專利名稱：抽油機(jī)光桿加速度位移傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及到用抽油機(jī)從油井中采油，也涉及到測量加速度及位移量 的傳感器，具體而言是一種抽油機(jī)光桿加速度位移傳感器。(二) 背景技術(shù)抽油機(jī)是油田機(jī)械采油主要設(shè)備，油井抽油泵在井下的工作狀態(tài)是通過測 示功圖來掌握的。示功圖就是在抽油機(jī)光桿上下垂直運(yùn)動的一個周期中，以光 桿相對井口運(yùn)動位移量為橫坐標(biāo)，以相應(yīng)各位置點(diǎn)光桿的載荷為縱坐標(biāo)，而形 成的平面封閉曲線。所以，光桿位移量是形成示功圖的重要參數(shù)?，F(xiàn)有傳統(tǒng)的 光桿位移量試方法，是將一機(jī)械式位移傳感器安裝在抽油機(jī)光桿的懸振器上， 位移傳感器拉線的下端掛在井口上。當(dāng)光桿向上運(yùn)動時，拉線從傳感器拉出，同時帶動傳感器中的電位器正轉(zhuǎn)；當(dāng)光桿向下運(yùn)動時，傳感器的巻簧將拉線收 回，同時帶動傳感中的電位器反轉(zhuǎn)。在上下往復(fù)運(yùn)動周期過程中，由電位器將 光桿的位移量轉(zhuǎn)化為電參數(shù)。其主要缺點(diǎn)是拉線磨損易斷，無法進(jìn)行長期在 線測量；使用量程有限，對抽油機(jī)沖程在7米以上的油井不適用；其機(jī)械結(jié)構(gòu) 無法適應(yīng)惡劣的野外環(huán)境，很易損壞。經(jīng)檢索專利文獻(xiàn)，有六篇弱相關(guān)對比文 件，其中有三篇與測量抽油機(jī)示功圖有關(guān)，專利號分別是03215559.X， 02254542.5， 97243548.4。這些對比文件與本實(shí)用新型最基本的區(qū)別在于位移傳 感器不相同，其數(shù)據(jù)采集及處理部分也不一樣。(三) 發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的就在于創(chuàng)新研制、提供一種與眾不同的抽油機(jī)光桿加速 度位移傳感器。采用集成化加速度芯片測量光桿上下運(yùn)動時的加速度，再由微 處理器對加速度信號進(jìn)行處理獲得位移量數(shù)據(jù)，并與抽油機(jī)載荷數(shù)據(jù)結(jié)合而形 成示功圖。從而克服上述機(jī)械式位移傳感器的諸多缺點(diǎn)。上述目的是由下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的抽油機(jī)光桿加速度位移傳感器，包括殼體、加速度芯片和控制電路。加速 度芯片和控制電路都裝在殼體內(nèi)的印刷電路板上。其特征是控制電路由微處理 器、定時器、存儲器、非易失數(shù)據(jù)存儲器、無線通信芯片、USB通信芯片、電
轉(zhuǎn)換芯片、五只晶體振蕩器、編程接口、 USB插口和電源插頭組成。微處理器 分別與此相關(guān)加速度芯片、定時器、存儲器、非易失數(shù)據(jù)存儲器、無線通信芯 片、USB通信芯片、編程接口和電源插頭連接。有兩只晶體振蕩器與微處理器 連接。定時器、無線通信芯片和USB通信芯片各與一只晶體振蕩器連接。電源 轉(zhuǎn)換芯片與電源插頭連接。編程接口與微處理器連接。上述抽油機(jī)光桿加速度位移傳感器中的加速度芯片，選用集成化加速度芯 片，型號為ADXL105型。上述抽油機(jī)光桿加速度位移傳感器控制電路中的微處理器，選用嵌入式微 處理器，型號為MSP430 F148或MSP430 F149型。上述抽油機(jī)光桿加速度位移傳感器控制電路中的無線通信芯片，選用短距 離藍(lán)牙無線通信芯片，型號nRF401型。上述抽油機(jī)光桿加速度位移傳感器控制電路中的定時器選用PCF8563型。 存儲器選用W24L257型。非易失數(shù)據(jù)存儲器選用AT45DB081型。USB通信芯 片選用FT232BM型。