專利名稱：一種采油場抽油機(jī)功圖測量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種物體荷重信號、位移信號的采集的裝置，具體涉及一種用于采集采油場抽油機(jī)光桿做功情況的裝置。
背景技術(shù)：
目前，油田使用的大多為游梁式抽油機(jī)，其工作時電動機(jī)將高速旋轉(zhuǎn)的動力通過皮帶和減速箱傳給曲柄軸，帶動曲柄作低速運(yùn)動。曲柄通過連桿經(jīng)橫梁帶動游梁作上下擺動，掛在驢頭上的懸繩器帶動抽油桿作上下往復(fù)運(yùn)動。為了適應(yīng)采油技術(shù)的發(fā)展，在石油采集過程中，油田抽油機(jī)的抽油桿的功圖的測量方法通常為拉繩式，其安裝維護(hù)都不方便。其余的采用激光，超聲波測距則對電源功耗要求較大，無法適應(yīng)井場長期工作，設(shè)備成本高維護(hù)成本高。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型提供了一種采油場抽油機(jī)功圖測量裝置，能夠及時有效的采集抽油機(jī)抽油過程中抽油桿的荷重與位移信號，并具有防水、防盜、防塵、裝卸方便等特點(diǎn)，采用了太陽能電池板、極低功耗的加速度傳感器，使功圖的測量簡單又精準(zhǔn)，設(shè)備安裝便捷、使用方便、維護(hù)方便、性能穩(wěn)定。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型提供了一種采油場抽油機(jī)功圖測量裝置，其特點(diǎn)是， 該裝置包含設(shè)置在抽油機(jī)上的傳感器單元；設(shè)置在抽油機(jī)的抽油桿上的激光標(biāo)定單元；上述的傳感器單元包含載荷傳感器，固定在載荷傳感器上的外罩，架設(shè)在外罩頂面上的太陽能電池板，夾設(shè)在外罩頂面與太陽能電池板之間的第一電池，設(shè)置在外罩底部的天線，以及設(shè)置在外罩內(nèi)的電路模塊；上述的載荷傳感器固定在抽油機(jī)上；載荷傳感器上設(shè)有通孔，抽油桿套設(shè)在載荷傳感器的通孔中；太陽能電池板的輸出端與第一電池電路連接；上述的激光標(biāo)定單元包含底座，分別設(shè)置在底座上的激光傳感器、升壓電路和第二電池，以及通過連桿連接底座的抽油桿固定片；該抽油桿固定片固定在抽油桿上。上述的電路模塊包含單片機(jī)；與單片機(jī)的輸入端電路連接的存儲器、時鐘芯片、整形電路；與單片機(jī)的輸入端電路連接的載荷信號放大電路，其輸入端電路連接載荷傳感器；與單片機(jī)的輸入端電路連接的激光信號放大電路，其輸入端電路連接激光傳感器；與單片機(jī)的輸出端電路連接的無線通訊模塊，其輸出端電路連接所述的天線；連接整形電路輸入端的濾波隔直電路；連接濾波隔直電路輸入端的加速度傳感器；以及，電源變換電路，其輸入端電路連接上述的第一電池；其輸出端電路連接單片機(jī)、存儲器、時鐘芯片、整形電路、載荷信號放大電路、激光信號放大電路、無線通訊模塊、濾波隔直電路、加速度傳感器。上述的第二電池的輸出端電路連接升壓電路；該升壓電路的輸出端電路連接激光傳感器。上述的底座的各個頂角上設(shè)有垂直調(diào)整螺母。上述的太陽能電池板相對于水平面設(shè)有15°的夾角。上述的第一電池和第二電池采用可充放電鋰電池。本實(shí)用新型的傳感器單元和激光標(biāo)定單元安裝于抽油機(jī)，安裝完成后裝置啟動， 加速度傳感器測得的加速度信號經(jīng)濾波整形后得到脈沖信號發(fā)送至單片機(jī)，單片機(jī)結(jié)合激光標(biāo)定單元的激光信號，記錄了抽油桿從起點(diǎn)至起點(diǎn)的位移信號的變化，標(biāo)定完成后取下激光標(biāo)定單元。