RU2308707C2 - Detector for detecting oil concentration in water - Google Patents
Detector for detecting oil concentration in water Download PDFInfo
- Publication number
- RU2308707C2 RU2308707C2 RU2005124888/28A RU2005124888A RU2308707C2 RU 2308707 C2 RU2308707 C2 RU 2308707C2 RU 2005124888/28 A RU2005124888/28 A RU 2005124888/28A RU 2005124888 A RU2005124888 A RU 2005124888A RU 2308707 C2 RU2308707 C2 RU 2308707C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- scattering volume
- photodetectors
- oil
- water
- detector
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Abstract
Description
Техническое решение относится к нефтедобывающей, химической и другим отраслям промышленности, в которых используются устройства для анализа качества воды, в частности определения концентрации нефти в промысловых сточных водах, используемых в технологическом процессе их очистки и подготовки для обратной закачки в пласт.The technical solution relates to the oil, chemical and other industries that use devices for analyzing water quality, in particular, determining the concentration of oil in commercial wastewater used in the technological process of their treatment and preparation for re-injection into the reservoir.
Известен детектор концентрации нефти в воде (см. Патент США №4201471 «Детектор концентрации нефти», G01N 21/00, 11.08.1978), который содержит рассеивающий объем, выполненный в виде полого цилиндра, закрепленный через конические переходы в разрыве трубопровода промысловых сточных вод, в котором выполнены три прозрачных окна, соединенные с помощью волоконно-оптических кабелей соответственно с лазером и двумя фотоприемниками, причем один фотоприемник служит для регистрации прямого излучения лазера, прошедшего через рассеивающий объем, а второй, окно для которого установлено под углом α1 относительно окна для регистрации прямого излучения, для регистрации излучения, рассеянного на нефтяных частицах, при этом выходы фотоприемников через предварительные усилители, аналого-цифровой преобразователь и интерфейс подключены к входу компьютера.A known oil concentration detector in water (see US Patent No. 4201471 "Oil concentration detector", G01N 21/00, 08/11/1978), which contains a scattering volume, made in the form of a hollow cylinder, fixed through conical passages in the gap of the field sewage pipeline in which three transparent windows are made, connected with fiber optic cables, respectively, to a laser and two photodetectors, one photodetector serving to register direct laser radiation transmitted through the scattering volume, and the second window For which it is installed at an angle α 1 relative to the window for detecting direct radiation, for detecting radiation scattered by oil particles, while the outputs of the photodetectors through preamplifiers, an analog-to-digital converter, and the interface are connected to the computer input.
Работа детектора концентрации нефти в воде заключается в том, что через протекающие в рассеивающем объеме промысловые сточные воды пропускают излучение лазера, причем на одном фотоприемнике регистрируется прошедшее прямое излучения лазера, а на втором - рассеянное на нефтяных частицах. Зарегистрированные сигналы через предварительные усилители, аналого-цифровой преобразователь и интерфейс поступают на компьютер, в котором по заданным измерительным характеристикам и алгоритмам определяется концентрация нефти в воде.The operation of the oil concentration detector in water consists in the fact that laser radiation passes through the industrial waste water flowing in the scattering volume, moreover, the transmitted direct laser radiation is recorded at one photodetector and scattered from oil particles at the second. The registered signals are transmitted through pre-amplifiers, an analog-to-digital converter and an interface to a computer, in which the concentration of oil in water is determined by the specified measuring characteristics and algorithms.
Известен детектор концентрации нефти в воде (см. Патент США №4265535 «Метод и детектор для определения концентрации нефти в воде», G01N 21/00, 05.05.1981), который содержит рассеивающий объем, выполненный в виде полого цилиндра, закрепленный через конические переходы в разрыве трубопровода промысловых сточных вод, в котором выполнены три прозрачных окна, соединенные с помощью волоконно-оптических кабелей соответственно с лазером и двумя фотоприемниками, причем один фотоприемник служит для регистрации прямого излучения лазера, прошедшего через кольцевой объем, а второй, окно для которого установлено под углом α1 относительно окна для регистрации прямого излучения, для регистрации излучения, рассеянного на нефтяных частицах, при этом выходы фотоприемников через предварительные усилители, аналого-цифровой преобразователь и интерфейс подключены к входу компьютера, в котором введено дополнительное окно, соединенное через волоконно-оптический кабель с дополнительным фотоприемником рассеянного света, при этом дополнительное окно расположено под углом α2>α1, причем α1<40°, а α2>40°.A known oil concentration detector in water (see US Patent No. 4265535 "Method and detector for determining the oil concentration in water", G01N 21/00, 05/05/1981), which contains a scattering volume, made in the form of a hollow cylinder, mounted through conical transitions in the rupture of the field wastewater pipeline, in which three transparent windows are made, connected with a fiber optic cable respectively to a laser and two photodetectors, and one photodetector serves to detect direct laser radiation transmitted through the ring Eve volume, and the second window which is set at an angle α 1 relative to the window for the registration of the direct radiation, the radiation detecting scattered by oil particles, the outputs of photodetectors through preamplifiers, analog-to-digital converter and an interface connected to the computer input, in which introduced an additional window connected through an optical fiber cable with an additional photodetector of scattered light, while the additional window is located at an angle α 2 > α 1 , with α 1 <40 °, and α 2 > 40 °.
Работа указанного детектора концентрации нефти в воде аналогична работе предыдущего детектора. Улучшение точности измерения связано с тем, что первый фотоприемник рассеянного света регистрирует излучение от всех типов частиц, а второй - только от нефтяных.The operation of the indicated detector of the concentration of oil in water is similar to the operation of the previous detector. Improving the measurement accuracy is due to the fact that the first scattered-light photodetector registers radiation from all types of particles, and the second only from oil.