按照上述技術(shù)方案制造成的抽油機(jī)光桿加速度位移傳感器，被置于光桿或 懸振器上，隨光桿作上、下周期運(yùn)動。由加速度芯片測得光桿上、下運(yùn)動時的 加速度，再由控制電路進(jìn)行二次積分運(yùn)算，得到各點(diǎn)的位移數(shù)據(jù)，并將各點(diǎn)的 位移數(shù)據(jù)與對應(yīng)的抽油機(jī)載荷信數(shù)據(jù)結(jié)合形成示功圖。由于采用了集成化加速度芯片來測量光桿加速度信號，而克服了上述拉線 式傳感器的諸多缺點(diǎn)。由于采用了嵌入式微處理器對加速度進(jìn)行積分換算，而 形成位移數(shù)據(jù)，克服了用電位器進(jìn)行轉(zhuǎn)換的諸多弊端。因此測量精度大有提高。 另外，還能實(shí)現(xiàn)長期在線測量和數(shù)據(jù)無線傳輸，自動化程度也大有提高，操作 更加簡便和安全。由于采用了全電子式傳感器，所以不受抽油機(jī)沖程大小限制， 并能適應(yīng)惡劣的野外環(huán)境，使用壽命更長。其技術(shù)較先進(jìn)，經(jīng)濟(jì)效益和社會效 益顯著，具有推廣應(yīng)用前景。(四)
附圖1是本實(shí)用新型的安裝應(yīng)用示意圖。附圖2是本實(shí)用新型的電路組成及連接關(guān)系方框圖。附圖3是本實(shí)用新型的電路圖。
具體實(shí)施方式
結(jié)合附圖說明一個實(shí)施例由圖1所示，本實(shí)用新型在應(yīng)用時安裝在抽油機(jī)光桿上或懸振器上。由圖2所示，本實(shí)用新型由加速度芯片U8和控制電路組成?？刂齐娐酚晌?處理器Ul (CPU)、定時器U5、隨機(jī)數(shù)據(jù)存儲器(簡稱存儲器)U7 、非易失 數(shù)據(jù)存儲器U6、藍(lán)牙無線通信芯片UIO、 USB通信芯片U12、電源轉(zhuǎn)換芯片 U9、五只晶體振蕩器(簡稱晶振)U2、 U3、 U4、 Ull和U13、編程接口 Jl、 USB插頭J5和電源插頭J2、 J3、 J4組成。微處理器U1 (CPU)分別與加速度 芯片U8、定時器U5、存儲器U7、非易失數(shù)據(jù)存儲器U6、無線通信芯片UIO、 USB通信芯片U12、編程接口 Jl和電源插頭J2連接，晶振U2 (8MHZ)和U3 (32.768KHZ)與微處理器Ul連接，為其提供振蕩信號。定時器U5、無線通 信芯片U10和USB通信芯片U12，各與一只晶振U4G2.768KHZ)、U11(4MHZ) 和U13 (6MHZ)連接，分別提供振蕩信號。電源轉(zhuǎn)換芯片U9與電源插頭J2、 J4連接。編程接口 J1與微處理器U1 (CPU)連接。由圖3所示，作為一個實(shí)施例的電路圖，已非常清楚、完整地表明了本實(shí) 用新型電路組成及連接關(guān)系，不必贅述。工作原理及工作過程是如圖2所示，加速度芯片U8首先將抽油機(jī)光桿上、 下運(yùn)動的加速度轉(zhuǎn)化為電壓信號，并將此西北部號送入微處理器U1 (CPU)。定 時器U5每1/64秒產(chǎn)生一個中斷信號送入微處理器Ul。微處理器Ul按定時對 U8輸入的加速度信號進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，并將隨機(jī)數(shù)據(jù)和臨時載荷數(shù)據(jù)存入存儲器 U7中。微處理器Ul將最終測得的示功圖數(shù)據(jù)送入非易失數(shù)據(jù)存儲器U6中。藍(lán) 牙無線通信芯片U10將外部主機(jī)發(fā)出的無線信號送入微處理器U1，并將微處理 器U1的應(yīng)答信號發(fā)送出去，例如將U6中的示功圖數(shù)據(jù)發(fā)送到外部主機(jī)。J5是 USB插頭，與USB通信芯片U12相連，U12又與微處理器U1相連，實(shí)現(xiàn)了本 傳感器與外部PC機(jī)的通信。電池正極由插頭J3接入，然后連接插頭J2、 J2的 輸出為系統(tǒng)提供+3.6V工作電源。J2輸出的+3.6V電源送入電壓轉(zhuǎn)換器U9， U9 輸出+5V電源由插頭J4送出，給外部的載荷傳感器供電。載荷傳感器的信號經(jīng) 由J4送入微處理器Ul，作為Ul形成示功圖的必要基本數(shù)據(jù)。編程接口 Jl用 于微處理器U1寫入及修改程序。
