无线示功仪、无线示功仪系统及其示功图测量方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于激光测距被安装在抽油机上用于与绘制示功图的远程控制中心之间收送数据的无线示功仪、无线示功仪系统及其示功图测量方法。所述无线示功仪包括：激光位移传感器、压力载荷传感器、采集放大模块、核心处理模块、无线通信模块，其中，激光位移传感器发射激光测量与地面之间的垂直位移来输出位移值，本发明中的无线示功仪由激光位移传感器直接测量位移，受抽油机震动影响小，提高无线示功仪的示功图的精确度，并解决了现有的示功仪不能很好的测量抽油机在大冲程和欠冲程工况下的困扰，所述无线示功仪系统具有至少一个分别安装在不同抽油机上的无线示功仪，可以分别采集多个油井的数据发送给远程控制中心，实现区域性组网测量。
【专利说明】无线示功仪、无线示功仪系统及其示功图测量方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种无线示功仪，具体涉及一种基于激光测距，被安装在抽油机上用于与绘制示功图的远程控制中心之间收送数据的无线示功仪、无线示功仪系统及其示功图测量方法。
【背景技术】
[0002]无线示功仪是用于测试油井抽油机载荷和冲程并计算得出代表抽油机工况的示功图的仪器设备。
[0003]目前市场上普遍的抽油机无线示功仪原理框图如图3所示，由加速度传感器、压力载荷传感器、采集放大模块、核心处理模块、无线通信单元和外部上层设备组成。其具体工作流程为:由无线通信模块接收到外部上层设备要求测量抽油机一个周期的示功图的命令后，传递给核心处理模块，核心处理模块控制加速度传感器和压力式载荷传感器测量一个周期(周期是根据抽油机的电机转速计算所得)，两者输出的模拟信号通过采集放大模块进行处理后传递给核心处理模块，在整个周期的测量中，核心处理模块将保存不少于200点的载荷与加速度数据组，然后根据加速度值的两次积分，得到初始各保存点的位移值，并需通过抽油机凸轮曲线、杠杆臂比等数值，修正出各保存点的正确位移值，最后通过无线通信单元发送到外部上层设备。
[0004]但是，这样的无线示功图测量方法采用了加速度传感器两次积分求位移的方法，使得位移测量精度很低。这是因为:
[0005]一、抽油机在上下运动工作过程中，基本都有振动、横向转动等干扰，造成所测得的加速度值本身就有很大误差，
[0006]二、加速度值需要经过两次积分才能得到位移值，而由于加速度值存在误差，使位移积分计算结果累计误差更大，
[0007]三、由于加速度测量的受干扰问题，电气设计上不得不做模拟或数字滤波处理，必然导致所测加速度值有相位滞后及幅值衰减，就无法与载荷数据保持时间同步，这为最后绘制出的示功图带来了整体性能上很大的误差，
[0008]四、当抽油机上下运动速度较慢时，也就是冲次很小时，加速度的变化很小，导致信噪比大为减小而无法正确测量。
[0009]针对上述现有的示功仪存在数据误差大的问题，现有技术缺乏一种基于激光测距被安装在抽油机上用于与绘制示功图的远程控制中心之间收送数据的无线示功仪、无线示功仪系统及其示功图测量方法。
【发明内容】
