基于現(xiàn)場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)院機電工程學(xué)院，黑龍江大慶，163712；2.大慶油田電力集團供電二公司，黑龍江大慶，163712）

1 研究的意義

隨著傳感技術(shù)、計算機技術(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。項目主要針對鉆井所用絞車傳感器進行現(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行現(xiàn)場檢測，該結(jié)構(gòu)不需要攜帶許多機械設(shè)備去進行現(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確，有脈沖的丟失，則在現(xiàn)場直接對其進行更換，同時將檢測信息錄入系統(tǒng)便于下次檢測時調(diào)用查看。

2 檢定原理

檢定原理如圖1所示通過單片機輸出控制信號，驅(qū)動伺服電機旋轉(zhuǎn)，從而帶動旋轉(zhuǎn)機構(gòu)和碼盤進行旋轉(zhuǎn)，兩者的轉(zhuǎn)速信息相同，被檢測絞車傳感器與旋轉(zhuǎn)機構(gòu)相連，通過旋轉(zhuǎn)機構(gòu)帶動絞車傳感器旋轉(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)化形成標準電壓信號輸出，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。伺服電機帶動碼盤旋轉(zhuǎn)，光電傳感器檢測旋轉(zhuǎn)碼盤并輸出為標準脈沖源信號，在顯示屏上顯示是標準脈沖信號的數(shù)量。所有信號通過485集線器傳輸給單片機，單片機將標準信號傳遞通過透傳模塊發(fā)送給上位機，通過上位機設(shè)定絞車傳感器在快速轉(zhuǎn)動情況下的技術(shù)指標，然后通過比較標準源與A、B相顯示屏顯示數(shù)量來判定絞車傳感器是否有計數(shù)不準或脈沖丟失，上位機根據(jù)結(jié)果自動出檢定報告。

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

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)場檢定拆裝，設(shè)計了免工具安裝的機械結(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部分的中間短聯(lián)接件結(jié)構(gòu)以及其與電機連接的傳動聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)。

■3.1 中間連接短接件的結(jié)構(gòu)

這個結(jié)構(gòu)由三部分組成，分別是，這個短聯(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，達到同時工作的效果。3加工成內(nèi)六角結(jié)構(gòu)與電機上的外六角結(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，是的電機與絞車傳感器同步同心運動；其二能夠不用其他大型的手工工具就可以完成緊固作用，實現(xiàn)快速連接同時拆卸方便。

■3.2 傳動聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)

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

圖2 中間聯(lián)接件結(jié)構(gòu)圖

圖3 傳動聯(lián)接件結(jié)構(gòu)圖

■3.3 絞車傳感器固定裝置

在測試的過程中發(fā)現(xiàn)絞車傳感器晃動，還有可能飛出，為了固定該傳感器，同時還必須保證快速拆裝，設(shè)計了這套結(jié)構(gòu)，底座固定在實驗臺上，在其中間開一個孔，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，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 測試結(jié)果顯示

圖6 測試結(jié)果圖

從圖5中可以看出標準源輸出與絞車傳感器輸出一致，說明該絞車傳感器測試精確，另外從A、B相脈沖計數(shù)可以知道電機旋轉(zhuǎn)是正轉(zhuǎn)還是反轉(zhuǎn)。經(jīng)實驗發(fā)現(xiàn)當(dāng)A相計數(shù)小于B相計數(shù)則電機正傳，當(dāng)A相計數(shù)大于B相計數(shù)則電機反轉(zhuǎn)。

5 結(jié)論

在野外現(xiàn)場檢測中，為了保證設(shè)備精度，必須保證在運輸時減震平穩(wěn)，同時在檢測時能夠?qū)崿F(xiàn)快速便捷，本次設(shè)計的絞車傳感器檢定裝置具有以上特點，首先通過設(shè)計絞車傳感器固定裝置保證其平穩(wěn)運行，不會出現(xiàn)飛出現(xiàn)象，設(shè)計的快速連接裝置能夠不用任何工具輕松安裝保證測試正常運行。另外，經(jīng)過實驗驗證分析這個檢定裝置能夠用來進行現(xiàn)場檢測，檢測結(jié)果顯示檢定準確。

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