專利名稱：一種振動軌跡測量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于振動機(jī)械上特征點(diǎn)的振動軌跡測量方法，特別是對于石油鉆井振動篩特征點(diǎn)振動軌跡的測量方法。
鉆井振動篩是一種用于油氣井鉆井工程中鉆井液固液分離的關(guān)鍵設(shè)備之一，它是由位于其篩箱上激振器中的慣性軸旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生慣性力，從而帶動篩箱按一定的振動軌跡振動。按篩箱上特征點(diǎn)的振動軌跡對其振型分類，有直線型、園型、平動橢園型等。篩箱振型是直接影響鉆井液處理量及其固、液分離效果的關(guān)鍵因素，且篩箱振型不同，其箱體上的結(jié)構(gòu)應(yīng)力狀態(tài)就不同。為保證研制、設(shè)計結(jié)果的正確性和可靠性，需要一種能對篩箱上特征點(diǎn)振動軌跡進(jìn)行真實而準(zhǔn)確的測量方法。
目前，對于振動機(jī)械上特征點(diǎn)振動軌跡的測量均是采用間接測量法，該方法是在被測對象上垂直和水平方向安裝兩個傳感器，傳感器將振動信號分別檢測下來，經(jīng)過獨(dú)立的信號放大系統(tǒng)處理后分別送入顯示器，按信號合成原理將信號合成并在顯示屏上顯示合成后的特征點(diǎn)的振動軌跡，根據(jù)其軌跡特征，可獲得振動設(shè)備有關(guān)的技術(shù)參數(shù)。由于兩個傳感器的性能不可能完全一致，信號放大的線性、增益也不可能完全一致，因此必然給測量結(jié)果帶來較大的累積、合成誤差；而且測量顯示結(jié)果是連續(xù)振動信號多周期重復(fù)迭加作用的結(jié)果，很難區(qū)分單個周期內(nèi)特征點(diǎn)的振動軌跡，這就大大影響了對其振動軌跡測量的真實性和準(zhǔn)確性。
本發(fā)明的目的在于提供一種能準(zhǔn)確地測量振動篩篩箱上特征點(diǎn)在一個振動周期內(nèi)的真實振動軌跡的方法。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案本測量方法包括信號傳輸、轉(zhuǎn)換、控制、處理及記錄與顯示等環(huán)節(jié)，其特征在于信號源是在振動體(1)上安裝一具有方向微調(diào)功能的微型激光器(2)發(fā)出的一束隨振動體(1)同步振動的水平準(zhǔn)直跟蹤激光束，該激光束經(jīng)分光鏡(3)后分成兩激光束，一束為控制光束，一束為軌跡跟蹤光束，控制光束通過光電傳感器(5)轉(zhuǎn)換后進(jìn)入數(shù)字邏輯控制電路(A)，以控制軌跡跟蹤光束僅在一個振動周期內(nèi)通過控制門(12)，軌跡跟蹤光束在控制門(12)開啟時到達(dá)固態(tài)圖象傳感器(14)的感光面上，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(15)對固態(tài)圖象傳感器(14)輸出的信號進(jìn)行模/數(shù)轉(zhuǎn)換后傳至計算機(jī)(16)進(jìn)行分析、記錄和顯示。
