CN201347757Y - 油井低功耗无线压力传感器 - Google Patents

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张立
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张清志
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Abstract

本实用新型属油井运行参数测量设备领域，尤其涉及一种油井低功耗无线压力传感器，它包括：压力敏感元件、激励电路、信号调理部分、中央处理器及信号输出部分；所述激励电路的输出端接压力敏感元件的输入端；所述压力敏感元件的输出端接信号调理部分的输入端；所述中央处理器的端口分别接信号调理部分及信号输出部分的端口；所述信号输出部分包括RF收发器及天线匹配网络；所述RF收发器的端口接天线匹配网络的端口。本实用新型结构简单，成本低，功耗小，数据传输可靠，组网灵活，网络容量大，安全性高。

Description

油井低功耗无线压力传感器
技术领域
本实用新型属油井运行参数测量设备领域，尤其涉及一种用于油田等无人值守、高温高压危险环境及布线不便等工业现场运行参数的实时在线测量和输出的油井低功耗无线压力传感器。
背景技术
工业现场的数据采集、控制系统经过多年的发展，已经形成有线的4～20mA传输的模拟系统、模拟和数字兼容的Hart总线系统、数字的Profibus总线系统、PSTN公网加调制解调器的系统。无线的一般采用230～450MHz的公用频段的电台加数据调制解调器来实现。有线系统布线量较大，不适合距离较远的分散现场。无线电台加调制解调器的无线系统由于使用公用频段组建专用通讯网，组网成本高，容易受到干扰。
实用新型内容
本实用新型旨在克服现有技术的不足之处而提供一种结构简单，成本低，功耗小，数据传输可靠，组网灵活，网络容量大，安全性高的油井低功耗无线压力传感器。
为达到上述目的，本实用新型是这样实现的：
油井低功耗无线压力传感器，包括：压力敏感元件、激励电路、信号调理部分、中央处理器及信号输出部分；所述激励电路的输出端接压力敏感元件的输入端；所述压力敏感元件的输出端接信号调理部分的输入端；所述中央处理器的端口分别接信号调理部分及信号输出部分的端口；
来自压力敏感元件的电压变化信号经信号调理部分处理后送入中央处理器进行信号处理；
所述中央处理器采集分析数据并依相应规则经数字补偿成测量值后，再由信号输出部分进行信号传输。
作为一种优选方案，本实用新型所述信号输出部分包括RF收发器及天线匹配网络；所述RF收发器的端口接天线匹配网络的端口。
作为另一种优选方案，本实用新型还可设有温度敏感部分；所述温度敏感部分的端口接中央处理器的端口。
另外，本实用新型所述中央处理器可采用CC2430F128芯片。
其次，本实用新型所述RF收发器可采用2.4G无线接口且符合IEEE802.15.4标准。
再次，本实用新型所述RF收发器可采用2.4G无线接口且支持ZigBee无线网络协议。
本实用新型基于网络化数据采集、传输技术，采用近距离无线网络ZIGBEE设计，其具有低成本、低复杂度、低功耗、数据传输可靠、组网灵活、网络容量大、安全性高等优点。本实用新型具有压力、温度等模拟量输入、全封闭耐高温高压的外壳、支持IEEE802.15.4标准的ISM频段的无线接口、电池供电；支持ZigBee无线网络协议。本实用新型可以组建工业现场的数据无线测控系统。这种参数测量的优良方法有益于工业现场的工作人员，能够减轻他们的危险和工作负担。本实用新型将压力敏感元件和数据处理电路、RF收发、天线等组装在一个坚固的封闭壳体中，需要使用专用工具拆卸，可以保证耐高温高压、防水、防盗等无人值守的露天环境中可靠工作。安装简便，牢固可靠性高。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步描述。本实用新型的保护范围将不仅局限于下列内容的表述。
图1为本实用新型一种实施方式电路原理框图；
图2为本实用新型另一种实施方式电路原理框图；
图3为本实用新型中央处理器及输出部分具体电路原理图；
图4为本实用新型敏感元件及信号调理部分具体电路原理图；
图5为本实用新型电源滤波部分具体电路原理图。
具体实施方式
如图1、2所示，油井低功耗无线压力传感器，包括：压力敏感元件、激励电路、信号调理部分、中央处理器及信号输出部分；所述激励电路的输出端接压力敏感元件的输入端；所述压力敏感元件的输出端接信号调理部分的输入端；所述中央处理器的端口分别接信号调理部分及信号输出部分的端口；来自压力敏感元件的电压变化信号经信号调理部分处理后送入中央处理器进行信号处理；所述中央处理器采集分析数据并依相应规则经数字补偿成测量值后，再由信号输出部分进行信号传输；所述信号输出部分包括RF收发器及天线匹配网络；所述RF收发器的端口接天线匹配网络的端口；为增加使用功能，本实用新型还设有温度敏感部分；所述温度敏感部分的端口接中央处理器的端口。本实用新型所述中央处理器采用CC2430F128芯片，所述RF收发器采用2.4G无线接口且符合IEEE802.15.4标准，所述RF收发器采用2.4G无线接口且支持ZigBee无线网络协议。
在具体设计时，本实用新型包括主电路板，扩散硅压力敏感元件，温度敏感元件、电池和外壳组成，扩散硅压力敏感元件通过接插件焊接到主电路板，温度敏感元件安装在主电路板上，压力敏感元件经过输入处理电路接入CC2430处理芯片，提高了本设计的抗干扰性能。CC2430F128集成了符合IEEE802.15.4标准的RF收发器，通过天线完成数据传输。
如图3、图4及图5所示，来自压力敏感元件的输入信号经过J3，C27，C28组成的输入网络输入到U7进行信号调理，U7采用了高精度、低功耗、轨到轨输出的仪表放大器INA326，其中R20，R28，R29确定信号增益，R22，C19为滤波网络，经过滤波处理的信号输入到U4进行A/D转换，可参见图4。
U4为主处理芯片，Y2，C11，C12组成32MHz高频振荡电路，提供主工作频率，完成数据处理、协议处理、RF收发等工作，Y1，C1，C2组成32K低频振荡电路，提供休眠时钟，在此频率下工作器件功耗极低。L2，L3，L4，C15，C16，C17，C18组成天线匹配网络，E2为倒F型PCB天线，此天线集成到主电路板中，可参见图3。Q1，Q2，D2，R2，R4，R5，R6，R7，R8组成了敏感元件激励及信号调理供电电路，提供了电压、电流2种激励方式，可以通过U4控制，休眠时关闭以节约能量。图5为电源滤波部分。
本实用新型软件主要由硬件驱动模块，zigbee协议模块，数据处理及补偿模块，实时操作系统等组成，各任务由操作系统调度，上电后自动搜索可用网络，然后自动加入网络进行数据采集和传输，无需人员干预。本实用新型以5秒为周期采集处理数据，每个采集周期工作30毫秒，采用容量2100mAh的锂离子电池可以工作849天，实现了低功耗。
本实用新型外壳设计采用不锈钢材料为主体，顶盖部分采用高分子复合材料可以通过2.4GHz电磁波，整体密封，耐高温、高压、防水、防盗。
本实用新型支持无线网络，可取代原来油井应用的大量模拟仪表。安装后无需调试，可自动完成实时在线测量，在数百米范围内可传输现场采集到的各种工作状态信息。
本实用新型主要技术特征：测量范围0～60MPa、综合精度优于0.5％FS、工作温度-50℃～85℃、电池供电、工作频率2.4G ISM频段等完成有劲运行参数实时在线测量和输出；支持ZigBee协议。

