抽油机传感器的保护系统的制作方法

1.本技术实施例涉及抽油机技术领域，特别涉及一种抽油机传感器的保护系统。


背景技术：

2.载荷位移传感器作为一种精确测量受力的装置，被广泛应用到抽油机上。
3.通常情况下，载荷传感器被安装于抽油机的悬绳器与方卡子之间，用于测量抽油机采油过程中，方卡子与悬绳器之间悬点的载荷，以便后期基于悬点的载荷变化情况分析井下情况。其中，抽油机的光杆依次插入悬绳器、载荷传感器和方卡子，方卡子起到卡死光杆防止其脱落的作用。
4.然而，抽油机采油过程中，受到出砂、结蜡、油稠等因素的影响，光杆的下行速度和悬绳器的下行速度不一致，方卡子与载荷传感器之间产生间隙，最终方卡子与载荷传感器之间产生碰撞，而碰撞所形成的冲击荷载极易造成荷载传感器的损坏。


技术实现要素：

5.本技术实施例提供了一种抽油机传感器的保护系统。所述技术方案如下：
6.一方面，本技术实施例提供了一种抽油机传感器的保护系统，所述系统包括：载荷位移传感器、电动机控制柜以及抽油机；
7.所述载荷位移传感器设置在所述抽油机的悬绳器与方卡子之间，用于测量抽油过程中所述悬绳器与所述方卡子之间的压力负载；
8.所述电动机控制柜与所述抽油机的电动机相连，用于通过控制所述电动机以控制所述抽油机的工作状态；
9.所述载荷位移传感器中设置有传感器信号发射单元，所述载荷位移传感器用于在与所述方卡子分离时，通过所述传感器信号发射单元向所述电动机控制柜发送失压信号；
10.所述电动机控制柜中设置有传感器信号接收单元和电机控制单元，所述电动机控制柜用于通过所述传感器信号接收单元接收到所述载荷位移传感器发送的所述失压信号，所述电机控制单元用于基于所述失压信号控制所述电动机停止工作，以控制所述抽油机停止工作。
11.在一种可能的设计中，所述载荷位移传感器中包括信号生成单元和信号转换单元，所述信号生成单元与所述信号转换单元电性相连，且所述信号转换单元与所述传感器信号发射单元电性相连；
12.所述信号生成单元，用于在无法检测到压力负载时，向所述信号转换单元输出所述失压信号；
13.所述信号转换单元，用于将所述失压信号由数字信号转换为模拟信号，并向所述传感器信号发射单元输出转换后的所述失压信号。
14.在一种可能的设计中，所述载荷位移传感器中还包括信号处理单元，所述信号生成单元通过所述信号处理单元与所述信号转换单元电性相连；
15.所述信号生成单元，用于在无法检测到压力负载时，向所述信号处理单元输出所述失压信号；
16.所述信号处理单元，用于对所述失压信号进行滤波整形处理，并向所述信号转换单元输出处理后的所述失压信号；
17.所述信号转换单元，用于将处理后的所述失压信号由数字信号转换为模拟信号，并向所述传感器信号发射单元输出转换后的所述失压信号。
18.在一种可能的设计中，所述传感器信号发射单元中设置有信号放大电路；
19.所述传感器信号发射单元，用于通过所述信号放大电路对所述失压信号进行信号放大后，发射放大后的所述失压信号。
20.在一种可能的设计中，所述载荷位移传感器中还包括电源、电源管理单元以及声光指示器；
21.所述电源用于为所述载荷位移传感器的各个部件供电；
22.所述电源管理单元分别与所述电源和所述声光指示器电性相连；
23.所述电源管理单元，用于在检测到所述电源的剩余电量低于电量阈值时启动所述声光指示器。
24.在一种可能的设计中，所述电源管理单元还与所述信号转换单元电性相连；
25.所述电源管理单元，用于在检测到所述电源的剩余电量低于电量阈值时生成电量提示信号，并将所述电量提示信号输入所述信号转换单元；
26.所述信号转换单元，用于将所述电量提示信号由数字信号转换为模拟信号，并向所述传感器信号发射单元输出转换后的所述电量提示信号；
27.所述信号发射单元，还用于向所述电动机控制柜发送所述电量提示信号；
