专利名称：便携式智能化钢管声波测长仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种利用声波测量长度的测量仪器，特别适用于石油钻井、地质勘探、试油和采油作业中对油井的油管或钻杆进行的累计测长。
油田的石油开采是通过钻井、试油和采油等各个环节实现的，每个环节都需设置几百根钢管(油管或钻杆)连接起来，下至千米以下的油层深处，并通过安装在钢管上的钻采工具和设备，将石油采集出地面。目前，由于石油行业使用的钢管因长度规格不等，为使钻采工具和设备能够下至规定的油层位置，每次作业时需对钢管的长度进行测量。特别是对于分层开采，因油层厚度各异，钻采工具和设备的安装位置的准确性，直接影响采油效率。在现有的技术中，对钢管的累计测长是通过人工用皮尺来完成的，每丈量一根至少需要3人，不仅测量速度慢，而且劳动强度大，又因钢管是重复多次使用，上面积有大量原油，除人工测量误差较大外，还造成工人劳动条件差，钻采工具和设备不能准确到位，以致出现返工现象，影响了作业效率。
本实用新型的目的是提供一种利用声波准确测量钢管长度并利用微处理机进行数据处理的便携式测长仪。
实现本实用新型的目的所采取的方案是根据声波在气体介质中传播时遇到障碍物即有回声反射的速度和时间，求得障碍物与声源之间的距离这一原理，设置了声波发射接收器、声波反射器和微处理机。其中声波发射接收器中装有发声元件和声敏元件，用于发射和接收反射的声波信号，通过信号线传至微处理机内。微处理机是由音频振荡器、信号放大器、模／数转换器、CPU单片机、打印机、显示器、电源及功能键组成，各器件均组装在一个箱体中。其组成包括一个声波发射接收系统，由音频振荡器、声波发射接收器、声波反射器组成。音频振荡器产生的高频信号经发声元件发射到声波反射器上，然后通过声敏元件将接收发射和反射回的两个声波信号输送至数据处理系统。
一个数据处理系统，由信号放大器、模／数转换器、CPU单片机组成。通过信号放大器将馈送的模似信号放大转化成标准信号，传至模／数转换器，并转化为数字信号，输入CPU(单片机)进行逻辑判断和计算用。当采样频率一定时发射和反射波之间的采样次数与采样周期的乘积即为声波往返时间，通过将对标准管测定的标定声速代入运算，即可求出所测钢管的长度值。
一个输入系统，将设计下管深度值通过数码输入键输入CPU中，当油管总长与设定值的绝对差值不足一根管长时，发出报警仃止测量，并将所配短管长度显示打印出来。
显示器和打印机是按照软件的要求由CPU控制显示和打印。
标准管是一个定长管。作为已知管长为标定声速所用。由于声速在空气中的传播受气压和温度的影响，具有一定的可变量，但同一时间内，温度和压力变化很小，因此，需先利用标准管测出当时的声速，然后以此声速为基本参数，再对作业钢管进行测量。
本实用新型的优点是具有可在作业现场直接完成对钢管的测长、累计计算、指导作业的功能，以保证钻采工具和设备能准确到达油层。同时具有测量精度高、操作简便、劳动强度低、适应环境强等特点，避免了由于人工测量和计算造成的误差，同时避免了由于误差而造成作业返工、资料不准确的现象，有利于降低生产成本和提高采油效率。
图1是本实用新型的外型结构示意图。
图2是本实用新型的原理示意图。
下面利用附图进一步描述本实用新型的实施例参看图1和图2，声波反射器1为园盘状结构，一端装有可拆卸的手柄11。声波发射接收器2是由定位元件21及接收腔体22组成，接收腔体22内设置有发声元件FS26和声敏元件SM27，外部设有发射键23、钢管编码键24及编码校正键25，定位元件21与接收腔体22之间采用螺纹连接或键连接。微处理机4为一箱体结构，通过信号线3与声波发射接收器2连接，由音频振荡器YP41、信号放大器AMP42、模／数转换器A／D43、单片机CPU44、打印机TY49、显示器LED48及电源PO7组成，箱体外部设有键盘，包括打印键492、声速标定键451，测长工作键5、数码输入键46，并设有数码定值报警器47、电源指示灯6、电源开关71、打印机输出端491和显示屏481。