一種無線示功儀及自適應(yīng)調(diào)整方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種無線示功儀及示功圖計(jì)算方法，該無線示功儀包括：依次電路連接的信號(hào)采集傳感器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、控制模塊和無線通信模塊，其中信號(hào)采集傳感器包括加速度傳感器和載荷傳感器；加速度傳感器用于采集抽油桿的加速度數(shù)據(jù)；載荷傳感器用于采集抽油桿的載荷數(shù)據(jù)；模數(shù)轉(zhuǎn)換器將所述加速度傳感器及載荷傳感器采集的模擬量連續(xù)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)數(shù)字離散信號(hào)后傳遞給控制模塊；控制模塊用于：控制采樣周期進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)整并利用得到的周期與加速度數(shù)字離散信號(hào)計(jì)算位移數(shù)據(jù)，并將載荷數(shù)據(jù)及位移數(shù)據(jù)傳遞給無線通信模塊；無線通信模塊用于使無線示功儀與外部設(shè)備進(jìn)行命令、數(shù)據(jù)的交換。采樣上述無線示功儀可以獲得更準(zhǔn)確可靠的示功圖。
【專利說明】一種無線示功儀及自適應(yīng)調(diào)整方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及測(cè)量【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種監(jiān)測(cè)抽油機(jī)工作狀態(tài)的無線示功儀及自適應(yīng)調(diào)整方法。
【背景技術(shù)】
[0002]示功圖是以抽油機(jī)驢頭從下死點(diǎn)向上的位移量為橫坐標(biāo)，以桿載荷值的大小為縱坐標(biāo)，在該坐標(biāo)系下每個(gè)油井的桿載荷值與位移量在一個(gè)沖程里所形成的圖形，典型的示功圖如附圖1所示。示功圖可以反映油井產(chǎn)量，能耗，泵況等各種狀態(tài)，是油田對(duì)油井實(shí)施管理的重要依據(jù)，在油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)實(shí)施方案中，通常將示功圖的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)作為監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的必備功能，如何快速、準(zhǔn)確、方便地得到示功圖尤其重要。
[0003]目前，示功圖獲取的基本方法，主要由載荷傳感器、加速度傳感器、數(shù)據(jù)采集和處理單元以及通信單元等組成。載荷數(shù)據(jù)通常采用載荷傳感器直接測(cè)量；而位移數(shù)據(jù)是利用加速度數(shù)據(jù)進(jìn)行積分獲得。由于抽油桿在正常工作時(shí)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)為周期性往返運(yùn)動(dòng)，即正常的加速度數(shù)據(jù)是周期性數(shù)據(jù)，利用這個(gè)特性，對(duì)加速度數(shù)據(jù)進(jìn)行二次積分獲得相對(duì)位移值。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)存在以下技術(shù)缺陷和不足:
[0005]1、在采集加速度數(shù)據(jù)中，由于油井磕頭機(jī)位移的數(shù)據(jù)變化很慢，加速度信號(hào)較小，和噪聲信號(hào)疊加后，信號(hào)的周期性經(jīng)常會(huì)被誤判。周期長度判斷錯(cuò)誤，會(huì)導(dǎo)致位移計(jì)算錯(cuò)誤，周期長度偏差越大，位移計(jì)算的誤差就會(huì)越大，從而不能保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性；即使對(duì)加速度信號(hào)進(jìn)行濾波，也不能完全解決信號(hào)周期誤判的問題；
[0006]2、采油廠生產(chǎn)中，不同的油井往往使用不同的沖程沖次，即使同一 口油井也往往需要根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整抽油機(jī)的沖程和沖次。沖程沖次的不同會(huì)對(duì)應(yīng)不同的周期長度，沖程沖次的調(diào)整也會(huì)造成周期長短的變化?，F(xiàn)有技術(shù)一般不能夠及時(shí)調(diào)整采樣頻率，做到自適應(yīng)，從而存在過采樣或欠采樣的缺陷。過采樣不僅耗費(fèi)示功儀的電池電量，還浪費(fèi)示功儀寶貴的存儲(chǔ)空間。而欠采樣或采樣速率不夠，又會(huì)使得示功圖數(shù)據(jù)精度不夠或示功曲線偏離現(xiàn)實(shí)較遠(yuǎn)。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0007]有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種無線示功儀及示功圖的測(cè)量方法，以獲得更準(zhǔn)確可靠的示功圖，并能夠根據(jù)抽油機(jī)的沖次自適應(yīng)調(diào)整采樣頻率。
[0008]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供一種無線示功儀，其包括:
