CN215811366U - 一种无线张力计 - Google Patents

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李峰
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Abstract

本实用新型提供了一种无线张力计,属于张力计技术领域。其技术方案为:一种无线张力计,包括张力计和无线张力接收器,所述张力计与所述无线张力接收器在同一个通讯信道互联;所述张力计包括机壳,所述机壳内置有张力传感器,所述机壳外置有电气仓,所述电气仓内设有可更换的电池组及控制器;所述控制器包括电池稳压单元、传感器供电单元、信号调理单元、AD采集单元、数据处理单元、无线发射单元一,能够采集所述张力传感器的张力数据及电池电量数据,并将数据无线传输至所述无线张力接收器。本实用新型的有益效果为:本装置能够采用无线数字信号传输,替代测井工作中的有线张力计,不仅使用安装方便且降低了传输干扰。

Description

一种无线张力计
技术领域
本实用新型涉及张力计技术领域,尤其涉及一种无线张力计。
背景技术
目前,油田测井队所使用的张力计基本都为有线张力计,有线张力计由绞车面板供电,需要50米左右电缆。在进入冬季后,施工现场处于野外漏填场地,冬季温度较低,电缆及连接器在低温环境下变硬变脆,多次使用后,电缆及连接器极易受损,影响正常的测井施工,增加了测井施工的风险。
有线张力计输出的是模拟信号,虽然在输出前已经过放大,但在50米的电缆传输中,模拟信号极易受到干扰。经过绞车面板采集处理后,测量的精确度有一定的下降,有线张力计操作不便,每次使用时都需要拖动50米张力计专用电缆。
发明内容
针对上述现有技术中的问题,本实用新型的目的在于提供一种无线张力计,张力计与接收器之间采用无线数字信号传输,替代测井工作中的有线张力计,使用电池供电,脱离外部电源,不仅使用安装方便且降低了传输干扰。
本实用新型是通过如下技术方案实现的:一种无线张力计,包括张力计和无线张力接收器,所述张力计与所述无线张力接收器在同一个通讯信道互联;
所述张力计包括机壳,所述机壳内置有张力传感器,所述机壳外置有电气仓,所述电气仓内设有可更换的电池组及控制器;所述电气仓设置为硬质非金属材质,比如塑料、尼龙、注塑等,利于无线信号穿透;使用电池供电,无需外部电源,安装也更加方便;
所述控制器包括电池稳压单元、传感器供电单元、信号调理单元、AD采集单元、数据处理单元、无线发射单元一,能够采集所述张力传感器的张力数据及电池电量数据,并将数据无线传输至所述无线张力接收器。
所述张力传感器能够将张力转换为电信号,经过所述信号调理单元放大后形成一个张力电压信号,所述张力电压信号由所述AD采集单元采集并进行A/D转换,再将转换后的数据传输至所述数据处理单元进行处理,最后数据处理单元通过串口与所述无线发射单元一通讯;将有线传输转换为无线传输,解决了原有线张力计所存在的问题;且所述无线张力计的通讯信道可以由所述数据处理单元设定,进而当同一场区有多个无线张力计时,设定各无线张力计的通讯信道均不相同,则可以避免互相干扰的情况出现。
进一步,所述电池稳压单元输入端与电池连接,将电池电压稳压转换成数字电路电源VDD,所述数字电路电源VDD为所述 AD采集模块、数据处理模块和无线收发单元一供电。所述电气仓内设置有4节1.5V的干电池,最大电压超过6V,即使单节电池电量下降,比如降至1.2V,总体电压也能提供4.8V,确保所述控制器能够稳定工作,在提升便携性的同时,也提高了工作稳定性。
进一步,所述传感器供电单元包括能够输出1.25V基准电压的基准电压源,所述1.25V基准电压经过运放电压放大电路及电压跟随电路,输出5V高精度激励电压。
进一步,所述基准电压源型号为ADR291,能够输出1.25V基准电压的基准电压源,通过MAX187低噪音运放实现电压放大,得到5V电压输出,通过AD8552跟随电路实现电流放大,提高带载能力,实现高精度5V激励电压,进而提高张力传感器的测量稳定性和精确度。
进一步,所述AD采集单元为16位4通道高精度AD采集电路,型号为MAX189,使用其中两个通道,所述张力电压信号有IN0通道采集,电池电压信号经过分压电路由0-6V转换为0-5V后由IN3通道采集。
进一步,所述数据处理单元为单片机系统,单片机采用STM32L052。单片机将AD采集单元传输进来的数据处理后,通过串口与所述无线收发单元一进行连接,数据将以无线形式发送给所述无线张力接收器。
