便攜式絞車傳感器測試系統(tǒng)的研究與分析

吳春梅，劉開緒，趙勇，李瑞英

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

2　絞車傳感器測試硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

如圖2所示由伺服電機(jī)帶動(dòng)復(fù)合碼盤旋轉(zhuǎn)，當(dāng)遮光片(光齒)導(dǎo)通紅外線時(shí)，紅外線照射到光敏三極管的基級,三極管處于導(dǎo)通狀態(tài)，輸出腳A(B)輸出高電平。由于絞車傳感器單圈產(chǎn)生12和20脈沖，這樣監(jiān)測裝置也需要設(shè)計(jì)成這種復(fù)合碼盤，其結(jié)構(gòu)為12和20齒復(fù)合交錯(cuò)結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示，這樣，兩種根據(jù)遮光齒結(jié)構(gòu)對光電耦合器感應(yīng)探頭的安裝位置進(jìn)行設(shè)計(jì)和調(diào)節(jié)，可以使輸出相位差為90°。由光電傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測高低電位并輸出。

圖1　絞車傳感器檢定裝置圖

3　測試系統(tǒng)工作原理

測試系統(tǒng)工作原理如圖3所示通過單片機(jī)輸出控制信號，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，絞車傳感器的脈沖信號分成A相、B相輸出，檢測A相、B相信號經(jīng)過轉(zhuǎn)化形成標(biāo)準(zhǔn)電壓信號輸出，為了便于判定是否誤碼，A、B相顯示屏顯示為脈沖信號的數(shù)量。伺服電機(jī)帶動(dòng)碼盤旋轉(zhuǎn)，光電傳感器檢測旋轉(zhuǎn)碼盤并輸出為標(biāo)準(zhǔn)脈沖源信號，在顯示屏上顯示是標(biāo)準(zhǔn)脈沖信號的數(shù)量。所有信號通過485集線器傳輸給單片機(jī)，單片機(jī)將標(biāo)準(zhǔn)信號傳遞通過透傳模塊發(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。

圖2　復(fù)合碼盤結(jié)構(gòu)示意圖

圖3　檢定設(shè)備檢定原理圖

4　絞車傳感器檢定軟件工作界面

如圖4所示為鉆井平臺(tái)常用的傳感器，打開該對話框之后，連接對應(yīng)的檢定裝置，啟動(dòng)電源就會(huì)顯示設(shè)備連接成功，整個(gè)連接都是采用無線WIFI模塊連接。

5　測試結(jié)果

表1是設(shè)置測試輸出點(diǎn)為3個(gè)點(diǎn)的時(shí)候輸出結(jié)果，從結(jié)果看出不論電機(jī)轉(zhuǎn)速低還是轉(zhuǎn)速高的時(shí)候，系統(tǒng)輸出結(jié)果都比較穩(wěn)定，符合檢測要求。

圖4　絞車傳感器檢定軟件界面圖

圖5　測試結(jié)果圖

6　誤差分析

圖6　測試誤差分析圖

從測試誤差分析圖可以看出系統(tǒng)測試精度高，A相脈沖和理論值完全一致，沒有誤差，B相測試結(jié)果滯后，這說明絞車檢測系統(tǒng)的電機(jī)是反傳，否則正轉(zhuǎn)。

表1　絞車測試結(jié)果輸出表

7　結(jié)論

從軟件測試結(jié)果可以看出這套檢測系統(tǒng)檢測速度快，精度高，能夠滿足現(xiàn)場檢測的需要。同時(shí)，為了適應(yīng)現(xiàn)場測試的需要，即系統(tǒng)硬件電路及連接電腦必須抗震效果好，同時(shí)在檢測時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)快速便捷，經(jīng)過運(yùn)行及測試得出這套檢定裝置能夠用來進(jìn)行現(xiàn)場檢測，檢測結(jié)果顯示檢定準(zhǔn)確。