[发明专利]太赫兹光谱对成品油及混油的成分和混合比例的分析方法

说明书

技术领域

本发明涉及对成品油和混油的分析，特别涉及一种太赫兹光谱对成品油及混油的成分和混合比例的分析方法。

背景技术

成品油在管道输送中采用顺序输送的方式，即在一条管道内，按一定的批量和次序输送不同种类的油品。由于流速变化、粘度差异、密度和变管径等因素的影响，在管道中，两种相邻输送的油品会发生混合，形成混油。形成的混油在物理和化学性质上不同于混合前的两种油，因而不能作为合格的成品油使用。混油不仅造成了成品油的损耗，产生经济损失，而且降低了油品的质量，容易给工业和生活造成安全事故。因此，必须寻找一种能够分析和识别出混合油中的两种油品的种类以及混合比例的方法，从而对顺序输送中管道内的混油区进行精确的切割和划分。

传统的光学检测办法是利用红外光谱技术测量油品在近红外、中红外光谱范围的吸收光谱，其检测时间过长无法满足石油管道在线检测的需求。与红外光谱技术相比，太赫兹光谱技术具有优越性：首先，太赫兹光谱的典型脉宽在皮秒量级，时间分辨率高；其次，有机分子的振动、转动能级均处于太赫兹波段，因此利用太赫兹光谱能够获得被测油品更加丰富的化学信息，实现油品的特征识别；再次，太赫兹光子能量低（1THZ处为4meV），当太赫兹波穿过易燃的油品时不会造成危险；最后，太赫兹光谱具有很高的时间和空间相干性，信噪比大于10⁴:1。通过对太赫兹检测所得的时域波形做傅里叶变换就可以得到频域光谱，进而得到油品的振幅和相位光谱数据，求解出被测油品的折射率、吸收系数等光学特征参数。根据求出的光学特征参数对被测油品进行分析和识别。

发明人在实现本发明的过程中，发现现有技术中至少存在以下缺点和不足：

现有的对成品油及其混合油的太赫兹时域光谱分析均是在已知油品的种类的情况下进行的，无法完成对管道内顺序输送的两种未知油品混合油的在线识别和分析，不能为管道顺序输送的接收站提供管道内混油的准确信息，这必将降低成品油的质量，造成成品油的大量浪费，带来一定的经济损失。

发明内容

本发明提供了一种太赫兹光谱对成品油及混油的成分和混合比例的分析方法，实现了对顺序输送的两种未知油品混合油的在线识别，提高了成品油的质量，减少了管道顺序输送中成品油的损耗，该方案具体为：

一种太赫兹光谱对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骤：

（1）获取太赫兹频率范围，并求解出多次测量的n_si(1THz)随测量时间变化的信号s_n(t)；

（2）根据所述信号s_n(t)确定混油在测量时间中出现的时间段t₁~t₂；分别求取在0~t₁时间内和t₂~t_end时间内管道顺序输送中的成品油种类；

（3）在所述太赫兹频率范围内，对t₁~t₂时间内出现的测量次序对应的吸收系数α_si(w)进行最小二乘拟合，求解对应混油中两种成品油各自体积百分比。

所述获取太赫兹频率范围，并求解出多次测量的n_si(1THz)随测量时间变化的信号具体为：

1）分别获取通过装满样品比色皿的太赫兹时域波形S(t)和通过相同厚度的空比色皿的参考太赫兹时域波形R(t)，对预处理后的时域信号s′(t)和R′(t)做傅里叶变换，得到样品信号的傅里叶变换和参考信号的傅里叶变换并将两者比值表示为振幅ρ(w)与相位乘积的形式；

2）通过所述振幅ρ(w)与所述相位求解样品的折射率和吸收系数；

3）获取第i次测量时油品的折射率n_si(w)和吸收系数α_si(w)，并提取出第i次测量时油品的折射率在1THz频率处的值n_si(1THz)；

4）求解所述吸收系数α_si(w)的区分度系数A_α，截取出A_α变化值不超过预设值的所述太赫兹频率范围；

5）在所述太赫兹频率范围内，求解出多次测量的n_si(1THz)随测量时间变化的信号s_n(t)。

所述预处理具体为：截取出反射峰到达前的时域信号部分，并在截取的所述时域信号部分后边补零，得到预处理后的所述时域信号s'(t)和R′(t)。