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油井动液面测量系统的研制

作　者: 吕思平
导　师: 孙永兴
学　校: 中国石油大学
专　业: 材料科学与工程
关键词: 动液面单片机数字滤波快速傅立叶变换
分类号: TP368.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

螺杆泵油井中抽油泵必须保证一定的沉没深度,才能发挥较好效果。当动液面降低到泵挂深度时,泵效降低,严重时发生烧定子现象,出现躺井问题。另外,有一部分泵下掺水井需通过控制动液面来提高掺水效果。因此测定动液面值、控制动液位高度,对合理开发油田、提高采油率具有重要意义。传统的动液面测量方法由人工操作、人工信号判读。其数据计算整理工作繁琐,误差大、自动化程度低、效率低。本文对目前国内油田使用的动液面测量系统存在的缺点进行分析,在此基础上设计出以MSP430单片机为核心的闭环控制系统。论文提出总体的设计方案,采用机械气弹装置作为次声波信号源。硬件电路包括电源电路、电机正反转控制电路、信号输入和滤波电路、CPU和存储器电路、触摸屏和液晶模块以及TTL转RS232电路等,主要实现声波发射、数据采集、数据处理和存储、界面显示及远程通讯等。按照设计思路完成程序的编写,实现采样、数字滤波、快速傅立叶频谱分析、计算液位值、人机交互界面及闭环控制等功能。信号处理环节采用数字滤波,选用频域分析方法,利用快速傅立叶变换进行频谱分析。结合液面回波的位置和声波在油管中的传播速度计算出液位值。通过判定所得液位值异常情况,选择合理的工作制度。该系统由单片机取代了传统的模拟滤波器和微控制器,测量数据长期保存不会丢失,编程方便,参数设置灵活,采用数字信号处理。因此,系统稳定可靠,提高了自动化程度以及测量精度。系统采用闭环控制,能及时反映动液面异常情况,并合理选择泵工作制度。实现智能调控、提高采油率以及减少躺井问题的目的。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第一章前言  9-16
  1.1 课题的来源及意义  9-10
  1.2 国内外研究现状  10-11
  1.3 液位测量方法  11-13
    1.3.1 动液面测量方法  11-12
    1.3.2 声波  12-13
  1.4 数字仪表  13-14
    1.4.1 数字化测量技术及其发展趋势  13-14
  1.5 动液面测量系统及研究内容  14-15
    1.5.1 油井动液面的测量系统  14-15
    1.5.2 研究内容  15
  1.6 本课题的特色与创新之处  15-16
第二章系统总体设计及硬件电路  16-35
  2.1 声波发生装置  17-19
    2.1.1 机械气弹装置原理  18-19
    2.1.2 声波发生装置接口电路  19
  2.2 单片机  19-22
    2.2.1 单片机的选择  20-21
    2.2.2 MSP430F1611 单片机的接口电路  21-22
  2.3 信号接收及放大电路  22-25
    2.3.1 信号接收器  22
    2.3.2 放大电路  22-25
  2.4 滤波电路  25-26
  2.5 比较器及其外围电路  26-27
  2.6 数据存储电路  27-29
  2.7 液晶显示电路  29-31
    2.7.1 LCD的选择  29-31
    2.7.2 LCD接口电路  31
  2.8 声音提示装置及其电路  31-32
  2.9 系统接口电路  32-35
    2.9.1 RS232  32-34
    2.9.2 JTAG接口  34-35
第三章回音信号的数字处理  35-49
  3.1 回波信号的数字滤波  35-38
  3.2 回音信号的频谱分析  38-49
    3.2.1 离散傅立叶变换  38-39
    3.2.2 快速傅立叶变换  39-43
    3.2.3 DIT―FFT与DFT运算量比较  43-44
    3.2.4 DIT-FFT的编程思想  44-49
第四章系统程序设计及结果分析  49-57
  4.1 回波信号的数据采集  49-50
  4.2 数据存储子程序  50-51
  4.3 触摸屏校正及FLASH存储子程序  51-52
    4.3.1 触摸屏校正  51
    4.3.2 FLASH存储  51-52
  4.4 动液面计算  52-53
  4.5 用户界面设计  53-57
结论  57-58
参考文献  58-61
附录  61-72
  附录1：测试系统实物图  61-62
  附录2：系统部分源程序  62-72
致谢  72

油井动液面测量系统的研制

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