[0009]依次電路連接的信號(hào)采集傳感器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、控制模塊和無線通信模塊，其中信號(hào)米集傳感器包括加速度傳感器和載荷傳感器；
[0010]加速度傳感器用于獲取抽油桿的加速度數(shù)據(jù)；
[0011]載荷傳感器用于獲取抽油桿的載荷數(shù)據(jù)；
[0012]模數(shù)轉(zhuǎn)換器對(duì)加速度傳感器及載荷傳感器獲取的模擬量連續(xù)數(shù)據(jù)進(jìn)行離散采樣，進(jìn)而將采樣后的模擬量離散數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成數(shù)字離散信號(hào)后傳遞給控制模塊；[0013]控制模塊得到一定數(shù)量的載荷數(shù)字離散信號(hào)和加速度數(shù)字離散信號(hào)后，執(zhí)行以下采樣頻率評(píng)估和自適應(yīng)調(diào)整步驟:
[0014]S1、計(jì)算載荷的周期Tl ;如果根據(jù)載荷數(shù)字離散信號(hào)獲得了載荷的周期，則執(zhí)行步驟S6，否則執(zhí)行步驟S2 ；
[0015]S2、根據(jù)加速度數(shù)字離散信號(hào)計(jì)算加速度的周期T2 ;如果根據(jù)加速度數(shù)字離散信號(hào)獲得了加速度的周期，則執(zhí)行步驟S6，否則執(zhí)行步驟S3 ；
[0016]S3、判斷是否是采樣時(shí)間過短，如果是，則執(zhí)行步驟S4，否則執(zhí)行SlO ；
[0017]S4、判斷當(dāng)前的采樣頻率是否小于預(yù)設(shè)的最小采樣頻率，若是，則執(zhí)行步驟S10，否則執(zhí)行步驟S5 ；
[0018]S5、控制模數(shù)轉(zhuǎn)換器降低一定的采樣頻率，并重新采樣加速度傳感器及載荷傳感器獲取的模擬量連續(xù)數(shù)據(jù)，從而重新獲得所述一定數(shù)量的載荷數(shù)字離散信號(hào)和加速度數(shù)字離散信號(hào)后返回步驟Si ；
[0019]S6、根據(jù)Tl或T2，如果所述一定數(shù)量的載荷數(shù)字離散信號(hào)及加速度數(shù)字離散信號(hào)是過多周期的載荷數(shù)字離散信號(hào)及加速度數(shù)字離散信號(hào)，從而造成了數(shù)據(jù)冗余，則執(zhí)行步驟S7，否則執(zhí)行步驟S9;
[0020]S7、判斷當(dāng)前的采樣頻率是否大于預(yù)設(shè)的最大采樣頻率，若是則執(zhí)行步驟S9 ;否則執(zhí)行步驟S8 ；
[0021]S8、控制模塊控制模數(shù)轉(zhuǎn)換器增加一定的采樣頻率，并重新采樣加速度傳感器及載荷傳感器獲取的模擬量連續(xù)數(shù)據(jù)，從而重新獲得所述一定數(shù)量的載荷數(shù)字離散信號(hào)和加速度數(shù)字離散信號(hào)后返回步驟Si ；
[0022]S9、控制模塊通過加速度數(shù)字離散信號(hào)，以及Tl或T2計(jì)算位移數(shù)據(jù)，并將位移數(shù)據(jù)傳遞給無線通信模塊，然后執(zhí)行步驟Sll ；
[0023]S10、控制無線通信模塊發(fā)送告警信息，提示井況異常；
[0024]S11、控制模數(shù)轉(zhuǎn)換器保持當(dāng)前采樣頻率，結(jié)束采樣頻率評(píng)估和自適應(yīng)調(diào)整過程；
[0025]無線通信模塊用于無線示功儀與外部設(shè)備進(jìn)行命令、數(shù)據(jù)的交換。
[0026]此外，本發(fā)明提出一種自適應(yīng)調(diào)整方法，該方法包括如下步驟:
[0027]a、加速度傳感器獲取抽油桿的加速度數(shù)據(jù)，載荷傳感器獲取抽油桿的載荷數(shù)據(jù)；
[0028]b、模數(shù)轉(zhuǎn)換器對(duì)加速度傳感器及載荷傳感器獲取的模擬量連續(xù)數(shù)據(jù)進(jìn)行離散采樣，進(jìn)而將采樣后的模擬量離散數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成數(shù)字離散信號(hào)后傳遞給控制模塊；
[0029]C、控制模塊得到一定數(shù)量的載荷數(shù)字離散信號(hào)和加速度數(shù)字離散信號(hào)后，執(zhí)行以下采樣頻率評(píng)估和自適應(yīng)調(diào)整步驟:
[0030]S1、計(jì)算載荷的周期Tl ;如果根據(jù)載荷數(shù)字離散信號(hào)獲得了載荷的周期，則執(zhí)行步驟S6，否則執(zhí)行步驟S2 ；
[0031]S2、根據(jù)加速度數(shù)字離散信號(hào)計(jì)算加速度的周期T2 ;如果根據(jù)加速度數(shù)字離散信號(hào)獲得了加速度的周期，則執(zhí)行步驟S6，否則執(zhí)行步驟S3 ；
[0032]S3、判斷是否是采樣時(shí)間過短，如果是，則執(zhí)行步驟S4，否則執(zhí)行SlO ；
[0033]S4、判斷當(dāng)前的采樣頻率是否小于預(yù)設(shè)的最小采樣頻率，若是，則執(zhí)行步驟S10，否則執(zhí)行步驟S5 ；
[0034]S5、控制模數(shù)轉(zhuǎn)換器降低一定的采樣頻率，并重新采樣加速度傳感器及載荷傳感器獲取的模擬量連續(xù)數(shù)據(jù)，從而重新獲得所述一定數(shù)量的載荷數(shù)字離散信號(hào)和加速度數(shù)字離散信號(hào)后返回步驟Si ；
