本實用新型涉及原油檢測領(lǐng)域，具體而言，涉及一種近紅外原油含水率檢測裝置。

背景技術(shù)：

監(jiān)控油井原油含水率對于試井分離器、集油站、原油處理設(shè)備和原油銷售罐區(qū)都至關(guān)重要。及時掌握并控制原油的含水率可提高采油效率，可以最大限度地減少產(chǎn)出水的處理量，通過改進(jìn)原油脫水工藝而最大限度地提高原油的質(zhì)量。原油含水率監(jiān)測對于油藏管理和生產(chǎn)優(yōu)化是十分重要的，能夠可靠與連續(xù)地估算原油凈產(chǎn)量，對油井出現(xiàn)的問題做出正確的診斷并進(jìn)行維護(hù)，以便對油藏的開采模式進(jìn)行必要的調(diào)整。

現(xiàn)有的含水率檢測裝置可以采用光學(xué)法，采用光學(xué)法需要使用光譜儀。一般會使用色散型光譜儀或干涉型光譜儀。色散型光譜儀要采用棱鏡或光柵作為色散元件，光路復(fù)雜導(dǎo)致其具有復(fù)雜的機(jī)械結(jié)構(gòu)，占用體積較大。并且光譜儀中需要采用狹縫，對接收到的光能利用率較低，為了獲得較高的信噪比，就需要使用更大功率的光源。采用干涉型光譜儀，雖無需狹縫，使得能量利用率比較高，不需要大功率光源，但是干涉型光譜儀中要精密的干涉儀結(jié)構(gòu)，對使用環(huán)境要求極高，在較惡劣的檢測環(huán)境中使用會對光譜儀造成損壞，復(fù)雜精密的結(jié)構(gòu)帶來的使用成本也很高。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

有鑒于此，本實用新型實施例的目的在于提供一種近紅外原油含水率檢測裝置，可以解決上述問題。

本實用新型提供的技術(shù)方案如下：

一種近紅外原油含水率檢測裝置，包括：光源頭、光譜探測頭和信號處理電路，其中：

所述光源頭和光譜探測頭分別浸沒在所述流通池中，且位置相對；

所述光源頭發(fā)射出具有連續(xù)光譜的檢測光束；

所述光譜探測頭接收經(jīng)所述待測原油吸收后的檢測光束，并獲取所述檢測光束的光譜信息，所述光譜探測頭包括線性漸變?yōu)V光片和光電探測器陣列，其中：

所述線性漸變?yōu)V光片與所述光電探測器陣列的感光面相貼合，所述線性漸變?yōu)V光片的光譜透過率沿所述光電探測器陣列排列方向線性變化，用于限定具有不同波長的所述檢測光束到達(dá)所述光電探測器陣列的特定位置；

