專利名稱：一種多傳感器系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種多傳感器系統(tǒng)，尤其是涉及油田智能井/管線連續(xù)或點(diǎn)監(jiān)測的傳
感器系統(tǒng).
背景技術(shù)：
已有技術(shù)公告的CN2731096實(shí)用新型專利所闡述的潛油(水)電泵機(jī)組井下智
能多參數(shù)測試裝置，涉及一種油田用井下智能多參數(shù)測試裝置，包括井下測試裝置和通過
電纜或載波傳輸與井下測試裝置遠(yuǎn)傳聯(lián)接的地面儀，其中井下測試裝置由流量信號模塊電
路、溫度信號模塊電路、壓力和含水信號模塊電路、微控制器、其它信號模塊電路、輸出接口
模塊電路、電力電纜載波調(diào)制模塊電路、功率輸出模塊電路及搖傳模塊電路組成，工作中，
由流量、溫度和壓力信號模塊電路把傳感器檢測的信號分別處理成數(shù)字信號并被送到微控
制器進(jìn)行編碼處理，處理后的信號被送到輸出接口模塊電路和功率輸出模塊電路進(jìn)行功率
放大，最后可根據(jù)用戶要求被送入搖傳模塊電路或電力電纜載波調(diào)制模塊電路。 但隨著應(yīng)用范圍的推廣，檢測對象的復(fù)雜多樣性以及其它要素的影B向，造成本專
利產(chǎn)品的推廣應(yīng)用受到了很大的限制，特別是早期主要安裝在抽油機(jī)、電潛泵、注水泵等泵 井上，現(xiàn)經(jīng)過對該項(xiàng)目的進(jìn)一步的研究開發(fā)，應(yīng)用更加廣泛，主要用于智能井、地面或井下 管線連續(xù)流量、壓力、溫度、密度、含水等參數(shù)的在線監(jiān)測，尤其在石油開采環(huán)節(jié)中的優(yōu)化、 井下監(jiān)測、油水分離，噴射泵/灌注泵的生產(chǎn)監(jiān)測、泥漿和砂的注入監(jiān)控、注C0_2、甲烷的監(jiān) 控；通過多傳感器系統(tǒng)能精確實(shí)時(shí)監(jiān)控泵工作中的各種工作參數(shù)，將泵況、井況及工況進(jìn)行 有機(jī)地組合，以增加產(chǎn)量，降低成本；也可以為地質(zhì)工程師進(jìn)行生產(chǎn)優(yōu)化、汽除水、砂控制、 多井監(jiān)測、水平井、高油/氣比井和小井距井的監(jiān)測提供時(shí)實(shí)決策數(shù)據(jù)。使用多傳感器系統(tǒng) 也可以降低修井的次數(shù)和停產(chǎn)的時(shí)間，減少泵的更換次數(shù)，減小泵桿和油管的磨損和能量 的消耗，以提高井的生產(chǎn)效率，降低運(yùn)營維修成本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足之處而提供一種新型多傳感器系統(tǒng)， 尤其是涉及油田智能井/管線連續(xù)或點(diǎn)監(jiān)測的傳感器系統(tǒng)。它具有結(jié)構(gòu)簡單緊湊、檢測和 處理迅速、準(zhǔn)確，分辨率高，可靠性高，生產(chǎn)過程安全等優(yōu)點(diǎn)。 為實(shí)現(xiàn)上述目的，見圖1、本發(fā)明涉及一種多傳感器系統(tǒng)，尤其是涉及油田智能井 /管線連續(xù)或點(diǎn)監(jiān)測的傳感器系統(tǒng)。它包括有測量現(xiàn)場和中央處理器兩部分測量現(xiàn)場部 分包括檢測某點(diǎn)或?qū)用婕坝邢薅蔚亩鄩毫?10——19)、流量(20——29)、溫度等傳感器 (30——39)、子處理器(MCU) (NO——N9)、節(jié)點(diǎn)處理器(DSP) (40)、執(zhí)行器(50)、信道(60); 中央處理器部分包括中央驅(qū)動接口 (70)、中央處理器(PC) (80)、繼電器(90)、變頻-回 饋模塊(100)、GPS接口 (110)，協(xié)處理器(N10)、工況檢測傳感器(120)和泵況檢測傳感器 (130)等。節(jié)點(diǎn)處理器(包括協(xié)處理器)通過信道和中央處理器連接并協(xié)同工作，信道由無 線通訊、光釬或電纜來完成。