箱体中各器件均为公知件，此处不在赘述。其工作过程为参看图1和图2，将信号线3插入声波发射接收器2和微处理机4上，起动电源开关71，通过数码输入键46将设计下管深度值输入单片机CPU44中，然后按动声速标定键451，使仪器进入标定声速状态。将声波发射接收器2和声波反射器1分别压紧在标准管8的两端，然后按动发射键23，此时微处理机4内安装的音频振荡器YP41产生高频信号，并通过信号线3传至声波发射接收器2内的发声元件FS26，发声元件FS26产生的声波从标准管8的一端传至另一端，碰到声波反射器1后返回，被声敏元件SM27接收，声敏元件SM27将接收的发射波和反馈波通过信号线3输至微处理机4内的信号放大器AMP42，再经模／数转换器A／D43转换成数字信号输至单片机CPU44内并存储在声速存储单元SC45内。声速标定后，按动测长工作键5，仪器进入测长工作状态。然后将声波发射接收器2和声波反射器1分别压紧在待测的未知管的两端，按动钢管编码键24，如编码错误可通过编码校正键25进行校正，然后按动发射键23，与标定声速工作过程相同不再赘述。当声敏元件SM27接收的发射波和反射波经信号放大再模／数转换后输至单片机CPU44内，通过CPU44求出声波往返时间，然后再将标定的声速值从SC45提出代入运算，即可求出管长。每测一根钢管，在显示屏481上即显示出编号、长度及长度累计值，当累计长度值与输入的设定长度值接近时，在规定的差值范围内数码定值报警器47自动发出声光报警。此时通过显示屏481观测到下管累计长度值和差值，按动打印键492，即可将所需资料打出，然后根据差值配备短管，使实际下管深度值与设计下管深度值近似相等，从而完成测长工作。
权利要求1.一种便携式智能化钢管声波测长仪，其特征在于所述的测长仪是由声波发射接收器(2)、声波反射器(1)和微处理机(4)组成，其中声波发射接收器(2)与微处理机(4)之间采用信号线(3)连接，并配有标准管(8)。
2.根据权利要求1所述的钢管声波测长仪，其特征在于声波反射器(1)为园盘状，一端装有可拆卸的手柄(11)。
3.根据权利要求1所述的钢管声波测长仪，其特征在于声波发射接收器(2)由定位元件(21)与接收腔体(22)组成，接收腔体内部装有声敏元件(SM27)和发声元件(FS26)，外部设置有发射键(23)、钢管编码键(24)及编码校正键(25)，定位元件(21)与接收腔体(22)之间采用螺纹连接或键连接。
4.根据权利要求1所述的钢管声波测长仪，其特征在于微处理机(4)为一箱式结构，其内设有音频振荡器(YP41)，信号放大器(AMP42)，模／数转换器(A／D43)、单片机(CPU44)、打印机(TY49)、显示器(LED48)和电源(PO7)，箱体外部台面上设置有声速标定键(451)、测长工作键(5)、数码输入键(46)、打印机输出端(491)、打印键(492)、数码定值报警器(47)、显示屏(481)。
5.根据权利要求1或4所述的钢管声波测长仪，其特征在于由音频振荡器(YP41)、声波发射接收器(2)、声波反射器(1)构成声波发射接收系统。
6.根据权力要求1或4所述的钢管声波测长仪，其特征在于由信号放大器(AMP42)、模／数转换器(A／D43)、单片机(CPU44)构成数据处理系统。
专利摘要本实用新型涉及一种在石油开采中对专用钢管进行实地累计测长的便携式测量仪，是由声波发射接收器、声波反射器及微处理机组成。其中，声波发射接收器内装有发声元件和声敏元件，可将发射和接受的声波通过信号线输至微处理机，经微处理机逻辑运算和处理后，即可得出所测钢管的累计长度值。该测长仪具有携带方便、操作简单、测量精确、适应环境强、减少劳动人员和劳动强度等特点，可以广泛应用于石油钻井、地质勘探、试油和采油作业等领域。
文档编号G01B17/00GK2153773SQ92244549
公开日1994年1月19日 申请日期1992年12月10日 优先权日1992年12月10日
发明者白明垠, 潘玉琦, 黄松 申请人:白明垠, 潘玉琦, 黄松