基于电磁信号处理的岩芯含油率及含水率的检测装置的制作方法

本实用新型涉及电磁检测分析技术领域，具体涉及岩芯含油率与含水率检测技术。

背景技术：

随着石油工业的发展和开采技术的进步，实施有效的测量石油的含量对石油行业有着至关重要的作用，电磁波检测作为新型的检测方法，具有简便、快速、便于大面积测试等优点，已在工业与民用建筑、水利、电力、石油行业等工程建设项目的检测和评价中得到广泛应用，取得了良好的应用效果，并在工程实践中不断总结、完善和提高。

电磁波可以在空间中自由传播，具有电场特性和磁场特性，因此测量电磁波的衰减、相位变化、谐振频率等与介电常数相关的物理量,就可测量含水率和含油率。而且非接触测量的精度高，可靠性好,抗干扰能力强,容易实现无损耗、又无辐射危险，操作和使用非常安全，因此微波非接触测量技术有着极其广阔的应用前景。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种基于电磁信号处理的岩芯含油率及含水率的检测装置，提高检测效率。

为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：基于电磁信号处理的岩芯含油率及含水率的检测装置，包括，

样品池，用于放置岩芯；

电磁信号透射检测组件，包括第一电磁信号源、第一隔离器、第一发射天线、第一接收天线、第二隔离器、第一检波器、第一锁相放大器、第一A/D转换器，其中，第一电磁信号源发出电磁信号，传送到第一隔离器，然后电磁信号经传输线传送到第一发射天线的输入端上，然后发射到样品池的岩芯上，电磁信号一部分经岩芯透射被第一接收天线接收，经传输线输送到第二隔离器上，再传递到第一检波器进行电磁信号幅度调节，然后由第一检波器调节过的电磁信号进入第一锁相放大器，将信号放大，最后将放大的信号传输到第一A/D转换器，转换为数字模拟量；

电磁信号反射检测组件，包括第二电磁信号源、第三隔离器、第二发射天线、第二接收天线、第四隔离器、第二检波器、第二锁相放大器以及第一A/D转换器，其中，第二电磁信号源发出电磁信号，传送到第三隔离器，然后电磁信号经传输线传送到第二发射天线的输入端上，然后发射到样品池的岩芯，电磁信号一部分经岩芯反射被第二接收天线接收，经传输线输送到第四隔离器上，再传递到第二检波器进行电磁信号幅度调节，然后由第二检波器调节过的电磁信号进入第二锁相放大器，将信号放大，最后将放大的信号传输到第二A/D转换器，将放大的信号转换为数字模拟量。

进一步的，还包括外壳，所述外壳在内部上方的左右两侧设有侧固定支架，所述第一电磁信号源、第一隔离器、第一发射天线安装于左侧固定支架上，所述第一接收天线、第二隔离器、第一检波器、第一锁相放大器、第一A/D转换器安装于右侧固定支架上，所述两侧固定支架上分别设有固定第一发射天线和第一接收天线的第一基板和第二基板，所述第一基板和第二基板等高竖直设置。

进一步的，所述两侧固定支架之间设有中间支撑板，所述中间支撑板的中部设有向上凸起并用于放置样品池的中间支撑平台，所述中间支撑平台的中部设有透光孔，所述中间支撑平台的内部设有中空腔。

进一步的，所述外壳在内部下方设有中间支架，所述中间支架的顶部左右两侧分别设有向上倾斜延伸至中间支撑平台左右两侧内侧壁的第三基板和第四基板，所述第三基板和第四基板分别用于固定第二发射天线和第二接收天线，所述第二电磁信号源、第三隔离器设置在外壳内部下方左侧，所述第四隔离器、第二检波器、第二锁相放大器以及第一A/D转换器设置在外壳内部下方右侧。

进一步的，所述第一电磁信号源发射电磁信号的波长为1900nm，所述第二电磁信号源发射电磁信号的波长为682nm。

进一步的，所述的第一电磁信号源和第二电磁信号源均采用f＝10GHz、输出功率为34mW的点频固态电磁信号源。

进一步的，还包括与第一A/D转换器和第二A/D转换器连接的计算机处理系统，所述计算机处理系统根据微波衰减法测试理论计算出岩芯的含水率，根据电压和电磁信号反射差的关系计算出岩芯的含油率。