如前所述多傳感器系統(tǒng)的中央處理器(80)，它是本系統(tǒng)的決策控制核心，見圖1，由于子處理器(NO——N9)、包括協(xié)處理器(N10)、節(jié)點(diǎn)處理器(DSP) (40)以及中央處理器(PC) (80)都裝載有相應(yīng)的處理管理軟件，各傳感器的信號經(jīng)由子處理器(NO——N9)、節(jié)點(diǎn)處理器(DSP) (40)后經(jīng)信道(60)送入到中央處理器、中央處理器經(jīng)過融合、優(yōu)化、修正等措施、將決策信息經(jīng)過編碼送入到相應(yīng)的執(zhí)行或控制模塊，實(shí)現(xiàn)油田的"三況"、"三抽"和"變頻_回饋"的優(yōu)化措施，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)能和電能的合理配置。對增加的其它層位的檢測子處理器可通過(NO)——(N9)接入到節(jié)點(diǎn)處理器接口 (40)上，該節(jié)點(diǎn)處理器通過信道與中央處理器連接，經(jīng)過處理就呈現(xiàn)出該井的狀態(tài)信息， 一個(gè)區(qū)塊油田將各節(jié)點(diǎn)組織起來，實(shí)現(xiàn)油田局部網(wǎng)絡(luò)化，即智能井。 如前所述一種多傳感器系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)處理器DPS(40)，采用TMS320F2812數(shù)字信號處理器。利用其先進(jìn)的內(nèi)部和外設(shè)結(jié)構(gòu)使得該處理器特別適合各子處理器的協(xié)調(diào)、電器及其運(yùn)動狀態(tài)的控制，實(shí)現(xiàn)了單片控制器系統(tǒng)(SOC)。它將單口井不同層位的傳感信息進(jìn)行編碼調(diào)制栽入信道；同時(shí)，通過建立專家決策系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的最優(yōu)控制。
如前所述一種多傳感器系統(tǒng)現(xiàn)場部分的子處理器(MCU):見圖2，它負(fù)責(zé)某點(diǎn)或面的現(xiàn)場監(jiān)測和控制，它由傳感器模塊(N02)、微處理器模塊(N01)、繼電器模塊(N04)、控制器模塊(N05)、FLASH模塊(N06)和I2C總線傳輸模塊(N03)組成。由于檢測點(diǎn)或?qū)用娼橘|(zhì)處于動態(tài)的未知性和時(shí)變性，系統(tǒng)對其相關(guān)修正變量設(shè)置有充分的接口 (10)——(30)。。。，各傳感器可通過相應(yīng)接口與子處理器連接，反映該井層的信息。其特征在于，現(xiàn)場部分的子處理器(MCU)負(fù)責(zé)某點(diǎn)或面的現(xiàn)場監(jiān)測和控制，其前端設(shè)置有多傳感器，各檢測點(diǎn)或面的子系統(tǒng)通過TPS協(xié)議接口并接后和節(jié)點(diǎn)處理器連接，節(jié)點(diǎn)處理器通過信道遠(yuǎn)距離和中央處理器連接并協(xié)同工作，信道可由無線通訊、光纖或電纜完成。 如前所述一種多傳感器系統(tǒng)的協(xié)處理器(N10)，見圖3，用它將"工況"檢測傳感器(120)和"泵況"檢測傳感器(130)的檢測信息與信道傳回的"井況"信息共同送給中央處理器融合，形成"三況合一"，再結(jié)合GPS(llO)同步及調(diào)頻——饋電模塊(100)測控，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)能和電能的合理配置。 如前所述一種多傳感器系統(tǒng)的前置傳感器結(jié)構(gòu)，其特征在于，見圖4、5，由于檢測需要而必須和當(dāng)前被測介質(zhì)接觸，該子處理器前端的傳感器敏感部位分別被設(shè)計(jì)于相互隔離的腔體外，在嵌套入管道內(nèi)的左側(cè)流體通道(3)與右側(cè)流體通道(5)中和介質(zhì)接觸，而PCB板和傳感器引線則被置腔體內(nèi)，被測介質(zhì)在其管道流通。各檢測點(diǎn)或面的子系統(tǒng)通過信道接口 (6)采用TPS協(xié)議和節(jié)點(diǎn)處理器(40)進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊。 如前所述一種多傳感器系統(tǒng)中的多傳感器，其特征在于，檢測某點(diǎn)或?qū)用婕坝邢薅蔚亩鄩毫?10——19)、流量(20——29)、溫度等傳感器(30——39)，由于工作環(huán)境和空間的限制所選傳感器必須超小且節(jié)電。