一種無線示功儀及自適應調整方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種無線示功儀及示功圖計算方法，該無線示功儀包括：依次電路連接的信號采集傳感器、模數(shù)轉換器、控制模塊和無線通信模塊，其中信號采集傳感器包括加速度傳感器和載荷傳感器；加速度傳感器用于采集抽油桿的加速度數(shù)據(jù)；載荷傳感器用于采集抽油桿的載荷數(shù)據(jù)；模數(shù)轉換器將所述加速度傳感器及載荷傳感器采集的模擬量連續(xù)數(shù)據(jù)轉換成相應數(shù)字離散信號后傳遞給控制模塊；控制模塊用于：控制采樣周期進行自適應調整并利用得到的周期與加速度數(shù)字離散信號計算位移數(shù)據(jù)，并將載荷數(shù)據(jù)及位移數(shù)據(jù)傳遞給無線通信模塊；無線通信模塊用于使無線示功儀與外部設備進行命令、數(shù)據(jù)的交換。采樣上述無線示功儀可以獲得更準確可靠的示功圖。
【專利說明】一種無線示功儀及自適應調整方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及測量【技術領域】，尤其涉及一種監(jiān)測抽油機工作狀態(tài)的無線示功儀及自適應調整方法。
【背景技術】
[0002]示功圖是以抽油機驢頭從下死點向上的位移量為橫坐標，以桿載荷值的大小為縱坐標，在該坐標系下每個油井的桿載荷值與位移量在一個沖程里所形成的圖形，典型的示功圖如附圖1所示。示功圖可以反映油井產量，能耗，泵況等各種狀態(tài)，是油田對油井實施管理的重要依據(jù)，在油氣生產物聯(lián)網實施方案中，通常將示功圖的實時監(jiān)測作為監(jiān)測系統(tǒng)的必備功能，如何快速、準確、方便地得到示功圖尤其重要。
[0003]目前，示功圖獲取的基本方法，主要由載荷傳感器、加速度傳感器、數(shù)據(jù)采集和處理單元以及通信單元等組成。載荷數(shù)據(jù)通常采用載荷傳感器直接測量；而位移數(shù)據(jù)是利用加速度數(shù)據(jù)進行積分獲得。由于抽油桿在正常工作時運動狀態(tài)為周期性往返運動，即正常的加速度數(shù)據(jù)是周期性數(shù)據(jù)，利用這個特性，對加速度數(shù)據(jù)進行二次積分獲得相對位移值。
[0004]現(xiàn)有技術存在以下技術缺陷和不足:
[0005]1、在采集加速度數(shù)據(jù)中，由于油井磕頭機位移的數(shù)據(jù)變化很慢，加速度信號較小，和噪聲信號疊加后，信號的周期性經常會被誤判。周期長度判斷錯誤，會導致位移計算錯誤，周期長度偏差越大，位移計算的誤差就會越大，從而不能保證數(shù)據(jù)的準確性；即使對加速度信號進行濾波，也不能完全解決信號周期誤判的問題；
[0006]2、采油廠生產中，不同的油井往往使用不同的沖程沖次，即使同一 口油井也往往需要根據(jù)實際情況調整抽油機的沖程和沖次。沖程沖次的不同會對應不同的周期長度，沖程沖次的調整也會造成周期長短的變化。現(xiàn)有技術一般不能夠及時調整采樣頻率，做到自適應，從而存在過采樣或欠采樣的缺陷。過采樣不僅耗費示功儀的電池電量，還浪費示功儀寶貴的存儲空間。而欠采樣或采樣速率不夠，又會使得示功圖數(shù)據(jù)精度不夠或示功曲線偏離現(xiàn)實較遠。

【發(fā)明內容】

[0007]有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種無線示功儀及示功圖的測量方法，以獲得更準確可靠的示功圖，并能夠根據(jù)抽油機的沖次自適應調整采樣頻率。
[0008]為了達到上述目的，本發(fā)明提供一種無線示功儀，其包括:
[0009]依次電路連接的信號采集傳感器、模數(shù)轉換器、控制模塊和無線通信模塊，其中信號米集傳感器包括加速度傳感器和載荷傳感器；
[0010]加速度傳感器用于獲取抽油桿的加速度數(shù)據(jù)；
[0011]載荷傳感器用于獲取抽油桿的載荷數(shù)據(jù)；
[0012]模數(shù)轉換器對加速度傳感器及載荷傳感器獲取的模擬量連續(xù)數(shù)據(jù)進行離散采樣，進而將采樣后的模擬量離散數(shù)據(jù)轉換成數(shù)字離散信號后傳遞給控制模塊；[0013]控制模塊得到一定數(shù)量的載荷數(shù)字離散信號和加速度數(shù)字離散信號后，執(zhí)行以下采樣頻率評估和自適應調整步驟:
