一种储罐液体密度智能检测方法和系统与流程

本发明涉及液体物性检测，尤其涉及一种储罐液体密度智能检测方法和系统。

背景技术：

1、储罐液体的密度是物料计量、分层状态识别和储存过程监测的重要参数。接触式振动密度检测通常使谐振筒、音叉或其他振动元件与被测液体接触，利用邻近液体对振动元件附加质量和耗散的影响，根据谐振频率并结合标定得到的对应关系确定液体密度。公开号为cn112945796a的专利公开了一种音叉式密度计及其系数标定方法，反映了利用振动元件谐振响应表征液体密度并通过标定获得换算系数的一般技术路线。为了获得储罐不同高度的液体密度，现有检测系统还可通过升降机构带动集成密度传感器的探头沿储罐高度移动，使探头在多个深度停驻采样，并对谐振响应进行温度补偿。上述路线以探头到达目标深度后其振动元件邻域介质能够代表该深度原有液体为共同前提。

2、然而，大型储罐中经常存在不满足上述前提的局部工况。不同批次产品、油水两相或乳化过渡层沿储罐高度分布，探头跨越液液界面时，上一液相可能以润湿膜、凹槽滞留液或保护罩内残液的形式随探头进入下一液相，使同一深度的初始谐振响应不仅取决于当地液体，还取决于探头由哪一液层到来。相似的历史效应还出现在气液表面和罐底：干探头首次越过气液表面时，振动元件间隙或保护罩死角可能截留头空间气体；探头接近罐底并折返时，其排液及转向动作又可能卷起沉积物。由此在同一深度形成的偏低或偏高的视密度，容易被记录为真实的表层、过渡层或底层密度。

3、延长探头在目标深度的停驻时间只能被动等待，难以说明观察值何时已经脱离来向液膜或截留气体；提高振动强度或增设冲洗动作虽可能加快置换，却可能扰动真实界面或进一步卷起罐底沉积物。采用固定的差值、稳定性和恢复阈值进行组合判定时，各阈值又会随液体黏度、润湿性、温度、探头结构、移动速度和停驻时长共同变化，难以由一组人工参数覆盖不同储罐工况。仅增加测量点或对单个时刻的谐振频率作后处理，也不能为某一深度的读数提供其属于真实空间密度变化还是探头运动历史残留的判别依据。

4、因此，如何在保留谐振频率直接测量液体密度这一物理主链的同时，取得能够表征探头运动历史干扰形成及消退过程的观测信息，并对该干扰是否消退作出可核验的区分，使同一深度仅输出经过验证的真实液体密度，是本领域需要解决的技术问题。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是提供一种储罐液体密度智能检测方法和系统，用于区分储罐内真实空间密度与移动振动元件式密度探头引入的运动历史干扰，并对干扰消退后的液体密度进行可追溯的检测。

2、为了达到上述目的，本发明采取以下技术方案：

3、一种储罐液体密度智能检测方法，包括：驱动振动元件式密度探头沿储罐高度移动，采集所述振动元件的谐振频率并换算成初始密度，确定上层参考区、下层参考区及二者之间的界面候选区；

4、选取所述界面候选区内的目标深度，由所述上层参考区到达所述目标深度并采集第一频率松弛序列；

5、越过所述目标深度进入所述下层参考区，再由所述下层参考区返回所述目标深度并采集第二频率松弛序列；

6、分别将两条所述频率松弛序列起始点的频率换算为第一起始密度和第二起始密度；

7、当所述第一起始密度与上层参考密度的差小于其与下层参考密度的差、所述第二起始密度与所述下层参考密度的差小于其与所述上层参考密度的差，且两条所述频率松弛序列的末端密度之差不大于收敛阈值时，将两条所述频率松弛序列的末端频率合并为共同频率；

8、按照频率—密度对应关系将所述共同频率换算为所述目标深度的液体密度。

9、可选的，所述确定上层参考区、下层参考区及二者之间的界面候选区包括：将连续检测深度的初始密度变动范围不大于参考稳定阈值的区段确定为参考区；当相邻两个所述参考区的参考密度之差大于界面检出阈值时，将位于两个所述参考区之间的深度区段确定为所述界面候选区。

10、可选的，所述末端密度的取得包括：从每条频率松弛序列的末端向前选取连续测量窗；将窗内密度最大值与窗内密度最小值之差不大于稳定阈值的连续测量窗确定为末端稳定窗；将所述末端稳定窗内的密度平均值确定为所述末端密度；将两个所述末端稳定窗内的频率平均值确定为所述共同频率。

11、可选的，当两个所述末端密度之差大于所述收敛阈值时，以大于测量驱动幅值且处于所述振动元件额定驱动范围内的释放驱动幅值驱动所述振动元件，并重复采集所述第一频率松弛序列和所述第二频率松弛序列；重复采集后两个所述末端密度之差仍大于所述收敛阈值时，输出持续携膜或动态界面标记。

12、可选的，在所述界面候选区内选取多个目标深度并分别确定液体密度；将多个相邻目标深度中同时满足两个所述末端密度之差不大于所述收敛阈值的区段确定为有效过渡区；按照各个所述目标深度及对应的液体密度生成所述有效过渡区的密度剖面。