进一步,所述无线张力接收器包括主控单元以及与所述主控单元连接的无线收发单元二,所述无线收发单元二与所述无线收发单元一在同一个通讯信道互联,并将数据传输至所述主控单元进行处理。
进一步,所述无线收发单元一与所述无线收发单元二均采用LORA无线模块。所述LORA无线模块的功耗较低,传输距离远,有效传输距离300m,尤其适合传感器、物联网等无线传输场景。
进一步,所述主控单元采用单片机系统,单片机采用STM32L052系列,通过串口与所述无线收发单元二连接。
进一步,所述无线张力接收器还包括与所述主控单元连接的输入单元和显示预警单元,所述输入单元能够向所述主控单元输入与所述张力计关联的参数,所述主控单元将处理完的数据输出至所述显示预警单元进行显示。所述数据包括张力值,差分张力值及电池电量值;所述参数包括标定时获取到的K值、B值,计算公式如下,Y=KX+B,Y为需要显示的张力值,X为接收到的张力计原始值,K为转换系数,B为不带载归零常数,经过标准的标定,可以得到与所述张力计匹配的K值和B值,所述无线张力接收器输入相应参数后,即可以准确显示张力值。随着张力传感器的使用,每隔一段时间要进行一次标定,才能更好的保证测量的准确性,所以能够调整标定参数的输入显得尤为重要。
进一步,所述显示预警单元包括张力显示区、电池电量显示区、报警区。所述显示预警单元的数值显示可以采用数码管或LCD;报警区可以设置蜂鸣器以及报警灯,通过所述输入单元设定报警阈值,当超过所述报警阈值时,蜂鸣器以及报警灯会发出报警信号;进而方便地面工作人员随时掌握当前的测井状态以及实时当前电池续航状态。
进一步,所述输入单元为按键阵列。
进一步,所述输入单元和所述显示预警单元均设置在控制面板上,所述控制面板设置在机箱上。
进一步,所述机壳上设有能够表示通讯信道的编码。用于区分无线张力计和通讯信道,避免相互影响。为了便于使用,初始状态时,张力计与无线张力接收器可以先一一匹配,并完成标定,当一个场区存在多个无线张力计时,每个张力计上的编码均不同,则对应的通讯信道也各不相同,同时工作时也不会相互影响。无线张力接收器的编码通过所述输入单元能够改变,与所述机壳上的编码相对应时即可建立点对点无线互联,考虑到当无线张力接收器损坏时,更换的无线张力接收器仅需设置相应的编码即可完成无线互联,然后再给无线张力计施加固定外力,进行标定,标定完成后,即可匹配使用,大大提高了无线张力计的容错率。
进一步,所述张力传感器的上下端分别设有连接端,所述连接端均伸出所述机壳,所述机壳的任意一端与相应的连接端以可拆卸的方式固定连接;任意一端连接端均可作为受力端或固定端。
进一步,所述传感器机壳和所述连接端之间填充有低粘度液态硅胶,能够防水绝缘,提高无线张力计在恶劣环境下的使用寿命,且不影响张力传感器的灵敏度。
本实用新型的有益效果为:本实用新型采用无线互联替代有线传输,安装简单,传输稳定;每个张力计都固定有自己独立的通讯信道和地址编码,确保同一场地的多个设备互不干扰;张力计通过可更换的电池组供电,整体耗电量低,能够满足连续作业的需求;无线张力接收器能够通过设置编码及标定参数来与匹配张力计,提高了容错性;无线张力接收器能够实时显示当前张力值和电池电量,并提供了报警功能,便于实时掌握当前的测井状态。
附图说明
图1为本实用新型整体结构示意图。
图2为张力计的系统框图。
图3为无线张力接收器系统框图。
图4为电池稳压单元电路图。
图5为1.25V基准电压电路图。
图6为5V激励电压电路图。
图7为信号调理单元电路图。
图8为AD采集单元电路图。
图9为数据处理单元电路图。
图10为主控单元电路图。
其中,附图标记为:10、机壳;11、张力传感器;12、电气仓;13、编码;14、电池组;15、控制器;16、连接端;20、机箱;21、显示预警单元;210、张力显示区;211、蜂鸣器;212、报警灯;213、电池电量显示区;22、输入单元;220、按键阵列。
具体实施方式
为能清楚说明本方案的技术特点,下面通过具体实施方式,对本方案进行阐述。
实施例一,参见图1-图10,本实用新型是通过如下技术方案实现的:一种无线张力计,包括张力计和无线张力接收器,张力计与无线张力接收器在同一个通讯信道互联;
张力计包括机壳10,机壳10内置有张力传感器11,机壳10外置有电气仓12,电气仓12内设有可更换的电池组14及控制器15;电气仓12设置为硬质非金属材质,比如塑料、尼龙、注塑等,利于无线信号穿透;
控制器15包括电池稳压单元、传感器供电单元、信号调理单元、AD采集单元、数据处理单元、无线发射单元一,能够采集张力传感器11的张力数据及电池电量数据,并将数据无线传输至无线张力接收器。