[0035]S6、根據(jù)Tl或T2，如果所述一定數(shù)量的載荷數(shù)字離散信號(hào)及加速度數(shù)字離散信號(hào)是過多周期的載荷數(shù)字離散信號(hào)及加速度數(shù)字離散信號(hào)，從而造成了數(shù)據(jù)冗余，則執(zhí)行步驟S7，否則執(zhí)行步驟S9;
[0036]S7、判斷當(dāng)前的采樣頻率是否大于預(yù)設(shè)的最大采樣頻率，若是則執(zhí)行步驟S9 ;否則執(zhí)行步驟S8 ；
[0037]S8、控制模塊控制模數(shù)轉(zhuǎn)換器增加一定的采樣頻率，并重新采樣加速度傳感器及載荷傳感器獲取的模擬量連續(xù)數(shù)據(jù)，從而重新獲得所述一定數(shù)量的載荷數(shù)字離散信號(hào)和加速度數(shù)字離散信號(hào)后返回步驟SI ；
[0038]S9、控制模塊通過加速度數(shù)字離散信號(hào)，以及Tl或T2計(jì)算位移數(shù)據(jù)，并根據(jù)位移數(shù)據(jù)和載荷數(shù)字離散信號(hào)輸出示功圖數(shù)據(jù)，然后執(zhí)行步驟S11;
[0039]S10、控制模塊輸出告警信息，提示井況異常；
[0040]S11、控制模數(shù)轉(zhuǎn)換器保持當(dāng)前采樣頻率，結(jié)束采樣頻率評(píng)估和自適應(yīng)調(diào)整過程。
[0041]上述載荷傳感器為壓力傳感器或者壓強(qiáng)傳感器。
[0042]上述加速度傳感器獲取的抽油桿的加速度數(shù)據(jù)，與載荷傳感器獲取的抽油桿的載荷數(shù)據(jù)，在時(shí)間上同步；模數(shù)轉(zhuǎn)換器傳遞給控制模塊的載荷數(shù)字離散信號(hào)和加速度數(shù)字離
散信號(hào)--對(duì)應(yīng)。
[0043]上述過多周期是指大于4個(gè)周期。
[0044]上述一定數(shù)量的載荷數(shù)字離散信號(hào)和加速度數(shù)字離散信號(hào)，是指N個(gè)載荷數(shù)字離散信號(hào)和N個(gè)加速度數(shù)字離散信號(hào)，其中600=〈N〈=1000。
[0045]上述控制模塊還對(duì)加速度數(shù)字離散信號(hào)進(jìn)行濾波處理:對(duì)每一個(gè)加速度數(shù)字離散信號(hào)，對(duì)應(yīng)取其前三個(gè)和后三個(gè)加速度數(shù)字離散信號(hào)和其自身進(jìn)行平均，對(duì)于首尾附近的加速度數(shù)字離散信號(hào)如果取不到三個(gè)則按照能取到的最大個(gè)數(shù)進(jìn)行平均。
[0046]所述控制模塊通過加速度數(shù)字離散信號(hào)，以及Tl或T2計(jì)算位移數(shù)據(jù)，包括:控制模塊根據(jù)Tl或T2，計(jì)算出M個(gè)完整周期的加速度數(shù)字離散信號(hào)，然后對(duì)不同周期的同相位信號(hào)進(jìn)行算術(shù)平均，從而將M個(gè)完整周期的加速度數(shù)字離散信號(hào)變換為一個(gè)完整周期的加速度數(shù)字離散信號(hào)；其中2=〈M〈=6。
[0047]上述計(jì)算載荷的周期Tl包括:統(tǒng)計(jì)載荷離散數(shù)字信號(hào)中極值點(diǎn)的分布，若極值點(diǎn)的分布是均勻的，則載荷離散數(shù)字信號(hào)有周期性，通過載荷離散數(shù)字信號(hào)中極值點(diǎn)間的間隔獲得Tl;若極值點(diǎn)的分布不是均勻的，則不能根據(jù)載荷數(shù)字離散信號(hào)獲得載荷的周期。
[0048]本發(fā)明具有以下有益效果:
[0049]I)當(dāng)抽油機(jī)正常工作時(shí)，本發(fā)明優(yōu)選地利用了載荷數(shù)據(jù)來獲得準(zhǔn)確的周期值；由于載荷數(shù)據(jù)與加速度數(shù)據(jù)相比，質(zhì)量要好，周期性要明顯；
[0050]2)當(dāng)抽油機(jī)出現(xiàn)異常如卡泵等情況，從而導(dǎo)致無法從載荷數(shù)據(jù)中獲得周期長度時(shí)，本發(fā)明仍能通過加速度自身的周期性獲得周期值，從而仍能計(jì)算出位移數(shù)據(jù)；
[0051]3)當(dāng)抽油機(jī)沖次沖程發(fā)生調(diào)整后，本發(fā)明提供的采樣頻率自適應(yīng)調(diào)整方法能及時(shí)更新采樣頻率；使得沖次調(diào)整后，一定的采樣數(shù)據(jù)數(shù)量N仍覆蓋M個(gè)周期，N例如為800，M例如為3或4 ;[0052]4)慮除了加速度信號(hào)毛刺和噪聲，使得加速度周期性判斷更準(zhǔn)確。
[0053]5)當(dāng)載荷和加速度兩維信號(hào)的周期均無法計(jì)算，通過發(fā)送告警信息，能夠及時(shí)提示井況異常。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0054]圖1為典型示功圖示例。
[0055]圖2為本發(fā)明的無線示功儀的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0056]圖3為本發(fā)明的示功圖測(cè)量流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0057]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
