专利名称：抽油机光杆加速度位移传感器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及到用抽油机从油井中采油，也涉及到测量加速度及位移量 的传感器，具体而言是一种抽油机光杆加速度位移传感器。(二) 背景技术抽油机是油田机械采油主要设备，油井抽油泵在井下的工作状态是通过测 示功图来掌握的。示功图就是在抽油机光杆上下垂直运动的一个周期中，以光 杆相对井口运动位移量为横坐标，以相应各位置点光杆的载荷为纵坐标，而形 成的平面封闭曲线。所以，光杆位移量是形成示功图的重要参数。现有传统的 光杆位移量试方法，是将一机械式位移传感器安装在抽油机光杆的悬振器上， 位移传感器拉线的下端挂在井口上。当光杆向上运动时，拉线从传感器拉出，同时带动传感器中的电位器正转；当光杆向下运动时，传感器的巻簧将拉线收 回，同时带动传感中的电位器反转。在上下往复运动周期过程中，由电位器将 光杆的位移量转化为电参数。其主要缺点是拉线磨损易断，无法进行长期在 线测量；使用量程有限，对抽油机冲程在7米以上的油井不适用；其机械结构 无法适应恶劣的野外环境，很易损坏。经检索专利文献，有六篇弱相关对比文 件，其中有三篇与测量抽油机示功图有关，专利号分别是03215559.X， 02254542.5， 97243548.4。这些对比文件与本实用新型最基本的区别在于位移传 感器不相同，其数据采集及处理部分也不一样。(三) 发明内容本实用新型的目的就在于创新研制、提供一种与众不同的抽油机光杆加速 度位移传感器。采用集成化加速度芯片测量光杆上下运动时的加速度，再由微 处理器对加速度信号进行处理获得位移量数据，并与抽油机载荷数据结合而形 成示功图。从而克服上述机械式位移传感器的诸多缺点。上述目的是由下述技术方案实现的抽油机光杆加速度位移传感器，包括壳体、加速度芯片和控制电路。加速 度芯片和控制电路都装在壳体内的印刷电路板上。其特征是控制电路由微处理 器、定时器、存储器、非易失数据存储器、无线通信芯片、USB通信芯片、电
转换芯片、五只晶体振荡器、编程接口、 USB插口和电源插头组成。微处理器 分别与此相关加速度芯片、定时器、存储器、非易失数据存储器、无线通信芯 片、USB通信芯片、编程接口和电源插头连接。有两只晶体振荡器与微处理器 连接。定时器、无线通信芯片和USB通信芯片各与一只晶体振荡器连接。电源 转换芯片与电源插头连接。编程接口与微处理器连接。上述抽油机光杆加速度位移传感器中的加速度芯片，选用集成化加速度芯 片，型号为ADXL105型。上述抽油机光杆加速度位移传感器控制电路中的微处理器，选用嵌入式微 处理器，型号为MSP430 F148或MSP430 F149型。上述抽油机光杆加速度位移传感器控制电路中的无线通信芯片，选用短距 离蓝牙无线通信芯片，型号nRF401型。上述抽油机光杆加速度位移传感器控制电路中的定时器选用PCF8563型。 存储器选用W24L257型。非易失数据存储器选用AT45DB081型。USB通信芯 片选用FT232BM型。按照上述技术方案制造成的抽油机光杆加速度位移传感器，被置于光杆或 悬振器上，随光杆作上、下周期运动。由加速度芯片测得光杆上、下运动时的 加速度，再由控制电路进行二次积分运算，得到各点的位移数据，并将各点的 位移数据与对应的抽油机载荷信数据结合形成示功图。由于采用了集成化加速度芯片来测量光杆加速度信号，而克服了上述拉线 式传感器的诸多缺点。由于采用了嵌入式微处理器对加速度进行积分换算，而 形成位移数据，克服了用电位器进行转换的诸多弊端。因此测量精度大有提高。 另外，还能实现长期在线测量和数据无线传输，自动化程度也大有提高，操作 更加简便和安全。由于采用了全电子式传感器，所以不受抽油机冲程大小限制， 并能适应恶劣的野外环境，使用寿命更长。其技术较先进，经济效益和社会效 益显著，具有推广应用前景。(四)
附图1是本实用新型的安装应用示意图。附图2是本实用新型的电路组成及连接关系方框图。附图3是本实用新型的电路图。
具体实施方式
