CN208587154U - 示功仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种示功仪。其中，该系统包括：载荷传感器，用于采集抽油机的载荷点的压力值；加速度传感器，用于采集上述抽油机的位移值；AD转换电路，与上述载荷传感器、上述加速度传感器连接，用于分别对接收到的上述压力值和上述位移值进行模数转换处理，得到压力信息和位移信息；处理器，与上述AD转换电路连接，用于接收上述AD转换电路传输的上述压力信息和上述位移信息；无线通信设备，与上述处理器连接，用于将上述压力信息和上述位移信息发送至数据中心。本实用新型解决了现有的示功仪获取抽油机的示功图的成本较高且数据传输不可靠，无法满足远传输距离和低功耗需求的技术问题。

Description

示功仪

技术领域

本实用新型涉及油田的示功仪领域，具体而言，涉及一种示功仪。

背景技术

现有技术中，大部分油田的示功图使用一个月一次的人工测量获得，少数自动化改造的油田设备则主要通过安装在井口的RTU设备对示功仪进行有线采集，或者基于ZigBee无线通讯的技术的方式进行无线采集。

现有技术中人工测得示功图的方式，需要人工对抽油机井的数据进行手工记录，层层传抄和上报，不仅工作量大，且易出现误差，而且数据易丢失、传递时间慢，导致决策人员根据存在误差的上报数据得到错误的判断，给出错误的调整方案。因此，现有的人工监测方式效率较低，不能做到实时准确监测，远远满足不了现场技术人员对抽油机井的示功图、电流图的需求，也不能适应油田生产发展的需要。

现有技术中的示功仪受到有线采集设备和无线通讯距离的限制，每个井口都需要安装RTU设备进行数据采集，并通过透传设备进行远距离的数据传输。因此，现有的采集方式不易于建设和部署，成本较高，无法实现直接回传数据，电池功耗偏大，无法满足油田自动化生产的需要。

针对上述现有的示功仪获取抽油机的示功图的成本较高且数据传输不可靠，无法满足远传输距离和低功耗需求的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

实用新型内容

本实用新型实施例提供了一种示功仪，以至少解决现有的示功仪获取抽油机的示功图的成本较高且数据传输不可靠，无法满足远传输距离和低功耗需求的技术问题。

根据本实用新型实施例的一个方面，提供了一种示功仪，包括：载荷传感器，用于采集抽油机的载荷点的压力值；加速度传感器，用于采集上述抽油机的位移值；AD转换电路，与上述载荷传感器、上述加速度传感器连接，用于分别对接收到的上述压力值和上述位移值进行模数转换处理，得到压力信息和位移信息；处理器，与上述AD转换电路连接，用于接收上述AD转换电路传输的上述压力信息和上述位移信息；无线通信设备，与上述处理器连接，用于将上述压力信息和上述位移信息发送至数据中心。

进一步地，上述示功仪还包括：太阳能电池组件，用于利用光电效应将太阳辐射能转换为电能；锂电池，与上述太阳能电池组件、上述处理器连接，用于采用上述电能为上述示功仪供电。

进一步地，上述示功仪还包括：存储器，与上述处理器连接，用于存储上述压力信息和上述位移信息。

进一步地，上述示功仪还包括：低通滤波器，与上述AD转换电路连接，用于对上述压力信息和上述位移信息进行滤波处理。

进一步地，上述载荷传感器的壳体形状为空心圆柱体，上述空心圆柱体内安装有用于检测上述抽油机的压力值的检测电路。

进一步地，上述示功仪还包括：盒体；上述载荷传感器与上述加速度传感器集成设置在上述盒体内部。

进一步地，上述处理器、上述无线通信设备、上述太阳能电池组件、上述锂电池以及上述存储器也集成设置在上述盒体内部。

进一步地，上述存储器为带电可擦可编程只读存储器EEPROM。

进一步地，上述示功仪还包括：异步传输标准接口RS-232，分别与上述处理器、上述无线通信设备连接，用于建立上述处理器和上述无线通信设备之间的连接关系。

进一步地，上述无线通信设备包括：无线数据收发器，上述无线数据收发器包括：天线，上述天线的外部设置有用于防腐蚀的绝缘套。

在本实用新型实施例中，通过载荷传感器，用于采集抽油机的载荷点的压力值；加速度传感器，用于采集上述抽油机的位移值；AD转换电路，与上述载荷传感器、上述加速度传感器连接，用于分别对接收到的上述压力值和上述位移值进行模数转换处理，得到压力信息和位移信息；处理器，与上述AD转换电路连接，用于接收上述AD转换电路传输的上述压力信息和上述位移信息；无线通信设备，与上述处理器连接，用于将上述压力信息和上述位移信息发送至数据中心。

