基于传感器技术的有杆抽油井示功仪的研究

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1、基于ZigBee的油井信息采集终端的设计彭健1，徐志强2，周志权3（1.中国地质大学（武汉）机电学院自动化系，武汉中国430074）（2.中国地质大学（武汉）机电学院自动化系，武汉中国430074）（3.河海大学能源与电气学院，南京中国211100）摘要：针对油田功图量油的需要提出了抽油井示功仪的设计。本文选择以NXPJN5139-Z01-Mxx作为主控芯片、加速度传感器ADXL202和压力传感器INA122U为传感器芯片，重点介绍加速度、压力传感器在无线示功仪装置上的应用实现过程以及载荷和位移数值的求解算法。实践证明本系统具有节能、稳定、高精度等特点，已经很好地应用于江苏油田的自动

2、化量油系统中。关键字：ADXL202；INA122U；载荷；位移；示功仪DesignofDynamometerBasedOnZigBeePENGJian1,XUZhiqiang2ZHOUZhiquan3（1.ChinaUniversityofGeosciencesWuhanChina)（2.ChinaUniversityofGeosciencesWuhanChina)（3.ChinaUniversityofhehai)Abstract：Pumpingwelldynamometerisdesignedfortheneedsofoilfieldautomatedtransformatio

3、n.ThispaperchoosetheNXPJN5139-Z01-Mxxasmainchip,theaccelerationsensorADXL202andpressuresensorsINA122Uassensorchip,Introducedapplicationsprocessofacceleration,andpressuresensorintermsofhardwareandsoftware.Finally,usingaspecialalgorithmgetthedisplacementandloadofthewells.Practicehasprovedthatthis

4、systemhasthecharacteristicsofenergy-saving,stable,high-precision,hasbeenusedintheJiangsuOilfieldautomationofoilsystem.Keywords：ADXL202；INA122U；Load；Displacement；Dynamometer1引言测试计量是人们通过各种测试手段，从外界客观事物中提取所需信息来认识事物、掌握规律的一种科学方法。传感器作为测试计量技术的重要组成部分，是整个测量系统的灵魂，起着获取信息与转换信息的重要作用，可以说没有传感器就没有信息的传输和处理。近些年，传

5、感技术在工农业、航天军工以及与人们日常生活息息相关的各个学科中得到了越来越广泛地应用。本文正是在这种背景下将传感器技术应用于油田功图量油系统。功图量油技术即利用自动化技术测量得到油井的位移和载荷，画出载荷和位移的二维关系曲线来计算油井的常量。本系统利用载荷和位移关系的216对数据来画出油井的示功图，进而来计算油井的产量。1示功仪总体结构设计由于示功仪需要在野外工作，示功仪的设计理念是要求体积小、高精度、低功耗、密封性好等特点。无线示功仪主要由主控芯片，加速度传感器和载荷传感器组成组成，如图1所示。示功仪通过主控芯片，控制着加速度传感器和载荷传感器对抽油机各项参数进行采集，采集的加速度

6、和载荷信号经过信号调理后再次送入主控制芯片，进行相关处理以后，存入存储器中。图1无线示功仪主板结构图2示功仪硬件设计：2.1主控芯片的设计综合功图量油系统设计的各种需求，选择NXPJN5139-Z01-Mxx系列模块作为示功仪的主控芯片。JN5139是一款适用于IEEE802.15.4和ZigBee应用环境的低功耗、低成本微控制器，它集成了32位RISC处理器（32MIPS）、2.4GHzIEEE802.15.4无线收发器、192kBROM、96kBRAM、2路UART、I2C接口、SPI接口、内部的温度与电压传感器、并带有唤醒计时器、21个DIO口、两个应用计时器、4路12位ADC

7、、2路11位DAC以及丰富的模拟数字外围接口。图2NXPJN5139芯片组成框图2.2加速度传感器的设计由于示功仪在油田野外复杂环境的工作需要，本文要选用的低功耗、低成本的ADXL202双轴加速度传感器。ADXL202是ADI公司出品的一款集双轴加速度传感器于一体的单块集成电路系统，它具有以下特点：直流工作电压为＋3V～＋5.25V；低功耗，功耗最大仅为0.6mA；既可以测量动态加速度，又可以测量静态加速度，测量范围为±(2~10)g；输出为周期可调的脉宽