双频相敏解调原油物性参数测量系统及方法技术方案

双频相敏解调原油物性参数测量系统及方法，涉及传感器及检测技术领域。本发明专利技术解决了现有原油含水率和矿化度测量过程中存在准确性差的问题。本发明专利技术通过数字解调信号可以得出电阻和电容信息，通过解调所得油水两相流中电阻值导致的电压变化，来反应电导率的变化，通过解调所得油水两相流中电容值导致的电压变化，来反应含水率的变化，采用档位切换电路，实现含水率和矿化度大量程跨度，提高了其适用范围和适用场合。本发明专利技术适用于原油物性参数测量。量。量。

【技术实现步骤摘要】
双频相敏解调原油物性参数测量系统及方法


[0001]本专利技术涉及传感器及检测


技术介绍

[0002]现阶段原油开采主要采用高压注水的方法，该方法导致开采原油含水率过高，含水率升高会导致石油运输管道容量增加，浪费大量的资源。同时也会影响后续对石油的处理如蒸馏、催化裂化等操作。此外原油水相中存在无机盐成分，其中的无机盐对后续储运、炼制加工、油品质量及设备维护均会造成极大危害。因此准确测量开采出的原油含水率和电导率是该领域中一项关键的任务，其精准计量对油田的质量评估以及开采规划具有重要的意义。
[0003]电容法是原油含水率和矿化度测量的一种常用方法，其存在机械损失小、结构简单、稳定可靠等优点，但其存在原油处于中高含水状态下或中高含盐状态下测量误差极大或根本无法测量的问题，且在目前在测量数据处理时，大多采用数据线性拟合，由于两相流等效介电常数本就是经验公式存在误差，线性拟合使得误差进一步加大。同时目前市面暂未存在能够同时在线测量原油含水率和电导率的设备。现有的研究在测量方面通常采用C/V转换芯片，充放电法与交流激励法对等效模型中的电容进行尽可能准确测量和。在高含水测量方面主要采取电极内侧涂抹绝缘层的方式来解决中高含水或中高含盐状态下测量问题，如申请公布号为CN109596675A，名称为一种三电极式原油含水率传感器测量装置，采用固定单频交流激励法，交流正弦信号通过单一反馈电阻构成的反相放大电路输出含有含水率信号的信号，经信号处理模块送入单片机处理。该专利技术的缺点在于：由于绝缘材料的介电常数较小，将不可避免的减小传感器的等效电容，增加测量难度，并随着时间绝缘层老化会给带来测量误差；另外，其单一反馈电阻会使得测量范围被限制，在含水率变化范围较大时，会使得测量失效；与此同时其单一频率仅仅可以适用于测量含水率检测，无法测量其原油余物性参数。如在基于电容法的原油高含水率测量方法这一论文中，其采用充放电法测量等效电容，并通过温度传感器对温度进行测量补偿，将测量信息送入单片机中处理以获取含水率参数。在数据处理方面，其在一次线性拟合基础上进行二次线性拟合，以提高测量准确度。该专利技术的缺点在于：充放电法在微弱电容测量方面不具备高分辨率测量的能力，使得测量准确度下降。此外，由于电容值与等效介电常数虽为线性关系，但是由于两相流各相的介电常数具有不稳定性，因此由等效介电常数线性拟合含水率存在固有缺陷，使得其准确度固有受限。再如论文一种新型原油含水率远程在线检测系统的研发，文中所设计的检测系统采用平板电极电容传感器，其中的C/V转换采用CAV444芯片，直接采集信息送入stm32单片机中进行处理，在通过上位机显示。该设计的缺点在于：CAV444芯片其测量范围为10pf～10nf，其使得其在低含水情况下，将失去测量能力，同时该芯片的充放电法测量原理也使得其无法在高含水情况下使用。