张力传感器11能够将张力转换为电信号,经过信号调理单元放大形成一个张力电压信号,张力电压信号由AD采集单元采集并进行A/D转换,再将转换后的数据传输至数据处理单元进行处理,最后数据处理单元通过串口与无线发射单元一通讯;将有线传输转换为无线传输,解决了原有线张力计所存在的问题;且无线张力计的通讯信道可以由数据处理单元设定,进而当同一场区有多个无线张力计时,设定各无线张力计的通讯信道均不相同,则可以避免互相干扰的情况出现。
电池稳压单元输入端与电池连接,将电池电压稳压转换成数字电路电源VDD,数字电路电源VDD为 AD采集模块、数据处理模块和无线收发单元一供电。电气仓12内设置有4节1.5V的干电池,最大电压超过6V,即使单节电池电量下降,比如降至1.2V,总体电压也能提供4.8V,确保控制器15能够稳定工作,在提升便携性的同时,也提高了工作稳定性。
传感器供电单元包括能够输出1.25V基准电压的基准电压源,1.25V基准电压经过运放电压放大电路及电压跟随电路,输出5V高精度激励电压。
基准电压源型号为ADR291,能够输出1.25V基准电压的基准电压源,通过MAX187低噪音运放实现电压放大,得到5V电压输出,通过AD8552跟随电路实现电流放大,提高带载能力,实现高精度5V激励电压,进而提高张力传感器11的测量稳定性和精确度。
AD采集单元为16位4通道高精度AD采集电路,型号为MAX189,使用其中两个通道,张力电压信号有IN0通道采集,电池电压信号经过分压电路由0-6V转换为0-5V后由IN3通道采集。
数据处理单元为单片机系统,单片机采用STM32L052。单片机将AD采集单元传输进来的数据处理后,通过串口与无线收发单元一进行连接,数据将以无线形式发送给无线张力接收器。
无线张力接收器包括主控单元以及与主控单元连接的无线收发单元二,无线收发单元二与无线收发单元一在同一个通讯信道互联,并将数据传输至主控单元进行处理。
无线收发单元一与无线收发单元二均采用LORA无线模块。LORA无线模块的功耗较低,传输距离远,有效传输距离300m,尤其适合传感器、物联网等无线传输场景。
主控单元采用单片机系统,单片机采用STM32L052系列,通过串口与无线收发单元二连接。
无线张力接收器还包括与主控单元连接的输入单元22和显示预警单元21,输入单元22能够向主控单元输入与张力计关联的参数,主控单元将处理完的数据输出至显示预警单元21进行显示。数据包括张力值,差分张力值及电池电量值;参数包括标定时获取到的K值、B值,计算公式如下,Y=KX+B,Y为需要显示的张力值,X为接收到的张力计原始值,K为转换系数,B为不带载归零常数,经过标准的标定,可以得到与张力计匹配的K值和B值,无线张力接收器输入相应参数后,即可以准确显示张力值。随着张力传感器11的使用,每隔一段时间要进行一次标定,才能更好的保证测量的准确性,所以能够调整标定参数的输入显得尤为重要。
张力传感器11的上下端分别设有连接端16,连接端16均伸出机壳10,机壳10的任意一端与相应的连接端16以可拆卸的方式固定连接;任意一端连接端16均可作为受力端或固定端。
传感器机壳10和连接端16之间填充有低粘度液态硅胶,能够防水绝缘,提高无线张力计在恶劣环境下的使用寿命,且不影响张力传感器11的灵敏度。
实施例二、如图1-10所示,在实施例一的基础上,显示预警单元21包括张力显示区210、电池电量显示区213、报警区。显示预警单元21的数值显示可以采用数码管,报警区可以设置蜂鸣器211以及报警灯212,通过输入单元22设定报警阈值,当超过报警阈值时,蜂鸣器211以及报警灯212会发出报警信号;进而方便地面工作人员随时掌握当前的测井状态。
输入单元22为按键阵列220。
输入单元22和显示预警单元21均设置在控制面板上,控制面板设置在机箱20上。
如图1所示,机壳10上设有能够表示通讯信道的编码13。用于区分无线张力计和通讯信道,避免相互影响。为了便于使用,初始状态时,张力计与无线张力接收器可以先一一匹配,并完成标定,当一个场区存在多个无线张力计时,每个张力计上的编码13均不同,则对应的通讯信道也各不相同,同时工作时也不会相互影响。无线张力接收器的编码13通过输入单元22能够改变,与机壳10上的编码13相对应时即可建立点对点无线互联,考虑到当无线张力接收器损坏时,更换的无线张力接收器仅需设置相应的编码13即可完成无线互联,然后再给无线张力计施加固定外力,进行标定,标定完成后,即可匹配使用,大大提高了无线张力计的容错率。
实施例三、在实施例一的基础上,所述显示预警单元还可以设置为触摸屏,所述输入单元为所述触摸屏的虚拟按键,所述触摸屏与主控单元通过串口连接。
