基于近红外透光度扫描的重油稳定性检测技术研究

摘要

本论文设计了一种仪器用于实现基于近红外透光度扫描的重油稳定性检测，并借助仪器深入研究了检测过程，构建了检测过程透光度变化的数学模型。
　　首先对重油稳定性问题产生的原因、沥青质分离的过程进行了深入研究，在此基础上分析了检测方法的理论基础，论证了检测方法的可行性。
　　之后根据检测方法要求进行了重油稳定性检测仪的研发，包括单片机控制系统设计、近红外透光度检测系统设计、检测平台平稳运行和精确定位解决方案、步进电机运动控制算法等。并拓展了仪器的人机交互、数据读写、通信等功能。
　　完成检测设备的研制后，本文根据检测原理，对检测设备进行了误差分析和功能验证，验证了仪器功能的实现，并为设备检测精度的提高提供了改进方案。
　　最后使用该仪器对检测过程的透光度变化情况和粒子沉降情况进行了详细研究。根据透光度数据估算出检测过程的粒子沉降速度和粒子直径分布，并将检测过程划分为沥青质分离、颗粒快速沉降、颗粒干扰沉降、基本沉降完成四个阶段，针对四个阶段分别提出了透光度均值变化的数学模型。最后根据四个阶段的数学模型，对透光度均值变化数据进行了曲线拟合，根据拟合效果验证模型可用。并为沉降过程中沥青质分离过程、粒子浓度、粒子直径的进一步研究提供了方法。

目录

声明

致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．1．1 重油概述

1．1．2 重油市场分析和展望

1．1．3 重油稳定性问题及其影响

1．2 研究现状

1．2．1 重油稳定性问题出现的原因

1．2．2 沥青质相分离问题研究

1．2．3 重油稳定性评价方法

1．3 近红外透光度扫描的研究现状

1．4 本课题主要内容

1．4．1 研究目标

1．4．2 本论文主要内容

第二章 检测原理及总体设计

2．1 检测方法介绍

2．2 理论依据

2．2．1 检测方法基本原理

2．2．2 油样—甲苯—正庚烷比例

2．2．3 光源选择

2．3 检测设备要求

2．4 检测仪器整体设计

2．5 本章小结

第三章 硬件设计

3．1 总体硬件设计

3．2 单片机控制模块设计

3．2．1 MCU选型

3．2．2 单片机系统供电电路

3．2．3 时钟选择和时钟电路

3．2．4 复位电路

3．3 运动控制模块

3．3．1 方案设计

3．3．2 传动机构选型

3．3．3 步进电机驱动

3．3．4 闭环位置反馈

3．4 数据采集模块

3．4．1 核心元件

3．4．2 放大电路

3．4．3 机械结构设计

3．5 人机交互模块

3．5．1 LCD驱动和接口说明

3．5．2 电容触摸屏驱动和接口说明

3．5．3 FSMC介绍

3．5．4 人机交互模块电路图

3．6 通信模块

3．6．1 串口转USB通信

3．6．2 外部FLASH

3．8 本章小结

第四章 软件设计

4．1 程序架构

4．2 基本检测程序

4．2．1 检测程序流程

4．2．2 ADC透光度数据采集和处理

4．2．3 获取位置信息

4．2．4 步进电机驱动

4．3 步进电机速度控制

4．3．1 S曲线

4．3．2 计步方法

4．3．3 步进电机速度控制函数

4．4 数据I／O操作

4．4．1 SPI接口

4．4．2 外部FLASH操作

4．5 人机交互

4．5．1 LCD驱动

4．5．2 触屏输入捕捉

4．5．3 入机交互界面简介

4．6 仪器外观和操作界面

4．7 本章小结

第五章 检测结果和误差分析

5．1 透光度基准误差分析

5．1．1 基准电压单次检测

5．1．2 基准电压多次检测

5．1．3 误差来源及改进

5．2 空试管检测数据分析

5．2．1 空试管透光度曲线

5．2．2 试管不均匀性误差消除方法

5．3 透光度数据分析

5．3．1 溶液透光度

5．3．2 透光度均值变化情况

5．4 油样检测

5．4．1 仪器固有误差

5．4．2 油样检测结果

5．5 本章小结

第六章 沉降过程研究与检测方法改进

6．1 沉降过程研究

6．1．1 研究方法

6．1．2 检测结果

6．1．3 结果分析

6．2 透光度变化模型

6．2．1 透光度变化模型的提出

6．2．2 透光度变化曲线和拟合

6．3 透光度模型应用

6．3．1 检测结果评估和预测

6．3．2 异常数据检测和剔除

6．4 本章小结

第七章 总结和展望

7．1 本文主要结论

7．2 研究展望

参考文献

作者简介