用于測量油氣井及其抽油機工況參數的裝置的制作方法

本發明涉及一種測量裝置，尤其是一種用于測量油氣井及其抽油機工況參數的裝置。

背景技術：

在目前國內外識別抽油機上下沖程的方法通常采用在光桿和驢頭位置加載位移傳感器的方式。這種加載方式不能長期加持在抽油機上，因此不具備生產實效。

技術實現要素：

針對上述問題中存在的不足之處，本發明提供一種便于實時測取抽油機生產數據的用于測量油氣井及其抽油機工況參數的裝置。

為實現上述目的，本發明提供一種用于測量油氣井及其抽油機工況參數的裝置，包括上死點接近開關(2)、下死點接近開關(3)、主控裝置(5)與編碼器(4)，所述上死點接近開關(2)和所述下死點接近開關(3)均是通過支架組件(1)安裝在抽油機中游梁(9)的頂部，并且位于抽油機中光桿(6)的下端，所述上死點接近開關(2)和所述下死點接近開關(3)均是與所述主控裝置(5)相連接，所述主控裝置(5)還分別與所述編碼器(4)、以及抽油機中的電動機(8)相連接；

所述主控裝置(5)包括主控電路板(51)、與固化在其上的主控電路(52)，所述主控電路板(51)包括剛性的基板(511)和柔性的雙面板(512)，所述基板(511)的正反面上均設有雙面板(512)，雙面板(512)與基板(511)通過絕緣膠層粘接；所述雙面板(512)的一側邊上開有若干缺口槽(5121)，缺口槽(5121)內的基板(511)上設有鎖止接口；所述鎖止接口包括通槽孔(5111)，通槽孔(5111)設于基板(511)的側面上，所述通槽孔(5111)垂直投影與基板(511)的側邊相交進而通槽孔(5111)的孔壁呈開口狀設置，且通槽孔(5111)的開口寬度小于通槽孔(5111)的直徑；

所述主控電路(52)包括整流濾波電路(524)、三相逆變電路(525)、單片機(521)，交流電源通過整流濾波電路(524)、三相逆變電路(525)與三相異步電動機連接，整流濾波電路(524)的控制回路依次經檢測電路(523)、保護電路(522)、單片機(521)、正弦脈寬調制波發生器(527)、驅動電路(526)輸出到三相逆變電路(525)；保護電路(522)與驅動電路(526)連接。

上述用于測量油氣井及其抽油機工況參數的裝置，其中，所述基板(511)的正反面上均設有印刷電路的銅箔層(513)，基板(511)兩面的銅箔層(513)之間通過微盲孔鍍銅連接；所述雙面板(512)的正反面上均設有印刷電路的銅箔層(513)，雙面板(512)兩面的銅箔層(513)之間通過微盲孔鍍銅連接。

上述用于測量油氣井及其抽油機工況參數的裝置，其中，所述缺口槽(5121)內的基板(511)面上設有搭接主控電路(52)，通槽孔(5111)的孔壁上設有連通兩端搭接電路(5131)的鍍銅層。

上述用于測量油氣井及其抽油機工況參數的裝置，其中，所述單片機(521)采用at89c51型號。

上述用于測量油氣井及其抽油機工況參數的裝置，其中，所述支架組件(1)由通過固定螺栓(13)相連接的縱向板(11)與橫向板(12)構成，所述縱向板(11)安裝在所述游梁(9)的頂部，所述上死點接近開關(2)或所述下死點接近開關(3)安裝在所述橫向板(12)上。

上述用于測量油氣井及其抽油機工況參數的裝置，其中，在所述縱向板(11)上開設有貫穿其內部的縱向通孔(111)，在所述橫向板(12)上開設有用于貫穿內部的圓形通孔與弧形通孔(121)。

上述用于測量油氣井及其抽油機工況參數的裝置，其中，所述弧形通孔(121)設置在所述圓形通孔的下端。

與現有技術相比，本發明具有以下優點：

本發明具有結構簡單、容易制造和安裝的優點，便于實時測取抽油機生產數據，可自動識別抽油機運行過程中的上沖程和下沖程，為計算上下沖程電流極值、判別油氣井工況和繪制電示功圖建立技術基礎，具有廣闊的市場應用前景；

