一種基于太赫茲時域光譜的管道混油定量檢測方法技術

本發明專利技術公開了一種基于太赫茲時域光譜的管道混油定量檢測方法，所述混油定量檢測方法包括以下步驟：通過線性擬合得到混油體積分數與十組參數的線性擬合模型表達式，即十種混油成分體積分數定量分析模型；利用向量夾角余弦的最優化的方法，求解出十組參數的權值；利用太赫茲時域光譜儀測量未知體積分數混油樣品的時域脈沖波形，并提取時域脈沖波形的十種參數值；根據十種混油成分體積分數定量分析模型，以及十組參數的權值，代入未知體積分數混油樣品的十種參數值，得到混油成分濃度。本發明專利技術簡化了分析過程，降低了檢測難度，提高了太赫茲時域波形分析利用效果，豐富了油品時域波形參數，提高了檢測精度。

【技術實現步驟摘要】
一種基于太赫茲時域光譜的管道混油定量檢測方法
本專利技術涉及太赫茲時域光譜
，尤其涉及一種基于太赫茲時域光譜的管道混油定量檢測方法。
技術介紹
石油無疑是重要的國民經濟支柱能源，也是主要的國家戰略儲備物資。隨著我國國際經濟地位的穩步提升，我國近年來石油消費量穩定增長。2010年我國消費石油4.55億噸，2012年我國已成為全球最大的石油凈進口國，2015年消費石油5.43億噸，預計2030年石油需求達到6.7億噸。因此盡可能減少石油運輸和儲存過程中的損耗和事故，具有重大的經濟和戰略意義。油品長距離、大批量運輸的主要方式是管道順序輸送，即為提高管道利用效率和應對多種輸送需求，將多種油品按計劃成批次連續順序輸送。不同油品在同一條管道中交替順序輸送，導致前行油品和后行油品交接處產生不可忽略的混油段。單次順序輸送，即可產生長達數公里長的混油段。管道中持續流動的大量混油段必須得到準確的檢測。一方面，混油段錯誤的檢測結果會導致混油段的不恰當處理，造成油品的浪費；另一方面，錯誤的檢測結果更可能導致管道中油品的錯誤切割，造成管道和儲油罐中不同油品摻雜和污染，產生巨大經濟損失和安全事故。因此，管道混油的準確檢測具有重大的實際意義。目前國內外常見的管道混油檢測的方法包括：密度測定法、光學測定法、超聲波測定法、示蹤原子測定法、電容檢測法、光譜色譜檢測法、以及太赫茲波檢測法等。1、密度測定法對管道中油品進行跟蹤檢測，是實際生產中實施的主要方法，然而難以區分密度相近的油品，檢測分辨率低。2、光學測定法利用紅外等常用光學波段測定油品的透明度和折射率，靈敏度高，但容易受到油品雜質影響，非常不適于國內油品品質較低的實際情況，在國內實際使用中問題較多，穩定性差，維護難度高。3、超聲波測定法檢測油品中超聲波的傳播速度，極易受到超聲雜音的影響，檢測精度不高。4、示蹤原子測定法通過在油品中摻入放射性同位素的方法進行油品檢測，技術門檻高，安全要求高，并會造成油品污染。5、電容檢測法測量油品介電常數，測量精度低，在油品管道中安裝帶電器件，安全性差。6、光譜色譜檢測法測量油品吸收光譜和色譜指紋圖，精度高，但預處理復雜、測量時間長，無法實現在線監測。7、太赫茲波檢測法具有光學穿透性強，光子能量低，檢測分辨率高等特點，能夠克服光學測定法易受油品雜質影響、探頭易受污染的問題，檢測安全度高，檢測精確度潛力大。然而目前太赫茲管道混油檢測主要依賴太赫茲領域傳統的折射率、吸收系數等定量分析方法，計算復雜，汽柴油定量分析準確度低。
技術實現思路
本專利技術提供了一種基于太赫茲時域光譜的管道混油定量檢測方法，本專利技術簡化了分析過程，降低了檢測難度，提高了太赫茲時域波形分析利用效果，豐富了油品時域波形參數，提高了檢測精度，詳見下文描述：一種基于太赫茲時域光譜的管道混油定量檢測方法，所述混油定量檢測方法包括以下步驟：通過線性擬合得到混油體積分數與十組參數的線性擬合模型表達式，即十種混油成分體積分數定量分析模型；利用向量夾角余弦的最優化的方法，求解出十組參數的權值；利用太赫茲時域光譜儀測量未知體積分數混油樣品的時域脈沖波形，并提取時域脈沖波形的十種參數值；根據十種混油成分體積分數定量分析模型，以及十組參數的權值，代入未知體積分數混油樣品的十種參數值，得到混油成分濃度。所述十組參數具體為：樣品的太赫茲時域光譜中脈沖的首波谷、首波峰和次波谷的時間延遲和幅值大小，共六組參數值；將樣品太赫茲脈沖的四段波動：下降段a、上升段b、下降段c和上升段d各自進行線性擬合，并提取各自的斜率，共四組參數。所述十種混油成分體積分數定量分析模型具體為：其中，T1，A1分別表示時域波形首波谷對應的時間延遲，幅值大小；T2，A2分別表示時域波形首波峰對應的時間延遲，幅值大小；T3，A3分別表示時域波形次波谷對應的時間延遲，幅值大小；以K1，K2，K3，K4分別表示時域波形脈沖下降段a、上升段b、下降段c和上升段d的線性擬合斜率；V為體積分數，m1......m10為混油成分體積分數定量分析模型的常數項；n1......n10為混油成分體積分數定量分析模型中體積分數的系數。本專利技術提供的技術方案的有益效果是：1、相對于其他太赫茲混油定量分析檢測方法，該方法不依賴比爾蘭伯特定律，不計算復雜的油品太赫茲頻段折射率和吸收系數，而是充分利用太赫茲時域脈沖波形，提取時域波形所有波峰波谷(如首波谷、首波峰和次波谷)的時間延遲和幅值作為定量分析參數；2、提取所有波動段的線性擬合斜率作為定量分析參數；根據向量夾角余弦值最大的條件，利用最優化求解確定十種參數模型的各自權值；3、提高了太赫茲波形對油品濃度的敏感程度，改善了混油的分析結果，降低檢測分析的誤差。附圖說明圖1為一種基于太赫茲時域光譜的管道混油定量檢測方法的流程圖；圖2為一組已知濃度混油樣品的太赫茲時域光譜；其中，該已知濃度可以按照一定梯度比例，例如梯度比例為0％、10％、20％……90％、100％，也可以是0％、5％、10％、15％……90％、95％、100％，也可以不按照梯度比例設計，為其他數值，本專利技術實施例對此不做限制。圖3為油品太赫茲時域波形脈沖的首波谷A、首波峰B和次波谷C以及下降段a、上升段b、下降段c和上升段d的示意圖。具體實施方式為使本專利技術的目的、技術方案和優點更加清楚，下面對本專利技術實施方式作進一步地詳細描述。實施例1一種基于太赫茲時域光譜的管道混油定量檢測方法，參見圖1，該混油定量檢測方法包括以下步驟：101：通過線性擬合得到混油體積分數與十組參數的線性擬合模型表達式，即十種混油成分體積分數定量分析模型；102：利用向量夾角余弦的最優化的方法，求解出十組參數的權值；103：利用太赫茲時域光譜儀測量未知體積分數混油樣品的時域脈沖波形，并提取時域脈沖波形的十種參數值；104：根據十種混油成分體積分數定量分析模型，以及十組參數的權值，代入未知體積分數混油樣品的十種參數值，得到混油成分濃度。其中，步驟101中的十組參數具體為：樣品的太赫茲時域光譜中脈沖的首波谷、首波峰和次波谷的時間延遲和幅值大小，共六組參數值；將樣品太赫茲脈沖的四段波動：下降段a、上升段b、下降段c和上升段d各自進行線性擬合，并提取各自的斜率，共四組參數。綜上所述，本專利技術實施例通過上述步驟101-步驟104提高了太赫茲時域波形分析利用效果，豐富了油品時域波形參數，提高了檢測精度。實施例2下面結合圖2、圖3以及具體的計算公式，實例對實施例1中的方案進行進一步地介紹，描述中以97#汽油和90#汽油的混油為例，詳見下文描述：201：利用太赫茲時域光譜儀得到不同比例油品的時域脈沖波形，作為建立和訓練模型的標準數據；該步驟的詳細操作為：使用太赫茲時域光譜儀對一定梯度比例的已知濃度混油進行樣品的太赫茲頻段時域光譜測量，獲得每個樣品完整的太赫茲時域光譜，如圖2所示。其中，本專利技術實施例對太赫茲時域光譜儀、被測油品的型號不做限制，對測量方式也不做限制，只要能完成上述功能的設備和常見油品均可，透射、反射等太赫茲時域光譜測量方式均可。202：將樣品的太赫茲時域光譜中脈沖的首波谷A、首波峰B和次波谷C的時間延遲和幅值大小共六組參數值提取出來；該步驟的詳細操作為：如圖3，一個典型的太赫茲時域波形脈沖包含三個本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于太赫茲時域光譜的管道混油定量檢測方法，其特征在于，所述混油定量檢測方法包括以下步驟：通過線性擬合得到混油體積分數與十組參數的線性擬合模型表達式，即十種混油成分體積分數定量分析模型；利用向量夾角余弦的最優化的方法，求解出十組參數的權值；利用太赫茲時域光譜儀測量未知體積分數混油樣品的時域脈沖波形，并提取時域脈沖波形的十種參數值；根據十種混油成分體積分數定量分析模型，以及十組參數的權值，代入未知體積分數混油樣品的十種參數值，得到混油成分濃度。

