一种基于太赫兹时域光谱的管道混油定量检测方法技术

本发明专利技术公开了一种基于太赫兹时域光谱的管道混油定量检测方法，所述混油定量检测方法包括以下步骤：通过线性拟合得到混油体积分数与十组参数的线性拟合模型表达式，即十种混油成分体积分数定量分析模型；利用向量夹角余弦的最优化的方法，求解出十组参数的权值；利用太赫兹时域光谱仪测量未知体积分数混油样品的时域脉冲波形，并提取时域脉冲波形的十种参数值；根据十种混油成分体积分数定量分析模型，以及十组参数的权值，代入未知体积分数混油样品的十种参数值，得到混油成分浓度。本发明专利技术简化了分析过程，降低了检测难度，提高了太赫兹时域波形分析利用效果，丰富了油品时域波形参数，提高了检测精度。

【技术实现步骤摘要】
一种基于太赫兹时域光谱的管道混油定量检测方法
本专利技术涉及太赫兹时域光谱
，尤其涉及一种基于太赫兹时域光谱的管道混油定量检测方法。
技术介绍
石油无疑是重要的国民经济支柱能源，也是主要的国家战略储备物资。随着我国国际经济地位的稳步提升，我国近年来石油消费量稳定增长。2010年我国消费石油4.55亿吨，2012年我国已成为全球最大的石油净进口国，2015年消费石油5.43亿吨，预计2030年石油需求达到6.7亿吨。因此尽可能减少石油运输和储存过程中的损耗和事故，具有重大的经济和战略意义。油品长距离、大批量运输的主要方式是管道顺序输送，即为提高管道利用效率和应对多种输送需求，将多种油品按计划成批次连续顺序输送。不同油品在同一条管道中交替顺序输送，导致前行油品和后行油品交接处产生不可忽略的混油段。单次顺序输送，即可产生长达数公里长的混油段。管道中持续流动的大量混油段必须得到准确的检测。一方面，混油段错误的检测结果会导致混油段的不恰当处理，造成油品的浪费；另一方面，错误的检测结果更可能导致管道中油品的错误切割，造成管道和储油罐中不同油品掺杂和污染，产生巨大经济损失和安全事故。因此，管道混油的准确检测具有重大的实际意义。目前国内外常见的管道混油检测的方法包括：密度测定法、光学测定法、超声波测定法、示踪原子测定法、电容检测法、光谱色谱检测法、以及太赫兹波检测法等。1、密度测定法对管道中油品进行跟踪检测，是实际生产中实施的主要方法，然而难以区分密度相近的油品，检测分辨率低。2、光学测定法利用红外等常用光学波段测定油品的透明度和折射率，灵敏度高，但容易受到油品杂质影响，非常不适于国内油品品质较低的实际情况，在国内实际使用中问题较多，稳定性差，维护难度高。3、超声波测定法检测油品中超声波的传播速度，极易受到超声杂音的影响，检测精度不高。4、示踪原子测定法通过在油品中掺入放射性同位素的方法进行油品检测，技术门槛高，安全要求高，并会造成油品污染。5、电容检测法测量油品介电常数，测量精度低，在油品管道中安装带电器件，安全性差。6、光谱色谱检测法测量油品吸收光谱和色谱指纹图，精度高，但预处理复杂、测量时间长，无法实现在线监测。7、太赫兹波检测法具有光学穿透性强，光子能量低，检测分辨率高等特点，能够克服光学测定法易受油品杂质影响、探头易受污染的问题，检测安全度高，检测精确度潜力大。然而目前太赫兹管道混油检测主要依赖太赫兹领域传统的折射率、吸收系数等定量分析方法，计算复杂，汽柴油定量分析准确度低。
技术实现思路
本专利技术提供了一种基于太赫兹时域光谱的管道混油定量检测方法，本专利技术简化了分析过程，降低了检测难度，提高了太赫兹时域波形分析利用效果，丰富了油品时域波形参数，提高了检测精度，详见下文描述：一种基于太赫兹时域光谱的管道混油定量检测方法，所述混油定量检测方法包括以下步骤：通过线性拟合得到混油体积分数与十组参数的线性拟合模型表达式，即十种混油成分体积分数定量分析模型；利用向量夹角余弦的最优化的方法，求解出十组参数的权值；利用太赫兹时域光谱仪测量未知体积分数混油样品的时域脉冲波形，并提取时域脉冲波形的十种参数值；根据十种混油成分体积分数定量分析模型，以及十组参数的权值，代入未知体积分数混油样品的十种参数值，得到混油成分浓度。所述十组参数具体为：样品的太赫兹时域光谱中脉冲的首波谷、首波峰和次波谷的时间延迟和幅值大小，共六组参数值；将样品太赫兹脉冲的四段波动：下降段a、上升段b、下降段c和上升段d各自进行线性拟合，并提取各自的斜率，共四组参数。所述十种混油成分体积分数定量分析模型具体为：其中，T1，A1分别表示时域波形首波谷对应的时间延迟，幅值大小；T2，A2分别表示时域波形首波峰对应的时间延迟，幅值大小；T3，A3分别表示时域波形次波谷对应的时间延迟，幅值大小；以K1，K2，K3，K4分别表示时域波形脉冲下降段a、上升段b、下降段c和上升段d的线性拟合斜率；V为体积分数，m1......m10为混油成分体积分数定量分析模型的常数项；n1......n10为混油成分体积分数定量分析模型中体积分数的系数。本专利技术提供的技术方案的有益效果是：1、相对于其他太赫兹混油定量分析检测方法，该方法不依赖比尔兰伯特定律，不计算复杂的油品太赫兹频段折射率和吸收系数，而是充分利用太赫兹时域脉冲波形，提取时域波形所有波峰波谷(如首波谷、首波峰和次波谷)的时间延迟和幅值作为定量分析参数；2、提取所有波动段的线性拟合斜率作为定量分析参数；根据向量夹角余弦值最大的条件，利用最优化求解确定十种参数模型的各自权值；3、提高了太赫兹波形对油品浓度的敏感程度，改善了混油的分析结果，降低检测分析的误差。附图说明图1为一种基于太赫兹时域光谱的管道混油定量检测方法的流程图；图2为一组已知浓度混油样品的太赫兹时域光谱；其中，该已知浓度可以按照一定梯度比例，例如梯度比例为0％、10％、20％……90％、100％，也可以是0％、5％、10％、15％……90％、95％、100％，也可以不按照梯度比例设计，为其他数值，本专利技术实施例对此不做限制。图3为油品太赫兹时域波形脉冲的首波谷A、首波峰B和次波谷C以及下降段a、上升段b、下降段c和上升段d的示意图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本专利技术实施方式作进一步地详细描述。实施例1一种基于太赫兹时域光谱的管道混油定量检测方法，参见图1，该混油定量检测方法包括以下步骤：101：通过线性拟合得到混油体积分数与十组参数的线性拟合模型表达式，即十种混油成分体积分数定量分析模型；102：利用向量夹角余弦的最优化的方法，求解出十组参数的权值；103：利用太赫兹时域光谱仪测量未知体积分数混油样品的时域脉冲波形，并提取时域脉冲波形的十种参数值；104：根据十种混油成分体积分数定量分析模型，以及十组参数的权值，代入未知体积分数混油样品的十种参数值，得到混油成分浓度。其中，步骤101中的十组参数具体为：样品的太赫兹时域光谱中脉冲的首波谷、首波峰和次波谷的时间延迟和幅值大小，共六组参数值；将样品太赫兹脉冲的四段波动：下降段a、上升段b、下降段c和上升段d各自进行线性拟合，并提取各自的斜率，共四组参数。综上所述，本专利技术实施例通过上述步骤101-步骤104提高了太赫兹时域波形分析利用效果，丰富了油品时域波形参数，提高了检测精度。实施例2下面结合图2、图3以及具体的计算公式，实例对实施例1中的方案进行进一步地介绍，描述中以97#汽油和90#汽油的混油为例，详见下文描述：201：利用太赫兹时域光谱仪得到不同比例油品的时域脉冲波形，作为建立和训练模型的标准数据；该步骤的详细操作为：使用太赫兹时域光谱仪对一定梯度比例的已知浓度混油进行样品的太赫兹频段时域光谱测量，获得每个样品完整的太赫兹时域光谱，如图2所示。其中，本专利技术实施例对太赫兹时域光谱仪、被测油品的型号不做限制，对测量方式也不做限制，只要能完成上述功能的设备和常见油品均可，透射、反射等太赫兹时域光谱测量方式均可。202：将样品的太赫兹时域光谱中脉冲的首波谷A、首波峰B和次波谷C的时间延迟和幅值大小共六组参数值提取出来；该步骤的详细操作为：如图3，一个典型的太赫兹时域波形脉冲包含三个本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于太赫兹时域光谱的管道混油定量检测方法，其特征在于，所述混油定量检测方法包括以下步骤：通过线性拟合得到混油体积分数与十组参数的线性拟合模型表达式，即十种混油成分体积分数定量分析模型；利用向量夹角余弦的最优化的方法，求解出十组参数的权值；利用太赫兹时域光谱仪测量未知体积分数混油样品的时域脉冲波形，并提取时域脉冲波形的十种参数值；根据十种混油成分体积分数定量分析模型，以及十组参数的权值，代入未知体积分数混油样品的十种参数值，得到混油成分浓度。