[0058]請(qǐng)參閱圖2所示，本發(fā)明的無線示功儀主要包括依次電路連接的信號(hào)采集傳感器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)、控制模塊(CPU)和無線通信模塊。其中信號(hào)采集傳感器包括加速度傳感器和載荷傳感器。無線通信模塊用于無線示功儀與外部設(shè)備進(jìn)行命令、數(shù)據(jù)的交換。所述命令例如是啟動(dòng)示功圖測(cè)量的命令，開啟示功儀自適應(yīng)調(diào)整的命令等，所述數(shù)據(jù)例如是功圖數(shù)據(jù)，位移數(shù)據(jù)，載荷數(shù)據(jù)，周期長度信息等。
[0059]加速度傳感器連續(xù)采集抽油桿的加速度信號(hào)，其數(shù)據(jù)輸出為模擬量連續(xù)值。載荷傳感器連續(xù)采集抽油桿的載荷信號(hào)，其數(shù)據(jù)輸出也為模擬量連續(xù)值。ADC將加速度和載荷模擬量連續(xù)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為數(shù)字量離散數(shù)據(jù)(在實(shí)現(xiàn)上例如是，ADC按照采樣頻率/采樣速率/采集頻率，對(duì)加速度和載荷模擬量連續(xù)數(shù)據(jù)進(jìn)行脈沖采樣，從而將模擬量連續(xù)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為模擬量離散數(shù)據(jù)，進(jìn)而通過數(shù)字量化，獲得數(shù)字量離散數(shù)據(jù))，也就是將加速度和載荷模擬量連續(xù)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為了數(shù)字量離散信號(hào)序列。ADC將數(shù)字量離散信號(hào)序列傳遞給CPU。
[0060]CPU得到一定數(shù)量的載荷數(shù)字離散信號(hào)和加速度數(shù)字離散信號(hào)后，執(zhí)行以下采樣頻率評(píng)估和自適應(yīng)調(diào)整步驟(其中，所述一定數(shù)量的載荷數(shù)字離散信號(hào)和加速度數(shù)字離散信號(hào)，例如是指N個(gè)載荷數(shù)字離散信號(hào)和N個(gè)加速度數(shù)字離散信號(hào)，其中600=〈N〈=1000 ;控制模塊計(jì)算功圖數(shù)據(jù)所基于的數(shù)字離散信號(hào)點(diǎn)數(shù)一般是事先設(shè)定的一個(gè)固定值，在不影響精度的條件下，數(shù)量應(yīng)盡量少):
[0061]S1、計(jì)算載荷的周期Tl ;如果根據(jù)載荷數(shù)字離散信號(hào)獲得了載荷的周期，則執(zhí)行步驟S6，否則執(zhí)行步驟S2 ；
[0062]其中，計(jì)算載荷的周期Tl可以是包括:統(tǒng)計(jì)載荷離散數(shù)字信號(hào)中極值點(diǎn)的分布，若極值點(diǎn)的分布是均勻的，則載荷離散數(shù)字信號(hào)有周期性，通過載荷離散數(shù)字信號(hào)中極值點(diǎn)間的間隔獲得Tl;若極值點(diǎn)的分布不是均勻的，則不能根據(jù)載荷數(shù)字離散信號(hào)獲得載荷的周期。所述的極值可以是極大值也可以是極小值。
[0063]計(jì)算載荷的周期Tl還可以采用重復(fù)值分布統(tǒng)計(jì)方法，例如:統(tǒng)計(jì)載荷離散數(shù)字信號(hào)中某一值的分布，若該某一值的分布是均勻的，則載荷離散數(shù)字信號(hào)有周期性，通過查找載荷離散數(shù)字信號(hào)中該某一值連續(xù)兩次出現(xiàn)的間隔獲得Tl;否則不能根據(jù)載荷數(shù)字離散信號(hào)獲得載荷的周期。
[0064]S2、根據(jù)加速度數(shù)字離散信號(hào)計(jì)算加速度的周期T2 ;如果根據(jù)加速度數(shù)字離散信號(hào)獲得了加速度的周期，則執(zhí)行步驟S6，否則執(zhí)行步驟S3 ；
[0065]其中，計(jì)算加速度的周期T2的方法可以采用與計(jì)算Tl的方法類似或相同的方法。
[0066]S3、判斷是否是采樣時(shí)間過短，如果是，則執(zhí)行步驟S4，否則執(zhí)行SlO ；
[0067]其中，采樣時(shí)間過短，例如是所述一定數(shù)量的載荷數(shù)字離散信號(hào)和加速度數(shù)字離散信號(hào)尚不足一個(gè)周期，這一般是由于采樣頻率過高導(dǎo)致的，例如過高的采樣頻率在不足一個(gè)周期的時(shí)間內(nèi)，會(huì)導(dǎo)致載荷數(shù)字離散信號(hào)和加速度數(shù)字離散信號(hào)個(gè)數(shù)分別大于N個(gè)。
[0068]S4、判斷當(dāng)前的采樣頻率是否小于預(yù)設(shè)的最小采樣頻率，若是，則執(zhí)行步驟S10，否則執(zhí)行步驟S5 ；
[0069]S5、控制模數(shù)轉(zhuǎn)換器降低一定的采樣頻率，并重新采樣加速度傳感器及載荷傳感器獲取的模擬量連續(xù)數(shù)據(jù)，從而重新獲得所述一定數(shù)量的載荷數(shù)字離散信號(hào)和加速度數(shù)字離散信號(hào)后返回步驟Si ；
[0070]S6、根據(jù)Tl或T2，如果所述一定數(shù)量的載荷數(shù)字離散信號(hào)及加速度數(shù)字離散信號(hào)是過多周期的載荷數(shù)字離散信號(hào)及加速度數(shù)字離散信號(hào)，從而造成了數(shù)據(jù)冗余，則執(zhí)行步驟S7，否則執(zhí)行步驟S9;
[0071]其中，所述過多周期例如是指大于4個(gè)周期或大于6個(gè)周期；