荷載傳感器采集載荷信號，經(jīng)荷載信號放大電路放大后傳輸至單片機(jī)，單片機(jī)采集載荷信號，采集完的信號存儲于存儲器中。功圖測量完畢后可通過無線通訊模塊將測量結(jié)果發(fā)送至后續(xù)設(shè)備，根據(jù)位移信號與載荷信號繪制功圖。本實(shí)用新型一種采油場抽油機(jī)功圖測量裝置和現(xiàn)有技術(shù)相比，其優(yōu)點(diǎn)在于，采用太陽能電池板加鋰電池的方式進(jìn)行供電，使該裝置安裝便捷、并滿足節(jié)能要求；采用無線通訊模塊進(jìn)行控制與數(shù)據(jù)傳輸，使該裝置組網(wǎng)方便，節(jié)約有色金屬資源；采用加速度傳感器測量抽油桿上下運(yùn)動過程中加速度方向的改變點(diǎn)，從而測定抽油桿的上下運(yùn)動周期，該電路簡單實(shí)用；采用激光測距標(biāo)定單元對抽油桿上下運(yùn)動的行程進(jìn)行精確測定即精確測定做功位移，該單元在標(biāo)定完成后即可取下，使用簡單、測量精準(zhǔn)。

圖1為本實(shí)用新型一種采油場抽油機(jī)功圖測量裝置的傳感器單元的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本實(shí)用新型一種采油場抽油機(jī)功圖測量裝置的傳感器單元的仰視圖；圖3為本實(shí)用新型一種采油場抽油機(jī)功圖測量裝置的傳感器單元的安裝示意圖；圖4為本實(shí)用新型一種采油場抽油機(jī)功圖測量裝置的激光標(biāo)定單元的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為本實(shí)用新型一種采油場抽油機(jī)功圖測量裝置的電路模塊圖；圖6為本實(shí)用新型一種采油場抽油機(jī)功圖測量裝置的傳感器單元的內(nèi)部接線圖；圖7為本實(shí)用新型一種采油場抽油機(jī)功圖測量裝置的激光標(biāo)定單元的內(nèi)部接線圖。
具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖具體說明本實(shí)用新型的實(shí)施例。一種采油場抽油機(jī)功圖測量裝置的實(shí)施例，該裝置包含傳感器單元1和激光標(biāo)定單元2。如圖1并結(jié)合圖2所示，傳感器單元1中包含有載荷傳感器13，其型號為SK-0MS2， 該載荷傳感器13上設(shè)有通孔，該通孔縱向設(shè)置，其內(nèi)徑與抽油機(jī)的抽油桿3的外徑相適配。 抽油機(jī)的抽油桿3套設(shè)在該載荷傳感器13的通孔中。載荷傳感器13的側(cè)壁上通過螺絲17固定有外罩11，該外罩11底面為長方形且水平設(shè)置，外罩11上的一面?zhèn)缺谂c載荷傳感器13連接，該側(cè)壁高于與其相對的側(cè)壁，使外罩 11的頂面傾斜設(shè)置，外罩11的頂面自與載荷傳感器13連接的側(cè)壁起向與該側(cè)壁相對的側(cè)壁向下傾斜，該頂面的傾斜角度為15°。在外罩11的頂面上通過螺釘固定有第一電池16，其貼合于外罩11的頂面傾斜設(shè)置，該第一電池16采用可充放電鋰電池。在第一電池16上設(shè)有太陽能電池板12，該太陽能電池板12通過螺釘架設(shè)在外罩 11的頂面上，并與外罩11的頂面平行設(shè)置，與水平面呈15°夾角，實(shí)現(xiàn)陽光充分直射太陽能電池板12。