Прототипом технического решения является детектор нефти в воде (см. Патент США №4672216 «Метод и детектор для определения концентрации нефти в воде», G01N 21/00, 06.09.1987), который содержит рассеивающий объем, выполненный в виде полого цилиндрического тела, закрепленный через конические переходы в разрыве трубопровода промысловых сточных вод, блок промывки, блок калибровки и блок аварийной сигнализации, имеющие входы управления включением/выключением, подключенные через соответствующие выходы интерфейса к выходу компьютера, в рассеивающем объеме выполнено N прозрачных окон, в которые вставлены лазер и N-1 фотоприемников, причем один фотоприемник служит для регистрации прямого излучения лазера, прошедшего через кольцевой объем, а остальные N-2 для регистрации излучения, рассеянного на нефтяных частицах, при этом окна для них установлены под углами 0<αN-1<90° относительно окна для регистрации прямого излучения, а выходы фотоприемников через предварительные усилители, коммутатор, усилители с детектором фазы, аналого-цифровой преобразователь и интерфейс подключены к входу компьютера, при этом лазер, фотоприемники, предварительные усилители и рассеивающий объем помещены в защитный кожух.The prototype of the technical solution is an oil-in-water detector (see US Pat. No. 4,672,216, “Method and Detector for Determining the Oil-Water Concentration”, G01N 21/00, September 6, 1987), which contains a scattering volume made in the form of a hollow cylindrical body, fixed through conical passages in the rupture of the field wastewater pipeline, a flushing unit, a calibration unit and an alarm unit having on / off control inputs connected through the corresponding interface outputs to the computer output in a scattering volume N transparent windows were made into which a laser and N-1 photodetectors were inserted, one photodetector being used to detect direct laser radiation transmitted through the annular volume, and the remaining N-2 to detect radiation scattered by oil particles, and windows were installed for them at angles of 0 <α N-1 <90 ° relative to the window for the registration of the direct radiation and the outputs of photodetectors through preamplifiers, switch, detector amplifiers phase, analog-to-digital converter and an interface connected to the computer input, When this laser, photodetectors, preamplifiers and the scattering volume is placed in a protective casing.
Работа детектора концентрации нефти в воде заключается в том, что через протекающие в рассеивающем объеме промысловые сточные воды пропускают излучение лазера, причем на одном фотоприемнике регистрируется прошедшее прямое излучения лазера, а на остальных N-2 фотоприемниках - рассеянное на нефтяных частицах. Зарегистрированные сигналы поочередно через предварительные усилители, коммутатор и усилители с детектором фазы, аналого-цифровой преобразователь и интерфейс поступают на компьютер, в котором по заданным измерительным характеристикам и алгоритмам определяется концентрация нефти в воде.The operation of the oil-water concentration detector consists in the fact that laser radiation passes through the industrial waste water flowing in the scattering volume, moreover, the transmitted direct laser radiation is recorded on one photodetector and scattered by oil particles on the other N-2 photodetectors. The registered signals are alternately transmitted through pre-amplifiers, a switch and amplifiers with a phase detector, an analog-to-digital converter and an interface to a computer, in which the concentration of oil in water is determined by the specified measurement characteristics and algorithms.
Если по сигналам с выходов фотоприемников в течение заданного времени определяется концентрация нефти, превышающая предельно допустимую концентрацию (ПДК) нефти в воде, то с выхода компьютера через выход интерфейса на вход управления включением/выключением блока аварийной сигнализации выдается сигнал, включающий аварийную сигнализацию. При этом перекрывается трубопровод, после чего принимаются специальные меры по выяснению и устранению причин превышения в воде ПДК нефти. К одной из таких мер относится калибровка оптического канала и промывка рассеивающего объема, которые проводятся как в аварийной ситуации, так и с определенным регламентным интервалом времени.If an oil concentration exceeding the maximum permissible concentration (MAC) of oil in water is determined from the outputs of the photodetectors for a predetermined time, then a signal is issued from the computer output through the interface output to the on / off control input of the alarm block, including an alarm. At the same time, the pipeline is blocked, after which special measures are taken to find out and eliminate the reasons for the excess of MPC in water. One of these measures is calibration of the optical channel and flushing of the scattering volume, which are carried out both in an emergency and with a certain scheduled time interval.
В случае аварийной ситуации после перекрытия трубопровода с выхода компьютера через выход интерфейса на вход управления включением/выключением блока калибровки выдается сигнал, включающий процесс калибровки детектора концентрации нефти в воде. При этом рассеивающий объем заполняется чистой водой, сигналы с выходов фотоприемников обрабатываются в компьютере, где сравниваются с ранее заложенными калибровочными сигналами.In the event of an emergency, after the pipeline is blocked from the computer output, a signal is issued to the on / off control input of the calibration unit via the interface output, which includes the calibration process of the oil-water concentration detector. In this case, the scattering volume is filled with clean water, the signals from the outputs of the photodetectors are processed in a computer, where they are compared with previously laid calibration signals.