[0072]S7、判斷當(dāng)前的采樣頻率是否大于預(yù)設(shè)的最大采樣頻率，若是則執(zhí)行步驟S9 ;否則執(zhí)行步驟S8 ；
[0073]S8、控制模塊控制模數(shù)轉(zhuǎn)換器增加一定的采樣頻率，并重新采樣加速度傳感器及載荷傳感器獲取的模擬量連續(xù)數(shù)據(jù)，從而重新獲得所述一定數(shù)量的載荷數(shù)字離散信號(hào)和加速度數(shù)字離散信號(hào)后返回步驟SI ；
[0074]S9、控制模塊通過加速度數(shù)字離散信號(hào)，以及Tl或T2計(jì)算位移數(shù)據(jù)；控制模塊將位移數(shù)據(jù)傳遞給無線通信模塊或根據(jù)位移數(shù)據(jù)和載荷數(shù)字離散信號(hào)輸出示功圖數(shù)據(jù)，然后執(zhí)行步驟Sll ；
[0075]其中，所述控制模塊通過加速度數(shù)字離散信號(hào)，以及Tl或T2計(jì)算位移數(shù)據(jù)，可以包括:控制模塊根據(jù)Tl或T2，抽出M個(gè)完整周期的加速度數(shù)字離散信號(hào)，然后對(duì)不同周期里的同相位信號(hào)進(jìn)行算術(shù)平均，從而將M個(gè)完整周期的加速度數(shù)字離散信號(hào)變換為一個(gè)完整周期的加速度數(shù)字離散信號(hào)；其中2=〈M〈=6。例如，f(tl)、f(tl+Tl)、f(tl+2Tl)、f (tl+3Tl)為4個(gè)周期里的同相位信號(hào)，取其算術(shù)平均為(f (tl) +f (tl+Tl) +f (tl+2Tl) +f (t1+3T1) )/4，從而將 f (tl) ,f (tl+Tl)、f(tl+2Tl)、f(tl+3Tl)變換為(f(tl)+f (tl+Tl)+f(tl+2Tl)+f(tl+3Tl)) /4。
[0076]優(yōu)選地，控制模塊還對(duì)加速度數(shù)字離散信號(hào)進(jìn)行濾波處理:對(duì)每一個(gè)加速度數(shù)字離散信號(hào)，對(duì)應(yīng)取其前三個(gè)和后三個(gè)加速度數(shù)字離散信號(hào)和其自身進(jìn)行平均，對(duì)于首尾附近的加速度數(shù)字離散信號(hào)如果取不到三個(gè)則按照能取到的最大個(gè)數(shù)進(jìn)行平均。
[0077]事實(shí)上，對(duì)加速度數(shù)字離散信號(hào)的濾波處理，可以置于控制模塊處理流程的任何步驟，例如CPU得到一定數(shù)量的載荷數(shù)字離散信號(hào)和加速度數(shù)字離散信號(hào)后，即對(duì)加速度數(shù)字離散信號(hào)進(jìn)行濾波處理；再例如控制模塊加速度數(shù)字離散信號(hào)的濾波處理步驟放在計(jì)算出載荷周期之后進(jìn)行，或放在計(jì)算出加速度周期之后進(jìn)行，或在位移計(jì)算之前才進(jìn)行等，本發(fā)明對(duì)此不做限制，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)各種考慮來靈活安排濾波處理步驟的順序。[0078]S10、控制無線通信模塊發(fā)送告警信息，提示井況異常；
[0079]S11、控制模數(shù)轉(zhuǎn)換器保持當(dāng)前采樣頻率，結(jié)束采樣頻率評(píng)估和自適應(yīng)調(diào)整過程。
[0080]圖3是根據(jù)本發(fā)明而優(yōu)選的抽油機(jī)示功圖測(cè)量或計(jì)算的自適應(yīng)調(diào)整方法示例圖，主要包括以下步驟:
[0081]a、加速度傳感器獲取抽油桿的加速度數(shù)據(jù)，載荷傳感器獲取抽油桿的載荷數(shù)據(jù)。其中，加速度傳感器獲取的抽油桿的加速度數(shù)據(jù)，與載荷傳感器獲取的抽油桿的載荷數(shù)據(jù)，在時(shí)間上同步，即示功圖上的某點(diǎn)的橫坐標(biāo)“位置”與縱坐標(biāo)“載荷”是指某一時(shí)間抽油桿的位置及其載荷。
[0082]b、模數(shù)轉(zhuǎn)換器對(duì)加速度傳感器及載荷傳感器獲取的模擬量連續(xù)數(shù)據(jù)進(jìn)行離散采樣，進(jìn)而將采樣后的模擬量離散數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成數(shù)字離散信號(hào)后傳遞給控制模塊。對(duì)應(yīng)地，作為數(shù)字離散信號(hào)的同步，模數(shù)轉(zhuǎn)換器傳遞給控制模塊的載荷數(shù)字離散信號(hào)和加速度數(shù)字離散信號(hào)是--對(duì)應(yīng)的。
[0083]C、控制模塊得到一定數(shù)量的載荷數(shù)字離散信號(hào)和加速度數(shù)字離散信號(hào)后，執(zhí)行以下采樣頻率評(píng)估和自適應(yīng)調(diào)整步驟:
[0084]S0、控制模塊對(duì)載荷數(shù)字離散信號(hào)和加速度數(shù)字離散信號(hào)分別進(jìn)行滑動(dòng)窗濾波處理:對(duì)每一個(gè)加速度數(shù)字離散信號(hào)，將其前三個(gè)和后三個(gè)加速度數(shù)字離散信號(hào)和其自身進(jìn)行算術(shù)平均后的值作為該數(shù)字離散信號(hào)的值；對(duì)于首尾附近的加速度數(shù)字離散信號(hào)如果取不到三個(gè)則按照能取到的最大個(gè)數(shù)進(jìn)行平均。當(dāng)然本領(lǐng)域技術(shù)人員容易理解，該步驟也可以僅對(duì)載荷數(shù)字離散信號(hào)進(jìn)行滑動(dòng)窗濾波，或僅對(duì)加速度數(shù)字離散信號(hào)進(jìn)行滑動(dòng)窗濾波。對(duì)數(shù)字離散信號(hào)進(jìn)行濾波可以去掉信號(hào)噪聲和毛刺。