GENova Sensor的NPI系列傳感器是在NPP系列基礎(chǔ)之上發(fā)展的高溫高壓專用傳感器，其體積為16mmX8mmX3mm(含引腳)，且集溫度、壓力、電壓3種傳感器和ASIC (專用集成電路)控制器于一體，由一塊帶有大量外圍器件的RISC (精簡指令集計(jì)算機(jī))核心模塊組成，開發(fā)后可直接將微控制器(PC)程序通過編程器裝載于EPR0M中?？蓽y量壓力(P)、溫度(T)和電池電壓(U)。傳感器內(nèi)的單片機(jī)負(fù)責(zé)信號的測量及發(fā)送，共同與子處理中的各路信息融合。其中，溫度傳感器設(shè)計(jì)在ASIC電路中，并具有與絕對溫度成比例(PTAT)的特性。流量傳感器包括有檢測頭(Al)和轉(zhuǎn)子(A2)，主要完成
5經(jīng)過油管的流量檢測。其關(guān)鍵部位是檢測探頭(Al)，經(jīng)反復(fù)實(shí)驗(yàn)和技術(shù)論證采用了最新的釤鈷(SM-Co)磁鋼代替常規(guī)的鋁鎳鈷磁鋼，解決了常規(guī)的轉(zhuǎn)子流量計(jì)無法在高溫井下連續(xù)工作的技術(shù)難題。其它傳感器則依據(jù)需要追加，如水份，密度，另有專利敘述。
如前所述一種多傳感器系統(tǒng)，其特征在于應(yīng)用之一的子處理器部分的機(jī)械結(jié)構(gòu)包括主體支架(1)、信道護(hù)蓋(2)、左側(cè)流體通道(3)、保護(hù)管(4)、右側(cè)流體通道(5)、信道接口 6、壓力傳感器(7)、流量傳感器(Al)、轉(zhuǎn)子總成成(A2)、定位螺釘(Bl)、密封塞(B2)、密封做孔(B3)、雙密封膠圈(B4、B5)、螺釘墊圈(B6、B7)、PCB板(B8、B9、B10)。見圖4、5，其特征在于主體支架(1)為該子系統(tǒng)的骨架，被加工成中孔的管件，被測流體從孔內(nèi)流通，骨架按國產(chǎn)平式油管螺紋21/2的連接要求，左側(cè)被加工成油管錐形母螺扣、右側(cè)被加工成油管錐形公螺扣，中部與保護(hù)管形成的空間將PCB和傳感器引線緊固其中，傳感器的敏感部位被設(shè)計(jì)成與內(nèi)孔連通，當(dāng)被測介質(zhì)在其孔內(nèi)流通時(shí)，就可以完全檢測其狀況。針對某油氣曾，將該子系統(tǒng)被串接在油管之間或油管和其他裝置之間時(shí)，就可完成在線檢測，如接上執(zhí)行器(油嘴或電磁閥)，就可進(jìn)行流體控制。對單口井而言(一個(gè)節(jié)點(diǎn))，根據(jù)油層需要，可連接若干個(gè)子系統(tǒng)。通常，為了提高其密封的可靠性，要求內(nèi)腔能承受30MPa的壓力差和20噸的軸向拉力。 如前所述一種多傳感器系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)處理器(40)軟件，本發(fā)明所采用的"和諧"式
多傳感器融合技術(shù)，在競爭和互補(bǔ)的基礎(chǔ)上分析多個(gè)傳感器所采集信息的次優(yōu)方案，進(jìn)行
合成，形成對但口井產(chǎn)層或注入層流體特征的綜合描述，預(yù)測出該層位的儲能和產(chǎn)量，通過
這種方法探測的地質(zhì)環(huán)境信息具有很強(qiáng)的冗余性、互補(bǔ)性和實(shí)時(shí)性等特點(diǎn)。 如前所述一種多傳感器系統(tǒng)的中央處理器(80)軟件所采用的貝葉斯方法建模，
對系統(tǒng)多傳感器狀態(tài)進(jìn)行適時(shí)檢測，分析所觀測到的信息，完成對某一實(shí)際的待檢狀態(tài)的
明確診斷，提高系統(tǒng)的可靠性，實(shí)現(xiàn)優(yōu)化控制。


下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步的說明 圖1為本發(fā)明的整體原理結(jié)構(gòu)示意圖框圖； 圖2為本發(fā)明現(xiàn)場測控部分的子處理器結(jié)構(gòu)示意框圖； 圖3為本發(fā)明中央理器原理結(jié)構(gòu)示意圖框圖； 圖4為本發(fā)明子處理器的機(jī)械結(jié)構(gòu)示意圖； 圖5本發(fā)明子處理器機(jī)械結(jié)構(gòu)A-A向、B-B向、C-C向剖視具體實(shí)施例方式
以下所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施案例，并不因此而限定本發(fā)明的權(quán)利保護(hù)范圍。