[0010]为了解决上述示功仪存在数据误差大的问题，本发明的目的在于提供了一种基于激光测距，被安装在抽油机上用于与绘制示功图的远程控制中心之间收送数据的无线示功仪、无线示功仪系统及其示功图测量方法。[0011]为了达到上述目的，本发明提供了一种基于激光测距被安装在抽油机上用于与绘制示功图的远程控制中心之间收送数据的无线示功仪，具有这样的特征，包括:激光位移传感器，用于发射激光测量位移来输出位移值模拟量，压力载荷传感器，测量压力载荷值来输出压力载荷值模拟量，采集放大模块，接收并且放大位移值模拟量和压力载荷值模拟量后进行模/数转换，输出位移值数字量和压力载荷值数字量，核心处理模块，对位移值数字量和压力载荷值数字量进行处理和保存，以及无线通信模块，将位移值数字量和压力载荷值数字量远距离发送到远程控制中心，其中，无线通信模块包含:发送位移值数字量和压力载荷值数字量的无线射频通信单元，对位移值数字量和压力载荷值数字量进行筛选和中继传送的中继单元，以及将位移值数字量和压力载荷值数字量传送到远程控制中心的远程传输单元。
[0012]在本发明提供的无线示功仪中，还可以具有这样的特征:其中，抽油机具有抽油杆,激光位移传感器被安装在抽油杆上,抽油杆上标有被激光位移传感器检测的测量点,激光位移传感器通过测量与测量点之间的距离来获得位移值，激光位移传感器具有被设置在测量点位置处用于接收激光入射后增强反射的反光板。
[0013]另外，本发明还提供了一种基于激光测距的无线示功仪系统，具有这样的特征，包括:一个远程控制中心和至少一个分别安装在至少一个抽油机上的无线示功仪。
[0014]另外，本发明还提供了一种在抽油机上使用该无线示功仪的示功图测量方法，具有这样的特征，包含以下步骤:将无线示功仪安装在抽油机上，开机运行，远程控制中心向无线示功仪发送测量指令，激光位移传感器和压力载荷传感器分别同时测量位移和压力载荷，形成位移值模拟量和压力载荷值模拟量输送给采集放大模块，采集放大模块对位移值模拟量和压力载荷值模拟量进行模/数转换为位移值数字量和压力载荷值数字量传输给核心处理模块，一个周期的测量结束后，核心处理模块将保存的位移值数字量和压力载荷值数字量通过无线射频通信单元发送给中继单元，中继单元将接收到的位移值数字量和压力载荷值数字量进行筛选和中继传送，通过远程传输单元远距离传送到远程控制中心，以及远程控制中心根据收到的位移值数字量和压力载荷值数字量绘制示功图。
[0015]发明的作用与效果
[0016]根据本发明涉及的一种基于激光测距被安装在抽油机上用于与绘制示功图的远程控制中心之间收送数据的无线示功仪，因为由激光位移传感器发射激光测量距离来输出位移值模拟量，所以，受抽油机震动影响小，位移值模拟量经模/数转换后，使核心处理模块得到精确的位移值数字量，从而提高远程控制中心绘制示功图的精确度，并且本发明涉及的无线示功仪采用直接测量的方法，从而无需进行加速度值的二次积分运算，使得对于抽油机加速、减速以及匀速等不同工作状态都能很好地进行测量工作，适用于抽油机在大冲程和欠冲程工况使用，因此，本发明能够提供一种基于激光测距被安装在抽油机上用于与绘制示功图的远程控制中心之间收送数据的无线示功仪，应用于不同的工作环境。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1为本发明的实施例中基于激光测距被安装在抽油机上用于与绘制示功图的远程控制中心之间收送数据的无线示功仪的框图；
[0018]图2为本发明的实施例中无线示功仪系统的框图；以及[0019]图3为【背景技术】中的无线示功仪的框图。
[0020]图中，100.无线示功仪，200.无线示功仪系统，1.激光位移传感器，2.压力载荷传感器，3.采集放大模块，4.核心处理模块，5.无线通信模块，6.无线射频通信单元，7.中继单元,8.远程传输单元,9.远程控制中心。
【具体实施方式】
[0021]为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，以下实施例结合附图对本发明作具体阐述。
[0022]实施例
