一种沥青针入度的快速检测方法技术

一种沥青针入度的快速检测方法，该方法基于沥青的近红外光谱数据库，通过将近红外技术和拓扑学技术结合，实现对沥青针入度的快速检测；首先，采用近红外光谱仪对若干种沥青样本进行扫描得到各沥青的近红外光谱，获取样本光谱数据，建立沥青近红外光谱数据库；采用近红外光谱仪对待测沥青样本进行扫描，获取光谱矢量；计算待测光谱与数据库中各样本光谱间的距离，查找光谱库中与该待测光谱的光谱距离小于某一阈值的沥青针入度数据，计算待测沥青的针入度。本发明专利技术基于近红外检测技术和拓扑学建模技术，用以快速测定沥青针入度，同时，可通过对沥青光谱库中现有样本进行加工处理来增加光谱库中样本点，提高检测适应性。

【技术实现步骤摘要】
一种沥青针入度的快速检测方法
本专利技术涉及石油化工领域的沥青针入度检测技术，尤其是沥青针入度快速评价技术。
技术介绍
在石油炼制过程中，减压装置正常运行是重要环节，轻质油拔出后，减压塔下流出的即为直馏沥青或渣油。交通部修订的JTGF40-2004《公路沥青路面施工技术规范》中将针入度指数作为新的一项指标，用以反映沥青的质量，因此针入度分析是否准确会对沥青的分级造成直接影响。目前沥青针入度的检测普遍采用的是GB/T4509-2010《沥青针入度测定法》，以标准针在一定的载荷、时间及温度条件下垂直穿入沥青试样的深度表示。该方法在测定过程中存在较多的影响因素，例如标准针重、贯入时间及试验操作手法等均对沥青针入度的测定造成较大影响，除此之外，其检测时间较长，很难满足加工过程中对沥青针入度分析实时性的要求。为了解决这一问题，本专利技术提出了一种沥青针入度快速检测方法，采用近红外检测技术结合拓扑学建模技术，实现沥青针入度的快速检测。
技术实现思路
本专利技术目的是针对传统的沥青针入度检测方法耗时长，人为影响因素较多、难以满足炼化企业对沥青针入度分析实时性和精准性的要求，提出一种适合工业应用、快速、准确且环境友好的沥青针入度快速检测方法。该方法基于沥青近红外光谱和沥青针入度数据库，采用拓扑学预测手段，实现了对沥青针入度的快速检测。该方法能在10分钟内测定沥青针入度，具有良好的实时性和经济性。本专利技术提出的方法包括以下步骤：一种沥青针入度的快速检测方法，该方法基于沥青的近红外光谱数据库，通过将近红外技术和拓扑学技术结合，实现对沥青针入度的快速检测；本专利技术的方法包括以下步骤：(1)、采用近红外光谱仪对若干种沥青样本进行扫描得到各沥青的近红外光谱，获取各种沥青在不同特征波数下的吸光度所组成的光谱矢量即样本光谱数据；建立沥青近红外光谱数据库，记录前述若干种沥青的样本名称、样本光谱数据和样本针入度属性；(2)、采用近红外光谱仪对待测沥青样本进行扫描得到该沥青的近红外光谱，获取该沥青在不同特征波数下的吸光度所组成的光谱矢量；(3)、计算待测光谱与沥青近红外光谱数据库中各样本光谱间的距离，查找沥青近红外光谱库中与该待测光谱的光谱距离小于某一阈值的沥青针入度数据，计算待测沥青的针入度。本专利技术的沥青近红外光谱数据库中的总样本数应不小于150组，沥青近红外光谱数据库中的样本针入度采用传统评价方式获取。本专利技术的步骤(3)中，计算待测光谱与沥青近红外光谱数据库中各样本光谱间距离的公式如下：S为XiT和YjT的协方差矩阵，它的元素用sij表示：式中，i表示待测沥青的编号，j表示沥青近红外光谱数据库中的沥青编号，dij为待测沥青和近红外光谱数据库中某一沥青的光谱距离；Xi和Yj分别为待测沥青和近红外光谱数据库中被比较的光谱库样本在不同特征波数下的吸光度所组成的光谱矢量；XiT和YjT分别为矢量Xi和Yj的转置；S为XiT和Yj的协方差矩阵，S为p行p列矩阵；p为参与计算的特征波数的总数；a为沥青光谱样特征波数编号，a＝1,2,3…p；为光谱数据x1i，x2i，x3i…xpi的均值；为光谱数据y1j，y2j，y3j…ypj的均值；(Xi-Yj)T为矩阵Xi-Yj的转置矩阵；S-1为矩阵S的逆矩阵。本专利技术的步骤(3)中，当沥青近红外光谱库中与该待测光谱的光谱距离小于某一阈值的沥青样本数大于光谱库总样本数的预设比例时，通过下式计算待测沥青针入度：式中，i表示待测沥青的编号，j表示沥青近红外光谱数据库中的沥青编号，i,j取大于零的整数；dij为待测沥青和近红外光谱数据库中某一沥青的光谱距离；PIi为待测沥青针入度；PIj为第j种沥青样本的针入度；m为沥青近红外光谱库中与待测沥青距离小于阈值的沥青样本总数。本专利技术的步骤(3)中，当沥青近红外光谱库中与该待测光谱的光谱距离小于某一阈值的沥青样本数小于光谱库总样本数的预设比例时，认为预测结果不可靠，增加沥青近红外光谱库中样本数量，重复步骤(3)。本专利技术中，阈值为5，预设比例为5％。本专利技术的增加沥青近红外光谱库中样本数量的方法如下，采用线性加和来计算新增加样本的光谱数据，并采用调合规则来计算新增加样本的针入度，其中，针入度混合规则如下：lg(CD)＝C1f×lg(C1p)+C2f×lg(C2p)+…+Cqf×lg(Cqp)式中，CD为新增加混合沥青样本针入度，q为参与混合计算的光谱库样本数，为大于1且小于沥青近红外光谱数据库中样本总数的整数，C1，C2…Cq为参与混合计算的光谱库样本；C1p,C2p…Cqp为参与混合计算的光谱库样本C1，C2…Cq的针入度；C1f,C2f…Cqf为参与混合计算的光谱库样本C1，C2…Cq的混合比例。本专利技术的有益效果是：本专利技术提出了一种沥青针入度快速检测方法，该方法基于近红外检测技术和拓扑学建模技术，用以快速测定沥青针入度，同时，可通过对沥青光谱库中现有样本进行加工处理来增加光谱库中样本点，提高检测适应性。近年来，近红外光谱已广泛应用于原油和成品油等轻质油品性质分析过程。近红外光谱主要反映含氢基团的特征信息，在近红外光谱区域内，各种含氢基团都有一定的倍频谱带归属，因此，本专利技术采用近红外技术对沥青中烃类化合物的组成与结构信息进行测定，结合模型计算得到沥青针入度，该方法具有快速、准确、重复性好、无污染等优点。对于沥青针入度，很难找出一个性质和谱图相关性很高且适用范围很广的拟合公式。因此，本专利技术引入拓扑学建模，用拓扑方法研究结构与性质间的关联，建立拓扑学模型，从而达到预测物质性质的目的。近年来，拓扑学的发展及其向化学化工领域的渗透已为结构性能关系的研究提供了有力的帮助。附图说明图1是沥青针入度快速检测过程总体流程框图。图2是实施例一的待测沥青谱图。图3是实施例二的待测沥青谱图。具体实施过程下面结合附图及具体算例，给出详细的计算过程和具体操作流程，以对本专利技术做进一步说明。实施算例中的沥青近红外光谱数据库，内含150组不同沥青光谱数据。本实施算例在以本专利技术技术方案为前提下进行实施，但本专利技术的保护范围不限于下述的实施算例。实施例1具体实施过程如下：1)采集一待测沥青样，经近红外光谱仪扫描，得到待测沥青谱图，如图2所示。横坐标为光谱波数，范围从4000cm-1到4800cm-1；纵坐标为吸光度。2)将上述待测沥青近红外光谱与数据库中的光谱数据逐一比较，计算两两间的光谱距离，光谱距离计算过程如下所示：依据特征波数反映沥青针入度差异能力的大小，选取择特征波数在4000～4500范围内的吸光度参与光谱距离计算，特征波数间隔为25，特征波数总数为21。以光谱库中沥青样本光谱Sphalt_001为例，计算编号为1的待测沥青光谱Sphalt_dc与光谱库中样本光谱Sphalt_001的光谱距离。待测沥青样本与光谱库中沥青样本特征波数下的吸光度如表1所示：表1.待测沥青样本与光谱库中沥青样本(Sphalt_001)特征波数下的吸光度SampleID40004025405040754100Sphalt_dc0.032685630.038027820.049716250.054821510.05214073Sphalt_0010.034502950.038743550.048896210.052992510.0本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种沥青针入度的快速检测方法，其特征在于该方法基于沥青的近红外光谱数据库，通过将近红外技术和拓扑学技术结合，实现对沥青针入度的快速检测；