[0014]S1、計算載荷的周期Tl ;如果根據(jù)載荷數(shù)字離散信號獲得了載荷的周期，則執(zhí)行步驟S6，否則執(zhí)行步驟S2 ；
[0015]S2、根據(jù)加速度數(shù)字離散信號計算加速度的周期T2 ;如果根據(jù)加速度數(shù)字離散信號獲得了加速度的周期，則執(zhí)行步驟S6，否則執(zhí)行步驟S3 ；
[0016]S3、判斷是否是采樣時間過短，如果是，則執(zhí)行步驟S4，否則執(zhí)行SlO ；
[0017]S4、判斷當前的采樣頻率是否小于預設的最小采樣頻率，若是，則執(zhí)行步驟S10，否則執(zhí)行步驟S5 ；
[0018]S5、控制模數(shù)轉換器降低一定的采樣頻率，并重新采樣加速度傳感器及載荷傳感器獲取的模擬量連續(xù)數(shù)據(jù)，從而重新獲得所述一定數(shù)量的載荷數(shù)字離散信號和加速度數(shù)字離散信號后返回步驟Si ；
[0019]S6、根據(jù)Tl或T2，如果所述一定數(shù)量的載荷數(shù)字離散信號及加速度數(shù)字離散信號是過多周期的載荷數(shù)字離散信號及加速度數(shù)字離散信號，從而造成了數(shù)據(jù)冗余，則執(zhí)行步驟S7，否則執(zhí)行步驟S9;
[0020]S7、判斷當前的采樣頻率是否大于預設的最大采樣頻率，若是則執(zhí)行步驟S9 ;否則執(zhí)行步驟S8 ；
[0021]S8、控制模塊控制模數(shù)轉換器增加一定的采樣頻率，并重新采樣加速度傳感器及載荷傳感器獲取的模擬量連續(xù)數(shù)據(jù)，從而重新獲得所述一定數(shù)量的載荷數(shù)字離散信號和加速度數(shù)字離散信號后返回步驟Si ；
[0022]S9、控制模塊通過加速度數(shù)字離散信號，以及Tl或T2計算位移數(shù)據(jù)，并將位移數(shù)據(jù)傳遞給無線通信模塊，然后執(zhí)行步驟Sll ；
[0023]S10、控制無線通信模塊發(fā)送告警信息，提示井況異常；
[0024]S11、控制模數(shù)轉換器保持當前采樣頻率，結束采樣頻率評估和自適應調整過程；
[0025]無線通信模塊用于無線示功儀與外部設備進行命令、數(shù)據(jù)的交換。
[0026]此外，本發(fā)明提出一種自適應調整方法，該方法包括如下步驟:
[0027]a、加速度傳感器獲取抽油桿的加速度數(shù)據(jù)，載荷傳感器獲取抽油桿的載荷數(shù)據(jù)；
[0028]b、模數(shù)轉換器對加速度傳感器及載荷傳感器獲取的模擬量連續(xù)數(shù)據(jù)進行離散采樣，進而將采樣后的模擬量離散數(shù)據(jù)轉換成數(shù)字離散信號后傳遞給控制模塊；
[0029]C、控制模塊得到一定數(shù)量的載荷數(shù)字離散信號和加速度數(shù)字離散信號后，執(zhí)行以下采樣頻率評估和自適應調整步驟:
[0030]S1、計算載荷的周期Tl ;如果根據(jù)載荷數(shù)字離散信號獲得了載荷的周期，則執(zhí)行步驟S6，否則執(zhí)行步驟S2 ；
[0031]S2、根據(jù)加速度數(shù)字離散信號計算加速度的周期T2 ;如果根據(jù)加速度數(shù)字離散信號獲得了加速度的周期，則執(zhí)行步驟S6，否則執(zhí)行步驟S3 ；
[0032]S3、判斷是否是采樣時間過短，如果是，則執(zhí)行步驟S4，否則執(zhí)行SlO ；
[0033]S4、判斷當前的采樣頻率是否小于預設的最小采樣頻率，若是，則執(zhí)行步驟S10，否則執(zhí)行步驟S5 ；
[0034]S5、控制模數(shù)轉換器降低一定的采樣頻率，并重新采樣加速度傳感器及載荷傳感器獲取的模擬量連續(xù)數(shù)據(jù)，從而重新獲得所述一定數(shù)量的載荷數(shù)字離散信號和加速度數(shù)字離散信號后返回步驟Si ；
[0035]S6、根據(jù)Tl或T2，如果所述一定數(shù)量的載荷數(shù)字離散信號及加速度數(shù)字離散信號是過多周期的載荷數(shù)字離散信號及加速度數(shù)字離散信號，從而造成了數(shù)據(jù)冗余，則執(zhí)行步驟S7，否則執(zhí)行步驟S9;
