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一種原油含水率測量裝置及測量方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種原油含水率測量裝置，包括通過無線連接的多傳感器數(shù)據(jù)采集端與數(shù)據(jù)接收處理端，多傳感器數(shù)據(jù)采集端設置在輸油管道的多個管段處。本發(fā)明的基于多傳感器的原油含水率測量裝置，解決了現(xiàn)有技術中存在的采用單一傳感器造成采集信息比較單一，及有線傳輸線路鋪設困難和維修成本大的問題。本發(fā)明還公開了利用上述測量裝置的測量方法，通過FLANN方法對采集到的多傳感器數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)融合處理，提高了測量速度和測量結(jié)果的精度。
【專利說明】一種原油含水率測量裝置及測量方法

【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于油田自動化【技術領域】，涉及一種原油含水率測量裝置，本發(fā)明還涉及利用上述測量裝置測量原油含水率的方法。

【背景技術】
[0002]油田注水目前是油田生產(chǎn)開發(fā)的基本手段，隨著油田多年開采，輸油管線中含水率增高，原油含水率成為了評價油田質(zhì)量的一個重要指標，精確地在線測量輸油管道原油含水率，對于估計原油產(chǎn)量、原油成分分析和油田自動管理有著重大現(xiàn)實意義。
[0003]傳統(tǒng)的原油含水率測量方法采用人工蒸餾化驗方法，由于這種方法只能離線取樣化驗，導致過程復雜，實時性差。目前常用的方法有射線法、微波法、紅外光譜分析法、電容法和電導法。
[0004]射線法的原理是利用原油和水對于Y射線吸收系數(shù)不同，來計算混合物含水率，測量范圍能夠達到0?100%，穩(wěn)定性高，但是由于原油和水的吸收系數(shù)相差不大，導致測量結(jié)果精度不高，而且具有放射性，成本高等缺點；微波法通過不同含水率的原油衰減程度不同，來實現(xiàn)測量，精度高、范圍廣，但是信號檢測與處理復雜；紅外光譜法依據(jù)油水中C-H鍵對近紅外光譜的吸收峰不同，檢測被水吸收的波長，達到測量目的，測量范圍能達到0?100%，但是光譜分析儀器復雜，且成本較高；電容法根據(jù)油和水的介電常數(shù)不同達到測量目的，然而只適用于油為連續(xù)相；電導法根據(jù)油水電導率的不同來測量含水率，適合水為連續(xù)相情況；目前均采用電容法和電導法來測量原油含水率，但是這兩種測量方法都是基于單一傳感器，電容法在水分含量為30%的管段測量精度比較高，而電導法在水分含量為70%的管段測量精度比較高，但是這兩種方法在水分含量為30%?70%的管段測量精度并不高，而在數(shù)據(jù)處理過程中，目前均采用的是MLP方法和BP方法，但是，MLP方法由于對初始權(quán)重較敏感，使得隨著隱層節(jié)點數(shù)的增加，訓練時間同樣增加，導致算法速度慢，而BP方法的訓練結(jié)果容易陷入局部最優(yōu)，易出現(xiàn)不收斂的問題，導致算法精度低。
[0005]目前原油含水率測量系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸大多使用有線傳輸方式，由于油井現(xiàn)場環(huán)境復雜，尤其在高溫高壓下傳輸線路鋪設困難極大且增加維修養(yǎng)護成本。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是提供一種原油含水率測量裝置，解決了現(xiàn)有的原油含水率測量裝置在水分含量為30%?70%的管段測量結(jié)果準確度低，及有線傳輸線路鋪設困難和維修成本大的問題。
[0007]本發(fā)明的另一目的在于提供利用上述測量裝置測量原油含水率的方法，提高了測量速度和測量結(jié)果的精度。
[0008]本發(fā)明所采用的一種技術方案是，一種原油含水率測量裝置，包括通過無線連接的多傳感器數(shù)據(jù)采集端與數(shù)據(jù)接收處理端，多傳感器數(shù)據(jù)采集端設置在輸油管道的多個管段處。
[0009]本發(fā)明第一種技術方案的特點還在于，
