[發明專利]太赫茲光譜對成品油及混油的成分和混合比例的分析方法

無效

• 申請號: 201210501095.6
• 申請日: 2012-11-28
• 公開（公告）號: CN103091265A
• 公開（公告）日: 2013-05-08
• 發明（設計）人: 李健;楊偉;李逸楠;曾周末;焦麗娟
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G01N21/31
• 分類號: G01N21/31;G01N21/41
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 溫國林

技術領域

本發明涉及對成品油和混油的分析，特別涉及一種太赫茲光譜對成品油及混油的成分和混合比例的分析方法。

背景技術

成品油在管道輸送中采用順序輸送的方式，即在一條管道內，按一定的批量和次序輸送不同種類的油品。由于流速變化、粘度差異、密度和變管徑等因素的影響，在管道中，兩種相鄰輸送的油品會發生混合，形成混油。形成的混油在物理和化學性質上不同于混合前的兩種油，因而不能作為合格的成品油使用。混油不僅造成了成品油的損耗，產生經濟損失，而且降低了油品的質量，容易給工業和生活造成安全事故。因此，必須尋找一種能夠分析和識別出混合油中的兩種油品的種類以及混合比例的方法，從而對順序輸送中管道內的混油區進行精確的切割和劃分。

傳統的光學檢測辦法是利用紅外光譜技術測量油品在近紅外、中紅外光譜范圍的吸收光譜，其檢測時間過長無法滿足石油管道在線檢測的需求。與紅外光譜技術相比，太赫茲光譜技術具有優越性：首先，太赫茲光譜的典型脈寬在皮秒量級，時間分辨率高；其次，有機分子的振動、轉動能級均處于太赫茲波段，因此利用太赫茲光譜能夠獲得被測油品更加豐富的化學信息，實現油品的特征識別；再次，太赫茲光子能量低（1THZ處為4meV），當太赫茲波穿過易燃的油品時不會造成危險；最后，太赫茲光譜具有很高的時間和空間相干性，信噪比大于10⁴:1。通過對太赫茲檢測所得的時域波形做傅里葉變換就可以得到頻域光譜，進而得到油品的振幅和相位光譜數據，求解出被測油品的折射率、吸收系數等光學特征參數。根據求出的光學特征參數對被測油品進行分析和識別。

發明人在實現本發明的過程中，發現現有技術中至少存在以下缺點和不足：

現有的對成品油及其混合油的太赫茲時域光譜分析均是在已知油品的種類的情況下進行的，無法完成對管道內順序輸送的兩種未知油品混合油的在線識別和分析，不能為管道順序輸送的接收站提供管道內混油的準確信息，這必將降低成品油的質量，造成成品油的大量浪費，帶來一定的經濟損失。

發明內容

本發明提供了一種太赫茲光譜對成品油及混油的成分和混合比例的分析方法，實現了對順序輸送的兩種未知油品混合油的在線識別，提高了成品油的質量，減少了管道順序輸送中成品油的損耗，該方案具體為：

一種太赫茲光譜對成品油及混油的成分和混合比例的分析方法，所述方法包括以下步驟：

（1）獲取太赫茲頻率范圍，并求解出多次測量的n_si(1THz)隨測量時間變化的信號s_n(t)；

（2）根據所述信號s_n(t)確定混油在測量時間中出現的時間段t₁~t₂；分別求取在0~t₁時間內和t₂~t_end時間內管道順序輸送中的成品油種類；

（3）在所述太赫茲頻率范圍內，對t₁~t₂時間內出現的測量次序對應的吸收系數α_si(w)進行最小二乘擬合，求解對應混油中兩種成品油各自體積百分比。

所述獲取太赫茲頻率范圍，并求解出多次測量的n_si(1THz)隨測量時間變化的信號具體為：

1）分別獲取通過裝滿樣品比色皿的太赫茲時域波形S(t)和通過相同厚度的空比色皿的參考太赫茲時域波形R(t)，對預處理后的時域信號s′(t)和R′(t)做傅里葉變換，得到樣品信號的傅里葉變換和參考信號的傅里葉變換并將兩者比值表示為振幅ρ(w)與相位乘積的形式；

2）通過所述振幅ρ(w)與所述相位求解樣品的折射率和吸收系數；

3）獲取第i次測量時油品的折射率n_si(w)和吸收系數α_si(w)，并提取出第i次測量時油品的折射率在1THz頻率處的值n_si(1THz)；

4）求解所述吸收系數α_si(w)的區分度系數A_α，截取出A_α變化值不超過預設值的所述太赫茲頻率范圍；

5）在所述太赫茲頻率范圍內，求解出多次測量的n_si(1THz)隨測量時間變化的信號s_n(t)。

所述預處理具體為：截取出反射峰到達前的時域信號部分，并在截取的所述時域信號部分后邊補零，得到預處理后的所述時域信號s'(t)和R′(t)。