基于加速度测量的游梁式抽油机光杆位移传感器及方法与流程

本发明涉及一种位移传感器，具体涉及一种基于加速度测量的游梁式抽油机光杆位移传感器及方法。

背景技术：

游梁式抽油机在我国油田应用广泛，抽油机光杆位移是分析、诊断抽油机井工作状态的重要参数，测量抽油机光杆位移是抽油井日常管理工作的一个重要组成部分。目前，光杆位移测量普遍采用拉线式传感器，信号采用电缆传输，检测传感器的引线随光杆运动。这种测量方法原理简单，精度较高，缺点是位移传感器安装后易受破坏；信号传输线由于风刮、作业等原因易造成缠绕、扯断。上述因素造成拉线式传感器检测现场维护工作量较大，使用不方便，难以实现长期的在线测量。另外由于抽油机工作现场禁止明火，要求传感器在安装过程中不能采用现场钻孔等方式来固定传感器。

技术实现要素：

为了克服上述现有技术存在的问题，本发明的目的是提供一种基于加速度测量的游梁式抽油机光杆位移传感器，传感器安装在抽油机游梁上的适当位置，基于加速度测量的方法通过直接测量加速度间接计算得到游梁绕其转动轴转动的角位移，再结合游梁的结构参数可以计算得到抽油机光杆的位移，传感器的安装基于磁铁吸附的原理使传感器固定在游梁上并紧随着游梁转动。

为了达到以上目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于加速度测量的游梁式抽油机光杆位移传感器，包括空心外壳1，粘结在外壳1内底面的第一x方向加速度计2，与所述第一x方向加速度计2粘结在所述外壳1内底面同一点的第一y方向加速度计3，粘结在外壳1内底面的第二x方向加速度计4，与所述第二x方向加速度计4粘结在所述外壳1内底面同一点的第二y方向加速度计5，和粘结在外壳1的四周及底部外表面的磁铁6。

若以空心外壳1的左下角为坐标原点，所述第二x方向加速度计4和第二y方向加速度计5的粘结点的x、y坐标值要分别大于所述第一x方向加速度计2和第一y方向加速度计3的粘结点的x、y坐标值；所述磁铁6使所述传感器在所述传感器的x,y和z方向分别吸附固定在抽油机游梁上。

上述基于加速度测量的游梁式抽油机光杆位移传感器的位移测量方法，所述第一x方向加速度计2、第一y方向加速度计3、第二x方向加速度计4和第二y方向加速度计5用于测量游梁式抽油机的光杆位移，通过上述加速度计的测量结果可以直接计算得到游梁转动的角速度ω的大小和方向，对角速度ω积分可以得到角位移，再结合抽油机游梁自身的结构参数就可以计算得到抽油机光杆位移。

所述基于加速度测量的游梁式抽油机光杆位移传感器通过所述磁铁6吸附安装在抽油机游梁上的直三面角结构处，所谓直三面角结构就是三个平面垂直相交的结构，一般游梁式抽油机的游梁上都有多个这样的直三面角结构，它们都能够用于安装所述传感器。

所述基于加速度测量的游梁式抽油机光杆位移传感器在空间内有一定的可测量范围，若以空心外壳1的左下角为坐标原点，该范围要求所述游梁的转动中心的x坐标小于第一x方向加速度计2的x坐标或大于第二x方向加速度计4的x坐标，且所述游梁的转动中心的y坐标小于第一y方向加速度计3的y坐标或大于第二y方向加速度计4的y坐标，安装所述传感器时要保证所述游梁的转动中心位于所述传感器的可测量区域内。

和现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)维护、使用方便，可以实现长期的在线测量。

(2)适用性强，可以用于不同型号的游梁式抽油机。

(3)利用磁铁固定，不需要钻孔，便于在不能产生明火的油田安装。

(4)成本低，经济效益高。

(5)测量精度高。

附图说明

图1为本发明游梁式抽油机光杆位移传感器三维视图。

图2为传感器测量原理示意图。

图3为游梁式抽油机工作原理示意图。

图4为本发明游梁式抽油机光杆位移传感器安装示意图。

图5为本发明游梁式抽油机光杆位移传感器可测量区域示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，对本发明做进一步详细说明。

如图1所示，一种基于加速度测量的游梁式抽油机光杆位移传感器，包括空心外壳1，粘结在外壳1内底面的第一x方向加速度计2，与所述第一x方向加速度计2粘结在所述外壳1内底面同一点的第一y方向加速度计3，粘结在外壳1内底面的第二x方向加速度计4，与所述第二x方向加速度计4粘结在所述外壳1内底面同一点的第二y方向加速度计5，和粘结在外壳1的四周及底部外表面的磁铁6。

若以空心外壳1的左下角为坐标原点，所述第二x方向加速度计4和第二y方向加速度计5的粘结点的x、y坐标值要分别大于所述第一x方向加速度计2和第一y方向加速度计3的粘结点的x、y坐标值；所述磁铁6使所述传感器在所述传感器的x,y和z方向分别吸附固定在抽油机游梁上。

游梁式抽油机的工作原理如图3所示，游梁8在电机带动下会绕着游梁旋转轴9周期性地转动，游梁8的转动通过绳子拉动油井光杆7周期性地上下运动从而达到抽油的目的。

所述第一x方向加速度计2、第一y方向加速度计3、第二x方向加速度计4和第二y方向加速度计5用于测量所述抽油机光杆位移，将所述第一x方向加速度计2和第二x方向4的粘结点分别记为E和F，将上述加速度计的测量结果分别记为a_Ex，a_Ey，a_Fx和a_Fy，以空心外壳1的左下角为坐标原点O,粘结点E与F沿着x轴和y轴的距离分别记为d_x和d_y，如图2所示，则所述抽油机游梁绕着游梁的转动中心O₁转动的角加速度β和角速度ω为：

由上式计算得到的角加速度β是有符号的，当计算结果为正表示角加速度方向为逆时针(右手坐标系)，当计算结果为负表示角加速度方向为顺时针(右手坐标系)；由上式计算得到的角速度ω是没有符号的，只能表示大小，角速度的符号由以下公式确定(符号的含义与角加速度的相同)：

其中，t表示当前时刻，t-1表示上一时刻，Δt表示时间间隔，m₁表示一个取值为0或1的变量。

将游梁式抽油机的光杆轴线与所述传感器安装点的距离记为R，则游梁式抽油机的光杆位移为：

其中，表示抽油机游梁的初始位置对应的初始相位。

所述基于加速度测量的游梁式抽油机光杆位移传感器通过所述磁铁6吸附安装在抽油机游梁8上的直三面角结构处，所谓直三面角结构就是三个平面垂直相交的结构，一般游梁式抽油机的游梁上都有多个这样的直三面角结构，如图3中的虚线方框所示位置。将图3中的安装位置放大，可以得到所述传感器的详细安装示意图，如图4所示，图4中用虚线方框标注的位置均是符合安装条件的直三面角结构。

所述基于加速度测量的游梁式抽油机光杆位移传感器在空间内有一定的可测量范围，若以空心外壳1的左下角为坐标原点，该范围要求所述游梁的转动中心的x坐标小于第一x方向加速度计2的x坐标或大于第二x方向加速度计4的x坐标，且所述游梁的转动中心的y坐标小于第一y方向加速度计3的y坐标或大于第二y方向加速度计4的y坐标，安装所述传感器时要保证所述游梁的转动中心位于所述传感器的可测量区域内。

上述仅是具体实施例，需要指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应该为本发明的保护范围。