基于現(xiàn)場(chǎng)便攜式絞車傳感器檢定裝置的研究

吳春梅，劉開緒，趙勇，馬駿馳，楊桂花

（1.大慶師范學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院，黑龍江大慶，163712；2.大慶油田電力集團(tuán)供電二公司，黑龍江大慶，163712）

1 研究的意義

隨著傳感技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和通訊技術(shù)的飛速發(fā)展，對(duì)設(shè)備的檢定顯得尤為重要。項(xiàng)目主要針對(duì)鉆井所用絞車傳感器進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)來展開研究，大慶油田在鉆井行業(yè)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)使用中的傳感器進(jìn)行檢定并給出結(jié)果的檢測(cè)設(shè)備還沒有。本文提出一種新型的便攜式的復(fù)合脈沖變送器對(duì)絞車傳感器進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，該結(jié)構(gòu)不需要攜帶許多機(jī)械設(shè)備去進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢定，快速便捷，檢測(cè)后直接給出結(jié)果，這樣既節(jié)省了很多人力物力又提高檢測(cè)效率，降低運(yùn)輸成本，對(duì)于降低鉆井成本是非常有利的。在檢測(cè)中如果發(fā)現(xiàn)絞車傳感器檢測(cè)不準(zhǔn)確，有脈沖的丟失，則在現(xiàn)場(chǎng)直接對(duì)其進(jìn)行更換，同時(shí)將檢測(cè)信息錄入系統(tǒng)便于下次檢測(cè)時(shí)調(diào)用查看。

2 檢定原理

檢定原理如圖1所示通過單片機(jī)輸出控制信號(hào)，驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)旋轉(zhuǎn)，從而帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和碼盤進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，兩者的轉(zhuǎn)速信息相同，被檢測(cè)絞車傳感器與旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)相連，通過旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)絞車傳感器旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生脈沖信號(hào)，絞車傳感器的脈沖信號(hào)分成A相、B相輸出，檢測(cè)A相、B相信號(hào)經(jīng)過轉(zhuǎn)化形成標(biāo)準(zhǔn)電壓信號(hào)輸出，為了便于判定是否誤碼，A、B相顯示屏顯示為脈沖信號(hào)的數(shù)量。伺服電機(jī)帶動(dòng)碼盤旋轉(zhuǎn)，光電傳感器檢測(cè)旋轉(zhuǎn)碼盤并輸出為標(biāo)準(zhǔn)脈沖源信號(hào)，在顯示屏上顯示是標(biāo)準(zhǔn)脈沖信號(hào)的數(shù)量。所有信號(hào)通過485集線器傳輸給單片機(jī)，單片機(jī)將標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)傳遞通過透?jìng)髂K發(fā)送給上位機(jī)，通過上位機(jī)設(shè)定絞車傳感器在快速轉(zhuǎn)動(dòng)情況下的技術(shù)指標(biāo)，然后通過比較標(biāo)準(zhǔn)源與A、B相顯示屏顯示數(shù)量來判定絞車傳感器是否有計(jì)數(shù)不準(zhǔn)或脈沖丟失，上位機(jī)根據(jù)結(jié)果自動(dòng)出檢定報(bào)告。

從面板上A、B相的讀數(shù)能夠看出伺服電機(jī)是正傳還是翻轉(zhuǎn)，同時(shí)該絞車傳感器單圈產(chǎn)生12和20脈沖兩種，為了同時(shí)能夠檢測(cè)這兩種脈沖，需要標(biāo)準(zhǔn)碼盤也是這種復(fù)合碼盤，進(jìn)而更精確地測(cè)量輸出信號(hào)。

圖1 檢定設(shè)備檢定原理圖

3 絞車傳感器檢定裝置結(jié)構(gòu)方案示意圖

為了便于現(xiàn)場(chǎng)檢定拆裝，設(shè)計(jì)了免工具安裝的機(jī)械結(jié)構(gòu)，主要結(jié)構(gòu)包括以下三部分：固定絞車傳感器部分、連接絞車傳感器與電機(jī)部分的中間短聯(lián)接件結(jié)構(gòu)以及其與電機(jī)連接的傳動(dòng)聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)。

■3.1 中間連接短接件的結(jié)構(gòu)

這個(gè)結(jié)構(gòu)由三部分組成，分別是，這個(gè)短聯(lián)接件分為上下兩部分，其中2加工的螺紋必須與絞車傳感器能夠匹配，相互旋合在一起，達(dá)到同時(shí)工作的效果。3加工成內(nèi)六角結(jié)構(gòu)與電機(jī)上的外六角結(jié)構(gòu)向配合，這種結(jié)構(gòu)具有兩種功能，其一能夠起到固定作用，是的電機(jī)與絞車傳感器同步同心運(yùn)動(dòng)；其二能夠不用其他大型的手工工具就可以完成緊固作用，實(shí)現(xiàn)快速連接同時(shí)拆卸方便。

■3.2 傳動(dòng)聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)

