一种基于三轴加速度传感器的抽油机悬点位移测量装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及一种抽油机悬点位移的测量，特别涉及一种基于三轴加速度传感 器的抽油机悬点位移测量装置。
【背景技术】
[0002] 抽油机示功图是分析抽油机井下抽油泵工作状况的重要依据，它由抽油机在一个 冲次内悬点处的载荷与位移组成。载荷可以通过载荷传感器直接测量，但是位移测量较复 杂。
[0003] 目前抽油机悬点位移测量有拉线式、角度式、加速度式等方法，其中拉线式和角 度式需要借助复杂的机械机构，故障率很高，因此使用较多的是加速度式。该方法是通过 加速度传感器测量抽油机悬点上下运动加速度，再对加速度进行二次积分获得悬点的位 移。该方法主要采用单轴加速度传感器，如专利"抽油机光杆加速度位移传感器"（专利号 CN200720023552)，或者仅使用多轴加速度传感器的一个轴向的输出，如专利"基于Zigbee 网络的无线低功耗油井示功仪"(专利号CN201210445726)。仅使用单轴加速度传感器或者 多轴加速度传感器的一个轴向输出对抽油机悬点位移进行测量，具有很大的不足。由于固 定或者老化等原因，安装加速度传感器的设备可能会发生倾斜、变形，使加速度传感器的上 下轴不能与地面绝对垂直，这样加速度传感器的上下轴所测的悬点运动加速度仅仅是悬点 实际运动加速度的一个分量，通过该分量的二次积分计算悬点位移，计算结果与悬点的实 际位移偏差较大，从而使通过加速度方式测量悬点位移的误差较大。 【实用新型内容】
[0004] 本实用新型的目的就是针对现有技术存在的上述缺陷，提供一种基于三轴加速度 传感器的抽油机悬点位移测量装置，用于解决目前基于单轴加速度传感器的抽油机悬点位 移测量误差大的问题。
[0005] 其技术方案是：包括壳体、电池、电源模块、三轴加速度传感器、单片机、无线通信 模块，所述的电池、电源模块、三轴加速度传感器、单片机、无线通信模块全部安装于壳体 内，壳体固定于抽油机悬点处，随悬点上下运动，电池和电源模块供电，三轴加速度传感器 对三个轴向的加速度进行测量，且与单片机连接，经过计算获得装置的倾斜角度，对上下轴 加速度进行修正，再计算获得悬点的位移，通过无线通信模块向外发送。
[0006] 上述三轴加速度传感器的输出以电压模拟量的形式经过低通滤波输给单片机的 AD 口，单片机对输入的模拟量进行AD转换，用数字量表示加速度的大小。
[0007] 上述的单片机的型号为MSP430F1611，该单片机具有IOkB的RAM和48kB的R0M， 每MHz电流有330 μ A，待机状态电流为I. 1 μ A，电路中，该单片机连接32. 768kHz和8MHz 两种频率的晶振，待机状态采用低频晶振，工作状态采用高频晶振，单片机的复位芯片U3， 型号为MP811。
[0008] 上述的无线通信模块的型号为NRF24L01，该无线通信模块工作于2. 4GHz，具有 126个频道，满足多点通信要求，待机状态下供电电流为22uA，掉电模式下仅为900nA ;并且 所述无线通信模块通过6条线与MSP430F1611的IO 口相连，单片机通过这些IO 口模拟SPI 总线向通信模块发送数据和指令，同时通过该模块接收上位机的指令。
[0009] 上述的三轴加速度传感器的型号为ADXL327,可以同时测量三个方向的加速度，适 合于静态和动态的加速度测量，芯片的Xout、Yout和Zout三个引脚分别是X轴、Y轴和Z 轴的加速度输出，其中X轴用于测量上下方向的加速度，Y轴用于测量左右方向的加速度，Z 轴用于测量前后方向的加速度，在电路中，ADXL327电源Vs为3. 3V，灵敏度为462mV/g，当 测量值为Og时，输出电压Vs/2,即I. 65V，当加速度发生变化，对应轴的输出电压发生变化， 因此通过测量某一轴输出电压大小，可计算出该轴的加速度；
[0010] 所述的三个引脚连接的电容C3、C4和C5实现低通滤波，截止频率为0. 5Hz，加速 度传感器的三个输出经过低通滤波后分别连接MSP430F1611的P6. 3/A3、P6. 4/A4和P6. 5/ A5三个引脚。
[0011] 本实用新型的有益效果是：本实用新型创造性的采用三轴加速度传感器和单片机 相结合对抽油机悬点位移进行测量；通过检测该装置的倾斜角度对所测量的上下轴向加速 度进行修正，进而计算悬点位移；该方法和装置消除了由于加速度传感器的上下轴向与重 力加速度不完全平行导致的位移测量误差，可以大大提高位移的计算精度。本实用新型的 测量方法对悬点位移测量准确，且该装置结构简单，极具推广价值。
【附图说明】
[0012] 图1是本实用新型的测试装置的安装位置示意图；
[0013] 图2是本实用新型的测试装置的结构示意框图；
[0014] 图3是本实用新型的测试装置的电源电路图；
[0015] 图4是本实用新型的加速度采集、单片机、无线通信模块电路图；
[0016] 图5是三轴加速度传感器三轴标准位置示意图；
[0017] 图6是三轴加速度传感器发生倾斜示意图。
【具体实施方式】
[0018] 结合附图1-6,对本实用新型作进一步的描述：
[0019] 一、装置的安装位置。
[0020] 该装置的安装位置如图1所示。图中，1是抽油机悬点位移的测量装置，2是抽油 机悬点，3是抽油机井口，4是抽油机驴头，5是抽油机游梁。需要将该装置固定于抽油机悬 点，并且使三轴加速度传感器的X轴，即上下轴，垂直于地面，与重力加速度方向相反。当抽 油机悬点上下运动时，该装置同时上下运动，通过加速度传感器对悬点的运动加速度进行 测量。
[0021] 二、装置的组成
[0022] 该装置的组成如图2所示。该装置包括电池、电源模块、三轴加速度传感器、单片 机、无线通信模块。电池与电源模块产生整个装置所需要的电源，三轴加速度传感器测量三 个轴向的加速度，单片机对加速度数据进行采集、修正，并计算位移，无线通信模块将计算 的位移量向外发送。
[0023] 三、抽油机位移的测量方法
[0024] 1、装置的供电
[0025] 本装置安装于悬点，采用电池供电，电池与电源模块相连，电源模块产生稳定电 压，向加速度传感器、单片机和无线通信模块供电。
[0026] 图3是该装置内部的电源电路图。该装置由ER34615H型3. 6V锂亚硫酰氯电池供 电，该电池容量达到20000mAh，能够为装置长时间不间断供电。电池与U4相连。U4为电源 模块，该模块型号为NCP500SN33T1，该模块可以提供电流为150mA的3. 3V直流电。
[0027] 2、加速度的采集
[0028] 该装置通过三轴加速度传感器测量三个轴向的加速度，并将加速度以模拟量的形