[0036]S7、判斷當前的采樣頻率是否大于預設的最大采樣頻率，若是則執(zhí)行步驟S9 ;否則執(zhí)行步驟S8 ；
[0037]S8、控制模塊控制模數(shù)轉換器增加一定的采樣頻率，并重新采樣加速度傳感器及載荷傳感器獲取的模擬量連續(xù)數(shù)據(jù)，從而重新獲得所述一定數(shù)量的載荷數(shù)字離散信號和加速度數(shù)字離散信號后返回步驟SI ；
[0038]S9、控制模塊通過加速度數(shù)字離散信號，以及Tl或T2計算位移數(shù)據(jù)，并根據(jù)位移數(shù)據(jù)和載荷數(shù)字離散信號輸出示功圖數(shù)據(jù)，然后執(zhí)行步驟S11;
[0039]S10、控制模塊輸出告警信息，提示井況異常；
[0040]S11、控制模數(shù)轉換器保持當前采樣頻率，結束采樣頻率評估和自適應調整過程。
[0041]上述載荷傳感器為壓力傳感器或者壓強傳感器。
[0042]上述加速度傳感器獲取的抽油桿的加速度數(shù)據(jù)，與載荷傳感器獲取的抽油桿的載荷數(shù)據(jù)，在時間上同步；模數(shù)轉換器傳遞給控制模塊的載荷數(shù)字離散信號和加速度數(shù)字離
散信號--對應。
[0043]上述過多周期是指大于4個周期。
[0044]上述一定數(shù)量的載荷數(shù)字離散信號和加速度數(shù)字離散信號，是指N個載荷數(shù)字離散信號和N個加速度數(shù)字離散信號，其中600=〈N〈=1000。
[0045]上述控制模塊還對加速度數(shù)字離散信號進行濾波處理:對每一個加速度數(shù)字離散信號，對應取其前三個和后三個加速度數(shù)字離散信號和其自身進行平均，對于首尾附近的加速度數(shù)字離散信號如果取不到三個則按照能取到的最大個數(shù)進行平均。
[0046]所述控制模塊通過加速度數(shù)字離散信號，以及Tl或T2計算位移數(shù)據(jù)，包括:控制模塊根據(jù)Tl或T2，計算出M個完整周期的加速度數(shù)字離散信號，然后對不同周期的同相位信號進行算術平均，從而將M個完整周期的加速度數(shù)字離散信號變換為一個完整周期的加速度數(shù)字離散信號；其中2=〈M〈=6。
[0047]上述計算載荷的周期Tl包括:統(tǒng)計載荷離散數(shù)字信號中極值點的分布，若極值點的分布是均勻的，則載荷離散數(shù)字信號有周期性，通過載荷離散數(shù)字信號中極值點間的間隔獲得Tl;若極值點的分布不是均勻的，則不能根據(jù)載荷數(shù)字離散信號獲得載荷的周期。
[0048]本發(fā)明具有以下有益效果:
[0049]I)當抽油機正常工作時，本發(fā)明優(yōu)選地利用了載荷數(shù)據(jù)來獲得準確的周期值；由于載荷數(shù)據(jù)與加速度數(shù)據(jù)相比，質量要好，周期性要明顯；
[0050]2)當抽油機出現(xiàn)異常如卡泵等情況，從而導致無法從載荷數(shù)據(jù)中獲得周期長度時，本發(fā)明仍能通過加速度自身的周期性獲得周期值，從而仍能計算出位移數(shù)據(jù)；
[0051]3)當抽油機沖次沖程發(fā)生調整后，本發(fā)明提供的采樣頻率自適應調整方法能及時更新采樣頻率；使得沖次調整后，一定的采樣數(shù)據(jù)數(shù)量N仍覆蓋M個周期，N例如為800，M例如為3或4 ;[0052]4)慮除了加速度信號毛刺和噪聲，使得加速度周期性判斷更準確。
[0053]5)當載荷和加速度兩維信號的周期均無法計算，通過發(fā)送告警信息，能夠及時提示井況異常。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0054]圖1為典型示功圖示例。
[0055]圖2為本發(fā)明的無線示功儀的結構示意圖。
[0056]圖3為本發(fā)明的示功圖測量流程圖。
【具體實施方式】
[0057]為使本發(fā)明的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面結合附圖對本發(fā)明作進一步的詳細描述。
[0058]請參閱圖2所示，本發(fā)明的無線示功儀主要包括依次電路連接的信號采集傳感器、模數(shù)轉換器(ADC)、控制模塊(CPU)和無線通信模塊。其中信號采集傳感器包括加速度傳感器和載荷傳感器。無線通信模塊用于無線示功儀與外部設備進行命令、數(shù)據(jù)的交換。所述命令例如是啟動示功圖測量的命令，開啟示功儀自適應調整的命令等，所述數(shù)據(jù)例如是功圖數(shù)據(jù)，位移數(shù)據(jù)，載荷數(shù)據(jù)，周期長度信息等。