所述光電探測器陣列用于獲取經(jīng)濾光后的所述檢測光束的光譜信息；

所述信號處理電路與所述光譜探測頭相連接，包括用于根據(jù)所述光譜信息，獲取所述待測原油的含水率的處理器。

進(jìn)一步的，還包括：

分別與所述光源頭和光譜探測頭相連接，控制所述光源頭與光譜探測頭協(xié)同工作的控制器。

進(jìn)一步的，所述光源頭包括光源、反光鏡和第一窗口玻璃，其中：

所述光源生成檢測光束；

所述反射鏡反射并準(zhǔn)直所述檢測光束。

進(jìn)一步的，所述光源頭還包括第一窗口玻璃，準(zhǔn)直后的檢測光束通過所述第一窗口玻璃發(fā)射出去。

進(jìn)一步的，所述光譜探測頭上還設(shè)置有第二窗口玻璃，所述檢測光束通過所述第二窗口玻璃進(jìn)入到所述光譜探測頭中。

進(jìn)一步的，所述光譜探測頭上還設(shè)置有第二窗口玻璃。

優(yōu)選地，所述線性漸變?yōu)V光片的光譜范圍是1200nm至2500nm。

優(yōu)選地，所述光源的光譜范圍為1200至2500nm。

優(yōu)選地，所述光源為鹵素?zé)艄庠础?/p>

優(yōu)選地，所述線性光電探測器陣列為線陣InGaAs探測器。

優(yōu)選地，所述線性光電探測器陣列的光譜響應(yīng)范圍為1200nm至2500nm。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，在本申請實施例中，直接使用光源頭和光譜探測頭實現(xiàn)檢測光束的發(fā)射和接收，光譜探測頭中設(shè)置濾光片和光電探測器陣列，可以直接實現(xiàn)檢測光束光譜信息的采集，無需使用光譜儀，整體結(jié)構(gòu)更加簡單。光路中無需設(shè)置狹縫來限制檢測光束，對光能利用率更高，無需設(shè)置參比光路，進(jìn)一步簡化結(jié)構(gòu)，對檢測環(huán)境要求低，降低了裝置整體成本，占用體積更小，更利于在不同檢測場景中使用。并且，采用具有連續(xù)光譜的光源，在光譜信息采集的過程中，檢測變量更多，穩(wěn)定性更好，檢測精度也更高，并且采用光學(xué)方法來對原油的含水率進(jìn)行檢測，不會受到原油密度、乳化程度、鹽度和粘稠度的影響，抗干擾能力更強(qiáng)，可以檢測含水率從0至100％全部范圍內(nèi)的液體，測量范圍更寬，穩(wěn)定性更高，測量結(jié)果也更可靠，可以滿足對原油含水率精確測量的要求。

為使本實用新型的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，并配合所附附圖，作詳細(xì)說明如下。

附圖說明

為了更清楚地說明本實用新型實施例的技術(shù)方案，下面將對實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，應(yīng)當(dāng)理解，以下附圖僅示出了本實用新型的某些實施例，因此不應(yīng)被看作是對范圍的限定，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他相關(guān)的附圖：

圖1為本實用新型較佳實施例提供的近紅外原油含水率檢測裝置的示意圖；

圖2為本實用新型較佳實施例提供的光源頭和光譜探測頭的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。

主要元器件標(biāo)號匯總：

光源頭101；

光譜探測頭102；

信號處理電路103；

控制器104；

光源1011；

反射鏡1012；

第一窗口玻璃1013；

線性漸變?yōu)V光片1021；

光電探測器陣列1022；

第二窗口玻璃1023。

具體實施方式

下面將結(jié)合本實用新型實施例中附圖，對本實用新型實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例。通常在此處附圖中描述和示出的本實用新型實施例的組件可以以各種不同的配置來布置和設(shè)計。因此，以下對在附圖中提供的本實用新型的實施例的詳細(xì)描述并非旨在限制要求保護(hù)的本實用新型的范圍，而是僅僅表示本實用新型的選定實施例?；诒緦嵱眯滦偷膶嵤├?，本領(lǐng)域技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型保護(hù)的范圍。

應(yīng)注意到：相似的標(biāo)號和字母在下面的附圖中表示類似項，因此，一旦某一項在一個附圖中被定義，則在隨后的附圖中不需要對其進(jìn)行進(jìn)一步定義和解釋。同時，在本實用新型的描述中，術(shù)語“第一”、“第二”等僅用于區(qū)分描述，而不能理解為指示或暗示相對重要性。

常用的原油含水率測量方法有稱重法、電容法、微波法和光學(xué)法。稱重法根據(jù)油和水的密度差來測量含水率，該方法容易受到油水混合液中其它雜物的干擾，特別是存在氣體時，測量準(zhǔn)確性低。電容法測量是根據(jù)油水混合液的介電常數(shù)與含水率之間的相關(guān)性來測定含水率，該方法僅適用于低含水率的原油含水率測量，對于含水率較大的原油無法準(zhǔn)確測量。微波法測量容易受到鹽度和氣體的影響，并且不適合高含水率原油的測量。采用近紅外吸收特性的光學(xué)法，具有不受原油密度、粘稠度、鹽度、氣體等的影響，可測量0～100％含水率范圍等優(yōu)點(diǎn)，是目前最為先進(jìn)的測量方法之一。現(xiàn)有的技術(shù)采用近紅外光吸光度測量油水混合液的含水率，該方法存在如下問題：(1)采用光譜波段數(shù)量少，定標(biāo)精度較低，容易受到油水混合液中雜質(zhì)造成的散射光的干擾；(2)采用分離的光電探測器，多個光電探測器分別采集信號響應(yīng)不一致性和放大電路不一致性導(dǎo)致測量精度下降。

現(xiàn)有技術(shù)中在對光束的光譜信息進(jìn)行檢查時，會使用光譜儀進(jìn)行，一般會使用色散型光譜儀或干涉型光譜儀。色散型光譜儀要采用棱鏡或光柵作為色散元件，光路復(fù)雜導(dǎo)致具有復(fù)雜的機(jī)械結(jié)構(gòu)，占用體積較大。并且光譜儀中需要采用狹縫，對接收到的光能利用率較低，為了獲得較高的信噪比，就需要使用更大功率的光源。