首先，見圖l所示本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足之處而提供一種
新型多傳感器系統(tǒng)，尤其是涉及油田智能井/管線連續(xù)或點(diǎn)監(jiān)測的傳感器系統(tǒng)。它具有結(jié)構(gòu)簡單緊湊、檢測和處理迅速、準(zhǔn)確，分辨率高，可靠性高，生產(chǎn)過程安全等優(yōu)點(diǎn)。為實(shí)現(xiàn)這
些目的，見圖1、本發(fā)明研制出一種多傳感器系統(tǒng)，尤其是涉及油田智能井/管線連續(xù)或點(diǎn)監(jiān)測的傳感器系統(tǒng)。它包括有測控現(xiàn)場和中央處理器兩部分測控現(xiàn)場部分包括檢測某點(diǎn)或?qū)用婕坝邢薅蔚亩鄩毫?10——19)、流量(20——29)、溫度等傳感器(30——39)、子處理器(MCU) (NO——N9)、節(jié)點(diǎn)處理器(DSP) (40)、執(zhí)行器(50)、信道(60);中央處理器部分包括中央驅(qū)動接口 (70)、中央處理器(PC) (80)、繼電器(90)、變頻-回饋模塊(100) 、GPS接口 (110)，協(xié)處理器(N10)、工況檢測傳感器(120)和泵況檢測傳感器(130)等。節(jié)點(diǎn)處理器(包括協(xié)處理器)通過信道和中央處理器連接并協(xié)同工作，信道由無線通訊、光釬或電纜來完成。 其中，多傳感器系統(tǒng)的中央處理器(80)，它是本系統(tǒng)的決策控制核心，見圖l，由于子處理器(NO——N9)、包括協(xié)處理器(N10)、節(jié)點(diǎn)處理器(DSP) (40)以及中央處理器(PC)(80)都裝載有相應(yīng)的處理管理軟件，各傳感器的信號經(jīng)由子處理器(NO——N9)、節(jié)點(diǎn)處理器(DSP) (40)后經(jīng)信道(60)送入到中央處理器、中央處理器經(jīng)過融合、優(yōu)化、修正等措施、將決策信息經(jīng)過編碼送入到相應(yīng)的執(zhí)行或控制模塊，實(shí)現(xiàn)油田的"三況"、"三抽"和"變頻_回饋"的優(yōu)化措施，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)能和電能的合理配置。對增加的其它層位的檢測子處理器可通過(NO)——(N9)接入到節(jié)點(diǎn)處理器接口 (40)上，該節(jié)點(diǎn)處理器通過信道與中央處理器連接，經(jīng)過處理就呈現(xiàn)出該井的狀態(tài)信息， 一個(gè)區(qū)塊油田將各節(jié)點(diǎn)組織起來，實(shí)現(xiàn)油田局部網(wǎng)絡(luò)化，即智能井。 其中，一種多傳感器系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)處理器DPS(40)，采用TMS320F2812數(shù)字信號處理器。利用其先進(jìn)的內(nèi)部和外設(shè)結(jié)構(gòu)使得該處理器特別適合各子處理器的協(xié)調(diào)、電器及其運(yùn)動狀態(tài)的控制，實(shí)現(xiàn)了單片控制器系統(tǒng)(SOC)。它將單口井不同層位的傳感信息進(jìn)行編碼調(diào)制栽入信道；同時(shí)，通過建立專家決策系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的最優(yōu)控制。 其中，一種多傳感器系統(tǒng)現(xiàn)場部分的子處理器(MCU):見圖2，它負(fù)責(zé)某點(diǎn)或面的現(xiàn)場監(jiān)測和控制，它由傳感器模塊(N02)、微處理器模塊(N01)、繼電器模塊(N04)、控制器模塊(N05)、FLASH模塊(N06)和I2C總線傳輸模塊(N03)組成。由于檢測點(diǎn)或?qū)用娼橘|(zhì)處于動態(tài)的未知性和時(shí)變性，系統(tǒng)對其相關(guān)修正變量設(shè)置有充分的接口 (10)——(30)。。。，各傳感器可通過相應(yīng)接口與子處理器連接，反映該井層的信息。