該結(jié)構(gòu)主要作用是用來連接電機(jī)和中間連接短接件，具體工作原理是通過1與圖2的中間聯(lián)接件相連，通過鍵槽與電機(jī)相連，在其上加工了3個(gè)M3的螺紋孔，深度達(dá)到25mm，用來固定碼盤，碼盤在外圈加工20個(gè)孔，內(nèi)圈加工12個(gè)孔，目的是為了配合采集絞車傳感器輸出20個(gè)脈沖和12個(gè)脈沖，這樣當(dāng)電機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)，傳動(dòng)聯(lián)接軸帶動(dòng)碼盤做同步運(yùn)動(dòng)，然后與絞車傳感器發(fā)出的脈沖數(shù)進(jìn)行對(duì)比來判定絞車傳感器的精確度，經(jīng)過這樣的聯(lián)接能夠達(dá)到傳動(dòng)平穩(wěn)、拆裝快速、檢測(cè)精確。

圖2 中間聯(lián)接件結(jié)構(gòu)圖

圖3 傳動(dòng)聯(lián)接件結(jié)構(gòu)圖

■3.3 絞車傳感器固定裝置

在測(cè)試的過程中發(fā)現(xiàn)絞車傳感器晃動(dòng)，還有可能飛出，為了固定該傳感器，同時(shí)還必須保證快速拆裝，設(shè)計(jì)了這套結(jié)構(gòu)，底座固定在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上，在其中間開一個(gè)孔，保證中間聯(lián)接件能夠與絞車傳感器順利聯(lián)接，然后在其兩段用圍板固定，為了拆裝方便快捷，在圍板的上端安裝兩個(gè)合頁，在合頁的其中一端安裝拉鉤，在另一端安裝彈簧拉鉤，這樣保證絞車傳感器只能在水平方向上較小范圍晃動(dòng)，避免絞車傳感器飛出。該結(jié)構(gòu)示意圖如4圖所示。

■3.4 復(fù)合碼盤設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)

碼盤直徑為66mm，圓形安裝孔的直徑為14mm，鍵槽的尺寸為5mm×2.5mm，固定孔的中心距為11.5mm，固定孔的直徑為3mm，內(nèi)圈12柵格的兩端分別距圓形安裝孔中心為17mm和23mm，外圈20柵格的內(nèi)端距離內(nèi)圈12外端2mm，外圈20柵格的外端距離碼盤的外端2mm，內(nèi)圈12柵格和外圈20柵格的高度都為6mm。

圖4 絞車傳感器固定裝置

4 測(cè)試結(jié)果顯示

圖6 測(cè)試結(jié)果圖

從圖5中可以看出標(biāo)準(zhǔn)源輸出與絞車傳感器輸出一致，說明該絞車傳感器測(cè)試精確，另外從A、B相脈沖計(jì)數(shù)可以知道電機(jī)旋轉(zhuǎn)是正轉(zhuǎn)還是反轉(zhuǎn)。經(jīng)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)當(dāng)A相計(jì)數(shù)小于B相計(jì)數(shù)則電機(jī)正傳，當(dāng)A相計(jì)數(shù)大于B相計(jì)數(shù)則電機(jī)反轉(zhuǎn)。

5 結(jié)論

在野外現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)中，為了保證設(shè)備精度，必須保證在運(yùn)輸時(shí)減震平穩(wěn)，同時(shí)在檢測(cè)時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)快速便捷，本次設(shè)計(jì)的絞車傳感器檢定裝置具有以上特點(diǎn)，首先通過設(shè)計(jì)絞車傳感器固定裝置保證其平穩(wěn)運(yùn)行，不會(huì)出現(xiàn)飛出現(xiàn)象，設(shè)計(jì)的快速連接裝置能夠不用任何工具輕松安裝保證測(cè)試正常運(yùn)行。另外，經(jīng)過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證分析這個(gè)檢定裝置能夠用來進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果顯示檢定準(zhǔn)確。

* [1]陸黃生.綜合錄井在鉆井工程中的應(yīng)用現(xiàn)狀與發(fā)展思考[J].石油鉆探技術(shù)，2011, 39 (4) 1—6.

* [2]張衛(wèi)，鄭春山，張新華.國外錄井技術(shù)新進(jìn)展及發(fā)展方向[J].錄井工程，2012, 23 (1) : l—4.

* [3]PENG L. The development of modern comprehensive log—ging instrument and integrated applications of logging infor—mation[C].IEEE conference anthology, 2013,1:1—3.

* [4]WANG D, HE R, HAN J,et al.Sensor network based oilwell health monitoring and intelligent control[J].IEEE Sensors Journal,2012,12 (5):1326—1339.

* [5]E1 K A,ALMAAITAH A, HASSANEIN H, et al. Monitoring oper ational mining equipment using Sprouts Wireless Sensor Net work platform[C].IEEE Wireless Communications and Mobi le Computing Conference(IWCMC)，2013 9th International,2013:1388—1393.