[发明专利]一种音叉谐振原油含水率测量装置及其测量方法

权利要求书

1.一种音叉谐振原油含水率测量装置，其特征在于，包括驱动电路模块、传感器模块、阻抗测量模块、检测电路模块、数据处理模块和上位机，所述驱动电路模块包括电连接的放大电路和频率激振电路，所述传感器模块包括电连接的压电激振电路、音叉谐振式传感装置和压电拾振电路，所述阻抗测量模块包括电连接的阻抗测量电路，所述检测电路模块包括电连接的电荷放大电路、仪表放大电路和滤波整形电路，所述数据处理模块包括密度理论计算模型、粘度理论计算模型和原油含水率理论计算模型，所述频率激振电路与压电激振电路相连，所述压电拾振电路与阻抗测量电路相连，所述阻抗测量电路与电荷放大电路相连，所述滤波整形电路与放大电路相连，形成一个闭环回路，所述滤波整形电路与数据处理模块相连，所述数据处理模块与上位机相连；

所述密度理论计算模型为：

式中，ρ_q为音叉的密度；f₀为音叉位于空气中的谐振频率；f_l音叉位于液体中的谐振频率；ρ_l为液体密度；η_l为液体粘度；h为音叉叉体的厚度；a为音叉叉体的宽度；

所述粘度理论计算模型为：

式中，l为音叉叉体的水平长度；α为机电耦合系数；R为音叉位于液体所引起的等效电阻；

式中，k为音叉的弹性系数；C为音叉的等效电容；

所述原油含水率理论计算模型为：

式中，ρ_m为油和水混合物密度；ρ_w为水的密度；ρ_o为油的密度；V_m为油和水混合物的体积；V_w为水的体积；V_o为油的体积；μ为原油含水率。

2.根据权利要求1所述的音叉谐振原油含水率测量装置，其特征在于：所述检测电路模块还包括设置在阻抗测量电路与电荷放大电路之间的信号调理电路和自动切换电路。

3.根据权利要求1所述的音叉谐振原油含水率测量装置，其特征在于：所述音叉谐振式传感装置包括探头，探头为晶振。

4.根据权利要求3所述的音叉谐振原油含水率测量装置，其特征在于：所述晶振的音叉表面涂有防水胶。

5.根据权利要求3所述的音叉谐振原油含水率测量装置，其特征在于：所述晶振的频率为32.768kHz。

6.根据权利要求1所述的音叉谐振原油含水率测量装置，其特征在于：所述频率激振电路包括锁相环，锁相环为CMOS锁相环集成电路。

7.一种权利要求1至6任一项所述的音叉谐振原油含水率测量装置的测量方法，其特征在于：

测量时，通过驱动电路模块的频率激振电路激励传感器模块的压电激振电路，使音叉谐振式传感装置做谐振运动，压电拾振电路将检测到的振动信号拾取并通过检测电路模块反馈到驱动电路模块，进而测量出被测对象的谐振频率f，然后通过阻抗测量模块测量被测对象的阻抗值R，然后将液体分别置换为油和水的混合物、水、油进行测量而得到三组数据，联立公式(1)和(2)，得到油和水混合物密度ρ_m，水的密度ρ_w，油的密度ρ_o，然后将其代入公式(4)，得到原油含水率μ。