其特征在于，現(xiàn)場部分的子處理器(MCU)負(fù)責(zé)某點(diǎn)或面的現(xiàn)場監(jiān)測和控制，其前端設(shè)置有多傳感器，各檢測點(diǎn)或面的子系統(tǒng)通過TPS協(xié)議接口并接后和節(jié)點(diǎn)處理器連接，節(jié)點(diǎn)處理器通過信道遠(yuǎn)距離和中央處理器連接并協(xié)同工作，信道可由無線通訊、光纖或電纜完成。 其中，所述一種多傳感器系統(tǒng)的協(xié)處理器(N10)，見圖3，用它將"工況"檢測傳感器(120)和"泵況"檢測傳感器(130)的檢測信息與信道傳回的"井況"信息共同送給中央處理器融合，形成"三況合一"，再結(jié)合GPS(llO)同步及調(diào)頻——饋電模塊(100)測控，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)能和電能的合理配置。 其次，見圖4、5，一種多傳感器系統(tǒng)的前置傳感器結(jié)構(gòu)，由于檢測需要而必須和當(dāng)前被測介質(zhì)接觸，該子處理器前端的傳感器敏感部位分別被設(shè)計(jì)于相互隔離的腔體外，在嵌套入管道內(nèi)的左側(cè)流體通道(3)與右側(cè)流體通道(5)中和介質(zhì)接觸，而PCB板和傳感器引線則被置腔體內(nèi)，被測介質(zhì)在其管道流通。各檢測點(diǎn)或面的子系統(tǒng)通過信道接口 (6)采用TPS協(xié)議和節(jié)點(diǎn)處理器(40)進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊。 再如前所述一種多傳感器系統(tǒng)中的多傳感器，其特征在于，檢測某點(diǎn)或?qū)用婕坝邢薅蔚亩鄩毫?10——19)、流量(20——29)、溫度等傳感器(30——39)，由于工作環(huán)境和空間的限制所選傳感器必須超小且節(jié)電。GENova Sensor的NPI系列傳感器是在NPP系列基礎(chǔ)之上發(fā)展的高溫高壓專用傳感器，其體積為16mmX8mmX3mm(含引腳)，且集溫度、壓力、電壓3種傳感器和ASIC(專用集成電路)控制器于一體，由一塊帶有大量外圍器件的RISC(精簡指令集計(jì)算機(jī))核心模塊組成，開發(fā)后可直接將微控制器C)程序通過編程器裝載于EPROM中。可測量壓力(P)、溫度(T)和電池電壓(U)。傳感器內(nèi)的單片機(jī)負(fù)責(zé)信號的測量及發(fā)送，共同與子處理中的各路信息融合。其中，溫度傳感器設(shè)計(jì)在ASIC電路中，并具有與絕對溫度成比例(PTAT)的特性。流量傳感器包括有檢測頭(Al)和轉(zhuǎn)子(A2)，主要完成經(jīng)過油管的流量檢測。其關(guān)鍵部位是檢測探頭(Al)，經(jīng)反復(fù)實(shí)驗(yàn)和技術(shù)論證采用了最新的釤鈷(SM-Co)磁鋼代替常規(guī)的鋁鎳鈷磁鋼，解決了常規(guī)的轉(zhuǎn)子流量計(jì)無法在高溫井下連續(xù)工作的技術(shù)難題。其它傳感器則依據(jù)需要追加，如水份，密度，另有專利敘述。
如前所述一種多傳感器系統(tǒng)的子處理器部分的機(jī)械結(jié)構(gòu)，包括主體支架(1)、信道護(hù)蓋(2)、左側(cè)流體通道(3)、保護(hù)管(4)、右側(cè)流體通道(5)、信道接口 6、壓力傳感器(7)、流量傳感器(Al)、轉(zhuǎn)子總成成(A2)、定位螺釘(Bl)、密封塞(B2)、密封做孔(B3)、雙密封膠圈(B4、 B5)、螺釘墊圈(B6、 B7) 、 PCB板(B8、 B9、 B10)。見圖4、5，其特征在于主體支架(1)為該子系統(tǒng)的骨架，被加工成中孔的管件，被測流體從孔內(nèi)流通，骨架按國產(chǎn)平式油管螺紋21/2的連接要求，左側(cè)被加工成油管錐形母螺扣、右側(cè)被加工成油管錐形公螺扣，中部與保護(hù)管形成的空間將PCB和傳感器引線緊固其中，傳感器的敏感部位被設(shè)計(jì)成與內(nèi)孔連通，當(dāng)被測介質(zhì)在其孔內(nèi)流通時(shí)，就可以完全檢測其狀況。針對某油氣曾，將該子系統(tǒng)被串接在油管之間或油管和其他裝置之間時(shí)，就可完成在線檢測，如接上執(zhí)行器(油嘴或電磁閥)，就可進(jìn)行流體控制。對單口井而言(一個(gè)節(jié)點(diǎn))，根據(jù)油層需要，可連接若干個(gè)子系統(tǒng)。通常，為了提高其密封的可靠性，要求內(nèi)腔能承受30MPa的壓力差和20噸的軸向拉力。 如前所述一種多傳感器系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)處理器(40)軟件，本發(fā)明所采用的"和諧"式
