CN204944717U - 一种无线功图传感器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开一种无线功图传感器，包括安装盒、电池、无线功图传感电路板和载荷主体，电池与无线功图传感器和载荷主体连接，载荷主体与无线功图传感电路板连接，无线功图传感电路板包括设有信号处理电路的微处理器、电池供电电路、传感器电路和无线通讯模块电路，传感器电路包括加速度输入电路和载荷采集电路，设于抽油机悬绳器与锁卡之间的载荷主体与加速度输入电路和载荷采集电路均连接，微处理器分别与加速度输入电路、载荷采集电路、电池供电电路和无线通讯模块电路连接。本实用新型一种无线功图传感器结构简单、能自动采集抽油机的载荷和冲程，计算功图数据，实现远程监控参数精度高、配置灵活、安装方便、可靠性高、成本低、功耗低。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种传感器，特别是涉及一种智能型用于采油过程中监控抽油机的关键参数的无线功图传感器。
背景技术
油井在采油的过程中需要对抽油机的关键参数进行监控,来保证其安全、可靠和高效的工作。传统的油井远程监控系统中将采集到的数据通过有线电缆或者移动通信基站进行传输,存在成本高,灵活性差,覆盖面不广等问题。
随着无线传感器网络的快速发展,由于其低成本、低功耗和自组织网等优点,逐渐成为油井远程监控系统中重要的使用方法。
对整个抽油机系统的工作状况进行分析、诊断的重要手段是示功图。示功图的绘制需要两个参数,分别是悬点的载荷和位移。
由于油田的地理环境特殊,分布范围极其广泛,相互之间距离远进不一,通信设施分布参差不齐,而且各个井场交通不便且分散、测试维护人员劳动强度大,劳动效率低,采油的成本较高,并且现有的油井抽油机远程监控系统建设费用很高且在使用过程中存在盲区,给油田的生产管理带来了极大不便,同时也不利于油田生产管理的信息化建设.
发明内容
本实用新型是为了解决现有技术中的不足而完成的，本实用新型的目的是提供一种结构简单、能够根据用户配置参数自动采集抽油机的载荷和冲程，独立计算出功图数据，并实现远程功图监控，监控参数精度高、配置灵活、安装方便、可靠性高、成本低、功耗低的无线功图传感器。
本实用新型的一种无线功图传感器，包括安装盒、电池、无线功图传感电路板和用于感受并测量载荷信号和加速度信号的载荷主体，所述无线功图传感电路板设置于所述安装盒内，所述电池分别与所述无线功图传感器和所述载荷主体连接，载荷主体与所述无线功图传感电路板连接，所述无线功图传感电路板包括微处理器、电池供电电路、传感器电路和无线通讯模块电路，所述微处理器内设有信号处理电路，所述传感器电路包括加速度输入电路和载荷采集电路，所述载荷主体设置于抽油机悬绳器与锁卡之间，所述载荷主体与所述加速度输入电路和载荷采集电路均连接，所述电池供电电路与所述电池连接，所述微处理器分别与所述加速度输入电路、载荷采集电路、电池供电电路和无线通讯模块电路连接。
本实用新型的一种无线功图传感器还可以是：
所述微处理器还连接有用于电路复位的复位电路。
所述复位电路为A3212EUA-T。
所述电池供电电路与电源转换模块连接，所述电源转换模块分别与所述加速度输入电路、所述载荷采集电路和所述微处理器连接。
所述电源转换模块与所述加速度输入电路、所述载荷采集电路之间设置有正电压调整器，所述电源转换模块负极与所述正电压调整器的正极连接，所述正电压调整器负极分别与所述加速度输入电路和所述载荷采集电路的正极连接。
所述电源转换模块为TPS62056DGS。
所述电池供电电路与所述微处理器之间连接有用于采集电池电量情况的电池采集电路，所述电池供电电路的负极与所述电池采集电路的正极连接，所述电池采集电路的负极与微处理器连接。
所述载荷主体底部固定有模块底卡。
所述微处理器为MSP430F1611IPM。
加速度输入电路为ADXL103。