本实用新型采用的技术方案，利用电磁波的透射信号差和反射信号差来测量岩芯的含油率和含水率，操作方便，可实现同时检测岩芯的含水率和含油率。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是本实用新型中电磁信号透射和反射的线路图；

图3是本实用新型中岩芯含水率检测的电磁波透射法结构图；

图4是本实用新型中岩芯含油率检测的电磁波反射法结构图；

图中：1—第一电磁信号源，2—第一隔离器，3—第一发射天线，4—样品池，5—第一接收天线，6—第二隔离器，7—第一检波器，8—第一锁相放大器，9—第一A/D转换器，10—计算机处理系统，11—第二电磁信号源，12—第三隔离器，13—第二发射天线，14—第二接收天线，15—第四隔离器，16—第二检波器，17—第二锁相放大器，18—第二A/D转换器，19—第一基板，20—外壳，21—第二基板，22—第三基板，23—第四基板。

具体实施方式

本实用新型将电磁波检测技术应用于油页岩中页岩油含量的快速测定，提供一种基于电磁信号处理的岩芯含油率及含水率的检测装置，包括，

样品池4，用于放置岩芯；

电磁信号透射检测组件，包括第一电磁信号源1、第一隔离器2、第一发射天线3、第一接收天线5、第二隔离器6、第一检波器7、第一锁相放大器8、第一A/D转换器9，其中，第一电磁信号源发出电磁信号，传送到第一隔离器，然后电磁信号经传输线传送到第一发射天线的输入端上，然后发射到样品池的岩芯上，电磁信号一部分经岩芯透射被第一接收天线接收，经传输线输送到第二隔离器上，再传递到第一检波器进行电磁信号幅度调节，然后由第一检波器调节过的电磁信号进入第一锁相放大器，将信号放大，最后将放大的信号传输到第一A/D转换器，转换为数字模拟量；

电磁信号反射检测组件，包括第二电磁信号源11、第三隔离器12、第二发射天线13、第二接收天线14、第四隔离器15、第二检波器16、第二锁相放大器17以及第一A/D转换器18，其中，第二电磁信号源发出电磁信号，传送到第三隔离器，然后电磁信号经传输线传送到第二发射天线的输入端上，然后发射到样品池的岩芯，电磁信号一部分经岩芯反射被第二接收天线接收，经传输线输送到第四隔离器上，再传递到第二检波器进行电磁信号幅度调节，然后由第二检波器调节过的电磁信号进入第二锁相放大器，将信号放大，最后将放大的信号传输到第二A/D转换器，将放大的信号转换为数字模拟量。

另外，还包括外壳20，所述外壳在内部上方的左右两侧设有侧固定支架，所述第一电磁信号源1、第一隔离器2、第一发射天线3安装于左侧固定支架上，所述第一接收天线5、第二隔离器6、第一检波器7、第一锁相放大器8、第一A/D转换器9安装于右侧固定支架上，所述两侧固定支架上分别设有固定第一发射天线和第一接收天线的第一基板19和第二基板21，所述第一基板和第二基板等高竖直设置。所述两侧固定支架之间设有中间支撑板，所述中间支撑板的中部设有向上凸起并用于放置样品池的中间支撑平台，所述中间支撑平台的中部设有透光孔，所述中间支撑平台的内部设有中空腔。所述外壳在内部下方设有中间支架，所述中间支架的顶部左右两侧分别设有向上倾斜延伸至中间支撑平台左右两侧内侧壁的第三基板22和第四基板23，所述第三基板和第四基板分别用于固定第二发射天线13和第二接收天线14，所述第二电磁信号源11、第三隔离器12设置在外壳内部下方左侧，所述第四隔离器15、第二检波器16、第二锁相放大器17以及第一A/D转换器18设置在外壳内部下方右侧。