28.所述电动机控制柜，还用于通过所述传感器信号接收单元接收所述电量提示信号，所述电机控制单元用于基于所述电量提示信号控制所述电动机停止工作，以控制所述抽油机停止工作。
29.在一种可能的设计中，所述载荷位移传感器设置在电动弹出机构上，且所述载荷位移传感器与所述电动弹出机构的触发器电性相连；
30.所述载荷位移传感器，还用于在通过所述传感器信号发射单元发射所述失压信号后，通过所述触发器触发所述电动弹出机构弹出，弹出后所述载荷位移传感器脱离所述悬绳器。
31.在一种可能的设计中，所述载荷位移传感器的上方设置有电动缓冲机构，且所述载荷位移传感器与所述电动缓冲机构的触发器电性相连；
32.当所述载荷位移传感器未与所述方卡子分离时，所述电动缓冲机构处于压缩状态；
33.当所述载荷位移传感器与所述方卡子分离时，所述载荷位移传感器用于通过所述触发器触发所述电动缓冲机构，其中，触发后的所述电动缓冲机构呈自然状态。
34.在一种可能的设计中，所述电动机控制柜中包括中间继电器、交流接触器、热继电器以及电动机工频电源；
35.所述电机控制单元与所述中间接触器电性相连，所述中间继电器与所述交流接触器电性相连，所述交流接触器与所述热继电器电性相连，所述热继电器与所述电动机电性
相连，所述电动机工频电源与所述交流接触器电性相连；
36.所述电机控制单元，用于通过所述中间继电器控制所述交流接触器停止输出。
37.在一种可能的设计中，所述电动机控制柜中还包括报警单元，所述报警单元与所述电机控制单元电性相连；
38.所述电机控制单元，还用于基于所述失压信号启动所述报警单元。
39.本技术实施例提供的技术方案带来的有益效果至少包括：
40.本技术实施例中，通过在载荷位移传感器中设置传感器发射单元，利用传感器发射单元在载荷位移传感器与方卡子之间分离时，向电动机控制柜中的传感器信号接收单元发送失压信号，以便电动机控制柜中的电机控制单元基于该失压信号控制电动机停止工作，进而控制抽油机停止工作，避免抽油机继续工作时方卡子与载荷位移传感器发生撞击，导致载荷位移传感器损坏的问题，延长了载荷位移传感器的使用寿命。
附图说明
41.为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
42.图1示出了本技术一个示例性实施例提供的抽油机传感器的保护系统的系统架构图；
43.图2是本技术一个示例性实施例示出的电动机控制柜的结构示意图；
44.图3是本技术一个示例性实施例示出的载荷位移传感器的结构示意图；
45.图4是本技术另一个示例性实施例示出的载荷位移传感器的结构示意图；
46.图5是本技术一个示例性实施例示出的电动弹出机构的结构示意图；
47.图6是本技术一个示例性实施例示出的电动缓冲机构的结构示意图。
48.附图标记分别表示：
49.1-载荷位移传感器，11-传感器信号发射单元，12-信号生成单元，13-信号转换单元，14-信号处理单元，15-电源，16-电源管理单元，17-声光指示器；
50.2-电动机控制柜，21-传感器信号接收单元，22-电机控制单元，23-中间继电器，24-交流接触器，25-热继电器，26-电动机，27-电动机工频电源，28-报警单元；
51.3-抽油机，31-悬绳器，32-方卡子，33-悬绳器钢丝绳，34-抽油杆；
52.4-井口采油树；
53.5-电动弹出机构；
54.6-电动缓冲机构。
具体实施方式
55.为使本技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本技术实施方式作进一步地详细描述。
56.请参考图1，其示出了本技术一个示例性实施例提供的抽油机传感器的保护系统的系统架构图。该系统包括：载荷位移传感器1、电动机控制柜2以及抽油机3。