[0059]加速度傳感器連續(xù)采集抽油桿的加速度信號，其數(shù)據(jù)輸出為模擬量連續(xù)值。載荷傳感器連續(xù)采集抽油桿的載荷信號，其數(shù)據(jù)輸出也為模擬量連續(xù)值。ADC將加速度和載荷模擬量連續(xù)數(shù)據(jù)轉化為數(shù)字量離散數(shù)據(jù)(在實現(xiàn)上例如是，ADC按照采樣頻率/采樣速率/采集頻率，對加速度和載荷模擬量連續(xù)數(shù)據(jù)進行脈沖采樣，從而將模擬量連續(xù)數(shù)據(jù)轉化為模擬量離散數(shù)據(jù)，進而通過數(shù)字量化，獲得數(shù)字量離散數(shù)據(jù))，也就是將加速度和載荷模擬量連續(xù)數(shù)據(jù)轉化為了數(shù)字量離散信號序列。ADC將數(shù)字量離散信號序列傳遞給CPU。
[0060]CPU得到一定數(shù)量的載荷數(shù)字離散信號和加速度數(shù)字離散信號后，執(zhí)行以下采樣頻率評估和自適應調整步驟(其中，所述一定數(shù)量的載荷數(shù)字離散信號和加速度數(shù)字離散信號，例如是指N個載荷數(shù)字離散信號和N個加速度數(shù)字離散信號，其中600=〈N〈=1000 ;控制模塊計算功圖數(shù)據(jù)所基于的數(shù)字離散信號點數(shù)一般是事先設定的一個固定值，在不影響精度的條件下，數(shù)量應盡量少):
[0061]S1、計算載荷的周期Tl ;如果根據(jù)載荷數(shù)字離散信號獲得了載荷的周期，則執(zhí)行步驟S6，否則執(zhí)行步驟S2 ；
[0062]其中，計算載荷的周期Tl可以是包括:統(tǒng)計載荷離散數(shù)字信號中極值點的分布，若極值點的分布是均勻的，則載荷離散數(shù)字信號有周期性，通過載荷離散數(shù)字信號中極值點間的間隔獲得Tl;若極值點的分布不是均勻的，則不能根據(jù)載荷數(shù)字離散信號獲得載荷的周期。所述的極值可以是極大值也可以是極小值。
[0063]計算載荷的周期Tl還可以采用重復值分布統(tǒng)計方法，例如:統(tǒng)計載荷離散數(shù)字信號中某一值的分布，若該某一值的分布是均勻的，則載荷離散數(shù)字信號有周期性，通過查找載荷離散數(shù)字信號中該某一值連續(xù)兩次出現(xiàn)的間隔獲得Tl;否則不能根據(jù)載荷數(shù)字離散信號獲得載荷的周期。
[0064]S2、根據(jù)加速度數(shù)字離散信號計算加速度的周期T2 ;如果根據(jù)加速度數(shù)字離散信號獲得了加速度的周期，則執(zhí)行步驟S6，否則執(zhí)行步驟S3 ；
[0065]其中，計算加速度的周期T2的方法可以采用與計算Tl的方法類似或相同的方法。
[0066]S3、判斷是否是采樣時間過短，如果是，則執(zhí)行步驟S4，否則執(zhí)行SlO ；
[0067]其中，采樣時間過短，例如是所述一定數(shù)量的載荷數(shù)字離散信號和加速度數(shù)字離散信號尚不足一個周期，這一般是由于采樣頻率過高導致的，例如過高的采樣頻率在不足一個周期的時間內，會導致載荷數(shù)字離散信號和加速度數(shù)字離散信號個數(shù)分別大于N個。
[0068]S4、判斷當前的采樣頻率是否小于預設的最小采樣頻率，若是，則執(zhí)行步驟S10，否則執(zhí)行步驟S5 ；
[0069]S5、控制模數(shù)轉換器降低一定的采樣頻率，并重新采樣加速度傳感器及載荷傳感器獲取的模擬量連續(xù)數(shù)據(jù)，從而重新獲得所述一定數(shù)量的載荷數(shù)字離散信號和加速度數(shù)字離散信號后返回步驟Si ；
[0070]S6、根據(jù)Tl或T2，如果所述一定數(shù)量的載荷數(shù)字離散信號及加速度數(shù)字離散信號是過多周期的載荷數(shù)字離散信號及加速度數(shù)字離散信號，從而造成了數(shù)據(jù)冗余，則執(zhí)行步驟S7，否則執(zhí)行步驟S9;
[0071]其中，所述過多周期例如是指大于4個周期或大于6個周期；