【技术特征摘要】
1.一种基于太赫兹时域光谱的管道混油定量检测方法，其特征在于，所述混油定量检测方法包括以下步骤：通过线性拟合得到混油体积分数与十组参数的线性拟合模型表达式，即十种混油成分体积分数定量分析模型；利用向量夹角余弦的最优化的方法，求解出十组参数的权值；利用太赫兹时域光谱仪测量未知体积分数混油样品的时域脉冲波形，并提取时域脉冲波形的十种参数值；根据十种混油成分体积分数定量分析模型，以及十组参数的权值，代入未知体积分数混油样品的十种参数值，得到混油成分浓度。2.根据权利要求1所述的一种基于太赫兹时域光谱的管道混油定量检测方法，其特征在于，所述十组参数具体为：样品的太赫兹时域光谱中脉冲的首波谷、首波峰和次波谷的时间延迟和幅值大小，共六组参数值；将样品太赫兹脉冲的四段波动：下降段a、上升段b、下降段c和上升段d各自进行线性拟合，并提取各自的斜率，共四组参数。3.根据权利要求1所述的一种基于太赫兹时域光谱的管道混油定量检测方法，其特征在于，所述十种混油成分体积分数定量分...

【专利技术属性】
技术研发人员：李健，周南，李逸楠，曾周末，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津,12