基于太赫兹受抑全内反射光谱的混油监测系统关键技术研究

基本信息
批准号:61374219
项目类别:面上项目
资助金额:85.00
负责人:李健
学科分类:
依托单位:天津大学
批准年份:2013
结题年份:2017
起止时间:2014-01-01 - 2017-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:张慧,张宇,王伟魁,李逸楠,周南,张雯,杨伟,陈荣耀
关键词:
太赫兹光谱定量分析倏逝波受抑全内反射混油
结项摘要

Pipeline transportation for product oil gets rapid development worldwide for its technical and economic advantages. It is unavoidable that the oil mixture will appear between different kinds of oil in the pipeline as batch pipeling is commonly used. Precise oil mixture monitoring system without delay will provide guidance for cutting the oil mixture precisely and enormous economic losses can be avoided. Attenuated internal reflection (ATR) is combined with terahertz time-domain spectroscopy (THz-TDS) in this solution and a new way to monitor oil mixture in pipeline by terahertz attenuated internal reflection (THz-ATR) will be studied. The mechanism of interaction between evanescent waveand different oil in terahertz frequency band will be investigated and a monitoring method of oil mixture based on THz-ATR will be put forward. The polarization modulation method of THz beam will be studied and an intensive study is to be made on THz beam modulation by using silicon parallel plates and related influence of silicon parallel plate parameters. Innovative sensors based on terahertz attenuated internal reflection will be designed for the identification of different oil groups. For the purpose of improving the identification rate, the relationship between specific oil content and spectral signature will be verified and the influence of different environmental condition and different impurity in oil will be ascertained. Based on these researches, a model machine of oil mixture monitoring system is to be developed.

管道运输的技术经济优越性使其在世界范围内得到快速发展。成品油管道普遍采用顺序输送的方式,不同油品的前行和后行会发生接触扩散混合而形成混油段,及时准确的混油检测系统可以指导混油段的准确切割,避免巨大的经济损失。本项目将受抑全内反射光谱技术(ATR)和太赫兹时域光谱分析技术(THz-TDS)相结合,提出了将太赫兹受抑全内反射光谱(THz-ATR)用于管道混油监测。深入研究太赫兹波段倏逝波与不同油品作用的机理,提出基于太赫兹受抑全反射光谱的管道混油监测方法; 研究太赫兹偏振调制方法,提出采用硅晶片组对太赫兹波的偏振调制方法,研究硅晶片组参数对太赫兹偏振态的影响;针对不同的油品群设计用于油品识别的太赫兹波全内反射传感器;研究混合物中单一油品含量与光谱特征的对应关系、不同环境条件及油品中不同杂质对油品识别的影响,提高油品识别准确率;研制混油监测实验样机。

项目摘要

管道运输是油气大批量长距离运输的主要方式。而顺序输送是成品油管道普遍采用的方式,不同油品在同一条管道中前后依次输送,前行和后行的油品不可避免地发生接触扩散混合而形成混油段。及时准确的混油检测系统可以对混油段保持监控,指导混油段的准确切割,避免巨大经济损失和严重生产事故。本项目创新地将受抑全内反射光谱技术(ATR)和太赫兹时域光谱技术(THz-TDS)用于管道混油监测领域,经过研究,形成了一整套基于太赫兹受抑全内反射光谱(THz-ATR)的混油监测系统,掌握了之前空白的油品太赫兹受抑全内反射检测关键技术。项目研究了太赫兹波段受抑全反射倏逝波与不同油品作用机理,建立了油品受抑全反射原理和作用过程模型;研究了太赫兹波偏振调制机理、方法与装置,完成了基于硅片组的性能优良的太赫兹波偏振调制器件,研究了太赫兹波调制光路并实现了油品检测中太赫兹波的偏振和幅度调制;提出并形成了完整的油品太赫兹受抑全内反射传感器理论与设计方案;提出了多种创新、有效的太赫兹油品定量分析方法,根据太赫兹受抑全内反射光谱对混油进行了定量分析;针对管道进行混油流体仿真、研究了太赫兹混油杂质影响因素;研究了基于太赫兹偏振旋光的油品定量检测。项目研制了太赫兹成品油管道混油检测样机,并首次将太赫兹光谱检测技术应用于成品油输送管道实际检测,得到了良好的效果。本项目技术不仅具有检测安全、抗杂质污染、检测精度高等优点,而且更具有无需参比信号、检测结构简单,管道单侧光路、不受管道直径限制、应用门槛低等突出优势。项目在理论研究和实际应用两方面进行了丰富的探索,为管道节能降耗提供了创新方案。

项目成果
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数据更新时间:2023-05-31

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