结合附图说明一个实施例由图1所示，本实用新型在应用时安装在抽油机光杆上或悬振器上。由图2所示，本实用新型由加速度芯片U8和控制电路组成。控制电路由微 处理器Ul (CPU)、定时器U5、随机数据存储器(简称存储器)U7 、非易失 数据存储器U6、蓝牙无线通信芯片UIO、 USB通信芯片U12、电源转换芯片 U9、五只晶体振荡器(简称晶振)U2、 U3、 U4、 Ull和U13、编程接口 Jl、 USB插头J5和电源插头J2、 J3、 J4组成。微处理器U1 (CPU)分别与加速度 芯片U8、定时器U5、存储器U7、非易失数据存储器U6、无线通信芯片UIO、 USB通信芯片U12、编程接口 Jl和电源插头J2连接，晶振U2 (8MHZ)和U3 (32.768KHZ)与微处理器Ul连接，为其提供振荡信号。定时器U5、无线通 信芯片U10和USB通信芯片U12，各与一只晶振U4G2.768KHZ)、U11(4MHZ) 和U13 (6MHZ)连接，分别提供振荡信号。电源转换芯片U9与电源插头J2、 J4连接。编程接口 J1与微处理器U1 (CPU)连接。由图3所示，作为一个实施例的电路图，已非常清楚、完整地表明了本实 用新型电路组成及连接关系，不必赘述。工作原理及工作过程是如图2所示，加速度芯片U8首先将抽油机光杆上、 下运动的加速度转化为电压信号，并将此西北部号送入微处理器U1 (CPU)。定 时器U5每1/64秒产生一个中断信号送入微处理器Ul。微处理器Ul按定时对 U8输入的加速度信号进行A/D转换，并将随机数据和临时载荷数据存入存储器 U7中。微处理器Ul将最终测得的示功图数据送入非易失数据存储器U6中。蓝 牙无线通信芯片U10将外部主机发出的无线信号送入微处理器U1，并将微处理 器U1的应答信号发送出去，例如将U6中的示功图数据发送到外部主机。J5是 USB插头，与USB通信芯片U12相连，U12又与微处理器U1相连，实现了本 传感器与外部PC机的通信。电池正极由插头J3接入，然后连接插头J2、 J2的 输出为系统提供+3.6V工作电源。J2输出的+3.6V电源送入电压转换器U9， U9 输出+5V电源由插头J4送出，给外部的载荷传感器供电。载荷传感器的信号经 由J4送入微处理器Ul，作为Ul形成示功图的必要基本数据。编程接口 Jl用 于微处理器U1写入及修改程序。
权利要求1.一种抽油机光杆加速度位移传感器，包括壳体、加速度芯片和控制电路，加速度芯片和控制电路都装在壳体内的印刷电路板上，其特征是控制电路由微处理器(U1)、定时器(U5)、随机数据存储器(U7)、非易失数据存储器(U6)、无线通信芯片(U10)、USB通信芯片(U12)、电源转换芯片(U9)、五只晶振(U2、U3、U4、U11、U13)、编程接口(J1)、USB插头(J5)和电源插头(J2、J3、J4)组成，微处理器(U1)分别与加速度芯片(U8)、定时器(U5)随机数据存储器(U7)、非易失数据存储器(U6)、无线通信芯片(U10)、USB通信芯片(U12)、编程接口(J1)和电源插头(J2)连接，晶振(U2、U3)与微处理器(U1)连接，定时器(U5)、无线通信芯片(U10)和USB通信芯片(U12)，各与一只晶振(U4、U11和U13)连接，电源转换芯片(U9)与电源插头J2、J4连接，编程接口(J1)与微处理器(U1)连接。
2. 根据权利要求1所述的抽油机光杆加速度位移传感器，其特征是加速度 芯片(U8)选用集成化加速度芯片，型号为ADXL105型。
3. 根据权利要求1所述的抽油机光杆加速度位移传感器，其特征是微处理 器(Ul)选用嵌入式微处理器，型号为MSP430F148或MSP430F149型。
4. 根据权利要求1所述的抽油机光杆加速度位移传感器，其特征是无线通 信芯片(UIO)选短距离蓝牙无线通信芯片，型号为nRF401型。
5. 根据权利要求1所述的抽油机光杆加速度位移传感器，其特征是定时器 (U5)选用PCF8563型，存储器(U7)选用W24L257型，非易失数据存储器 (U6)选用AT45DB081型，USB通信芯片(U12)选用FT232BM型。
专利摘要本实用新型是一种抽油机光杆加速位移传感器，属于测量加速度及位移量的传感器。由加速度芯片和控制电路组成。控制电路中的微处理器，分别与加速度芯片、定时器、存储器、非易失数据存储器、无线通信芯片、USB通信芯片、编程接口和电源插头连接。有两只晶振与微处理器连接。定时器、无线通信芯片和USB通信芯片各与一只晶振连接。电源转换芯片与电源插头连接。编程接口与微处理器连接。由于采用加速度芯片测量光杆上下运动加速度，并由控制电路对加速度信号二次积分转换为光杆位移数据，用于形成示功图。所以测量精度高，并实现了长期在线测量和无线数据传输，操作简便而安全，适用于恶劣的野外环境，技术较先进，效益较好，有推广应用价值。
文档编号G01P15/08GK201045618SQ20072002355
公开日2008年4月9日 申请日期2007年6月9日 优先权日2007年6月9日
发明者玲 张, 李清明, 莉 杨, 胡向阳, 胡小红, 薛胜东, 阚淑华 申请人:中国石化股份胜利油田分公司河口采油厂