一種基于三軸加速度傳感器的抽油機(jī)懸點(diǎn)位移測量裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及一種抽油機(jī)懸點(diǎn)位移的測量，特別涉及一種基于三軸加速度傳感 器的抽油機(jī)懸點(diǎn)位移測量裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 抽油機(jī)示功圖是分析抽油機(jī)井下抽油泵工作狀況的重要依據(jù)，它由抽油機(jī)在一個 沖次內(nèi)懸點(diǎn)處的載荷與位移組成。載荷可以通過載荷傳感器直接測量，但是位移測量較復(fù) 雜。
[0003] 目前抽油機(jī)懸點(diǎn)位移測量有拉線式、角度式、加速度式等方法，其中拉線式和角 度式需要借助復(fù)雜的機(jī)械機(jī)構(gòu)，故障率很高，因此使用較多的是加速度式。該方法是通過 加速度傳感器測量抽油機(jī)懸點(diǎn)上下運(yùn)動加速度，再對加速度進(jìn)行二次積分獲得懸點(diǎn)的位 移。該方法主要采用單軸加速度傳感器，如專利"抽油機(jī)光桿加速度位移傳感器"（專利號 CN200720023552)，或者僅使用多軸加速度傳感器的一個軸向的輸出，如專利"基于Zigbee 網(wǎng)絡(luò)的無線低功耗油井示功儀"(專利號CN201210445726)。僅使用單軸加速度傳感器或者 多軸加速度傳感器的一個軸向輸出對抽油機(jī)懸點(diǎn)位移進(jìn)行測量，具有很大的不足。由于固 定或者老化等原因，安裝加速度傳感器的設(shè)備可能會發(fā)生傾斜、變形，使加速度傳感器的上 下軸不能與地面絕對垂直，這樣加速度傳感器的上下軸所測的懸點(diǎn)運(yùn)動加速度僅僅是懸點(diǎn) 實(shí)際運(yùn)動加速度的一個分量，通過該分量的二次積分計(jì)算懸點(diǎn)位移，計(jì)算結(jié)果與懸點(diǎn)的實(shí) 際位移偏差較大，從而使通過加速度方式測量懸點(diǎn)位移的誤差較大。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004] 本實(shí)用新型的目的就是針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述缺陷，提供一種基于三軸加速度 傳感器的抽油機(jī)懸點(diǎn)位移測量裝置，用于解決目前基于單軸加速度傳感器的抽油機(jī)懸點(diǎn)位 移測量誤差大的問題。
[0005] 其技術(shù)方案是：包括殼體、電池、電源模塊、三軸加速度傳感器、單片機(jī)、無線通信 模塊，所述的電池、電源模塊、三軸加速度傳感器、單片機(jī)、無線通信模塊全部安裝于殼體 內(nèi)，殼體固定于抽油機(jī)懸點(diǎn)處，隨懸點(diǎn)上下運(yùn)動，電池和電源模塊供電，三軸加速度傳感器 對三個軸向的加速度進(jìn)行測量，且與單片機(jī)連接，經(jīng)過計(jì)算獲得裝置的傾斜角度，對上下軸 加速度進(jìn)行修正，再計(jì)算獲得懸點(diǎn)的位移，通過無線通信模塊向外發(fā)送。
[0006] 上述三軸加速度傳感器的輸出以電壓模擬量的形式經(jīng)過低通濾波輸給單片機(jī)的 AD 口，單片機(jī)對輸入的模擬量進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換，用數(shù)字量表示加速度的大小。
[0007] 上述的單片機(jī)的型號為MSP430F1611，該單片機(jī)具有IOkB的RAM和48kB的R0M， 每MHz電流有330 μ A，待機(jī)狀態(tài)電流為I. 1 μ A，電路中，該單片機(jī)連接32. 768kHz和8MHz 兩種頻率的晶振，待機(jī)狀態(tài)采用低頻晶振，工作狀態(tài)采用高頻晶振，單片機(jī)的復(fù)位芯片U3， 型號為MP811。
[0008] 上述的無線通信模塊的型號為NRF24L01，該無線通信模塊工作于2. 4GHz，具有 126個頻道，滿足多點(diǎn)通信要求，待機(jī)狀態(tài)下供電電流為22uA，掉電模式下僅為900nA ;并且 所述無線通信模塊通過6條線與MSP430F1611的IO 口相連，單片機(jī)通過這些IO 口模擬SPI 總線向通信模塊發(fā)送數(shù)據(jù)和指令，同時通過該模塊接收上位機(jī)的指令。
