专利名称：一种抽油机示功图无线测试传感器的制作方法
技术领域：
本实用新型属于油井低压测试领域，涉及一种示功图测试装置，特别涉及一种抽油机示功图无线测试传感器。
背景技术：
目前在油田低压测试中，完成功图测试需要测试负荷和位移两组数据，而现在油田测试位移普遍采用的方法是用位移线通过位移机构来转动多圈电位器，使其阻值发生变化从而改变电信号的方法进行测量。该方法具有位移机构装配复杂、拆卸和维护麻烦、在测试过程中位移线容易断脱等缺点，并且不适合长时间野外连续工作，无法满足示功图自动检测的要求。为了克服上述传感器暴露出的诸多缺点，为满足示功图远程监测系统的要求， 各大油田普遍采用分体的负荷传感器和角位移传感器分别测量负荷和角位移，负荷传感器安装在抽油机光杆悬绳器上，角位移传感器安装在游梁转轴处，二者的输出信号通过电缆连接到采集系统上，由于存在较长的连接电缆，且电缆随抽油机机头不停上下运动，因此故障率较高，对传感器安装及走线施工要求较高。
实用新型内容本实用新型的目的，是提供一种抽油机示功图无线测试传感器，取消了拉线式位移机构，用加速度信号的二次积分算法测量光杆位移，整机采用低功耗设计及无线通讯技术，能够适应长时间野外工作，满足远程检测系统的要求。采用的技术方案是一种抽油机示功图无线测试传感器，包括传感器主基体、负荷采集应变体、连接基体槽、无屏蔽电气盒和主电气电路板；传感器主基体的中部开设有两个负荷采集应变体室，两个负荷采集应变体室口部分别设置有密封件，两个负荷采集应变体分别设置在两个负荷采集应变体室内，两个负荷采集应变体的下端分别用螺钉拧紧，上端分别通过密封件与传感器主基体密封连接，传感器主基体的右端设置有连接基体槽，传感器主基体与连接基体槽通过螺栓连接，且传感器主基体与连接基体槽之间设置有第一密封胶垫，无屏蔽电气盒插入连接基体槽内与连接基体槽内部连接，其中，无屏蔽电气盒与连接基体槽之间设置有第二密封胶垫，主电气电路板装设在无屏蔽电气盒内的设定位置，且主电气电路板竖直设置，确保加速度传感器采集到正确的加速度信号，主电气电路板上的信号输入、输出端与负荷采集应变体对应的信号输出、输入端通过电缆对应连接，无屏蔽电气盒内的设定位置设置有电池座，电池座的两端固定于无屏蔽电气盒右端设置的无屏蔽电气盒盒盖上，电池安装在电池座内，电池与主电气电路板电气连接；上述主电气电路板(见图3)包括单片机、电源管理模块、负荷放大线路、加速度传感器、无线通讯模块，单片机型号为C8051F500，加速度传感器芯片型号为ADXL345，无线通讯模块型号为SM63，电源管理模块选用芯片型号为TPS 2013，电源管理模块和无线通讯模
3块的输入、输出端对应接口分别与单片机的输出、输入端对应接口相连接，负荷放大线路和加速度传感器芯片的输出端对应接口分别与单片机的输入端对应接口对应连接，在无线通讯模块上连接有天线；在无屏蔽电气盒的外壁上设置有本实用新型在现场安装时在抽油机井悬梁器上的朝向箭头方向13。工作过程传感器夹在抽油机悬绳器与光杆之间随着光杆上下往复运动，加速度传感器把光杆运动的加速度转换成数字信号通过SPI接口与单片机连接，单片机定时器每10毫秒产生一次中断读取加速度信号与负荷信号，测试2 3个冲程的数据后进行积分运算，由加速度数据得到位移，与同步测试的负荷数据一起形成所需的功图数据，最后截取一个冲程的负荷、位移数据得到所需测试的功图图形数据点，测试完成后通过无线通讯模块上传到井口 RTU完成整个测试过程。主控电路板为本系统的核心单元，系统采用高能电池供电，高能电池经引线与电路板插座连接，后接自恢复保险丝，为电路板提供电源。单片机是整个主控电路板的核心器件，为保证单个电池供电的系统持续工作1年以上的目标，整个系统必须进行低功耗的设计，为此所选用的单片机兼具高性能与低功耗的特点，在待机状态下进入休眠状态，消耗很小的电流，其它外围芯片则通过电源管理器件(型号为TPS2013)进行管理，在单片机管脚的控制下接通或断开，实现系统待机状态下的低功耗工作。