技术实现思路

[0004]本专利技术目的是为了解决现有原油含水率和矿化度测量过程中存在准确性差的问题，提出了一种双频相敏解调原油物性参数测量装置。
[0005]本专利技术所述的双频相敏解调原油物性参数测量系统，包括：信号发生模块、两个测量电极、档位切换电路、I/V转换运算放大器、温度传感器、ADC采样电路、主控制器和上位机；
[0006]信号发生模块的信号输出端连接一个测量电极，将双频交流叠加信号加载至所述一个测量电极，另一个测量电极连接I/V转换运算放大器的信号输入端，所述双频交流叠加信号为两个频率、幅值不同的信号叠加；
[0007]所述两个测量电极的一端均设置在待测混合液中，且两个测量电极之间留有空隙；
[0008]所述I/V转换运算放大器与档位切换电路并联；
[0009]所述I/V转换运算放大器的信号输出端连接ADC采样电路的信号输入端，温度传感器用于采集待测混合液的温度，并将采集的温度信号传输至所述ADC采样电路的信号输入端；
[0010]所述ADC采样电路的信号输出端连接主控制器的信号输入端，所述主控制器的信号输入端还连接信号发生模块的信号输出端；
[0011]所述主控制器对信号发生模块输出的信号和ADC采样电路输出的信号相乘后进行低通滤波，获得两个直流电压信号，将所述两个直流电压信号上传至上位机，所述上位机利用所述两个直流电压信号，获取待测混合溶液的等效阻容信息，并利用BP神经网络算法，结合所述等效阻容信息、档位切换电路的档位和待测液的温度，计算获取待测混合溶液的含水率和电导率信息。
[0012]进一步地，本专利技术中，信号发生模块包括信号发生器、两个信号放大器、两个低通滤波器和反向加法器；
[0013]信号发生模块输出两个正弦激励信号，所述两个正弦激励信号经信号放大器放大后分别输入至两个低通滤波器，所述两个低通滤波器分别对两个放大后的正弦激励信号低通滤波，低通滤波后的两个信号同时输入至反向加法器，所述反向加法器对两个经低通滤波后的两个信号反向相加，输出双频交流叠加信号。
[0014]进一步地，本专利技术中，主控制器包括两路信号处理电路，每路信号处理电路包括一个数字乘法器和一个低通滤波器，两个数字乘法器分别接收ADC采样电路的输出信号和信号发生模块的输出信号，所述两个数字乘法器分别将接收的信号与对应的参考信号相乘后发送至对应的低通滤波器，两个低通滤波器分别对接收的信号低通滤波，获取两个直流电压信号，并将两个直流电压信号发送至上位机。
[0015]进一步地，本专利技术中，两个测量电极为两个圆柱同轴设置，其中，一个测量电极套设在另一个测量电极的外侧，位于外侧的测量电极为中空的筒形结构，其中位于内侧的测量电极的半径小于位于外侧测量电极的半径。
[0016]进一步地，本专利技术中，档位切换电路包括继电器和多个不同阻值的反馈电阻，所述继电器用于控制与I/V转换运算放大器并联的反馈电阻的阻值。
[0017]双频相敏解调原油物性参数测量方法，该方法基于双频相敏解调原油物性参数测
量系统实现，具体步骤为：
[0018]步骤一、将两个测量电极设置在待测混合液，且两个测量电极之间设有空隙；
[0019]步骤二、利用信号发生器输出两路正弦激励信号，对所述两路正弦激励信号进行放大、低通滤波后，反向相加获取双频交流叠加信号；
[0020]步骤三、将所述双频交流叠加信号传输至一个测量电极，另一个测量电极连接I/V转换运算放大器，将经待测混合液的双频交流叠加信号传输至I/V转换运算放大器，采用ADC采样电路对待测混合液温度信号和至I/V转换运算放大器输出信号进行采样；
[0021]步骤四、将主控制器采用两个数字乘法器分别对ADC采样电路输出的信号与信号发生模块输出的信号与对应的参考信号相乘后进行低通滤波，获得两个直流电压信号；
