CN101806645A - 自发电无线拉力传感器 - Google Patents

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孟敏
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Abstract

一种自发电无线拉力传感器，包括串连连接的力测量电路、单片机处理电路以及无线通讯电路，还包括一内部设置有磁钢和谐振弹簧的管体，谐振弹簧连接在管体底部，磁钢设置在谐振弹簧上；管体外部缠绕有线圈，整流电路与线圈连接并与电容储能稳压电路连接，电容储能稳压电路分别与力测量电路、单片机处理电路以及无线通讯电路连接，为其供电。本发明利用拉力传感器随着钢丝绳上下运动的特点，使管体内的磁钢在谐振弹簧的作用下振动，线圈切割磁力线产生电动势，经过处理后得到工作电压，实现自发电；同时将拉力数据通过无线传输的方式传送到附近的数据接收装置。有效解决了现有拉力传感器的连接线易磨损以及无线数据传输电路的供电问题。

Description

自发电无线拉力传感器
技术领域
本发明涉及拉力传感器，尤其涉及用于石油机械设备抽油机的拉力传感器。
背景技术
抽油机是油田广泛应用的传统抽油设备，俗称“磕头机”，图1是抽油机***的结构示意图。如图1所示，抽油机101为偏心连杆机构，通常由普通异步交流电动机直接驱动，抽油机101将电机的旋转运动转化为抽油机101头部的上下运动，通过钢丝绳102拉动抽油杆103，抽油杆103再带动抽油泵104做固定周期的垂直往复运动，在下行时油管105弹性伸长向下运动，靠油层压力向抽油泵104内渗油，上行时油管105弹性收缩向上运动将油提升，使石油在一定的动压力下被抽到地面。当油管105内出现积蜡或杂物堵塞，就会卡住抽油杆103，严重的还会造成钢丝绳2断裂或抽油机101的电机烧坏。如果在钢丝绳102上串联一个拉力传感器106，实时测量出钢丝绳101的拉力，就能够及时发现问题，从而紧急停机，避免出现更大的故障。
传统的拉力传感器采用电阻应变片组成一个电桥进行测力，需要外界提供电源，同时要将拉力信号输出到接收装置，因此拉力传感器和外界至少需要四根连接线。由于钢丝绳的上下运动，连接线也会随之运动，时间一长，很容易造成连接线的磨损，无法长期正常运行，并且大大增加了维护的工作量。
若采用无线数据传输的方式，就需要由拉力传感器自身供电。现有的拉力传感器一般采用电池供电或者太阳能供电。对于电池供电方案来说，由于拉力传感器的电阻很小，因此耗电较大，而电池的电量有限，不能满足长时间的使用需要；对于太阳能供电方案来说，在夜晚不能工作，而且太阳能电池板容易损坏。
发明的内容
针对现有拉力传感器的连接线磨损，而采用无线数据传输的方式又无法很好解决供电问题的缺点，申请人进行了改进研究，提供一种自发电无线拉力传感器，可以利用运动的特点自身发电，并通过无线方式传送拉力数据。
本发明的技术方案如下：
一种自发电无线拉力传感器，包括串连连接的力测量电路、单片机处理电路以及无线通讯电路，还包括一内部设置有磁钢和谐振弹簧的管体，谐振弹簧连接在管体底部，磁钢设置在谐振弹簧上；所述管体外部缠绕有线圈，整流电路与线圈连接并与电容储能稳压电路连接，电容储能稳压电路分别与力测量电路、单片机处理电路以及无线通讯电路连接，为其供电。
本发明的有益技术效果是：
本发明利用拉力传感器随着钢丝绳上下运动的特点，使管体内的磁钢在谐振弹簧的作用下振动，线圈切割磁力线产生电动势，经过处理后得到工作电压，从而实现自发电。同时，将拉力数据通过无线传输的方式传送到附近的数据接收装置。有效解决了现有拉力传感器的连接线易磨损，以及采用无线数据传输方式的供电问题。
附图说明
图1是抽油机***的结构示意图。
图2是本发明的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步说明。
如图2所示，本发明包括串连连接的力测量电路7、单片机处理电路8以及无线通讯电路9，还包括一内部设置有磁钢3和谐振弹簧4的管体1，谐振弹簧4连接在管体1底部，磁钢3设置在谐振弹簧4上；管体1外部缠绕有线圈2，整流电路5与线圈2连接并与电容储能稳压电路6连接，电容储能稳压电路6分别与力测量电路7、单片机处理电路8以及无线通讯电路9连接，为其供电。
工作过程及原理：
当本发明随着钢丝绳上下运动时，管体1内的磁钢3也随之上下运动，谐振弹簧4的谐振功能使磁钢3在管体1内快速振动。由于管体1外缠绕线圈2，线圈2和磁钢3两者相对运动，线圈2切割磁力线，从而在线圈2内产生感生电动势。由于这个相对运动是往复的，所以产生的是一个交变电压。通过整流电路5，得到直流电压。由于自发电电压的大小与线圈圈数和运动的频率有关，所以电压不会很稳定。通过电容储能稳压电路6后，可以得到一个稳定的直流电压。该稳定的直流电压被提供给力测量电路7、单片机处理电路8以及无线通讯电路9。力测量电路7将测得的拉力数据经过单片机处理电路8进行信号放大及A/D转换，最后通过无线通讯电路9传送到附近的数据接收装置。
以上所述元器件及电路模块均为市售商品，各电路模块的连接方式及工作方式均与现有技术相同。各元器件及电路模块都采用低电压低功耗部件，全部电流小于10mA，适用于多种运用场合。
以上所述的仅是本发明的优选实施方式，本发明不限于以上实施例。可以理解，本领域技术人员在不脱离本发明的精神和构思的前提下，可以做出其它改进和变化。

Claims (1)

1.一种自发电无线拉力传感器，包括串连连接的力测量电路(7)、单片机处理电路(8)以及无线通讯电路(9)，其特征在于：还包括一内部设置有磁钢(3)和谐振弹簧(4)的管体(1)，谐振弹簧(4)连接在管体(1)底部，磁钢(3)设置在谐振弹簧(4)上；所述管体(1)外部缠绕有线圈(2)，整流电路(5)与线圈(2)连接并与电容储能稳压电路(6)连接，所述电容储能稳压电路(6)分别与力测量电路(7)、单片机处理电路(8)以及无线通讯电路(9)连接，为其供电。
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