一种基于红外光谱法的油品含水率测量仪及测量方法技术

本发明专利技术提供了一种基于红外光谱法的油品含水率测量仪及测量方法，属于传感器与检测技术领域，测量仪包括：传感器光源模块(1)、光纤敏感模块(2)和信号处理模块(3)。传感器光源模块(1)的发出两种分别为油和水的特征吸收峰波长的激光并将其整合到一个通道内，通过光纤敏感模块(2)传输到待测油品(4)中并产生红外吸收作用，光纤敏感模块(2)将两种红外吸收光收集并传入信号处理模块(3)中，通过信号处理模块(3)获得两种红外吸收光的光谱特性曲线并对其进行信号处理分析得到待测油品(4)的含水率。本发明专利技术相较于传统的油品含水率测量仪，拥有高精度、传输特性良好、便捷、光能利用率高、成本低的技术优点。

An Oil Moisture Content Measuring Instrument and Method Based on Infrared Spectroscopy

The invention provides an oil moisture content measuring instrument and a measuring method based on infrared spectroscopy, which belongs to the field of sensor and detection technology. The measuring instrument comprises a sensor light source module (1), an optical fiber sensing module (2) and a signal processing module (3). The sensor light source module (1) emits two kinds of laser with characteristic absorption peak wavelength of oil and water respectively and integrates them into a channel. The laser is transmitted to the oil product (4) to be measured through the optical fiber sensing module (2) and produces infrared absorption. The optical fiber sensing module (2) collects and transmits two kinds of infrared absorption light into the signal processing module (3), and obtains two kinds of infrared absorption through the signal processing module (3). The spectral characteristic curve of light and its signal processing analysis are used to obtain the water content of the oil (4) to be measured. Compared with the traditional oil water content measuring instrument, the present invention has the advantages of high precision, good transmission characteristics, convenience, high utilization rate of light energy and low cost.

