原油含水量测量仪及测量系统的制作方法

本实用新型涉及原油检测技术领域，提供一种原油含水量测量仪及测量系统。

背景技术：

原油含水量的测量对于原油的生产、销售和炼化具有重要意义，现有的原油含水量测量方法主要有人工测量和在线测量两种方式。人工测量是指将从输油管道中提取的原油样品送到实验室后，通过专门的测量仪器进行测量，人工测量取样随机性大，取样不及时，不能实时反映原油含水量的变化。在线测量是指通过安装于输油管道上的原油含水量测量设备进行测量，在线测量又可以分为密度法、电容法、微波法、短波法等。现有的在线测量方法对于高含水量的原油测量均有较大误差，此外在现场的输油管道中，通常含有大量气体，气体的存在会严重影响原油含水量测量的准确性和稳定性。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型实施例提供一种原油含水量测量仪及测量系统，以改善现有技术中无法实时、准确测量原油含水量的问题。

本实用新型的实施例通过以下技术方案实现：

第一方面，本实用新型提供一种原油含水量测量仪，安装于输油管道上，包括：主机以及和主机连接的光电探头，光电探头的未与主机连接的第一端浸没于输油管道内的含水原油中；

光电探头的第一端开设有原油通道，输油管道中的含水原油从原油通道中穿过，光电探头在原油通道两侧的相对位置分别设置有近红外发射模块以及近红外接收模块，近红外发射模块发出的近红外光穿透含水原油后被近红外接收模块接收；

主机包括处理模块以及通信模块，处理模块分别与近红外接收模块以及通信模块连接，通信模块与终端设备连接；

近红外接收模块将接收到的近红外光转化为第一电信号并将第一电信号发送至处理模块，处理模块基于第一电信号计算获得含水原油的原油含水量，并将原油含水量通过通信模块发送至终端设备。

可选的，近红外发射模块包括：近红外光源以及光源透镜；

近红外光源发出的近红外光经光源透镜准直后入射至含水原油，并在穿透含水原油后被近红外接收模块接收。

可选的，近红外光源为窄带近红外光源。

可选的，近红外光源包括宽光谱近红外光源以及窄带滤光片。

可选的，近红外接收模块包括：会聚透镜以及近红外探测器；

近红外探测器与处理模块连接，穿透含水原油后的近红外光经会聚透镜后，聚焦于近红外探测器，近红外探测器将近红外光转化为第一电信号并将第一电信号发送至处理模块。

可选的，处理模块包括：探测器驱动器以及信号处理器；

探测器驱动器与近红外探测器连接，信号处理器分别与探测器驱动器以及通信模块连接；

探测器驱动器将第一电信号转换为第二电信号，并将第二电信号放大滤波后发送至信号处理器，信号处理器基于第二电信号计算获得原油含水量，并将原油含水量通过通信模块发送至终端设备。