其中，所述的第一隔离器、第二隔离器、第三隔离器、第四隔离器采用可移动式，既能够减电磁信号小反射的影响，又保证了电磁信号的完整传输。所述第一电磁信号源发射电磁信号的波长为1900nm，所述第二电磁信号源发射电磁信号的波长为682nm。所述的第一电磁信号源和第二电磁信号源均采用f＝10GHz、输出功率为34mW的点频固态电磁信号源。具有输出幅值稳定，波形失真率低，使用方便的特点。第一检波器和第二检波器是波导式检波器，通过恢复调制信号后将信号传到锁相放大器，锁相放大器的输出是一个直流电压，能够检测信噪比很低的微弱电磁信号。所述的第一发射天线和第二发射天线是将电磁信号发射到岩芯表面，为了避免电磁信号入射和反射过程中的相互干扰，采取入射信号的入射方向呈一定角度入射。

另外，还包括与第一A/D转换器和第二A/D转换器连接的计算机处理系统10，计算机配有数据采集卡，BNG配适器和PLC可编程逻辑控制器，PLC可编程逻辑控制器根据微波衰减法测试理论计算出岩芯的含水率，根据电压和电磁信号反射差的关系计算出岩芯的含油率。

参考图1、图2和图3所示，电磁信号透射检测岩芯含水率的步骤为：

由第一电磁信号源1发出电磁信号，传送到第一隔离器2保证了电磁信号的完整传输；后电磁信号经传输线以最小的损耗传送到第一发射天线3的输入端上，后发射到样品池4的岩芯上。

电磁信号一部分经岩芯透射被第一接收天线5接收，经传输线以最小的损耗输送到第二隔离器6上，再传递到第一检波器7进行电磁信号幅度调节。

由第一检波器7调节过的电磁信号进入第一锁相放大器8，将信号放大，最后将放大的信号传输到第一A/D转换器9，转换为数字模拟量。

最后进行数据收集及处理，PLC可编程逻辑控制器根据微波衰减法测试理论计算出岩芯的含水率。

微波衰减法测湿理论计算如下：

电磁波在电介质材料中的传播常数γ＝α+jβ，当电磁波通过厚度为d的介质材料时，其衰减量为：

材料厚度一定时，微波通过材料后能量会衰减；

可以验证，若能对衰减的电磁波能量进行测量，经数据处理后就可得出岩芯的含水率，电磁波的衰减量A：

电磁波能量在经过复介质材料后，其阻抗值R₁，R ₂不变，因此式(3)可简化为：

通过测量电磁波在衰减前后电压值的变化量便可求出衰减量，从而计算出岩芯的含水率。

参考图1、图2和图4所示，电磁信号反射检测岩芯含油率的步骤为：

由第二电磁信号源11发出电磁信号，传送到第三隔离器12保证了电磁信号的完整传输；后电磁信号经传输线以最小的损耗传送到第二发射天线13的输入端上，后发射到样品池4的岩芯。

电磁信号一部分经岩芯反射被第二接收天线14接收，经传输线以最小的损耗输送到第四隔离器15上，再传递到第二检波器16进行电磁信号幅度调节。

由第二检波器16调节过的电磁信号进入第二锁相放大器17，将信号放大，最后将放大的信号传输到第二A/D转换器18，将放大的信号转换为数字模拟量。

最后进行数据收集及处理，经PLC可编程逻辑控制器根据电压和电磁信号反射差的关系计算出岩芯的含油率。

电压和电磁信号反射差的关系计算方法：

电磁波在电介质材料中的传播常数γ＝α+jβ，当电磁波通过厚度为d的介质材料时，其衰减量为：

材料厚度一定时，微波通过材料后能量会衰减；

当电磁波通过材料厚度为d为定值时而引起相位移动的测量方法，可给出方程如下:

式中β为电磁波通过被测材料时的相位常数，β₀是在空气中的相位常数，这时相位就随着相位常数β而变化。电磁波通过被测材料的反射系数Γ，可从如下方程获得:

所以由上式(4)可求得经校正后的电磁波衰减量A'：

通过测量电磁波在衰减前后电压值的变化量便可求出衰减量，而计算出岩芯的含油率。

本实用新型将电磁波检测技术应用于油页岩中页岩油含量的快速测定，有望在实用性上弥补低温干馏法等传统方法效率低等不足之处，成为岩芯含油率现场快速测量的新方法,为我国石油资源大规模深入评价提供一种更为高效、方便、实用的快速检测手段。