[0085]S1、計(jì)算載荷的周期Tl ;如果根據(jù)載荷數(shù)字離散信號(hào)獲得了載荷的周期，則執(zhí)行步驟S6，否則執(zhí)行步驟S2 (也就是說，如果獲得了載荷的周期，就可以不再計(jì)算加速度的周期，這樣在計(jì)算位移時(shí)優(yōu)先地能使用信號(hào)質(zhì)量高、周期性明顯的載荷的周期Tl。事實(shí)上，在油井正常工作狀態(tài)下，載荷的周期性和加速度的周期性是一致的，可以使用載荷的周期作為加速度的周期。定義抽油桿的一周期為:抽油機(jī)從最下端點(diǎn)運(yùn)動(dòng)至最上端點(diǎn)，然后再回到最下端點(diǎn)的過程。載荷傳感器的變化規(guī)律，和抽油桿的運(yùn)動(dòng)規(guī)律基本相符。)。
[0086]S2、根據(jù)加速度數(shù)字離散信號(hào)計(jì)算加速度的周期T2 (當(dāng)抽油井出現(xiàn)異常如卡泵等情況下，加速度周期和載荷的周期就不再一致了，為了在載荷周期性無法獲知的情況下，還能計(jì)算位移數(shù)據(jù)，在此進(jìn)行加速度周期的計(jì)算)；如果根據(jù)加速度數(shù)字離散信號(hào)獲得了加速度的周期，則執(zhí)行步驟S6，否則執(zhí)行步驟S3。
[0087]S3、判斷是否是采樣時(shí)間過短，如果是，則執(zhí)行步驟S4，否則執(zhí)行S10。
[0088]S4、判斷當(dāng)前的采樣頻率是否小于預(yù)設(shè)的最小采樣頻率，若是，則執(zhí)行步驟S10，否則執(zhí)行步驟S5。
[0089]S5、控制模數(shù)轉(zhuǎn)換器降低一定的采樣頻率(降低采樣頻率即增大采樣間隔)，并重新采樣加速度傳感器及載荷傳感器獲取的模擬量連續(xù)數(shù)據(jù)，從而重新獲得所述一定數(shù)量的載荷數(shù)字離散信號(hào)和加速度數(shù)字離散信號(hào)后返回步驟Si。
[0090]S6、根據(jù)Tl或T2，如果所述一定數(shù)量的載荷數(shù)字離散信號(hào)及加速度數(shù)字離散信號(hào)是過多周期的載荷數(shù)字離散信號(hào)及加速度數(shù)字離散信號(hào)，從而造成了數(shù)據(jù)冗余，則執(zhí)行步驟S7，否則執(zhí)行步驟S9。[0091]S7、判斷當(dāng)前的采樣頻率是否大于預(yù)設(shè)的最大采樣頻率，若是則執(zhí)行步驟S9 ;否則執(zhí)行步驟S8。
[0092]S8、控制模塊控制模數(shù)轉(zhuǎn)換器增加一定的采樣頻率，并重新采樣加速度傳感器及載荷傳感器獲取的模擬量連續(xù)數(shù)據(jù)，從而重新獲得所述一定數(shù)量的載荷數(shù)字離散信號(hào)和加速度數(shù)字離散信號(hào)后返回步驟Si。
[0093]S9、控制模塊通過加速度數(shù)字離散信號(hào)，以及Tl或T2計(jì)算位移數(shù)據(jù)(計(jì)算位移例如是通過對(duì)加速數(shù)據(jù)進(jìn)行積分，通過兩次積分獲得相應(yīng)的位移值)，并根據(jù)位移數(shù)據(jù)和載荷數(shù)字離散信號(hào)輸出示功圖數(shù)據(jù)，然后執(zhí)行步驟S11。
[0094]S10、控制模塊輸出告警信息，提示井況異常。
[0095]S11、控制模數(shù)轉(zhuǎn)換器保持當(dāng)前采樣頻率，結(jié)束采樣頻率評(píng)估和自適應(yīng)調(diào)整過程。
[0096]以上是對(duì)本發(fā)明具體實(shí)施例的說明，在具體的實(shí)施過程中可對(duì)本發(fā)明的方法進(jìn)行適當(dāng)?shù)母倪M(jìn)，以適應(yīng)具體情況的具體需要。因此可以理解，根據(jù)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】只是起示范作用，并不用以限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種無線示功儀，其特征在于，包括: 依次電路連接的信號(hào)采集傳感器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、控制模塊和無線通信模塊，其中信號(hào)采集傳感器包括加速度傳感器和載荷傳感器； 加速度傳感器用于獲取抽油桿的加速度數(shù)據(jù)； 載荷傳感器用于獲取抽油桿的載荷數(shù)據(jù)； 模數(shù)轉(zhuǎn)換器對(duì)加速度傳感器及載荷傳感器獲取的模擬量連續(xù)數(shù)據(jù)進(jìn)行離散采樣，進(jìn)而將采樣后的模擬量離散數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成數(shù)字離散信號(hào)后傳遞給控制模塊； 控制模塊得到一定數(shù)量的載荷數(shù)字離散信號(hào)和加速度數(shù)字離散信號(hào)后，執(zhí)行以下采樣頻率評(píng)估和自適應(yīng)調(diào)整步驟: S1、計(jì)算載荷的周期Tl;如果根據(jù)載荷數(shù)字離散信號(hào)獲得了載荷的周期，則執(zhí)行步驟S6，否則執(zhí)行步驟S2 ； S2、根據(jù)加速度數(shù)字離散信號(hào)計(jì)算加速度的周期T2;如果根據(jù)加速度數(shù)字離散信號(hào)獲得了加速度的周期，則執(zhí)行步驟S6，否則執(zhí)行步驟S3 ； S3、判斷是否是采樣時(shí)間過短，如果是，則執(zhí)行步驟S4，否則執(zhí)行SlO； S4、判斷當(dāng)前的采樣頻率是否小于預(yù)設(shè)的最小采樣頻率，若是，則執(zhí)行步驟S10，否則執(zhí)行步驟S5 ； S5、控制模數(shù)轉(zhuǎn)換器降低一定的采樣頻率，并重新采樣加速度傳感器及載荷傳感器獲取的模擬量連續(xù)數(shù)據(jù)，從而重新獲得所述一定數(shù)量的載荷數(shù)字離散信號(hào)和加速度數(shù)字離散信號(hào)后返回步驟SI ； S6、根據(jù)Tl或T2，如果所述一定數(shù)量的載荷數(shù)字離散信號(hào)及加速度數(shù)字離散信號(hào)是過多周期的載荷數(shù)字離散信號(hào)及加速度數(shù)字離散信號(hào)，從而造成了數(shù)據(jù)冗余，則執(zhí)行步驟S7，否則執(zhí)行步驟S9 ； S7、判斷當(dāng)前的采樣頻率是否大于預(yù)設(shè)的最大采樣頻率，若是則執(zhí)行步驟S9;否則執(zhí)行步驟S8 ； S8、控制模塊控制模數(shù)轉(zhuǎn)換器增加一定的采樣頻率，并重新采樣加速度傳感器及載荷傳感器獲取的模擬量連續(xù)數(shù)據(jù)，從而重新獲得所述一定數(shù)量的載荷數(shù)字離散信號(hào)和加速度數(shù)字離散信號(hào)后返回步驟SI; S9、控制模塊通過加速度數(shù)字離散信號(hào)，以及Tl或T2計(jì)算位移數(shù)據(jù)，并將位移數(shù)據(jù)傳遞給無線通信模塊，然后執(zhí)行步驟Sll ； S10、控制無線通信模塊發(fā)送告警信息，提示井況異常； S11、控制模數(shù)轉(zhuǎn)換器保持當(dāng)前采樣頻率，結(jié)束采樣頻率評(píng)估和自適應(yīng)調(diào)整過程； 無線通信模塊用于無線示功儀與外部設(shè)備進(jìn)行命令、數(shù)據(jù)的交換。
2.如權(quán)利要求1所述的無線示功儀，其特征在于:所述載荷傳感器為壓力傳感器或者壓強(qiáng)傳感器。
3.如權(quán)利要求1所述的無線示功儀，其特征在于:加速度傳感器獲取的抽油桿的加速度數(shù)據(jù)，與載荷傳感器獲取的抽油桿的載荷數(shù)據(jù)，在時(shí)間上同步；模數(shù)轉(zhuǎn)換器傳遞給控制模塊的載荷數(shù)字離散信號(hào)和加速度數(shù)字離散信號(hào)一一對(duì)應(yīng)。
4.如權(quán)利要求1或3所述的無線示功儀，其特征在于:所述過多周期是指大于4個(gè)周期。
5.如權(quán)利要求1或3所述的無線示功儀，其特征在于:所述一定數(shù)量的載荷數(shù)字離散信號(hào)和加速度數(shù)字離散信號(hào)，是指N個(gè)載荷數(shù)字離散信號(hào)和N個(gè)加速度數(shù)字離散信號(hào)，其中600=〈N〈=1000。
6.如權(quán)利要求S所述的無線示功儀，其特征在于:控制模塊還對(duì)加速度數(shù)字離散信號(hào)進(jìn)行濾波處理:對(duì)每一個(gè)加速度數(shù)字離散信號(hào)，對(duì)應(yīng)取其前三個(gè)和后三個(gè)加速度數(shù)字離散信號(hào)和其自身進(jìn)行平均，對(duì)于首尾附近的加速度數(shù)字離散信號(hào)如果取不到三個(gè)則按照能取到的最大個(gè)數(shù)進(jìn)行平均。
7.如權(quán)利要求1所述的無線無線示功儀，其特征在于:所述控制模塊通過加速度數(shù)字離散信號(hào)，以及Tl或T2計(jì)算位移數(shù)據(jù)，包括:控制模塊根據(jù)Tl或T2，計(jì)算出M個(gè)完整周期的加速度數(shù)字離散信號(hào)，然后對(duì)不同周期的同相位信號(hào)進(jìn)行算術(shù)平均，從而將M個(gè)完整周期的加速度數(shù)字離散信號(hào)變換為一個(gè)完整周期的加速度數(shù)字離散信號(hào)；其中2=〈M〈=6。
8.如權(quán)利要求1所述的無線示功儀，其特征在于，還包括: 存儲(chǔ)部件，用于存儲(chǔ)數(shù)字離散信號(hào)。
9.如權(quán)利要求1所述的無線示功儀，其特征在于，計(jì)算載荷的周期Tl包括:統(tǒng)計(jì)載荷離散數(shù)字信號(hào)中極值點(diǎn)的分布，若極值點(diǎn)的分布是均勻的，則載荷離散數(shù)字信號(hào)有周期性，通過載荷離散數(shù)字信號(hào)中極值點(diǎn)間的間隔獲得Tl;若極值點(diǎn)的分布不是均勻的，則不能根據(jù)載荷數(shù)字離散信號(hào)獲得載荷的周期。