[0072]S7、判斷當前的采樣頻率是否大于預設的最大采樣頻率，若是則執(zhí)行步驟S9 ;否則執(zhí)行步驟S8 ；
[0073]S8、控制模塊控制模數(shù)轉換器增加一定的采樣頻率，并重新采樣加速度傳感器及載荷傳感器獲取的模擬量連續(xù)數(shù)據(jù)，從而重新獲得所述一定數(shù)量的載荷數(shù)字離散信號和加速度數(shù)字離散信號后返回步驟SI ；
[0074]S9、控制模塊通過加速度數(shù)字離散信號，以及Tl或T2計算位移數(shù)據(jù)；控制模塊將位移數(shù)據(jù)傳遞給無線通信模塊或根據(jù)位移數(shù)據(jù)和載荷數(shù)字離散信號輸出示功圖數(shù)據(jù)，然后執(zhí)行步驟Sll ；
[0075]其中，所述控制模塊通過加速度數(shù)字離散信號，以及Tl或T2計算位移數(shù)據(jù)，可以包括:控制模塊根據(jù)Tl或T2，抽出M個完整周期的加速度數(shù)字離散信號，然后對不同周期里的同相位信號進行算術平均，從而將M個完整周期的加速度數(shù)字離散信號變換為一個完整周期的加速度數(shù)字離散信號；其中2=〈M〈=6。例如，f(tl)、f(tl+Tl)、f(tl+2Tl)、f (tl+3Tl)為4個周期里的同相位信號，取其算術平均為(f (tl) +f (tl+Tl) +f (tl+2Tl) +f (t1+3T1) )/4，從而將 f (tl) ,f (tl+Tl)、f(tl+2Tl)、f(tl+3Tl)變換為(f(tl)+f (tl+Tl)+f(tl+2Tl)+f(tl+3Tl)) /4。
[0076]優(yōu)選地，控制模塊還對加速度數(shù)字離散信號進行濾波處理:對每一個加速度數(shù)字離散信號，對應取其前三個和后三個加速度數(shù)字離散信號和其自身進行平均，對于首尾附近的加速度數(shù)字離散信號如果取不到三個則按照能取到的最大個數(shù)進行平均。
[0077]事實上，對加速度數(shù)字離散信號的濾波處理，可以置于控制模塊處理流程的任何步驟，例如CPU得到一定數(shù)量的載荷數(shù)字離散信號和加速度數(shù)字離散信號后，即對加速度數(shù)字離散信號進行濾波處理；再例如控制模塊加速度數(shù)字離散信號的濾波處理步驟放在計算出載荷周期之后進行，或放在計算出加速度周期之后進行，或在位移計算之前才進行等，本發(fā)明對此不做限制，本領域技術人員可以根據(jù)各種考慮來靈活安排濾波處理步驟的順序。[0078]S10、控制無線通信模塊發(fā)送告警信息，提示井況異常；
[0079]S11、控制模數(shù)轉換器保持當前采樣頻率，結束采樣頻率評估和自適應調整過程。
[0080]圖3是根據(jù)本發(fā)明而優(yōu)選的抽油機示功圖測量或計算的自適應調整方法示例圖，主要包括以下步驟:
[0081]a、加速度傳感器獲取抽油桿的加速度數(shù)據(jù)，載荷傳感器獲取抽油桿的載荷數(shù)據(jù)。其中，加速度傳感器獲取的抽油桿的加速度數(shù)據(jù)，與載荷傳感器獲取的抽油桿的載荷數(shù)據(jù)，在時間上同步，即示功圖上的某點的橫坐標“位置”與縱坐標“載荷”是指某一時間抽油桿的位置及其載荷。
[0082]b、模數(shù)轉換器對加速度傳感器及載荷傳感器獲取的模擬量連續(xù)數(shù)據(jù)進行離散采樣，進而將采樣后的模擬量離散數(shù)據(jù)轉換成數(shù)字離散信號后傳遞給控制模塊。對應地，作為數(shù)字離散信號的同步，模數(shù)轉換器傳遞給控制模塊的載荷數(shù)字離散信號和加速度數(shù)字離散信號是--對應的。
[0083]C、控制模塊得到一定數(shù)量的載荷數(shù)字離散信號和加速度數(shù)字離散信號后，執(zhí)行以下采樣頻率評估和自適應調整步驟:
[0084]S0、控制模塊對載荷數(shù)字離散信號和加速度數(shù)字離散信號分別進行滑動窗濾波處理:對每一個加速度數(shù)字離散信號，將其前三個和后三個加速度數(shù)字離散信號和其自身進行算術平均后的值作為該數(shù)字離散信號的值；對于首尾附近的加速度數(shù)字離散信號如果取不到三個則按照能取到的最大個數(shù)進行平均。當然本領域技術人員容易理解，該步驟也可以僅對載荷數(shù)字離散信號進行滑動窗濾波，或僅對加速度數(shù)字離散信號進行滑動窗濾波。對數(shù)字離散信號進行濾波可以去掉信號噪聲和毛刺。