Если по сигналам в рассеивающем объеме определяется превышение ПДК нефти в воде, что свидетельствует о загрязнении окон, то с выхода компьютера через выход интерфейса на вход управления включением/выключением блока промывки выдается сигнал, включающий процесс промывки рассеивающего объема, который заключается в кратковременном создании высокого давления и скорости потока чистой воды, позволяющих очистить окна. После промывки окон производится калибровка оптического канала детектора концентрации нефти в воде и запоминание в компьютере новых калибровочных значений с пересчетом измерительных характеристик. После окончания процедур калибровки оптического канала и промывки рассеивающего объема с выхода компьютера через выход интерфейса на вход управления включением/выключением блока калибровки, блока промывки и блока аварийной сигнализации поступает сигнал отключения, трубопровод открывается, и детектор переходит в режим измерения.If the signals in the scattering volume determine the excess of the MPC of oil in water, which indicates window contamination, then a signal is generated from the computer output through the interface output to the on / off control unit for washing the washing unit, including the washing process of the diffusing volume, which consists in creating high pressure for a short time and clean water flow rates to clean windows. After washing the windows, the optical channel of the oil-in-water concentration detector is calibrated and the new calibration values are stored in the computer with recalculation of the measurement characteristics. After the calibration of the optical channel and flushing of the scattering volume from the computer exit through the interface output, the shutdown signal, the pipeline opens, and the detector enters the measurement mode and the detector is switched on / off by the calibration unit, the washing unit, and the alarm unit;
Если по сигналам в рассеивающем объеме превышение ПДК нефти в воде не определяется, что свидетельствует о загрязнении сточных вод, принимаются другие меры, предусмотренные технологическим процессом очистки. Детектор концентрации нефти в воде не включается и находится в состоянии аварийного отключения до полного устранения причин. После устранения причин загрязнения вод производится процесс калибровки, аналогичный описанному выше, после чего с выхода компьютера через выходы интерфейса на входы управления включением/выключением блока аварийной сигнализации поступает сигнал отключения, трубопровод открывается, и детектор переходит в режим измерения.If the signals in the scattering volume do not determine the excess of the maximum permissible concentration of oil in water, which indicates the pollution of wastewater, other measures are envisaged by the technological process of treatment. The oil concentration detector in the water does not turn on and is in the emergency shutdown state until the causes are completely eliminated. After eliminating the causes of water pollution, a calibration process is performed similar to that described above, after which a shutdown signal is received from the computer through the interface outputs to the on / off control inputs of the alarm unit, the pipeline opens, and the detector switches to measurement mode.
В случае регламентного обслуживания процессы калибровки оптического канала и промывки рассеивающего объема проходят аналогично, с той лишь разницей, что по сигналам с фотоприемников определяется необходимость промывки окон. После окончания процедур калибровки оптического канала и возможной промывки рассеивающего объема с выхода компьютера через выходы интерфейса на входы управления включением/выключением блока калибровки и блока промывки поступает сигнал отключения, трубопровод открывается, и детектор переходит в режим измерения.In the case of routine maintenance, the processes of calibrating the optical channel and washing the scattering volume are carried out similarly, with the only difference being that the signals from the photodetectors determine the need for washing the windows. After the calibration of the optical channel and the possible flushing of the scattering volume from the computer output through the interface outputs, a shutdown signal is received at the on / off control inputs of the calibration unit and the washing unit, the pipeline opens, and the detector enters the measurement mode.
Недостатком прототипа является недостаточно точное определение концентрации нефти в воде, определяемое разбросом параметров преобразования фотоприемников и коэффициентов усиления предварительных усилителей раздельно для каждого из N-2 фотоприемников рассеянного света и их изменениями, вызванными дрейфами токов фотоприемников и предварительных усилителей, а также сложность конструкции, определяемая наличием значительного количества фотоприемников и специальной системы сбора с них информации (коммутатор, детектор фазы).The disadvantage of the prototype is the insufficiently accurate determination of the concentration of oil in water, determined by the spread in the conversion parameters of the photodetectors and the amplification factors of the preliminary amplifiers separately for each of the N-2 scattered light photodetectors and their changes caused by the drift of the currents of the photodetectors and preliminary amplifiers, as well as the design complexity, determined by the presence of a significant number of photodetectors and a special system for collecting information from them (switch, phase detector).
Решаемая техническая задача в предлагаемом техническом решении заключается в повышении точности определения концентрации нефти в воде и упрощении конструкции детектора.The technical problem to be solved in the proposed technical solution consists in increasing the accuracy of determining the concentration of oil in water and simplifying the design of the detector.
Решаемая техническая задача в детекторе концентрации нефти в воде, содержащем рассеивающий объем, выполненный в виде полого цилиндра и соединенный с трубопроводом через входной и выходной конические переходы, закрепленный на рассеивающем объеме кожух, внутри которого расположены источник лазерного излучения, два фотоприемника и два предварительных усилителя, причем выход первого фотоприемника соединен с входом первого предварительного усилителя, а выход второго фотоприемника - с входом второго предварительного усилителя, аналого-цифровой преобразователь, интерфейс, компьютер, блок аварийной сигнализации, блок калибровки и блок промывки, причем выход компьютера через соответствующие выходы интерфейса соединен с имеющимися у блока аварийной сигнализации, блока калибровки и блока промывки входами управления включением/выключением, а выходы первого и второго предварительных усилителей через соответствующие входы аналого-цифрового преобразователя и интерфейса подключены к входу компьютера, достигается тем, что в него введены основание, поворотный столик и двигатель, часть рассеивающего объема, расположенная в кожухе ближе к его крышке, выполнена прозрачной для лазерного излучения, а на части рассеивающего объема, расположенной в кожухе ближе к его дну, последовательно от дна закреплено основание и посажен поворотный столик с возможностью вращения в плоскости, перпендикулярной оси рассеивающего объема, на основании закреплены двигатель, вал которого связан с поворотным столиком, и фотоприемники, а на поворотном столике - источник лазерного излучения, при этом фотоприемники и источник лазерного излучения установлены так, что оптические оси фотоприемников и источника лазерного излучения перпендикулярны оси рассеивающего объема и лежат в плоскости срединного поперечного сечения части рассеивающего объема, находящейся в кожухе ближе к его крышке, угол между оптическими осями фотоприемников составляет 90°, расстояния до оси рассеивающего объема для фотоприемников равны и больше, чем для источника лазерного излучения, а кожух с внутренней стороны покрыт материалом, способным поглощать лазерное излучение.The technical problem to be solved is a detector of the concentration of oil in water containing a scattering volume made in the form of a hollow cylinder and connected to the pipeline through inlet and outlet conical transitions, a casing fixed to the scattering volume, inside of which there is a laser radiation source, two photodetectors and two preliminary amplifiers, moreover, the output of the first photodetector is connected to the input of the first pre-amplifier, and the output of the second photodetector is connected to the input of the second pre-amplifier, analog a front-end converter, an interface, a computer, an alarm unit, a calibration unit and a flushing unit, and the output of the computer through the corresponding outputs of the interface is connected to the on / off control inputs for the emergency unit, the calibration unit and the washing unit, and the outputs of the first and second pre-amplifiers through the corresponding inputs of the analog-to-digital converter and the interface are connected to the input of the computer, it is achieved by the fact that the base, turntable and motor The part of the scattering volume located in the casing closer to its cover is made transparent for laser radiation, and on the part of the scattering volume located in the casing closer to its bottom, the base is fixed sequentially from the bottom and a turntable is mounted with the possibility of rotation in a plane perpendicular the axis of the scattering volume, on the base there are fixed an engine, the shaft of which is connected to the turntable, and photodetectors, and on the turntable is a laser source, while photodetectors and a laser source radiation are set so that the optical axes of the photodetectors and the laser radiation source are perpendicular to the axis of the scattering volume and lie in the plane of the mid-cross section of the part of the scattering volume located in the casing closer to its cover, the angle between the optical axes of the photodetectors is 90 °, the distances to the axis of the scattering volume for photodetectors are equal and larger than for a laser radiation source, and the casing on the inside is covered with a material capable of absorbing laser radiation.