57.如图1所示，抽油机3包括悬绳器31和方卡子32。其中，悬绳器31包括悬绳器上连接板和悬绳器下连接板，且悬绳器上连接板和悬绳器下连接板之间通过悬绳器钢丝绳33相连。悬绳器31中部设置有开孔，该开孔用于通过抽油杆34(又称为光杆)，方卡子32即设置在抽油杆34上，而抽油杆34则与井口采油树4相连，用于通过上下运动实现抽油，在抽油过程中，方卡子32则随着抽油杆34上下运动。
58.载荷位移传感器1设置在抽油机的悬绳器31与方卡子32之间。正常工作状态下，载荷位移传感器1与方卡子32以及悬绳器31紧密接触，用于测量抽油过程中悬绳器31与方卡子32之间的压力负载。
59.电动机控制柜2是用于控制抽油机3工作状态的电器柜。具体的，电动机控制柜2与抽油机3的电动机(图中未示出)相连，用于通过控制电动机以控制抽油机3的工作状态。其中，电动机控制柜2控制电动机运行时，抽油机3即处于抽油状态，电动机控制柜2控制电动机停止运行时，抽油机3即处于停止抽油状态。
60.当抽油杆34的下行速度和悬绳器31的下行速度不一致时，方卡子32与载荷位移传感器1之间产生间隙，进而导致方卡子32与载荷位移传感器1之间产生碰撞。为了避免因方卡子和载荷位移传感器碰撞导致传感器损坏，如图1所示，本技术实施例中，载荷位移传感器1中设置有传感器信号发射单元11。
61.当载荷位移传感器1与方卡子32分离时(即载荷位移传感器无法检测到压力负载)，即通过传感器信号发射单元11向电动机控制柜2发送失压信号。其中，传感器信号发射单元11可以是射频发射单元、蓝牙发射单元、红外发射单元等等具有无线信号传输功能的单元，本实施例对此不作限定。
62.相应的，电动机控制柜2中设置有传感器信号接收单元21和电机控制单元22，传感器信号接收单元21和电机控制单元22电性相连。
63.电动机控制柜2通过传感器信号接收单元21接收到载荷位移传感器1发送的失压信号后，进一步通过电机控制单元22基于失压信号控制电动机停止工作，以控制抽油机停止工作。
64.抽油机停止工作后，抽油杆34和悬绳器31即停止运动，固定在抽油杆34上的方卡子32即不会与固定在悬绳器31上的载荷位移传感器1发生碰撞，从而避免因撞击造成的传感器损坏。待后续施工人员排除问题后，抽油机3即可在电动机控制柜2的控制下重新工作。
65.综上所述，本技术实施例中，通过在载荷位移传感器中设置传感器发射单元，利用传感器发射单元在载荷位移传感器与方卡子之间分离时，向电动机控制柜中的传感器信号接收单元发送失压信号，以便电动机控制柜中的电机控制单元基于该失压信号控制电动机停止工作，进而控制抽油机停止工作，避免抽油机继续工作时方卡子与载荷位移传感器发生撞击，导致载荷位移传感器损坏的问题，延长了载荷位移传感器的使用寿命。
66.在一种可能的实施方式中，如图2所示，电动机控制柜2中包括传感器信号接收单元21、电机控制单元22、中间继电器23、交流接触器24、热继电器25以及电动机工频电源27。
67.其中，电机控制单元22与中间接触器23电性相连，中间继电器23与交流接触器24电性相连，交流接触器24与热继电器25电性相连，热继电器25与电动机26电性相连，电动机工频电源27与交流接触器24电性相连。
68.相应的，当通过传感器信号接收单元21接收到失压信号时，电机控制单元22通过
中间继电器23控制交流接触器24停止输出，即电动机工频电源27输出的交流电无法通过交流接触器24到达热继电器25，进而无法为电动机26供电，从而使电动机26停止工作。
69.可选的，为了使施工人员能够及时发现抽油机停止抽油，进而尽快排除故障并恢复抽油作业，如图2所示，电动机控制柜2中还设置有报警单元28，该报警单元28与电机控制单元22电性相连。
70.电动机控制柜2接收到失压信号后，电机控制单元22进一步基于失压信号启动报警单元28，从而提醒施工人员进行故障排除。
71.在一些实施例中，该报警单元28可以是通讯组件，用于向预先设定的施工人员发送通信消息，比如短信、即时通信消息等等；或者，该报警单元28为声光报警组件，用于通过声音或者指示灯进行故障提醒。