數(shù)字邏輯控制電路(A)由對數(shù)放大器(6)、觸發(fā)器(7)、計數(shù)器(8)、寄存器(9)、雙向模擬開關(guān)(10)及繼電器(11)等組成。電源(13)的電路中采用了變壓器及整流元件，以使電源達(dá)到測量要求。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于(1)采用激光器發(fā)出的跟蹤光束作為信號源，避免了通常采用的在振動體垂直、水平方向上安裝兩個傳感器測量帶來的累積、合成誤差，而且由于激光具有優(yōu)良的單色性、準(zhǔn)直性、方向性和高亮度，可以保證將外界的干擾光影響及其它客觀因素的干擾減到最小，因而使測量結(jié)果更準(zhǔn)確。(2)采用數(shù)字邏輯控制電路控制信號僅在一個振動周期內(nèi)到達(dá)信號處理系統(tǒng)，從而使該方法能直接而準(zhǔn)確地測量、記錄振動機(jī)械特征點(diǎn)在一個振動周期內(nèi)的真實振動軌跡。(3)在信號處理、記錄與顯示系統(tǒng)中采用的固態(tài)圖象傳感器(14)的MOS電容器電極面陣單元排列致密，足以準(zhǔn)確地測量激光束掃描跡線，此跡線即為振動體上特征點(diǎn)在一個振動周期內(nèi)的真實振動軌跡；計算機(jī)專用分析軟件可以分別計算出相應(yīng)的振動振幅、軌跡類型、跡線上特征點(diǎn)的瞬時速度、加速度等參數(shù)，提供可靠的研制、設(shè)計依據(jù)。
本發(fā)明可用于石油鉆井中使用的直線型、園型、平動橢園型等多種振型振動篩篩箱上特征點(diǎn)的振動軌跡的測量，亦可用于其它工業(yè)領(lǐng)域(如采礦、化工、選煤、食品、醫(yī)藥等)使用的類似振動機(jī)械上特征點(diǎn)振動軌跡的測量。


如下圖1是本測量方法的測量原理示意圖。
圖2是本測量方法中采用的數(shù)字邏輯控制電路(A)的基本電路原理圖，圖中IC1為三態(tài)緩沖器4502，電路原理圖中的IC1A、IC1B、IC1C、IC1E、IC1F分別是4502六個反相緩沖器中的一個反相緩沖器。
IC2為四2輸入端施密特與非門4093，IC2A、IC2B、IC2C分別為4093四個門中的一個。
IC3為12位二進(jìn)制串行計數(shù)器/分頻器4040。
IC4為雙四位移位寄存器4015，電路原理圖中4015上的連線將雙4位變成了8位移位寄存器。
IC5為四異或門4070。
IC7為三態(tài)R-S鎖存觸發(fā)器4044。
IC6為四雙向模擬開關(guān)4066，電路圖中4066上的連線為4066四個雙向模擬開關(guān)中的兩個并聯(lián)，以獲得加倍的推動電流，以推動更大的負(fù)載。
下面結(jié)合

實施例參看圖1，本測量方法包括信號傳輸、轉(zhuǎn)換、控制、處理及記錄與顯示等環(huán)節(jié)，信號源是在振動體(1)上安裝具有方向微調(diào)功能的微型激光器(2)發(fā)出的一束隨振動體(1)同步振動的水平準(zhǔn)直跟蹤光束，該激光束經(jīng)分光鏡(3)后分成兩激光束，一束為控制光束，一束為軌跡跟蹤光束?？刂乒馐?jīng)反射鏡(4)后通過光電傳感器(5)的感光面，根據(jù)光電效應(yīng)原理，光電傳感器(5)內(nèi)部產(chǎn)生與光信號通過感光面次數(shù)相對應(yīng)的電脈沖并輸出之，經(jīng)數(shù)字邏輯控制電路(A)的放大器(6)和觸發(fā)器(7)整形后送入計數(shù)器(8)及寄存器(9)，數(shù)字邏輯電路按照啟動命令和計數(shù)器(8)規(guī)定的脈沖個數(shù)經(jīng)雙向模擬開關(guān)(10)、繼電器(11)使控制門(12)僅在一個振動周期的時間內(nèi)開啟和關(guān)閉，從而有效地控制透過分光鏡(3)的軌跡跟蹤光束僅在一個振動周期內(nèi)通過控制門(12)，軌跡跟蹤光束在控制門(12)開啟時到達(dá)固態(tài)圖象傳感器(14)的感光面上，固態(tài)圖象傳感器(14)的感光面的法線與激光束平行，在激光束照射下，固態(tài)圖象傳感器(14)的MOS電容器電極面陣上對應(yīng)點(diǎn)產(chǎn)生光生載流子信號電荷，數(shù)字采集系統(tǒng)(15)對具有信號電荷自動掃描功能的固態(tài)圖象傳感器(14)輸出信號進(jìn)行模/數(shù)轉(zhuǎn)換處理并傳至計算機(jī)(16)，計算機(jī)(16)即可對輸入信號進(jìn)行記錄，分析計算及顯示其結(jié)果。
