用于石油含水率检测的显微物镜设计

汪燕青，安志勇，尚世哲，张丹枫，陈轩

（长春理工大学 光电工程学院，长春 130012）

目前国内对石油的含水率检测主要有蒸馏法、电容法、微波法、γ射线法等。蒸馏法主要通过石油与水的蒸馏分离计算含水率，这一方法需要大型蒸馏设备，并且不能进行实时在线检测。电容法和微波法是基于石油和水介电常数的差异进行检测，虽然能在线检测，但物质的介电常数还受温度、密度等因素影响较大，这给测量带来了很大的误差。而γ射线法自身带有放射源，对生产安全造成极大威胁［1］。因此，一种安全、便携、高精度、数字化的石油含水率检测仪器一直是石油行业追求的目标。

近年来，国外开始将AOI（Automatic Optical Inspection自动光学检测）技术运用于石油含水率检测。基于这一技术，文中设计了一款光学成像系统，通过光学影像传输与后续的图像处理，能够对石油中的含水率进行有效检测。

光学成像系统是AOI技术的核心，其成像质量的优劣直接影响后续图像处理的结果［2，3］。因此，光学系统必须满足高分辨率、小畸变的要求，以满足检测精度。考虑到石油和水的光谱透过率不同，将工作波段设置在800nm-900nm的近红外波段。石油从油井中抽取出来时，温度高达80℃，因此镜头必须处于石油管道之外，这就需要物镜有较大的工作距离，根据实际要求，物镜的工作距离>20mm。同时，为了提高检测精度，系统NA>0.3，放大倍率<4×。该设计主要难点是在保证数值孔径的前提下，增大工作距离，缩小筒长，使系统结构紧凑。

1 物镜结构参数确定

1.1 长工作距显微物镜结构

高数值孔径显微物镜往往工作距离较短，因为工作距离的增加会使物镜口径增大，从而使系统孔径高级像差增加。这时……