油水界面测量传感器制造技术

油水界面测量传感器，包括间隔布置的信号发射模块和信号接收模块；信号发射模块包括传感器外壳、集成电路板、极化天线和信号产生电路、同轴电缆连接器，极化天线与信号产生电路相连，同轴电缆连接器与信号产生电路相连，以向信号产生电路供电；信号接收模块包括传感器外壳、集成电路板、极化天线和信号接收电路、同轴电缆连接器，极化天线与信号接收电路相连，同轴电缆连接器与信号接收电路相连，以向信号接收电路供电和传输数据；信号发射模块的极化天线与信号接收模块的极化天线平行且极化方向相同，信号接收模块接收信号发射模块发射的信号。本发明专利技术的接收模块接收发射模块发射的电磁波，避免了信号绕射、多径传输带来的影响，测量结果更准确。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于自动测量
，特别涉及一种利用电磁法测量油水界面的油水界 面测量传感器，主要应用于原油储油罐中油水界面的测量。
技术介绍
在原油开采的过程中，大量的水、气体和泥沙会伴随着原油一起被提取出来，经过 高温储油罐（80°C )长时间沉降，气体从油水混合物中挥发，由于密度不同，原油与水在重 力作用下形成分层。为了有效提高油水分离罐的效率，对原油当中油和水的分界面进行准 确的测量，以将不含油的水及时排出在原油生产过程中尤为重要。当前油水分界面的测量 主要分为接触式测量和非接触式测量。 接触式测量主要采用浮子式液位测量器、电容式液位测量仪、差压式液位测量仪 等。其中，浮子式液位测量器是将浮子漂浮在测量的液体上面，将液位变化转换为相应的电 信号；但是测量过程中浮子易受液体波动、石油粘结物的影响，机械本身可动部件的影响也 会给测量带来问题，导致偏差较大。电容式液位测量仪将电容器浸入油罐中，测量电容器的 电容值来判断分界面的位置；由于影响电容的周围因素较多，这种方法不易准确测量油水 界面间的乳化层。压差式液位测量仪是将压差变送器浸入油罐中，通过仪表测量液面的压 力差，根据液体密度的改变会导致检测到的压力差变化，从而测得液位；但是由于罐底引压 管线常被沉淀物、粘稠介质堵塞，影响压力传递，特别是在寒冷季节堵塞更加严重，必须定 期排污，使得维护量大。 非接触式测量主要采用超声波液位测量仪、微波液位测量仪等。超声波液位测量 仪是根据脉冲液面产生回波方式工作，利用接收的反射波信号得到离被测物体表面的距 离，只能应用于油面高度测量。微波液位测量仪有两种方式，一种为雷达式液位测量，另一 种是通过微波发生与接收装置，计算微波信号透射系数、反射系数等参数判断油水界面；其 优势在于受介质密度、压力、环境温度以及湿度等一些因素的作用较小。 专利申请号为201010550526中国专利技术专利申请公开了一种原油储罐油水界面测 量装置，该装置利用单片机控制微波发射阵列产生微波信号，信号在油层、水层、空气层等 不同介质内传播，经储油罐反射后由接收单元接收，通过比较接收信号幅度的强弱来判定 发射单元所处位置并计算出油水分界面。这种装置需要建立矩阵发射单元，使得装置结构 复杂，给装置的稳定性与可靠性带来极大的挑战，使得后期维护也变得更加困难。而且构成 矩阵发射单元的成本较高，在经济效益上并不十分理想。 授权公告号CN 2246795Y中国技术专利公开了一种大罐油水界面测量装置， 该测量装置利用线圈辐射高频电磁信号，并由置于同一金属罐体的接收线圈接收，由微安 表显示接收信号的大小。此专利技术是利用电磁方法，但是当发射线圈或接收线圈与油、水等介 质直接接触后，其特性会发生极大改变，这对高频信号的辐射与接收是极其不利的，会给测 量结果带来误差。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种测量精度高、结构简单，而且能够避免微波信号传输对 接收造成影响的油水界面测量传感器。 为了实现上述目的，本专利技术采取如下的技术解决方案： 油水界面测量传感器，包括间隔布置的一个信号发射模块和一个信号接收模块； 所述信号发射模块包括传感器外壳、设置于所述传感器外壳内的集成电路板、设置于所述 集成电路板上的极化天线和信号产生电路、设置于所述传感器外壳上的同轴电缆连接器， 所述极化天线与所述信号产生电路相连，所述同轴电缆连接器与所述信号产生电路相连， 以向所述信号产生电路供电；所述信号接收模块包括传感器外壳、设置于所述传感器外壳 内的集成电路板、设置于所述集成电路板上的极化天线和信号接收电路、设置于所述传感 器外壳上的同轴电缆连接器，所述极化天线与所述信号接收电路相连，所述同轴电缆连接 器与所述信号接收电路相连，以向所述信号接收电路供电和传输数据；所述信号发射模块 的极化天线与所述信号接收模块的极化天线平行且极化方向相同，所述信号接收模块接收 所述信号发射模块发射的信号。 