CN107748245A - 基于多传感器技术的油罐车卸车含水率计量装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于多传感器技术的油罐车卸车含水率计量装置和方法，其中所述装置包括顺次连接的含水分析仪、中央处理器、BP神经网络处理器、信号转换模块和信号输出模块，所述含水分析仪中含有传感器，所述传感器上具有电容模块、阻抗模块、温度模块、压力模块、电磁波模块，并且所述传感器与中央处理器连接。本发明采用的含水分析仪同时测量多个参数，然后采用信息融合技术计算含水率，并且还采用BP神经网络算法提高测量精度，从而最终提高测量可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及含水率测量技术领域，具体涉及一种基于多传感器技术的油罐车卸车含水率计量装置和方法。
背景技术
在油田开发过程中，直接从油田采出的原油中一般含有一定量的水分，原油中含水会给原油的加工带来困难，增加设备的能耗，因此测量石油的含水量十分必要，目前最常见的输油方式就是油罐车运输，且在油罐车运输原油的过程中计量原油的重量及原油含水量是一种非常可行的方式。
目前油罐车卸车过程中计量含水率主要通过人工化验和含水分析仪测量，人工化验主要采用三点取样的方式进行上、中、下三个点取样，取样后样品交化验室进行化验。此操作方法，上、中、下三点取样不能代表整车的含水率，代表性差，化验时间长，工人劳动强度大，效率低；采用含水分析仪对其进行在线监测具有十分重要的意义。
目前国内外市场上的含水分析仪根据测量原理的不同，可分为电特性法、射线吸收法和密度法。其中电特性含水分析仪还可分为电容法、短波法、微波法和阻抗法等。
电特性含水仪的测量原理都是基于油和水的介电常数差异，而介电常数又与油水混合比率相关，因此当介质流过特定的传感器时，通过电学元件可以检测出介电常数(即含水率)变化所引起的电容、电感、阻抗和(或)振荡频率等物理量的变化，再利用已知的数学公式可以间接求出油中的含水率。
电容法、短波法是依据油、水的电导率或介电常数不同的电学原理而设计的仪表，其含水率监测与水的游离相有关，无法实现0～100％线性监测含水率。
微波吸收法是依据油、水对短波微波的吸收有明显差距的测量原理而设计的仪表，但由于微波、短波作用于分子，与油水状态(油包水或水包油)有关，因此从原理上说不能全量程监测含水率，也无法实现0～100％线性监测含水率。
射线吸收法由于存在放射源，使用不便，所以目前市场上已停止使用。
密度测量法是通过油和水的密度不同，提前设定好油的密度和水的密度，实时测量混合介质的综合密度，然后通过公式计算出油水比率。此测量方法测量误差较大，因为油和水的密度不是固定不变的，随着开采阶段油层层位的变化，油和水的密度也在不断变化，而且介质中如果含有气泡的话混合密度就很难测量准确，对测量结果造成影响。
发明内容
针对目前存在的问题，本发明的目的在于提供一种基于多传感器技术的油罐车卸车含水率计量装置，该装置解决单一原理适应部分工况的问题，采用信息融合技术的含水分析仪，适应范围更广，并且采用BP神经网络处理器，提高了测量准确度。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种基于多传感器技术的油罐车卸车含水率计量装置，所述装置包括顺次连接的含水分析仪、中央处理器、BP神经网络处理器、信号转换模块和信号输出模块，所述含水分析仪中含有传感器，所述传感器上具有电容模块、阻抗模块、温度模块、压力模块、电磁波模块，并且所述传感器与中央处理器连接。