本測量方法中使用的電源(13)的電路中采用了變壓器及整流元件，以使電源達(dá)到測量要求。
本發(fā)明設(shè)計的數(shù)字邏輯控制電路(A)的工作原理可參看圖2，現(xiàn)簡要敘述如下①打開電源開關(guān)，測量儀器處于初始狀態(tài)，LED1紅燈和LED2綠燈亮，開關(guān)K1接通A點(diǎn)，IC7(4044)的R端(4腳)接地，為低電平，使IC7輸出低電平，經(jīng)IC1D反相后輸出高電平至IC2A和IC1F，IC2A門打開，而輸入IC1E的高電平經(jīng)IC1E反相后輸出低電平至IC3(4040)復(fù)位端11腳和IC4(4015)復(fù)位端14腳，使IC3(4040)處于計數(shù)狀態(tài)，而IC4(4015)的數(shù)據(jù)端7腳一直接電源VDD，為高電平，使其Q端(5，4，3，2等腳)輸出都為高電平，則IC5(4070)輸出就為低電平，因而IC6(4066)模擬開關(guān)截止，不能驅(qū)動繼電器(11)打開控制門(12)。IC4(4015)的Q端(3腳或4腳)輸出的高電平經(jīng)IC1F反相后成為低電平加到IC2B(4093)的6腳，使IC2B門關(guān)閉，光電脈沖信號不能通過，此時不能進(jìn)行測量。
②當(dāng)進(jìn)行測量時，從光電傳感器(5)來的電脈沖進(jìn)入光電二極管G和IC1A組成的放大電路，電脈沖成對數(shù)放大，使輸出電壓與光強(qiáng)對數(shù)成正比，電脈沖又經(jīng)IC1B抗干擾隔離放大電路加在IC2A(4093)的輸入端1端進(jìn)行整形。按下操作按鈕，使開關(guān)K1與A點(diǎn)斷開而與B點(diǎn)接通，此時IC7輸出高電平，經(jīng)IC1D和ICIE二個反相器反相后仍為高電平，接至IC3(4040)復(fù)位端11腳和IC4(4015)復(fù)位端14腳，則IC3(4040)處于復(fù)位狀態(tài)，IC4(4015)處于清零狀態(tài)，IC4(4015)的Q端(5，4，3，2等腳)變成低電平，由IC4的3腳(或4腳)輸出的低電平經(jīng)IC1F反相成為高電平，使?fàn)顟B(tài)指示燈LED1紅燈滅，并使IC2B門打開，這時，IC2A(4093)整形后的電脈沖進(jìn)入IC2B，接至IC3(4040)的10腳。IC3(4040)是十二級二進(jìn)制計數(shù)器，它具有測量、記錄次數(shù)加倍電路，當(dāng)輸入輸出短接，即IC3的10腳接IC2C的12腳時，為單周期測量、記錄，此時可實現(xiàn)在一個周期內(nèi)的測量、記錄工作。如果需要多周期重復(fù)測量、記錄，可將IC2C的12腳通過波段開關(guān)K3接至IC3的9，7，6，5……腳，從而分別得到2，4，8，16……的重復(fù)倍數(shù)，即2周期、4周期、8周期、16周期等重復(fù)測量，但多次重復(fù)時，各振動周期的振動軌跡是混在一起的，難以區(qū)分單個振動周期的軌跡，故為了測量在一個振動周期內(nèi)特征點(diǎn)的振動軌跡，一般是將IC3(4040)的10腳接IC2C的12腳。