基于加速度傳感器的油井示功圖位移測量技術研究

　　加速度信號調理電路

　　示功圖測試儀的位移和沖程是通過加速度雙重積分得到的，考慮到油桿上下周期性運動的特點，將一個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沖程[2]。由于必須對原始加速度信號進行相應的濾波處理，去除邊界的雙重積分算法較復雜，所以本系統(tǒng)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實現積分算法，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，既可測量動態(tài)加速度，又可以用來實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。傳感器主要由一個利用表面微機械加工的多晶硅機構和一個差動電容器組成，在加速度的作用下，多晶硅結構會產生偏移，拉動差動電容的中心極板滑動，使兩個電容值不同，在中心極板產生電壓，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，靈敏度就會發(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(tǒng)在ADXL203的電源端并聯(lián)0.01mF和10mF兩個電容，很好地過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允許根據實際需要改變XOUT和YOUT引腳處的濾波電容大小來設計輸出信號帶寬。根據實際抽油現場的噪聲分析，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，從而實現對信號的最大程度的硬件去鋸齒和去噪。