CN209799949U - 一种不停抽卡光杆激光式无线功图传感器 - Google Patents

Abstract

一种不停抽卡光杆激光式无线功图传感器，包括加速度传感器、无线通讯模块、硅蓝宝石传感器。壳体内有相邻的激光测距传感器和瞄准器。壳体背面有与激光测距传感器发收激光窗口、瞄准器发红色光束窗口对应的开槽口。激光测距传感器与主控CPU连接。在井口以下水平位置有反射板，反射板位于激光测距传感器和瞄准器下方。能在抽油机不停抽的情况下完成所有类型抽油机井的功图测试，解决了以往加速度卡光杆式功图传感器的局限，保留加速度型的所有功能，现场可通过主机灵活设定，做到了与加速度卡光杆式的完全兼容。具有多重保护措施，测试方便速度快、安全可靠精度高，大大减轻了测试人员的劳动强度，提高工作生产效率。

Description

一种不停抽卡光杆激光式无线功图传感器

技术领域

本实用新型涉及一种油田用功图测试传感器，特别是一种不停抽卡光杆激光式无线功图传感器，主要应用于油田低压测试领域。

背景技术

在油田开发生产过程中，抽油机井工况诊断主要依据功图数据进行分析，功图是由抽油井光杆载荷和位移两项同步实时测试数据绘制出闭合曲线而得。考虑油田现场功图测试的安全性及便捷性，目前油田已大量涌入并使用不停抽的卡光杆式无线功图传感器取代过去操作繁琐，而且安全隐患较大需要停抽、卸载、安装的压柱式、液压式、固定式等多种类拉线方式的功图传感器。这种卡光杆式无线功图传感器在现场测试功图既安全又方便，深受油田用户的欢迎，大大提高了油田功图测试效率，减轻了测试人员的工作强度。然而，这些卡光杆式无线功图传感器存在一个共同问题，就是功图的位移量都是采用加速度传感器通过加速度测试，经过二次积分及边界条件计算出对应的位移量，由于加速度传感器灵敏度的局限性及现场环境机械振动的干扰等因素的影响，对于抽油机井冲次小于2次或匀速型抽油机（链条型抽油机、塔架式抽油机等）都无法测试出位移量，从而无法绘制功图。

实用新型内容

针对上述卡光杆式无线功图传感器功图测试过程中出现的问题，本实用新型提供了一种不停抽卡光杆激光式无线功图传感器，本种传感器在功图测试时采用激光测距传感器，利用激光测距原理测试位移量，不论抽油机井冲次快与慢、匀速性抽油机井，都可以便捷完成功图测试，同时也兼容了目前市场在用的卡光杆式无线功图传感器利用加速度传感器测试位移量的功能，保留了以往卡光杆式无线功图传感器的所有优势，功图测试时只要主机选取测试方式（激光或加速度）即可，采用无线通讯方式进行数据通讯，安装拆卸方便快捷，对于所有型号抽油机井都可以完成功图测试。

采用的技术方案是：

一种不停抽卡光杆激光式无线功图传感器，包括加速度传感器、无线通讯模块、设置在弹性体内的硅蓝宝石传感器。

其技术要点在于：

壳体内设有相邻的激光测距传感器和瞄准器。

壳体背面有与激光测距传感器发收激光窗口、瞄准器瞄准器发红色光束窗口对应的开槽口。

激光测距传感器与主控CPU的第一I/O接口对应连接。

还有设置在井口以下水平位置的反射板，反射板位于激光测距传感器和瞄准器下方。

其优点在于：

本实用新型能实现在抽油机不停抽的情况下完成所有类型抽油机井的功图测试，解决了以往加速度卡光杆式功图传感器功图测试使用的局限性，而且保留加速度型卡光杆式功图传感器的所有功能，测试方式现场可通过主机进行灵活设定，做到了与加速度卡光杆式的完全兼容。同时具有多重保护措施，具有测试方便、速度快、安全可靠、精度高的优点，大大减轻了测试人员的劳动强度，提高了工作生产效率。

