专利名称：一种采油场抽油机功图测量装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种物体荷重信号、位移信号的采集的装置，具体涉及一种用于采集采油场抽油机光杆做功情况的装置。
背景技术：
目前，油田使用的大多为游梁式抽油机，其工作时电动机将高速旋转的动力通过皮带和减速箱传给曲柄轴，带动曲柄作低速运动。曲柄通过连杆经横梁带动游梁作上下摆动，挂在驴头上的悬绳器带动抽油杆作上下往复运动。为了适应采油技术的发展，在石油采集过程中，油田抽油机的抽油杆的功图的测量方法通常为拉绳式，其安装维护都不方便。其余的采用激光，超声波测距则对电源功耗要求较大，无法适应井场长期工作，设备成本高维护成本高。
实用新型内容本实用新型提供了一种采油场抽油机功图测量装置，能够及时有效的采集抽油机抽油过程中抽油杆的荷重与位移信号，并具有防水、防盗、防尘、装卸方便等特点，采用了太阳能电池板、极低功耗的加速度传感器，使功图的测量简单又精准，设备安装便捷、使用方便、维护方便、性能稳定。为实现上述目的，本实用新型提供了一种采油场抽油机功图测量装置，其特点是， 该装置包含设置在抽油机上的传感器单元；设置在抽油机的抽油杆上的激光标定单元；上述的传感器单元包含载荷传感器，固定在载荷传感器上的外罩，架设在外罩顶面上的太阳能电池板，夹设在外罩顶面与太阳能电池板之间的第一电池，设置在外罩底部的天线，以及设置在外罩内的电路模块；上述的载荷传感器固定在抽油机上；载荷传感器上设有通孔，抽油杆套设在载荷传感器的通孔中；太阳能电池板的输出端与第一电池电路连接；上述的激光标定单元包含底座，分别设置在底座上的激光传感器、升压电路和第二电池，以及通过连杆连接底座的抽油杆固定片；该抽油杆固定片固定在抽油杆上。上述的电路模块包含单片机；与单片机的输入端电路连接的存储器、时钟芯片、整形电路；与单片机的输入端电路连接的载荷信号放大电路，其输入端电路连接载荷传感器；与单片机的输入端电路连接的激光信号放大电路，其输入端电路连接激光传感器；与单片机的输出端电路连接的无线通讯模块，其输出端电路连接所述的天线；连接整形电路输入端的滤波隔直电路；连接滤波隔直电路输入端的加速度传感器；以及，电源变换电路，其输入端电路连接上述的第一电池；其输出端电路连接单片机、存储器、时钟芯片、整形电路、载荷信号放大电路、激光信号放大电路、无线通讯模块、滤波隔直电路、加速度传感器。上述的第二电池的输出端电路连接升压电路；该升压电路的输出端电路连接激光传感器。上述的底座的各个顶角上设有垂直调整螺母。上述的太阳能电池板相对于水平面设有15°的夹角。上述的第一电池和第二电池采用可充放电锂电池。本实用新型的传感器单元和激光标定单元安装于抽油机，安装完成后装置启动， 加速度传感器测得的加速度信号经滤波整形后得到脉冲信号发送至单片机，单片机结合激光标定单元的激光信号，记录了抽油杆从起点至起点的位移信号的变化，标定完成后取下激光标定单元。荷载传感器采集载荷信号，经荷载信号放大电路放大后传输至单片机，单片机采集载荷信号，采集完的信号存储于存储器中。功图测量完毕后可通过无线通讯模块将测量结果发送至后续设备，根据位移信号与载荷信号绘制功图。本实用新型一种采油场抽油机功图测量装置和现有技术相比，其优点在于，采用太阳能电池板加锂电池的方式进行供电，使该装置安装便捷、并满足节能要求；采用无线通讯模块进行控制与数据传输，使该装置组网方便，节约有色金属资源；采用加速度传感器测量抽油杆上下运动过程中加速度方向的改变点，从而测定抽油杆的上下运动周期，该电路简单实用；采用激光测距标定单元对抽油杆上下运动的行程进行精确测定即精确测定做功位移，该单元在标定完成后即可取下，使用简单、测量精准。
图1为本实用新型一种采油场抽油机功图测量装置的传感器单元的结构示意图；图2为本实用新型一种采油场抽油机功图测量装置的传感器单元的仰视图；图3为本实用新型一种采油场抽油机功图测量装置的传感器单元的安装示意图；图4为本实用新型一种采油场抽油机功图测量装置的激光标定单元的结构示意图；图5为本实用新型一种采油场抽油机功图测量装置的电路模块图；图6为本实用新型一种采油场抽油机功图测量装置的传感器单元的内部接线图；图7为本实用新型一种采油场抽油机功图测量装置的激光标定单元的内部接线图。