【技术实现步骤摘要】
一种基于红外光谱法的油品含水率测量仪及测量方法
本专利技术涉及传感器与检测
，尤其涉及一种基于红外光谱法的油品含水率测量仪及测量方法。
技术介绍
油品含水直接影响油品的生产、运输、储存和使用。一般来说油品中含水存在以下危害:(1)轻质燃料油中含有水分，则使冰点升高，低温流动性能变坏，如航空燃料在高空飞行，则产生冰堵塞输油管，使供油中断。(2)润滑油含水则在冬季冻结成冰粒，堵塞输油管道和过滤网，在发动机的某些部分冻结后还会增加机件的磨损。(3)电气用油中有水，则会因水的存在而降低其介电性能，严重的会引起短路，甚至烧毁设备。(4)汽油在生产与储运过程中容易有水分，特别是大型油罐底部的汽油的水分含量大，当加完油后，汽车在行走过程中如果突然死火或抖动厉害，那么很可能是含水汽油。目前用于待测油品含水率测量的仪器有：射线法含水率测量仪、短波型含水率测定仪、电容式含水率测定仪、射频法含水率测量仪。射线法含水率测量仪的原理是：放射性同位素放射出的γ射线穿过介质时，其强度要衰减，衰减的大小随介质的不同而不同，即取决于介质对γ射线的质量吸收系数和介质的密度。放射性同位素发出的γ射线源在穿透被测对象(油品)时，与油品相互作用，γ射线的强度(数目)将发生变化，这种变化通过射线探测器探测出来，并经电路放大整形和单片机的计数处理得到含水率。但射线法由于油和水的吸收系数相差不大，因此测量精度不高，且存在射线辐射的危险，容易对使用及管理人员的人身造成伤害，而且存在造价高，使用和维修困难等问题。短波型含水率测定仪是将电能以电磁波的形式辐射到以乳化状态存在的油水介质中，根据油、水对短波吸收能力的不同来检测油水乳化液中的含水量。短波式含水率测定仪要求振荡器的振荡频率稳定性较高，且易受内部复杂成分的干扰，严重影响测量时的精度，且此方法成本高，使用和维护困难。电容式含水率测定仪的测量原理是:油和水的介电常数不同，并且差距很大，电容法就是利用油和水的这个参数特点来测定含水率大小的。油中含水量增加会导致介电常数增大，而两极板间的电容就会随之增高，就会进而改变振荡频率，通过测量振荡频率就可以测得介质的含水率值。但是一般来说电容式传感器的电容量很小，寄生电容和外界环境的变化都会影响到电容传感器的精度。而且电容法的量程范围小、可调性差，仅适合于含水率低于30％的油田。射频法含水率测量仪的原理是：水和油两者的介电常数相差很大，因而所呈现的射频阻抗特性差异也很大，当射频信号经天线传到以油水混合液为介质的负载时，该负载阻抗随着混合液中不同的油水比而变化，通过电流互感器检测出由阻抗变化引起的电流变化从而测出原油含水率。实验证明，在射频约为10MHz时，油和水的射频阻抗特性差别最大，故射频一般设计成10MHz。这样就造成电路复杂且成本较大，并受环境的影响而难以实现高精度检测。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术的目的在于提供一种基于红外光谱法的油品含水率测量仪及测量方法，解决了现有技术中油品含水率测试仪精度低、成本高、维修困难和传输性能差的问题。本专利技术通过下述技术方案实现：一种基于红外光谱法的油品含水率测量仪包括：传感器光源模块、光纤敏感模块和信号处理模块。当传输光纤为1米时，传感器光源模块发出功率为5mW的两种不同波长的激光并将其整合到一个通道内，若传输光纤长度明显增加，则需增大传感器光源模块功率，通过光纤敏感模块传输到待测油品中并产生红外吸收作用，光纤敏感模块将两种红外吸收光收集并传入信号处理模块中，通过信号处理模块获得两种红外吸收光的光谱特性曲线并对其进行信号处理分析得到待测油品的含水率。进一步地，当传输光纤为1米时，传感器光源模块发出功率为5mW的两种不同波长的激光，当传输光纤为长度明显增加，则需增大传感器光源模块功率。进一步地，所述的传感器光源模块将两种不同波长的激光整合到一个通道输出到光纤敏感模块的输入端；具体地，所述的传感器光源模块包括：两种不同波长的激光源和第一波分复用器，两种不同波长的激光源的输出端均与第一波分复用器的输入端连接，第一波分复用器的输出端与光纤敏感模块中Y型光纤的发射端x连接。具体地，所述的两种不同波长的激光源产生两种不同波长的激光；所述的第一波分复用器将两种不同波长的激光整合到一个通道输出到光纤敏感模块。具体地，所述的两种不同波长的激光源包括波长为1450nm水吸收峰的第一激光源，波长为1730nm油吸收峰的第二激光源。具体地，选取水和油的吸收峰作为两个检测波长的优势之一在于不同含水率油品的吸收率会产生最为明显的变化，使仪器的灵敏度高。采用双特征波长检测的优势之二相比于采用宽谱光源，双特征波长检测的光能利用率更大；这是由于使用宽谱光源后在进行吸收光红外光谱采集时必须要用到光谱仪来对宽谱光进行准直，分光，成像等一系列操作，在光谱仪中光会由于多次反射、衍射使得原本较弱的红外吸收光再次受到大量损失，系统的光能利用率低下，变相地影响了系统的灵敏度；而采用双特征波长检测时，红外光采集仅需使用波分复用器将两个特征波长的光进行分开，系统的光能利用率高，使得系统的灵敏度不受影响。采用双特征波长检测的优势之三在于成本，宽谱红外吸收检测采用的光谱仪在市场上价格少则几万，多则几十上百万，而双特征波长检测采用的波分复用器仅需千元左右的价格，成本低，效果好。具体地，所述的传感器光源模块还包括一个用于探测本测量方法是否稳定的参照激光源即波长为1200nm第三激光源，水和油在该波长处吸收不明显；具体地，所述的激光源产生的三种不同波长的激光均是红外光。进一步地，光纤敏感模块包括：Y型光纤、传输光纤和光纤探头，Y型光纤的发射端x与传感器光源模块输出端连接，接收端y与信号处理模块的输入端连接，收发端z通过传输光纤与光纤探头连接。具体地，光纤敏感模块用于将两种不同波长的激光入射到待测油品并收集红外吸收光传入到信号处理模块。具体地，所述的光纤探头包括透镜、反射镜、入射光纤和收集光纤，所述的透镜与反射镜之间的间距固定并且中间留空，使待测油品通过；所述的光纤敏感模块中的光纤探头一方面将传感器光源模块产生的激光依次经Y型光纤的发射端x、传输光纤、Y型光纤的收发端z、入射光纤和透镜汇聚传输到待测油品中，产生红外吸收作用，另一方面将反射镜反射的红外吸收光收集并传入收集光纤，再经光纤敏感模块中的Y型光纤输出端y传入信号处理模块中。进一步地，信号处理模块包括：红外光谱采集系统和嵌入式计算机系统，红外光谱采集系统输入端与光纤敏感模块中Y型光纤的接收端y连接，红外光谱采集系统的输出端与嵌入式计算机系统的输入端连接。具体地，所述的红外光谱采集系统包括第二波分复用器与光电探测器，所述的第二波分复用器的输入端与光纤敏感模块的中Y型光纤的接收端y连接，第二波分复用器的输出端与光电探测器的输入端连接，光电探测器的输出端与嵌入式计算机系统的输入端连接。进一步地，所述的第二波分复用器将两种不同波长的红外吸收光从一个通道分开成两种通道，得到两种波长单独的红外吸收光；所述的光电探测器采集两种波长红外吸收光的光谱信息并将其转换为电信号传输给信号处理模块中的嵌入式计算机系统。进一步地，所述的信号处理模块用于进行信号处理分析得到待测油品的含水率；进一步地，计算机嵌入式系统将红外光谱采集系统采本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于红外光谱法的油品含水率测量仪，其特征在于，包括：一个传感器光源模块(1)、一个光纤敏感模块(2)和一个信号处理模块(3)，其中，传感器光源模块(1)将两种不同波长的激光整合到一个通道输出到光纤敏感模块(2)；光纤敏感模块(2)包括：Y型光纤(21)、传输光纤(22)和光纤探头(23)，Y型光纤(21)的发射端x与传感器光源模块(1)输出端连接，接收端y与信号处理模块(3)的输入端(31)连接，收发端z通过传输光纤(32)与光纤探头(23)连接；信号处理模块(3)包括：红外光谱采集系统(31)和嵌入式计算机系统(32)，红外光谱采集系统(31)输入端与光纤敏感模块(2)中Y型光纤(21)的接收端y连接，红外光谱采集系统(31)将两种波长光信号分开并采集两种波长红外吸收光的光谱信息将其转换为电信号传输到嵌入式计算机系统(32)的输入端。

