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油、水和乳多液层自动检测技术研究

作　者: 宋大鹏
导　师: 徐贵力
学　校: 南京航空航天大学
专　业: 测试计量技术及仪器
关键词: 多液层分离光电检测红外光纤电荷转移传感器阵列
分类号: TP274
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 33次
引　用: 1次
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内容摘要

准确地判断油、水、乳层对于石油化工行业具有重要的经济与环保价值。根据目前国内外油品分层测量的研究现状,在综合比较了几种测量方法优缺点的基础上,以及考虑到化工现场对防爆的特殊要求,利用不同浓度液体对红外光吸收程度不同的朗伯-贝尔定律,研究了一种以微处理器AT89S52为核心、基于红外光纤传感器的具有防爆功能的水、乳、油液层检测系统。其中设计了基于光电检测的总体方案、红外光纤传感器信号调理和A/D转换电路、基于AT24C512的数据存储模块和串口通讯模块。实验表明该系统能够检测出水、乳、油,而且具有成本低,传感检测探头本质安全、防爆等的特点,并且系统可以存储一个月的采集数据以供上位机查询。在现场应用中发现,质量较差的油品中的杂质容易阻塞红外光纤传感器的透光孔,对液层的检测造成影响。所以本文又研究了电荷转移法检测液体层次的技术。研究了电荷转移法抗寄生电容的原理,针对油污对传感器探头堵塞污染的问题,设计了6个电极电容传感器阵列,以此来解决单个或少量传感器被油污污染而严重影响检测的问题。另外,针对目前电荷转移法电路中由于开关的时序造成检测电路的漏电流问题,采用具有内部结构对称特点的D触发器来控制两个互补时序的开关,比单纯用非门的方法减少大概几十纳秒的电荷泄漏时间,实验证明该技术能较好的改善电荷泄漏的问题。最后,设计了基于PC机WINDOWS操作系统的实验数据采集与分析平台系统,并且进行了初步验证试验研究。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-14
第一章绪论  14-23
  1.1 引言  14-21
    1.1.1 课题的研究背景及意义  14-15
    1.1.2 国内外研究现状  15-21
      1.1.2.1 蒸馏化验法  15
      1.1.2.2 密度计法  15-16
      1.1.2.3 红外光谱法  16
      1.1.2.4 射线法  16-17
      1.1.2.5 超声波法  17-18
      1.1.2.6 电磁波法  18
      1.1.2.7 电容法  18-19
      1.1.2.8 管道层析成像法  19-20
      1.1.2.9 国内外产品研发状况  20-21
  1.2 本文的主要研究工作及创新点  21-22
    1.2.1 本文的主要研究工作  21
    1.2.2 本文的主要创新点  21-22
  1.3 本文的结构安排  22-23
第二章基于光纤的检测系统研制  23-34
  2.1 光纤式检测系统的原理  23-24
    2.1.1 Lambert-Beer 定律——光吸收基本定律  23-24
    2.1.2 红外光纤传感器检测原理  24
  2.2 选择光纤式传感器的论证  24-26
  2.3 光纤式检测系统的总体设计  26
  2.4 单片机系统设计  26-32
    2.4.1 信号调理及模数转换电路  26-28
    2.4.2 通讯协议选取与接口设计  28-30
    2.4.3 系统软件设计  30-32
  2.5 光纤式的试验数据分析及结论  32-33
    2.5.1 光纤式检测系统试验  32
    2.5.2 光纤式检测系统化工现场试验  32-33
  2.6 本章小结  33-34
第三章电容法测量系统电路设计  34-57
  3.1 含水率传感器设计中要考虑的特殊工作环境问题  34
  3.2 电容法测量的基本原理  34-36
  3.3 电容的检测方法  36-40
    3.3.1 交流电容测量法  36-37
    3.3.2 C /F 变换法  37-38
    3.3.3 电荷转移法  38-40
    3.3.4 各种电容检测电路的总结  40
  3.4 电荷转移法的频域模型分析  40-43
  3.5 电荷转移法的硬件电路设计分析  43-50
    3.5.1 电荷转移法的电路模拟仿真  43-46
    3.5.2 电容检测电路控制时序的改进  46-49
    3.5.3 传感器阵列的设计思想  49-50
  3.6 硬件电路设计  50-55
    3.6.1 控制开关 CD 4066BE  50
    3.6.2 产生控制开关信号的有源晶振  50-51
    3.6.3 由运放 LF356 构成的电荷积分电路  51-53
    3.6.4 信号差动放大  53-55
  3.7 传感器阵列电路测试实验  55-56
  3.8 本章小结  56-57
第四章电容测量法系统软件设计  57-61
  4.1 PCI9111 数据采集卡  57
  4.2 检测分层系统软件的设计与实现  57-60
    4.2.1 MFC 编程特点  57-58
    4.2.2 软件的规划结构  58
    4.2.3 软件工作流程  58-59
    4.2.4 软件的实现  59-60
  4.3 本章小结  60-61
第五章基于电容传感器阵列系统的分层试验研究  61-69
  5.1 测试试验  61-63
    5.1.1 验证方法  61
    5.1.2 试验结果  61-63
  5.2 基于电容传感器阵列系统的分层仿真试验分析  63-68
    5.2.1 理想的探头未受污染情况  63-65
    5.2.2 个别探头出现不同程度的永久性污染情况  65-66
    5.2.3 所有探头均出现类似轻程度的永久性污染情况  66-67
    5.2.4 个别探头污染随机变化  67-68
  5.3 本章总结  68-69
第六章总结与展望  69-71
  6.1 课题总结  69
  6.2 课题展望  69-71
参考文献  71-75
致谢  75-76
在学期间的研究成果及发表的学术论文  76-77
附录Ⅰ 单片机光纤液层检测系统电路原理图  77-78
附录Ⅱ 电容传感器阵列检测电路原理图  78-79
附录Ⅲ 基于传感器阵列系统的数据分析程序片段  79-80

油、水和乳多液层自动检测技术研究

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