本發(fā)明涉及一種位移傳感器，具體涉及一種基于加速度測量的游梁式抽油機(jī)光桿位移傳感器及方法。

背景技術(shù)：

游梁式抽油機(jī)在我國油田應(yīng)用廣泛，抽油機(jī)光桿位移是分析、診斷抽油機(jī)井工作狀態(tài)的重要參數(shù)，測量抽油機(jī)光桿位移是抽油井日常管理工作的一個重要組成部分。目前，光桿位移測量普遍采用拉線式傳感器，信號采用電纜傳輸，檢測傳感器的引線隨光桿運動。這種測量方法原理簡單，精度較高，缺點是位移傳感器安裝后易受破壞；信號傳輸線由于風(fēng)刮、作業(yè)等原因易造成纏繞、扯斷。上述因素造成拉線式傳感器檢測現(xiàn)場維護(hù)工作量較大，使用不方便，難以實現(xiàn)長期的在線測量。另外由于抽油機(jī)工作現(xiàn)場禁止明火，要求傳感器在安裝過程中不能采用現(xiàn)場鉆孔等方式來固定傳感器。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明的目的是提供一種基于加速度測量的游梁式抽油機(jī)光桿位移傳感器，傳感器安裝在抽油機(jī)游梁上的適當(dāng)位置，基于加速度測量的方法通過直接測量加速度間接計算得到游梁繞其轉(zhuǎn)動軸轉(zhuǎn)動的角位移，再結(jié)合游梁的結(jié)構(gòu)參數(shù)可以計算得到抽油機(jī)光桿的位移，傳感器的安裝基于磁鐵吸附的原理使傳感器固定在游梁上并緊隨著游梁轉(zhuǎn)動。

為了達(dá)到以上目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種基于加速度測量的游梁式抽油機(jī)光桿位移傳感器，包括空心外殼1，粘結(jié)在外殼1內(nèi)底面的第一x方向加速度計2，與所述第一x方向加速度計2粘結(jié)在所述外殼1內(nèi)底面同一點的第一y方向加速度計3，粘結(jié)在外殼1內(nèi)底面的第二x方向加速度計4，與所述第二x方向加速度計4粘結(jié)在所述外殼1內(nèi)底面同一點的第二y方向加速度計5，和粘結(jié)在外殼1的四周及底部外表面的磁鐵6。

若以空心外殼1的左下角為坐標(biāo)原點，所述第二x方向加速度計4和第二y方向加速度計5的粘結(jié)點的x、y坐標(biāo)值要分別大于所述第一x方向加速度計2和第一y方向加速度計3的粘結(jié)點的x、y坐標(biāo)值；所述磁鐵6使所述傳感器在所述傳感器的x,y和z方向分別吸附固定在抽油機(jī)游梁上。

上述基于加速度測量的游梁式抽油機(jī)光桿位移傳感器的位移測量方法，所述第一x方向加速度計2、第一y方向加速度計3、第二x方向加速度計4和第二y方向加速度計5用于測量游梁式抽油機(jī)的光桿位移，通過上述加速度計的測量結(jié)果可以直接計算得到游梁轉(zhuǎn)動的角速度ω的大小和方向，對角速度ω積分可以得到角位移，再結(jié)合抽油機(jī)游梁自身的結(jié)構(gòu)參數(shù)就可以計算得到抽油機(jī)光桿位移。

所述基于加速度測量的游梁式抽油機(jī)光桿位移傳感器通過所述磁鐵6吸附安裝在抽油機(jī)游梁上的直三面角結(jié)構(gòu)處，所謂直三面角結(jié)構(gòu)就是三個平面垂直相交的結(jié)構(gòu)，一般游梁式抽油機(jī)的游梁上都有多個這樣的直三面角結(jié)構(gòu)，它們都能夠用于安裝所述傳感器。

所述基于加速度測量的游梁式抽油機(jī)光桿位移傳感器在空間內(nèi)有一定的可測量范圍，若以空心外殼1的左下角為坐標(biāo)原點，該范圍要求所述游梁的轉(zhuǎn)動中心的x坐標(biāo)小于第一x方向加速度計2的x坐標(biāo)或大于第二x方向加速度計4的x坐標(biāo)，且所述游梁的轉(zhuǎn)動中心的y坐標(biāo)小于第一y方向加速度計3的y坐標(biāo)或大于第二y方向加速度計4的y坐標(biāo)，安裝所述傳感器時要保證所述游梁的轉(zhuǎn)動中心位于所述傳感器的可測量區(qū)域內(nèi)。