本实用新型的一种无线功图传感器，包括安装盒、电池、无线功图传感电路板和用于感受并测量载荷信号和加速度信号的载荷主体，所述无线功图传感电路板设置于所述安装盒内，所述电池分别与所述无线功图传感器和所述载荷主体连接，载荷主体与所述无线功图传感电路板连接，所述无线功图传感电路板包括微处理器、电池供电电路、传感器电路和无线通讯模块电路，所述微处理器内设有信号处理电路，所述传感器电路包括加速度输入电路和载荷采集电路，所述载荷主体设置于抽油机悬绳器与锁卡之间，所述载荷主体与所述加速度输入电路和载荷采集电路均连接，所述电池供电电路与所述电池连接，所述微处理器分别与所述加速度输入电路、载荷采集电路、电池供电电路和无线通讯模块电路连接。这样，电池对无线功图传感器电路板和载荷主体进行供电，设置于抽油机悬绳器与锁卡之间的载荷主体感应到外界载荷信号和加速度信号，将载荷信号和加速度信号传输至与其连接的载荷采集电路和加速度输入电路中，再经由载荷采集电路和加速度输入电路将载荷信号和加速度信号传输至微处理器，由微处理器内的信号处理电路进行信号处理，信号处理电路对通过对加速度信号进行双重积分得到抽油机的位移和冲程数据，同时将载荷信号转换为载荷数据，再根据位移和载荷数据计算功图，计算后的功图再通过无线通讯模块电路发送给远程终端，而远程终端可以根据发送过来的功图对抽油机的关键数据的监控。电池供电电路与电池连接，而且其与微处理器和加速度输入电路、载荷采集电路均连接，方便控制电池对上述微处理器、加速度输入电路和载荷采集电路供电。因此相对于现有技术的优点是：结构简单、能够根据用户配置参数自动采集抽油机的载荷和冲程，独立计算出功图数据，并实现远程功图监控，监控参数精度高、配置灵活、安装方便、可靠性高。
附图说明
图1本实用新型无线功图传感器结构示意图。
图2本实用新型无线功图传感器中无线功图传感电路板电路框图。
图号说明
1…安装盒2…无线功图传感电路板3…电池
4…电池供电电路5…传感器电路6…微处理器
7…载荷主体8…模块底卡9…载荷采集电路
10…加速度输入电路11…无线通讯模块电路12…复位电路
13…电源转换模块14…正电压调整器15…电池采集电路
具体实施方式
下面结合附图的图1至图2对本实用新型的一种无线功图传感器作进一步详细说明。
本实用新型的一种无线功图传感器，请参考图1至图2，包括安装盒1、电池3、无线功图传感电路板2和用于感受并测量载荷信号和加速度信号的载荷主体7，所述无线功图传感电路板2设置于所述安装盒1内，所述电池3分别与所述无线功图传感器和所述载荷主体7连接，载荷主体7与所述无线功图传感电路板2连接，所述无线功图传感电路板2包括微处理器6、电池供电电路4、传感器电路5和无线通讯模块电路11，所述微处理器6内设有信号处理电路，所述传感器电路5包括加速度输入电路10和载荷采集电路9，所述载荷主体7设置于抽油机悬绳器与锁卡之间，所述载荷主体7与所述加速度输入电路10和载荷采集电路9均连接，所述电池供电电路4与所述电池3连接，所述微处理器6分别与所述加速度输入电路10、载荷采集电路9、电池供电电路4和无线通讯模块电路11连接。这样，电池3对无线功图传感器电路5板和载荷主体7进行供电，设置于抽油机悬绳器与锁卡之间的载荷主体7感应到外界载荷信号和加速度信号，将载荷信号和加速度信号传输至与其连接的载荷采集电路9和加速度输入电路10中，再经由载荷采集电路9和加速度输入电路10将载荷信号和加速度信号传输至微处理器6，由微处理器6内的信号处理电路进行信号处理，信号处理电路对通过对加速度信号进行双重积分得到抽油机的位移和冲程数据，同时将载荷信号转换为载荷数据，再根据位移和载荷数据计算功图数据，计算后的功图数据再通过无线通讯模块电路11发送给远程终端，而远程终端可以根据发送过来的功图数据对抽油机的关键数据的监控。电池供电电路4与电池3连接，而且其与微处理器6和加速度输入电路10、载荷采集电路9均连接，方便控制电池3对上述微处理器6、加速度输入电路10和载荷采集电路9供电。而载荷本体的感压面上设置有电桥，当载荷发生变化时，电桥各桥臂电阻值发生变化，将力学载荷信号转换成电子载荷信号，该电子载荷信号传输至微处理器6后，微处理器6内的信号处理电路先放大该电子载荷信号，再转换成标准的可传输的数字信号，再与位移数字信号一同转换为功图数据，再通过无线通讯模块电路11传输给远程的接收器或远程监控端。因此相对于现有技术的优点是：结构简单、能够根据用户配置参数自动采集抽油机的载荷和冲程，独立计算出功图数据，并实现远程功图监控，监控参数精度高、配置灵活、安装方便、可靠性高。