本发明采用的含水分析仪的传感器能够同时测量电容、阻抗、温度、压力、介质吸收电磁波的能量等多个参数，传感器检测到的多个参数进行分析和集成，提取对象的有效信息，以形成某一被测对象信息的全面和完整描述，多传感器信息融合技术与单一传感器的信号处理技术有着本质的区别，关键是多传感器的信息具有更为复杂的形式，而且信息可以在不同层次上进行融合和集成。通常传感器都存在交叉灵敏度，表现在传感器的输出值不只决定于一个参量，当其它参量变化时输出值也要发生变化。在油品含水率检测过程中就存在对温度的交叉灵敏度，对于交叉灵敏度的传感器，其性能不稳定，测量精度较低，为了提高目标参量的测量精度，消除其它干扰量的影响，提高对目标参量的辨识能力，本发明采用多传感器信息融合技术能够有效提高测量准确性。
进一步地，所述装置还包括测量管段，所述含水分析仪的测量端插入所述测量管段中，用于测量所测油品的含水率。
所述中央处理器用于将传感器采集的电容、阻抗、温度、压力、电磁波信号进行处理，然后进行信息融合。所谓信息融合是指将不同的传感器用于不同工况下不同含水范围进行最优化的测量，具体融合方法为：首先阻抗值Z与下限界限值A比较，如果Z值小于A值，中央处理器选择电容传感器为主要测量手段测量低含水率的油品。如果阻抗值Z大于A值切小于上限界限值B此时以阻抗传感器为主，用来测量水包油、油包水状态的含水率，如果阻抗值Z大于B值，此时以电磁波传感器为主要测量手段用来测量高含水率的油品。
BP神经网络处理器中具有BP神经网络算法，该算法具有很强的自组织能力以及容错能力、联想能力，是当前应用最为广泛的一种人工神经网络。它的最大特点是仅仅借助样本数据，无需建立系统的数学模型，就可对系统实现由Rn空间(n为输入节点数)到Rm空间(m为输出节点数)的高度非线性映射。在含水率预测分析中，可以直接使用BP神经网络模型实现系统输入参数与输出参数之间的非线性映射，从而避开了影响方程准确度的误差因素，提高了测量准确度。用BP神经网络方法预测含水率大大提高了预测精度。BP神经网络方法是改善信息融合技术测量含水率精度的有效方法。
优选地，所述测量管段型号为DN100/150。
进一步地，所述含水分析仪上具有显示屏，所述显示屏上显示所测油品的实时温度、压力、瞬时含水率和平均含水率，便于使用者实时了解油品含水率变化的情况。
更进一步地，所述装置还包括电脑主机，所述电脑主机和信号输出模块连接，用于对输出的信息进行显示、处理。
所述装置还包括地磅，并且地磅数据库和电脑主机数据库连接，地磅用于称取油罐车的重量。
更进一步地，所述含水分析仪中包括信号采集模块和控制采集模块，并且所述电脑主机还直接和含水分析仪中的控制采集模块连接，用于发布开始测量命令和结束测量命令。
上述基于多传感器技术计量油罐车卸车含水率的方法为：首先含水分析仪通过传感器采集待测油品的电容、阻抗、温度、压力、电磁波信号，信号传输给中央处理器，中央处理器对所述信号进行信息融合，然后再经过BP神经网络处理器进行处理，处理后的数据经过信号转换后输出。
本发明方法具有如下优点：
本发明采用的含水分析仪同时测量多个参数，然后采用信息融合技术计算含水率，并且还采用BP神经网络算法提高测量精度，从而最终提高测量可靠性和准确度。
附图说明
图1是本发明基于多传感器技术的油罐车卸车含水率计量装置结构示意图；
图2是本发明含水分析仪结构示意图；
图3是本发明装置工作过程示意图；
图中，1-含水分析仪、2-中央处理器、3-BP神经网络处理器、4-信号转换模块、5-输出模块、6-传感器、7-测量管段、8-电脑主机、9-地磅。
具体实施方式
下面将更详细地描述本发明的具体实施例。提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。
如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”或“包括”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。说明书后续描述为实施本发明的较佳实施方式，然所述描述乃以说明书的一般原则为目的，并非用以限定本发明的范围。本发明的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。