【技术特征摘要】
1.一种沥青针入度的快速检测方法，其特征在于该方法基于沥青近红外光谱数据库，通过将近红外技术和拓扑学技术结合，实现对沥青针入度的快速检测；该方法包括以下步骤：(1)、采用近红外光谱仪对若干种沥青样本进行扫描得到各沥青的近红外光谱，获取各种沥青在不同特征波数下的吸光度所组成的光谱矢量即样本光谱数据；建立沥青近红外光谱数据库，记录前述若干种沥青的样本名称、样本光谱数据和样本针入度属性；(2)、采用近红外光谱仪对待测沥青样本进行扫描得到该沥青的近红外光谱，获取该沥青在不同特征波数下的吸光度所组成的光谱矢量；(3)、计算测量光谱与沥青近红外光谱数据库中各样本光谱间的距离，查找沥青近红外光谱库中与该测量光谱的光谱距离小于某一阈值的沥青针入度数据，计算待测沥青的针入度；步骤(3)中，当沥青近红外光谱库中与该测量光谱的光谱距离小于某一阈值的沥青样本数大于光谱库总样本数的预设比例时，通过下式计算待测沥青针入度：式中，i表示待测沥青的编号，j表示沥青近红外光谱数据库中的沥青编号，i,j取大于零的整数；dij为待测沥青和沥青近红外光谱数据库中某一沥青的光谱距离；PIi为待测沥青针入度；PIj为第j种沥青样本的针入度；m为沥青近红外光谱库中与待测沥青距离小于阈值的沥青样本总数；步骤(3)中，当沥青近红外光谱库中与该测量光谱的光谱距离小于某一阈值的沥青样本数小于光谱库总样本数的预设比例时，认为预测结果不可靠，增加沥青近红外光谱库中样本数量，重复步骤(3)；增加沥青近红外光谱库中样本数量的方法如下，按照调合规则的比例采用线性加和的方式来计算新增加样本的光谱数据，其中，针入度调合规则如下：lg(CD)＝C1f×lg(C1p)+C2f×lg(C2p)+…+Cqf×lg(Cqp)式中，CD为新增加混合沥青样本的针入度，q为参与混合计算的光谱库样本数，为大于1且小于沥青近红外光谱数据库中样本总数的整数，C1，C2…Cq为参与混合计算的...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶彦斐，张向荣，吴沪宁，梅斌，
申请(专利权)人：南京富岛信息工程有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32