[0009] 上述的三軸加速度傳感器的型號為ADXL327,可以同時測量三個方向的加速度，適 合于靜態(tài)和動態(tài)的加速度測量，芯片的Xout、Yout和Zout三個引腳分別是X軸、Y軸和Z 軸的加速度輸出，其中X軸用于測量上下方向的加速度，Y軸用于測量左右方向的加速度，Z 軸用于測量前后方向的加速度，在電路中，ADXL327電源Vs為3. 3V，靈敏度為462mV/g，當(dāng) 測量值為Og時，輸出電壓Vs/2,即I. 65V，當(dāng)加速度發(fā)生變化，對應(yīng)軸的輸出電壓發(fā)生變化， 因此通過測量某一軸輸出電壓大小，可計(jì)算出該軸的加速度；
[0010] 所述的三個引腳連接的電容C3、C4和C5實(shí)現(xiàn)低通濾波，截止頻率為0. 5Hz，加速 度傳感器的三個輸出經(jīng)過低通濾波后分別連接MSP430F1611的P6. 3/A3、P6. 4/A4和P6. 5/ A5三個引腳。
[0011] 本實(shí)用新型的有益效果是：本實(shí)用新型創(chuàng)造性的采用三軸加速度傳感器和單片機(jī) 相結(jié)合對抽油機(jī)懸點(diǎn)位移進(jìn)行測量；通過檢測該裝置的傾斜角度對所測量的上下軸向加速 度進(jìn)行修正，進(jìn)而計(jì)算懸點(diǎn)位移；該方法和裝置消除了由于加速度傳感器的上下軸向與重 力加速度不完全平行導(dǎo)致的位移測量誤差，可以大大提高位移的計(jì)算精度。本實(shí)用新型的 測量方法對懸點(diǎn)位移測量準(zhǔn)確，且該裝置結(jié)構(gòu)簡單，極具推廣價值。
【附圖說明】
[0012] 圖1是本實(shí)用新型的測試裝置的安裝位置示意圖；
[0013] 圖2是本實(shí)用新型的測試裝置的結(jié)構(gòu)示意框圖；
[0014] 圖3是本實(shí)用新型的測試裝置的電源電路圖；
[0015] 圖4是本實(shí)用新型的加速度采集、單片機(jī)、無線通信模塊電路圖；
[0016] 圖5是三軸加速度傳感器三軸標(biāo)準(zhǔn)位置示意圖；
[0017] 圖6是三軸加速度傳感器發(fā)生傾斜示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018] 結(jié)合附圖1-6,對本實(shí)用新型作進(jìn)一步的描述：
[0019] 一、裝置的安裝位置。
[0020] 該裝置的安裝位置如圖1所示。圖中，1是抽油機(jī)懸點(diǎn)位移的測量裝置，2是抽油 機(jī)懸點(diǎn)，3是抽油機(jī)井口，4是抽油機(jī)驢頭，5是抽油機(jī)游梁。需要將該裝置固定于抽油機(jī)懸 點(diǎn)，并且使三軸加速度傳感器的X軸，即上下軸，垂直于地面，與重力加速度方向相反。當(dāng)抽 油機(jī)懸點(diǎn)上下運(yùn)動時，該裝置同時上下運(yùn)動，通過加速度傳感器對懸點(diǎn)的運(yùn)動加速度進(jìn)行 測量。
[0021] 二、裝置的組成
[0022] 該裝置的組成如圖2所示。該裝置包括電池、電源模塊、三軸加速度傳感器、單片 機(jī)、無線通信模塊。電池與電源模塊產(chǎn)生整個裝置所需要的電源，三軸加速度傳感器測量三 個軸向的加速度，單片機(jī)對加速度數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、修正，并計(jì)算位移，無線通信模塊將計(jì)算 的位移量向外發(fā)送。
[0023] 三、抽油機(jī)位移的測量方法
[0024] 1、裝置的供電
[0025] 本裝置安裝于懸點(diǎn)，采用電池供電，電池與電源模塊相連，電源模塊產(chǎn)生穩(wěn)定電 壓，向加速度傳感器、單片機(jī)和無線通信模塊供電。
[0026] 圖3是該裝置內(nèi)部的電源電路圖。該裝置由ER34615H型3. 6V鋰亞硫酰氯電池供 電，該電池容量達(dá)到20000mAh，能夠?yàn)檠b置長時間不間斷供電。電池與U4相連。U4為電源 模塊，該模塊型號為NCP500SN33T1，該模塊可以提供電流為150mA的3. 3V直流電。
[0027] 2、加速度的采集
[0028] 該裝置通過三軸加速度傳感器測量三個軸向的加速度，并將加速度以模擬量的形