基于現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.大慶師范學院機電工程學院，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、計算機技術和通訊技術的飛速發展，對設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場檢測來展開研究，大慶油田在鉆井行業對現場使用中的傳感器進行檢定并給出結果的檢測設備還沒有。本文提出一種新型的便攜式的復合脈沖變送器對絞車傳感器進行現場檢測，該結構不需要攜帶許多機械設備去進行現場檢定，快速便捷，檢測后直接給出結果，這樣既節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。在檢測中如果發現絞車傳感器檢測不準確，有脈沖的丟失，則在現場直接對其進行更換，同時將檢測信息錄入系統便于下次檢測時調用查看。

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，驅動伺服電機旋轉，從而帶動旋轉機構和碼盤進行旋轉，兩者的轉速信息相同，被檢測絞車傳感器與旋轉機構相連，通過旋轉機構帶動絞車傳感器旋轉產生脈沖信號，絞車傳感器的脈沖信號分成A相、B相輸出，檢測A相、B相信號經過轉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量。伺服電機帶動碼盤旋轉，光電傳感器檢測旋轉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送給上位機，通過上位機設定絞車傳感器在快速轉動情況下的技術指標，然后通過比較標準源與A、B相顯示屏顯示數量來判定絞車傳感器是否有計數不準或脈沖丟失，上位機根據結果自動出檢定報告。

從面板上A、B相的讀數能夠看出伺服電機是正傳還是翻轉，同時該絞車傳感器單圈產生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合碼盤，進而更精確地測量輸出信號。

圖1 檢定設備檢定原理圖

3 絞車傳感器檢定裝置結構方案示意圖

為了便于現場檢定拆裝，設計了免工具安裝的機械結構，主要結構包括以下三部分：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接件結構以及其與電機連接的傳動聯軸器結構。

■3.1 中間連接短接件的結構

這個結構由三部分組成，分別是，這個短聯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加工成內六角結構與電機上的外六角結構向配合，這種結構具有兩種功能，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，實現快速連接同時拆卸方便。

■3.2 傳動聯軸器結構

該結構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，這樣當電機旋轉時，傳動聯接軸帶動碼盤做同步運動，然后與絞車傳感器發出的脈沖數進行對比來判定絞車傳感器的精確度，經過這樣的聯接能夠達到傳動平穩、拆裝快速、檢測精確。

圖2 中間聯接件結構圖

圖3 傳動聯接件結構圖

■3.3 絞車傳感器固定裝置

在測試的過程中發現絞車傳感器晃動，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，設計了這套結構，底座固定在實驗臺上，在其中間開一個孔，保證中間聯接件能夠與絞車傳感器順利聯接，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。該結構示意圖如4圖所示。

■3.4 復合碼盤設計結構

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柵格的內端距離內圈12外端2mm，外圈20柵格的外端距離碼盤的外端2mm，內圈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 測試結果顯示

圖6 測試結果圖

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相脈沖計數可以知道電機旋轉是正轉還是反轉。經實驗發現當A相計數小于B相計數則電機正傳，當A相計數大于B相計數則電機反轉。

5 結論

在野外現場檢測中，為了保證設備精度，必須保證在運輸時減震平穩，同時在檢測時能夠實現快速便捷，本次設計的絞車傳感器檢定裝置具有以上特點，首先通過設計絞車傳感器固定裝置保證其平穩運行，不會出現飛出現象，設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，經過實驗驗證分析這個檢定裝置能夠用來進行現場檢測，檢測結果顯示檢定準確。

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