На фиг.1 схематично изображен детектор концентрации нефти в воде (передняя крышка кожуха снята).Figure 1 schematically shows a detector of the concentration of oil in water (the front cover of the casing is removed).
На фиг.2 и 3 изображены сигналограммы выходного напряжения фотоприемников за один оборот поворотного столика.Figure 2 and 3 shows the waveforms of the output voltage of the photodetectors for one revolution of the turntable.
На фиг.4 изображена зависимость амплитуды выходного напряжения фотоприемников от концентрации нефтяных частиц в рассеивающем объеме при выборе углов наблюдения, соответствующих 30° и 45°.Figure 4 shows the dependence of the amplitude of the output voltage of the photodetectors on the concentration of oil particles in the scattering volume when choosing viewing angles corresponding to 30 ° and 45 °.
На фиг.5 изображена зависимость амплитуды выходного напряжения фотоприемников от концентрации нефтяных частиц в рассеивающем объеме при выборе углов наблюдения, соответствующих 90° и 135°.Figure 5 shows the dependence of the amplitude of the output voltage of the photodetectors on the concentration of oil particles in the scattering volume when choosing viewing angles corresponding to 90 ° and 135 °.
Детектор концентрации нефти в воде (фиг.1, 2, 3, 4 и 5) состоит из рассеивающего объема 1, выполненного в виде полого цилиндра и соединенного с трубопроводом 2 через входной 3 и выходной 4 конические переходы, закрепленного на рассеивающем объеме 1 кожуха 5, внутри которого расположены источник лазерного излучения 6, два фотоприемника 7 и 8 и два предварительных усилителя 9 и 10, причем выход первого фотоприемника 7 соединен с входом первого предварительного усилителя 9, а выход второго фотоприемника 8 - с входом второго предварительного усилителя 10, аналого-цифрового преобразователя 11, интерфейса 12, компьютера 13, блока аварийной сигнализации 14, блока калибровки 15 и блока промывки 16. При этом выход компьютера 13 через соответствующие выходы интерфейса 12 соединен с имеющимися у блока аварийной сигнализации 14, блока калибровки 15 и блока промывки 16 входами управления включением/выключением, а выходы первого 9 и второго 10 предварительных усилителей через соответствующие входы аналого-цифрового преобразователя 11 и интерфейса 12 подключены к входу компьютера 13. В детектор введены основание 17, поворотный столик 18 и двигатель 19. Часть 20 рассеивающего объема 1, находящаяся в кожухе 5 ближе к его крышке 21, выполнена прозрачной для лазерного излучения. Ее высота от крышки 21 кожуха 5 составляет 1/8 от высоты кожуха 5 и определяется диаметром рассеянного лазерного излучения, технологией изготовления и крепления в теле рассеивающего объема 1. На части 22 рассеивающего объема 1, находящейся в кожухе 5 ближе к его дну 23, последовательно от дна 23 закреплено основание 17 и посажен поворотный столик 18 с возможностью вращения в плоскости 24, перпендикулярной оси 25 рассеивающего объема 1. Высота части 22 рассеивающего объема 1 от дна 23 равна 7/8 от высоты кожуха 5. На основании 17 закреплены двигатель 19, вал 26 которого связан с поворотным столиком 18, и фотоприемники 7 и 8, а на поворотном столике 18 - источник лазерного излучения 6. При этом фотоприемники 7 и 8 и источник лазерного излучения 6 установлены так, что оптические оси 27, 28 и 29 соответственно фотоприемников 7 и 8 и источника лазерного излучения 6 перпендикулярны оси 25 рассеивающего объема 1 и лежат в плоскости срединного поперечного сечения 30 части 20 рассеивающего объема 1, находящейся в кожухе 5 ближе к его крышке 21, угол между оптическими осями 27 и 28 фотоприемников 7 и 8 составляет 90°, расстояния до оси 25 рассеивающего объема 1 для фотоприемников 7 и 8 равны и больше, чем для источника лазерного излучения 6, а кожух 5 с внутренней стороны покрыт материалом, способным поглощать лазерное излучение.The detector of the concentration of oil in water (figures 1, 2, 3, 4 and 5) consists of a scattering volume 1, made in the form of a hollow cylinder and connected to the pipe 2 through the inlet 3 and 4 outlet conical transitions, mounted on the scattering volume 1 of the casing 5 inside which there is a laser radiation source 6, two photodetectors 7 and 8 and two pre-amplifiers 9 and 10, the output of the first photodetector 7 being connected to the input of the first pre-amplifier 9, and the output of the second photodetector 8 to the input of the second pre-amplifier 10, A / D converter 11, interface 12,
Привод валом 26 двигателя 19 поворотного столика 18, выполненный в виде ременной передачи 31, и посадка поворотного столика 18 на часть 22 рассеивающего объема 1, находящуюся в кожухе 5 ближе к его дну 23, выполненная на базе подшипника 32, на фиг.1 показаны условно. Исполнительные органы блока промывки 16, блока калибровки 15 и блока аварийной сигнализации 14 и их установка на фиг.1 условно не показаны и соответствуют используемым в прототипе.The drive shaft 26 of the engine 19 of the turntable 18, made in the form of a belt drive 31, and the landing of the turntable 18 on the part 22 of the scattering volume 1, located in the casing 5 closer to its bottom 23, made on the basis of the bearing 32, figure 1 shows conventionally . The Executive bodies of the washing unit 16, the calibration unit 15 and the