采用干涉型光譜儀，雖無需狹縫，使得能量利用率比較高，不需要大功率光源，但是干涉型光譜儀中需要精密的干涉儀結(jié)構(gòu)，對使用環(huán)境要求極高，在較惡劣的檢測環(huán)境中使用會對光譜儀造成損壞，復(fù)雜精密的結(jié)構(gòu)帶來的使用成本也很高。

并且，使用光譜儀時在上述結(jié)構(gòu)中還需設(shè)置由分光片、硅光電探測器組成的參比光路，為光譜信息的確定提供參考光譜，這同樣增加了系統(tǒng)的復(fù)雜度。

有鑒于此，如圖1所示，本申請實施例提供了一種近紅外原油含水率檢測裝置，包括：光源頭101、光譜探測頭102、和信號處理電路103。

所述光源頭101和光譜探測頭102分別浸沒在待測原油中，且位置相對，由光源頭101和光譜探測頭102組成了對待測原油的檢測光路，光源頭101發(fā)射出檢測光束，檢測光束經(jīng)過待測原油的吸收后，由于待測原油中的水分等雜質(zhì)的影響，檢測光束的光譜信息會發(fā)生變化，通過光譜探測頭102對接收到的檢測光束進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換等處理，可以獲取檢測光束的光譜信息。

其中，所述光源頭101可以發(fā)射出具有連續(xù)光譜的檢測光束，本申請實施例中的光源頭101可以采用光譜范圍為近紅外的部件，優(yōu)選的，光源頭101可以采用光譜范圍為1200至2500nm的鹵素?zé)艄庠础?/p>

如圖2所示，所述光源頭101包括光源1011、反射鏡1012和第一窗口玻璃1013，其中：所述光源1011生成檢測光束；所述反射鏡1012反射并準(zhǔn)直所述檢測光束，準(zhǔn)直后的檢測光束通過所述第一窗口玻璃1013發(fā)射出去。光源頭101內(nèi)的光源點(diǎn)亮后發(fā)射出檢測光束，檢測光束經(jīng)設(shè)置在光源外側(cè)的反射鏡1012反射并準(zhǔn)直，準(zhǔn)直光束經(jīng)第一窗口玻璃1013傳導(dǎo)出去。

所述光譜探測頭102接收經(jīng)所述待測原油吸收后的檢測光束，并獲取所述檢測光束的光譜信息，所述光譜探測頭102包括線性漸變?yōu)V光片1021和光電探測器陣列1022，所述線性漸變?yōu)V光片1021與所述光電探測器陣列1022的感光面相貼合，所述線性漸變?yōu)V光片1021的光譜透過率沿所述光電探測器陣列排列方向線性變化，用于限定具有不同波長的所述檢測光束到達(dá)所述光電探測器陣列的特定位置。所述光電探測器陣列1022用于獲取經(jīng)濾光后的所述檢測光束的光譜信息。

本申請實施例中采用線性漸變?yōu)V光片1021，線性漸變?yōu)V光片1021是一種特殊的帶通濾光片，制作時特意向特定方向形成楔形鍍層，線性漸變?yōu)V光片1021的光譜透過率在楔形方向發(fā)生線性變化，從而起到分光作用。線性漸變?yōu)V光片1021和光電探測器陣列的組合可以取代大量其他儀器組件如：光柵、制冷探測器等，從而節(jié)省了大量的設(shè)備空間、成本和重量。光譜探測頭102通過線性漸變?yōu)V光片1021和光電探測器陣列1022實現(xiàn)對光線的接收和光譜信息的獲取。光譜探測頭102的設(shè)置位置和光源頭101的位置相對，以便可以直接獲取光源頭101發(fā)出的檢測光束，而無需在光路上設(shè)置其他形式的光束處理裝置，直接通過光譜探測頭102即可完成光束的接收。

優(yōu)選地，光電探測器陣列1022可以采用線陣InGaAs(indium gallium arsenide，銦鎵砷)探測器，線陣InGaAs探測器采用的InGaAs材料是一種優(yōu)良的近紅外光電探測材料，使探測器具有較高的探測率，較高的信噪比，較低的功耗以及較長的壽命，并且采用InGaAs材料制成的光電探測器具有較小的體積，利于裝置的小型化。優(yōu)選的，本申請實施例中的線陣InGaAs探測器的光譜響應(yīng)范圍可以是1200至2500nm。