可选的，光电探头的第一端还设置有温度传感器，温度传感器与信号处理器连接，温度传感器采集获得含水原油的温度信息，并将温度信息发送至信号处理器。

可选的，主机还包括：光源驱动器；

光源驱动器与近红外光源连接，光源驱动器能够驱动近红外光源，以使近红外光源发出近红外光。

可选的，通信模块为移动通信模块或串口通信模块。

第二方面，本实用新型实施例提供一种原油含水量测量系统，包括：终端设备以及至少一个上述原油含水量测量仪，原油含水量测量仪与终端设备连接。

本实用新型的技术方案至少具有以下有益效果：

本实用新型实施例提供的原油含水量测量仪包括主机以及和主机连接的光电探头，使用时将原油含水量测量仪安装于输油管道上，使光电探头的未与主机连接的第一端浸没于输油管道内的含水原油中。光电探头的第一端开设有原油通道，原油含水量测量仪能够测量流经原油通道的含水原油的含水量。具体而言，光电探头在原油通道两侧的相对位置分别设置有近红外发射模块以及近红外接收模块，近红外发射模块发出的近红外光穿透含水原油后被近红外接收模块接收。主机包括处理模块以及通信模块，处理模块分别与近红外接收模块以及通信模块连接，通信模块与终端设备连接。近红外接收模块将接收到的近红外光转化为第一电信号并将第一电信号发送至处理模块，处理模块基于第一电信号计算获得含水原油的原油含水量，并将原油含水量通过通信模块发送至终端设备。本实用新型实施例提供的原油含水量测量仪利用近红外光测量原油含水量，在原理上属于测量原油含水量中的近红外光谱法，此方法可用于测量高含水量的原油，并且其测量结果不受输油管道内气体的影响，测量结果准确。同时，本发实施例提供的原油含水量测量仪的通信模块能够将测量结果发送至终端设备，以使终端设备的用户能够实时获知当前输油管道内的原油含水量，以便用户及时作出相应的决策。在本实用新型实施例提供的原油含水量测量系统中，终端设备连接至少一个本实用新型实施例提供的原油含水量测量仪，各个原油含水量测量仪的数据被汇总到终端设备，从而终端设备的用户能够实现对输油管道内原油含水量的全面实时监控。

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示出了本实用新型实施例提供的原油含水量测量仪的外部结构示意图；

图2示出了本实用新型实施例提供的原油含水量测量仪的安装结构示意图；

图3示出了本实用新型实施例提供的原油含水量测量仪的光电探头的内部结构示意图；

图4示出了本实用新型实施例提供的原油含水量测量仪的主机的内部结构示意图；

图5示出了本实用新型实施例提供的原油含水量测量系统的结构示意图。

图中：1－原油含水量测量系统；10－原油含水量测量仪；100－主机； 110－处理模块；112－探测器驱动器；114－信号处理器；120－通信模块；130－光源驱动器；20－输油管道；200－光电探头；210－原油通道；220－近红外发射模块；222－光源透镜；224－近红外光源；230－近红外接收模块；232－近红外探测器；234－会聚透镜；240－温度传感器；30－含水原油；40－终端设备。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，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。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动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。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

本实用新型的其他特征和优点将在随后的说明书阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型实施例而了解。本实用新型的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

第一实施例：

图1是本实用新型实施例提供的原油含水量测量仪10的外部结构示意图。参照图1以及图2，原油含水量测量仪10包括主机100以及和主机 100连接的光电探头200，其中光电探头200的未与主机100连接的第一端开设有原油通道210，原油通道210的形状可以是光电探头200表面的凹槽(如图1中左侧部分所示)，也可以是贯穿光电探头200的通孔(如图1中右侧部分所示)。需要指出，图1中示出的原油含水量测量仪10 的形状仅为示例，并不对本实用新型的保护范围构成任何限制。图2示出了本实用新型实施例提供的原油含水量测量仪10的安装结构示意图。参照图2，安装时，将光电探头200插入输油管道20内，使光电探头200 的第一端浸没于输油管道20内的含水原油30中，而主机100位于输油管道20外。在输油管道20中的含水原油30流经原油通道210的过程中，原油含水量测量仪10对原油通道210内的含水原油30的含水量进行测量并获得测量结果，然后将测量结果发送至与原油含水量测量仪10连接的终端设备40，以使终端设备40的用户能够实时获知输油管道20内的当前原油含水量。其中，对于光电探头200，出于安全性和可靠性的考虑，其外壳可以选用316L不锈钢等防爆、防腐蚀的材料。终端设备40可以是台式机、笔记本电脑、平板电脑、智能手机、智能车载设备等电子设备，终端设备40和原油含水量测量仪10之间的连接方式可以是有线的也可以是无线的。