太陽能電池板12的輸出端與第一電池16的輸入端電路連接，太陽能電池板 12將接收的太陽能轉(zhuǎn)換為電能存儲至第一電池16。在外罩11底部，遠(yuǎn)離載荷傳感器13的一端設(shè)有天線14。在天線14的一邊設(shè)有傳感器單元1的電源開關(guān)18。該電源開關(guān)18串聯(lián)連接在傳感器單元1的電路中。外罩11的內(nèi)部設(shè)為空腔，在該外罩11的內(nèi)腔中設(shè)有傳感器單元1的電路模塊15。如圖3并結(jié)合圖1，抽油機(jī)上設(shè)有懸繩器，懸繩器上設(shè)有上負(fù)荷掛板41，以及設(shè)置在上負(fù)荷掛板41下的下負(fù)荷掛板42，該上負(fù)荷掛板41與下負(fù)荷掛板42平行設(shè)置。安裝時將傳感器單元1設(shè)置在該上負(fù)荷掛板41與下負(fù)荷掛板42之間，工作時傳感器單元1受力于上下負(fù)荷壓板間(即抽油桿的荷重)，故無需額外機(jī)械件固定。傳感器單元1的天線14朝向地面，太陽能電池板12向上面朝陽光設(shè)置。如圖4所示，激光標(biāo)定單元2包含有底座21，該底座21水平設(shè)置，激光面面朝地面，底座21設(shè)為長方形，其四個頂角上都設(shè)有一個垂直調(diào)整螺母沈，可精密調(diào)節(jié)底座21底面的角度。在底座21底面上固定有激光傳感器22、升壓電路23和第二電池M。第二電池M通過升壓電路23處理后對激光傳感器22提供電源，激光標(biāo)定單元2 由激光傳感器22檢測抽油桿3的垂直位移信號。通過調(diào)節(jié)垂直調(diào)整螺母沈，可精密調(diào)節(jié)激光傳感器22的發(fā)射方向。在底座21的一邊側(cè)邊上設(shè)有連桿，該連桿的頂端設(shè)有抽油桿固定片25，該抽油桿固定片25的開口方向與底座21相垂直。抽油桿固定片25的開口與抽油桿3的外徑相適配，抽油桿固定片25套設(shè)在抽油桿3外。激光標(biāo)定單元2通過抽油桿固定片25穩(wěn)固固定在抽油桿3上，并在抽油桿3工作時隨抽油桿3沿其徑向移動。在設(shè)置激光標(biāo)定單元2時，其安裝的位置須盡量靠近傳感器單元1設(shè)置，安裝時激光面朝下，機(jī)械固定牢固后連接信號線。如圖5所示，傳感器單元1的電路模塊15的電路制作在一個電路主板上，該電路模塊15包含單片機(jī)151，該單片機(jī)151采用高性能自帶AD轉(zhuǎn)換的單片機(jī)，可采用 PIC30F6014單片機(jī)。該單片機(jī)151的輸入端電路連接有存儲器152、時鐘芯片153和整形電路154，存儲器152采用SD卡，存儲器152的作用是用來存儲所測量到的功圖數(shù)據(jù)。整形電路154的輸入端電路連接有濾波隔直電路158，濾波隔直電路158的輸入端電路連接有加速度傳感器159。加速度傳感器159采用極低功耗的三軸加速度芯片，例如ADXL327芯片，該加速度芯片的作用是測量抽油機(jī)驢頭上下運(yùn)動過程中加速度的大小與方向。濾波隔直電路158的作用是濾除加速度傳感器159傳輸?shù)募铀俣刃盘栔写笥陬l率IOHz的信號，同時只截取信號的正半部分。整形電路巧4采用施密特觸發(fā)整形電路，其作用是對已經(jīng)過濾波隔直電路158濾波隔直的加速度信號進(jìn)行整形，使之成為便于單片機(jī)處理的脈沖信號。單片機(jī)151的輸入端還電路連接有載荷信號放大電路155，其輸入端電路連接載荷傳感器13。