CN102829911A - 一种抽油机示功仪 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种抽油机示功仪，所述示功仪包括利用摄像头测量油田抽油机位移的示功图采集设备，所述示功图采集设备包括负荷传感器、相连的A/D转换器、DSP数据处理器和无线数据通信模块，其中，所述示功图采集设备还包括位移传感器，所述位移传感器与所述负荷传感器安装在一起，并连接到所述A/D转换器；所述示功图采集设备还包括电源模块；所述示功仪还包括与所述示功图采集设备相连的计算机。本发明的采集设备具有准确率高、适用性强的优点，对于抽油机的任意幅度运作均能适用，而且安装方便，只需与负荷传感器安装在一起即可，使用方便，能长期在恶劣环境下运行。本发明的设备具有结构简单、易于制造和推广的有益效果。

Description

一种抽油机示功仪

【技术领域】

本发明涉及用于获得油田抽油机示功图的设备，特别是一种通过摄像头获得位移信息的示功图显示设备。

【技术背景】

示功图是由示功器记录获得，用于表示在压力(压强)-容积座标上的循环线图，该线图所围成的面积即为空压机——循环的全功。示功图可用于反映抽油机悬点载荷随其位移变化规律。

现有技术中，为了获得油田抽油机示功图，通常通过测量稠油偶记光杆的位移值和该位移值所对应的负荷。其中，现有的测量装置大多通过位移传感器测量光杆的位移值，或通过倾角传感器测量抽油机横梁角度的变化，通过角度变化值换算获得位移值。这两种测量手段各有利弊。其中，位移传感器大多采用拉线、霍尔和接近开关等方式，这些传感器有其不同缺陷，有的不适合长期固定在抽油机上，有的不能测量非匀速转动的抽油机，有的不适合油田抽油机的安装环境，有的则难以适应恶劣环境，还有的在抽油机非匀速转动时测量误差较大，不利于获得准确的测量值。而倾角传感器的设计则会一方面加大设备的数据换算、计算复杂度，另一方面倾角传感器往往由于其设备有效使用范围问题，当抽油机的横梁移动幅度过大或过小时都可能难以获得有效的测量值。

【发明内容】

本发明的目的是克服现有技术不足，提供一种能够简单而准确地获得油田抽油机位移信息的示功图采集设备，而且该设备应当具有适应性强、灵敏度高、结构简单、易于制造和使用的特点。

为了实现上述目的，本发明提供了一种抽油机示功仪，所述示功仪包括利用摄像头测量油田抽油机位移的示功图采集设备，所述示功图采集设备包括负荷传感器、与所述负荷传感器相连的A/D转换器，与所述A/D转换器相连的DSP数据处理器，与所述DSP数据处理器连接的无线数据通信模块，其中，所述示功图采集设备还包括位移传感器，所述位移传感器与所述负荷传感器安装在一起，并连接到所述A/D转换器；所述示功图采集设备还包括电源模块；所述示功仪还包括与所述示功图采集设备相连的计算机。

根据本发明的一种优选实施方式，所述无线数据通信模块是wifi通信模块和\或蓝牙通信模块。

优选地，所述DSP数据处理器包括相互电连接的CPU、数据采集存储单元和数据分析处理单元。

根据本发明的一种优选实施方式，所述示功图采集设备还包括与所述DSP数据处理器电连接的外围接口，所述外围接口包括usb接口、wifi接口。

根据本发明的一种优选实施方式，所述位移传感器是摄像头，所述摄像头优选地分辨率不小于640×480，采样频率不小于30fps。

以下将更详细的解释本发明的技术方案。

本发明提供了一种抽油机示功仪，所述示功仪包括显示设备和示功图采集设备。所述示功图采集设备利用摄像头测量油田抽油机位移，包括负荷传感器、与所述负荷传感器相连的A/D转换器，与所述A/D转换器相连的DSP数据处理器，与所述DSP数据处理器连接的无线数据通信模块，其中，所述示功图采集设备还包括摄像头，所述摄像头与所述负荷传感器安装在一起，并连接到所述A/D转换器；所述示功图采集设备还包括电源模块，电源模块用于对本采集设备内的所有用电组件供电。

负荷传感器应当安装在抽油机驴头下方，在抽油杆的压力作用下将传感器所受的压力转换成4-20mA电信号传送给A/D转换器，然后再传送给DSP，计算出负荷值。

根据数据采集和分析设备的常规技术选择，DSP数据处理器通常包括相互电连接的CPU、数据采集存储单元和数据分析处理单元。DSP数据处理器的设置、连接、程序烧录和器件选择属于本领域技术人员的公知常识，在本发明中不作赘述。

DSP数据处理器还应当具有外围接口，包括usb接口等。

为了使上述采集设备具有更好的便携性、数据传输便利性，无线数据通信模块可以选用wifi通信模块和\或蓝牙通信模块，实现数据的无线通信技术。

使用时，摄像头随抽油机的上下往复运动而运动，实时采集外部图像变化，根据所采集图像中的信息进行分析计算，得出当前的高度信息。系统利用以下公式计算精确位移：

在距地低点H1处摄像，所摄两个特征点的长度像数n1，

在距地高点H2处摄像，所摄两个特征点的长度像数n2，

在任意距离H处摄像，所摄长度像数n，

则：（n-n2）/（n1-n2）＝（H2-H）/（H2-H1）

如果设H1=0，H2=100，则H=100×(1－(n－n2)/（n1－n2）)