上死點接近開關和下死點接近開關通過支架組件安裝在抽油機中游梁的頂部，便于精確感應光桿的死點位置；

由于在橫向板上開設有內凹狀的弧形通孔，因此，當光桿與橫向板相接觸、并向其施加向下的力時，橫向板會在弧形通孔的作用下向下運動，以避免橫向板發生損壞，與此同時，上死點接近開關或下死點接近開關也會產生上死點數字信號或下死點數字信號；

主控電路板由剛性基板與柔性雙面板結合，提高主控板的強度和布線密度，從而縮小車載中控部件的體積，基板上配置鎖止接口以提高主控板的組裝效率和裝配強度，且通槽孔兼具電路橋接和元器件連接接口，從而有效提高主控板的搭載數量和布線合理性；

采用單片機簡化了主控電路，運算速度快，精度高，具有大容量的存儲單元，可以實現較為復雜的控制，無零點漂移，控制精度高。

附圖說明

圖1為本發明的結構示意圖；

圖2為圖1中支架組件的結構圖；

圖3為圖1中編碼器的電路原理圖；

圖4為圖1中主控裝置的電路原理圖；

圖5為本發明中主控電路板的結構圖；

圖6為本發明中主控電路的結構框圖。

主要附圖標記說明如下：

1-支架組件；11-縱向板；111-縱向通孔；12-橫向板；121-弧狀通孔；13-固定螺栓；2-上死點接近開關；3-下死點接近開關；4-編碼器；5-主控裝置；6-光桿；7-驢頭；8-電動機；9-游梁；

51-主控電路板；511-基板；512-雙面板；513-銅箔層；5111-通槽孔；5121-缺口槽；5131-搭接電路；

52-主控電路；521-單片機；522-保護電路；523-檢測電路；524-整流濾波電路；525-三相逆變電路；526-驅動電路；527-正弦脈寬調制波發生器

具體實施方式

如圖1與圖2所示，本發明提供一種用于測量油氣井及其抽油機工況參數的裝置，包括上死點接近開關2、下死點接近開關3、主控裝置5與編碼器4。其中，上死點接近開關2和下死點接近開關3均是通過支架組件1、安裝在抽油機中游梁9的頂部，并且位于抽油機中光桿6的下端，上死點接近開關2和下死點接近開關3均是與主控裝置5相連接，主控裝置5分別與編碼器4、以及抽油機中的電動機8相連接。

上死點接近開關2和下死點接近開關3可通過無線數據傳輸裝置與主控裝置5相連接，從而將產生的數字信號發送給主控裝置。

其中，安裝有上死點接近開關2的支架組件和安裝有下死點接近開關3的支架組件分別安裝在抽油機中游梁支點的兩側。

上死點接近開關2和下死點接近開關3通過支架組件安裝在抽油機中游梁9的頂部，便于精確感應光桿的死點位置。其中，支架組件1由通過固定螺栓13相連接的縱向板11與橫向板12構成，上死點接近開關2或下死點接近開關3安裝在橫向板12上。縱向板11的底部安裝在游梁9的頂部，在縱向板11上開設有貫穿其內部的縱向通孔111。在橫向板12上開設有用于貫穿內部的圓形通孔與弧形通孔121，其中，弧形通孔121設置在圓形通孔的下端。

由于在橫向板上開設有內凹狀的弧形通孔，因此，當光桿與橫向板相接觸、并向其施加向下的力時，橫向板會在弧形通孔的作用下向下運動，以避免橫向板發生損壞，與此同時，上死點接近開關或下死點接近開關也會產生上死點數字信號或下死點數字信號。

由于上死點接近開關2和下死點接近開關3均是位于抽油機中光桿6的下端，當光桿6帶動驢頭7進行向下運動時，若光桿的前端與下死點接近開關發生接觸，則會產生下死點數字信號，該下死點數字信號通過無線數據傳輸方式發送給主控裝置。與此同時，主控裝置會采集與光桿相連接的電動機的電壓、電流以及對編碼器進行計數。

