一种无线示功仪及自适应调整方法技术

本发明专利技术公开一种无线示功仪及示功图计算方法，该无线示功仪包括：依次电路连接的信号采集传感器、模数转换器、控制模块和无线通信模块，其中信号采集传感器包括加速度传感器和载荷传感器；加速度传感器用于采集抽油杆的加速度数据；载荷传感器用于采集抽油杆的载荷数据；模数转换器将所述加速度传感器及载荷传感器采集的模拟量连续数据转换成相应数字离散信号后传递给控制模块；控制模块用于：控制采样周期进行自适应调整并利用得到的周期与加速度数字离散信号计算位移数据，并将载荷数据及位移数据传递给无线通信模块；无线通信模块用于使无线示功仪与外部设备进行命令、数据的交换。采样上述无线示功仪可以获得更准确可靠的示功图。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及测量
，尤其涉及一种监测抽油机工作状态的无线示功仪及自适应调整方法。
技术介绍
示功图是以抽油机驴头从下死点向上的位移量为横坐标，以杆载荷值的大小为纵坐标，在该坐标系下每个油井的杆载荷值与位移量在一个冲程里所形成的图形，典型的示功图如附图1所示。示功图可以反映油井产量，能耗，泵况等各种状态，是油田对油井实施管理的重要依据，在油气生产物联网实施方案中，通常将示功图的实时监测作为监测系统的必备功能，如何快速、准确、方便地得到示功图尤其重要。目前，示功图获取的基本方法，主要由载荷传感器、加速度传感器、数据采集和处理单元以及通信单元等组成。载荷数据通常采用载荷传感器直接测量；而位移数据是利用加速度数据进行积分获得。由于抽油杆在正常工作时运动状态为周期性往返运动，即正常的加速度数据是周期性数据，利用这个特性，对加速度数据进行二次积分获得相对位移值。现有技术存在以下技术缺陷和不足：1、在采集加速度数据中，由于油井磕头机位移的数据变化很慢，加速度信号较小，和噪声信号叠加后，信号的周期性经常会被误判。周期长度判断错误，会导致位移计算错误，周期长度偏差越大，位移计算的误差就会越大，从而不能保证数据的准确性；即使对加速度信号进行滤波，也不能完全解决信号周期误判的问题；2、采油厂生产中，不同的油井往往使用不同的冲程冲次，即使同一口油井也往往需要根据实际情况调整抽油机的冲程和冲次。冲程冲次的不同会对应不同的周期长度，冲程冲次的调整也会造成周期长短的变化。现有技术一般不能够及时调整采样频率，做到自适应，从而存在过采样或欠采样的缺陷。过采样不仅耗费示功仪的电池电量，还浪费示功仪宝贵的存储空间。而欠采样或采样速率不够，又会使得示功图数据精度不够或示功曲线偏离现实较远。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的主要目的在于提供一种无线示功仪及示功图的测量方法，以获得更准确可靠的示功图，并能够根据抽油机的冲次自适应调整采样频率。为了达到上述目的，本专利技术提供一种无线示功仪，其包括：依次电路连接的信号采集传感器、模数转换器、控制模块和无线通信模块，其中信号采集传感器包括加速度传感器和载荷传感器；加速度传感器用于获取抽油杆的加速度数据；载荷传感器用于获取抽油杆的载荷数据；模数转换器对加速度传感器及载荷传感器获取的模拟量连续数据进行离散采样，进而将采样后的模拟量离散数据转换成数字离散信号后传递给控制模块；控制模块得到一定数量的载荷数字离散信号和加速度数字离散信号后，执行以下采样频率评估和自适应调整步骤：S1、计算载荷的周期T1；如果根据载荷数字离散信号获得了载荷的周期，则执行步骤S6，否则执行步骤S2；S2、根据加速度数字离散信号计算加速度的周期T2；如果根据加速度数字离散信号获得了加速度的周期，则执行步骤S6，否则执行步骤S3；S3、判断是否是采样时间过短，如果是，则执行步骤S4，否则执行S10；S4、判断当前的采样频率是否小于预设的最小采样频率，若是，则执行步骤S10，否则执行步骤S5；S5、控制模数转换器降低一定的采样频率，并重新采样加速度传感器及载荷传感器获取的模拟量连续数据，从而重新获得所述一定数量的载荷数字离散信号和加速度数字离散信号后返回步骤S1；S6、根据T1或T2，如果所述一定数量的载荷数字离散信号及加速度数字离散信号是过多周期的载荷数字离散信号及加速度数字离散信号，从而造成了数据冗余，则执行步骤S7，否则执行步骤S9；S7、判断当前的采样频率是否大于预设的最大采样频率，若是则执行步骤S9；否则执行步骤S8；S8、控制模块控制模数转换器增加一定的采样频率，并重新采样加速度传感器及载荷传感器获取的模拟量连续数据，从而重新获得所述一定数量的载荷数字离散信号和加速度数字离散信号后返回步骤S1；S9、控制模块通过加速度数字离散信号，以及T1或T2计算位移数据，并将位移数据传递给无线通信模块，然后执行步骤S11；S10、控制无线通信模块发送告警信息，提示井况异常；S11、控制模数转换器保持当前采样频率，结束采样频率评估和自适应调整过程；无线通信模块用于无线示功仪与外部设备进行命令、数据的交换。