附图说明

图1是本实用新型的主视图。

图2是本实用新型的现场安装测试示意图（图1的侧视方向）。

图3是本实用新型的电路原理图。

壳体1、弹性体2、硅蓝宝石传感器3、传感器顶板4、光杆通道5、底壁6、左卡臂7、第一夹持柱8、第二夹持柱9、右卡臂10、螺孔11、紧固螺栓12、夹持件13、传感器室14、限位护罩15、限位螺钉16、加速度传感器17、通讯模块18、主控电路板19、电源板20、电池21、天线22、壳体下腔体23、支撑板24、充电接口25、把手26、光杆27、激光测距传感器28、瞄准器29、开槽口30、反射板31、红色光束32、激光发出光束33、激光返回光束34、35槽、限位槽36。

具体实施方式

一种不停抽卡光杆激光式无线功图传感器，包括壳体1、测量机构和通讯装置。

弹性体2（可为铝制）装设在壳体1内的上部，并通过左侧的螺丝与壳体1固定连接。壳体1和弹性体2的中部的对应位置开设有光杆通道5，光杆通道5的底壁6为弧形面。底壁6处的弹性体2开设有槽35。

壳体1背面有与激光测距传感器28发收激光窗口、瞄准器29瞄准器发红色光束窗口对应的开槽口30。

弹性体2的左卡臂7的内侧壁上下分别固定有第一夹持柱8和第二夹持柱9，两个夹持柱以便卡光杆27时作为固定依托位置。弹性体2的右卡臂10有朝向光杆通道5方向开的螺孔11，螺孔11内旋设有横向设置的紧固螺栓12，紧固螺栓12的前端伸入到光杆通道5内。

紧固螺栓12前端装设有用于接触光杆27的夹持件13（可为螺母）。所述的夹持件13通过利用材料受力形变产生的机械力预夹紧光杆27，夹持件13可分为有固定式和可调式两种结构以适用于不同直径的光杆27的功图测试需要。

右卡臂10的下部开设有传感器室14，硅蓝宝石传感器3装设在传感器室14内。硅蓝宝石传感器3横向设置的中心轴外端装设有限位护罩15。

限位护罩15固定在弹性体2上，硅蓝宝石传感器3的中心轴穿出限位护罩15中心过孔。

传感器室14下方的右卡臂10上开设有横向设置的外侧开口的限位槽36，限位槽36与传感器室14左右长度方向平行，还有纵向设置传感器顶板4的底部固定在限位槽36下方的弹性体2外侧上，传感器顶板4上部弹性部分位于硅蓝宝石传感器3的中心轴下方，且位于限位护罩15外侧。

限位槽36下方的右卡臂10上开设有朝向传感器室14的限位螺钉孔，限位螺钉孔内旋设有限位螺钉16, 限位螺钉16螺纹端头位于限位槽36内。

壳体下腔体23内设有电路部分，主控电路板19固定在壳体1内横向设置的支撑板24下表面。

测量机构包括硅蓝宝石传感器3、加速度传感器17、激光测距传感器28、瞄准器29、主控电路板19、电源板20、反射板31。通讯装置包括无线通讯模块18和天线22。

激光测距传感器28设置在主控电路板19上，激光测距传感器28的对应连接主控CPU（型号STM32F201）的第一I/O接口。

瞄准器29按照其指向位置设置在主控电路板19，紧邻激光测距传感器28。

加速度传感器17按照其指向焊接在主控电路板19上，加速度传感器17的通过加速度调理电路连接主控CPU的第二I/O接口。

硅蓝宝石传感器3通过载荷调理电路连接主控CPU的A/D接口。

无线通讯模块18（包括天线22）设置在壳体1内底壁上，无线通讯模块18和主控CPU的第三I/O接口对应连接。

LED灯指示电路和主控CPU电路对应连接，用于指示开关通断电等，LED灯指示电路设置在主控电路板19上。

数据存储电路对应连接主控CPU的第四I/O接口，数据存储电路设置在主控电路板19上。

电池21放置于在壳体下腔体23内，电池21通过电源板20（包括电源调理电路、恒流源供电电路）分别给测量机构和通讯装置：瞄准器29、激光测距传感器28、加速度传感器17、硅蓝宝石传感器3和无线通讯模块18等需要供电的部件供电。

电源板20（包括电源开关模块、LED灯指示电路、充电管理模块、按键模块）固定在壳体1外壁设定位置上。LED灯指示、按键位于壳体1外侧。壳体1下侧壁有充电接口25，充电接口25用于给电池21充电。壳体1固定装设有把手26，便于安装、拆卸。

