角位移传感器及其数据处理滤波方法技术

本发明专利技术提出了一种角位移传感器及其数据处理滤波方法，该角位移传感器包括：加速度芯片、硬件滤波处理电路和控制芯片；硬件滤波处理电路与加速度芯片连接，用于对原始加速度数据进行硬件滤波处理，得到硬件滤波处理后的加速度数据；控制芯片用于对硬件滤波处理后的加速度数据进行数据处理，然后根据处理后的加速度值计算出速度值，再根据速度值计算出角位移，然后由控制芯片将计算得到的角位移发送给远程数据终端RTU。本发明专利技术采用软硬件相结合的滤波处理方式，对杂波进行了很好的滤除，使计算结果更接近实际值，结合滤波算法各自的优缺点，按油田抽油机井运行的时间情况选择合适的算法对原始数据进行处理，计算结果更加精确。

Angular Displacement Sensor and Its Data Processing and Filtering Method

【技术实现步骤摘要】
角位移传感器及其数据处理滤波方法
本专利技术涉及角位移传感器
，特别涉及一种角位移传感器及其数据处理滤波方法。
技术介绍
抽油机是开采石油的一种机器设备，俗称“磕头机”。抽油机是有杆抽油系统中最主要举升设备。计算和绘制油田抽油机示功图需要测出抽油机光杆的位移值和每一位移值的负荷值。现有的测量方法是用位移传感器测出光杆的位移值。目前油田抽油机示功图测量中使用的位移传感器通常采用霍尔传感器和接近开关等方式，对匀速运动的抽油机进行测量效果较好，但是对变速运动的抽油机测量效果不是很好，且环境适应性差，易丢失。另外，目前对角位移传感器采集的数据常用软件滤波算法包括：中位值滤波法、平均值滤波法、递推平均滤波法和限幅滤波法等。虽然各种数字滤波算法各有优缺点，但是实际情况却不尽相同，在实际应用中如何为数据处理选择一种最优的滤波算法保证数据准确、快速的反应对象的实际尤为重要。
技术实现思路
本专利技术的目的旨在至少解决所述技术缺陷之一。为此，本专利技术的目的在于提出一种角位移传感器及其数据处理滤波方法。为了实现上述目的，本专利技术的实施例提供一种角位移传感器，安装于抽油机游梁上方，通过磁铁吸附在所述抽油机游梁上，所述角位移传感器包括：加速度芯片、硬件滤波处理电路和控制芯片，其中，所述加速度芯片用于采集抽油机的原始加速度数据；所述硬件滤波处理电路与所述加速度芯片连接，用于对所述原始加速度数据进行硬件滤波处理，得到硬件滤波处理后的加速度数据；所述控制芯片用于对硬件滤波处理后的加速度数据进行数据处理，然后根据处理后的加速度值计算出速度值，再根据所述速度值计算出角位移，然后由所述控制芯片将计算得到的角位移发送给远程数据终端RTU。进一步，所述控制芯片对硬件滤波处理后的加速度数据，采用fir和窗口平滑滤波对数据进行两次处理，计算出速度值。进一步，所述控制芯片对硬件滤波处理后的加速度数据，依次采用限幅滤波法和递推平均滤波法相结合的方式对数据进行处理。进一步，所述控制芯片采用限幅滤波法对数据进行处理，包括：将两次相邻的采样加速度相减，求出其增量，然后将增量的绝对值，与两次采样允许的最大差值进行比较，如果小于或等于允许的最大差值，则本次采样有效；否则取上次采样值作为本次数据的样本。进一步，所述控制芯片采用递推平均滤波算法对数据进行处理，包括：将限幅滤波处理后连续取得的N个采样值视为一个队列，队列的长度固定为N，每次采样到一个新数据放入队尾，并扔掉原来队首的一次数据，然后把队列中的N个数据进行算术平均运算，获得新的滤波结果。进一步，所述控制芯片采用单片机实现，所述加速度芯片采用型号为ADXL203的加速度芯片。本专利技术实施例还提供一种角位移传感器的数据处理滤波方法，包括如下步骤：步骤S1，采集抽油机的原始加速度数据；步骤S2，对所述原始加速度数据进行硬件滤波处理，得到硬件滤波处理后的加速度数据；步骤S3，对硬件滤波处理后的加速度数据进行数据处理，然后根据处理后的加速度值计算出速度值，再根据所述速度值计算出角位移，然后将计算得到的角位移发送给远程数据终端RTU。进一步，在所述步骤S3中，对硬件滤波处理后的加速度数据，采用fir和窗口平滑滤波对数据进行两次处理，计算出速度值。进一步，在所述步骤S3中，对硬件滤波处理后的加速度数据，依次采用限幅滤波法和递推平均滤波法相结合的方式对数据进行处理。进一步，在所述步骤S3中，首先采用限幅滤波法对数据进行处理，包括：将两次相邻的采样加速度相减，求出其增量，然后将增量的绝对值，与两次采样允许的最大差值进行比较，如果小于或等于允许的最大差值，则本次采样有效；否则取上次采样值作为本次数据的样本；然后采用递推平均滤波算法对限幅滤波处理后连续取得的N个采样值视为一个队列，队列的长度固定为N，每次采样到一个新数据放入队尾，并扔掉原来队首的一次数据，然后把队列中的N个数据进行算术平均运算，获得新的滤波结果。根据本专利技术实施例的角位移传感器及其数据处理滤波方法，具有以下有益效果：1、采用加速度芯片ADXL203灵敏度高，采集的加速度值变化明显。2、安装固定方便安全，对变速抽油机测量效果理想，相比之前的有很大改善。3、采用软硬件相结合的滤波处理方式，对杂波进行了很好的滤除，使计算结果更接近实际值。不仅对油田匀速抽油机测量效果显著，更是针对油田变速抽油机示功图测量问题的有效解决办法，示功图的测量对油田的生产至关重要。4、采用限幅滤波法和递推平均滤波法相结合的方式可消除偶然出现的脉冲性干扰所引起的采样偏差，由于油田抽油机井运行情况多样，偶然因数多，此种方法经验证能对数据进行有效的处理。5、结合滤波算法各自的优缺点，按油田抽油机井运行的时间情况选择合适的算法对原始数据进行处理，根据实际情况选择合适的算法发挥出算法的最大作用，体现出算法的价值，计算结果更加精确。本专利技术附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。附图说明本专利技术的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：图1为根据本专利技术实施例的角位移传感器的结构图；图2为根据本专利技术实施例的加速度芯片的管脚图；图3为根据本专利技术实施例的加速度芯片的电路图；图4为根据本专利技术实施例的角位移传感器的数据处理滤波方法的流程图；、图5为根据本专利技术实施例的原始加速度的示意图；图6为根据本专利技术实施例的FIR滤波的示意图；图7为根据本专利技术实施例的窗口平滑滤波的示意图；图8为根据本专利技术实施例的相对加速度值的示意图；图9为根据本专利技术实施例的相对速度值的示意图；图10为根据本专利技术实施例的位移值的示意图。具体实施方式下面详细描述本专利技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。如图1，本专利技术实施例的角位移传感器，安装于抽油机游梁上方，通过磁铁吸附在抽油机游梁上。其中，角位移传感器包括：加速度芯片、硬件滤波处理电路和控制芯片。加速度芯片用于采集抽油机的原始加速度数据，如图5所示。硬件滤波处理电路与加速度芯片连接，用于对原始加速度数据进行硬件滤波处理，得到硬件滤波处理后的加速度数据。硬件滤波电路对杂波滤除效果显著。具体的，加速度芯片的输出端与硬件滤波模块拦截，硬件滤波处理电路包括电压跟随器和二阶RC低通滤波电路，电压跟随器起缓冲、隔离的作用；二阶RC低通滤波电路使得到的直流电压更平直、更理想。控制芯片用于对硬件滤波处理后的加速度数据进行数据处理，然后根据处理后的加速度值计算出速度值，再根据速度值计算出角位移，然后由控制芯片将计算得到的角位移发送给远程数据终端RTU。具体的，控制芯片对硬件滤波处理后的加速度数据进行数据处理，采用以下两种形式之一：(1)控制芯片对硬件滤波处理后的加速度数据，采用fir和窗口平滑滤波对数据进行两次处理，剔除一些杂乱数据，然后计算出速度值。其中，Fir可以在保证任意幅频特性的同时具有严格的线性相频特性，同时其单位抽样响应是有限长的，因而滤波器是稳定的系统；窗口平滑主要用于抑制周期性脉冲干扰，使数据具有较高的平滑度。图6和图7分别为FIR滤本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种角位移传感器，其特征在于，安装于抽油机游梁上方，通过磁铁吸附在所述抽油机游梁上，所述角位移传感器包括：加速度芯片、硬件滤波处理电路和控制芯片，其中，所述加速度芯片用于采集抽油机的原始加速度数据；所述硬件滤波处理电路与所述加速度芯片连接，用于对所述原始加速度数据进行硬件滤波处理，得到硬件滤波处理后的加速度数据；所述控制芯片用于对硬件滤波处理后的加速度数据进行数据处理，然后根据处理后的加速度值计算出速度值，再根据所述速度值计算出角位移，然后由所述控制芯片将计算得到的角位移发送给远程数据终端RTU。