在產(chǎn)生光電脈沖時，IC1A輸出為低電平，經(jīng)IC1B、IC2A、IC2B、IC2C后仍為低電平，加到IC4(4015)的CP端(9腳)，即脈沖下降沿出現(xiàn)，使IC4(4015)的第一位IQO(5腳)變?yōu)楦唠娖?，而其余Q端(4，3，2腳等)仍為低電平，這樣，IC5(4070)輸出為高電平，IC6(4066)模擬開關(guān)打開，驅(qū)動繼電器(11)控制電路打開控制門(12)，使透過分光鏡(3)的軌跡跟蹤光束進(jìn)入固態(tài)圖象傳感器(14)。以后每來一個脈沖移一位，即依次使IC4(4015)的第2位IQ1(4腳)、第3位IQ2(3腳)等Q端輸出為高電平。當(dāng)振形控制開關(guān)K2接通C點(diǎn)時，三次移位完成后，5腳、4腳、3腳變?yōu)楦唠娖?，送到IC5的1、2腳，使IC5輸出低電平，從而使模擬開關(guān)IC6截止，繼電器(11)關(guān)閉控制門(12)，完成了一個周期的振動軌跡的測量，記錄工作。這時，IC4(4015)3腳輸出的高電平經(jīng)IC1F反相后得到低電平，使?fàn)顟B(tài)指示燈LED1紅燈亮，表示測量、記錄完成；同時低電平又使IC2B門關(guān)閉，使電脈沖無法通過。而當(dāng)K2開關(guān)接通D點(diǎn)(4腳)時，兩個脈沖即可完成測量、記錄工作。因此當(dāng)開關(guān)K2接通C點(diǎn)時，在三個脈沖為一周期內(nèi)完成測量、記錄工作，正好是在一個周期內(nèi)對直線軌跡的測量；而當(dāng)K2接通D點(diǎn)時，是在兩個脈沖為一個振動周期內(nèi)完成測量工作，是在一個振動周期內(nèi)對園或橢園軌跡的測量。
權(quán)利要求
1．一種振動軌跡測量方法，包括信號傳輸、轉(zhuǎn)換、控制、處理及記錄與顯示等環(huán)節(jié)，其特征在于信號源是在振動體(1)上安裝一具有方向微調(diào)功能的微型激光器(2)發(fā)出的一束隨振動體(1)同步振動的水平準(zhǔn)直跟蹤激光束，該激光束經(jīng)分光鏡(3)后分成兩激光束，一束為控制光束，一束為軌跡跟蹤光束，控制光束通過光電傳感器(5)轉(zhuǎn)換后進(jìn)入數(shù)字邏輯控制電路(A)，以控制軌跡跟蹤光束僅在一個振動周期內(nèi)通過控制門(12)，軌跡跟蹤光束在控制門(12)開啟時到達(dá)固態(tài)圖象傳感器(14)的感光面上，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(15)對固態(tài)圖象傳感器(14)輸出的信號進(jìn)行模/數(shù)轉(zhuǎn)換后傳至計算機(jī)(16)進(jìn)行分析、記錄與顯示。
全文摘要
一種振動軌跡測量方法,采用激光器發(fā)出的跟蹤激光束為信號源,設(shè)計了數(shù)字邏輯控制電路來控制信號僅在一個振動周期內(nèi)進(jìn)入信號處理系統(tǒng),用計算機(jī)對處理后的信號進(jìn)行分析記錄與顯示。本方法能準(zhǔn)確地測量振動機(jī)械上特征點(diǎn)在一個振動周期內(nèi)的振軌軌跡,適用于石油工業(yè)鉆井振動篩和其它工業(yè)領(lǐng)域使用的類似振動機(jī)械上特征點(diǎn)振動軌跡的測量。
文檔編號E21B21/00GK1283785SQ0011266
公開日2001年2月14日 申請日期2000年1月28日 優(yōu)先權(quán)日2000年1月28日
發(fā)明者張明洪, 杜堅, 易鋒, 羅賓, 侯勇俊 申請人:西南石油學(xué)院