CN208900094U - 无线综合录井仪配套的绞车传感装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型给出了一种无线综合录井仪配套的绞车传感装置；包括转盘、传感器单元、控制单元和无线传输单元，转盘固定安装在绞车的绞盘转轴上，转盘端面上设有若干永磁体，传感器单元固定在转盘外侧位置，传感器单元采集转盘的永磁体发出的脉冲信号变为开关量信号，传感器单元与控制单元连接，控制单元将传感器单元采集的开关量信号计算得到绞车伸出或回缩距离的结果信号，无线传输单元用于将控制单元计算出的高度结果信号采用无线传输的方式发送至外部设备。该传感装置对绞车下放、提升高度的信号进行采集、处理，能够实时监测、感知和采集对象信息，对采集到的信息进行处理且无线传输。

Description

无线综合录井仪配套的绞车传感装置

技术领域

本实用新型涉及一种无线综合录井仪配套的绞车传感装置。

背景技术

绞车传感器是一种用于监测整个钻井过程中绞车轴转动所产生深度的传感器，是石油钻井过程中测量深度的传感器，现有的绞车传感器安装在绞车的绞盘转轴上，可以监测整个钻井过程中钻井的高度变化，从而得到当前的钻井深度，所以绞车传感器是油田钻、录井监测系统中的一个重要组成部分。

必须指出传统的有线录井方式，已经不能高效的支持现有的钻井技术，综合录井势必要走向无线低功耗的实现方式。目前采用简单的系统集成方式和已有的商用无线传输技术根本无法满足现场的实际需要，只有从传感器源头开始，到无线传输的所有环节，全部采用低功耗设计，但目前还没有厂商（包括国外著名品牌公司）能够突破该项技术；并且由于油田现场环境复杂恶劣，对于传感器的布线往往需要大量的时间和成本，现场电磁干扰严重，信号传输易受干扰，一旦设备位置改变或实际环境无法布线时，没有好的应对方案，而且现有的绞车传感器的选用的传感器类型和布置方式造成采集数据的精度较差。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种结构合理、方便安装、低功耗的无线综合录井仪配套的绞车传感装置。

为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种无线综合录井仪配套的绞车传感装置；

包括转盘、传感器单元、控制单元和无线传输单元，转盘固定安装在绞车的绞盘转轴上，转盘端面上设有若干永磁体，传感器单元固定在转盘外侧位置，传感器单元采集转盘的永磁体发出的脉冲信号变为开关量信号，传感器单元与控制单元连接，控制单元将传感器单元采集的开关量信号计算得到绞车伸出或回缩距离的结果信号，无线传输单元用于将控制单元计算出的高度结果信号采用无线传输的方式发送至外部设备。

采用这样的结构后，本无线综合录井仪配套的绞车传感装置可以准确感知对绞车下放、提升高度的信号，能够实时监测、感知和采集对象信息，对采集到的信息进行处理且无线传输。

本无线综合录井仪配套的绞车传感装置的控制单元具有低电压供电、低功耗等特点，同时自带信号处理功能，能同时采集模拟量与开关量信号，可同时兼容市场上的任何短距离无线RF模块，优点是实现了无线通信，实现了3.6V低电压供电，平均电流小于2mA的低功耗采集、处理、传输的功能。

本无线综合录井仪配套的绞车传感装置提供从传感器源头到无线传输的所有环节，全部采用低功耗无线数字化的压力传感装置，摆脱了原先录井现场布线困难、抗干扰能力差的窘境。

为了更清楚的理解本实用新型的技术内容，以下将本无线综合录井仪配套的绞车传感装置简称为本传感装置。

本传感装置的转盘外侧设有罩板，罩板与转盘之间设有轴承，罩板相对转盘不发生周向转动，传感器单元固定在罩板上；采用这样的结构后，罩板不仅可以保护转盘与其他机构发生干涉，也可以方便传感器单元的安装。

本传感装置的传感器单元包括信号调整模块、滤波模块、上拉电阻和两个霍尔传感器；

两个霍尔传感器并列布置，两个霍尔传感器处于转盘端面一侧，两个霍尔传感器将采集到的变化的磁场信号转化为数字开关量信号输出给信号调整模块，信号调整模块将数字电压信号调整后输出给滤波模块，滤波模块进行滤波后输出给上拉电阻，电压信号经过上拉电阻最后输出至控制单元。

采用这样的结构后，两个霍尔传感器可以不仅可以感知转盘转动的角度，还可以感知转盘的转动方向，进而区分绞车的下放或提升动作；并且霍尔传感器配合信号调整模块、滤波模块，把模拟信号变化为用于数据采集、控制过程、执行计算读出数字信号，另外为了降低外部噪音，还可以在电源与地之间增加滤波电容，并利用上拉电阻将输出电压信号通过电阻钳位在高电平位置。

本传感装置的控制单元还控制传感器单元、无线传输单元按时间信号进行工作或者休眠；采用这样的结构后，本压力传感装置可以在工作状态与休眠状态之间切换，降低整体功耗，而且实现本压力传感装置的高频响效果。

