【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及测量检测，具体的，涉及一种离子浓度的检测方法及系统。
技术介绍
1、钻井液作为钻井过程中必不可少的介质，可以起到携带岩土、控制压力、保证岩层稳定等作用。为保证钻井液性能稳定，需要对其中所含的氯离子、钙离子等浓度指标进行实时检测。
2、不同类型的钻井液颜色不同，难以预设颜色值，且野外环境复杂，会严重影响颜色判断，因此目前难以通过颜色变化来准确识别不同类型的钻井液。目前的测量方法多用于实验室，常需要现场专业人员对钻井液采样后待会实验室，再由人工操作仪器对其进行颜色滴定检测。而人工检测存在光照环境影响、肉眼识别颜色不准等因素，且存在检测时间长、检测结果一致性差、检测结果滞后等问题，无法满足在线实时检测的需要。
3、现在常规的液体测量方法包括电导率测量法、离子交换法、光谱分析法、视觉识别法等。电导率测量法存在的问题：钻井液离子浓度普遍都超出传感器测量量程，不利于钻井液离子浓度的检测。采用的电导率测量法是将钻井液滤液稀释，然后将氯离子浓度传感器伸入离子浓度稀释测量装置上，通过运行全自动稀释流程，测量出的氯离子浓度与滴定标准浓度对比测量误差在10％以内。但是这种稀释浓度的做法会导致本来检测结果误差大，而且钻井液实验标准api所不认可的。离子交换法存在的问题：可检测某些特定的离子浓度，但每三个月左右要更换碳小柱，碳小柱成本较贵，导致整体成本增加，且钻井液里的成份复杂，易导致交换出不需要的其他离子，影响检测结果。光谱分析法存在的问题：进口的光谱分析仪器价格较高，能够较为准确测量的仪器，甚至要好几百万的费用。
4、综上，常规的液体测量方法普遍存在检测结果不准确，检测成本高等问题。目前的液体颜色检测方法绝大多数都是基于固定参考颜色检测方法，根据固定的参考颜色或颜色库，再将检测的颜色信号与固定颜色作对比，来判断终点。而根据化学标准的api操作方法，采用颜色传感器，根据化学离子滴定时的终点颜色来计算离子浓度，比电导率测定的误差更小。其造价比光谱分析和离子交换要少，且操作步骤完全按照api来执行，能够得到钻井液公司的认可。
5、此外，如果要实时自动检测钻井液离子浓度含量，则需要同时实现压饼、过滤等步骤的自动化控制。但常规的自动化控制和测量方法往往只涉及单一步骤，需要的部件数量多，控制方法复杂且稳定性差，且集成后的设备体积庞大，不便于在钻井现场运输和安装。因此，急需一种检查准确、可以实现液体界面自动化检测的装置和方法。
6、公开号为“cn210572050u”、名称为“一种钻井液离子浓度检测分析装置”的中国专利公开了一种检测钻井液离子浓度的装置，该检测装置通过对钻井液样本进行荧光检测分析以获取钻井液的离子浓度。区别于该专利，本申请提供了一种更为准确的钻井液离子浓度的检测方法，除对钻井液样本进行颜色检测方法之外，还添加了余弦相似度的检测内容，并且将两者数据进行综合比较得到结果，使结果更加准确。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于解决现有技术存在的上述不足中的至少一项。例如，本专利技术的目的之一在于提供一种过程安全结果准确的离子浓度的检测方法。又如，本专利技术另一目的在于提供一种结构简单检测效率高的离子浓度的检测系统。
2、为了实现上述目的，本专利技术一方面提供了一种离子浓度的检测方法，所述方法可包括以下步骤：在颜色空间中，通过模糊c均值聚类算法将终点颜色聚类成为不同的颜色区域，并确定聚类中心，同时确定聚类中心颜色值；预设检测的颜色值与聚类中心颜色值之间的色差值，使用色差公式计算得到检测的颜色值与聚类中心颜色值的可接受性色差值，在滴定过程中逐渐使可接受性色差值逼近预设色差值；预设余弦相似度，计算颜色空间中液体颜色的空间向量与终点颜色的空间向量之间的余弦相似度；若可接受性色差值满足预设色差值，且余弦相似度满足预设余弦相似度，则当前检测的液体颜色为终点颜色，停止滴定；根据达到滴定终点时所消耗的滴定试剂的体积计算出被测液体的离子浓度。
3、根据本专利技术一方面的一个或多个示例性实施例，所述模糊c均值聚类算法可包括：设定参数，建立目标函数；计算lab颜色空间中检测点颜色值至聚类中心色差值的欧式距离；计算隶属度并更新划分矩阵，更新聚类中心直至聚类中心迭代变化量小于迭代停止阈值则停止更新。
4、根据本专利技术一方面的一个或多个示例性实施例，所述设定参数可包括：令x＝{x1，x2，…，xn}，将这n个n维特征矢量(j＝1，2，…，n)分成c类，分类结果用分划矩阵u＝(uij)cxn表示，此矩阵的阵元uij表示目标xj属于ωi类的程度或资格，隶属度矩阵u的阵元应满足uij∈[0,1]；所述建立目标函数可包括：设立如式1所示的目标函数jfcm：