由此，本申请实施例达到了采用示功仪同步测量抽油机的位移值与压力值，并采用无线数据传输技术，便于安装和使用的目的，从而实现了远距离无线传输和微功耗的技术效果，进而解决了现有的示功仪获取抽油机的示功图的成本较高且数据传输不可靠，无法满足远传输距离和低功耗需求的技术问题。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1是根据本实用新型实施例的一种示功仪的示意图；

图2是根据本实用新型实施例的一种可选的示功仪的示意图；

其中，上述附图包括以下附图标记：

10、载荷传感器；12加速度传感器；14、AD转换电路；16处理器；18、无线通信设备；20太阳能电池组件；22、锂电池；24、存储器。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本实用新型保护的范围。

首先，为方便理解本实用新型实施例，下面将对本实用新型中所涉及的部分术语或名词进行解释说明：

示功仪：用于测量油井抽油机载荷和冲程，并计算得出代表抽油机工况的示功图的仪器设备。

RTU：远程终端控制系统，是安装在远程现场的电子设备，用来监视和测量安装在远程现场的传感器和设备，负责对现场信号、工业设备的监控和控制。

载荷传感器：针对油田开采用采用机专门生产的一种测力传感器。

实施例1

根据本实用新型实施例，提供了一种示功仪的实施例，图1是根据本实用新型实施例的一种示功仪的示意图，如图1所示，该示功仪包括：

载荷传感器10，用于采集抽油机的载荷点的压力值；加速度传感器12，用于采集上述抽油机的位移值；AD转换电路14，与上述载荷传感器10、上述加速度传感器12连接，用于分别对接收到的上述压力值和上述位移值进行模数转换处理，得到压力信息和位移信息；处理器16，与上述AD转换电路14连接，用于接收上述AD转换电路传输的上述压力信息和上述位移信息；无线通信设备18，与上述处理器16连接，用于将上述压力信息和上述位移信息发送至数据中心。

需要说明的是，本申请实施例中的示功仪可以但不限于使用在油田、油井、供暖等输出管道和水井等场合中，以实现测量油井、油田等的抽油机载荷和冲程，并计算得出代表抽油机工况的示功图。

在一种可选的实施例中，上述载荷传感器10的壳体形状为空心圆柱体，上述空心圆柱体内安装有用于检测上述抽油机的压力值的检测电路。

可选的，上述空心圆柱体可以但不限于为带有弹性的圆柱体，该空心圆柱体内可以安装有上述检测电路(例如：惠斯登电桥检测电路),该检测电路可以对应变电阻进行精确测量。

在本申请实施例中，可以通过载荷传感器采集抽油机的载荷点的压力值，再将采集到压力值进行补偿调整后输送至A/D转换器的输入端，经A/D转换电路将对上述压力值进行数模转换处理得到的压力信息传送给处理器，处理器将上述压力信息进行加密处理后，通过RS232总线传输给无线通信设备，进而上述无线通信设备以无线的方式将上述压力信息发送至数据中心。

在本申请实施例中，上述加速度传感器可以但不限于为采用基于MEMS技术制作的加速度传感器，具备体积小、低功耗、易于集成等特点，通过加速度传感器采集抽油机的位移值，再将采集到位移值进行补偿调整后输送至A/D转换器的输入端，经A/D转换电路将对上述位移值进行数模转换处理得到的位移信息传送给处理器，处理器将上述位移信息进行加密处理后，通过RS232总线传输给无线通信设备，进而上述无线通信设备以无线的方式将上述位移信息发送至数据中心。

在本申请实施例中，上述无线通信设备可以但不限于采用LoraWAN通讯技术进行通信，采用LoRa无线通信技术，可以但不限于采用免许可频段，实现免费无线的通信，LoRa无线组网技术可以组成星形网络结构，具有安装工序简单、无需提前布线、组网灵活、通讯距离远(最大可达10km以上)、抗干扰能力强等优点，进而本申请实施例中的无线通信设备，可实现多设备间的数据透明双向传输，特别适用于现场无法供电且又需要数据进行实时传输的油田、油井、供暖等输出管道和水井等场合的巡回检测。

在本申请实施例中，上述A/D转换电路可以将电压信号进行模数转换；上述处理器CPU芯片可以实现示功仪中的采集、运算、通讯、休眠管理、电池管理等全部功能。并且，本申请实施例中的处理器可以采用自动调节间歇休眠的方式，处理器的大部分时间处于休眠状态，极少的工作时间在全速运行，大大减少了处理器运行带来的功耗。

作为一种可选的实施例，上述示功仪可以采用微功耗电路设计技术进行设计，处理器在正常情况下具有极低的工作电流和微小的休眠状态电流，其接收电流仅为10mA，睡眠电流低至200nA，各个传感器电路在不采集数据时自动关闭，无线通信设备(可以包括：基于LoRa扩频通信技术的无线数据传送模块)在不通讯时处于休眠模式，上述措施都是为了节省用电量，延长电池的使用寿命。

