基于加速度传感器的油井示功图位移测量技术研究

　　MSP430单片机A/D采集与数据处理

　　以上加速度水平、垂直信号经过调理后，都要输入MSP430单片机的 A/D进行模数转换。MSP430中ADC12模块[4]能够实现12位精度的模数转换，本系统使用稳压芯片输出电压3V作为A/D参考电源。

　　示功图测试仪的垂直加速度变化大，水平加速度变化小。垂直加速度信号范围：1~2V，水平加速度信号范围：0.5~2.5V。通过以上MSP430 A/D功能特点分析，确定其完全可以满足示功图信号的采集需求。

　　示功仪加速度在两次去除边界积分后并不能得到准确的冲程，往往对于同一口井会得出两个差异很大的冲程。因为加速度量的电压信号很小，3V供电系统造成加速度与电压的比例系数很小(0.56V/g)，MCU采集加速度电压信号受干扰严重。所以必须对采集的加速度信号进行合适的滤波后再双重积分得到冲程。

　　首先，将采集到一个周期的加速度的数据存放在RAM中，对加速度数据进行奇异值的滤除;然后对加速度量进行3次7点平滑窗滤波，最大限度地将噪声信号滤除;最后，应用周期去边界的双重积分得到各点的位移值，对应各点载荷量，在液晶屏上画出示功图，并将油井信息和示功图信息储存到外部EEPROM中。

　　加速度信号的复合滤波方法

　　示功仪采用加速度信号进行双重积分算法得到位移和冲程，但是，加速度信号由于电源纹波和信号干扰的影响引起波形的微小畸变，经过双重积分后冲程累积误差增大。针对加速度信号测量位移和冲程所存在的问题，本文在分析形态滤波和传统平滑滤波的基础上，提出了一种改进的复合滤波方法。

　　形态滤波法

　　形态滤波[6]是一种非线性数字滤波技术，主要应用在人脸识别领域。根据加速度信号的特点，形态滤波可以有效地抑制加速度信号的噪声，较好的保持加速度信号的几何特征[5]。本文采用了腐蚀与扩散相结合的方式来达到形态滤波的效果，核心算法定义为：

　　Y={[(fΘg)⊕g](n)+[(f⊕g)Θg](n)}/2

　　其中，[(fΘg)⊕g](n)表示形态开运算，[(f⊕g)Θg](n)表示形态闭运算，g表示结构元素，本文选用{0，7.0711，10，7.0711，0}。

　　通过抽油现场测试，游梁式抽油机的位移和冲程测量效果理想，加速度信号波形如图3所示。