5、
6、其中，m为加权指数，表示为隶属度因子，m∈[1,∞)；||xj-vi||表示为xj到中心vi欧式距离，目标函数jfcm越小越好；
7、所述欧氏距离为基于lab颜色空间的欧氏距离d，公式如式2所示：
8、
9、其中，l1表示为样本颜色明亮度，l2表示为检测颜色明亮度；a1表示为样本颜色红绿色，a2表示为检测颜色红绿色；b1表示为样本颜色黄蓝色，b2表示为检测颜色黄蓝色。
10、根据本专利技术一方面的一个或多个示例性实施例，所述计算隶属度并更新划分矩阵可包括：指定聚类类别数c，2≤c≤n，n为数据个数，设定迭代停止阈值ε，初始化聚类中心v0，设置迭代计数器b＝0；根据式3计算隶属度并更新划分矩阵uij：
11、
12、其中，uij表示为最后的隶属度矩阵；c表示为聚类类别数；||xj-vi||表示为xj到中心点vi欧式距离；m∈[1,∞)，为加权指数，表示为隶属度因子；
13、所述更新聚类中心可包括：根据式4更新聚类中心v(b+1)：
14、
15、其中，vi表示为聚类中心；uij表示为最后的隶属度矩阵；c表示为聚类类别数，如果聚类中心迭代变化量||vb-v(b+1)||<ε，则算法停止输出划分矩阵和聚类中心vi，否则令b＝b+1，转向执行计算隶属度并更新划分矩阵的步骤。
16、根据本专利技术一方面的一个或多个示例性实施例，所述预设色差值可等于或小于2.5。
17、根据本专利技术一方面的一个或多个示例性实施例，所述预设余弦相似度可为[0,1]。
18、根据本专利技术一方面的一个或多个示例性实施例，所述色差公式可如式5所示：
19、
20、其中，δe00表示为可接受性色差；δl’表示为明度差；δc’表示为彩度差、δh’表示为色相差；kl表示为明度权重因子；kc表示为彩度权重因子；kh表示色相权重因子。
21、根据本专利技术一方面的一个或多个示例性实施例，所述余弦相似度的计算方式可包括：在二维空间，测量两个颜色向量的夹角的余弦值来度量它们之间本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种离子浓度的检测方法，其特征在于，所述检测方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的离子浓度的检测方法，其特征在于，所述模糊C均值聚类算法包括：设定参数，建立目标函数；计算Lab颜色空间中的检测点颜色值至聚类中心色差值的欧式距离；计算隶属度并更新划分矩阵，更新聚类中心直至聚类中心迭代变化量小于迭代停止阈值则停止更新。
3.根据权利要求2所述的离子浓度的检测方法，其特征在于，所述设定参数包括：
4.根据权利要求2所述的离子浓度的检测方法，所述计算隶属度并更新划分矩阵包括：指定聚类类别数C，2≤C≤n，n为数据个数，设定迭代停止阈值ε，初始化聚类中心V0，设置迭代计数器b＝0；根据式3计算隶属度并更新划分矩阵uij：
5.根据权利要求1所述的离子浓度的检测方法，其特征在于，所述预设色差值等于或小于2.5。
6.根据权利要求1所述的离子浓度的检测方法，其特征在于，所述预设余弦相似度为[0,1]。
7.根据权利要求1所述的离子浓度的检测方法，其特征在于，所述色差公式如式5所示：
8.根据权利要求1
9.一种离子浓度的检测系统，其特征在于，所述检测系统包括滴定组件、光纤传输单元、检测单元和遮光件，其中，
10.根据权利要求9所述的离子浓度的检测系统，其特征在于，所述检测单元还包括光照强度调节模块，所述光照强度调节模块能够实时显示当前的光照值，并调节检测光照亮度。
...【技术特征摘要】
1.一种离子浓度的检测方法，其特征在于，所述检测方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的离子浓度的检测方法，其特征在于，所述模糊c均值聚类算法包括：设定参数，建立目标函数；计算lab颜色空间中的检测点颜色值至聚类中心色差值的欧式距离；计算隶属度并更新划分矩阵，更新聚类中心直至聚类中心迭代变化量小于迭代停止阈值则停止更新。
3.根据权利要求2所述的离子浓度的检测方法，其特征在于，所述设定参数包括：
4.根据权利要求2所述的离子浓度的检测方法，所述计算隶属度并更新划分矩阵包括：指定聚类类别数c，2≤c≤n，n为数据个数，设定迭代停止阈值ε，初始化聚类中心v0，设置迭代计数器b＝0；根据式3计算隶属度并更新划分矩阵uij：
...
【专利技术属性】
技术研发人员：李枝林，康桂琼，邓虎，庞东晓，卢齐，黄崇君，周京吾，徐建超，张林，韩雄，
申请(专利权)人：中国石油天然气集团有限公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。