[0023]图1为本发明的实施例中基于激光测距被安装在抽油机上用于与绘制示功图的远程控制中心之间收送数据的无线示功仪的框图。
[0024]如图1所示，本实施例中基于激光测距被安装在抽油机上用于与绘制示功图的远程控制中心之间收送数据的无线示功仪100，包括:激光位移传感器1、压力载荷传感器2、采集放大模块3、核心处理模块4以及无线通信模块5。
[0025]其中，无线通信模块5包含无线射频通信单元6、中继单元7以及远程传输单元8。
[0026]图2为本发明的实施例中无线示功仪系统的框图。
[0027]如图2所示，本实施例中的无线示功仪系统200，包括:一个远程控制中心9和至少一个无线示功仪100。
[0028]如图1和图2所示，抽油机具有图中未显示的抽油杆，激光位移传感器I被安装在抽油杆上,抽油杆上标有被所述激光位移传感器I检测的测量点,激光位移传感器I通过测量与测量点之间的距离来获得所述位移值，激光位移传感器I具有图中未显示的被设置在测量点位置处用于接收激光入射后增强反射的反光板。
[0029]激光位移传感器I和压力载荷传感器2分别与采集放大模块3相连接，激光位移传感器I用于发射激光直接测量位移来输出位移值模拟量，压力载荷传感器2直接测量压力载荷值来输出压力载荷值模拟量，采集放大模块3接收并且放大位移值模拟量和压力载荷值模拟量后进行模/数转换，输出位移值数字量和压力载荷值数字量，核心处理模块4与采集放大模块3相连接，核心处理模块4对位移值数字量和压力载荷值数字量进行处理和保存，无线通信模块5与核心处理模块4相连接，无线通信模块5将位移值数字量和压力载荷值数字量远距离发送到远程控制中心9。
[0030]在无线通信模块5中，无线射频通信单元6与核心处理模块4相连接，用于发送位移值数字量和压力载荷值数字量，中继单元7与无线射频通信单元6相连接，对位移值数字量和压力载荷值数字量进行筛选和中继传送，远程传输单元8将位移值数字量和压力载荷值数字量传送到远程控制中心9。
[0031]如图2所示，将多个无线示功仪100分别安装在多个图中未显示的抽油机上，分别采集多个油井的数据发送给远程控制中心9，组成无线示功仪系统200来实现区域性组网测量。
[0032]在抽油机上使用无线该示功仪100的示功图测量方法，包含以下步骤:
[0033]将无线示功仪100安装在图中未显示的抽油机上，将激光位移传感器I垂直于地面安装，并在激光位移传感器I正下方的测量点位置处放置图中未显示的反光板，开机运行。
[0034]远程控制中心9向无线示功仪100发出测量指令。
[0035]激光位移传感器I和压力载荷传感器2分别同时测量位移和压力载荷，形成位移值模拟量和压力载荷值模拟量输送给采集放大模块3。
[0036]采集放大模块3对位移值模拟量和压力载荷值模拟量进行模/数转换为位移值数字量和压力载荷值数字量传输给核心处理模块4。
[0037]—个周期的测量结束后，核心处理模块4将保存的位移值数字量和压力载荷值数字量通过无线射频通信单元6发送给中继单元7。
[0038]中继单元7将接收到的位移值数字量和压力载荷值数字量进行筛选和中继传送，通过远程传输单元8远距离传送到远程控制中心9。
[0039]远程控制中心9根据收到的位移值数字量和压力载荷值数字量绘制示功图。
[0040]实施例的作用与效果
[0041]根据本实施例提供的基于激光测距被安装在抽油机上用于与绘制示功图的远程控制中心之间收送数据的无线示功仪，因为激光位移传感器发射激光测量与地面之间的垂直距离来输出位移值模拟量，所以，这种结构的无线示功仪测量时受抽油机震动影响小，位移值模拟量经模/数转换后，使核心处理模块得到精确的位移值数字量，从而提高远程控制中心绘制示功图的精确度，并且本发明涉及的无线示功仪采用直接测量的方法，从而无需进行加速度值的二次积分运算，对于抽油机加速、减速以及匀速等不同工作状态都能很好地进行测量工作，因此，本发明提供的无线示功仪能适用于不同的工作环境。
