CN201130418Y - 一种智能无线位移载荷传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及油井数据采集传输装置；尤其是一种智能无线位移载荷传感器。由前端载荷位移量采集传输装置和后端接收及数据输出装置组成；该装置解决了油井示功图测量的难题，测量精度高，维修方便，具有抗干扰能力，能在油井复杂的电磁环境下稳定工作；又可与GPRS远传系统对接实现人机交互，由于结构紧凑、安装方便、能够适应室外恶劣环境，可在抽油机油井推广。

Description

一种智能无线位移载荷传感器

技术领域：

本实用新型涉及油井数据采集传输装置；尤其是一种智能无线位移载荷传感器。

背景技术：

目前，油井在进行动态分析时，对油井功图测量设备都采用分体式的方式进行测量，即位移传感器和载荷传感器分开安装，并且都通过有线的方式进行信号传递。测量手段和信号传输方式决定了现有技术存在以下不足：

1.设备构成复杂，安装环节多，有些设备的安装存在很大的安全隐患。目前传统的功图监测仪表由三部分组成：载荷传感器、位移传感器、后端采集模块。载荷和位移传感器分开放置，信号引进后端机箱需要拉很长的线，而且测量位移量的传感器安装在油井塔架上部，塔架很高，安装很不方便，攀爬时存在很大安全隐患。

2.设备维护成本高，维护难度大。由于信号引线采用的是拉线方式，引线一直随光杆上下往复运动，造成引线经常断裂，而且断裂经常发生在被外层保护套管的内部引线，所以就得更换整根连线，施工非常不便，也不安全。例如：辽河油田目前SAGD项目中安装的位移传感器在刮风的时候，平衡箱经常碰坏位移传感器(接近开关)，造成维护人员大部分的时间消耗在维护这些设备上，费时、费力、费经费。

3.测量精度不高。目前传统载荷位移传感器由于其测量方式的限制，其精度只能达到5％。严重影响了功图测量的准确性。

4.设备成本高。当前有些产品为了提高测量精度，在测量位移量上采用拉线式精密多圈电位器进行测量，电位器造价极其昂贵，而且使用寿命有限，需要经常更换，大大增加了设备的成本。

实用新型内容：

本实用新型的目的在于提供克服上述缺点而提供的一种智能无线位移载荷传感器，该装置克服了目前油井功图采集设备中存在设备成本高、测量精度低、结构复杂、安装施工困难、维护成本高、维护难度大等缺点，利用传感技术和无线通信技术实现位移和载荷一体化采集，并采用无线通信技术进行数据传输。

本实用新型技术方案。

为实现上述目的提出的任务，本装置是由前端载荷位移量采集传输装置和后端接收及数据输出装置组成；所述的前端载荷位移量采集传输装置是在金属体内装有一块集成电路板，上布有电池洪电、供电控制、载荷传感器信号采集单元、位移传感器信号采集单元、信号处理单元、A/D转换单元、微功耗CPU、无线通讯单元，所述的后端接收及数据输出装置是在一个带有面板指示器的盒体内，装有集成电路板，板面上布有GPRS远传系统、RS485通信单元、RS232通信单元、输出单元、微功耗CPU、无线通信单元、键盘显示及外扩存储单元。

前端载荷位移量采集传输装置与后端接收及数据输出装置用无线通讯单元对接。

本实用新型工作方式是这样的：

抽油机功图数据由传感器前端信号采集部分和后端信号采集部分共同完成。前端信号采集部分主要由微功耗CPU进行前端核心控制和运算完成对信号控制系统各单元位移和载荷信号的采集，通过载荷传感器采集抽油机载荷参数，通过位移传感器采集抽油杆位移参数，经过信号处理单元、A/D转换单元对位移和载荷两路信号放大处理完成A/D转换，再由无线通讯单元将采集到的位移和载荷信号发送到后端数据处理单元。

本实用新型与现有技术相比具有显著特点：

本实用新型由于采用了由前端载荷位移量采集传输装置以及后端接收及数据输出装置，在使用时可使油井的示功图测量更加方便，尤其是克服了原设备成本高、测量精度低、结构复杂、安装困难、维护难度大等缺点，另外本装置还具有设备测量精度高(能达到0.5％)、及设备抗干扰能力强、在油井复杂的电磁环境下能够非常稳定地工作、以及设备成本低特别只是同等精度产品的1/3。该产品体积小，安装极其简便；使用寿命长并具有很强的兼容性，能与GPRS远传系统对接及人机交互功能；数据备份功能，在GPRS远传系统故障情况下，可记录下2万幅功图数据。由于本实用新型采用了一体化设计，结构紧凑、安装方便、能够适应室外恶劣环境。

