，对油井出现的问题做出正确的诊断并进行维护，以便对油藏的开采模式进行必要的调整。

现有的含水率检测装置可以采用光学法，采用光学法需要使用光谱仪。一般会使用色散型光谱仪或干涉型光谱仪。色散型光谱仪要采用棱镜或光栅作为色散元件，光路复杂导致其具有复杂的机械结构，占用体积较大。并且光谱仪中需要采用狭缝，对接收到的光能利用率较低，为了获得较高的信噪比，就需要使用更大功率的光源。采用干涉型光谱仪，虽无需狭缝，使得能量利用率比较高，不需要大功率光源，但是干涉型光谱仪中要精密的干涉仪结构，对使用环境要求极高，在较恶劣的检测环境中使用会对光谱仪造成损坏，复杂精密的结构带来的使用成本也很高。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型实施例的目的在于提供一种近红外原油含水率检测装置，可以解决上述问题。

本实用新型提供的技术方案如下：

一种近红外原油含水率检测装置，包括：光源头、光谱探测头和信号处理电路，其中：

所述光源头和光谱探测头分别浸没在所述流通池中，且位置相对；

所述光源头发射出具有连续光谱的检测光束；

所述光谱探测头接收经所述待测原油吸收后的检测光束，并获取所述检测光束的光谱信息，所述光谱探测头包括线性渐变滤光片和光电探测器阵列，其中：

所述线性渐变滤光片与所述光电探测器阵列的感光面相贴合，所述线性渐变滤光片的光谱透过率沿所述光电探测器阵列排列方向线性变化，用于限定具有不同波长的所述检测光束到达所述光电探测器阵列的特定位置；

所述光电探测器阵列用于获取经滤光后的所述检测光束的光谱信息；

所述信号处理电路与所述光谱探测头相连接，包括用于根据所述光谱信息，获取所述待测原油的含水率的处理器。

进一步的，还包括：

分别与所述光源头和光谱探测头相连接，控制所述光源头与光谱探测头协同工作的控制器。

进一步的，所述光源头包括光源、反光镜和第一窗口玻璃，其中：

所述光源生成检测光束；

所述反射镜反射并准直所述检测光束。

进一步的，所述光源头还包括第一窗口玻璃，准直后的检测光束通过所述第一窗口玻璃发射出去。

进一步的，所述光谱探测头上还设置有第二窗口玻璃，所述检测光束通过所述第二窗口玻璃进入到所述光谱探测头中。

进一步的，所述光谱探测头上还设置有第二窗口玻璃。

优选地，所述线性渐变滤光片的光谱范围是1200nm至2500nm。

优选地，所述光源的光谱范围为1200至2500nm。

优选地，所述光源为卤素灯光源。

优选地，所述线性光电探测器阵列为线阵InGaAs探测器。

优选地，所述线性光电探测器阵列的光谱响应范围为1200nm至2500nm。

与现有技术相比，在本申请实施例中，直接使用光源头和光谱探测头实现检测光束的发射和接收，光谱探测头中设置滤光片和光电探测器阵列，可以直接实现检测光束光谱信息的采集，无需使用光谱仪，整体结构更加简单。光路中无需设置狭缝来限制检测光束，对光能利用率更高，无需设置参比光路，进一步简化结构，对检测环境要求低，降低了装置整体成本，占用体积更小，更利于在不同检测场景中使用。并且，采用具有连续光谱的光源，在光谱信息采集的过程中，检测变量更多，稳定性更好，检测精度也更高，并且采用光学方法来对原油的含水率进行检测，不会受到原油密度、乳化程度、盐度和粘稠度的影响，抗干扰能力更强，可以检测含水率从0至100％全部范围内的液体，测量范围更宽，稳定性更高，测量结果也更可靠，可以满足对原油含水率精确测量的要求。