和現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點：

(1)維護(hù)、使用方便，可以實現(xiàn)長期的在線測量。

(2)適用性強，可以用于不同型號的游梁式抽油機(jī)。

(3)利用磁鐵固定，不需要鉆孔，便于在不能產(chǎn)生明火的油田安裝。

(4)成本低，經(jīng)濟(jì)效益高。

(5)測量精度高。

附圖說明

圖1為本發(fā)明游梁式抽油機(jī)光桿位移傳感器三維視圖。

圖2為傳感器測量原理示意圖。

圖3為游梁式抽油機(jī)工作原理示意圖。

圖4為本發(fā)明游梁式抽油機(jī)光桿位移傳感器安裝示意圖。

圖5為本發(fā)明游梁式抽油機(jī)光桿位移傳感器可測量區(qū)域示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施方式，對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明。

如圖1所示，一種基于加速度測量的游梁式抽油機(jī)光桿位移傳感器，包括空心外殼1，粘結(jié)在外殼1內(nèi)底面的第一x方向加速度計2，與所述第一x方向加速度計2粘結(jié)在所述外殼1內(nèi)底面同一點的第一y方向加速度計3，粘結(jié)在外殼1內(nèi)底面的第二x方向加速度計4，與所述第二x方向加速度計4粘結(jié)在所述外殼1內(nèi)底面同一點的第二y方向加速度計5，和粘結(jié)在外殼1的四周及底部外表面的磁鐵6。

若以空心外殼1的左下角為坐標(biāo)原點，所述第二x方向加速度計4和第二y方向加速度計5的粘結(jié)點的x、y坐標(biāo)值要分別大于所述第一x方向加速度計2和第一y方向加速度計3的粘結(jié)點的x、y坐標(biāo)值；所述磁鐵6使所述傳感器在所述傳感器的x,y和z方向分別吸附固定在抽油機(jī)游梁上。

游梁式抽油機(jī)的工作原理如圖3所示，游梁8在電機(jī)帶動下會繞著游梁旋轉(zhuǎn)軸9周期性地轉(zhuǎn)動，游梁8的轉(zhuǎn)動通過繩子拉動油井光桿7周期性地上下運動從而達(dá)到抽油的目的。

所述第一x方向加速度計2、第一y方向加速度計3、第二x方向加速度計4和第二y方向加速度計5用于測量所述抽油機(jī)光桿位移，將所述第一x方向加速度計2和第二x方向4的粘結(jié)點分別記為E和F，將上述加速度計的測量結(jié)果分別記為a_Ex，a_Ey，a_Fx和a_Fy，以空心外殼1的左下角為坐標(biāo)原點O,粘結(jié)點E與F沿著x軸和y軸的距離分別記為d_x和d_y，如圖2所示，則所述抽油機(jī)游梁繞著游梁的轉(zhuǎn)動中心O₁轉(zhuǎn)動的角加速度β和角速度ω為：

由上式計算得到的角加速度β是有符號的，當(dāng)計算結(jié)果為正表示角加速度方向為逆時針(右手坐標(biāo)系)，當(dāng)計算結(jié)果為負(fù)表示角加速度方向為順時針(右手坐標(biāo)系)；由上式計算得到的角速度ω是沒有符號的，只能表示大小，角速度的符號由以下公式確定(符號的含義與角加速度的相同)：

其中，t表示當(dāng)前時刻，t-1表示上一時刻，Δt表示時間間隔，m₁表示一個取值為0或1的變量。

將游梁式抽油機(jī)的光桿軸線與所述傳感器安裝點的距離記為R，則游梁式抽油機(jī)的光桿位移為：

其中，表示抽油機(jī)游梁的初始位置對應(yīng)的初始相位。

所述基于加速度測量的游梁式抽油機(jī)光桿位移傳感器通過所述磁鐵6吸附安裝在抽油機(jī)游梁8上的直三面角結(jié)構(gòu)處，所謂直三面角結(jié)構(gòu)就是三個平面垂直相交的結(jié)構(gòu)，一般游梁式抽油機(jī)的游梁上都有多個這樣的直三面角結(jié)構(gòu)，如圖3中的虛線方框所示位置。將圖3中的安裝位置放大，可以得到所述傳感器的詳細(xì)安裝示意圖，如圖4所示，圖4中用虛線方框標(biāo)注的位置均是符合安裝條件的直三面角結(jié)構(gòu)。

所述基于加速度測量的游梁式抽油機(jī)光桿位移傳感器在空間內(nèi)有一定的可測量范圍，若以空心外殼1的左下角為坐標(biāo)原點，該范圍要求所述游梁的轉(zhuǎn)動中心的x坐標(biāo)小于第一x方向加速度計2的x坐標(biāo)或大于第二x方向加速度計4的x坐標(biāo)，且所述游梁的轉(zhuǎn)動中心的y坐標(biāo)小于第一y方向加速度計3的y坐標(biāo)或大于第二y方向加速度計4的y坐標(biāo)，安裝所述傳感器時要保證所述游梁的轉(zhuǎn)動中心位于所述傳感器的可測量區(qū)域內(nèi)。

上述僅是具體實施例，需要指出的是，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)該為本發(fā)明的保護(hù)范圍。