基于三軸加速度傳感器的抽油機(jī)懸點(diǎn)位移測量裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種抽油機(jī)懸點(diǎn)位移的測量，特別涉及基于三軸加速度傳感器的抽油 機(jī)懸點(diǎn)位移測量裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 抽油機(jī)示功圖是分析抽油機(jī)井下抽油泵工作狀況的重要依據(jù)，它由抽油機(jī)在一個 沖次內(nèi)懸點(diǎn)處的載荷與位移組成。載荷可以通過載荷傳感器直接測量，但是位移測量較復(fù) 雜。
[0003] 目前抽油機(jī)懸點(diǎn)位移測量有拉線式、角度式、加速度式等方法，其中拉線式和角 度式需要借助復(fù)雜的機(jī)械機(jī)構(gòu)，故障率很高，因此使用較多的是加速度式。該方法是通過 加速度傳感器測量抽油機(jī)懸點(diǎn)上下運(yùn)動加速度，再對加速度進(jìn)行二次積分獲得懸點(diǎn)的位 移。該方法主要采用單軸加速度傳感器，如專利"抽油機(jī)光桿加速度位移傳感器"（專利號 CN200720023552)，或者僅使用多軸加速度傳感器的一個軸向的輸出，如專利"基于Zigbee 網(wǎng)絡(luò)的無線低功耗油井示功儀"(專利號CN201210445726)。僅使用單軸加速度傳感器或者 多軸加速度傳感器的一個軸向輸出對抽油機(jī)懸點(diǎn)位移進(jìn)行測量，具有很大的不足。由于固 定或者老化等原因，安裝加速度傳感器的設(shè)備可能會發(fā)生傾斜、變形，使加速度傳感器的上 下軸不能與地面絕對垂直，這樣加速度傳感器的上下軸所測的懸點(diǎn)運(yùn)動加速度僅僅是懸點(diǎn) 實(shí)際運(yùn)動加速度的一個分量，通過該分量的二次積分計(jì)算懸點(diǎn)位移，計(jì)算結(jié)果與懸點(diǎn)的實(shí) 際位移偏差較大，從而使通過加速度方式測量懸點(diǎn)位移的誤差較大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的就是針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述缺陷，提供基于三軸加速度傳感器的 抽油機(jī)懸點(diǎn)位移測量裝置及方法，用于解決目前基于單軸加速度傳感器的抽油機(jī)懸點(diǎn)位移 測量誤差大的問題。
[0005] 本發(fā)明提到的基于三軸加速度傳感器的抽油機(jī)懸點(diǎn)位移測量裝置，其技術(shù)方案 是：包括殼體、電池、電源模塊、三軸加速度傳感器、單片機(jī)、無線通信模塊，所述的電池、電 源模塊、三軸加速度傳感器、單片機(jī)、無線通信模塊全部安裝于殼體內(nèi)，殼體固定于抽油機(jī) 懸點(diǎn)，隨懸點(diǎn)上下運(yùn)動，電池和電源模塊向各部分供電，三軸加速度傳感器對三個軸向的加 速度進(jìn)行測量，輸入單片機(jī)，經(jīng)過計(jì)算獲得裝置的傾斜角度，對上下軸加速度進(jìn)行修正，再 計(jì)算獲得懸點(diǎn)的位移，通過無線通信模塊向外發(fā)送。
[0006] 上述的三軸加速度傳感器的輸出以電壓模擬量的形式經(jīng)過低通濾波輸給單片機(jī) 的AD口，單片機(jī)對輸入的模擬量進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換，用數(shù)字量表示加速度的大小。
