水油氣界面位置及油層厚度測量系統(tǒng)的研究.pdf

1、將不同密度的流體同時放在容器中并經(jīng)過一段時間的靜置后，該流體將按密度大小形成明顯的分層。如油水混合放置在容器后，將在其斷面可明顯地觀測到油、水、氣界面。測量油水氣界面位置是計算油層體積或容積的手段之一，在石油化工、污水處理、冶金鑄造、造紙、食品生產(chǎn)等行業(yè)有強(qiáng)烈的需求。
　　CCD是一種常用的電子測量系統(tǒng)中的感光元件，是進(jìn)行一維光強(qiáng)測量的首選器件。近年來CCD發(fā)展迅速，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于數(shù)碼攝影、天文學(xué)、遙感技術(shù)等領(lǐng)域。CCD器件又有線

2、陣和面陣之分，線陣CCD將感光像元排成一行，而面陣CCD中像元分布成行列矩陣，能夠同時感受一幅完整的圖像。在分析測量需求的基礎(chǔ)上，本文選用線陣CCD作為光電測量元件，像元規(guī)模為3648個。
　　為提高測量精度，系統(tǒng)將被測水、油、氣截面通過一個光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行放大，并清晰地成像到線陣CCD上。CCD圖像采集系統(tǒng)將光強(qiáng)分布轉(zhuǎn)換為數(shù)字信息，經(jīng)USB2.0接口傳輸至PC機(jī)進(jìn)行處理。為消除噪聲、平滑數(shù)據(jù)，本文使用Savitzky-Golay濾波

3、器對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波，通過對平滑窗口內(nèi)的數(shù)據(jù)點最小二乘擬合給出數(shù)據(jù)點的平滑數(shù)值。采用S-G濾波器對離散數(shù)據(jù)進(jìn)行曲線擬合的優(yōu)勢在于其多項式卷積方法減少了算法對電腦內(nèi)存和數(shù)據(jù)處理能力的要求，減少了數(shù)據(jù)處理時間。與中值法、均值法、小波去噪比較，S-G濾波器處理效果較好，而且提高了對油水界面和油氣界面位置的判斷精度。
　　本系統(tǒng)軟件基于 VC編寫，軟件由硬件接口、人機(jī)接口、開發(fā)者接口三部分組成。硬件接口負(fù)責(zé)CCD數(shù)據(jù)采集的控制，與采集

4、卡通信。人機(jī)接口負(fù)責(zé)軟件與使用者交互，軟件界面功能實用、操作方便，加入了油水界面位置示意圖，能讓用戶對油層位置有直觀的了解。開發(fā)者接口便于用戶自主開發(fā)獨特的軟件功能，利于后期的功能擴(kuò)展。軟件算法中加入了 Savitzky-Golay濾波，分析平滑后的光強(qiáng)數(shù)據(jù)即可得到油水界面及油氣界面的位置，進(jìn)而求出油層厚度。
　　通過系統(tǒng)精度測試以及系統(tǒng)穩(wěn)定性實驗，本文設(shè)計的油水界面及油層厚度測量系統(tǒng)能夠較好地實現(xiàn)油水界面位置的測量工作，系統(tǒng)可靠