本实用新型的一种无线功图传感器，请参考图1至图2，在前面描述的技术方案的基础上还可以是：所述微处理器6还连接有用于电路复位的复位电路12。上电，若电路需要重新复位时，只需要用磁铁在复位电路12的复位点上晃动，由于霍尔效应，微处理器6复位，电路进入测试状态，等待预定时间后，传感器会自动切换至工作状态。进一步优选的技术方案为所述复位电路12为A3212EUA-T。A3212EUA-T集成电路是带有锁存数字输出的超灵敏、不受磁极约束的霍尔效应开关。与其他霍尔效应开关不同的是，只要北极或南极磁场强度足够大，就能打开A3212EUA-T中的输出，没有磁场的时候，输出就会停止。A3212EUA-T提供反向输出。不受磁极影响和最低的功率要求，允许这些器件轻松取换簧片开关，具有更高的可靠性并便于制造，从而降低对信号条件的要求。稳定斩波：超卓的温度稳定性、极低的开关点漂移、对物理感应力不敏感。
本实用新型的一种无线功图传感器，请参考图1至图2，在前面描述的技术方案的基础上还可以是：所述电池供电电路4与电源转换模块13连接，所述电源转换模块13分别与所述加速度输入电路10、所述载荷采集电路9和所述微处理器6连接。使用电源转换模块13的作用是将电池3提供的7.2V的直流电转换为3.3V的电源供给加速度输入电路10、所述载荷采集电路9和所述微处理器6，使得加速度输入电路10、所述载荷采集电路9和所述微处理器6能够稳定工作运行。更进一步优选的技术方案为所述电源转换模块13与所述加速度输入电路10、所述载荷采集电路9之间设置有正电压调整器14，所述电源转换模块13负极与所述正电压调整器14的正极连接，所述正电压调整器14负极分别与所述加速度输入电路10和所述载荷采集电路9的正极连接。正电压调整器14的作用是及时调整电压，避免电路中的励磁等影响电池供电电路4以及电源转换模块13所供给所述加速度输入电路10、所述载荷采集电路9和所述微处理器6的电压稳定，使得各部件运行更加稳定，检测、监控并传输的功图数据更加准确。还可以是所述电源转换模块13为TPS62056DGS。TPS62056DGS是理想的高效率的同步降压型DC/DC转换器，转换器具有高达95％的效率，适用于系统由1节或2节电池供电的锂离子电池或3节至5节镍镉电池，镍氢电池或碱性电池；同步整流可以提高效率和减少外部组件数量；达到最高效率负载电流范围宽，转换器进入节电脉冲频率调制模式的轻负荷电流；转换器低噪音运行，且在关断模式下，电流消耗减少到小于2微安。
本实用新型的一种无线功图传感器，请参考图1至图2，在前面描述的技术方案的基础上还可以是：所述电池供电电路4与所述微处理器6之间连接有用于采集电池3电量情况的电池采集电路15，所述电池供电电路4的负极与所述电池采集电路15的正极连接，所述电池采集电路15的负极与微处理器6连接。这样，微处理器6可以收集到电池3的用电量和剩余电量的信息，并可以将上述信息通过无线通讯模块电路11发送至远程接收端或远程监控端。方便通知更换电池3。还可以是电池3为锂电池3，这样可以在每小时采集一个功图数据的情况下，该锂电池3可连续工作两年，工作时间长，供电稳定，降低维护成本。
本实用新型的一种无线功图传感器，请参考图1至图2，在前面描述的技术方案的基础上还可以是：所述载荷主体7底部固定有模块底卡8。设置模块底卡8的作用是防止载荷主体7前后移动进而影响感应的加速度信号和载荷信号的准确性，保证得到并传输的功图数据最高的准确性。还可以是所述微处理器6为MSP430F1611IPM。MSP430F1611IPM是TI公司生产和销售的微处理器6，其优点是MSP430F1611IPM为超低功耗微控制器，由针对各种不同应用目标具有不同外围设备的芯片系列组成。MSP430F1611IPM的结构与五种低功耗模式相结合，最适用于在便携式测量设备中延长电池寿命。