Плоскость 24, перпендикулярная оси 25 рассеивающего объема 1, плоскость срединного поперечного сечения 30 части 20 рассеивающего объема 1, находящейся в кожухе 5 ближе к его крышке 21, а также ось фотоприемника 7 показаны как проекции на плоскость фиг.1.The plane 24, perpendicular to the axis 25 of the scattering volume 1, the plane of the
Все электронные и электромеханические блоки и узлы, входящие в состав детектора концентрации нефти в воде, имеют систему электропитания, которая на фиг.1 условно не показана.All electronic and electromechanical blocks and assemblies that are part of the oil concentration in water detector have a power supply system, which is not conventionally shown in Fig. 1.
На фиг.2 и 3 изображены сигналограммы выходного напряжения фотоприемников 7 и 8 за один оборот поворотного столика 18, определяемый расстоянием между максимальными зарегистрированными пиками - амплитуды, соответствующими прямому лазерному излучению, прошедшему через часть 20 рассеивающего объема 1, находящуюся в кожухе 5 ближе к его крышке 21. Остальные значения амплитуд сигналограммы между пиками соответствуют рассеянному на нефтяных частицах лазерному излучению в диапазоне углов 0°<α<360°. Зона сигналограмм в области обратнорассеянного излучения 180°±5°, характеризующаяся некоторым подъемом амплитуды и провалом, обусловлена перекрытием оси источника лазерного излучения фотоприемниками.Figure 2 and 3 shows the waveforms of the output voltage of the photodetectors 7 and 8 for one revolution of the turntable 18, determined by the distance between the maximum recorded peaks - the amplitudes corresponding to direct laser radiation passing through part 20 of the scattering volume 1 located in the casing 5 closer to it cover 21. The remaining amplitudes of the signalogram between the peaks correspond to laser radiation scattered by oil particles in the
На фиг.4 изображены зависимости амплитуды выходного напряжения фотоприемника 7 или 8 от концентрации нефти в части 20 рассеивающего объема 1, находящейся в кожухе 5 ближе к его крышке 21, при выборе углов наблюдения, соответствующих 30° и 45°. Они представляют собой пример измерительных характеристик детектора при измерении малых концентраций нефти в воде (до 50 мг/л).Figure 4 shows the dependence of the amplitude of the output voltage of the photodetector 7 or 8 on the oil concentration in the part 20 of the scattering volume 1, located in the casing 5 closer to its cover 21, when choosing viewing angles corresponding to 30 ° and 45 °. They represent an example of the measuring characteristics of a detector when measuring small concentrations of oil in water (up to 50 mg / l).
На фиг.5 изображены зависимости амплитуды выходного напряжения фотоприемника 7 или 8 от концентрации нефти в части 20 рассеивающего объема 1, находящейся в кожухе 5 ближе к его крышке 21, при выборе углов наблюдения, соответствующих 90° и 135°. Они представляют собой пример измерительных характеристик детектора при измерении больших концентраций нефти в воде (от 50 до 300 мг/л).Figure 5 shows the dependence of the amplitude of the output voltage of the photodetector 7 or 8 on the oil concentration in the part 20 of the scattering volume 1, located in the casing 5 closer to its cover 21, when choosing viewing angles corresponding to 90 ° and 135 °. They are an example of the measuring characteristics of a detector when measuring large concentrations of oil in water (from 50 to 300 mg / l).
Рассмотрим работу детектора концентрации нефти в воде.Consider the operation of the oil concentration detector in water.
Промысловая вода, протекающая по трубопроводу 2, поступает в часть 20 рассеивающего объема 1, находящуюся в кожухе 5 ближе к его крышке 21, которая выполнена прозрачной для лазерного излучения. Вода в части 20 рассеивающего объема 1, находящейся в кожухе 5 ближе к его крышке 21, освещается источником лазерного излучения 6. Лазерное излучение, прошедшее через воду в верхней части 20 рассеивающего объема 1, находящейся в кожухе 5 ближе к его крышке 21, и рассеянное нефтяными частицами, находящимися в воде, регистрируется фотоприемниками 7 и 8. При вращении поворотного столика 18 каждый из фотоприемников 7 и 8 последовательно регистрирует лазерное излучение, прошедшее через верхнюю часть 20 рассеивающего объема 1, находящуюся в кожухе 5 ближе к его крышке 21, и рассеянное на частицах нефти, причем сигнал с фотоприемника 8 отстает по фазе от сигнала с фотоприемника 7 на 90°. При вращении последовательно изменяется угол, при котором регистрируется излучение.Production water flowing through the pipeline 2 enters the part 20 of the scattering volume 1, located in the casing 5 closer to its cover 21, which is made transparent to laser radiation. Water in part 20 of the scattering volume 1, located in the casing 5 closer to its cover 21, is illuminated by a laser source 6. Laser radiation transmitted through water in the upper part 20 of the scattering volume 1, located in the casing 5 is closer to its cover 21, and the scattered oil particles in the water are detected by photodetectors 7 and 8. When the rotary stage 18 is rotated, each of the photodetectors 7 and 8 sequentially registers laser radiation passing through the upper part 20 of the scattering volume 1 located in the casing 5 closer to of lid 21, and the scattered particles in the oil, the signal from the photodetector 8 lags in phase with the signal from the detector 7 at 90 °. During rotation, the angle at which radiation is detected is successively changed.