載荷信號放大電路155采用儀表放大器，對來自載荷傳感器的電壓信號進(jìn)行放大。單片機(jī)151的輸入端還電路連接有激光信號放大電路156，其輸入端與激光傳感器22電路連接。激光信號放大電路156作用是對激光傳感器22輸出的4--20mA的距離信號進(jìn)行放大，放大后的載荷信號、激光信號進(jìn)入單片，151的AD采集端口進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換。單片機(jī)151的輸出端電路連接有無線通訊模塊157，其輸出端電路連接天線14，無線通訊模塊157的作用是將功圖信號通過天線14發(fā)送給后續(xù)的其它數(shù)據(jù)收集單元，諸如手抄機(jī)、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)單元、終端計(jì)算機(jī)等。電路模塊15上還設(shè)有電源變換電路160，其輸入端電路連接第一電池16，接收第一電池16輸出的電源，變換為電路模塊15上器件需要的電壓。其輸出端電路連接上述的單片機(jī)151、存儲器152、時鐘芯片153、整形電路154、載荷信號放大電路155、激光信號放大電路156、無線通訊模塊157、濾波隔直電路158、加速度傳感器159，電源變換電路160分別為上述的器件提供穩(wěn)定電源。激光標(biāo)定單元2上，第二電池M的輸出端電路連接升壓電路23 ；該升壓電路23的輸出端電路連接激光傳感器22。激光傳感器22可采用VDiCS-S-L-IO型號的傳感器，其作用是檢測抽油桿3的垂直位移距離信號，通過激光進(jìn)行測距，工作時向目標(biāo)物射出一束很細(xì)的激光，由光電元件接收目標(biāo)反射的激光束，計(jì)時器測定激光束從發(fā)射到接收的時間，計(jì)算出從觀測者到目標(biāo)的距離。傳感器獲得距離信息后將20cm—8000cm的距離信號轉(zhuǎn)換成4—20mA的電流信號， 并通過外部連接導(dǎo)線將電流信號傳給傳感器單元1。升壓電路23用于將3. 3V的電池電壓升至24V的激光傳感器22工作電壓。第二電池24采用3. 3V的可充放電鋰電池，其通過升壓電路23升壓后向激光傳感器22提供電源。如圖6所示，為傳感器單元1內(nèi)部接線的一種實(shí)施例，太陽能電池板12通過第一電池16與電路模塊15電路連接，在第一電池16與電路模塊15之間還串連有電源開關(guān)18， 通過電源開關(guān)18開啟或關(guān)閉傳感器單元1。電路模塊15上還電路連接有插頭，其型號為 XS18J6C0電路模塊15的輸入端與荷載傳感器13電路連接。如圖7所示，為激光標(biāo)定單元2內(nèi)部接線的一種實(shí)施例，升壓電路23電路連接第二電池對，第二電池M為3. 3V的可充放電鋰電池，在升壓電路23與第二電池M之間還串聯(lián)連接有電源開關(guān)27，通過電源開關(guān)27控制激光標(biāo)定單元2的開啟或關(guān)閉。升壓電路23的輸出端電路連接有型號為XS18J6C的插頭和傳感器接頭，通過傳感器接頭與激光傳感器22電路連接。本實(shí)用新型一種采油場抽油機(jī)功圖測量裝置的工作原理如下將傳感器單元1安裝在抽油機(jī)的上負(fù)荷掛板41與下負(fù)荷掛板42之間，在安裝完傳感器單元1后需使用激光標(biāo)定單元2進(jìn)行標(biāo)定。標(biāo)定的目的是將抽油桿3的垂直位移信號傳輸給傳感器單元1，用來確定抽油桿3做功的位移。