加速度信号处理单元是本传感器的核心单元，ADXL345为3轴数字化输出加速度传感器，具有士2g到士 16g的量程，它与单片机SPI接口直接连接，省去了放大滤波环节， 增加了系统的精度与可靠性。由于加速度信号很小，并且光杆上下运动过程中存在一定的震动等干扰因素，普通积分算法很难保证系统的精度要求，因此在积分算法设计进行了大量的优化改进，保证了示功图的准确测试。无线通讯单元采用433MHz的通讯模块(型号为SM6!3)进行数据传输，在油井复杂的电磁环境下的可靠通讯距离达到100米，通讯速率 9600bps，并且可以动态设置频点以避免同其它系统的相互干扰，保证可靠的数据传输。无线通讯模块定期唤醒工作，不工作时设置在低功耗休眠状态，保证了电池的长期工作。经过深入研究及多次现场试验，研制出一种一体化无线示功仪，一体化无线示功仪采用负荷、加速度传感器、无线通讯一体化设计，采用加速度二次积分算法计算抽油机光杆位移，体积小，安装和维护简单，一体化无线示功图传感器的加速度测量与负荷传感器组合在一起，只需要把传感器安装在光杆悬绳器之间即可完成示功图的测试，不需要额外的电缆连接及走线施工，适合油田恶劣的使用环境，测试电路采用低功耗设计，平时处于休眠待机状态，由RTU定时唤醒工作，实现了示功图长期在线测量，效益较好，有良好的应用推广价值。本实用新型的优点在于本实用新型具有结构简单、拆卸方便、完全取消了烦琐的位移机械机构，测量精度达到指标要求，大大提高了系统的可靠性，极大的降低了安装及维护成本，实现了示功图长期在线测量，有良好的应用推广价值。
[0016]图1是本实用新型一种实施例的结构剖视示意图。图2是本实用新型的俯视图示意图。图3是本实用新型的主电气电路板信号流向结构框图。图4是本实用新型的软件流程图。
具体实施方式
一种抽油机示功图无线测试传感器，包括传感器主基体1、负荷采集应变体2、连接基体槽6、无屏蔽电气盒8和主电气电路板9 ；传感器主基体1的中部开设有两个负荷采集应变体室14，两个负荷采集应变体室 14 口部分别设置有密封件3，两个负荷采集应变体2分别设置在两个负荷采集应变体室14 内，两个负荷采集应变体2的下端分别用螺钉拧紧，上端分别通过密封件3与传感器主基体 1密封连接，传感器主基体1的右端设置有连接基体槽6，传感器主基体1与连接基体槽6 通过螺栓连接，且传感器主基体1与连接基体槽6之间设置有第一密封胶垫5，无屏蔽电气盒8插入连接基体槽6内与连接基体槽内部连接，其中，无屏蔽电气盒8与连接基体槽6之间设置有第二密封胶垫7，主电气电路板9装设在无屏蔽电气盒8内的设定位置，且主电气电路板9竖直设置，主电气电路板9上信号输入、输出端与两个负荷采集应变体2对应的信号输出、输入端通过电缆4对应连接，无屏蔽电气盒8内的设定位置设置有电池座11，电池座11的两端固定于无屏蔽电气盒8右端设置的无屏蔽电气盒盒盖16上，电池12安装在电池座11内，电池12与主电气电路板9电气连接；上述主电气电路板(见图3)包括单片机17、电源管理模块18、负荷放大线路19、 加速度传感器芯片20、无线通讯模块15，单片机17型号为C8051F500，加速度传感器芯片 20型号为ADXL345，无线通讯模块15型号为SM63，电源管理模块18选用芯片型号为TPS 2013，电源管理模块18和无线通讯模块15的输入、输出端对应接口分别与单片机17的输出、输入端对应接口相连接，负荷放大线路19和加速度传感器芯片20的输出端对应接口分别与单片机17的输入端对应接口对应连接，在无线通讯模块15上连接有天线10。一体化无线示功仪由负荷传感器、壳体、主控电路板、通讯模块、充电电池及太阳能极板构成，主控电路板由单片机、负荷放大线路、加速度传感器芯片、存储器等构成，单片机实时采集负荷、加速度两路信号，通过对加速度的二次积分算法得到光杆位移值，积分后的位移值与负荷值对应合成示功图数据，通过无线通讯模块上传至井口 RTU，实现示功图的远程监测。加速度二次积分算法选用 ADXL345力口速 度传 感器， 直接