本实用新型使用时,当张力计与无线张力接收器为一一对应状态时,可以直接使用;当张力计与无线张力接收器的编码13不统一时,要先设置无线张力接收器的编码13,与相应的张力计进行匹配,然后再进行张力计标定,获取相应的标定参数,将标定参数输入相应的无线张力接收器后即可匹配使用;设定张力报警阈值,当张力超过阈值时,蜂鸣器报警,报警灯闪烁。
在本实用新型创造的描述中,需要理解的是,术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本实用新型创造和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本实用新型创造的限制。此外,术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型创造的描述中,除非另有说明,“多个”的含义是两个或两个以上。
在本实用新型创造的描述中,需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”、“设置”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言,可以通过具体情况理解上述术语在本实用新型创造中的具体含义。
本实用新型未经描述的技术特征可以通过或采用现有技术实现,在此不再赘述,当然,上述说明并非是对本实用新型的限制,本实用新型也并不仅限于上述举例,本技术领域的普通技术人员在本实用新型的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换,也应属于本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种无线张力计,其特征在于,包括张力计和无线张力接收器,所述张力计与所述无线张力接收器在同一个通讯信道互联;
所述张力计包括机壳,所述机壳内置有张力传感器,所述机壳外置有电气仓,所述电气仓内设有可更换的电池组及控制器;
所述控制器包括电池稳压单元、传感器供电单元、信号调理单元、AD采集单元、数据处理单元、无线发射单元一,能够采集所述张力传感器的张力数据及电池电量数据,并将数据无线传输至所述无线张力接收器。
2.根据权利要求1所述的无线张力计,其特征在于,所述电池稳压单元输入端与电池连接,将电池电压稳压转换成数字电路电源VDD,所述数字电路电源VDD为所述 AD采集模块、数据处理模块和无线收发单元一供电。
3.根据权利要求2所述的无线张力计,其特征在于,所述传感器供电单元包括能够输出1.25V基准电压的基准电压源,所述1.25V基准电压经过运放电压放大电路及电压跟随电路,输出5V高精度激励电压,为所述张力传感器供电。
4.根据权利要求1所述的无线张力计,其特征在于,所述无线张力接收器包括主控单元以及与所述主控单元连接的无线收发单元二,所述无线收发单元二与所述无线收发单元一在同一个通讯信道互联,并将数据传输至所述主控单元进行处理。
5.根据权利要求4所述的无线张力计,其特征在于,所述无线收发单元一与所述无线收发单元二均采用LORA无线模块。
6.根据权利要求4所述的无线张力计,其特征在于,所述无线张力接收器还包括与所述主控单元连接的输入单元和显示预警单元,所述输入单元能够向所述主控单元输入与所述张力计关联的参数,所述主控单元将处理完的数据输出至所述显示预警单元进行显示。
7.根据权利要求6所述的无线张力计,其特征在于,所述显示预警单元包括张力显示区、电池电量显示区、报警区。
8.根据权利要求1所述的无线张力计,其特征在于,所述机壳上设有能够表示通讯信道的编码。
9.根据权利要求1所述的无线张力计,其特征在于,所述张力传感器的上下端分别设有连接端,所述连接端均伸出所述机壳,所述机壳的任意一端与相应的连接端以可拆卸的方式固定连接。
10.根据权利要求9所述的无线张力计,其特征在于,所述传感器机壳和所述连接端之间填充有液态硅胶。
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CN115014616A (zh) * 2022-05-30 2022-09-06 武汉理工大学 一种基于无线数据传输的钢索拉力现场测量系统

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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