在一种可选的实施例中，上述示功仪还包括：异步传输标准接口RS-232，分别与上述处理器、上述无线通信设备连接，用于建立上述处理器和上述无线通信设备之间的连接关系。

在一种可选的实施例中，上述无线通信设备包括：无线数据收发器，上述无线数据收发器包括：天线，上述天线的外部设置有用于防腐蚀的绝缘套。

在本申请实施例中，上述无线通信设备中设置有基于LoRa扩频通信技术的无线数据传送模块，例如：RHF76-052AM通信模块，其具备远距离、低功耗的特点，其睡眠电流低至1.45uA，采用434MHz/470MHz频段。并且，本申请实施例中的示功仪优选使用低成本、高度集成的收发器，例如，低功耗无线应用设计的LoRa无线数据收发器，并在收发器的天线的外部设置防腐蚀绝缘套。

基于本申请上述实施例，上述基于LoRa扩频通信技术的无线数据传送模块使用扩频调制技术，可解调低于20dB的噪声，同时提高了网络效率并消除干扰，大大改善了模块接收数据的灵敏度，较高的链路预算使其通信距离在建筑密集的城市环境可以达2公里左右，而在密度较低的郊区，通信距离可达10公里。

并且，由于LoRa扩频通信技术实现的通信距离比其他无线协议都要远得多，使得在较大范围内只使用一个网关即可连接区域内所有终端，从而大大降低了组网成本。

在本实用新型实施例中，通过载荷传感器，用于采集抽油机的载荷点的压力值；加速度传感器，用于采集上述抽油机的位移值；AD转换电路，与上述载荷传感器、上述加速度传感器连接，用于分别对接收到的上述压力值和上述位移值进行模数转换处理，得到压力信息和位移信息；处理器，与上述AD转换电路连接，用于接收上述AD转换电路传输的上述压力信息和上述位移信息；无线通信设备，与上述处理器连接，用于将上述压力信息和上述位移信息发送至数据中心。

由此，本申请实施例达到了采用示功仪同步测量抽油机的位移值与压力值，并采用无线数据传输技术，便于安装和使用的目的，从而实现了远距离无线传输和微功耗的技术效果，进而解决了现有的示功仪获取抽油机的示功图的成本较高且数据传输不可靠，无法满足远传输距离和低功耗需求的技术问题。

在一种可选的实施例中，图2是根据本实用新型实施例的一种可选的示功仪的示意图，如图2所示，上述示功仪还包括：太阳能电池组件20和锂电池22，其中：

太阳能电池组件20，用于利用光电效应将太阳辐射能转换为电能；锂电池22，与上述太阳能电池组件20、处理器16连接，用于采用上述电能为上述示功仪供电。

可选的，上述太阳能电池组件可以为太阳能板(太阳能电池板)；作为一种可选的实施例，上述太阳能电池组件可以安装在示功仪的壳体或盖体的顶部，用于利用光电效应将太阳辐射能转换为电能，并将上述电能输出至锂电池中，由锂电池为上述示功仪进行充电。

本申请实施例中，上述示功仪的电源采用高性能锂亚电池和太阳能板分别进行放电与充电，可长期免维护独立工作在野外。

本申请实施例所提供的示功仪采用高性能锂亚电池的供电方式，并采用低工作电流和极微小休眠状态电流的低功耗设计，传感器电路在不采集数据时自动关闭，无线通信设备在不通讯时处于休眠模式，从而延长锂电池的使用寿命，并且无需安装信号线和电源线，一节锂电池可连续工作12个月左右，同时太阳能电池组件无间断为上述锂电池进行充电，可以实现使用中的“零维护”。

在一种可选的实施例中，如图2所示，上述示功仪还包括：存储器24，与上述处理器连接，用于存储上述压力信息和上述位移信息。

在另一种可选的实施例中，上述示功仪还包括：信号调整模块，与上述无线通信设备连接，用于调整上述无线通信设备的无线信号。

在本申请实施例中，处理器还连接有信号调整模块、实时时钟模块以及存储器等，其中，上述信号调整模块可以用于调整上述无线通信设备的无线信号；

在一种可选的实施例中，上述存储器可以为存储芯片，例如，可以为带电可擦可编程只读存储器EEPROM，用于存储上述压力信息和上述位移信息。

在一种可选的实施例中，上述示功仪还包括：低通滤波器，与上述AD转换电路连接，用于对上述压力信息和上述位移信息进行滤波处理。

在上述可选的实施例中，上述A/D转换电路的外围设置有由电阻和电容组成的低通滤波器，上述低通滤波器可以滤除压力信息和上述位移信息中的高频噪声信号，提高数据的精度。

在一种可选的实施例中，上述示功仪还包括：盒体；上述载荷传感器与上述加速度传感器集成设置在上述盒体内部。

在上述可选的实施例中，可以但不限于将加速度传感器和载荷传感器集成在一个结构里，例如，上述载荷传感器与上述加速度传感器集成设置在上述示功仪的盒体内部，形成无线一体化示功仪，实现位移值与压力值的同步测量。