附图说明：

附图1是本实用新型的连接关系示意图。

附图2是本实用新型的前端载荷位移量采集传输装置电路方框图。

附图3是本实用新型的后端接收及数据输出装置电路方框图。

图中由1、载荷传感器信号采集单元，2、位移传感器信号采集单元，3、信号处理单元，4、A/D转换单元，5、微功耗CPU，6、无线通讯单元，7、供电控制，8、电池洪电，10、键盘显示单元，11、外扩存储器集成电路板，12、4-20MA输出单元，13、RS232通信单元，14、RS485通信单元，16、GPRS远传系统组成。

具体实施方式：

本实用新型由以下实施例给出，下面结合附图予以说明：

图1、2中，该装置是由金属盒体内装有的前端载荷位移量采集传输装置(17)和后端接收及数据输出装置(18)组成；工作时，由前端载荷位移量采集传输装置(17)安置在抽油机光杆位置，能随抽油机驴头活动；而后端接收及数据传输装置，安放到抽油机配电盘旁的机箱内。

所述的前端载荷位移量采集传输部分是在集成电路上布有载荷传感器信号采集单元1。该单元负责载荷和位移信号的获取、放大、滤波处理。本产品中考虑到供电系统低功耗的要求，所采用的载荷传感器与传统的载荷传感器信号不同，是非常微弱的毫伏级信号，要加入放大滤波措施，否则极易受外界环境和抽油机抖动的干扰。信号处理单元3。该单元是本产品的核心部分，集成了很多先进的算法，如基于增益调整策略的自适应调节算法，另外还加入了神经元网络算法。这些原始的计算方法因其运算复杂度高，需要消耗大量的单片机资源和电池能量资源，因此设计中结合单片机系统的特点对这些算法做了大量优化改进，提高其执行速度。该单元处理效果的好坏直接关系到测量精度，位移、载荷量达到了0.5％的精度，这一精度比原有系统5％精度有了很大提高。无线通信单元6。是通过433MHz的无线信号进行采集信号无线传输，信号传输稳定。目前在油井复杂的电磁环境下稳定通信距离达到100米，通信速率达到200Kbps，能保证数据准确可靠传输。电池供电8通过对系统软硬件结构合理选择，最终达到以很小的电池成本实现10~12个月的供电时间。微功耗CPU5能量管理单元。该单元负责能量的调节、计算和控制，并针对各种情况采取相应的供电策略，以达到省电及欠压报警的目的。

图3所述的后端接收及数据输出装置及数据输出装置是在一个带有面板指示器的盒体内装有集成电路板，板面上布有无线通信单元6

型号：XE1205。

功能：433MHz通信集成芯片，通信速率最高达到200K，通信距离达到100m。

键盘显示单元10

组成：ZLG7289，6只高亮数码管、4个按键，4个高亮LED灯。

功能：设置运行参数和显示运行状态

外扩存储器11

型号：K9S1208

参数：128MB存储空间

功能：备份功图数据。

4-20mA输出单元12

型号：AD421。

功能：完成电压信号到电流信号的转换，以便输出给GPRS远传系统。

RS232通信单元13

型号：MAX3232CSA

功能：完成UART的TTL电平到RS232电平转换，进行串口通信。

RS485通信单元14

型号：MAX3485

功能：完成UART的TTL电平到RS485电平的转换，进行串口通信。

微功耗CPU单元15

型号：MSP430

功能：后端平台的核心控制部分，控制通信单元接收数据、数据存储和输出。

GPRS远传系统16

功能：通过RS232、RS485，以及4-20mA信号接收功图数据，并通过中国移动的GPRS或者联通的CDMA把数据远传至中央控制主机。

本实用新型的使用方法是：油井抽油机停抽后，利用特制垫筒使抽油机悬绳器卸载，将位移载荷一体化传感器安装在悬绳器中间，确保传感器保持水平，启动抽油机使传感器加载后通过前端载荷位移量采集传输装置与后端接收及数据输出装置中的无线通讯单元6，便可连续测量抽油机示功图。

Claims (1)

1、一种智能无线位移载荷传感器，由前端载荷位移量采集传输装置(17)和后端接收及数据输出装置(18)组成；其特征在于：所述的前端载荷位移量采集传输装置(17)是在金属体内装有一块集成电路板，上布有电池供电(8)、供电控制(7)、载荷传感器信号采集单元(1)、位移传感器信号采集单元(2)、信号处理单元(3)、A/D转换单元(4)、微功耗CPU(5)、无线通讯单元(6)；所述的后端接收及数据输出装置(18)是在一个带有面板指示器的盒体内，装有集成电路板，板面上布有GPRS远传系统(16)、RS485通信单元(14)、RS232通信单元(13)、输出单元(12)、微功耗CPU(5)、无线通信单元(6)、键盘显示(10)及存储单元(11)。

前端载荷位移量采集传输装置(17)与后端接收及数据输出装置(18)彼此用无线通讯单元(6)对接。

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