此外，本专利技术提出一种自适应调整方法，该方法包括如下步骤：a、加速度传感器获取抽油杆的加速度数据，载荷传感器获取抽油杆的载荷数据；b、模数转换器对加速度传感器及载荷传感器获取的模拟量连续数据进行离散采样，进而将采样后的模拟量离散数据转换成数字离散信号后传递给控制模块；c、控制模块得到一定数量的载荷数字离散信号和加速度数字离散信号后，执行以下采样频率评估和自适应调整步骤：S1、计算载荷的周期T1；如果根据载荷数字离散信号获得了载荷的周期，则执行步骤S6，否则执行步骤S2；S2、根据加速度数字离散信号计算加速度的周期T2；如果根据加速度数字离散信号获得了加速度的周期，则执行步骤S6，否则执行步骤S3；S3、判断是否是采样时间过短，如果是，则执行步骤S4，否则执行S10；S4、判断当前的采样频率是否小于预设的最小采样频率，若是，则执行步骤S10，否则执行步骤S5；S5、控制模数转换器降低一定的采样频率，并重新采样加速度传感器及载荷传感器获取的模拟量连续数据，从而重新获得所述一定数量的载荷数字离散信号和加速度数字离散信号后返回步骤S1；S6、根据T1或T2，如果所述一定数量的载荷数字离散信号及加速度数字离散信号是过多周期的载荷数字离散信号及加速度数字离散信号，从而造成了数据冗余，则执行步骤S7，否则执行步骤S9；S7、判断当前的采样频率是否大于预设的最大采样频率，若是则执行步骤S9；否则执行步骤S8；S8、控制模块控制模数转换器增加一定的采样频率，并重新采样加速度传感器及载荷传感器获取的模拟量连续数据，从而重新获得所述一定数量的载荷数字离散信号和加速度数字离散信号后返回步骤S1；S9、控制模块通过加速度数字离散信号，以及T1或T2计算位移数据，并根据位移数据和载荷数字离散信号输出示功图数据，然后执行步骤S11；S10、控制模块输出告警信息，提示井况异常；S11、控制模数转换器保持当前采样频率，结束采样频率评估和自适应调整过程。上述载荷传感器为压力传感器或者压强传感器。上述加速度传感器获取的抽油杆的加速度数据，与载荷传感器获取的抽油杆的载荷数据，在时间上本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无线示功仪，其特征在于，包括：依次电路连接的信号采集传感器、模数转换器、控制模块和无线通信模块，其中信号采集传感器包括加速度传感器和载荷传感器；加速度传感器用于获取抽油杆的加速度数据；载荷传感器用于获取抽油杆的载荷数据；模数转换器对加速度传感器及载荷传感器获取的模拟量连续数据进行离散采样，进而将采样后的模拟量离散数据转换成数字离散信号后传递给控制模块；控制模块得到一定数量的载荷数字离散信号和加速度数字离散信号后，执行以下采样频率评估和自适应调整步骤：S1、计算载荷的周期T1；如果根据载荷数字离散信号获得了载荷的周期，则执行步骤S6，否则执行步骤S2；S2、根据加速度数字离散信号计算加速度的周期T2；如果根据加速度数字离散信号获得了加速度的周期，则执行步骤S6，否则执行步骤S3；S3、判断是否是采样时间过短，如果是，则执行步骤S4，否则执行S10；S4、判断当前的采样频率是否小于预设的最小采样频率，若是，则执行步骤S10，否则执行步骤S5；S5、控制模数转换器降低一定的采样频率，并重新采样加速度传感器及载荷传感器获取的模拟量连续数据，从而重新获得所述一定数量的载荷数字离散信号和加速度数字离散信号后返回步骤S1；S6、根据T1或T2，如果所述一定数量的载荷数字离散信号及加速度数字离散信号是过多周期的载荷数字离散信号及加速度数字离散信号，从而造成了数据冗余，则执行步骤S7，否则执行步骤S9；S7、判断当前的采样频率是否大于预设的最大采样频率，若是则执行步骤S9；否则执行步骤S8；S8、控制模块控制模数转换器增加一定的采样频率，并重新采样加速度传感器及载荷传感器获取的模拟量连续数据，从而重新获得所述一定数量的载荷数字离散信号和加速度数字离散信号后返回步骤S1；S9、控制模块通过加速度数字离散信号，以及T1或T2计算位移数据，并将位移数据传递给无线通信模块，然后执行步骤S11；S10、控制无线通信模块发送告警信息，提示井况异常；S11、控制模数转换器保持当前采样频率，结束采样频率评估和自适应调整过程；无线通信模块用于无线示功仪与外部设备进行命令、数据的交换。...