加速度传感器17、硅蓝宝石传感器3、激光测距传感器28和瞄准器29均为已知产品，本领域技术人员根据说明书和附图的记载，可以实现本技术方案。

下面结合实施例一，并结合附图1、2、3，对本实用新型的工作原理作简要说明如下：

首先通过主机对传感器测试方式（加速度或激光，加速度参数和激光测距参数都分别输入CPU进行处理）进行设定，下一次测试默认上次设定方式。选用激光方式，要在井口以下水平位置放置或安装反射板31，激光测距传感器28具有激光发射和接收窗口，利用瞄准器29 发出的红色光束32调节激光测距传感器28安装位置（本传感器卡光杆27时应水平卡紧），以保证红色光束32垂直照射在反射板31上，使得红色光束32与激光测距传感器28发出的激光光束33保持平行，然后通过激光发出光束33打在反射板31及激光返回光束34时间，即可实时测试光杆27运行的位移量。

紧固螺栓12穿过弹性体2，通过紧固螺栓12顶部的夹持件13与弹性体2上的第一夹持柱8、第二夹持柱9把本传感器预固定（或者卸下）在抽油机的光杆27上，开槽30方向向下。

通过调整紧固螺栓12的松紧度，使传感器顶板4与硅蓝宝石传感器3接触后硅蓝宝石传感器3在最佳受力位置上，然后开始测试功图，载荷测试就是通过光杆27应力使弹性体2变形带动硅蓝宝石传感器3中心杆发生偏移变化，通过该变化量转成应力载荷值，安装在弹性体2上的传感器限位护罩15来保护防止调整紧固螺栓12松紧度过程中造成的硅蓝宝石传感器3中心杆受力超限损坏的问题，即所述的限位护罩15是通过限位护罩15中心过孔的直径大小限制硅蓝宝石传感器3中心杆在调整紧固螺栓12过程中移动的位移量超过硅蓝宝石传感器3器最大量程的情况发生。通过硅蓝宝石传感器3的中心轴径向上位移的变化测得光杆27直径粗细的变化，从而测得光杆27载荷的变化。所述的限位螺钉16是通过调整限位螺钉16的长度也是防止在调整紧固螺栓12过程中超过硅蓝宝石传感器3量程的情况发生，限位螺钉16螺纹端头可以顶住限位槽36上边缘，与限位护罩构15成了双重保护，从而最大程度上保护了硅蓝宝石传感器3在现场使用过程中不受超限外力的损伤，保证了仪器的使用的可靠性。硅蓝宝石传感器3（压力传感器）连接到主控电路板19上，通过主控电路板19上的载荷调理电路（包括AD调理电路和AD放大电路）连接到主控CPU（包括时钟电路模块）上，经过主控CPU运算处理后得到功图的载荷参数信息。

选取加速度测试方式时，加速度传感器17通过测试抽油机往复运动过程中加速度的变化后经过二次积分计算即可测试对应载荷的位移量，得到功图的位移量参数信息。

选取激光测试方式时，通过激光测距传感器28实时测试出光杆27位移量参数，并把此参数实时传送到主控CPU与同步采集的载荷量参数进行处理，在一个冲次周期内完成功图绘制，并把功图数据进行存储，最终由载荷参数和位移参数组成的功图数据通过无线通讯模块18和天线22发送到测试主机上。

Claims (3)

1.一种不停抽卡光杆激光式无线功图传感器，包括加速度传感器（17）、无线通讯模块（18）、设置在弹性体（2）内的硅蓝宝石传感器（3），其特征在于：

壳体（1）内设有相邻的激光测距传感器（28）和瞄准器（29）；

壳体（1）背面有与激光测距传感器（28）发收激光窗口、瞄准器（29）瞄准器发红色光束窗口对应的开槽口（30）；

激光测距传感器（28）与主控CPU的第一I/O接口对应连接。

2.根据权利要求1所述的一种不停抽卡光杆激光式无线功图传感器，其特征在于：主控CPU的型号为：STM32F201。

3.根据权利要求1所述的一种不停抽卡光杆激光式无线功图传感器，其特征在于：还有设置在井口以下水平位置的反射板（31），反射板（31）位于激光测距传感器（28）和瞄准器（29）下方。