激光標(biāo)定單元2需安裝在抽油桿3 上，其位置應(yīng)盡可能靠近傳感器單元1，安裝時激光面朝下，機(jī)械固定牢固后連接信號線。安裝完成后，分別打開傳感器單元1與激光標(biāo)定單元2的電源。并開啟抽油機(jī)的電源，使抽油機(jī)正常工作。傳感器單元1進(jìn)入標(biāo)定模式是自動識別的，在連接上激光標(biāo)定單元2并開通電源后傳感器單元1進(jìn)入標(biāo)定模式。標(biāo)定過程中加速度傳感器159測得的加速度信號經(jīng)濾波隔直電路158濾波后，再通過整形電路154進(jìn)行整形后得到抽油桿3上下運(yùn)動過程中加速度方向改變點(diǎn)的脈沖信號。單片機(jī)151以脈沖信號的上升延作為開始位移測量的起始點(diǎn)，直至下一個脈沖信號出現(xiàn)單片機(jī)151停止位移信號采集。因?yàn)槌橛蜅U3上下運(yùn)動一周會出現(xiàn)一個脈沖，所以兩個脈沖正好記錄了抽油桿3從起點(diǎn)至起點(diǎn)的位移信號的變化。位移信號的最小值為抽油桿3上下運(yùn)動的最低點(diǎn)，位移信號的最大點(diǎn)為抽油桿3上下運(yùn)動的最高點(diǎn)。標(biāo)定完成后取下激光標(biāo)定單元。由于傳感器單元1內(nèi)部自帶時鐘芯153， 傳感器單元1的功圖采集時間間隔是可設(shè)定的，如1小時、2小時等。功圖采集主要采集的是載荷信號。載荷信號的采集方法類似于位移信號的采集。載荷傳感器13采集內(nèi)壁嵌有電阻應(yīng)變片，當(dāng)受力發(fā)生應(yīng)力變化時，電阻應(yīng)變片產(chǎn)生形變從而輸出電信號。該信號通過荷載信號放大電路155放大后傳輸至單片機(jī)151，載荷傳感器13以脈沖信號的上升延作為開始載荷測量的起始點(diǎn)，直至下一個脈沖信號出現(xiàn)單片機(jī)151停止載荷信號采集。采集完的信號存儲于傳感器單元1的存儲器152中。至此，功圖測量完畢?？赏ㄟ^無線通訊模塊157 將測量結(jié)果發(fā)送至后續(xù)的計(jì)算機(jī)設(shè)備，計(jì)算機(jī)可根據(jù)傳感器單元1采集到的位移信號與載荷信號繪制一張完整的功圖。盡管本實(shí)用新型的內(nèi)容已經(jīng)通過上述優(yōu)選實(shí)施例作了詳細(xì)介紹，但應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到上述的描述不應(yīng)被認(rèn)為是對本實(shí)用新型的限制。在本領(lǐng)域技術(shù)人員閱讀了上述內(nèi)容后，對于本實(shí)用新型的多種修改和替代都將是顯而易見的。因此，本實(shí)用新型的保護(hù)范圍應(yīng)由所附的權(quán)利要求來限定。
權(quán)利要求1.一種采油場抽油機(jī)功圖測量裝置，其特征在于，該裝置包含設(shè)置在抽油機(jī)上的傳感器單元(1)；設(shè)置在抽油機(jī)的抽油桿(3)上的激光標(biāo)定單元(2)；所述的傳感器單元(1)包含載荷傳感器(13)，固定在載荷傳感器(13)上的外罩(11 )，架設(shè)在外罩(11)頂面上的太陽能電池板(12)，夾設(shè)在外罩(11)頂面與太陽能電池板(12)之間的第一電池(16)，設(shè)置在外罩(11)底部的天線(14)，以及設(shè)置在外罩(11)內(nèi)的電路模塊(15);所述的載荷傳感器(13)固定在抽油機(jī)上；載荷傳感器(13)上設(shè)有通孔，抽油桿(13)套設(shè)在載荷傳感器(13)的通孔中；太陽能電池板(12)的輸出端與第一電池(16)電路連接；所述的激光標(biāo)定單元(2)包含底座(21)，分別設(shè)置在底座(21)上的激光傳感器(22)、升壓電路(23)和第二電池(24)，以及通過連桿連接底座(21)的抽油桿固定片(25)；該抽油桿固定片(25)固定在抽油桿(3)上。