10.一種自適應(yīng)調(diào)整方法，其特征在于，包括以下步驟: a、加速度傳感器獲取抽油 桿的加速度數(shù)據(jù)，載荷傳感器獲取抽油桿的載荷數(shù)據(jù)； b、模數(shù)轉(zhuǎn)換器對(duì)加速度傳感器及載荷傳感器獲取的模擬量連續(xù)數(shù)據(jù)進(jìn)行離散采樣，進(jìn)而將采樣后的模擬量離散數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成數(shù)字離散信號(hào)后傳遞給控制模塊； C、控制模塊得到一定數(shù)量的載荷數(shù)字離散信號(hào)和加速度數(shù)字離散信號(hào)后，執(zhí)行以下采樣頻率評(píng)估和自適應(yīng)調(diào)整步驟: S1、計(jì)算載荷的周期Tl;如果根據(jù)載荷數(shù)字離散信號(hào)獲得了載荷的周期，則執(zhí)行步驟S6，否則執(zhí)行步驟S2 ； S2、根據(jù)加速度數(shù)字離散信號(hào)計(jì)算加速度的周期T2;如果根據(jù)加速度數(shù)字離散信號(hào)獲得了加速度的周期，則執(zhí)行步驟S6，否則執(zhí)行步驟S3 ； S3、判斷是否是采樣時(shí)間過短，如果是，則執(zhí)行步驟S4，否則執(zhí)行SlO； S4、判斷當(dāng)前的采樣頻率是否小于預(yù)設(shè)的最小采樣頻率，若是，則執(zhí)行步驟S10，否則執(zhí)行步驟SS ； SS、控制模數(shù)轉(zhuǎn)換器降低一定的采樣頻率，并重新采樣加速度傳感器及載荷傳感器獲取的模擬量連續(xù)數(shù)據(jù)，從而重新獲得所述一定數(shù)量的載荷數(shù)字離散信號(hào)和加速度數(shù)字離散信號(hào)后返回步驟SI ； S6、根據(jù)Tl或T2，如果所述一定數(shù)量的載荷數(shù)字離散信號(hào)及加速度數(shù)字離散信號(hào)是過多周期的載荷數(shù)字離散信號(hào)及加速度數(shù)字離散信號(hào)，從而造成了數(shù)據(jù)冗余，則執(zhí)行步驟S7，否則執(zhí)行步驟S9 ； S7、判斷當(dāng)前的采樣頻率是否大于預(yù)設(shè)的最大采樣頻率，若是則執(zhí)行步驟S9;否則執(zhí)行步驟S8 ； S8、控制模塊控制模數(shù)轉(zhuǎn)換器增加一定的采樣頻率，并重新采樣加速度傳感器及載荷傳感器獲取的模擬量連續(xù)數(shù)據(jù)，從而重新獲得所述一定數(shù)量的載荷數(shù)字離散信號(hào)和加速度數(shù)字離散信號(hào)后返回步驟Si ； S9、控制模塊通過加速度數(shù)字離散信號(hào)，以及Tl或T2計(jì)算位移數(shù)據(jù)，并根據(jù)位移數(shù)據(jù)和載荷數(shù)字離散信號(hào)輸出示功圖數(shù)據(jù)，然后執(zhí)行步驟Sll ； s10、控制模塊輸出告警信息，提示井況異常； s11、控制模數(shù)轉(zhuǎn)換器保持當(dāng)前采樣頻率，結(jié)束采樣頻率評(píng)估和自適應(yīng)調(diào)整過程。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于:所述載荷傳感器為壓力傳感器或者壓強(qiáng)傳感器。
12.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于:加速度傳感器獲取的抽油桿的加速度數(shù)據(jù)，與載荷傳感器獲取的抽油桿的載荷數(shù)據(jù)，在時(shí)間上同步；模數(shù)轉(zhuǎn)換器傳遞給控制模塊的載荷數(shù)字離散信號(hào)和加速度數(shù)字離散信號(hào)一一對(duì)應(yīng)。
13.如權(quán)利要求10或12所述的方法，其特征在于:所述過多周期是指大于4個(gè)周期。
14.如權(quán)利要求10或12所述的方法，其特征在于:所述一定數(shù)量的載荷數(shù)字離散信號(hào)和加速度數(shù)字離散信號(hào)，是指N個(gè)載荷數(shù)字離散信號(hào)和N個(gè)加速度數(shù)字離散信號(hào)，其中600=〈N〈=1000。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于:控制模塊還對(duì)加速度數(shù)字離散信號(hào)進(jìn)行濾波處理:對(duì)每一個(gè)加速度數(shù)字離散信號(hào)，對(duì)應(yīng)取其前三個(gè)和后三個(gè)加速度數(shù)字離散信號(hào)和其自身進(jìn)行平均，對(duì)于首尾附近的加速度數(shù)字離散信號(hào)如果取不到三個(gè)則按照能取到的最大個(gè)數(shù)進(jìn)行平均。
16.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于:所述控制模塊通過加速度數(shù)字離散信號(hào)，以及Tl或T2計(jì)算位移數(shù)據(jù)，包括:控制模塊根據(jù)Tl或T2，計(jì)算出M個(gè)完整周期的加速度數(shù)字離散信號(hào)，然后對(duì)不同周期的同相位信號(hào)進(jìn)行算術(shù)平均，從而將M個(gè)完整周期的加速度數(shù)字離散信號(hào)變換為一個(gè)完整周期的加速度數(shù)字離散信號(hào)；其中2=〈M〈=6。
17.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，計(jì)算載荷的周期Tl包括:統(tǒng)計(jì)載荷離散數(shù)字信號(hào)中極值點(diǎn)的分布，若極值點(diǎn)的分布是均勻的，則載荷離散數(shù)字信號(hào)有周期性，通過載荷離散數(shù)字信號(hào)中極值點(diǎn)間的間隔獲得Tl ;若極值點(diǎn)的分布不是均勻的，則不能根據(jù)載荷數(shù)字離散信號(hào)獲得載荷的周期。
【文檔編號(hào)】E21B47/12GK103790571SQ201410043476
【公開日】2014年5月14日 申請(qǐng)日期:2014年1月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月29日
【發(fā)明者】程科, 施劍鋒, 陳國華 申請(qǐng)人:浙江網(wǎng)新技術(shù)有限公司