專利名稱:一種利用超聲波判斷抽油桿狀態(tài)的傳感器的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種利用超聲波判斷抽油桿狀態(tài)的傳感器，主要用于測(cè)量抽油桿位移變化的傳感器，利用抽油桿不同運(yùn)行狀態(tài)時(shí)超聲波的反射回波時(shí)間不同的測(cè)量原理，通過測(cè)量反射回波的時(shí)間，可用于抽油桿的位移測(cè)量，具體涉及到石油生產(chǎn)設(shè)備監(jiān)測(cè)領(lǐng)域。它包括收發(fā)一體的超聲波探頭，超聲波探頭與振蕩器連接，振蕩器與微型控制器連接，觸發(fā)整形電路與微型控制器連接。本實(shí)用新型的位移測(cè)量方法屬于基于超聲波原理的抽油桿位移測(cè)量傳感器，具體涉及一種石油生產(chǎn)設(shè)備位移監(jiān)測(cè)裝置。它內(nèi)部主要由超聲波傳感器、振蕩器、觸發(fā)整形電路、微型控制器等組成。利用抽油桿不同運(yùn)動(dòng)狀態(tài)時(shí)超聲波反射時(shí)間不同的原理，通過測(cè)量反射時(shí)間實(shí)現(xiàn)對(duì)抽油桿的屬于上沖程、下沖程的位移判斷功能。
【專利說明】
一種利用超聲波判斷抽油桿狀態(tài)的傳感器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型涉及一種利用超聲波判斷抽油桿狀態(tài)的傳感器，主要用于測(cè)量抽油桿位移變化的傳感器，利用抽油桿不同運(yùn)行狀態(tài)時(shí)超聲波的反射回波時(shí)間不同的測(cè)量原理，通過測(cè)量反射回波的時(shí)間，可用于抽油桿的位移測(cè)量，具體涉及到石油生產(chǎn)設(shè)備監(jiān)測(cè)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]目前對(duì)石油生產(chǎn)設(shè)施建設(shè)的重視和關(guān)注，監(jiān)管部門對(duì)于生產(chǎn)期間設(shè)備的工作效率、監(jiān)測(cè)的要求也有所提高，其中對(duì)抽油桿的荷載監(jiān)測(cè)需求隨之而產(chǎn)生。其監(jiān)測(cè)方法是:對(duì)抽油機(jī)懸點(diǎn)載荷隨其位移變化規(guī)律的圖形稱為示功圖，它是示功儀在抽油機(jī)一個(gè)抽吸周期內(nèi)測(cè)取的封閉曲線。通過對(duì)示功圖的分析、計(jì)算可判斷抽油機(jī)的狀態(tài)及工作效率情況。
[0003]傳統(tǒng)的對(duì)抽油桿的位移采集系統(tǒng)發(fā)展較早，有一定的使用范圍，其主要工作原理是:將抽油桿套裝一個(gè)拉線式位移傳感器，實(shí)現(xiàn)抽油桿位移的監(jiān)測(cè)。由于拉線位移傳感器內(nèi)部是采用多圈電位器測(cè)量，含有繞線齒輪等機(jī)械結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜。
[0004]同時(shí)，傳統(tǒng)拉線位移傳感器安裝難度較高，傳統(tǒng)的測(cè)量傳感器采用拉線式設(shè)計(jì)，安裝時(shí)需要將抽油桿活動(dòng)端與拉繩進(jìn)行固定，抽油桿帶動(dòng)拉繩進(jìn)行拉繩、回縮。這時(shí)采集裝置測(cè)量電阻值的不同從而測(cè)量出位移的變化。但安裝時(shí)需要抽油機(jī)暫停工作才能進(jìn)行安裝、維修，且拉繩容易被絞斷，應(yīng)用存在局限性。
[0005]因此，傳統(tǒng)的拉線傳感器在長(zhǎng)期測(cè)量穩(wěn)定性、安裝復(fù)雜度、成本等方面存在一定的局限性，難以滿足特定工況下的要求。