Claims (6)

1、油井低功耗无线压力传感器，其特征在于，包括：压力敏感元件、激励电路、信号调理部分、中央处理器及信号输出部分；所述激励电路的输出端接压力敏感元件的输入端；所述压力敏感元件的输出端接信号调理部分的输入端；所述中央处理器的端口分别接信号调理部分及信号输出部分的端口；
来自压力敏感元件的电压变化信号经信号调理部分处理后送入中央处理器进行信号处理；
所述中央处理器采集分析数据并依相应规则经数字补偿成测量值后，再由信号输出部分进行信号传输。
2、按照权利要求1所述的油井低功耗无线压力传感器，其特征在于：所述信号输出部分包括RF收发器及天线匹配网络；所述RF收发器的端口接天线匹配网络的端口。
3、按照权利要求2所述的油井低功耗无线压力传感器，其特征在于：还设有温度敏感部分；所述温度敏感部分的端口接中央处理器的端口。
4、按照权利要求3所述的油井低功耗无线压力传感器，其特征在于：所述中央处理器采用CC2430F128芯片。
5、按照权利要求4所述的油井低功耗无线压力传感器，其特征在于：所述RF收发器采用2.4G无线接口且符合IEEE802.15.4标准。
6、按照权利要求4所述的油井低功耗无线压力传感器，其特征在于：所述RF收发器采用2.4G无线接口且支持ZigBee无线网络协议。
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