[0010]多傳感器數(shù)據(jù)采集端包括微處理器a，微處理器a分別通過I2C總線與電容數(shù)字轉(zhuǎn)換器、阻抗數(shù)字轉(zhuǎn)換器和水分傳感器連接，電容數(shù)字轉(zhuǎn)換器分別與電容傳感器和溫度傳感器連接，阻抗數(shù)字轉(zhuǎn)換器與電導傳感器連接，微處理器a還通過RS232總線與數(shù)據(jù)收發(fā)模塊a連接，數(shù)據(jù)收發(fā)模塊a與數(shù)據(jù)接收處理端無線連接，數(shù)據(jù)收發(fā)模塊a采用Zigbee模塊。
[0011]數(shù)據(jù)接收處理端包括微處理器b，微處理器b分別通過RS232總線與PC機和數(shù)據(jù)收發(fā)模塊b連接，數(shù)據(jù)收發(fā)模塊b與多傳感器數(shù)據(jù)采集端無線連接，數(shù)據(jù)收發(fā)模塊b采用Zigbee 模塊。
[0012]本發(fā)明所采用的另一種技術方案是，一種原油含水率測量方法，采用原油含水率測量裝置，其結(jié)構(gòu)為:包括通過無線連接的多傳感器數(shù)據(jù)采集端與數(shù)據(jù)接收處理端，多傳感器數(shù)據(jù)采集端設置在輸油管道的多個管段處；
[0013]多傳感器數(shù)據(jù)采集端包括微處理器a，微處理器a分別通過I2C總線與電容數(shù)字轉(zhuǎn)換器、阻抗數(shù)字轉(zhuǎn)換器和水分傳感器連接，電容數(shù)字轉(zhuǎn)換器分別與電容傳感器和溫度傳感器連接，阻抗數(shù)字轉(zhuǎn)換器與電導傳感器連接，微處理器a還通過RS232總線與數(shù)據(jù)收發(fā)模塊a連接，數(shù)據(jù)收發(fā)模塊a與數(shù)據(jù)接收處理端無線連接，數(shù)據(jù)收發(fā)模塊a采用Zigbee模塊；
[0014]數(shù)據(jù)接收處理端包括微處理器b，微處理器b分別通過RS232總線與PC機和數(shù)據(jù)收發(fā)模塊b連接，數(shù)據(jù)收發(fā)模塊b與多傳感器數(shù)據(jù)采集端無線連接，數(shù)據(jù)收發(fā)模塊b采用Zigbee 模塊；
[0015]采用上述裝置的測量方法，具體按照以下步驟實施:
[0016]步驟1，微處理器b通過對多組訓練樣本進行訓練，得到神經(jīng)網(wǎng)絡框架的權(quán)值W'，訓練樣本為已知的電容值、溫度值和電導值，及已知的原油含水率；
[0017]步驟2，微處理器a分別從電容數(shù)字轉(zhuǎn)換器和阻抗數(shù)字轉(zhuǎn)換器讀取電容值、溫度值和電導值；微處理器a將讀取的電容值、溫度值和電導值依次經(jīng)數(shù)據(jù)收發(fā)模塊a和數(shù)據(jù)收發(fā)模塊b傳遞給微處理器b;
[0018]步驟3，微處理器b將讀取的電容值、溫度值和電導值輸入神經(jīng)網(wǎng)絡模型中，得到原油含水率。
[0019]本發(fā)明另一種技術方案的特點還在于，
[0020]步驟1中微處理器b通過對多組訓練樣本進行訓練得到神經(jīng)網(wǎng)絡模型，具體按照以下步驟實施:將已知的電容值、溫度值和電導值用xk = [c, G，Τ]τ表示，已知的原油含水率用Yk表示，k為訓練樣本的數(shù)量；
[0021]步驟1.1，設定神經(jīng)網(wǎng)絡框架的第一權(quán)值W，W為[_1，1]之間隨機數(shù)；
[0022]步驟1.2，將訓練樣本Xk = [C，G，Τ]τ和Yk輸入神經(jīng)網(wǎng)絡框架中；
[0023]步驟l.3，Xk= [C，G，Τ]τ經(jīng)函數(shù)擴展得到N個線性獨立的函數(shù)Φ = [Φ^Χ,),Φ2(χ,)，Φ3(χ1?)...0N(Xk)], (η < N)；
[0024]步驟1.4，計算輸出含水率Y' k = WT0，Y' k為神經(jīng)網(wǎng)絡框架輸出的含水率；
[0025]步驟1.5，計算神經(jīng)網(wǎng)絡框架輸出的含水率和已知含水率之間的誤差e =VY/ k；
[0026]步驟1.6，通過調(diào)整算法修正權(quán)值；
