组分的纯吸光度用向量表示为A^As， 两种组分的相对含量分别为 C1、C2，则根据朗伯-比尔定律和加合定律，该混合物的吸光度X 应等于两种组分的纯吸光度光谱与对应含量乘积之和，即xzciAi+csAs+e，其中e为光谱仪 105的量测误差。即：
[0048] XI = cian+C2ai2+ei
[0049] X2 = cia2i+C2a22+e2
[0050] ···
[0051 ] Xm-Cl￡lml+C2￡lm2+em
[0052] 其中m为波长点数，Xm表示待测原油在检测光束的波长为m处的吸光度，am2表示第 二种组分在波长m处的吸光度。
[0053] 令x= [X1X2 …Xm]T，Α=[ /? 丨' .4:(]，c= [ciC2."cm]T，e= [eie2."em]T，则上式可表示为 矩阵的乘积形式：
[0054] X = cA+e 〇
[0055] 上述线性混合模型中，假设附加噪声向量为零且波段数大于混合物组分个数，则c 的非限制性最小二乘估计为：
[0056] C =
[0057] 通过上述公式可计算出水对总吸光度的贡献。
[0058] 进而将计算出的水对总吸光度的贡献转化为油中水含量值并输出。
[0059] 装置在使用前首先需要对内置算法参数进行标定，标定的过程即是寻找水对吸光 度的贡献与油中水含量值的对应关系的过程。假设油中水含量值为y，水对总吸光度的贡献 为c，那么，y = f (c)。通常情况下，f (c)为一次线性函数f(c)=bc+d或者二次函数f(c)=kc2 +bc+d，通过标定可确定参数k，b，d，并保存至系统中。使用仪器进行实际测量时，调用标定 好的转换函数，从水对总吸光度的贡献得到油中水含量值。
[0060] 转换函数参数标定过程如下：在实验室环境下配置至少3种不同含水量的油水混 合液，分别记为yl，y2，y3,如水含量为100% (纯水）、水含量为50%(即油水比例为1:1)和 水含量为〇%的溶液（即纯油）。按照前述计算过程计算得到每种溶液中水对总吸光度的贡 献，不同溶液计算得到的水对总吸光度的贡献依次记为cl、c2和c3,将(yl，cl)、（y2，c2WP (y3，c3)代入标定函数，利用最小二乘法进行多项式拟合，最终可确定参数k、b和d。
[0061] 通过上述计算过程可以计算得到待测原油中的含水率。当然这样的计算方法也可 用于计算其他混合液中的水分含量。
[0062] 进一步的，还包括光束准直镜107,用于对所述第二光束进行准直，并控制准直后 的第二光束进入所述流通池101。通过设置光束准直镜107可以对第二光束进行准直，使光 谱仪105在对接收到的第二光束进行光谱信息的分析时获得的结果更精确。
[0063] 另外，还可以设置光束会聚镜108,光束会聚镜108用于对经过所述待测原油吸收 后的第二光束进行会聚，并传导至所述光谱仪105。通过设置光束会聚镜108可以将经过待 测原油吸收的光束会聚起来，以使尽可能多的第二光束进入到光谱仪105中，提高光谱信息 的分析和吸光度的计算精度。
[0064] 更进一步的，经过所述光束会聚镜108会聚的第二光束通过传导光纤109传导至所 述光谱仪105。
[0065] 在本申请实施例中，采用具有连续光谱的光源，在光谱信息的过程中，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，可以检测含水率从〇至 100%全部范围内的液体，测量范围更宽，并且通过采用化学计量学的分析方法，在数据处 理过程中稳定性更高，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。
[0066] 优选的，所述光源102的光谱范围为400至2000nm。所述光源102可以选用卤素灯光 源。所述分光片103为铅晶质玻璃或石英玻璃。分光片103采用平行玻璃片实现对检测光束 的分光。所述流通池101为开放式流通池101。
[0067] 在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过 其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和框图 显示了根据本发明的多个实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、 功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一 部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执 行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于 附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也 可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每 个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基 于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
[0068] 另外，在本发明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。 [0069]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。
[0070]以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技 术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修 改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。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。
[0071]以上所述，仅为本发明的【具体实施方式】，但本发明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发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵 盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。
【主权项】
1. 一种原油含水率测量装置，其特征在于，包括:流通池、光源、分光片、硅光电探测器、 光谱仪和信号处理电路，其中： 所述流通池浸没在待测原油中； 所述光源用于生成具有连续光谱的检测光束； 所述分光片用于对所述检测光束进行分光，分光成第一光束和第二光束，所述第一光 束传导至所述硅光电探测器，所述第二光束传导至所述流通池； 所述硅光电探测器用于接收所述第一光束，生成第一光源能量参考值； 所述光谱仪用于接收经过所述流通池中的待测原油吸收后的第二光束，并获取所述第 二光束的光谱信息； 所述信号处理电路分别与所述硅光电探测器和光谱仪相连接，用于根据所述第一光源 能量参考值和所述第二光束的光谱信息计算所述待测原油的含水率。2. 根据权利要求1所述的原油含水率测量装置，其特征在于，所述光谱仪还用于在所述 流通池未浸入到所述待测原油中前，预先采集一组空白光谱信息； 所述硅光电探测器还用于在所述光谱仪采集空白光谱信息的同时，获取所述第一光束 的光源能量，作为第二光源能量参考值； 所述信号处理电路根据所述空白光谱信息、所述第一光源能量参考值和第二光源能量 参考值对光源所述光源的光谱信息进行修正。3. 根据权利要求2所述的原油含水率测量装置，其特征在于，所述信号处理电路根据所 述第一光源能量参考值和所述第二光束的光谱信息计算所述待测原油的含水率包括： 根据修正后的所述光源的光谱信息和所述第二光束的光谱信息计算待测原油的总吸 光度； 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。4. 根据权利要求1所述的原油含水率测量装置，其特征在于，还包括： 光束准直镜，用于对所述第二光束进行准直，并控制准直后的第二光束进入所述流通 池。5. 根据权利要求1所述的原油含水率测量装置，其特征在于，还包括： 光束会聚镜，用于对经过所述待测原油吸收后的第二光束进行会聚，并传导至所述光 谱仪。6. 根据权利要求5所述的原油含水率测量装置，其特征在于，经过所述光束会聚镜会聚 的第二光束通过传导光纤传导至所述光谱仪。7. 根据权利要求1所述的原油含水率测量装置，其特征在于，所述光源的光谱范围为 400至2000nm。8. 根据权利要求1所述的原油含水率测量装置，其特征在于，所述光源为卤素灯光源。9. 根据权利要求1所述的原油含水率测量装置，其特征在于，所述分光片为铅晶质玻璃 或石英玻璃。10. 根据权利要求1所述的原油含水率测量装置，其特征在于，所述流通池为开放式流 通池。
【专利摘要】本发明实施例提供一种原油含水率测量装置，包括：流通池、光源、分光片、硅光电探测器、光谱仪和信号处理电路。采用具有连续光谱的光源，在光谱信息的过程中，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，并且通过采用化学计量学的分析方法，在数据处理过程中稳定性更高，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。
【IPC分类】G01N21/31
【公开号】CN105675522
【申请号】CN201610257716
【发明人】王新全, 齐敏珺
【申请人】青岛市光电工程技术研究院
【公开日】2016年6月15日
【申请日】2016年4月22日