權(quán)利要求1.一種抽油機(jī)光桿加速度位移傳感器，包括殼體、加速度芯片和控制電路，加速度芯片和控制電路都裝在殼體內(nèi)的印刷電路板上，其特征是控制電路由微處理器(U1)、定時器(U5)、隨機(jī)數(shù)據(jù)存儲器(U7)、非易失數(shù)據(jù)存儲器(U6)、無線通信芯片(U10)、USB通信芯片(U12)、電源轉(zhuǎn)換芯片(U9)、五只晶振(U2、U3、U4、U11、U13)、編程接口(J1)、USB插頭(J5)和電源插頭(J2、J3、J4)組成，微處理器(U1)分別與加速度芯片(U8)、定時器(U5)隨機(jī)數(shù)據(jù)存儲器(U7)、非易失數(shù)據(jù)存儲器(U6)、無線通信芯片(U10)、USB通信芯片(U12)、編程接口(J1)和電源插頭(J2)連接，晶振(U2、U3)與微處理器(U1)連接，定時器(U5)、無線通信芯片(U10)和USB通信芯片(U12)，各與一只晶振(U4、U11和U13)連接，電源轉(zhuǎn)換芯片(U9)與電源插頭J2、J4連接，編程接口(J1)與微處理器(U1)連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的抽油機(jī)光桿加速度位移傳感器，其特征是加速度 芯片(U8)選用集成化加速度芯片，型號為ADXL105型。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的抽油機(jī)光桿加速度位移傳感器，其特征是微處理 器(Ul)選用嵌入式微處理器，型號為MSP430F148或MSP430F149型。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的抽油機(jī)光桿加速度位移傳感器，其特征是無線通 信芯片(UIO)選短距離藍(lán)牙無線通信芯片，型號為nRF401型。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的抽油機(jī)光桿加速度位移傳感器，其特征是定時器 (U5)選用PCF8563型，存儲器(U7)選用W24L257型，非易失數(shù)據(jù)存儲器 (U6)選用AT45DB081型，USB通信芯片(U12)選用FT232BM型。
專利摘要本實(shí)用新型是一種抽油機(jī)光桿加速位移傳感器，屬于測量加速度及位移量的傳感器。由加速度芯片和控制電路組成?？刂齐娐分械奈⑻幚砥?，分別與加速度芯片、定時器、存儲器、非易失數(shù)據(jù)存儲器、無線通信芯片、USB通信芯片、編程接口和電源插頭連接。有兩只晶振與微處理器連接。定時器、無線通信芯片和USB通信芯片各與一只晶振連接。電源轉(zhuǎn)換芯片與電源插頭連接。編程接口與微處理器連接。由于采用加速度芯片測量光桿上下運(yùn)動加速度，并由控制電路對加速度信號二次積分轉(zhuǎn)換為光桿位移數(shù)據(jù)，用于形成示功圖。所以測量精度高，并實(shí)現(xiàn)了長期在線測量和無線數(shù)據(jù)傳輸，操作簡便而安全，適用于惡劣的野外環(huán)境，技術(shù)較先進(jìn)，效益較好，有推廣應(yīng)用價值。
文檔編號G01P15/08GK201045618SQ20072002355
公開日2008年4月9日 申請日期2007年6月9日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月9日
發(fā)明者玲 張, 李清明, 莉 楊, 胡向陽, 胡小紅, 薛勝東, 闞淑華 申請人:中國石化股份勝利油田分公司河口采油廠