[0027]步驟1.7，繼續(xù)執(zhí)行步驟1.2?步驟1.6，直至誤差e趨于穩(wěn)定，誤差e趨于穩(wěn)定指誤差e小于0.001，得到第二權(quán)值r。
[0028]其中，步驟1.6中修正權(quán)值具體按照以下方法實施:
[0029]ffk+1 = ffk+ η.e.Xk,
[0030]其中，n為學習因子，取值為[ο，ι]；
[0031]ffk為第k組訓練樣本輸入神經(jīng)網(wǎng)絡框架中得到的權(quán)值；
[0032]ffk+1為第k+Ι組訓練樣本輸入神經(jīng)網(wǎng)絡框架中得到的權(quán)值；
[0033]e為神經(jīng)網(wǎng)絡框架輸出的含水率和已知含水率之間的誤差。
[0034]其中，步驟3具體按照以下步驟實施:
[0035]步驟3.1，將讀取的電容值C’、溫度值T’和電導值G’輸入神經(jīng)網(wǎng)絡框架中，經(jīng)函數(shù)擴展得到 N個線性獨立的函數(shù) Φ’ = [Φ/ (Χ’,)，Φ2’(Χ’,)，Φ3’(X’k)...ΦΝ’(X’k)]，(η<Ν)；
[0036]步驟3.2，通過計算得到輸出含水率。
[0037]其中，步驟3.2中具體按照以下方法計算:
[0038]Υ1 = W' Φ'
[0039]其中，Υ'為待測原油的含水率；
[0040]W’為神經(jīng)網(wǎng)絡框架的第二權(quán)值；
[0041]Φ’為Ν個線性獨立的函數(shù)。
[0042]本發(fā)明的有益效果是:
[0043]1)該裝置使用方便，靈活性高，可適應井下惡劣的工作環(huán)境，極大地降低了人工勞動強度，節(jié)約成本，可在油田自動化系統(tǒng)中推廣使用。
[0044]2)通過使用Zigbee無線通信系統(tǒng)和基于ARM微處理器的嵌入式系統(tǒng)，進行油井現(xiàn)場原油數(shù)據(jù)信息采集、處理和傳輸，系統(tǒng)成本低、響應速度快、安全性高。
[0045]3)測量裝置采用多傳感器測量方式，融合溫度信息對測量結(jié)果進行補償，彌補單一傳感器信息不足，實現(xiàn)優(yōu)勢互補，提高了測量數(shù)據(jù)的準確度，獲得更加準確的原油含水率數(shù)據(jù)，對確定油井出油層位，估計原油產(chǎn)量和油井開發(fā)壽命，具有重大意義。
[0046]4)提供了實時數(shù)據(jù)監(jiān)控、指令下達操作界面，界面簡潔、易于操作。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0047]圖1是本發(fā)明一種原油含水率測量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0048]圖2是本發(fā)明一種原油含水率測量方法的神經(jīng)網(wǎng)絡框圖。
[0049]圖中，1.微處理器a，2.電容傳感器，3.電導傳感器，4.溫度傳感器，5.電容數(shù)字轉(zhuǎn)換器，6.阻抗數(shù)字轉(zhuǎn)換器，7.數(shù)據(jù)收發(fā)模塊a，8.數(shù)據(jù)收發(fā)模塊b，9.微處理器b，10.PC機，11.水分傳感器。

【具體實施方式】
[0050]下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明進行詳細說明。
[0051]本發(fā)明一種原油含水率測量裝置，如圖1所示，包括通過無線連接的多傳感器數(shù)據(jù)采集端與數(shù)據(jù)接收處理端，多傳感器數(shù)據(jù)采集端設置在輸油管道的多個管段處；多傳感器數(shù)據(jù)采集端包括微處理器a，微處理器a分別通過I2C總線與電容數(shù)字轉(zhuǎn)換器、阻抗數(shù)字轉(zhuǎn)換器和水分傳感器連接，電容數(shù)字轉(zhuǎn)換器分別與電容傳感器和溫度傳感器連接，阻抗數(shù)字轉(zhuǎn)換器與電導傳感器連接，微處理器a還通過RS232總線與數(shù)據(jù)收發(fā)模塊a連接，數(shù)據(jù)收發(fā)模塊a與數(shù)據(jù)接收處理端無線連接，數(shù)據(jù)收發(fā)模塊a采用Zigbee模塊；數(shù)據(jù)接收處理端包括微處理器b，微處理器b分別通過RS232總線與PC機和數(shù)據(jù)收發(fā)模塊b連接，數(shù)據(jù)收發(fā)模塊b與多傳感器數(shù)據(jù)采集端無線連接，數(shù)據(jù)收發(fā)模塊b采用Zigbee模塊。