【技术特征摘要】
1.一种无线示功仪，其特征在于，包括：
依次电路连接的信号采集传感器、模数转换器、控制模块和无线通信模
块，其中信号采集传感器包括加速度传感器和载荷传感器；
加速度传感器用于获取抽油杆的加速度数据；
载荷传感器用于获取抽油杆的载荷数据；
模数转换器对加速度传感器及载荷传感器获取的模拟量连续数据进行
离散采样，进而将采样后的模拟量离散数据转换成数字离散信号后传递给控
制模块；
控制模块得到一定数量的载荷数字离散信号和加速度数字离散信号后，
执行以下采样频率评估和自适应调整步骤：
S1、计算载荷的周期T1；如果根据载荷数字离散信号获得了载荷的周期，
则执行步骤S6，否则执行步骤S2；
S2、根据加速度数字离散信号计算加速度的周期T2；如果根据加速度数
字离散信号获得了加速度的周期，则执行步骤S6，否则执行步骤S3；
S3、判断是否是采样时间过短，如果是，则执行步骤S4，否则执行S10；
S4、判断当前的采样频率是否小于预设的最小采样频率，若是，则执行
步骤S10，否则执行步骤S5；
S5、控制模数转换器降低一定的采样频率，并重新采样加速度传感器及
载荷传感器获取的模拟量连续数据，从而重新获得所述一定数量的载荷数字

\t离散信号和加速度数字离散信号后返回步骤S1；
S6、根据T1或T2，如果所述一定数量的载荷数字离散信号及加速度数
字离散信号是过多周期的载荷数字离散信号及加速度数字离散信号，从而造
成了数据冗余，则执行步骤S7，否则执行步骤S9；
S7、判断当前的采样频率是否大于预设的最大采样频率，若是则执行步
骤S9；否则执行步骤S8；
S8、控制模块控制模数转换器增加一定的采样频率，并重新采样加速度
传感器及载荷传感器获取的模拟量连续数据，从而重新获得所述一定数量的
载荷数字离散信号和加速度数字离散信号后返回步骤S1；
S9、控制模块通过加速度数字离散信号，以及T1或T2计算位移数据，
并将位移数据传递给无线通信模块，然后执行步骤S11；
S10、控制无线通信模块发送告警信息，提示井况异常；
S11、控制模数转换器保持当前采样频率，结束采样频率评估和自适应
调整过程；
无线通信模块用于无线示功仪与外部设备进行命令、数据的交换。
2.如权利要求1所述的无线示功仪，其特征在于：所述载荷传感器为
压力传感器或者压强传感器。
3.如权利要求1所述的无线示功仪，其特征在于：加速度传感器获取
的抽油杆的加速度数据，与载荷传感器获取的抽油杆的载荷数据，在时间上
同步；模数转换器传递给控制模块的载荷数字离散信号和加速度数字离散信

\t号一一对应。
4.如权利要求1或3所述的无线示功仪，其特征在于：所述过多周期
是指大于4个周期。
5.如权利要求1或3所述的无线示功仪，其特征在于：所述一定数量
的载荷数字离散信号和加速度数字离散信号，是指N个载荷数字离散信号和
N个加速度数字离散信号，其中600=<N<=1000。
6.如权利要求5所述的无线示功仪，其特征在于：控制模块还对加速
度数字离散信号进行滤波处理：对每一个加速度数字离散信号，对应取其前
三个和后三个加速度数字离散信号和其自身进行平均，对于首尾附近的加速
度数字离散信号如果取不到三个则按照能取到的最大个数进行平均。
7.如权利要求1所述的无线无线示功仪，其特征在于：所述控制模块
通过加速度数字离散信号，以及T1或T2计算位移数据，包括：控制模块根
据T1或T2，计算出M个完整周期的加速度数字离散信号，然后对不同周期
的同相位信号进行算术平均，从而将M个完整周期的加速度数字离散信号变
换为一个完整周期的加速度数字离散信号；其中2=<M<=6。
8.如权利要求1所述的无线示功仪，其特征在于，还包括：
存储部件，用于存储数字离散信号。
9.如权利要求1所述的无线示功仪，其特征在于，计算载荷的周期T1
包括：统计载荷离散数字信号中极值点的分布，若极值点的分布是均匀的，
则载荷离散数字信号...

【专利技术属性】
技术研发人员：程科，施剑锋，陈国华，
申请(专利权)人：浙江网新技术有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33