72.本实施例中，通过中间继电器间接控制交流接触器停止向热继电器输出交流电，提高了抽油机停止过程的用电安全性，此外，在控制抽油机停止工作的同时，通过报警单元进行报警，以便施工人员及时进行故障修复，避免对抽油效率造成过大影响。
73.在一种可能的实施方式中，如图3所示，载荷位移传感器1中包括传感器信号发射单元11、信号生成单元12和信号转换单元13，其中，信号生成单元12与信号转换单元13电性相连，且信号转换单元13与传感器信号发射单元11电性相连。
74.信号生成单元12用于根据检测得到的压力负载生成相应的压力信号，该压力信号可用于后续生成抽油机的示功图。
75.正常工作状态下，由于悬绳器、载荷位移传感器和方卡子之间紧密接触，因此信号生成单元12根据检测到的压力负载持续输出压力信号，而当抽油机发生故障时，载荷位移传感器和方卡子之间分离，信号生成单元12将无法检测到压力负载。因此，当无法检测到压力负载时，信号生成单元12确定载荷位移传感器与方卡子分离，从而向信号转换单元13输出失压信号。
76.由于向信号转换单元13输出的失压信号为数字信号，因此为了使失压信号后续能够进行无线传输，信号转换单元13需要将失压信号由数字信号转换为模拟信号，并向传感器信号发射单元11输出转换后的失压信号。相应的，传感器信号发射单元11发射转换后的失压信号。
77.为了输出稳定的失压信号，并滤除干扰信号，在一种可能的实施方式中，如图3所示，载荷位移传感器1中还包括信号处理单元14，信号生成单元12通过信号处理单元14与信号转换单元13电性相连。
78.信号生成单元12在无法检测到压力负载时，首先向信号处理单元14输出失压信号，信号处理单元14接收到失压信号后，对失压信号进行滤波整形处理，并向信号转换单元13输出处理后的失压信号，由信号处理单元13将处理后的失压信号由数字信号转换为模拟信号，并向传感器信号发射单元11输出转换后的失压信号。可选的，该信号处理单元14为整型滤波器(shaping filter)。
79.可选的，传感器信号发射单元11中设置有信号放大电路，发射失压信号时，传感器信号发射单元11通过信号放大电路对失压信号进行信号放大后，发射放大后的失压信号，以此提高电动机控制柜处失压信号的信号接收质量。
80.在一种可能的实施方式中，载荷位移传感器通过独立电源进行供电，为了避免在
电量不足时，载荷位移传感器无法及时将失压信号发送至电动机控制柜，进而导致电动机控制柜无法及时停止抽油机，导致载荷位移传感器因碰撞损坏，在图3所示载荷位移传感器的基础上，如图4所示，载荷位移传感器1中还包括电源15、电源管理单元16以及声光指示器17。其中，电源15用于为载荷位移传感器1的各个部件供电；
81.电源管理单元16可以为电源管理芯片或者电源管理电路，并分别与电源15和声光指示器17电性相连。
82.工作状态下，电源管理单元16检测电源15的剩余电量是都低于电量阈值(比如10％)，并在剩余电量低于电量阈值时触发声光指示器17开启。声光指示器17开启后，可以通过声音或者光效提示载荷位移传感器1的电量不足，以便施工人员及时进行电池更换。
83.为了避免在施工人员未注意开启的声光指示器17，在一种可能的实施方式中，电源管理单元16还与信号转换单元13电性相连。
84.当测到电源15的剩余电量低于电量阈值时，电源管理单元16即生成电量提示信号，并将该电量提示信号输入信号转换单元13，由信号转换单元13将其由数字信号转换为模拟信号，并向传感器信号单元11输出转换后的电量提示信息，由传感器信号发射单元11向电动机控制柜发送电量提示信号。
85.电动机控制柜通过传感器信号接收单元接收电量提示信号后，即基于电量提示信号控制电动机停止工作，以控制抽油机停止工作。