【技术特征摘要】
1.一种角位移传感器，其特征在于，安装于抽油机游梁上方，通过磁铁吸附在所述抽油机游梁上，所述角位移传感器包括：加速度芯片、硬件滤波处理电路和控制芯片，其中，所述加速度芯片用于采集抽油机的原始加速度数据；所述硬件滤波处理电路与所述加速度芯片连接，用于对所述原始加速度数据进行硬件滤波处理，得到硬件滤波处理后的加速度数据；所述控制芯片用于对硬件滤波处理后的加速度数据进行数据处理，然后根据处理后的加速度值计算出速度值，再根据所述速度值计算出角位移，然后由所述控制芯片将计算得到的角位移发送给远程数据终端RTU。2.如权利要求1所述的角位移传感器，其特征在于，所述控制芯片对硬件滤波处理后的加速度数据，采用fir和窗口平滑滤波对数据进行两次处理，计算出速度值。3.如权利要求1所述的角位移传感器，其特征在于，所述控制芯片对硬件滤波处理后的加速度数据，依次采用限幅滤波法和递推平均滤波法相结合的方式对数据进行处理。4.如权利要求3所述的角位移传感器，其特征在于，所述控制芯片采用限幅滤波法对数据进行处理，包括：将两次相邻的采样加速度相减，求出其增量，然后将增量的绝对值，与两次采样允许的最大差值进行比较，如果小于或等于允许的最大差值，则本次采样有效；否则取上次采样值作为本次数据的样本。5.如权利要求3或4所述的角位移传感器，其特征在于，所述控制芯片采用递推平均滤波算法对数据进行处理，包括：将限幅滤波处理后连续取得的N个采样值视为一个队列，队列的长度固定为N，每次采样到一个新数据放入队尾，并扔掉原来队首的一次数据，然后把队列中的N个数据进行算术平均运算，获...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡勇，潘俊钢，邓鹏飞，
申请(专利权)人：天津万众科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：天津,12