实施例1
一种基于多传感器技术的油罐车卸车含水率计量装置，如图1和2所示，所述装置包括顺次连接的含水分析仪1、中央处理器2、BP神经网络处理器3、信号转换模块4和信号输出模块5，所述含水分析仪2中含有传感器6，所述传感器6上具有电容模块、阻抗模块、温度模块、压力模块、电磁波模块，并且所述传感器6与中央处理器3连接。所述装置还包括测量管段7，所述测量管段型号为DN100，所述含水分析仪1的测量端插入所述测量管段7中，用于测量所测油品的含水率。
所述中央处理器2用于将传感器6采集的电容、阻抗、温度、压力、电磁波信号进行处理，然后进行信息融合。具体融合方法为：首先阻抗值Z与下限界限值A比较，如果Z值小于A值，中央处理器选择电容传感器为主要测量手段测量低含水率的油品。如果阻抗值Z大于A值切小于上限界限值B此时以阻抗传感器为主，用来测量水包油、油包水状态的含水率，如果阻抗值Z大于B值，此时以电磁波传感器为主要测量手段用来测量高含水率的油品。
实施例2
一种基于多传感器技术的油罐车卸车含水率计量装置，如图1和2所示，所述装置包括顺次连接的含水分析仪1、中央处理器2、BP神经网络处理器3、信号转换模块4和信号输出模块5，所述含水分析仪2中含有传感器6，所述传感器6上具有电容模块、阻抗模块、温度模块、压力模块、电磁波模块，并且所述传感器6与中央处理器3连接。所述装置还包括测量管段7，所述测量管段型号为DN100，所述含水分析仪1的测量端插入所述测量管段7中，用于测量所测油品的含水率。
所述中央处理器2用于将传感器6采集的电容、阻抗、温度、压力、电磁波信号进行处理，然后进行信息融合。具体融合方法为：首先阻抗值Z与下限界限值A比较，如果Z值小于A值，中央处理器选择电容传感器为主要测量手段测量低含水率的油品。如果阻抗值Z大于A值切小于上限界限值B此时以阻抗传感器为主，用来测量水包油、油包水状态的含水率，如果阻抗值Z大于B值，此时以电磁波传感器为主要测量手段用来测量高含水率的油品。
进一步地，所述含水分析仪1上具有显示屏，所述显示屏上显示所测油品的实时温度、压力、瞬时含水率和平均含水率，便于使用者实时了解油品的情况。更进一步地，所述装置还包括电脑主机8，所述电脑主机8和信号输出模块5连接，用于对输出的信息进行显示、处理。
实施例3
一种基于多传感器技术的油罐车卸车含水率计量装置，如图1和2所示，所述装置包括顺次连接的含水分析仪1、中央处理器2、BP神经网络处理器3、信号转换模块4和信号输出模块5，所述含水分析仪2中含有传感器6，所述传感器6上具有电容模块、阻抗模块、温度模块、压力模块、电磁波模块，并且所述传感器6与中央处理器3连接。所述装置还包括测量管段7，所述测量管段型号为DN100，所述含水分析仪1的测量端插入所述测量管段7中，用于测量所测油品的含水率。
所述中央处理器2用于将传感器6采集的电容、阻抗、温度、压力、电磁波信号进行处理，然后进行信息融合。具体融合方法为：首先阻抗值Z与下限界限值A比较，如果Z值小于A值，中央处理器选择电容传感器为主要测量手段测量低含水率的油品。如果阻抗值Z大于A值切小于上限界限值B此时以阻抗传感器为主，用来测量水包油、油包水状态的含水率，如果阻抗值Z大于B值，此时以电磁波传感器为主要测量手段用来测量高含水率的油品。
进一步地，所述含水分析仪1上具有显示屏，所述显示屏上显示所测油品的实时温度、压力、瞬时含水率和平均含水率，便于使用者实时了解油品的情况。更进一步地，所述装置还包括电脑主机8，所述电脑主机8和信号输出模块5连接，用于对输出的信息进行显示、处理。
所述装置还包括地磅9，所述地磅9和电脑主机8连接，用于称取油罐车的重量。
实施例4