所述信號處理電路103與所述光譜探測頭102相連接，包括用于根據(jù)所述光譜信息，獲取所述待測原油的含水率的處理器。

信號處理電路103中的處理器通過對光譜信息的計算，就可以獲取得到待測原油的含水率數(shù)據(jù)。

進(jìn)一步的，在使用上述監(jiān)測裝置進(jìn)行原油含水率的檢測時，在光譜探測頭102尚未放置于待測原油中前，先利用光譜探測頭102檢測一組空白光譜信息，記為I₀(λ)。然后，將光源頭101和光譜探測頭102放入到待測原油中，并調(diào)整兩者之間的位置關(guān)系，使光源頭101發(fā)出的檢測光束能夠通過待測原油后并被光譜探測頭102接收到。

光源頭101和光譜探測頭102浸入到待測原油中后，光源頭101可以繼續(xù)發(fā)射出檢測光束，檢測光束經(jīng)過待測原油的影響后被光譜探測頭102接收到，光譜探測頭102通過對接收到的檢測光束的光譜信息進(jìn)行分析，可以得到攜帶有原油特征信息的光譜信息，記為I₁(λ)。

進(jìn)一步的，利用吸光度計算公式可以計算得到總吸光度A(λ)，具體公式為：

進(jìn)一步的，對所述總吸光度進(jìn)行光譜吸光度解混合運(yùn)算，得到水分對所述總吸光度的貢獻(xiàn)值，將所述水分對所述總吸光度的貢獻(xiàn)值轉(zhuǎn)換為含水率數(shù)值。通過上述這樣的計算過程即可得到原油中含水率數(shù)值。

在本申請實施例中，直接使用光源頭101和光譜探測頭102實現(xiàn)檢測光束的發(fā)射和接收，光譜探測頭102中設(shè)置線性漸變?yōu)V光片1021和光電探測器陣列，可以直接實現(xiàn)檢測光束光譜信息的采集，無需使用光譜儀，整體結(jié)構(gòu)更加簡單。光路中無需設(shè)置狹縫來限制檢測光束，對光能利用率更高，無需設(shè)置參比光路，進(jìn)一步簡化結(jié)構(gòu)，對檢測環(huán)境要求低，降低了裝置整體成本，占用體積更小，更利于在不同檢測場景中使用。并且，采用具有連續(xù)光譜的光源，在光譜信息采集的過程中，檢測變量更多，穩(wěn)定性更好，檢測精度也更高，并且采用光學(xué)方法來對原油的含水率進(jìn)行檢測，不會受到原油密度、乳化程度、鹽度和粘稠度的影響，抗干擾能力更強(qiáng)，可以檢測含水率從0至100％全部范圍內(nèi)的液體，測量范圍更寬，穩(wěn)定性更高，測量結(jié)果也更可靠，可以滿足對原油含水率精確測量的要求。

更進(jìn)一步的，還包括用于控制所述光源頭101與光譜探測頭102協(xié)同工作的控制器104。通過控制器104可以控制光源頭101生成光線的同時，能夠被光譜探測頭102同步接收，使兩者協(xié)同工作。

進(jìn)一步的，所述光譜探測頭102上還設(shè)置有第二窗口玻璃1023。在本申請實施例中，第一窗口玻璃1013和第二窗口玻璃1023可以采用藍(lán)寶石玻璃，第一窗口玻璃1013將光源頭101內(nèi)部光路與外部環(huán)境隔離開，第二窗口玻璃1023將光譜探測頭102的內(nèi)部光路與外部環(huán)境隔離開。

在本實用新型各個實施例中的各功能模塊可以集成在一起形成一個獨(dú)立的部分，也可以是各個模塊單獨(dú)存在，也可以兩個或兩個以上模塊集成形成一個獨(dú)立的部分。

需要說明的是，在本文中，諸如第一和第二等之類的關(guān)系術(shù)語僅僅用來將一個實體或者操作與另一個實體或操作區(qū)分開來，而不一定要求或者暗示這些實體或操作之間存在任何這種實際的關(guān)系或者順序。而且，術(shù)語“包括”、“包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、物品或者設(shè)備不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、物品或者設(shè)備所固有的要素。在沒有更多限制的情況下，由語句“包括一個……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的過程、方法、物品或者設(shè)備中還存在另外的相同要素。

以上所述僅為本實用新型的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本實用新型，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本實用新型可以有各種更改和變化。凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。應(yīng)注意到：相似的標(biāo)號和字母在下面的附圖中表示類似項，因此，一旦某一項在一個附圖中被定義，則在隨后的附圖中不需要對其進(jìn)行進(jìn)一步定義和解釋。

以上所述，僅為本實用新型的具體實施方式，但本實用新型的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本實用新型揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本實用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本實用新型的保護(hù)范圍應(yīng)所述以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。