附图说明

图1是本传感装置实施例的结构示意图。

图2是本传感装置实施例罩板、安装板和传感器单元的示意图。

图3是本传感装置实施例的原理框图。

图4是本传感装置实施例传感器单元的电路原理框图。

具体实施方式

如图1至4所示

本传感装置包括罩板2、安装板3、转盘1、防爆壳体5、传感器单元、控制单元和无线传输单元。

转盘1固定安装在绞车的绞盘转轴上，转盘1端面上固定有十二个永磁体11，十二个永磁体11沿转盘1均匀圆周分布，罩板2固定在转盘1外侧，罩板2与转盘1之间通过轴承配合，罩板2相对转盘1不发生周向转动。

安装板3卡装在罩板2上，传感器单元布置在安装板3，传感器单元包括两个霍尔传感器(TMR传感器)、信号调整模块、滤波模块和上拉电阻R1、R2，两个霍尔传感器并列布置，两个霍尔传感器分别是第一霍尔传感器41和第二霍尔传感器42，两个霍尔传感器处于转盘1端面一侧，两个霍尔传感器对准转盘1的永磁体11。

传感器单元采集转盘1的永磁体11发出的脉冲信号变为开关量信号，两个霍尔传感器可以不仅可以感知转盘1转动的角度，还可以感知转盘1的转动方向。

传感器单元按预定位置有规律地布置在物体上，当装在转盘1上的永磁体11经过它时，测得脉冲信号，把第一霍尔传感器41和第二霍尔传感器42置于电场强度为E、磁场强度为H的电磁场中，则产生电流I，第一霍尔传感器41和第二霍尔传感器42上同时产生的电位差和电场强度E成正比，如果再测出该电磁场的磁场强度，则电磁场的功率密度瞬时值P可由P=EH确定。

信号调整模块将数字电压信号调整为带有杂波的矩形波，滤波模块滤除杂波然后输出给上拉电阻R1、R2，上拉电阻R1、R2将电压信号钳位在高电平位置。

控制单元包括单片机，传感器单元通过导线将开关量信号输送给单片机，将传感器单元采集的开关量信号计算得到绞车伸出或回缩距离的结果信号，单片机所有配置信号都是通过SPI接口传入无线模块，实现对无线数据传输模块的频段、通道、功率等配置。

无线传输单元采用443MHz的射频发射模块，用于将控制单元计算出的结果信号采用无线传输的方式发送出去。

控制单元和无线传输单元都设在防爆壳体5内部的空腔中，443MHz的射频发射模块的天线61伸出防爆壳体5外侧。

控制单元的单片机还控制传感器单元和无线传输单元按时间信号在单位时间内进行工作或者休眠，控制原理如下：单片机启动传感器单元，开关量信号传输至单片机，一段时间后（如100毫秒），传感器单元工作状态稳定后，启动无线数据传输模块，将单片机处理后的信号通过无线传输，采集一段时间（如100毫秒）的稳定信号后，单片机关闭传感器单元和无线传输单元，实现整个本传感装置的休眠（休眠时间可以是800毫秒），降低能耗，如此往复，使本压力传感装置具有高频响的优点。

本传感装置还包括电池供电单元，其利用锂电池3.6V接入稳压模块，然后通过升、降压转换成稳定的3.3V工作电压，为整个装置提供能量，可以在电池电压2.8~3.6V范围内提供稳定的3.3V，在电池电压即将低于2.8V时，单片机像上位机发出低电压报警，利用电池供电单元对本传感装置进行供电。

以上所述的仅是本实用新型的一种实施方式，应当指出，对于本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，还可以作出若干变型和改进，这些也应视为属于本实用新型的保护范围。

Claims (2)

1.一种无线综合录井仪配套的绞车传感装置，其特征为：

包括转盘、传感器单元、控制单元和射频发射模块，转盘固定安装在绞车的绞盘转轴上，转盘端面上设有若干永磁体，传感器单元固定在转盘外侧位置，传感器单元采集转盘的永磁体发出的脉冲信号变为开关量信号，传感器单元与控制单元连接，控制单元将传感器单元采集的开关量信号计算得到绞车伸出或回缩距离的结果信号，射频发射模块用于将控制单元计算出的高度结果信号采用无线传输的方式发送至外部设备；

所述传感器单元包括信号调整模块、滤波模块、上拉电阻和两个霍尔传感器；

两个霍尔传感器并列布置，两个霍尔传感器处于转盘端面一侧，两个霍尔传感器将采集到的变化的磁场信号转化为数字开关量信号输出给信号调整模块，信号调整模块将数字电压信号调整后输出给滤波模块，滤波模块进行滤波后输出给上拉电阻，电压信号经过上拉电阻最后输出至控制单元。

2.根据权利要求1所述的无线综合录井仪配套的绞车传感装置，其特征是：

转盘外侧设有罩板，罩板与转盘之间设有轴承，罩板相对转盘不发生周向转动，传感器单元固定在罩板上。