一种多波段微波法原油含水率检测装置的制作方法

1.本实用新型涉及多相流计量技术领域，具体是一种多波段微波法原油含水率检测装置。


背景技术：

2.原油含水率的实时在线测量方法主要有射频法、射线法、电容法、微波法、电导法等。其中射线法测量精度高，测量范围最宽，但安全性低，射线污染严重；电容法测量成本低、灵敏度高，但容易受到寄生电容的干扰；电导法易受水的矿化度影响，在高含水区段的测量误差较大；微波法受到流体压力和温度的影响较大、对测量环境和仪器要求很高；射频法在低含水率区间区分度大、误差小，但在高含水率区间受到油水转相特性影响，区分度低。由于原油物性的复杂性，以上方法都难以满足井口原油含水率的检测。为此，我们在分析了以上检测手段的基础上，采取多个微波频率频率分时测量介电常数，根据含水率区间进行加权测算标定，实现原油含水率0％～100％全域准确检测。


技术实现要素：

3.针对现有技术中存在的问题，本实用新型的目的在于提供一种多波段微波法原油含水率检测装置，可以精准的测量原油的含水量。
4.为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：包括连接管，安装管、天线和表头，所述安装管插入连接管的内部，其中连接管的左右两侧外壁上固定安装有一对连接法兰，同时安装管的左右两侧壁上对称开设有一对通孔，通孔的直径小于连接管的内径，并且通孔的下表面和连接管的底部内壁在同一条直线上，同时通孔的内壁上固定安装有l型管， l型管和另一侧通孔之间留有缝隙，并且l型管的顶部位于通孔的上方，从而通过l形管形成谐振腔，同时l型管的内部设置有天线，其中天线包括发射天线和接收天线，并且天线的外部包裹有一圈防护套，同时防护套通过安装座安装在安装管的顶端，并且安装座的顶部安装有连接座，完成对防护套的固定，同时连接座的内部开设有空腔，空腔内安装有调制解调电路，并且调制解调电路通过导线和天线以及表头电性连接在一起，其中表头安装在连接座的外壁上，同时连接座的顶部安装有密封块，其中表头内部安装有多波段信号源、stm32主控电路和lora通讯模组。
5.作为本实用新型进一步的方案：所述连接管的入口处安装有挡板，挡板的上表面和天线的下表面在同一条直线上。
6.作为本实用新型进一步的方案：所述l型管采用全金属结构。
7.作为本实用新型进一步的方案：所述防护套采用不沾油材料制成。
8.作为本实用新型进一步的方案：所述表头表面安装有显示面板。
9.作为本实用新型进一步的方案：所述表头内部的多波段信号源发出微波是频率在 300mhz-300ghz之间的电磁波。
10.作为本实用新型再进一步的方案：所述一种多波段微波法原油含水率检测装置的
工作过程为：
11.由于采用上述技术方案，本实用新型具有以下优越性：本实用新型利用易于集聚成束、高度定向性以及直线传播的特性，采取多个微波频率频率分时测量介电常数，根据含水率区间进行加权测算标定，实现原油含水率0％～100％全域准确检测，同时将检测装置设置在连接管的内部，在安装过程中，将装置安装在管道内部即可，安装更加方便，装置的经济效益较高。
附图说明
12.图1为本实用新型的检测装置结构示意图。
13.图2为本实用新型的天线安装示意图。
14.图3为本实用新型的工作流程示意图。
15.如图所示：1、连接管，2、安装管，3、天线，4、表头，5、显示面板，6、连接法兰， 7、挡板，8、通孔，9、l形管，10、防护套，11、安装座，12、连接座，13、调制解调电路，14、导线，15、密封块。
具体实施方式
16.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
