水油气界面位置及油层厚度测量系统的研究

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1、分类号：密级：天津理工大学研究生学位论文水油气界面位置及油层厚度测量系统的研究（申请硕士学位）学科专业：光学工程研究方向：光电信息处理作者姓名：李岳峰指导教师：孙杰（教授）2014年12月ThesisSubmittedtoTianjinUniversityofTechnologyfortheMaster’sDegreeResearchofthemeasurementsystemforthelocationofthewater-oil-airinterfaceandoilthicknessByLiYuefen

2、gSupervisorProf.SunJieDec.2014独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得天津理工大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：签字日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解天津理工大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权天津理工大学可

3、以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编，以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复本和电子文件。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：导师签名：签字日期：年月日签字日期：年月日摘要将不同密度的流体同时放在容器中并经过一段时间的静置后，该流体将按密度大小形成明显的分层。如油水混合放置在容器后，将在其断面可明显地观测到油、水、气界面。测量油水气界面位置是计算油层体积或容积的手段之一，在石油化工、污水处理、冶金铸造、造纸、食

4、品生产等行业有强烈的需求。CCD是一种常用的电子测量系统中的感光元件，是进行一维光强测量的首选器件。近年来CCD发展迅速，已经广泛应用于数码摄影、天文学、遥感技术等领域。CCD器件又有线阵和面阵之分，线阵CCD将感光像元排成一行，而面阵CCD中像元分布成行列矩阵，能够同时感受一幅完整的图像。在分析测量需求的基础上，本文选用线阵CCD作为光电测量元件，像元规模为3648个。为提高测量精度，系统将被测水、油、气截面通过一个光学系统进行放大，并清晰地成像到线阵CCD上。CCD图像采集系统将光强分布转换为数字信息，

5、经USB2.0接口传输至PC机进行处理。为消除噪声、平滑数据，本文使用Savitzky-Golay滤波器对采集到的数据进行滤波，通过对平滑窗口内的数据点最小二乘拟合给出数据点的平滑数值。采用S-G滤波器对离散数据进行曲线拟合的优势在于其多项式卷积方法减少了算法对电脑内存和数据处理能力的要求，减少了数据处理时间。与中值法、均值法、小波去噪比较，S-G滤波器处理效果较好，而且提高了对油水界面和油气界面位置的判断精度。本系统软件基于VC编写，软件由硬件接口、人机接口、开发者接口三部分组成。硬件接口负责CCD数据采

6、集的控制，与采集卡通信。人机接口负责软件与使用者交互，软件界面功能实用、操作方便，加入了油水界面位置示意图，能让用户对油层位置有直观的了解。开发者接口便于用户自主开发独特的软件功能，利于后期的功能扩展。软件算法中加入了Savitzky-Golay滤波，分析平滑后的光强数据即可得到油水界面及油气界面的位置，进而求出油层厚度。通过系统精度测试以及系统稳定性实验，本文设计的油水界面及油层厚度测量系统能够较好地实现油水界面位置的测量工作，系统可靠性高，测量精度高、使用范围广，而且易于维护，可用于易燃、易爆等危险场合

7、的自动测量。关键词：油水界面线阵CCDSavitzky-Golay滤波器特征提取AbstractAfteraperiodofrestofthedifferentdensityfluidinthecontainer,thedensityofthefluidwillbeeffectedaccordingtothesizeformobviousstratification.Suchasair-oil-watermixtureareplacedinthecontainer,thecrosssectionofthew

8、ater,oil,gasinterfacecanbeclearlyobserved.Measurewaterinterfacelocationofoilandgasisoneofthemeansofcalculatingreservoirvolumeorvolume,inthepetrochemicalindustry,sewagetreatment,metallurgicalcasting,papermakin