[0022]步骤五、采用上位机，利用所述两个直流电压信号，获取待测混合溶液的等效阻容信息，并利用BP神经网络算法，结合所述等效阻容信息、档位切换电路的档位和待测液的温度，获取待测混合溶液的含水率和电导率信息。
[0023]进一步地，本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.双频相敏解调原油物性参数测量系统，其特征在于，包括：信号发生模块(1)、两个测量电极(2)、档位切换电路(3)、I/V转换运算放大器(4)、温度传感器(5)、ADC采样电路(6)、主控制器(7)和上位机(8)；信号发生模块(1)的信号输出端连接一个测量电极(2)，将双频交流叠加信号加载至所述一个测量电极(2)，另一个测量电极(2)连接I/V转换运算放大器(4)的信号输入端，所述双频交流叠加信号为两个频率、幅值不同的信号叠加；所述两个测量电极(2)的一端均设置在待测混合液中，且两个测量电极(2)之间留有空隙；所述I/V转换运算放大器(4)与档位切换电路(3)并联；所述I/V转换运算放大器(4)的信号输出端连接ADC采样电路(6)的信号输入端，温度传感器(5)用于采集待测混合液的温度，并将采集的温度信号传输至所述ADC采样电路(6)的信号输入端；所述ADC采样电路(6)的信号输出端连接主控制器(7)的信号输入端，所述主控制器(7)的信号输入端还连接信号发生模块(1)的信号输出端；所述主控制器(7)对信号发生模块(1)输出的信号和ADC采样电路(6)输出的信号相乘后进行低通滤波，获得两个直流电压信号，将所述两个直流电压信号上传至上位机(8)，所述上位机(8)利用所述两个直流电压信号，获取待测混合溶液的等效阻容信息，并利用BP神经网络算法，结合所述等效阻容信息、档位切换电路(3)的档位和待测液的温度，计算获取待测混合溶液的含水率和电导率信息。2.根据权利要求1所述的双频相敏解调原油物性参数测量系统，其特征在于，信号发生模块(1)包括信号发生器(101)、两个信号放大器(102)、两个低通滤波器(103)和反向加法器(104)；信号发生模块(1)输出两个正弦激励信号，所述两个正弦激励信号经信号放大器(102)放大后分别输入至两个低通滤波器(103)，所述两个低通滤波器(103)分别对两个放大后的正弦激励信号低通滤波，低通滤波后的两个信号同时输入至反向加法器(104)，所述反向加法器(104)对两个经低通滤波后的两个信号反向相加，输出双频交流叠加信号。3.根据权利要求1或2所述的双频相敏解调原油物性参数测量系统，其特征在于，主控制器(7)包括两路信号处理电路，每路信号处理电路包括一个数字乘法器和一个低通滤波器，两个数字乘法器分别接收ADC采样电路(6)的输出信号和信号发生模块(1)的输出信号，所述两个数字乘法器分别将接收的信号与对应的参考信号相乘后发送至对应的低通滤波器，两个低通滤波器分别对接收的信号低通滤波，获取两个直流电压信号，并将两个直流电压信号发送至上位机(8)。4.根据权利要求1或2所述的双频相敏解调原油物性参数测量系统，其特征在于，两个测量电极(2)为两个圆柱同轴设置，其中，一个测量电极套设在另一个测量电极的外侧，位于外侧的测量电极为中空的筒形结构，位于内侧的测量电极的半径小于外测量电极半径。5.根据权利要求1或2所述的双频相敏解调原油物性参数测量系统，其特征在于，档位切换电路包括继电器和多个不同阻值的反馈电阻，所述继电器用于控制与I/V...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋春辉，孙文宇，程嵩，陈庆国，池明赫，林林，
申请(专利权)人：哈尔滨理工大学，
类型：发明
国别省市：