具体实施方式
以下结合附图具体说明本实用新型的实施例。一种采油场抽油机功图测量装置的实施例，该装置包含传感器单元1和激光标定单元2。如图1并结合图2所示，传感器单元1中包含有载荷传感器13，其型号为SK-0MS2， 该载荷传感器13上设有通孔，该通孔纵向设置，其内径与抽油机的抽油杆3的外径相适配。 抽油机的抽油杆3套设在该载荷传感器13的通孔中。载荷传感器13的侧壁上通过螺丝17固定有外罩11，该外罩11底面为长方形且水平设置，外罩11上的一面侧壁与载荷传感器13连接，该侧壁高于与其相对的侧壁，使外罩 11的顶面倾斜设置，外罩11的顶面自与载荷传感器13连接的侧壁起向与该侧壁相对的侧壁向下倾斜，该顶面的倾斜角度为15°。在外罩11的顶面上通过螺钉固定有第一电池16，其贴合于外罩11的顶面倾斜设置，该第一电池16采用可充放电锂电池。在第一电池16上设有太阳能电池板12，该太阳能电池板12通过螺钉架设在外罩 11的顶面上，并与外罩11的顶面平行设置，与水平面呈15°夹角，实现阳光充分直射太阳能电池板12。太阳能电池板12的输出端与第一电池16的输入端电路连接，太阳能电池板 12将接收的太阳能转换为电能存储至第一电池16。在外罩11底部，远离载荷传感器13的一端设有天线14。在天线14的一边设有传感器单元1的电源开关18。该电源开关18串联连接在传感器单元1的电路中。外罩11的内部设为空腔，在该外罩11的内腔中设有传感器单元1的电路模块15。如图3并结合图1，抽油机上设有悬绳器，悬绳器上设有上负荷挂板41，以及设置在上负荷挂板41下的下负荷挂板42，该上负荷挂板41与下负荷挂板42平行设置。安装时将传感器单元1设置在该上负荷挂板41与下负荷挂板42之间，工作时传感器单元1受力于上下负荷压板间(即抽油杆的荷重)，故无需额外机械件固定。传感器单元1的天线14朝向地面，太阳能电池板12向上面朝阳光设置。如图4所示，激光标定单元2包含有底座21，该底座21水平设置，激光面面朝地面，底座21设为长方形，其四个顶角上都设有一个垂直调整螺母沈，可精密调节底座21底面的角度。在底座21底面上固定有激光传感器22、升压电路23和第二电池M。第二电池M通过升压电路23处理后对激光传感器22提供电源，激光标定单元2 由激光传感器22检测抽油杆3的垂直位移信号。通过调节垂直调整螺母沈，可精密调节激光传感器22的发射方向。在底座21的一边侧边上设有连杆，该连杆的顶端设有抽油杆固定片25，该抽油杆固定片25的开口方向与底座21相垂直。抽油杆固定片25的开口与抽油杆3的外径相适配，抽油杆固定片25套设在抽油杆3外。激光标定单元2通过抽油杆固定片25稳固固定在抽油杆3上，并在抽油杆3工作时随抽油杆3沿其径向移动。在设置激光标定单元2时，其安装的位置须尽量靠近传感器单元1设置，安装时激光面朝下，机械固定牢固后连接信号线。如图5所示，传感器单元1的电路模块15的电路制作在一个电路主板上，该电路模块15包含单片机151，该单片机151采用高性能自带AD转换的单片机，可采用 PIC30F6014单片机。该单片机151的输入端电路连接有存储器152、时钟芯片153和整形电路154，存储器152采用SD卡，存储器152的作用是用来存储所测量到的功图数据。整形电路154的输入端电路连接有滤波隔直电路158，滤波隔直电路158的输入端电路连接有加速度传感器159。加速度传感器159采用极低功耗的三轴加速度芯片，例如ADXL327芯片，该加速度芯片的作用是测量抽油机驴头上下运动过程中加速度的大小与方向。滤波隔直电路158的作用是滤除加速度传感器159传输的加速度信号中大于频率IOHz的信号，同时只截取信号的正半部分。整形电路巧4采用施密特触发整形电路，其作用是对已经过滤波隔直电路158滤波隔直的加速度信号进行整形，使之成为便于单片机处理的脉冲信号。单片机151的输入端还电路连接有载荷信号放大电路155，其输入端电路连接载荷传感器13。载荷信号放大电路155采用仪表放大器，对来自载荷传感器的电压信号进行放大。单片机151的输入端还电路连接有激光信号放大电路156，其输入端与激光传感器22电路连接。