f
量输出，与单片机通过SPI接口连接。
O
ι-计算速度时公式ν (t)== f^C^i+^ (我们以开始采集的第一点时间为0，此
0
时测得的V (t)曲线由于t的影响是向上或则向下逐渐倾斜的曲线，为了消除^的影响，采用了计算ν (t)曲线包络线的斜率值的方法计算a D值，然后代入上式，用a (t) -a (0) 后再重新进行积分，此时速度ν’ (t)的曲线已经放正。由于我们考虑的只是变化量，应该不考虑a(0)的影响，所以ν’ (t)是实际变化的速度曲线，初值为V0。计算速度位移时公式
权利要求1.一种抽油机示功图无线测试传感器，包括传感器主基体(1)、负荷采集应变体(2)、 连接基体槽(6)、无屏蔽电气盒(8)和主电气电路板(9)；传感器主基体(1)的中部开设有两个负荷采集应变体室(14)，两个负荷采集应变体室 (14) 口部分别设置有密封件(3)，两个负荷采集应变体(2)分别设置在两个负荷采集应变体室(14)内，两个负荷采集应变体(2)的下端分别用螺钉拧紧，上端分别通过密封件(3)与传感器主基体(1)密封连接，传感器主基体(1)的右端设置有连接基体槽(6 )，传感器主基体(1)与连接基体槽(6)通过螺栓连接，且传感器主基体(1)与连接基体槽(6)之间设置有第一密封胶垫(5)，无屏蔽电气盒(8)插入连接基体槽(6)内与连接基体槽内部连接，其中，无屏蔽电气盒(8)与连接基体槽(6)之间设置有第二密封胶垫(7)，主电气电路板(9) 装设在无屏蔽电气盒(8)内的设定位置，且主电气电路板(9)竖直设置，主电气电路板(9) 上信号输入、输出端与两个负荷采集应变体(2)对应的信号输出、输入端通过电缆(4)对应连接，无屏蔽电气盒(8)内的设定位置设置有电池座(11)，电池座(11)的两端固定于无屏蔽电气盒(8 )右端设置的无屏蔽电气盒盒盖(16 )上，电池(12 )安装在电池座(11)内，电池 (12)与主电气电路板(9)电气连接。
2.根据权利要求1所述的一种抽油机示功图无线测试传感器，其特征在于主电气电路板包括单片机(17)、电源管理模块(18)、负荷放大线路(19)、加速度传感器芯片(20)、无线通讯模块(15)，单片机(17)型号为C8051F500，加速度传感器芯片(20)型号为ADXL345， 无线通讯模块(15)型号为SM63，电源管理模块(18)选用芯片型号为TPS 2013，电源管理模块(18)和无线通讯模块(15)的输入、输出端对应接口分别与单片机(17)的输出、输入端对应接口相连接，负荷放大线路(19)和加速度传感器芯片(20)的输出端对应接口分别与单片机(17)的输入端对应接口对应连接，在无线通讯模块(15)上连接有天线(10)。
专利摘要一种抽油机示功图无线测试传感器，包括传感器主基体、负荷采集应变体、连接基体槽、无屏蔽电气盒和主电气电路板；传感器主基体上开设有负荷采集应变体室，负荷采集应变体室口部设置有密封件，负荷采集应变体设置在负荷采集应变体室内，其下端固定，上端分别与传感器主基体密封连接，传感器主基体的右端设置有连接基体槽，传感器主基体与连接基体槽连接，无屏蔽电气盒插入连接基体槽内并连接，主电气电路板竖直装设在无屏蔽电气盒内，主电气电路板与负荷采集应变体对应的输入、输出接线端连接，无屏蔽电气盒内设置有电池座，电池与主电气电路板电气连接；本实用新型结构简单、拆卸方便，测量精度高，大大提高系统的可靠性，降低安装及维护成本。
文档编号G01L3/24GK202329893SQ20112044391
公开日2012年7月11日 申请日期2011年11月11日 优先权日2011年11月11日
发明者任立新, 李峰, 王国盛, 赵海征 申请人:沈阳金凯瑞科技有限公司