На фиг.2 и 3 изображены сигналограммы выходного напряжения фотоприемников 7 и 8 за один оборот поворотного столика 18, определяемый расстоянием между максимальными зарегистрированными пиками амплитуды, соответствующими прямому лазерному излучению, прошедшему через верхнюю часть 20 рассеивающего объема 1, находящуюся в кожухе 5. Остальные значения амплитуд сигналограммы между пиками соответствуют рассеянному на нефтяных частицах лазерному излучению в диапазоне углов 0°<α<360°.Figure 2 and 3 shows the waveforms of the output voltage of the photodetectors 7 and 8 for one revolution of the turntable 18, determined by the distance between the maximum recorded amplitude peaks corresponding to direct laser radiation passing through the upper part 20 of the scattering volume 1 located in the casing 5. Other values the amplitudes of the signalogram between the peaks correspond to laser radiation scattered by oil particles in the
При угле 0° (источник лазерного излучения 6 и фотоприемник 7 находятся напротив друг друга) фотоприемник 7 регистрирует прямое прошедшее излучение, а фотоприемник 8 - рассеянное излучение под углом 90°. При угле 90° (источник лазерного излучения 6 и фотоприемник 8 находятся напротив друг друга) уже фотоприемник 8 регистрирует прямое излучение, а фотоприемник 7 - рассеянное.At an angle of 0 ° (the laser source 6 and the photodetector 7 are opposite each other), the photodetector 7 detects the direct transmitted radiation, and the photodetector 8 detects the scattered radiation at an angle of 90 °. At an angle of 90 ° (the laser radiation source 6 and the photodetector 8 are opposite each other), the photodetector 8 already detects direct radiation, and the photodetector 7 scattered.
При этом зона сигналограммы в области обратнорассеянного излучения 180°±5° (для фотоприемника 7) и 270°±5° (для фотоприемника 8) при обработке сигналограмм в компьютере 13 не учитывается.In this case, the signalogram zone in the region of backscattered radiation 180 ° ± 5 ° (for photodetector 7) and 270 ° ± 5 ° (for photodetector 8) is not taken into account when processing the signalograms in
Зарегистрированные сигналы с фотоприемников 7 и 8 соответственно через предварительные усилители 9 и 10, соответствующие входы аналого-цифрового преобразователя 11 и интерфейса 12 поступают на вход компьютера 13, в котором по заданным измерительным характеристикам и алгоритму, приведенному в Приложении 1, определяются поправочные коэффициенты на загрязнение окон, концентрация нефти в воде, превышение ею ПДК и длительность превышения.The registered signals from photodetectors 7 and 8, respectively, through preamplifiers 9 and 10, the corresponding inputs of the analog-to-digital converter 11 and interface 12 are fed to the input of a
Алгоритм обработки сигнала фотоприемников 7 и 8 в компьютере 13 приведен в Приложении 1.The algorithm for processing the signal of photodetectors 7 and 8 in
Компьютер 13 принимает данные с выхода фотоприемников 7 и 8, поступившие на его вход через предварительные усилители 9 и 10, входы аналого-цифрового преобразователя 11 и интерфейса 12. После этого сигнал с фотоприемника 7 задерживается на 90° и сравнивается с сигналом с фотоприемника 8. В результате сравнения находятся поправочные коэффициенты как функция от угла между фотоприемником 7 и источником лазерного излучения 6, характеризующие распределение загрязнения вдоль окна прозрачности - часть 20 рассеивающего объема 1. Далее соответствующие коэффициенты умножаются на соответствующее значение амплитуд сигнала с выхода фотоприемника 8 в углах поправки. После этого по заданным углам производится сравнение этого результата (инвариантного к загрязнению окна прозрачности - части 20 рассеивающего объема 1) с измерительными характеристиками, представленными на фиг.4 и фиг.5. По результатам сравнения определяется концентрация нефти в воде, результаты измерений сохраняются. Далее определяется превышение измеренной концентрацией ПДК, например 100 мг/л, и длительность превышения, например 1 минута. Если условия превышения по ПДК и длительности превышения выполняются, компьютер 13 сигнализирует об этом. В случае превышения предельно допустимого значения компьютер 13 переходит к программе устранения причин превышения, в которой используются блок аварийной сигнализации 14, блок калибровки 15 и блок промывки 16.
Алгоритм включения и выключения компьютером 13 блоков аварийной сигнализации 14, калибровки 15 и промывки 16 в случае аварийной ситуации и в случае регламентных работ приведен в Приложении 2.The algorithm for turning the
Если по сигналу с выхода фотоприемников 7 или 8 в течение заданного времени ΔT, например 1 минута, определяется концентрация нефти К, превышающая предельно допустимую концентрацию (ПДК) нефти в воде, то с выхода компьютера 13 через выход интерфейса 12 на вход управления включением/выключением блока аварийной сигнализации 14 выдается сигнал, включающий аварийную сигнализацию. При этом перекрывается трубопровод 2, после чего принимаются специальные меры по выяснению и устранению причин превышения в воде ПДК нефти.If the signal from the output of the photodetectors 7 or 8 for a predetermined time ΔT, for example 1 minute, determines the oil concentration K exceeding the maximum permissible concentration (MAC) of oil in water, then from the output of the
К таким мерам относятся калибровка оптического канала и промывка рассеивающего объема 1, которые проводятся как в аварийной ситуации, так и с определенным регламентным интервалом времени Т.Such measures include calibration of the optical channel and flushing of the scattering volume 1, which are carried out both in an emergency and with a certain scheduled time interval T.