[0006]目前還存在有使用加速度判斷抽油桿狀態(tài)的傳感器，即根據(jù)抽油桿上下運(yùn)動(dòng)狀態(tài)時(shí)加速度值不同的原理，測(cè)量加速度值用于判斷，但由于不同抽油桿沖程的速度相差較大，部分沖程緩慢的油井接近勻速運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，加速度值無明顯差異，會(huì)出現(xiàn)判斷錯(cuò)誤等缺點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]為了克服上述缺陷，本實(shí)用新型目的解決的技術(shù)問題就在于以下幾點(diǎn):(I)為降低成本及提高穩(wěn)定性，采用超聲波傳感器測(cè)量抽油桿位移變化。(2)內(nèi)置震蕩電路以及觸發(fā)整形電路，觸發(fā)微型控制器的中斷計(jì)時(shí)。
[0008]為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型采用的以下技術(shù)方案:
[0009]—種利用超聲波判斷抽油桿狀態(tài)的傳感器，它包括收發(fā)一體的超聲波探頭，超聲波探頭與振蕩器連接，振蕩器與微型控制器連接，觸發(fā)整形電路與微型控制器連接。
[0010]超聲波探頭與振蕩器連接作為超聲波發(fā)射信號(hào)，同時(shí)將超聲波探頭與觸發(fā)整形電路連接，即當(dāng)接收到地面反射的回波后，經(jīng)過整形，可產(chǎn)生一個(gè)脈沖信號(hào)，作為微型控制器的中斷觸發(fā)信號(hào)使用，可實(shí)現(xiàn)計(jì)時(shí)的功能。
[0011]傳感器主體安裝在抽油桿動(dòng)力裝置的抽油桿上。
[0012]超聲波傳感器的工作原理是:微控制器控制震蕩電路產(chǎn)生震蕩信號(hào)，使超聲波探頭發(fā)出震蕩頻率為40khz的超聲波，而超聲波在空氣中以聲速(默認(rèn)為340米/秒)，當(dāng)遇到地面或障礙物時(shí)，超聲波會(huì)被反射。發(fā)射波被探頭拾取，探頭拾取的信號(hào)被整形電路整形處理成脈沖信號(hào)。由于探頭發(fā)出超聲波信號(hào)到反射波被探頭拾取到，經(jīng)過來回兩次，所需時(shí)間為T，根據(jù)距離等于速度乘以時(shí)間的計(jì)算關(guān)系，因此探頭與地面的距離應(yīng)等于T/2時(shí)間內(nèi)超聲波傳播的距離。
[0013]由于需要計(jì)算超聲波發(fā)出后到第一個(gè)反射波拾取后所經(jīng)過的時(shí)間，可利用微型控制器計(jì)時(shí)和中斷的功能，即當(dāng)超聲波發(fā)出時(shí)開始計(jì)時(shí)，待觸發(fā)整形電路產(chǎn)生中斷信號(hào)后，停止計(jì)時(shí)，再將此計(jì)時(shí)值除以2即為探頭與地面距離內(nèi)，超聲波傳輸?shù)臅r(shí)間，根據(jù)340米/秒的聲速值，計(jì)算距離值。
[0014]本實(shí)用新型的有益效果:
[0015]本實(shí)用新型的位移測(cè)量方法屬于基于超聲波原理的抽油桿位移測(cè)量傳感器，具體涉及一種石油生產(chǎn)設(shè)備位移監(jiān)測(cè)裝置。它內(nèi)部主要由收發(fā)一體的超聲波探頭、振蕩器、觸發(fā)整形電路、微型控制器等組成。利用抽油桿不同運(yùn)動(dòng)狀態(tài)時(shí)超聲波反射回波所需時(shí)間不同的原理，通過采集探頭與地面距離值實(shí)現(xiàn)對(duì)抽油桿的屬于上沖程、下沖程的判斷功能。
【附圖說明】

[0016]圖1是本實(shí)用新型的傳感器結(jié)構(gòu)框圖；
[0017]圖2是本實(shí)用新型的抽油位移傳感器實(shí)際工作時(shí)示意圖；
[0018]圖2中:4是抽油桿上沖程時(shí)頂端狀態(tài);5是抽油桿;6是抽油桿下沖程時(shí)底部狀態(tài);7是抽油桿動(dòng)力裝置;8是地面位置。
【具體實(shí)施方式】