86.在其他可能的实施方式中，电动机控制柜中的电机控制单元还可以通过报警单元进行报警，以此提醒施工人员及时更换载荷位移传感器的电源。
87.上述实施例中，载荷位移传感器向电动机控制柜发送施压信号后，都是被动等待电动机控制柜进行响应。由于实际场景中的环境较为复杂，载荷位移传感器发射的失压信号可能无法被电动机控制柜正确接收，或者，电动机控制柜可能因为自身原因无法及时进行响应，导致载荷位移传感器仍有可能发生损坏。
88.为了进一步降低载荷位移传感器的损坏概率，在一种可能的实施方式中，载荷位移传感器设置在电动弹出机构上。
89.在一些实施例中，载荷位移传感器为u形结构，且电动弹出机构的承托盘同样为u形结构，载荷位移传感器设置在电动弹出机构上时，载荷位移传感器的缺口与承托盘的缺口对应。
90.进一步的，将载荷位移传感器和电动弹出机构设置在悬绳器上后，抽油杆即穿过两者的缺口。
91.示意性的，如图5所示，载荷位移传感器1设置在电动弹出机构5上，且方卡子32与载荷位移传感器1的上表面紧密接触，电动弹出结构5设置在悬绳器31上，抽油杆34依次穿过方卡子32、载荷位移传感器1、电动弹出机构5以及悬绳器31。
92.为了使载荷位移传感器与方卡子分离时，能够及时脱离悬绳器，从而避免发生碰撞，本技术实施例中，载荷位移传感器还与电动弹出机构的触发器电性相连。
93.载荷位移传感器通过传感器信号发射单元发射失压信号后，通过触发器触发电动弹出机构弹出，弹出后载荷位移传感器脱离悬绳器。其中，该电动弹出机构可以为弹簧弹出机构。
94.示意性的，如图5所示，当载荷位移传感器1与方卡子32分离时，载荷位移传感器1
触发电动弹出机构5，从而在电动弹出机构5的带动下，与电动弹出机构5一同脱离悬绳器31(沿u形缺口滑出)。在电动机控制柜中电机控制单元未能及时控制电动机停止工作的情况下，由于载荷位移传感器脱离悬绳器已经脱离悬绳器，因此也不会受到方卡子撞击，从而避免损坏。
95.本实施例中，通过将载荷位移传感器设置在电动弹出机构上，并在载荷位移传感器与方卡子分离时，通过触发电动弹出机构的触发器，使载荷位移传感器在电动弹出机构的带动下弹出，避免方卡子下行过程中撞击载荷位移传感器。
96.除了通过弹出载荷位移传感器这一方式避免碰撞外，在另一种可能的实施方式中，可以通过缓冲机构对方卡子的撞击力进行缓冲。
97.在一种可能的设计中，载荷位移传感器的上方设置有电动缓冲机构，且载荷位移传感器与电动缓冲机构的触发器电性相连。当载荷位移传感器未与方卡子分离时，电动缓冲机构处于压缩状态，且电动缓冲机构并不会对方卡子与载荷位移传感器之间的压力负载测量造成影响。
98.而当载荷位移传感器与方卡子分离时，载荷位移传感器用于通过触发器触发电动缓冲机构，使触发后的电动缓冲机构呈自然状态。
99.可选的，该电动缓冲结构可以为弹簧结构或者弹性材料(比如弹性胶柱)结构。
100.示意性的，如图6所示，正常工作状态下，载荷位移传感器1上方设置有电动缓冲机构6，该电动缓冲结构6为弹簧结构，且弹簧处于压缩状态。当载荷位移传感器1与方卡子32分离时，载荷位移传感器1触发电动缓冲机构6，触发后电动缓冲机构6中弹簧恢复为自然状态。在电动机控制柜中电机控制单元未能及时控制电动机停止工作的情况下，即便方卡子32继续下行，电动缓冲机构6也能够对方卡子32产生的撞击力进行缓冲，避免直接撞击载荷位移传感器1在成损坏。
101.本实施例中，通过在载荷位移传感器上方设置在电动缓冲机构上，并在载荷位移传感器与方卡子分离时，通过触发电动缓冲机构的触发器，在载荷位移传感器上方形成缓冲结构，从而利用该缓冲结构对方卡子产生的撞击力进行缓冲，降低载荷位移传感器的损坏概率。
102.以上所述仅为本技术的可选的实施例，并不用以限制本技术，凡在本技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。