13、可选的，所述密度探头从储罐头空间首次越过气液表面后，在表层目标深度采集首次入液频率序列和首次驱动能量序列；保持所述密度探头全浸没，将所述密度探头下移一个排气行程并由下方返回所述表层目标深度，采集全浸复入频率序列和复入驱动能量序列；当首次末端密度低于复入末端密度且二者之差大于气穴密度阈值，并且首次末端驱动能量高于复入末端驱动能量且二者之差大于气穴能量阈值时，输出首次入液气穴标记。

14、可选的，重复所述排气行程及所述全浸复入频率序列的采集；当相邻两次复入末端密度之差不大于密度重复性阈值，且相邻两次复入末端驱动能量之差不大于能量重复性阈值时，按照所述频率—密度对应关系将最后一次复入末端频率换算为所述表层目标深度的液体密度。

15、可选的，在所述密度探头下降至底部净空深度时采集折返前频率和折返前阻尼；将所述密度探头继续下降至转向深度，再返回所述底部净空深度并采集折返后频率松弛序列和折返后阻尼松弛序列；当折返后初始密度高于折返前密度且二者之差大于再悬浮密度阈值，折返后初始阻尼高于所述折返前阻尼且二者之差大于再悬浮阻尼阈值，并且折返后密度和折返后阻尼分别向所述折返前密度和所述折返前阻尼衰减时，输出探头诱发再悬浮标记。

16、可选的，输出所述探头诱发再悬浮标记后，按照所述频率—密度对应关系将所述折返前频率换算为所述底部净空深度的液体密度；将所述转向深度以上相邻检测档位确定为最低有效检测边界；将位于所述最低有效检测边界下方的折返后频率松弛序列排除在储罐密度剖面之外。

17、本发明还公开了一种用于实现本发明所述方法的储罐液体密度智能检测系统，包括：升降采集模块，用于驱动振动元件式密度探头沿储罐高度移动，采集所述振动元件的谐振频率并换算成初始密度，确定上层参考区、下层参考区及二者之间的界面候选区；

18、双向序列模块，用于选取所述界面候选区内的目标深度，由所述上层参考区到达所述目标深度并采集第一频率松弛序列，越过所述目标深度进入所述下层参考区，再由所述下层参考区返回所述目标深度并采集第二频率松弛序列，并分别将两条所述频率松弛序列起始点的频率换算为第一起始密度和第二起始密度；

19、来向判定模块，用于比较所述第一起始密度、所述第二起始密度分别与上层参考密度及下层参考密度之间的差，并比较两条所述频率松弛序列的末端密度之差与收敛阈值；

20、密度确定模块，用于在所述第一起始密度与所述上层参考密度的差小于其与所述下层参考密度的差、所述第二起始密度与所述下层参考密度的差小于其与所述上层参考密度的差且两条所述频率松弛序列的末端密度之差不大于所述收敛阈值时，将两条所述频率松弛序列的末端频率合并为共同频率，并按照频率—密度对应关系将所述共同频率换算为所述目标深度的液体密度。

21、本发明的有益效果在于：

22、本发明以振动元件的谐振频率作为确定储罐液体密度的直接物理检测量，通过在同一目标深度构造两条具有相反来向历史的频率松弛序列，为该物理检测量补充运动历史消歧，从而在不改变谐振频率测密度主链的前提下，把探头携带上一液相造成的暂态偏差与目标深度的真实液体状态区分开。

23、由上层参考区到达时，探头携带上层液膜，起始密度偏向上层参考密度；由下层参考区返回时，探头携带下层液膜，起始密度偏向下层参考密度；而目标深度的真实局部密度与探头来向无关，两条序列随来向液膜被目标深度液体置换而分别向同一局部密度收敛。据此，本发明以两个起始密度分别偏向对应来向层、且两条序列末端密度之差不大于收敛阈值作为接纳条件，仅在该条件成立时以两个末端稳定窗内的共同频率换算目标深度的液体密度。相对于把单向瞬时值直接写入密度剖面的处理，该接纳条件同时利用了来向相反的起点偏置和方向无关的共同终点，能够将探头自身制造的假过渡带排除在密度剖面之外，又不删除在相反来向下均能稳定收敛的真实乳化区或中间密度层。

24、由于每个有效密度点都要经过起点分向和末端收敛这一可检查的接纳条件，密度剖面中的每个量值都带有明确的接受依据；两条序列在允许的复测后仍不收敛时，系统输出持续携膜或动态界面标记，而不是靠延长等待或外推强行给出密度。因此，探头升降、温度补偿和阈值判定均服务于谐振密度测量，最终密度结果仍可追溯到振动元件与当地液体之间的实际耦合状态。

25、在气液表面，首次入液与保持全浸后的液内复入构成同一表层目标深度的运动历史对照。以首次入液视密度偏低且首次驱动能量偏高作为双重判据识别截留气体，并在相邻复入结果进入重复性范围后才以复入频率换算表层密度，从而对持续析气与一次性气穴作出不同处置，降低偶发头空间气体对表层密度测量的影响。

26、在罐底区域，探头经过更低转向点这一事件被用作沉积物扰动的时间标记。以同一底部净空深度在折返前的读数为基线，当折返后出现密度和阻尼同步升高并随颗粒重新沉降而衰减时，即可确认该高值来自探头诱发的再悬浮。系统据此保留折返前密度、舍弃受扰序列并设定最低有效检测边界，避免把探头自身卷起的泥沙、锈屑或重相颗粒解释为储罐原有的致密液层。