多傳感器融合技術(shù)，在競爭和互補(bǔ)的基礎(chǔ)上分析多個(gè)傳感器所采集信息的次優(yōu)方案，進(jìn)行
合成，形成對但口井產(chǎn)層或注入層流體特征的綜合描述，預(yù)測出該層位的儲能和產(chǎn)量，通過
這種方法探測的地質(zhì)環(huán)境信息具有很強(qiáng)的冗余性、互補(bǔ)性和實(shí)時(shí)性等特點(diǎn)。 如前所述一種多傳感器系統(tǒng)的中央處理器(80)軟件所采用的貝葉斯方法建模，
對系統(tǒng)多傳感器狀態(tài)進(jìn)行適時(shí)檢測，分析所觀測到的信息，完成對某一實(shí)際的待檢狀態(tài)的
明確診斷，提高系統(tǒng)的可靠性，實(shí)現(xiàn)優(yōu)化控制。
權(quán)利要求
本發(fā)明涉及一種多傳感器系統(tǒng)，尤其是涉及油田智能井/管線連續(xù)或點(diǎn)監(jiān)測的傳感器系統(tǒng)。它包括有測控現(xiàn)場和中央處理器兩部分測?？噩F(xiàn)場部分包括檢測某點(diǎn)或?qū)用婕坝邢薅蔚亩鄩毫?10——19)、流量(20——29)、溫度等傳感器(30——39)、子處理器(MCU)(N0——N9)、節(jié)點(diǎn)處理器(DSP)(40)、執(zhí)行器(50)、信道(60)；中央處理器部分包括中央驅(qū)動接口(70)、中央處理器(PC)(80)、繼電器(90)、變頻-回饋模塊(100)、GPS接口(110)，協(xié)處理器(N10)、工況檢測傳感器(120)和泵況檢測傳感器(130)等。節(jié)點(diǎn)處理器(包括協(xié)處理器)通過信道和中央處理器連接并協(xié)同工作，信道由無線通訊、光釬或電纜來完成。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多傳感器系統(tǒng)，其特征在于中央處理器(80)是決策 控制核心，由于子處理器(NO——N9)、包括協(xié)處理器(N10)、節(jié)點(diǎn)處理器(DSP) (40)以及中 央處理器(PC) (80)都裝載有相應(yīng)的處理管理軟件，各傳感器的信號經(jīng)由子處理器(NO—— N9)、節(jié)點(diǎn)處理器(DSP) (40)后經(jīng)信道(60)送入到中央處理器、中央處理器經(jīng)過融合、優(yōu)化、 修正等措施、將決策信息經(jīng)過編碼送入到相應(yīng)的執(zhí)行或控制模塊，實(shí)現(xiàn)油田的"三況"、"三 抽"和"變頻-回饋"的優(yōu)化措施，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)能和電能的合理配置。對增加的其它層位的檢測 子處理器可通過(NO)——(N9)接入到節(jié)點(diǎn)處理器接口 (40)上，該節(jié)點(diǎn)處理器通過信道與 中央處理器連接，經(jīng)過處理就呈現(xiàn)出該井的狀態(tài)信息， 一個(gè)區(qū)塊油田將各節(jié)點(diǎn)組織起來，實(shí) 現(xiàn)油田局部網(wǎng)絡(luò)化，即智能井。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多傳感器系統(tǒng)，其特征在于節(jié)點(diǎn)處理器DPS(40)，采用 TMS320F2812數(shù)字信號處理器。利用其先進(jìn)的內(nèi)部和外設(shè)結(jié)構(gòu)使得該處理器特別適合各子 處理器的協(xié)調(diào)、電器及其運(yùn)動狀態(tài)的控制，實(shí)現(xiàn)了單片控制器系統(tǒng)(SOC)。它將單口井不同 層位的傳感信息進(jìn)行編碼調(diào)制栽入信道；同時(shí)，通過建立專家決策系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的最優(yōu)控 制。