[0052]本發(fā)明原油含水率測量裝置的工作原理是，需要采集數(shù)據(jù)時，工作人員操作PC機10發(fā)送數(shù)據(jù)采集指令，微處理器al接收到數(shù)據(jù)采集指令后，數(shù)據(jù)采集隨之開始。電容傳感器2、溫度傳感器4分別采集電容信號和溫度信號，電容數(shù)字轉(zhuǎn)換器5將模擬量的溫度信號和模擬量的電容信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字量的溫度信號和數(shù)字量的電容信號，電導傳感器3采集電導信號，阻抗數(shù)字轉(zhuǎn)換器6將模擬量的電導信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字量的電導信號；水分傳感器11會將該管段中水分含量傳遞給微處理器al，微處理器al進行判斷，若水分含量小于30%，微處理器al控制電容數(shù)字轉(zhuǎn)換器讀取電容值和溫度值，電容值和溫度值依次經(jīng)微處理器al、數(shù)據(jù)收發(fā)模塊a7、數(shù)據(jù)收發(fā)模塊b8發(fā)送至微處理器b9，微處理器b9利用訓練好的電容與含水率對應關系進行查表，或通過插值的方法計算得到含水率數(shù)據(jù)，最后在PC機10上顯示和保存，工作人員通過顯示界面進行查看測得的原油含水率；若水分含量大于70%，微處理器al控制電導數(shù)字轉(zhuǎn)換器讀取電導值，電容數(shù)字轉(zhuǎn)換器讀取溫度值，電導值和溫度值依次經(jīng)微處理器a 1、數(shù)據(jù)收發(fā)模塊a7、數(shù)據(jù)收發(fā)模塊b8發(fā)送至微處理器b9，微處理器b9利用訓練好的電導與含水率對應關系進行查表，或通過插值的方法計算得到含水率數(shù)據(jù)，最后在PC機10上顯示和保存，工作人員通過顯示界面可以查看測得的原油含水率；若水分含量在30%?70%之間，電容數(shù)字轉(zhuǎn)換器讀取電容值和溫度值，阻抗數(shù)字轉(zhuǎn)換器讀取電導值，電容值、溫度值和電導值依次經(jīng)微處理器al、數(shù)據(jù)收發(fā)模塊a7、數(shù)據(jù)收發(fā)模塊b8發(fā)送至微處理器b9，微處理器對電容值、溫度值和電導值進行處理并將結(jié)果傳遞給PC機10，并在PC機10上顯示；
[0053]不需要采集數(shù)據(jù)時，工作人員操作PC機10發(fā)送數(shù)據(jù)采集停止指令，微處理器al接收到數(shù)據(jù)停止采集指令后，數(shù)據(jù)采集隨之停止。
[0054]本發(fā)明中微處理器al和微處理器b9的型號為STM32F417 ；
[0055]電容數(shù)字轉(zhuǎn)換器5的型號為AD7746 ；
[0056]阻抗數(shù)字轉(zhuǎn)換器6的型號為AD5933 ；
[0057]數(shù)據(jù)收發(fā)模塊a7和數(shù)據(jù)收發(fā)模塊b8采用的Zigbee模塊的型號為CC2530F256。
[0058]本發(fā)明的原油含水率測量裝置，可以在輸油管道的多個管段處安裝多傳感器數(shù)據(jù)采集端，而數(shù)據(jù)接收端只需一個，安裝在主控室即可，并且具有以下功能:
[0059]1)系統(tǒng)上電自動復位、自動加載運行,建立節(jié)點通信網(wǎng)絡；
[0060]2)系統(tǒng)硬件支持大量復雜數(shù)據(jù)處理，硬件能與傳感器通信，控制其工作狀態(tài)，即控制采集節(jié)點是否采集數(shù)據(jù)，系統(tǒng)能回傳采集節(jié)點工作狀態(tài)，以及回傳采集數(shù)據(jù)。
[0061]3)上位機能實時監(jiān)測傳感器工作狀態(tài)，顯示保存實時數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)。