激光信号放大电路156作用是对激光传感器22输出的4--20mA的距离信号进行放大，放大后的载荷信号、激光信号进入单片，151的AD采集端口进行模数转换。单片机151的输出端电路连接有无线通讯模块157，其输出端电路连接天线14，无线通讯模块157的作用是将功图信号通过天线14发送给后续的其它数据收集单元，诸如手抄机、数据转发单元、终端计算机等。电路模块15上还设有电源变换电路160，其输入端电路连接第一电池16，接收第一电池16输出的电源，变换为电路模块15上器件需要的电压。其输出端电路连接上述的单片机151、存储器152、时钟芯片153、整形电路154、载荷信号放大电路155、激光信号放大电路156、无线通讯模块157、滤波隔直电路158、加速度传感器159，电源变换电路160分别为上述的器件提供稳定电源。激光标定单元2上，第二电池M的输出端电路连接升压电路23 ；该升压电路23的输出端电路连接激光传感器22。激光传感器22可采用VDiCS-S-L-IO型号的传感器，其作用是检测抽油杆3的垂直位移距离信号，通过激光进行测距，工作时向目标物射出一束很细的激光，由光电元件接收目标反射的激光束，计时器测定激光束从发射到接收的时间，计算出从观测者到目标的距离。传感器获得距离信息后将20cm—8000cm的距离信号转换成4—20mA的电流信号， 并通过外部连接导线将电流信号传给传感器单元1。升压电路23用于将3. 3V的电池电压升至24V的激光传感器22工作电压。第二电池24采用3. 3V的可充放电锂电池，其通过升压电路23升压后向激光传感器22提供电源。如图6所示，为传感器单元1内部接线的一种实施例，太阳能电池板12通过第一电池16与电路模块15电路连接，在第一电池16与电路模块15之间还串连有电源开关18， 通过电源开关18开启或关闭传感器单元1。电路模块15上还电路连接有插头，其型号为 XS18J6C0电路模块15的输入端与荷载传感器13电路连接。如图7所示，为激光标定单元2内部接线的一种实施例，升压电路23电路连接第二电池对，第二电池M为3. 3V的可充放电锂电池，在升压电路23与第二电池M之间还串联连接有电源开关27，通过电源开关27控制激光标定单元2的开启或关闭。升压电路23的输出端电路连接有型号为XS18J6C的插头和传感器接头，通过传感器接头与激光传感器22电路连接。本实用新型一种采油场抽油机功图测量装置的工作原理如下将传感器单元1安装在抽油机的上负荷挂板41与下负荷挂板42之间，在安装完传感器单元1后需使用激光标定单元2进行标定。标定的目的是将抽油杆3的垂直位移信号传输给传感器单元1，用来确定抽油杆3做功的位移。激光标定单元2需安装在抽油杆3 上，其位置应尽可能靠近传感器单元1，安装时激光面朝下，机械固定牢固后连接信号线。安装完成后，分别打开传感器单元1与激光标定单元2的电源。并开启抽油机的电源，使抽油机正常工作。传感器单元1进入标定模式是自动识别的，在连接上激光标定单元2并开通电源后传感器单元1进入标定模式。标定过程中加速度传感器159测得的加速度信号经滤波隔直电路158滤波后，再通过整形电路154进行整形后得到抽油杆3上下运动过程中加速度方向改变点的脉冲信号。单片机151以脉冲信号的上升延作为开始位移测量的起始点，直至下一个脉冲信号出现单片机151停止位移信号采集。因为抽油杆3上下运动一周会出现一个脉冲，所以两个脉冲正好记录了抽油杆3从起点至起点的位移信号的变化。位移信号的最小值为抽油杆3上下运动的最低点，位移信号的最大点为抽油杆3上下运动的最高点。标定完成后取下激光标定单元。由于传感器单元1内部自带时钟芯153， 传感器单元1的功图采集时间间隔是可设定的，如1小时、2小时等。功图采集主要采集的是载荷信号。载荷信号的采集方法类似于位移信号的采集。载荷传感器13采集内壁嵌有电阻应变片，当受力发生应力变化时，电阻应变片产生形变从而输出电信号。该信号通过荷载信号放大电路155放大后传输至单片机151，载荷传感器13以脉冲信号的上升延作为开始载荷测量的起始点，直至下一个脉冲信号出现单片机151停止载荷信号采集。采集完的信号存储于传感器单元1的存储器152中。至此，功图测量完毕。可通过无线通讯模块157 将测量结果发送至后续的计算机设备，计算机可根据传感器单元1采集到的位移信号与载荷信号绘制一张完整的功图。尽管本实用新型的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本实用新型的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本实用新型的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本实用新型的保护范围应由所附的权利要求来限定。