在一种可选的实施例中，上述处理器、上述无线通信设备、上述太阳能电池组件、上述锂电池以及上述存储器也集成设置在上述盒体内部。

为提高上述示功仪的一体化集成度，本申请实施例还可以将上述载荷传感器、上述加速度传感器、上述处理器、上述无线通信设备、上述太阳能电池组件、上述锂电池、上述存储器等均集成设置在上述盒体内部。

作为一种可选的实施例，上述示功仪在上电之后进行硬件初始化，调试串口配置指令，功图进行参数配置功能；之后无线LoRa模块进行初始化并发出加入网络指令，等待服务器回复调整时间和校准时间指令，如果收到回复并校准成功将进行发送常规数据包的行为，如果未收到回复则休眠10秒后再次请求服务器调整、校准时间，10个短休眠周期无回复，进入最大休眠时间，之后再次进行重新入网。

开始正常入网并校准时间后，发送心跳包给服务器等待服务器下发采集指令，收到服务器指令后解析并执行指令，执行完毕后进入周期休眠；若没有收到指令则判断是否发送心跳超过3次，未超过3次则继续发送心跳，超过3次则进入周期休眠。休眠结束后自我唤醒继续发送常规数据包给服务器等待回复。

从以上的描述中，可以看出，本实用新型上述的实施例实现了如下技术效果：本申请实施例提供了一种基于LoRa扩频通信技术的微功耗一体化示功仪，改变了以往关于传输距离与功耗的折衷考虑方式，使其具备成本低、传输距离远、电池寿命长、节点容量大、稳定性高、数据传输可靠的特点，从而克服低功耗广域网产生之前，物联网无线技术远距离和低功耗两者之间只能择一且中继成本高的技术问题。

需要说明的是，本申请中的图1至图2中所示的示功仪的具体结构仅是示意，在具体应用时，本申请中的示功仪可以具有比图1至图2所示的示功仪多或少的结构。

上述本实用新型实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

在本实用新型的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种示功仪，其特征在于，包括：

载荷传感器，用于采集抽油机的载荷点的压力值；

加速度传感器，用于采集所述抽油机的位移值；

AD转换电路，与所述载荷传感器、所述加速度传感器连接，用于分别对接收到的所述压力值和所述位移值进行模数转换处理，得到压力信息和位移信息；

处理器，与所述AD转换电路连接，用于接收所述AD转换电路传输的所述压力信息和所述位移信息；

无线通信设备，与所述处理器连接，用于将所述压力信息和所述位移信息发送至数据中心。

2.根据权利要求1所述的示功仪，其特征在于，所述示功仪还包括：

太阳能电池组件，用于利用光电效应将太阳辐射能转换为电能；

锂电池，与所述太阳能电池组件、上述处理器连接，用于采用所述电能为所述示功仪供电。

3.根据权利要求2所述的示功仪，其特征在于，所述示功仪还包括：

存储器，与所述处理器连接，用于存储所述压力信息和所述位移信息。

4.根据权利要求1所述的示功仪，其特征在于，所述示功仪还包括：

低通滤波器，与所述AD转换电路连接，用于对所述压力信息和所述位移信息进行滤波处理。

5.根据权利要求1所述的示功仪，其特征在于，所述载荷传感器的壳体形状为空心圆柱体，所述空心圆柱体内安装有用于检测所述抽油机的压力值的检测电路。

6.根据权利要求3所述的示功仪，其特征在于，所述示功仪还包括：盒体；所述载荷传感器与所述加速度传感器集成设置在所述盒体内部。

7.根据权利要求6所述的示功仪，其特征在于，所述处理器、所述无线通信设备、所述太阳能电池组件、所述锂电池以及所述存储器也集成设置在所述盒体内部。

8.根据权利要求3所述的示功仪，其特征在于，所述存储器为带电可擦可编程只读存储器EEPROM。

9.根据权利要求1所述的示功仪，其特征在于，所述示功仪还包括：

异步传输标准接口RS-232，分别与所述处理器、所述无线通信设备连接，用于建立所述处理器和所述无线通信设备之间的连接关系。

10.根据权利要求1至9中任意一项所述的示功仪，其特征在于，所述无线通信设备包括：

无线数据收发器，所述无线数据收发器包括：天线，所述天线的外部设置有用于防腐蚀的绝缘套。