2.如權(quán)利要求1所述的采油場抽油機(jī)功圖測量的裝置，其特征在于，所述的電路模塊(15)包含單片機(jī)(151)；與單片機(jī)(151)的輸入端電路連接的存儲器(152)、時鐘芯片(153)、整形電路(巧4)；與單片機(jī)(151)的輸入端電路連接的載荷信號放大電路(155)，其輸入端電路連接所述的載荷傳感器(13);與單片機(jī)(151)的輸入端電路連接的激光信號放大電路(156)，其輸入端電路連接所述的激光傳感器(22);與單片機(jī)(151)的輸出端電路連接的無線通訊模塊(157)，其輸出端電路連接所述的天線(14);連接所述整形電路(154 )輸入端的濾波隔直電路(158 )；連接所述濾波隔直電路(158)輸入端的加速度傳感器(159)；以及，電源變換電路(160)，其輸入端電路連接所述的第一電池(16)；其輸出端電路連接所述的單片機(jī)(151)、存儲器(152)、時鐘芯片(153)、整形電路(巧4)、載荷信號放大電路(155)、激光信號放大電路(156)、無線通訊模塊(157)、濾波隔直電路(158)、加速度傳感器(159)。
3.如權(quán)利要求1所述的采油場抽油機(jī)功圖測量的裝置，其特征在于，所述的第二電池(24)的輸出端電路連接所述的升壓電路(23)；該升壓電路(23)的輸出端電路連接所述的激光傳感器(22)。
4.如權(quán)利要求1所述的采油場抽油機(jī)功圖測量的裝置，其特征在于，所述的底座(21)的各個頂角上設(shè)有垂直調(diào)整螺母(26)。
5.如權(quán)利要求1所述的采油場抽油機(jī)功圖測量的裝置，其特征在于，所述的太陽能電池板(12)相對于水平面設(shè)有15°的夾角。
6.如權(quán)利要求1所述的采油場抽油機(jī)功圖測量的裝置，其特征在于，所述的第一電池(16)和第二電池(24)采用可充放電鋰電池。
專利摘要本實(shí)用新型公開一種采油場抽油機(jī)功圖測量裝置，包含傳感器單元和激光標(biāo)定單元；傳感器單元包含載荷傳感器，固定在載荷傳感器上的外罩，架設(shè)在外罩頂面上的太陽能電池板，夾設(shè)在外罩頂面與太陽能電池板之間的第一電池，設(shè)置在外罩底部的天線，以及設(shè)置在外罩內(nèi)的電路模塊；載荷傳感器固定在抽油機(jī)上；載荷傳感器上設(shè)有通孔，抽油桿套設(shè)在載荷傳感器的通孔中；太陽能電池板的輸出端與第一電池電路連接；激光標(biāo)定單元包含底座，分別設(shè)置在底座上的激光傳感器、升壓電路和第二電池，以及通過連桿連接底座的抽油桿固定片；抽油桿固定片固定在抽油桿上。本實(shí)用新型采用太陽能電池板進(jìn)行供電，使該裝置安裝便捷、滿足節(jié)能要求。
文檔編號G01L3/24GK202329895SQ20112045714
公開日2012年7月11日 申請日期2011年11月17日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月17日
發(fā)明者畢東杰, 潘沖 申請人:上海神開石油化工裝備股份有限公司, 上海神開石油科技有限公司, 上海神開石油設(shè)備有限公司