[0062]本發(fā)明一種原油含水率測量方法，各個管段的多傳感器數(shù)據(jù)采集端根據(jù)水分含量并進行相應的數(shù)據(jù)采集，再通過無線傳輸至數(shù)據(jù)接收處理端，數(shù)據(jù)接收處理端的微處理器b9對采集的數(shù)據(jù)進行處理，得到各個管段的實時含水率數(shù)據(jù)，并在PC機上進行顯示。
[0063]本發(fā)明一種原油含水率測量方法，采用上述原油含水率測量裝置，如圖2所示，具體按照以下步驟實施:
[0064]步驟1，微處理器b9通過對多組訓練樣本進行訓練，得到神經(jīng)網(wǎng)絡框架的權(quán)值f，訓練樣本為已知的電容值、溫度值和電導值，及已知的原油含水率；
[0065]步驟2，微處理器al分別從電容數(shù)字轉(zhuǎn)換器5和阻抗數(shù)字轉(zhuǎn)換器6讀取電容值、溫度值和電導值；微處理器al將讀取的電容值、溫度值和電導值依次經(jīng)數(shù)據(jù)收發(fā)模塊a7和數(shù)據(jù)收發(fā)模塊b8傳遞給微處理器b9 ；
[0066]步驟3，微處理器b9將讀取的電容值、溫度值和電導值輸入神經(jīng)網(wǎng)絡模型中，得到原油含水率；
[0067]其中，步驟3具體按照以下步驟實施:
[0068]步驟3.1，將讀取的電容值C’、溫度值T’和電導值G’輸入神經(jīng)網(wǎng)絡框架中，經(jīng)函數(shù)擴展得到 N 個線性獨立的函數(shù) Φ’ = [Φ/ (Χ’,)，Φ2’(Χ’,)，Φ3’ (Χ\)...Φ； (X’k)]，(η<Ν)；
[0069]步驟3.2，通過以下方法計算得到輸出含水率。
[0070]Υ1 = W' Φ' (1)
[0071]其中，Υ'為待測原油的含水率；
[0072]W’為神經(jīng)網(wǎng)絡框架的第二權(quán)值；
[0073]Φ’為Ν個線性獨立的函數(shù)。
[0074]其中，步驟1中微處理器b9通過對多組訓練樣本進行訓練得到神經(jīng)網(wǎng)絡模型，具體按照以下步驟實施:將已知的電容值、溫度值和電導值用xk = [c，G，Τ]τ表示，已知的原油含水率用Yk表示，k為訓練樣本的數(shù)量；
[0075]步驟1.1，設定神經(jīng)網(wǎng)絡框架的第一權(quán)值W，W為[_1，1]之間隨機數(shù)；
[0076]步驟1.2，將訓練樣本Xk = [C，G，Τ]τ和Yk輸入神經(jīng)網(wǎng)絡框架中；
[0077]步驟l.3，Xk= [C，G，Τ]τ經(jīng)函數(shù)擴展得到N個線性獨立的函數(shù)Φ = [Φ^Χ,),Φ2(χ,)，Φ3(Χ1?)...0N(Xk)]，(η < N)，函數(shù)為切比雪夫函數(shù)；
[0078]步驟1.4，計算輸出含水率Y' k = ΙΤΦ,Υ/ k為神經(jīng)網(wǎng)絡框架輸出的含水率；
[0079]步驟1.5，計算神經(jīng)網(wǎng)絡框架輸出的含水率和已知含水率之間的誤差e =
VY/ k；
[0080]步驟1.6，通過以下方法修正權(quán)值:
[0081]ffk+1 = ffk+ η.e.Xk,
[0082]其中，n為學習因子,取值為[0,1]；
[0083]ffk為第k組訓練樣本輸入神經(jīng)網(wǎng)絡框架中得到的權(quán)值；
[0084]ffk+1為第k+Ι組訓練樣本輸入神經(jīng)網(wǎng)絡框架中得到的權(quán)值；
[0085]e為神經(jīng)網(wǎng)絡框架輸出的含水率和已知含水率之間的誤差；
[0086]步驟1.7，繼續(xù)執(zhí)行步驟1.2?步驟1.6，直至誤差e趨于穩(wěn)定，誤差e趨于穩(wěn)定指誤差e小于0.001，得到第二權(quán)值f。
[0087]本發(fā)明的原油含水率測量方法中數(shù)據(jù)融合方法采用FLANN(函數(shù)鏈接型神經(jīng)網(wǎng)絡)方法，該方法通過將自變量擴展為增強模式函數(shù)，然后構(gòu)造無隱層的單層神經(jīng)網(wǎng)絡，再通過線性無關函數(shù)將輸入信號擴展到較高空間維度的超平面上，使得FLANN方法與目前原油含水率測量方法采用的MLP方法和BP方法相比，具有更快的收斂性和較少的計算量，從而在速度和精度方面得到提聞。
[0088]本發(fā)明的各個部件之間傳輸?shù)男畔⒏袷綖?
