基于加速度傳感器的油井示功圖位移測量技術(shù)研究

　　加速度信號調理電路

　　示功圖測試儀的位移和沖程是通過(guò)加速度雙重積分得到的，考慮到油桿上下周期性運動(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，對修正后的加速度積分得到速度;令邊界條件為零，對修正后的速度積分得到?jīng)_程[2]。由于必須對原始加速度信號進(jìn)行相應的濾波處理，去除邊界的雙重積分算法較復雜，所以本系統采用了單片機程序濾波積分的方法，放棄了硬件積分器的方案來(lái)實(shí)現積分算法，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]，具有信號可調的電壓輸出，既可測量動(dòng)態(tài)加速度，又可以用來(lái)實(shí)現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，靈敏度達到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。傳感器主要由一個(gè)利用表面微機械加工的多晶硅機構和一個(gè)差動(dòng)電容器組成，在加速度的作用下，多晶硅結構會(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。當供電電壓改變時(shí)，靈敏度就會(huì )發(fā)生相應變化，影響測量精度。例如：5V電壓供電，輸出電壓比例系數1V/g;3V電壓供電，輸出電壓比例系數0.56V/g。本系統在A(yíng)DXL203的電源端并聯(lián)0.01mF和10mF兩個(gè)電容，很好地過(guò)濾了低頻和高頻噪聲信號，大大減少了電源紋波對加速度傳感器輸出電壓的影響。

　　ADXL203允許根據實(shí)際需要改變XOUT和YOUT引腳處的濾波電容大小來(lái)設計輸出信號帶寬。根據實(shí)際抽油現場(chǎng)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)現對信號的最大程度的硬件去鋸齒和去噪。