當光桿6帶動驢頭7進行向上運動時，若光桿的前端與上死點接近開關發生接觸，則會產生上死點數字信號，該上死點數字信號通過無線數據傳輸方式發送給主控裝置。與此同時，主控裝置會采集與光桿相連接的電動機的電壓、電流以及對編碼器進行計數。

主控裝置在獲取到這些數字、模擬信號之后，主控裝置即可識別抽油機上下沖程及具體位置，進而通過對電壓、電流、轉速的密集采樣和實時運算，即可得出抽油機上下沖程電流極值、井及抽油機工況和示功圖。

支架上安裝的接近開關可以在光桿分別處于上、下死點時給出數字信號到主控裝置，同時主控裝置可以測量到電動機的電壓、電流以及對編碼器進行計數。在獲取到這些數字、模擬信號之后，主控即可識別抽油機上下沖程及具體位置，進而通過對電壓、電流、轉速的密集采樣和實時運算，即可得出抽油機上下沖程電流極值、井及抽油機工況和示功圖。支架固定后，接近開關可以在豎直平面內調整位置(圖2)，便于精確感應抽油桿的死點位置。

如圖3所示，本發明中采用的編碼器為編碼電路其包括型號為pt2262-s18的編碼芯片p1，編碼芯片p1的8腳、12腳、13腳、14腳、15腳分別作為數據端口，且8腳通過下拉電阻r5、12腳通過下拉電阻r4、13腳通過下拉電阻r3、14腳通過下拉電阻r2、15腳通過下拉電阻r1分別接地，編碼芯片p1的9腳與10腳共接后接地，17腳與18腳之間接有振蕩電阻r6，編碼芯片p1的20腳為電源端，20腳上通過五組彼此并聯的按鍵開關sw1-sw5接入直流電壓vcc，每組按鍵開關上分別串聯有二極管，且每組按鍵開關亦分別通過導線與編碼芯片p1的數據端口一一對應連接，編碼芯片p1的19腳通過電阻r7與一個高頻三極管q1的基極連接高頻三極管q1的基極還通過晶振m1接地，高頻三極管q1的集電極通過耦合電容c1接入天線tx，高頻三極管q1的集電極還通過導線接入直流電壓vcc，高頻三極管q1的發射極通過相互并聯的電阻r1與電容c3接地高頻三極管q1的集電極與發射極之間還接有電阻c2構成電容三點式振蕩器。

按鍵開關sw1、sw2、sw3、sw4、sw5一端分別共接后接入直流電壓vcc，按鍵開關sw1上另一端串接有二極管d1、按鍵開關sw2上另一端串接有二極管d2、按鍵開關sw3上另一端串接有二極管d3、按鍵開關sw4上另一端串接有二極管d4、按鍵開關sw5上另一端串接有二極管d5后再分別接入編碼芯片p1的20腳上且按鍵開關sw1另一端還通過導線與編碼芯片p1的8腳、按鍵開關sw2另一端還通過導線與編碼芯片p1的15腳、按鍵開關sw3另一端還通過導線與編碼芯片p1的14腳、按鍵開關sw4另一端還通過導線與編碼芯片p1的13腳、按鍵開關sw5另一端還通過導線與編碼芯片p1的12腳分別連接。

型號為pt2262-s18的編碼芯片p1和編碼芯片的地址腳1—7腳必須處在相同狀態，否則不解碼，編碼信號由地址碼、數據碼，同步碼組成一個完整的碼字，該編碼信號經無線數據發射模塊進行調調制是后經無線發射到周圍的空間，當編碼芯片p1的19腳為低電平期間，則315mhz的晶振m1停止振蕩，當按下不同的按鍵開關時，編碼芯片p1的五個數據端口接收到不同的數據信號，19腳就發出特定的二進制數據串，經過一個電阻r7提供給型號為g64的高頻三極管q1的基極、315mhz晶振m1，高頻三極管q1的ube結電壓，電容c2(17pf)構成電容三點式振蕩器，電阻r8(100歐)與c3(32pf)并聯接高頻三極管q1的發射極至地。電阻r8即可穩定靜態工作點，又可當負載電阻，電容c3可以泄放電阻r8上的電流穩高頻管的工作狀態。電阻c1為耦合電容，隔斷直流信號。信號以315mhz晶振m1的波形為載波經電容三點式振蕩器調制放大，經天線發送出去。