图3示出了本实用新型实施例提供的原油含水量测量仪10的光电探头200的内部结构示意图，图4示出了本实用新型实施例提供的原油含水量测量仪10的主机100的内部结构示意图。参照图3以及图4，光电探头 200包括近红外发射模块220、近红外接收模块230，近红外发射模块220 以及近红外接收模块230分别设置在原油通道210两侧的相对位置。主机 100包括处理模块110以及通信模块120，处理模块110分别与近红外接收模块230以及通信模块120连接，通信模块120与终端设备40连接。原油含水量测量仪10的基本工作流程是：首先由近红外发射模块220发出特定波段的近红外光，近红外光入射至含水原油30后，部分被含水原油30吸收，部分透过含水原油30入射至近红外接收模块230，近红外接收模块230具有光电转换功能，能够将接收到的近红外光转换为与其光强度对应的第一电信号，并将第一电信号发送至处理模块110。根据测量原油含水量的近红外光谱法的相关理论，近红外探测器232接收到的近红外光的光强度与原油含水量正相关，处理模块110基于接收到的第一电信号，利用预先建立的化学计量模型便可以计算出含水原油30的原油含水量。计算出原油含水量后，处理模块110将其发送至通信模块120，通信模块 120再进一步将原油含水量转发至远程的终端设备40，以使终端设备40 的用户能够实时获知输油管道20内的当前原油含水量。其中，近红外光谱法是一种测量原油含水量的现有方法，因此基于该方法建立的化学计量模型，以及根据该模型计算原油含水量的过程均为现有技术，此处不进行详细阐述。近红外光谱法对于高含水量原油的原油含水量也能够正常测量，并且由于气体对近红外光几乎没有吸收，所以输油管道20内的气体对于测量结果基本没有影响，因此对于应用近红外光谱法的原油含水量测量仪10，其测量结果准确性高。

在本实用新型实施例的一种实施方式中，近红外发射模块220可以进一步包括近红外光源224以及光源透镜222，近红外光源224发出的特定波段的近红外光经光源透镜222准直后入射至含水原油30，并在穿透含水原油30后被近红外接收模块230接收。其中，光源透镜222可以采用，但不限于K9玻璃透镜。近红外光源224可以采用窄带近红外光源224，例如中心波长为1700nm(含水原油30中原油的一个吸收峰)、带宽为40nm 的近红外LED。当然，在本实用新型实施例的部分实施方式中，也可以采用宽光谱近红外光源224和窄带滤光片的方案作为窄带近红外光源224的替代方案。为保证近红外光源224产生稳定的近红外光，作为一种可选的实施方式，原油含水量测量仪10的主机100还包括与近红外光源224连接的光源驱动器130，光源驱动器130可以为恒流源，恒流源产生恒定的电流以驱动近红外光源224产生稳定的近红外光。例如，可以采用由运算放大器和MOS管等元件构成的恒流源，其中运算放大器可以是OPA551型运算放大器，恒流源的设计方法属于现有技术，此处不进行详细阐述。

近红外接收模块230可以进一步包括会聚透镜234以及与处理模块 110连接近红外探测器232，穿透含水原油30后的近红外光经会聚透镜234 后，聚焦于近红外探测器232，近红外探测器232具有光电转换功能，能够将接收到的近红外光转换为与其光强度对应的第一电信号，并将第一电信号发送至处理模块110。其中，会聚透镜234可以采用，但不限于K9 玻璃透镜。近红外探测器232可以采用，但不限于InGaAs探测器，近红外探测器232可以根据近红外光源224的近红外光的波段进行选择，例如，近红外光源224发出的近红外光的波长在1700nm附近，所选择的近红外探测器232的光谱覆盖范围应包括1700nm。