[0007] 本發(fā)明提到的基于三軸加速度傳感器的抽油機(jī)懸點(diǎn)位移測量裝置的測量方法，包 括以下步驟： (1)、裝置的供電 測量裝置安裝于懸點(diǎn)，采用電池供電，電池與電源模塊相連，電源模塊產(chǎn)生穩(wěn)定電壓， 向加速度傳感器、單片機(jī)和無線通信模塊供電； 測量裝置由ER34615H型3. 6V鋰亞硫酰氯電池供電，該電池容量達(dá)到20000mAh，能夠?yàn)?裝置長時間不間斷供電，電池與電源模塊U4相連，該電源模塊型號為NCP500SN33T1，該電 源模塊可提供電流為150mA的3. 3V直流電； (2) 、加速度的采集 測量裝置通過三軸加速度傳感器測量三個軸向的加速度，并將加速度以模擬量的形式 輸給單片機(jī)； (3) 、加速度的計(jì)算 三軸加速度傳感器的輸出以電壓模擬量的形式經(jīng)過低通濾波輸給單片機(jī)的AD 口，單 片機(jī)對輸入的模擬量進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換，用數(shù)字量表示加速度的大小； (4) 、加速度的修正 通過單片機(jī)的AD轉(zhuǎn)換，將加速度以數(shù)字量形式表示，再計(jì)算出加速度傳感器的X軸與 重力加速度的夾角，利用該夾角對X軸輸出的加速度進(jìn)行修正，修正方法如下： 當(dāng)該測量裝置安裝正確并且沒有任何變形時，加速度傳感器的X軸與重力加速度方向 相反，用于測量抽油機(jī)懸點(diǎn)上下方向的加速度；Y軸用于測量左右方向的加速度；Z軸用于 測量前后方向的加速度，此時X軸的輸出就是懸點(diǎn)上下運(yùn)動的加速度； (5) 、位移的計(jì)算 通過對X軸加速度的修正，計(jì)算出懸點(diǎn)上下運(yùn)動的實(shí)際加速度，在懸點(diǎn)運(yùn)動過程中，上 死點(diǎn)和下死點(diǎn)是加速度的兩個極值，通過對極值的判斷可以找出懸點(diǎn)運(yùn)動周期，通過對一 個周期內(nèi)，加速度的二次積分可以計(jì)算出懸點(diǎn)在一個周期內(nèi)的位移； (6) 、位移的發(fā)送 通過單片機(jī)可以計(jì)算出懸點(diǎn)在一個周期內(nèi)的位移，再利用無線通信模塊將計(jì)算的位移 量向外發(fā)送，由上位機(jī)接收。
[0008] 上述的單片機(jī)的型號為MSP430F1611，該單片機(jī)具有10kB的RAM和48kB的R0M， 每MHz電流有330 iiA，待機(jī)狀態(tài)電流為1. liiA，電路中，該單片機(jī)連接32. 768kHz和8MHz 兩種頻率的晶振，待機(jī)狀態(tài)采用低頻晶振，工作狀態(tài)采用高頻晶振，單片機(jī)采用的復(fù)位芯片 U3,型號為MP811。
[0009] 上述的步驟（4)中的加速度的修正方法還包括如下： 當(dāng)所述測量裝置安裝出現(xiàn)偏差或者由于老化出現(xiàn)變形，測量裝置可能會出現(xiàn)傾斜，加 速度傳感器的X軸與重力加速度方向不再平行，此時X軸所測的加速度是懸點(diǎn)上下運(yùn)動加 速度的一個分量，設(shè)X軸與重力加速度之間的夾角為0，X軸的輸出為A rouT，Y軸輸出為Ayott， Z軸輸出為Aott，則夾角0為
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于三軸加速度傳感器的抽油機(jī)懸點(diǎn)位移測量裝置，其特征是：包括殼體、電 池、電源模塊、三軸加速度傳感器、單片機(jī)、無線通信模塊，所述的電池、電源模塊、三軸加速 度傳感器、單片機(jī)、無線通信模塊全部安裝于殼體內(nèi)，殼體固定于抽油機(jī)懸點(diǎn)，隨懸點(diǎn)上下 運(yùn)動，電池和電源模塊向各部分供電，三軸加速度傳感器對三個軸向的加速度進(jìn)行測量，輸 入單片機(jī)，經(jīng)過計(jì)算獲得裝置的傾斜角度，對上下軸加速度進(jìn)行修正，再計(jì)算獲得懸點(diǎn)的位 移，通過無線通信模塊向外發(fā)送。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于三軸加