[0085]S1、計算載荷的周期Tl ;如果根據(jù)載荷數(shù)字離散信號獲得了載荷的周期，則執(zhí)行步驟S6，否則執(zhí)行步驟S2 (也就是說，如果獲得了載荷的周期，就可以不再計算加速度的周期，這樣在計算位移時優(yōu)先地能使用信號質量高、周期性明顯的載荷的周期Tl。事實上，在油井正常工作狀態(tài)下，載荷的周期性和加速度的周期性是一致的，可以使用載荷的周期作為加速度的周期。定義抽油桿的一周期為:抽油機從最下端點運動至最上端點，然后再回到最下端點的過程。載荷傳感器的變化規(guī)律，和抽油桿的運動規(guī)律基本相符。)。
[0086]S2、根據(jù)加速度數(shù)字離散信號計算加速度的周期T2 (當抽油井出現(xiàn)異常如卡泵等情況下，加速度周期和載荷的周期就不再一致了，為了在載荷周期性無法獲知的情況下，還能計算位移數(shù)據(jù)，在此進行加速度周期的計算)；如果根據(jù)加速度數(shù)字離散信號獲得了加速度的周期，則執(zhí)行步驟S6，否則執(zhí)行步驟S3。
[0087]S3、判斷是否是采樣時間過短，如果是，則執(zhí)行步驟S4，否則執(zhí)行S10。
[0088]S4、判斷當前的采樣頻率是否小于預設的最小采樣頻率，若是，則執(zhí)行步驟S10，否則執(zhí)行步驟S5。
[0089]S5、控制模數(shù)轉換器降低一定的采樣頻率(降低采樣頻率即增大采樣間隔)，并重新采樣加速度傳感器及載荷傳感器獲取的模擬量連續(xù)數(shù)據(jù)，從而重新獲得所述一定數(shù)量的載荷數(shù)字離散信號和加速度數(shù)字離散信號后返回步驟Si。
[0090]S6、根據(jù)Tl或T2，如果所述一定數(shù)量的載荷數(shù)字離散信號及加速度數(shù)字離散信號是過多周期的載荷數(shù)字離散信號及加速度數(shù)字離散信號，從而造成了數(shù)據(jù)冗余，則執(zhí)行步驟S7，否則執(zhí)行步驟S9。[0091]S7、判斷當前的采樣頻率是否大于預設的最大采樣頻率，若是則執(zhí)行步驟S9 ;否則執(zhí)行步驟S8。
[0092]S8、控制模塊控制模數(shù)轉換器增加一定的采樣頻率，并重新采樣加速度傳感器及載荷傳感器獲取的模擬量連續(xù)數(shù)據(jù)，從而重新獲得所述一定數(shù)量的載荷數(shù)字離散信號和加速度數(shù)字離散信號后返回步驟Si。
[0093]S9、控制模塊通過加速度數(shù)字離散信號，以及Tl或T2計算位移數(shù)據(jù)(計算位移例如是通過對加速數(shù)據(jù)進行積分，通過兩次積分獲得相應的位移值)，并根據(jù)位移數(shù)據(jù)和載荷數(shù)字離散信號輸出示功圖數(shù)據(jù)，然后執(zhí)行步驟S11。
[0094]S10、控制模塊輸出告警信息，提示井況異常。
[0095]S11、控制模數(shù)轉換器保持當前采樣頻率，結束采樣頻率評估和自適應調整過程。
[0096]以上是對本發(fā)明具體實施例的說明，在具體的實施過程中可對本發(fā)明的方法進行適當?shù)母倪M，以適應具體情況的具體需要。因此可以理解，根據(jù)本發(fā)明的【具體實施方式】只是起示范作用，并不用以限制本發(fā)明的保護范圍。
【權利要求】
1.一種無線示功儀，其特征在于，包括: 依次電路連接的信號采集傳感器、模數(shù)轉換器、控制模塊和無線通信模塊，其中信號采集傳感器包括加速度傳感器和載荷傳感器； 加速度傳感器用于獲取抽油桿的加速度數(shù)據(jù)； 載荷傳感器用于獲取抽油桿的載荷數(shù)據(jù)； 模數(shù)轉換器對加速度傳感器及載荷傳感器獲取的模擬量連續(xù)數(shù)據(jù)進行離散采樣，進而將采樣后的模擬量離散數(shù)據(jù)轉換成數(shù)字離散信號后傳遞給控制模塊； 控制模塊得到一定數(shù)量的載荷數(shù)字離散信號和加速度數(shù)字離散信號后，執(zhí)行以下采樣頻率評估和自適應調整步驟: S1、計算載荷的周期Tl;如果根據(jù)載荷數(shù)字離散信號獲得了載荷的周期，則執(zhí)行步驟S6，否則執(zhí)行步驟S2 ； S2、根據(jù)加速度數(shù)字離散信號計算加速度的周期T2;如果根據(jù)加速度數(shù)字離散信號獲得了加速度的周期，則執(zhí)行步驟S6，否則執(zhí)行步驟S3 ； S3、判斷是否是采樣時間過短，如果是，則執(zhí)行步驟S4，否則執(zhí)行SlO； S4、判斷當前的采樣頻率是否小于預設的最小采樣頻率，若是，則執(zhí)行步驟S10，否則執(zhí)行步驟S5 ； S5、控制模數(shù)轉換器降低一定的采樣頻率，并重新采樣加速度傳感器及載荷傳感器獲取的模擬量連續(xù)數(shù)據(jù)，從而重新獲得所述一定數(shù)量的載荷數(shù)字離散信號和加速度數(shù)字離散信號后返回步驟SI ； S6、根據(jù)Tl或T2，如果所述一定數(shù)量的載荷數(shù)字離散信號及加速度數(shù)字離散信號是過多周期的載荷數(shù)字離散信號及加速度數(shù)字離散信號，從而造成了數(shù)據(jù)冗余，則執(zhí)行步驟S7，否則執(zhí)行步驟S9 ； S7、判斷當前的采樣頻率是否大于預設的最大采樣頻率，若是則執(zhí)行步驟S9;否則執(zhí)行步驟S8 ； S8、控制模塊控制模數(shù)轉換器增加一定的采樣頻率，并重新采樣加速度傳感器及載荷傳感器獲取的模擬量連續(xù)數(shù)據(jù)，從而重新獲得所述一定數(shù)量的載荷數(shù)字離散信號和加速度數(shù)字離散信號后返回步驟SI; S9、控制模塊通過加速度數(shù)字離散信號，以及Tl或T2計算位移數(shù)據(jù)，并將位移數(shù)據(jù)傳遞給無線通信模塊，然后執(zhí)行步驟Sll ； S10、控制無線通信模塊發(fā)送告警信息，提示井況異常； S11、控制模數(shù)轉換器保持當前采樣頻率，結束采樣頻率評估和自適應調整過程； 無線通信模塊用于無線示功儀與外部設備進行命令、數(shù)據(jù)的交換。
2.如權利要求1所述的無線示功儀，其特征在于:所述載荷傳感器為壓力傳感器或者壓強傳感器。
3.如權利要求1所述的無線示功儀，其特征在于:加速度傳感器獲取的抽油桿的加速度數(shù)據(jù)，與載荷傳感器獲取的抽油桿的載荷數(shù)據(jù)，在時間上同步；模數(shù)轉換器傳遞給控制模塊的載荷數(shù)字離散信號和加速度數(shù)字離散信號一一對應。
4.如權利要求1或3所述的無線示功儀，其特征在于:所述過多周期是指大于4個周期。
5.如權利要求1或3所述的無線示功儀，其特征在于:所述一定數(shù)量的載荷數(shù)字離散信號和加速度數(shù)字離散信號，是指N個載荷數(shù)字離散信號和N個加速度數(shù)字離散信號，其中600=〈N〈=1000。
6.如權利要求S所述的無線示功儀，其特征在于:控制模塊還對加速度數(shù)字離散信號進行濾波處理:對每一個加速度數(shù)字離散信號，對應取其前三個和后三個加速度數(shù)字離散信號和其自身進行平均，對于首尾附近的加速度數(shù)字離散信號如果取不到三個則按照能取到的最大個數(shù)進行平均。
7.如權利要求1所述的無線無線示功儀，其特征在于:所述控制模塊通過加速度數(shù)字離散信號，以及Tl或T2計算位移數(shù)據(jù)，包括:控制模塊根據(jù)Tl或T2，計算出M個完整周期的加速度數(shù)字離散信號，然后對不同周期的同相位信號進行算術平均，從而將M個完整周期的加速度數(shù)字離散信號變換為一個完整周期的加速度數(shù)字離散信號；其中2=〈M〈=6。
8.如權利要求1所述的無線示功儀，其特征在于，還包括: 存儲部件，用于存儲數(shù)字離散信號。
9.如權利要求1所述的無線示功儀，其特征在于，計算載荷的周期Tl包括:統(tǒng)計載荷離散數(shù)字信號中極值點的分布，若極值點的分布是均勻的，則載荷離散數(shù)字信號有周期性，通過載荷離散數(shù)字信號中極值點間的間隔獲得Tl;若極值點的分布不是均勻的，則不能根據(jù)載荷數(shù)字離散信號獲得載荷的周期。