[0019]下面結(jié)合附圖1、2對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)描述:
[0020]—種利用超聲波判斷抽油桿狀態(tài)的傳感器，它包括收發(fā)一體的超聲波探頭I，超聲波探頭I與振蕩器2連接，振蕩器2與微型控制器4連接，觸發(fā)整形電路3與微型控制器4連接。[0021 ]傳感器主體安裝在抽油桿動(dòng)力裝置7的抽油桿5上。
[0022]將本實(shí)用新型的超聲波抽油桿位移傳感器安裝固定于抽油桿上，安裝前后調(diào)整支架與桿體間的間隙，以避免固定不牢靠導(dǎo)致松動(dòng)、跌落事故。螺絲擰固完畢后，應(yīng)涂抹螺紋緊固膠。
[0023]現(xiàn)場(chǎng)安裝時(shí)，應(yīng)將傳感器固定在抽油桿上，且選取的位置應(yīng)避免傳感器與機(jī)械部件發(fā)生碰撞。
[0024]超聲波傳感器的工作原理是:超聲波探頭發(fā)出震蕩頻率為40khz的在空氣中以聲速傳播，當(dāng)遇到地面或障礙物時(shí)，超聲波會(huì)被反射。發(fā)射波被探頭拾取，探頭拾取的信號(hào)被整形電路整形處理成脈沖信號(hào)。由于需要計(jì)算超聲波發(fā)出后到第一個(gè)反射波拾取后所經(jīng)過的時(shí)間，可利用微型控制器計(jì)時(shí)和中斷的功能，即當(dāng)超聲波發(fā)出時(shí)開始計(jì)時(shí)，待觸發(fā)整形電路產(chǎn)生中斷信號(hào)后，停止計(jì)時(shí)，將此計(jì)時(shí)值除以2即為探頭與地面距離內(nèi)，超聲波傳輸?shù)臅r(shí)間，根據(jù)340米/秒的聲速值，計(jì)算距離值。
[0025]本實(shí)用新型是一種無接觸式距離測(cè)量傳感器，能夠測(cè)量探頭與地面的距離。而在抽油桿運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于上、下沖程過程中其超聲波探頭與地面距離會(huì)不同，如圖2所示:當(dāng)抽油桿從中間運(yùn)動(dòng)至頂端(狀態(tài)I)時(shí)，探頭發(fā)出超聲波到接收到反射波所用時(shí)間為58ms，折合距離為9.86米；當(dāng)抽油桿從中間運(yùn)動(dòng)至底部(狀態(tài)3)時(shí)，探頭發(fā)出超聲波到接收到反射波所用時(shí)間為6ms，折合距離為1.02米。
[0026]石油生產(chǎn)時(shí)對(duì)示功圖測(cè)量的位移、荷載進(jìn)行測(cè)量，通過描繪位移-荷載曲線進(jìn)行功圖展示，其中對(duì)位移的判斷要求主要是判斷出抽油桿頂端狀態(tài)、底部狀態(tài)(即上、下死點(diǎn))，再結(jié)合荷載變化完成功圖，本實(shí)用新型通過對(duì)抽油桿超聲波的判斷實(shí)現(xiàn)了抽油桿頂端狀態(tài)、底部狀態(tài)的判斷、拾取功能。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種利用超聲波判斷抽油桿狀態(tài)的傳感器，其特征在于:它包括收發(fā)一體的超聲波探頭(I)，超聲波探頭(I)與振蕩器(2)連接，振蕩器(2)與微型控制器(4)連接，觸發(fā)整形電路(3)與微型控制器(4)連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用超聲波判斷抽油桿狀態(tài)的傳感器，其特征在于:傳感器主體安裝在抽油桿動(dòng)力裝置(7)的抽油桿(5)上。
【文檔編號(hào)】G01B17/00GK205718889SQ201620264451
【公開日】2016年11月23日
【申請(qǐng)日】2016年4月1日
【發(fā)明人】劉付鵬, 王輔宋, 劉文峰, 謝鎮(zhèn), 劉國(guó)勇, 李松
【申請(qǐng)人】江西飛尚科技有限公司