【技術特征摘要】
1.一種基于太赫茲時域光譜的管道混油定量檢測方法，其特征在于，所述混油定量檢測方法包括以下步驟：通過線性擬合得到混油體積分數與十組參數的線性擬合模型表達式，即十種混油成分體積分數定量分析模型；利用向量夾角余弦的最優化的方法，求解出十組參數的權值；利用太赫茲時域光譜儀測量未知體積分數混油樣品的時域脈沖波形，并提取時域脈沖波形的十種參數值；根據十種混油成分體積分數定量分析模型，以及十組參數的權值，代入未知體積分數混油樣品的十種參數值，得到混油成分濃度。2.根據權利要求1所述的一種基于太赫茲時域光譜的管道混油定量檢測方法，其特征在于，所述十組參數具體為：樣品的太赫茲時域光譜中脈沖的首波谷、首波峰和次波谷的時間延遲和幅值大小，共六組參數值；將樣品太赫茲脈沖的四段波動：下降段a、上升段b、下降段c和上升段d各自進行線性擬合，并提取各自的斜率，共四組參數。3.根據權利要求1所述的一種基于太赫茲時域光譜的管道混油定量檢測方法，其特征在于，所述十種混油成分體積分數定量分...

【專利技術屬性】
技術研發人員：李健，周南，李逸楠，曾周末，
申請(專利權)人：天津大學，
類型：發明
國別省市：天津,12