如圖4所示，本發明中的主控裝置包括線路取樣單元、專門電能計量芯片和處理器其中的線路取樣單元包括a、b、c三相電壓取樣單元和a、b、c三相電流取樣單元。a相電壓取樣單元的輸入端j100、j101經過電阻r101、r102、r103、r104與電流型電壓互感器t1的原邊連接，電流型電壓互感器t1副邊的兩端并接電阻r106后分別經過由r105、c101和r107、c102構成的兩組阻容濾波電路，與專門電能計量芯片u1的相電壓通道的正、負模擬輸入引腳v2p、v2n連接，電流型電壓互感器一般采用2ma/2ma。a相電流取樣單元的輸入端j102、j103經過電流互感器電流互感器的輸出端并接電阻r114后，分別經過由r110、c103和r111、c104構成的兩組阻容濾波電路，與專門電能計量芯片u1的相電流通道的正、負模擬輸入引腳v1p、v1n連接。相電壓、相電流通道的正、負模擬輸入引腳分別經過上拉電阻r108、r109、r112、r113后與專門電能計量芯片u1的基準電壓輸出引腳refout連接。b、c相電壓、相電流取樣電路采用與a相電壓、相電流相同的電路結構。

如圖5所示，主控電路板51包括剛性的基板511和柔性的雙面板512，所述基板511的正反面上均設有雙面板512，雙面板512與基板511通過絕緣膠層粘接；所述雙面板512的一側邊上開有若干缺口槽5121，缺口槽5121內的基板511上設有鎖止接口；所述的電路板通過剛柔結合的基板511和雙面板512提高整體結構強度，從而搭載更多元器件和方便布線，基板511上設有鎖止接口以實現電路板的橫向連接，鎖止接口與安裝架或元器件連接，從而實現電路連接和安裝固定。

基板511的正反面上均設有印刷電路的銅箔層513，基板511兩面的銅箔層513之間通過微盲孔鍍銅連接；所述雙面板512的正反面上均設有印刷電路的銅箔層513，雙面板512兩面的銅箔層513之間通過微盲孔鍍銅連接；基板511和雙面板512均采用微盲孔技術，從而在雙面的銅箔層513印刷電路并通過微盲孔鍍銅連接，實現復雜電路的立體布線。

鎖止接口包括通槽孔5111，通槽孔5111設于基板511的側面上，本發明優選的通槽孔5111為兩個，且兩個通槽孔5111間隔設置在基板511的側面邊緣上，主控板通過通槽孔5111與主體結構實現固定連接，從而減少主控板安裝結構對電路板表面的占用，提高電路板的布線利用率。

通槽孔5111垂直投影與基板511的側邊相交進而通槽孔5111的孔壁呈開口狀設置，且通槽孔5111的開口寬度小于通槽孔5111的直徑，孔壁開口的通槽孔5111套裝在軸結構上以實現主控板的安裝固定。

缺口槽5121內的基板511面上設有搭接電路5131，通槽孔5111的孔壁上設有連通兩端搭接電路5131的鍍銅層，基板511上的銅箔層513電路經由搭接電路5131與通槽孔5111內的鍍銅層連通，從而在主控板與元器件連接安裝時實現電路的連通，為電路板的提供立體的安裝和連接線路，提高主控電路板安裝的靈活性。

如圖6所示，主控電路52包括整流濾波電路524、三相逆變電路525、單片機521，交流電源通過整流濾波電路524、三相逆變電路525與三相異步電動機連接，整流濾波電路524的控制回路依次經檢測電路523、保護電路522、單片機521、正弦脈寬調制波發生器527、驅動電路526輸出到三相逆變電路525；保護電路522與驅動電路526連接。

其中，單片機521采用at89c51型號。

以上所述僅為本發明的較佳實施例，對發明而言僅僅是說明性的，而非限制性的。本專業技術人員理解，在發明權利要求所限定的精神和范圍內可對其進行許多改變，修改，甚至等效，但都將落入本發明的保護范圍內。