[0042]本实施例提供的无线示功仪中，因为无线通信模块采用中继单元对位移值数字量和压力载荷值数字量进行筛选和中继传送，又通过远程传输单元向远程控制中心继续传送，因此，本发明提供的无线示功仪传输距离不受限制。
[0043]本实施例提供的无线示功仪系统包含至少一个无线示功仪，针对油田的实际情况需要，可以分别采集多个油井的数据发送给远程控制中心，实现区域性组网测量。
[0044]当然本发明所涉及的示功仪、示功仪系统及其示功图测量方法并不仅仅限定于在本实施例中的结构。
【权利要求】
1.一种基于激光测距被安装在抽油机上用于与绘制示功图的远程控制中心之间收送数据的无线示功仪，其特征在于，包括: 激光位移传感器，用于发射激光测量位移来输出位移值模拟量； 压力载荷传感器，测量压力载荷值来输出压力载荷值模拟量； 采集放大模块，接收并且放大所述位移值模拟量和所述压力载荷值模拟量后进行模/数转换，输出所述位移值数字量和所述压力载荷值数字量； 核心处理模块，对所述位移值数字量和所述压力载荷值数字量进行处理和保存；以及无线通信模块，将所述位移值数字量和所述压力载荷值数字量远距离发送到所述远程控制中心， 其中，所述无线通信模块包含:发送所述位移值数字量和所述压力载荷值数字量的无线射频通信单元；对所述位移值数字量和所述压力载荷值数字量进行筛选和中继传送的中继单元；以及将所述位移值数字量和所述压力载荷值数字量传送到所述远程控制中心的远程传输单元。
2.根据权利要求1所述的无线示功仪，其特征在于: 其中，所述抽油机具有抽油杆，所述激光位移传感器被安装在所述抽油杆上， 所述抽油杆上标有被所述激光位移传感器检测的测量点，所述激光位移传感器通过测量与所述测量点之间的距离来获得所述位移值， 所述激光位移传感器具有被设置在所述测量点位置处用于接收所述激光入射后增强反射的反光板。
3.一种基于激光测距的无线示功仪系统，其特征在于，包括: 一个远程控制中心和至少一个分别安装在至少一个抽油机上的无线示功仪， 其中，所述远程控制中心、所述无线示功仪以及所述抽油机为权利要求1至权利要求2任一项中所述的远程控制中心、无线示功仪以及抽油机。
4.一种在抽油机上使用如权利要求1中所述的无线示功仪的示功图测量方法，其特征在于，包含以下步骤: 将所述无线示功仪安装在所述抽油机上，开机运行； 所述远程控制中心向所述无线示功仪发送测量指令； 所述激光位移传感器和所述压力载荷传感器分别同时测量位移和压力载荷，形成所述位移值模拟量和所述压力载荷值模拟量输送给所述采集放大模块； 所述采集放大模块对所述位移值模拟量和所述压力载荷值模拟量进行模/数转换为所述位移值数字量和所述压力载荷值数字量传输给所述核心处理模块； 一个周期的测量结束后，所述核心处理模块将保存的所述位移值数字量和所述压力载荷值数字量通过所述无线射频通信单元发送给所述中继单元； 所述中继单元将接收到的所述位移值数字量和所述压力载荷值数字量进行筛选和中继传送，通过远程传输单元远距离传送到所述远程控制中心；以及 所述远程控制中心根据收到的所述位移值数字量和所述压力载荷值数字量绘制示功图。
【文档编号】E21B47/12GK103573252SQ201310543077
【公开日】2014年2月12日 申请日期:2013年11月5日 优先权日:2013年11月5日
【发明者】张学典, 潘丽娜, 于西龙, 李荆轩, 常敏, 董世坤, 初昀 申请人:上海理工大学