[0089]1) PC機發(fā)送的指令
[0090]?目息頭+指令編號(00:開始，01:結(jié)束)+彳目息尾。
[0091]2)回應信號格式
[0092]彳目息頭+回應+/[目息尾。
[0093]3)發(fā)送數(shù)據(jù)格式
[0094]信息頭+管段號+傳感器編號(00:電容傳感器，01:電導傳感器)+傳感器數(shù)據(jù)+傳感器編號(02:溫度傳感器)+溫度傳感器數(shù)據(jù)+信息尾。
【權(quán)利要求】
1.一種原油含水率測量裝置，其特征在于，包括通過無線連接的多傳感器數(shù)據(jù)采集端與數(shù)據(jù)接收處理端，多傳感器數(shù)據(jù)采集端設置在輸油管道的多個管段處。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種原油含水率測量裝置，其特征在于，所述多傳感器數(shù)據(jù)采集端包括微處理器a (I)，所述微處理器a (I)分別通過I2C總線與電容數(shù)字轉(zhuǎn)換器(5)、阻抗數(shù)字轉(zhuǎn)換器(6)和水分傳感器(11)連接，所述電容數(shù)字轉(zhuǎn)換器(5)分別與電容傳感器(2)和溫度傳感器(4)連接，所述阻抗數(shù)字轉(zhuǎn)換器(6)與電導傳感器(3)連接，所述微處理器a (I)還通過RS232總線與數(shù)據(jù)收發(fā)模塊a (7)連接，所述數(shù)據(jù)收發(fā)模塊a (7)與數(shù)據(jù)接收處理端無線連接，所述數(shù)據(jù)收發(fā)模塊a(7)采用Zigbee模塊。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種原油含水率測量裝置，其特征在于，所述數(shù)據(jù)接收處理端包括微處理器b (9)，所述微處理器b (9)分別通過RS232總線與PC機(10)和數(shù)據(jù)收發(fā)模塊b(8)連接，所述數(shù)據(jù)收發(fā)模塊b (8)與多傳感器數(shù)據(jù)采集端無線連接，所述數(shù)據(jù)收發(fā)模塊b (8)采用Zigbee模塊。
4.一種原油含水率測量方法，其特征在于，采用原油含水率測量裝置，其結(jié)構(gòu)為:包括通過無線連接的多傳感器數(shù)據(jù)采集端與數(shù)據(jù)接收處理端，多傳感器數(shù)據(jù)采集端設置在輸油管道的多個管段處； 所述多傳感器數(shù)據(jù)采集端包括微處理器a (I)，所述微處理器a (I)分別通過I2C總線與電容數(shù)字轉(zhuǎn)換器(5)、阻抗數(shù)字轉(zhuǎn)換器(6)和水分傳感器(11)連接，所述電容數(shù)字轉(zhuǎn)換器(5)分別與電容傳感器(2)和溫度傳感器(4)連接，所述阻抗數(shù)字轉(zhuǎn)換器(6)與電導傳感器(3)連接，所述微處理器a (I)還通過RS232總線與數(shù)據(jù)收發(fā)模塊a (7)連接，所述數(shù)據(jù)收發(fā)模塊a(7)與數(shù)據(jù)接收處理端無線連接，所述數(shù)據(jù)收發(fā)模塊a(7)采用Zigbee模塊； 所述數(shù)據(jù)接收處理端包括微處理器b (9)，所述微處理器b (9)分別通過RS232總線與PC機(10)和數(shù)據(jù)收發(fā)模塊b (8)連接，所述數(shù)據(jù)收發(fā)模塊b (8)與多傳感器數(shù)據(jù)采集端無線連接，所述數(shù)據(jù)收發(fā)模塊b (8)采用Zigbee模塊； 采用上述裝置的測量方法，具體按照以下步驟實施: 步驟1，微處理器b(9)通過對多組訓練樣本進行訓練，得到神經(jīng)網(wǎng)絡框架的權(quán)值W'，所述訓練樣本為已知的電容值、溫度值和電導值，及已知的原油含水率； 步驟2，微處理器a(l)分別從電容數(shù)字轉(zhuǎn)換器(5)和阻抗數(shù)字轉(zhuǎn)換器(6)讀取電容值、溫度值和電導值；微處理器a(l)將讀取的電容值、溫度值和電導值依次經(jīng)數(shù)據(jù)收發(fā)模塊a (7)和數(shù)據(jù)收發(fā)模塊b (8)傳遞給微處理器b (9)； 步驟3，微處理器b (9)將讀取的電容值、溫度值和電導值輸入神經(jīng)網(wǎng)絡模型中，得到原油含水率。