一种基于多传感器技术的油罐车卸车含水率计量装置，如图1和2所示，所述装置包括顺次连接的含水分析仪1、中央处理器2、BP神经网络处理器3、信号转换模块4和信号输出模块5，所述含水分析仪2中含有传感器6，所述传感器6上具有电容模块、阻抗模块、温度模块、压力模块、电磁波模块，并且所述传感器6与中央处理器3连接。所述装置还包括测量管段7，所述测量管段型号为DN100，所述含水分析仪1的测量端插入所述测量管段7中，用于测量所测油品的含水率。
所述中央处理器2用于将传感器6采集的电容、阻抗、温度、压力、电磁波信号进行处理，然后进行信息融合。具体融合方法为：首先阻抗值Z与下限界限值A比较，如果Z值小于A值，中央处理器选择电容传感器为主要测量手段测量低含水率的油品。如果阻抗值Z大于A值切小于上限界限值B此时以阻抗传感器为主，用来测量水包油、油包水状态的含水率，如果阻抗值Z大于B值，此时以电磁波传感器为主要测量手段用来测量高含水率的油品。
进一步地，所述含水分析仪1上具有显示屏，所述显示屏上显示所测油品的实时温度、压力、瞬时含水率和平均含水率，便于使用者实时了解油品的情况。更进一步地，所述装置还包括电脑主机8，所述电脑主机8和信号输出模块5连接，用于对输出的信息进行显示、处理。
所述装置还包括地磅9，并且地磅数据库和电脑主机数据库连接，所述地磅用于称取油罐车的重量。
更进一步地，所述含水分析仪1中包括信号采集模块和控制采集模块，并且所述电脑主机8还直接和含水分析仪1中的控制采集模块连接，用于发布开始测量命令和结束测量命令。
上述基于多传感器技术计量油罐车卸车含水率的方法为：如图3所示，首先含水分析仪通过传感器采集待测油品的电容、阻抗、温度、压力、电磁波信号，信号传输给中央处理器，中央处理器所述信号进行信息融合，然后再经过BP神经网络处理器进行处理，处理后的数据经过信号转换后输出。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。
Claims (9)
1.一种基于多传感器技术的油罐车卸车含水率计量装置，其特征在于，所述装置包括顺次连接的含水分析仪、中央处理器、BP神经网络处理器、信号转换模块和信号输出模块，所述含水分析仪中含有传感器，所述传感器上具有电容模块、阻抗模块、温度模块、压力模块、电磁波模块，并且所述传感器与中央处理器连接。
2.根据权利要求1所述的基于多传感器技术的油罐车卸车含水率计量装置，其特征在于，所述装置还包括测量管段，所述含水分析仪的测量端插入所述测量管段中。
3.根据权利要求2所述的基于多传感器技术的油罐车卸车含水率计量装置，其特征在于，所述测量管段型号为DN100/150。
4.根据权利要求1所述的基于多传感器技术的油罐车卸车含水率计量装置，其特征在于，所述含水分析仪上具有显示屏，所述显示屏上显示所测油品的实时温度、压力、瞬时含水率和平均含水率。
5.根据权利要求1所述的基于多传感器技术的油罐车卸车含水率计量装置，其特征在于，所述装置还包括电脑主机，所述电脑主机和信号输出模块连接。
6.根据权利要求1所述的基于多传感器技术的油罐车卸车含水率计量装置，其特征在于，所述中央处理器用于将传感器采集的电容、阻抗、温度、压力、电磁波信号进行处理，然后进行信息融合。
7.根据权利要求1所述的基于多传感器技术的油罐车卸车含水率计量装置，其特征在于，所述装置还包括地磅，并且地磅数据库和电脑主机数据库连接。
8.根据权利要求1所述的基于多传感器技术的油罐车卸车含水率计量装置，其特征在于，所述含水分析仪中包括信号采集模块和控制采集模块，并且所述电脑主机还直接和含水分析仪中的控制采集模块连接，用于发布开始测量命令和结束测量命令。
9.一种基于多传感器技术计量油罐车卸车含水率的方法，其特征在于，所述方法为：首先含水分析仪通过传感器采集待测油品的电容、阻抗、温度、压力、电磁波信号，信号传输给中央处理器，中央处理器对所述信号进行信息融合，然后再经过BP神经网络处理器进行处理，处理后的数据经过信号转换后输出。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20180302 |