本专利技术更进一步的技术方案为：所述极化天线的频带带宽为2GHz~3GHz。 toon] 本专利技术更进一步的技术方案为：所述极化天线为微带天线。 本专利技术更进一步的技术方案为：所述极化天线包括辐射片、微带馈线和接地片，所 述辐射片与所述微带馈线相连并设置于所述集成电路板的上表面上，所述接地片设置于集 成电路板的下表面上，所述信号产生电路及信号接收电路分别与所述微带馈线相连，所述 接地片接地。 本专利技术更进一步的技术方案为：所述辐射片为矩形，所述接地片的中心线与辐射 片的中心线相垂直。 本专利技术更进一步的技术方案为：所述辐射片、微带馈线及接地片为0. 1~0. 2毫米 厚的铜片。 本专利技术更进一步的技术方案为：所述传感器外壳由塑料外壳和金属屏蔽壳组成， 所述极化天线位于所述塑料外壳内，所述信号产生电路和信号接收电路位于所述金属屏蔽 壳内。 本专利技术更进一步的技术方案为：所述信号产生电路包括压控振荡器、电压调节电 路、开关控制电路、匹配网络电路和发射模块电源电路，所述发射模块电源电路为所述压控 振荡器、电压调节电路及开关控制电路供电，所述压控振荡器分别与所述电压调节电路、开 关控制电路及匹配网络相连，所述匹配网络电路与极化天线相连。 本专利技术更进一步的技术方案为：所述信号接收电路包括匹配滤波电路、检波器、放 大电路、输出保护电路及接收模块电源电路，所述接收模块电源电路为所述检波器、放大电 路、输出保护电路供电，所述匹配滤波电路、检波器、放大电路、输出保护电路依次相连，所 述匹配滤波网络与极化天线相连。 本专利技术更进一步的技术方案为：所述信号发射模块的极化天线与信号接收模块的 极化天线之间的距离为15厘米。 由以上技术方案可知，本专利技术的传感器由间隔布置的发射模块与接收模块构成， 测量时将信号发射模块和信号接收模块置于原油罐中，信号接收模块直接接收来自发射模 块的信号，信号功率设定为小信号模式，减小了电磁信号的绕射、油气界面的反射对测量带 来的影响，提高测量精度；同时本专利技术采用极化天线作为信号发射模块和信号接收模块的 天线，天线辐射的电磁信号方向单一，进一步减小电磁信号绕射对测量精度带来的影响。 更进一步的，本专利技术的信号发射模块和信号接收模块将极化天线和信号产生电 路、极化天线和信号接收电路分别集成到一片集成电路板上并置于传感器外壳中，能够避 免油罐中原油、水、气体对天线和电路的腐蚀，传感器外壳的塑料部分利于信号传播，金属 部分可以屏蔽电路辐射信号信号与外界信号干扰，天线接收到的信号经匹配滤波网络后， 大量噪声被去除，提高了测量精度。【附图说明】 图1为本专利技术实施例信号发射模块的示意图； 图2为图1的俯视图； 图3a为极化天线的结构示意图； 图3b为图3a的后视图； 图4为信号发射模块的信号产生电路的电路框图； 图5为本专利技术实施例信号接收模块的示意图； 图6为信号接收模块的信号接收电路的电路框图； 图7a为本专利技术实施例天线χ-y轴平面的辐射方向图； 图7b为本专利技术实施例天线x-z轴平面的辐射方向图； 图7c为本专利技术实施例天线y-z轴平面的辐射方向图； 图8为不同频率电磁波衰耗测量实验的示意图； 图9a至9k为测量实验中天线在不同频率下的电磁波衰耗曲线图； 图10为采用本专利技术实施例传感器测量接收信号幅值的示意本文档来自技高网...

【技术保护点】
油水界面测量传感器，其特征在于：包括间隔布置的一个信号发射模块和一个信号接收模块；所述信号发射模块包括传感器外壳、设置于所述传感器外壳内的集成电路板、设置于所述集成电路板上的极化天线和信号产生电路、设置于所述传感器外壳上的同轴电缆连接器，所述极化天线与所述信号产生电路相连，所述同轴电缆连接器与所述信号产生电路相连，以向所述信号产生电路供电；所述信号接收模块包括传感器外壳、设置于所述传感器外壳内的集成电路板、设置于所述集成电路板上的极化天线和信号接收电路、设置于所述传感器外壳上的同轴电缆连接器，所述极化天线与所述信号接收电路相连，所述同轴电缆连接器与所述信号接收电路相连，以向所述信号接收电路供电和向外传输数据；所述信号发射模块的极化天线与所述信号接收模块的极化天线平行且极化方向相同，所述信号接收模块接收所述信号发射模块发射的信号。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：郭宏福，张飞龙，杨瑞科，黄芬，徐抄，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61