基于太赫兹时域光谱技术的成品油定量识别方法研究

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我国成品油普遍采用管道顺序运输方式,顺序输送不可避免的会在两种不同种类油品接触面产生混油。如果不能准确地检测到混油段,对混油段进行准确切割,就会造成油品的大量浪费;如果不合格油品进入到某一种油品储罐中,将会污染整个储罐,造成严重的经济损失。安全,准确,高效的混油定量识别,对减小油品在储存和运输过程中的各种事故和损耗,具有十分重要的经济意义和战略意义。课题基于太赫兹时域光谱分析技术,研究混油定量识别方法,主要内容包括:根据油品的组成特点,建立了油品在太赫兹波段的电子云导体模型,给出了不同种类油品电子云导体模型的关键参数和折射率计算公式。搭建了用于油品识别的太赫兹时域光谱分析系统。利用8-F光路系统结构,研究了四种不同种类成品油在太赫兹波段的性质,包括时域波形、频谱、吸收系数谱和折射率谱,分析了90#、93#、97#汽油和-10#柴油的光学参数。并与利用气相色谱法获得的不同种类汽油的组成成分数据进行了对比验证。分析了90#、93#、97#汽油与-10#柴油组成的六种混油的时域波形、频谱、吸收系数谱和折射率谱的特征,提出了基于最优频率段吸收系数谱进行二元线性回归分析的定量分析方法。对六种混油的66批次样本进行了定量分析,结果表明,经过最优频率段筛选之后的二元线性回归分析方法对于汽油——柴油混油体系定量效果较好,33组样本的Adj.R-Square值均大于0.9(1为最高),汽油体积分数绝对误差不超过6%。提出了采用时域波形多参数组合定量分析方法。提取时域波形首波峰与波谷的时间延迟和幅值作为四个定量分析参数。明确四个参数与混油关系曲线。根据向量夹角余弦值最大的条件,建立了四个参数的加权模型,并利用最优化求解确定权值。加权组合定量分析方法提高了太赫兹波形对油品浓度的敏感程度,弥补了基于最优频率段吸收系数谱二元线性回归分析的不足,改善了汽油——汽油混油体系的分析结果,绝对误差均值由18%降到了2%。
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