Аналогично в случае превышения предельно допустимого значения поправочного коэффициента компьютер 13 переходит к мерам устранения причин превышения, в которых используются блок калибровки 15 и блок промывки 16.Similarly, if the maximum permissible value of the correction factor is exceeded, the
В случае аварийной ситуации после перекрытия трубопровода 2 с выхода компьютера 13 через выход интерфейса 12 на вход управления включением/выключением блока калибровки 15 выдается сигнал, включающий процесс калибровки детектора концентрации нефти в воде. При этом рассеивающий объем 1 заполняется чистой водой, сигналы с выходов фотоприемников 7 и 8 через предварительные усилители 9 и 10, соответствующие входы аналого-цифрового преобразователя 11 и интерфейса 12 поступают на вход компьютера 13, где сравниваются с ранее заложенными калибровочными значениями. Если по сигналу в части 20 рассеивающего объема 1, находящейся в кожухе 5 ближе к его крышке 21, определяется превышение предельно допустимого значения поправочного коэффициента, то с выхода компьютера 13 через выход интерфейса 12 на вход управления включением/выключением блока промывки 16 выдается сигнал, включающий процесс промывки рассеивающего объема 1, который заключается в кратковременном создании высокого давления и скорости потока чистой воды, позволяющих очистить рассеивающий объем 1. После промывки рассеивающего объема 1 производится калибровка оптического канала детектора концентрации нефти в воде и запоминание в компьютере 13 новых калибровочных значений с пересчетом измерительных характеристик. После окончания процедур калибровки оптического канала и промывки рассеивающего объема 1 с выхода компьютера 13 через выход интерфейса 12 на входы управления включением/выключением блока калибровки 15, блока промывки 16 и блока аварийной сигнализации 14 поступает сигнал отключения, трубопровод 2 открывается, и детектор переходит в режим измерения.In the event of an emergency, after the pipeline 2 is shut off from the output of the
В случае регламентного обслуживания процессы калибровки оптического канала и промывки рассеивающего объема 1 проходят аналогично, с той лишь разницей, что по сигналам с фотоприемников 7 и 8 определяется необходимость промывки рассеивающего объема 1. После окончания процедур калибровки оптического канала и промывки рассеивающего объема 1 с выхода компьютера 13 через выход интерфейса 12 на входы управления включением/выключением блока калибровки 15 и блока промывки 16 поступает сигнал отключения, трубопровод 2 открывается, и детектор переходит в режим измерения.In the case of routine maintenance, the processes of calibrating the optical channel and flushing the scattering volume 1 are carried out similarly, with the only difference being that the signals from the photodetectors 7 and 8 determine the need for flushing the scattering volume 1. After the calibration of the optical channel and flushing the scattering volume 1 from the
Для реализации устройства могут быть использованы: источник лазерного излучения 6 на базе лазерного диода ближнего инфракрасного диапазона мощностью 1-3 мВт; фотоприемники 7 и 8 на базе фотодиода КФДН с оптической системой, обеспечивающей узкое поле зрения; предварительные усилители 9 и 10 на базе AD823; аналого-цифровой преобразователь 11 и интерфейс 12 - устройства ввода/вывода данных фирмы «Advantech» серии ADAM-5000; компьютер 13 - PC AT 386 и выше, либо любой PC-совместимый промышленный компьютер, блок аварийной сигнализации 14, блок калибровки 15, блок промывки 16 аналогичны приведенным в прототипе.To implement the device, the following can be used: a laser radiation source 6 based on a near-infrared laser diode with a power of 1-3 mW; photodetectors 7 and 8 based on the KFDN photodiode with an optical system providing a narrow field of view; preamplifiers 9 and 10 based on AD823; analog-to-digital converter 11 and interface 12 - Advantech data input / output devices of the ADAM-5000 series; computer 13 - PC AT 386 and above, or any PC-compatible industrial computer,
По сравнению с прототипом детектора концентрации нефти в воде возможность работы по полной индикатрисе рассеяния нефтяных частиц позволяет расширить диапазон измерительного преобразования, более точно определять их количественные значения как при малых, так и при больших концентрациях, исключить влияние на данные измерений наличия в воде не нефтяных частиц, а также получить результат, инвариантный к загрязнению окон прозрачности рассеивающего объема. При этом определение малых концентраций нефти (до 50 мг/л) проводится по малым углам рассеяния (30° и 45°), определение больших концентрации (от 50 до 300 мг/л) - по большим углам рассеяния (90° и 135°). Наличие значительного объема данных, превышающего аналогичный показатель для других детекторов за счет их накопления, возможность получения информации с большего числа углов, чем в других детекторах, при похожих схемах построения оптических каналов позволяют получить более высокую точность измерений.Compared to the prototype of the oil-water concentration detector, the ability to work on the complete scattering indicatrix of oil particles allows us to expand the range of measurement conversion, more accurately determine their quantitative values both at low and high concentrations, and exclude the influence of non-oil particles in the measurement data , and also to obtain a result that is invariant to the contamination of the transparency windows of the scattering volume. In this case, the determination of small concentrations of oil (up to 50 mg / l) is carried out by small scattering angles (30 ° and 45 °), the determination of large concentrations (from 50 to 300 mg / l) is carried out by large scattering angles (90 ° and 135 °) . The presence of a significant amount of data that exceeds the same indicator for other detectors due to their accumulation, the ability to obtain information from a larger number of angles than in other detectors, with similar schemes for constructing optical channels, allows to obtain higher measurement accuracy.