17.请参阅图1～3，本实用新型实施例中，一种多波段微波法原油含水率检测装置，包括连接管1，安装管2、天线3和表头4，所述安装管2插入连接管1的内部，其中连接管1 的左右两侧外壁上固定安装有一对连接法兰6，用来将装置安装在管道内部，同时安装管 2的左右两侧壁上对称开设有一对通孔8，通孔8的直径小于连接管1的内径，并且通孔8 的下表面和连接管1的底部内壁在同一条直线上，同时通孔8的内壁上固定安装有l型管 9，l型管9和另一侧通孔8之间留有缝隙，并且l型管9的顶部位于通孔8的上方，从而通过l形管形成谐振腔，用来对原油进行检测，同时l型管9的内部设置有天线3，其中天线3包括发射天线和接收天线，并且天线3的外部包裹有一圈防护套10，防护套10采用不沾油材料制成，有效抑制结垢、结蜡，让天线最大可能保持洁净，不因残留的原油等杂质影响数据质量，同时防护套10通过安装座11安装在安装管2的顶端，并且安装座11 的顶部安装有连接座12，完成对防护套10的固定，从而将天线3悬挂在l型管9的内部，同时连接座12的内部开设有空腔，空腔内安装有调制解调电路13，并且调制解调电路13 通过导线14和天线3以及表头4电性连接在一起，其中表头4安装在连接座12的外壁上，同时连接座12的顶部安装有密封块15，完成对调制解调电路13的遮挡防护，其中表头4 内部安装有多波段信号源、stm32主控电路和lora通讯模组。
18.其中，所述连接管1的入口处安装有挡板7，挡板7的上表面和天线3的下表面在同一条直线上，起到限流作用，确保低流量下仪表内部谐振腔充满油水混合物。
19.优选的，所述l型管9采用全金属结构，无活动部件可以反射电磁波。
20.优选的，所述表头4表面安装有显示面板5，用来对原油含水量进行显示。
21.其中，所述多波段微波法原油含水率检测装置的工作原理为：
22.微波是频率在300mhz-300ghz之间的电磁波。具有易于集聚成束、高度定向性以及直线传播的特性。微波的基本性质通常呈现为穿透、反射、吸收三个特性。对于玻璃、塑料和瓷器，微波几乎是穿越而不被吸收。对于水和碳水化合物等就会吸收微波而使自身发热。而对金属类东西，则会反射微波。物质吸收微波的能力，主要由其介质损耗因数来决定。介质损耗因数大的物质对微波的吸收能力就强，相反，介质损耗因数小的物质吸收微波的能力也弱。由于各物质的损耗因数存在差异，水分子属极性分子，介电常数较大，其介质损耗因数也很大，对微波具有强吸收能力，蛋白质、碳水化合物等的介电常数相对较小，其对微波的吸收能力比水小得多。
23.井口原油是典型的油气水三相混合液，其中的原油与水的介电常数存在较大的差异。复合法原油含水率检测的原理是石油和水对高频电磁波的能量吸收程度不同，水的介电常数远远大于油，所以水对高频电磁波的吸收率远大于油。根据测量电磁波能量损耗，利用油、水二者吸收能量波的不同，通过精准测量波峰谐振频率来判断含水量。同时，不同微波频率下水、油的介电常数存在较大差异，利用不同电磁频率信号可以取得多个介电常数值，可以形成一个不同频率下，一个含水率的介电常数矩阵，这样利用神经网络算法就可以实现含水率的计算。
24.参阅图3可知，根据本实用新型提供的上述优选实施例，本实用新型的工作过程为：
25.步骤一：首先将连接管1通过连接法兰6安装原油管道内，将挡板7朝向原油的进油端，完成检测装置的安装；
26.步骤二：表头4内部安装的多波段信号源发出300mhz的微波，以一定的时间间隔发射多组电磁波，每组频率发射时，将原始信号的频率、原始信号幅值发送给stm32主控电路，原始微波信号经过发射天线发送，在谐振腔通过油水混合物由接收天线获取微波信号，并测得衰减信号的幅值；
27.步骤三：对接收信号的进行调制解调，有主控芯片stm32处理后，介电常数值与微波频率的数据对，将多组不同频率的的介电常数和微波频率数据，通过lora通讯模组传输到仪表外部的lora网关(采用lorawan协议)；
28.步骤四：电脑端接收lora网关的介电常数、微波频率数据，形成数据组，根据检测时原油含水率的人工化验结果，建立数据矩阵，采用bp神经网络训练含水率算法，电脑端根据训练完成的含水率算法，对实时采集的介电常数和微波频率矩阵计算得到原油含水率，并通过软件系统分析，然后传送至显示面板进行展示。