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图：

图1为本实用新型较佳实施例提供的近红外原油含水率检测装置的示意图；

图2为本实用新型较佳实施例提供的光源头和光谱探测头的内部结构示意图。

主要元器件标号汇总：

光源头101；

光谱探测头102；

信号处理电路103；

控制器104；

光源1011；

反射镜1012；

第一窗口玻璃1013；

线性渐变滤光片1021；

光电探测器阵列1022；

第二窗口玻璃1023。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本实用新型的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

常用的原油含水率测量方法有称重法、电容法、微波法和光学法。称重法根据油和水的密度差来测量含水率，该方法容易受到油水混合液中其它杂物的干扰，特别是存在气体时，测量准确性低。电容法测量是根据油水混合液的介电常数与含水率之间的相关性来测定含水率，该方法仅适用于低含水率的原油含水率测量，对于含水率较大的原油无法准确测量。微波法测量容易受到盐度和气体的影响，并且不适合高含水率原油的测量。采用近红外吸收特性的光学法，具有不受原油密度、粘稠度、盐度、气体等的影响，可测量0～100％含水率范围等优点，是目前最为先进的测量方法之一。现有的技术采用近红外光吸光度测量油水混合液的含水率，该方法存在如下问题：(1)采用光谱波段数量少，定标精度较低，容易受到油水混合液中杂质造成的散射光的干扰；(2)采用分离的光电探测器，多个光电探测器分别采集信号响应不一致性和放大电路不一致性导致测量精度下降。

现有技术中在对光束的光谱信息进行检查时，会使用光谱仪进行，一般会使用色散型光谱仪或干涉型光谱仪。色散型光谱仪要采用棱镜或光栅作为色散元件，光路复杂导致具有复杂的机械结构，占用体积较大。并且光谱仪中需要采用狭缝，对接收到的光能利用率较低，为了获得较高的信噪比，就需要使用更大功率的光源。

采用干涉型光谱仪，虽无需狭缝，使得能量利用率比较高，不需要大功率光源，但是干涉型光谱仪中需要精密的干涉仪结构，对使用环境要求极高，在较恶劣的检测环境中使用会对光谱仪造成损坏，复杂精密的结构带来的使用成本也很高。

并且，使用光谱仪时在上述结构中还需设置由分光片、硅光电探测器组成的参比光路，为光谱信息的确定提供参考光谱，这同样增加了系统的复杂度。

有鉴于此，如图1所示，本申请实施例提供了一种近红外原油含水率检测装置，包括：光源头101、光谱探测头102、和信号处理电路103。

所述光源头101和光谱探测头102分别浸没在待测原油中，且位置相对，由光源头101和光谱探测头102组成了对待测原油的检测光路，光源头101发射出检测光束，检测光束经过待测原油的吸收后，由于待测原油中的水分等杂质的影响，检测光束的光谱信息会发生变化，通过光谱探测头102对接收到的检测光束进行光电转换等处理，可以获取检测光束的光谱信息。

其中，所述光源头101可以发射出具有连续光谱的检测光束，本申请实施例中的光源头101可以采用光谱范围为近红外的部件，优选的，光源头101可以采用光谱范围为1200至2500nm的卤素灯光源。

如图2所示，所述光源头101包括光源1011、反射镜1012和第一窗口玻璃1013，其中：所述光源1011生成检测光束；所述反射镜1012反射并准直所述检测光束，准直后的检测光束通过所述第一窗口玻璃1013发射出去。光源头101内的光源点亮后发射出检测光束，检测光束经设置在光源外侧的反射镜1012反射并准直，准直光束经第一窗口玻璃1013传导出去。

所述光谱探测头102接收经所述待测原油吸收后的检测光束，并获取所述检测光束的光谱信息，所述光谱探测头102包括线性渐变滤光片1021和光电探测器阵列1022，所述线性渐变滤光片1021与所述光电探测器阵列1022的感光面相贴合，所述线性渐变滤光片1021的光谱透过率沿所述光电探测器阵列排列方向线性变化，用于限定具有不同波长的所述检测光束到达所述光电探测器阵列的特定位置。所述光电探测器阵列1022用于获取经滤光后的所述检测光束的光谱信息。

