基于加速度傳感器的油井示功圖位移測量技術(shù)研究

　　加速度信號(hào)調(diào)理電路

　　示功圖測試儀的位移和沖程是通過加速度雙重積分得到的，考慮到油桿上下周期性運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)，將一個(gè)周期加速度測量值減去其平均值，令邊界條件為零，對(duì)修正后的加速度積分得到速度;令邊界條件為零，對(duì)修正后的速度積分得到?jīng)_程[2]。由于必須對(duì)原始加速度信號(hào)進(jìn)行相應(yīng)的濾波處理，去除邊界的雙重積分算法較復(fù)雜，所以本系統(tǒng)采用了單片機(jī)程序?yàn)V波積分的方法，放棄了硬件積分器的方案來實(shí)現(xiàn)積分算法，電路如圖2所示，是采用加速度傳感器芯片ADXL203、適當(dāng)配置的外圍器件和TI的MSP430F1611微控制器組成的。其中，COM引腳是公共地，DNC是懸空引腳，Vs是電源引腳，ST是自測引腳(正常使用時(shí)該引腳接低電平)，XOUT和YOUT是水平和垂直方向的加速度測量信號(hào)輸出。

　　ADXL203是一款高精度、低功耗的iMEMS型雙軸加速度傳感器芯片[3]，具有信號(hào)可調(diào)的電壓輸出，既可測量動(dòng)態(tài)加速度，又可以用來實(shí)現(xiàn)諸如重力加速度的靜態(tài)測量。ADXL203典型測量范圍為±1.7g，承受3500g極限加速度。其下拉電流小于700mA，輸出量為一個(gè)與加速度成比例的模擬電壓信號(hào)，靈敏度達(dá)到1000mV/g。

　　ADXL203加速度傳感器輸出幅值與所測加速度成正比的方波信號(hào)。傳感器主要由一個(gè)利用表面微機(jī)械加工的多晶硅機(jī)構(gòu)和一個(gè)差動(dòng)電容器組成，在加速度的作用下，多晶硅結(jié)構(gòu)會(huì)產(chǎn)生偏移，拉動(dòng)差動(dòng)電容的中心極板滑動(dòng)，使兩個(gè)電容值不同，在中心極板產(chǎn)生電壓，傳感器輸出方波，輸出方波的幅值與所測的加速度成正比。當(dāng)供電電壓改變時(shí)，靈敏度就會(huì)發(fā)生相應(yīng)變化，影響測量精度。例如：5V電壓供電，輸出電壓比例系數(shù)1V/g;3V電壓供電，輸出電壓比例系數(shù)0.56V/g。本系統(tǒng)在ADXL203的電源端并聯(lián)0.01mF和10mF兩個(gè)電容，很好地過濾了低頻和高頻噪聲信號(hào)，大大減少了電源紋波對(duì)加速度傳感器輸出電壓的影響。

　　ADXL203允許根據(jù)實(shí)際需要改變XOUT和YOUT引腳處的濾波電容大小來設(shè)計(jì)輸出信號(hào)帶寬。根據(jù)實(shí)際抽油現(xiàn)場的噪聲分析，XOUT，YOUT引腳處的濾波電容先后選擇了0.01mF，0.1mF和10mF，其中以10mF濾波電容毛刺最少，效果最好，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)的最大程度的硬件去鋸齒和去噪。