处理模块110可以进一步包括与近红外探测器232连接的探测器驱动器112以及与探测器驱动器112连接的信号处理器114，信号处理器114 还与通信模块120连接。探测器驱动器112将第一电信号转换为第二电信号，并将第二电信号放大滤波后发送至信号处理器114，信号处理器114 基于接收到的第二电信号，利用预先建立的化学计量模型便可以计算出含水原油30的原油含水量，并将原油含水量通过通信模块120发送至终端设备40。其中，探测器驱动器112可以由低噪声运算放大器以及相应的滤波电路构成，低噪声运算放大器实现第一电信号到第二电信号的转换以及第二电信号的放大，滤波电路实现对第二电信号的滤波，第一电信号一般为模拟的电流信号，第二电信号一般为模拟的电压信号。信号处理器114 可以进一步包括相互连接的A/D转换器以及DSP芯片，例如AD7705型A/D 转换器，以及TMS320VC5502型DSP芯片，A/D转换器与探测器驱动器112 连接，用于将第二电信号转换为数字信号并输入至DSP芯片，在实际中，A/D转换器的输入一般为电压信号，因此在探测器驱动器112中需要将电流形式的第一电信号转化为电压形式的第二电信号。在DSP芯片中，执行预设的程序指令，利用化学计量模型计算获得原油含水量，并将获得的原油含水量发送至通信模块120。

通信模块120根据实际需求，可以采用串口通信模块120，例如RS485 模块、RS232模块等。或者，也可以采用无线通信模块120，例如2G模块、 3G模块、4G模块、NB－IoT模块等。采用串口通信模块120时，通信模块 120与终端设备40之间有线连接，采用无线通信模块120时，通信模块 120与终端设备40之间无线连接。显然，通信模块120除了数据发送功能以外，一般还具有数据接收功能，在本实用新型实施例的部分实施方式中，通信模块120也可以接收终端设备40发送的控制指令，例如在终端设备 40的控制下开始测量或停止测量。通信模块120可以将测量获得地原油含水量实时发送至终端设备40，以使终端设备40的用户能够实时监控输油管道20内原油含水量的变化，以便作出相应的决策。或者，也可以根据用户的实际需求，定期进行发送。例如，原油含水量测量仪10的主机100 还可以包括与信号处理器114连接的存储器，信号处理器114将计算获得的原油含水量和相关信息(例如获得该含水量的时间等)先发送至存储器保存，在适当时刻再从存储器中读取保存的信息，并将器发送至终端设备 40。

继续参照图4，光电探头200的第一端还设置有与信号处理器114连接的温度传感器240，温度传感器240可以设置在光电探头200的表面。温度传感器240采集获得含水原油30的温度信息，并将温度信息发送至信号处理器114，在近红外光谱法测量原油含水量的相关理论中，测量结果是与温度相关的，具体而言，含水量相同的原油在不同的温度下获得的测量结果是不同的，需要根据温度信息进行补偿计算，以获得准确的原油含水量。

在本实用新型实施例的一种可选的实施方式中，主机100还可以包括与信号处理器114连接的显示模块，用于实时显示信号处理器114计算获得的原油含水量，方便位于现场的用户查看当前的原油含水量。

综上所述，本实用新型实施例提供的原油含水量测量仪10，使用近红外光进行原油含水量测量，其测量结果准确。同时，该原油含水量测量仪10可以安装在输油管道20上，并且实时将测量结果发送至远程的终端设备40，使得终端设备40的用户能够实时获知测量结果，以便根据测量结果作出相应的决策，大大简化了原油含水量的测量过程。

第二实施例：

图5示出了本实用新型实施例提供的原油含水量测量系统1的结构示意图。参照图5，原油含水量测量系统1包括终端设备40以及至少一个本实用新型实施例提供的原油含水量测量仪10，其中每个原油含水量测量仪 10均与终端设备40连接。在实际中，可以分别在多个不同的输油管道20 上安装原油含水量测量仪10，以便用户同时监控多个输油管道20内的原油含水量。显然，终端设备40可以不限于是一台电子设备，其可以是多台电子设备的组合，例如多台服务器的组合，甚至不限于物理设备，例如可以是云平台。终端设备40的用户也不一定要直接通过终端设备40查看原油含水量，也可以是通过与终端设备40连接的客户端来查看原油含水量，其部署方式十分灵活。

显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为了清楚说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。