芯片具有一个强大的16位RISCCPU，16位的寄存器以及常数发生器，能够最大限度地提高代码的效率。数字控制的振荡器(DCO)允许在6us内从低功耗模式唤醒。还可以是加速度输入电路10为ADXL103。使用ADXL103的优点是。ADXL103是完整的高精度、低功耗、单轴加速度计，提供经过信号调理的电压输出，所有功能均集成于一个单芯片IC中。这些器件的满量程加速度测量范围为±1.7g，既可以测量动态加速度(例如振动)，也可以测量静态加速度(例如重力)。在-40℃到125℃温度范围内，具有±0.3％的灵敏温度性；±25mg的零点偏移精度；在小于10Hz的宽带下具有解决小于1mg的解决方案(0.06°倾斜)以及优于0.1mg/℃的稳定性。
上述仅对本实用新型中的几种具体实施例加以说明，但并不能作为本实用新型的保护范围，凡是依据本实用新型中的设计精神所作出的等效变化或修饰或等比例放大或缩小等，均应认为落入本实用新型的保护范围。
Claims (10)
1.一种无线功图传感器，其特征在于：包括安装盒、电池、无线功图传感电路板和用于感受并测量载荷信号和加速度信号的载荷主体，所述无线功图传感电路板设置于所述安装盒内，所述电池分别与所述无线功图传感器和所述载荷主体连接，载荷主体与所述无线功图传感电路板连接，所述无线功图传感电路板包括微处理器、电池供电电路、传感器电路和无线通讯模块电路，所述微处理器内设有信号处理电路，所述传感器电路包括加速度输入电路和载荷采集电路，所述载荷主体设置于抽油机悬绳器与锁卡之间，所述载荷主体与所述加速度输入电路和载荷采集电路均连接，所述电池供电电路与所述电池连接，所述微处理器分别与所述加速度输入电路、载荷采集电路、电池供电电路和无线通讯模块电路连接。
2.根据权利要求1所述的一种无线功图传感器，其特征在于：所述微处理器还连接有用于电路复位的复位电路。
3.根据权利要求2所述的一种无线功图传感器，其特征在于：所述复位电路为A3212EUA-T。
4.根据权利要求1所述的一种无线功图传感器，其特征在于：所述电池供电电路与电源转换模块连接，所述电源转换模块分别与所述加速度输入电路、所述载荷采集电路和所述微处理器连接。
5.根据权利要求4所述的一种无线功图传感器，其特征在于：所述电源转换模块与所述加速度输入电路、所述载荷采集电路之间设置有正电压调整器，所述电源转换模块负极与所述正电压调整器的正极连接，所述正电压调整器负极分别与所述加速度输入电路和所述载荷采集电路的正极连接。
6.根据权利要求4所述的一种无线功图传感器，其特征在于：所述电源转换模块为TPS62056DGS。
7.根据权利要求1至6任意一个权利要求所述的一种无线功图传感器，其特征在于：所述电池供电电路与所述微处理器之间连接有用于采集电池电量情况的电池采集电路，所述电池供电电路的负极与所述电池采集电路的正极连接，所述电池采集电路的负极与微处理器连接。
8.根据权利要求1至6任意一个权利要求所述的一种无线功图传感器，其特征在于：所述载荷主体底部固定有模块底卡。
9.根据权利要求1至6任意一个权利要求所述的一种无线功图传感器，其特征在于：所述微处理器为MSP430F1611IPM。
10.根据权利要求1至6任意一个权利要求所述的一种无线功图传感器，其特征在于：加速度输入电路为ADXL103。
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN106546768A (zh) * | 2016-10-31 | 2017-03-29 | 陕西航天时代导航设备有限公司 | 用于大冲击下弹射试验加速度记录装置 |
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2015
- 2015-08-05 CN CN201520582941.0U patent/CN204944717U/zh active Active
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