【技术特征摘要】
1.一种基于红外光谱法的油品含水率测量仪，其特征在于，包括：一个传感器光源模块(1)、一个光纤敏感模块(2)和一个信号处理模块(3)，其中，传感器光源模块(1)将两种不同波长的激光整合到一个通道输出到光纤敏感模块(2)；光纤敏感模块(2)包括：Y型光纤(21)、传输光纤(22)和光纤探头(23)，Y型光纤(21)的发射端x与传感器光源模块(1)输出端连接，接收端y与信号处理模块(3)的输入端(31)连接，收发端z通过传输光纤(32)与光纤探头(23)连接；信号处理模块(3)包括：红外光谱采集系统(31)和嵌入式计算机系统(32)，红外光谱采集系统(31)输入端与光纤敏感模块(2)中Y型光纤(21)的接收端y连接，红外光谱采集系统(31)将两种波长光信号分开并采集两种波长红外吸收光的光谱信息将其转换为电信号传输到嵌入式计算机系统(32)的输入端。2.根据权利要求1所述的一种基于红外光谱法的油品含水率测量仪，其特征在于，所述的传感器光源模块(1)包括：两种不同波长的激光源(11)和第一波分复用器(12)，两种不同波长的激光源(11)的输出端均与第一波分复用器(12)的输入端连接，第一波分复用器(12)的输出端与光纤敏感模块(2)中Y型光纤(21)的发射端x连接。3.根据权利要求2所述的一种基于红外光谱法的油品含水率测量仪，其特征在于：所述的两种不同波长的激光源(11)包括波长为1450nm水吸收峰的第一激光源(111)，波长为1730nm油吸收峰的第二激光源(112)。4.根据权利要求2所述的一种基于红外光谱法的油品含水率测量仪，其特征在于：所述的传感器光源模块(1)还包括一个用于探测本率测量仪是否稳定的参照激光源即波长为1200nm第三激光源(113)，水和油在该波长处吸收不明显。5.根据权利要求3或4所述的一种基于红外光谱法的油品含水率测量仪，其特征在于：所述的激光源(11)产生的三种不同波长的激光均是红外光。6.根据权利要求1所述的一种基于红外光谱法的油品含水率测量仪，其特征在于：所述的光纤探头(23)包括透镜(231)、反射镜(232)、入射光纤(233)和收集光纤(234)，所述的透镜(231)与反射镜(232)之间的间距固定并且中间留空，使待测油品(4)通过；所述的光纤敏感模块(2)中的光纤探头(23)一方面将传感器光源模块(1)产生的两种不同波长的激光依次经Y型光纤(21)的发射端x、传输光纤(22)、Y型光纤(21)的收发端z、入射光纤(233)和透镜(231)汇聚传输到待测油品(4)中，产生红外吸收作用，另一方面经反射镜(232)、收集光纤(234)，传输光纤(22)、Y型光纤(21)输出端y传入信号处理模块(3)中。7.根据权利要求1所述的一种基于红外光谱法的油品含水率测量仪，其特征在于：所述的红外光谱采集系统(31)包括第二波分复用器(311)与光电探测器(312)，所述的第二波分复用器(311)的输入端与光纤敏感模块(2)中Y型光纤(21)的接收端y连接，第二波分复用器(311)将两种不同波长的红外吸收光从一个通道分开为两个通道输出到光电探测器(312)的输入端，光电探测器(312)采集两种波长红外吸收光的光谱信息并将其转换为电信号输出到嵌入式计算机系统(...

【专利技术属性】
技术研发人员：张一川，王毅，李保吉，
申请(专利权)人：四川莱威盛世科技有限公司，
类型：发明
国别省市：四川,51