权利要求1.一种采油场抽油机功图测量装置，其特征在于，该装置包含设置在抽油机上的传感器单元(1)；设置在抽油机的抽油杆(3)上的激光标定单元(2)；所述的传感器单元(1)包含载荷传感器(13)，固定在载荷传感器(13)上的外罩(11 )，架设在外罩(11)顶面上的太阳能电池板(12)，夹设在外罩(11)顶面与太阳能电池板(12)之间的第一电池(16)，设置在外罩(11)底部的天线(14)，以及设置在外罩(11)内的电路模块(15);所述的载荷传感器(13)固定在抽油机上；载荷传感器(13)上设有通孔，抽油杆(13)套设在载荷传感器(13)的通孔中；太阳能电池板(12)的输出端与第一电池(16)电路连接；所述的激光标定单元(2)包含底座(21)，分别设置在底座(21)上的激光传感器(22)、升压电路(23)和第二电池(24)，以及通过连杆连接底座(21)的抽油杆固定片(25)；该抽油杆固定片(25)固定在抽油杆(3)上。
2.如权利要求1所述的采油场抽油机功图测量的装置，其特征在于，所述的电路模块(15)包含单片机(151)；与单片机(151)的输入端电路连接的存储器(152)、时钟芯片(153)、整形电路(巧4)；与单片机(151)的输入端电路连接的载荷信号放大电路(155)，其输入端电路连接所述的载荷传感器(13);与单片机(151)的输入端电路连接的激光信号放大电路(156)，其输入端电路连接所述的激光传感器(22);与单片机(151)的输出端电路连接的无线通讯模块(157)，其输出端电路连接所述的天线(14);连接所述整形电路(154 )输入端的滤波隔直电路(158 )；连接所述滤波隔直电路(158)输入端的加速度传感器(159)；以及，电源变换电路(160)，其输入端电路连接所述的第一电池(16)；其输出端电路连接所述的单片机(151)、存储器(152)、时钟芯片(153)、整形电路(巧4)、载荷信号放大电路(155)、激光信号放大电路(156)、无线通讯模块(157)、滤波隔直电路(158)、加速度传感器(159)。
3.如权利要求1所述的采油场抽油机功图测量的装置，其特征在于，所述的第二电池(24)的输出端电路连接所述的升压电路(23)；该升压电路(23)的输出端电路连接所述的激光传感器(22)。
4.如权利要求1所述的采油场抽油机功图测量的装置，其特征在于，所述的底座(21)的各个顶角上设有垂直调整螺母(26)。
5.如权利要求1所述的采油场抽油机功图测量的装置，其特征在于，所述的太阳能电池板(12)相对于水平面设有15°的夹角。
6.如权利要求1所述的采油场抽油机功图测量的装置，其特征在于，所述的第一电池(16)和第二电池(24)采用可充放电锂电池。
专利摘要本实用新型公开一种采油场抽油机功图测量装置，包含传感器单元和激光标定单元；传感器单元包含载荷传感器，固定在载荷传感器上的外罩，架设在外罩顶面上的太阳能电池板，夹设在外罩顶面与太阳能电池板之间的第一电池，设置在外罩底部的天线，以及设置在外罩内的电路模块；载荷传感器固定在抽油机上；载荷传感器上设有通孔，抽油杆套设在载荷传感器的通孔中；太阳能电池板的输出端与第一电池电路连接；激光标定单元包含底座，分别设置在底座上的激光传感器、升压电路和第二电池，以及通过连杆连接底座的抽油杆固定片；抽油杆固定片固定在抽油杆上。本实用新型采用太阳能电池板进行供电，使该装置安装便捷、满足节能要求。
文档编号G01L3/24GK202329895SQ20112045714
公开日2012年7月11日 申请日期2011年11月17日 优先权日2011年11月17日
发明者毕东杰, 潘冲 申请人:上海神开石油化工装备股份有限公司, 上海神开石油科技有限公司, 上海神开石油设备有限公司