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種多傳感器系統(tǒng)，其特征在于，現(xiàn)場部分的子處理器(MCU) 負(fù)責(zé)某點(diǎn)或面的現(xiàn)場監(jiān)測和控制，它由傳感器模塊(N02)、微處理器模塊(N01)、繼電器模 塊(N04)、控制器模塊(N05) 、 FLASH模塊(腦)和I2C總線傳輸模塊(N03)組成。由于檢 測點(diǎn)或?qū)用娼橘|(zhì)處于動態(tài)的未知性和時(shí)變性，系統(tǒng)對其相關(guān)修正變量設(shè)置有充分的接口 (10)——(30)。。。，各傳感器可通過相應(yīng)接口與子處理器連接，反映該井層的信息。其特征 在于，現(xiàn)場部分的子處理器(MCU)負(fù)責(zé)某點(diǎn)或面的現(xiàn)場監(jiān)測和控制，其前端設(shè)置有多傳感 器，各檢測點(diǎn)或面的子系統(tǒng)通過TPS協(xié)議接口并接后和節(jié)點(diǎn)處理器連接，節(jié)點(diǎn)處理器通過 信道遠(yuǎn)距離和中央處理器連接并協(xié)同工作，信道可由無線通訊、光纖或電纜完成。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種多傳感器系統(tǒng)，其特征在于，協(xié)處理器(N10)將"工況" 檢測傳感器(120)和"泵況"檢測傳感器(130)的檢測信息與信道傳回的"井況"信息共同 送給中央處理器融合，形成三況合一，再結(jié)合GPS(llO)同步及調(diào)頻——饋電模塊(100)測 控，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)能和電能的合理配置。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種多傳感器系統(tǒng)的前置傳感器結(jié)構(gòu)，其特征在于，見圖4、5， 由于檢測需要而必須和當(dāng)前被測介質(zhì)接觸，該子處理器前端的傳感器敏感部位分別被設(shè)計(jì) 于相互隔離的腔體外，在嵌套入管道內(nèi)的左側(cè)流體通道(3)與右側(cè)流體通道(5)中和介質(zhì) 接觸，而PCB板和傳感器引線則被置腔體內(nèi)，被測介質(zhì)在其管道流通。各檢測點(diǎn)或面的子系 統(tǒng)通過信道接口 (6)采用TPS協(xié)議和節(jié)點(diǎn)處理器(40)進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊。
7. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種多傳感器系統(tǒng)，由于前置傳感器(10——39)，作為應(yīng)用之一的壓力(10)、流量(20)、溫度(30)。。。等傳感器，見圖3，需要和當(dāng)前被測介質(zhì)接觸，該 子處理器和傳感器部分分別設(shè)計(jì)于相互經(jīng)高壓隔離的中空腔內(nèi)外，介質(zhì)在其內(nèi)管道流通， 各檢測點(diǎn)或面的子系統(tǒng)通過TPS協(xié)議接口共同和節(jié)點(diǎn)處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊。由于工作環(huán)境 和空間的限制所選傳感器必須超小且節(jié)電。GENova Sensor的NPI系列傳感器是在NPP系 列基礎(chǔ)之上發(fā)展的高溫高壓專用傳感器，其體積為16mmX8mmX3mm(含引腳)，且集溫度、 壓力、電壓3種傳感器和ASIC(專用集成電路)控制器于一體，由一塊帶有大量外圍器件的 RISC(精簡指令集計(jì)算機(jī))核心模塊組成，開發(fā)后可直接將微控制器(P C)程序通過編程器 裝載于EPROM中?？蓽y量壓力(P)、溫度(T)和電池電壓(U)。傳感器內(nèi)的單片機(jī)負(fù)責(zé)信 號的測量及發(fā)送，共同與子處理中的各路信息融合。其中，溫度傳感器設(shè)計(jì)在ASIC電路中， 并具有與絕對溫度成比例(PTAT)的特性。流量傳感器包括有檢測頭(Al)和轉(zhuǎn)子(A2)，主 要完成經(jīng)過油管的流量檢測。其關(guān)鍵部位是檢測探頭(Al)，經(jīng)反復(fù)實(shí)驗(yàn)和技術(shù)論證采用了 最新的釤鈷(SM-Co)磁鋼代替常規(guī)的鋁鎳鈷磁鋼，解決了常規(guī)的轉(zhuǎn)子流量計(jì)無法在高溫井 下連續(xù)工作的技術(shù)難題。