本发明的示功图采集设备将实时采集到的位移（高度）信息和负荷数据通过数据端口传送给上位机，上位机接收到后进行示功图显示、自动识别及三维立体图显示，并将数据存入数据库。

本发明的采集设备通过摄像头测量出实时位移值，能够实现对抽油机示功图的实时采集。由于位移数据是通过摄像头采集获得的，具有准确率高、适用性强的优点，对于抽油机的任意幅度运作均能适用，而且安装方便，只需与负荷传感器安装在一起即可，使用方便，能长期在恶劣环境下运行。本发明的设备具有结构简单、易于制造和推广的有益效果。

【附图说明】

图1为本发明的模块结构示意图。

【具体实施方式】

以下实施例用于非限制性地说明本发明的技术方案。本发明的保护范围由权利要求书限定。

一种利用摄像头测量油田抽油机位移的示功图采集设备，包括安装在抽油机驴头下方的悬臂梁式负荷传感器和摄像头、安装在壳体内与负荷传感器和摄像头分别相连的A/D转换器和DSP数据处理器，DSP数据处理器还连接了通信模块、蓝牙通信模块和usb接口，另外还设有电源模块以对所有用电组件供电。

所述示功图采集设备与计算机相连，所述计算机中安装有现有的上位机软件，具有图形判断、三维一体显示等功能。

在本实施例中，计算机采用具备WIFI功能的戴尔PP33L型计算机。单片机使用M3内核的STM32F103C8，该芯片资源丰富，内建RTC、12位ADC、UART、SPI、USB设备接口。

在抽油杆的压力作用下悬臂梁式负荷传感器将传感器所受的压力转换成4-20mA电信号传送给A/D转换器，然后再传送给DSP，计算出负荷值。

同时，摄像头随抽油机的上下往复运动而运动，实时采集外部图像变化，根据所采集图像中的信息进行分析计算，得出当前的高度信息。系统利用以下公式计算精确位移：

在距地低点H1处摄像，所摄两个特征点的长度像数n1，

在距地高点H2处摄像，所摄两个特征点的长度像数n2，

在任意距离H处摄像，所摄长度像数n，

则：（n-n2）/（n1-n2）＝（H2-H）/（H2-H1）

如果设H1=0，H2=100，则H=100×(1－(n－n2)/（n1－n2）)

然后，将实时采集到的位移（高度）信息和负荷数据通过数据端口传送给上位机，上位机接收到后进行示功图显示、自动识别及三维立体图显示，并将数据存入数据库。

当上位机软件接收到示功图数据后将示功图绘制成图形，同时上位机软件利用图像识别原理从样本示功图中查找出与当前示功图最相近的一个，则当前示功图的状态为最相近的示功图状态。此功能可避免操作人员人工从一堆样本中提取最相近的样本，节省工作量，并能提高样本提取的准确率。

用户可以根据需要对所有或某段时间之内的历史示功图进行回放，并以示功图的形成时间为z坐标画成三维立体图，可利用鼠标对立体图进行拖拽、翻转、放大、缩小操作。此功能可助操作人员分析示功图的变化趋势。

本发明的采集设备通过摄像头测量出实时位移值，能够实现对抽油机示功图的实时采集。由于位移数据是通过摄像头采集获得的，具有准确率高、适用性强的优点，对于抽油机的任意幅度运作均能适用，而且安装方便，只需与负荷传感器安装在一起即可，使用方便，能长期在恶劣环境下运行。本发明的设备具有结构简单、易于制造和推广的有益效果。

Claims (5)

1.一种抽油机示功仪，所述示功仪包括利用摄像头测量油田抽油机位移的示功图采集设备，所述示功图采集设备包括负荷传感器、与所述负荷传感器相连的A/D转换器，与所述A/D转换器相连的DSP数据处理器，与所述DSP数据处理器连接的无线数据通信模块，其特征在于所述示功图采集设备还包括位移传感器，所述位移传感器与所述负荷传感器安装在一起，并连接到所述A/D转换器；所述示功图采集设备还包括电源模块；所述示功仪还包括与所述示功图采集设备相连的计算机。

2.根据权利要求1所述的示功图采集设备，其特征在于所述无线数据通信模块是wifi通信模块和\或蓝牙通信模块。

3.根据权利要求1所述的示功图采集设备，其特征在于所述DSP数据处理器包括相互电连接的CPU、数据采集存储单元和数据分析处理单元。

4.根据权利要求1所述的示功图采集设备，其特征在于所述示功图采集设备还包括与所述DSP数据处理器电连接的外围接口，所述外围接口包括usb接口、wifi接口。

5.根据权利要求2所述的示功图采集设备，其特征在于所述位移传感器是摄像头。

Images