Поскольку линейная скорость вращения источника лазерного излучения позволяет получить сигнал практически с «неподвижных» нефтяных частиц, то можно говорить о многофункциональности предложенного детектора концентрации нефти в воде. В точках 0° и 90° реализуется логометр, в области 180° и 270° реализуется рефлектометр, в других областях многоугловой нефелометр и малоугловой турбидиметр. При этом наличие двух фотоприемников позволяет учесть загрязнение окон в любой точке, аналогично четырехлучевой схеме логометра.Since the linear speed of rotation of the laser radiation source allows you to get a signal from almost "fixed" oil particles, we can talk about the multifunctionality of the proposed detector of oil concentration in water. At 0 ° and 90 ° points, a logometer is implemented, in the areas of 180 ° and 270 ° a reflectometer is implemented, in other areas a multi-angle nephelometer and a small-angle turbidimeter. Moreover, the presence of two photodetectors allows you to take into account the pollution of windows at any point, similar to the four-beam scheme of the logometer.
Использование двух фотоприемников, заменяющих их большое количество в прототипе, позволяет значительно упростить оптическую схему устройства и уменьшить влияние помеховых факторов, возникающих при поочередной обработке сигналов с каждого фотоприемника через коммутатор, перестраиваемые усилители и. т.д.The use of two photodetectors, replacing a large number of them in the prototype, can significantly simplify the optical design of the device and reduce the influence of interference factors arising from the sequential processing of signals from each photodetector through a switch, tunable amplifiers and. etc.
Испытания опытного детектора показали, что возможность измерения полной индикатрисы рассеяния с помощью вращающегося источника лазерного излучения позволила, как минимум, в 4-5 раз повысить точность измерений по сравнению с указанным прототипом и получить результат, инвариантный к загрязнению окон прозрачности рассеивающего объема.Tests of the experimental detector showed that the ability to measure the total scattering indicatrix using a rotating laser source made it possible to increase the measurement accuracy by at least 4-5 times compared with the prototype and to obtain a result that is invariant to the contamination of the transparency windows of the scattering volume.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2005124888/28A RU2308707C2 (en) | 2005-08-04 | 2005-08-04 | Detector for detecting oil concentration in water |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2005124888/28A RU2308707C2 (en) | 2005-08-04 | 2005-08-04 | Detector for detecting oil concentration in water |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2005124888A RU2005124888A (en) | 2007-02-10 |
| RU2308707C2 true RU2308707C2 (en) | 2007-10-20 |
Family
ID=37862323
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2005124888/28A RU2308707C2 (en) | 2005-08-04 | 2005-08-04 | Detector for detecting oil concentration in water |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2308707C2 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2755652C1 (en) * | 2021-03-02 | 2021-09-17 | Сергей Станиславович Беднаржевский | Device for express control of the content of oil and mechanical particles in the produced water |
| RU2781503C1 (en) * | 2022-03-22 | 2022-10-12 | Сергей Станиславович Беднаржевский | Method and device for determining oil, mechanical particles and their average size in produced water |
-
2005
- 2005-08-04 RU RU2005124888/28A patent/RU2308707C2/en not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2755652C1 (en) * | 2021-03-02 | 2021-09-17 | Сергей Станиславович Беднаржевский | Device for express control of the content of oil and mechanical particles in the produced water |
| RU2781503C1 (en) * | 2022-03-22 | 2022-10-12 | Сергей Станиславович Беднаржевский | Method and device for determining oil, mechanical particles and their average size in produced water |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2005124888A (en) | 2007-02-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CA1136885A (en) | Method and apparatus for the non-invasive determination of the characteristics of a segmented fluid stream | |
| US3713743A (en) | Forward scatter optical turbidimeter apparatus | |
| KR20050002822A (en) | Method for analysing liquids, in addition to a device therefor | |
| CA1130604A (en) | Oil-in-water method and detector | |
| JPH0369532B2 (en) | ||
| US4622465A (en) | Arrangement for determining the presence of specific substances in a liquid | |
| KR100503020B1 (en) | Method and apparatus for measuring turbidity | |
| US5422720A (en) | Blood culture sensor station utilizing two distinct light sources | |
| JP3672158B2 (en) | Turbidity measuring method and apparatus | |
| CN107966406A (en) | A kind of water quality automatic checkout equipment | |
| EP3759464A1 (en) | Apparatus for analysing a liquid sample comprising particles | |
| RU2308707C2 (en) | Detector for detecting oil concentration in water | |
| CN105300930A (en) | Dual-channel water turbidity detection method | |
| JP4660266B2 (en) | Water quality inspection device | |
| US20140354990A1 (en) | Method For Measuring Scattered Light And Apparatus For Measuring Scattered Light | |
| RU52185U1 (en) | OIL CONCENTRATION DETECTOR IN WATER | |
| US3915570A (en) | Optical fluid contamination and change monitor method and apparatus | |
| US3609048A (en) | Self cleaning sample cell for radiant energy analyzers | |
| GB2412166A (en) | Rapid particle analyser | |
| CN108426836B (en) | Water monitoring device | |
| KR20180048644A (en) | Method and apparatus for measuring substance concentration or substance in a liquid medium | |
| WO1996014569A2 (en) | Detector for chemical analysis | |
| FI64464B (en) | FOERFARANDE FOER UTFOERANDE AV EN KEMISK ANALYS | |
| CN209979488U (en) | Detection of SO by ultraviolet fluorescence2Device for the preparation of | |
| RU2523737C1 (en) | Contactless optical-laser diagnostics of transient hydraulic flow and device to this end |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20130805 |