其它傳感器則依據(jù)需要追加，如水份，密度，另有專利敘述。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多傳感器系統(tǒng)，其特征在于應(yīng)用之一的子處理器部分的 結(jié)構(gòu)包括主體支架(1)、信道護(hù)蓋(2)、左側(cè)流體通道(3)、保護(hù)管(4)、右側(cè)流體通道(5)、 信道接口 6、壓力傳感器(7)、流量傳感器(Al)、轉(zhuǎn)子總成成(A2)、定位螺釘(Bl)、密封塞(B2)、密封做孔(B3)、雙密封膠圈(B4、B5)、螺釘墊圈(B6、B7)、PCB板(B8、 B9、B10)。見圖3、4，其特征在于主體支架(1)為該子系統(tǒng)的骨架，被加工成中孔的管件， 被測流體從孔內(nèi)流通，骨架按國產(chǎn)平式油管螺紋21/2的連接要求，左側(cè)被加工成油管錐形 母螺扣、右側(cè)被加工成油管錐形公螺扣，中部與保護(hù)管形成的空間將PCB和傳感器引線緊 固其中，傳感器的敏感部位被設(shè)計(jì)成與內(nèi)孔連通，當(dāng)被測介質(zhì)在其孔內(nèi)流通時(shí)，就可以完全 檢測其狀況。針對某油氣曾，將該子系統(tǒng)被串接在油管之間或油管和其他裝置之間時(shí)，就可 完成在線檢測，如接上執(zhí)行器(油嘴或電磁閥)，就可進(jìn)行流體控制。對單口井而言(一個(gè) 節(jié)點(diǎn))，根據(jù)油層需要，可連接若干個(gè)子系統(tǒng)。通常，為了提高其密封的可靠性，要求內(nèi)腔能 承受30MPa的壓力差和20噸的軸向拉力。
9. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種多傳感器系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)處理器(40)軟件，本發(fā)明所采用的 "和諧"式多傳感器融合技術(shù)，在競爭和互補(bǔ)的基礎(chǔ)上分析多個(gè)傳感器所采集信息的次優(yōu)方 案，進(jìn)行合成，形成對單口井產(chǎn)層或注入層流體特征的綜合描述，預(yù)測出該層位的儲能和產(chǎn) 量，通過這種方法探測的地質(zhì)環(huán)境信息具有很強(qiáng)的冗余性、互補(bǔ)性和實(shí)時(shí)性等特點(diǎn)。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多傳感器系統(tǒng)，其特征在于中央處理器(80)軟件所 采用的貝葉斯方法建模，對系統(tǒng)多傳感器狀態(tài)進(jìn)行適時(shí)檢測，分析所觀測到的信息，完成對 某一實(shí)際的待檢狀態(tài)的明確診斷，提高系統(tǒng)的可靠性，實(shí)現(xiàn)優(yōu)化控制。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種多傳感器系統(tǒng)，尤其是涉及一種油田智能井/管線連續(xù)或點(diǎn)監(jiān)測控制的傳感器系統(tǒng)。它包括有現(xiàn)場測控和中央處理器兩部分其中，現(xiàn)場測控部分包括檢測某點(diǎn)或?qū)用婕坝邢薅蝺?nèi)的多壓力、流量、溫度等傳感器、子處理器(MCU)、執(zhí)行器、節(jié)點(diǎn)處理器、信道；其中，中央處理器部分包括中央驅(qū)動接口、中央處理器、繼電器、GPS接口、調(diào)頻—饋電模塊，協(xié)處理器，工況和泵況檢測傳感器等。本發(fā)明融合了多相流體的各種互補(bǔ)信息，用貝葉斯方法建立了多傳感器信息融合的數(shù)學(xué)模型，具有檢測信息的完整性、統(tǒng)一性和容錯(cuò)性等優(yōu)點(diǎn)。為油田智能井或輸送管線連續(xù)或點(diǎn)測多參量提供了一個(gè)行之有效的方法，功能可靠，適于推廣。
文檔編號G05B19/418GK101706650SQ20091000710
公開日2010年5月12日 申請日期2009年2月1日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月1日
發(fā)明者楊厚榮 申請人:楊厚榮