10.一種自適應調整方法，其特征在于，包括以下步驟: a、加速度傳感器獲取抽油 桿的加速度數(shù)據(jù)，載荷傳感器獲取抽油桿的載荷數(shù)據(jù)； b、模數(shù)轉換器對加速度傳感器及載荷傳感器獲取的模擬量連續(xù)數(shù)據(jù)進行離散采樣，進而將采樣后的模擬量離散數(shù)據(jù)轉換成數(shù)字離散信號后傳遞給控制模塊； C、控制模塊得到一定數(shù)量的載荷數(shù)字離散信號和加速度數(shù)字離散信號后，執(zhí)行以下采樣頻率評估和自適應調整步驟: S1、計算載荷的周期Tl;如果根據(jù)載荷數(shù)字離散信號獲得了載荷的周期，則執(zhí)行步驟S6，否則執(zhí)行步驟S2 ； S2、根據(jù)加速度數(shù)字離散信號計算加速度的周期T2;如果根據(jù)加速度數(shù)字離散信號獲得了加速度的周期，則執(zhí)行步驟S6，否則執(zhí)行步驟S3 ； S3、判斷是否是采樣時間過短，如果是，則執(zhí)行步驟S4，否則執(zhí)行SlO； S4、判斷當前的采樣頻率是否小于預設的最小采樣頻率，若是，則執(zhí)行步驟S10，否則執(zhí)行步驟SS ； SS、控制模數(shù)轉換器降低一定的采樣頻率，并重新采樣加速度傳感器及載荷傳感器獲取的模擬量連續(xù)數(shù)據(jù)，從而重新獲得所述一定數(shù)量的載荷數(shù)字離散信號和加速度數(shù)字離散信號后返回步驟SI ； S6、根據(jù)Tl或T2，如果所述一定數(shù)量的載荷數(shù)字離散信號及加速度數(shù)字離散信號是過多周期的載荷數(shù)字離散信號及加速度數(shù)字離散信號，從而造成了數(shù)據(jù)冗余，則執(zhí)行步驟S7，否則執(zhí)行步驟S9 ； S7、判斷當前的采樣頻率是否大于預設的最大采樣頻率，若是則執(zhí)行步驟S9;否則執(zhí)行步驟S8 ； S8、控制模塊控制模數(shù)轉換器增加一定的采樣頻率，并重新采樣加速度傳感器及載荷傳感器獲取的模擬量連續(xù)數(shù)據(jù)，從而重新獲得所述一定數(shù)量的載荷數(shù)字離散信號和加速度數(shù)字離散信號后返回步驟Si ； S9、控制模塊通過加速度數(shù)字離散信號，以及Tl或T2計算位移數(shù)據(jù)，并根據(jù)位移數(shù)據(jù)和載荷數(shù)字離散信號輸出示功圖數(shù)據(jù)，然后執(zhí)行步驟Sll ； s10、控制模塊輸出告警信息，提示井況異常； s11、控制模數(shù)轉換器保持當前采樣頻率，結束采樣頻率評估和自適應調整過程。
11.如權利要求10所述的方法，其特征在于:所述載荷傳感器為壓力傳感器或者壓強傳感器。
12.如權利要求10所述的方法，其特征在于:加速度傳感器獲取的抽油桿的加速度數(shù)據(jù)，與載荷傳感器獲取的抽油桿的載荷數(shù)據(jù)，在時間上同步；模數(shù)轉換器傳遞給控制模塊的載荷數(shù)字離散信號和加速度數(shù)字離散信號一一對應。
13.如權利要求10或12所述的方法，其特征在于:所述過多周期是指大于4個周期。
14.如權利要求10或12所述的方法，其特征在于:所述一定數(shù)量的載荷數(shù)字離散信號和加速度數(shù)字離散信號，是指N個載荷數(shù)字離散信號和N個加速度數(shù)字離散信號，其中600=〈N〈=1000。
15.如權利要求14所述的方法，其特征在于:控制模塊還對加速度數(shù)字離散信號進行濾波處理:對每一個加速度數(shù)字離散信號，對應取其前三個和后三個加速度數(shù)字離散信號和其自身進行平均，對于首尾附近的加速度數(shù)字離散信號如果取不到三個則按照能取到的最大個數(shù)進行平均。
16.如權利要求10所述的方法，其特征在于:所述控制模塊通過加速度數(shù)字離散信號，以及Tl或T2計算位移數(shù)據(jù)，包括:控制模塊根據(jù)Tl或T2，計算出M個完整周期的加速度數(shù)字離散信號，然后對不同周期的同相位信號進行算術平均，從而將M個完整周期的加速度數(shù)字離散信號變換為一個完整周期的加速度數(shù)字離散信號；其中2=〈M〈=6。
17.如權利要求10所述的方法，其特征在于，計算載荷的周期Tl包括:統(tǒng)計載荷離散數(shù)字信號中極值點的分布，若極值點的分布是均勻的，則載荷離散數(shù)字信號有周期性，通過載荷離散數(shù)字信號中極值點間的間隔獲得Tl ;若極值點的分布不是均勻的，則不能根據(jù)載荷數(shù)字離散信號獲得載荷的周期。
【文檔編號】E21B47/12GK103790571SQ201410043476
【公開日】2014年5月14日 申請日期:2014年1月29日 優(yōu)先權日:2014年1月29日
【發(fā)明者】程科, 施劍鋒, 陳國華 申請人:浙江網新技術有限公司