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種原油含水率測量方法，其特征在于，步驟I中微處理器b(9)通過對多組訓練樣本進行訓練得到神經(jīng)網(wǎng)絡模型，具體按照以下步驟實施:將已知的電容值、溫度值和電導值用Xk = [C，G，Τ]τ表示，已知的原油含水率用Yk表示，k為訓練樣本的數(shù)量； 步驟1.1，設定神經(jīng)網(wǎng)絡框架的第一權(quán)值W，W為[_1，1]之間隨機數(shù)； 步驟1.2，將訓練樣本Xk = [C，G，Τ]τ和Yk輸入神經(jīng)網(wǎng)絡框架中； 步驟1.3，Xk= [C，G，T]T經(jīng)函數(shù)擴展得到N個線性獨立的函數(shù)Φ = [Φ^Χ^, Φ^Χ,),O3(Xk)-..0nOQ]，(η < N)； 步驟1.4，計算輸出含水率Y' k = WtO, Y' k為神經(jīng)網(wǎng)絡框架輸出的含水率； 步驟1.5，計算神經(jīng)網(wǎng)絡框架輸出的含水率和已知含水率之間的誤差e = Yk-Y' k ； 步驟1.6，通過調(diào)整算法修正權(quán)值； 步驟1.7，繼續(xù)執(zhí)行步驟1.2?步驟1.6，直至誤差e趨于穩(wěn)定，誤差e趨于穩(wěn)定指誤差e小于0.001，得到第二權(quán)值W'。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種原油含水率測量方法，其特征在于，步驟1.6中修正權(quán)值具體按照以下方法實施:
\+1 = Vn.e.Xk, 其中，n為學習因子，取值為[0，1]； Wk為第k組訓練樣本輸入神經(jīng)網(wǎng)絡框架中得到的權(quán)值； Wk+1為第k+l組訓練樣本輸入神經(jīng)網(wǎng)絡框架中得到的權(quán)值； e為神經(jīng)網(wǎng)絡框架輸出的含水率和已知含水率之間的誤差。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種原油含水率測量方法，其特征在于，步驟3具體按照以下步驟實施: 步驟3.1，將讀取的電容值C’、溫度值T’和電導值G’輸入神經(jīng)網(wǎng)絡框架中，經(jīng)函數(shù)擴展得到 N 個線性獨立的函數(shù) Φ’ = [Φ/ (X’k)，Φ； (X’k)，Φ3’ (Χ\)...Φ； (X’k)]，(n<Ν)； 步驟3.2，通過計算得到輸出含水率。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種原油含水率測量方法，其特征在于，步驟3.2中具體按照以下方法計算: Y, = W，Φ， 其中，Y'為待測原油的含水率； W’為神經(jīng)網(wǎng)絡框架的第二權(quán)值； φ’為N個線性獨立的函數(shù)。
【文檔編號】G01N27/00GK104280430SQ201410542950
【公開日】2015年1月14日 申請日期:2014年10月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月14日
【發(fā)明者】劉龍, 樊波陽, 劉金星 申請人:西安理工大學