本申请实施例中采用线性渐变滤光片1021，线性渐变滤光片1021是一种特殊的带通滤光片，制作时特意向特定方向形成楔形镀层，线性渐变滤光片1021的光谱透过率在楔形方向发生线性变化，从而起到分光作用。线性渐变滤光片1021和光电探测器阵列的组合可以取代大量其他仪器组件如：光栅、制冷探测器等，从而节省了大量的设备空间、成本和重量。光谱探测头102通过线性渐变滤光片1021和光电探测器阵列1022实现对光线的接收和光谱信息的获取。光谱探测头102的设置位置和光源头101的位置相对，以便可以直接获取光源头101发出的检测光束，而无需在光路上设置其他形式的光束处理装置，直接通过光谱探测头102即可完成光束的接收。

优选地，光电探测器阵列1022可以采用线阵InGaAs(indium gallium arsenide，铟镓砷)探测器，线阵InGaAs探测器采用的InGaAs材料是一种优良的近红外光电探测材料，使探测器具有较高的探测率，较高的信噪比，较低的功耗以及较长的寿命，并且采用InGaAs材料制成的光电探测器具有较小的体积，利于装置的小型化。优选的，本申请实施例中的线阵InGaAs探测器的光谱响应范围可以是1200至2500nm。

所述信号处理电路103与所述光谱探测头102相连接，包括用于根据所述光谱信息，获取所述待测原油的含水率的处理器。

信号处理电路103中的处理器通过对光谱信息的计算，就可以获取得到待测原油的含水率数据。

进一步的，在使用上述监测装置进行原油含水率的检测时，在光谱探测头102尚未放置于待测原油中前，先利用光谱探测头102检测一组空白光谱信息，记为I₀(λ)。然后，将光源头101和光谱探测头102放入到待测原油中，并调整两者之间的位置关系，使光源头101发出的检测光束能够通过待测原油后并被光谱探测头102接收到。

光源头101和光谱探测头102浸入到待测原油中后，光源头101可以继续发射出检测光束，检测光束经过待测原油的影响后被光谱探测头102接收到，光谱探测头102通过对接收到的检测光束的光谱信息进行分析，可以得到携带有原油特征信息的光谱信息，记为I₁(λ)。

进一步的，利用吸光度计算公式可以计算得到总吸光度A(λ)，具体公式为：

进一步的，对所述总吸光度进行光谱吸光度解混合运算，得到水分对所述总吸光度的贡献值，将所述水分对所述总吸光度的贡献值转换为含水率数值。通过上述这样的计算过程即可得到原油中含水率数值。

在本申请实施例中，直接使用光源头101和光谱探测头102实现检测光束的发射和接收，光谱探测头102中设置线性渐变滤光片1021和光电探测器阵列，可以直接实现检测光束光谱信息的采集，无需使用光谱仪，整体结构更加简单。光路中无需设置狭缝来限制检测光束，对光能利用率更高，无需设置参比光路，进一步简化结构，对检测环境要求低，降低了装置整体成本，占用体积更小，更利于在不同检测场景中使用。并且，采用具有连续光谱的光源，在光谱信息采集的过程中，检测变量更多，稳定性更好，检测精度也更高，并且采用光学方法来对原油的含水率进行检测，不会受到原油密度、乳化程度、盐度和粘稠度的影响，抗干扰能力更强，可以检测含水率从0至100％全部范围内的液体，测量范围更宽，稳定性更高，测量结果也更可靠，可以满足对原油含水率精确测量的要求。

更进一步的，还包括用于控制所述光源头101与光谱探测头102协同工作的控制器104。通过控制器104可以控制光源头101生成光线的同时，能够被光谱探测头102同步接收，使两者协同工作。

进一步的，所述光谱探测头102上还设置有第二窗口玻璃1023。在本申请实施例中，第一窗口玻璃1013和第二窗口玻璃1023可以采用蓝宝石玻璃，第一窗口玻璃1013将光源头101内部光路与外部环境隔离开，第二窗口玻璃1023将光谱探测头102的内部光路与外部环境隔离开。

在本实用新型各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。