井下壓力、流速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)及其課程設(shè)計(jì)

目錄

前言...................................................................2

1井下壓力、流速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)概述.......................................3

1.1設(shè)計(jì)目標(biāo)........................................................3

1.2設(shè)計(jì)描述........................................................3

2硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)..........................................................5

2.1信號(hào)電路板設(shè)計(jì)..................................................5

2.2壓力傳感器.....................................................5

2.2.1壓力傳感器的定義...........................................5

2.2.2壓力傳感器原理.............................................5

2.3磁電式轉(zhuǎn)速傳感器................................................6

2.4信號(hào)調(diào)理電路....................................................6

241.壓力信號(hào)調(diào)理電路...........................................7

2.4.2流速信號(hào)調(diào)理電路.........................................7

2.5儀表放大器......................................................7

2.5.1儀表放大器的概念...........................................7

2.6主機(jī)板電路設(shè)計(jì)..................................................9

2.7通信電路板設(shè)計(jì).................................................11

3軟件設(shè)計(jì).............................................................13

3.1壓力數(shù)據(jù)采集子程序.............................................13

3.2流速數(shù)據(jù)采集子程序.............................................15

3.3串行口設(shè)置和串行中斷服務(wù)子程序.................................16

3.4IDL方式，延時(shí)等待子程序......................................19

4調(diào)試過(guò)程.............................................................20

4.1軟件調(diào)試......................................................20

4.2仿真調(diào)試......................................................20

5結(jié)論................................................................21

附錄..................................................................22

什么是壓力傳感器以及其分類(lèi).........................................22

什么是磁電式傳感器.................................................22

儀表放大器及應(yīng)用...................................................23

參考文獻(xiàn)..............................................................24

油井壓力、流速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

-XX___1—

刖百

目前，我國(guó)油井測(cè)試仍以手工測(cè)試為主，半自動(dòng)為輔。在測(cè)試過(guò)程中，由于外界

干擾及人為因素造成的測(cè)試穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性較差等問(wèn)題較為突出。因此，迫切需要研

究

具有高效、高性能的測(cè)試方法和測(cè)試設(shè)備。計(jì)算機(jī)功能強(qiáng)大，可以幫助我們解決

這一難題，但由于計(jì)算機(jī)過(guò)于笨重，攜帶不方便，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)工況條件要求較高，抗干擾

能力較差，通常無(wú)法勝任于條件較為惡劣的環(huán)境。因此，我們考慮用單片機(jī)去完成。

目前，單片機(jī)以其集成度高、運(yùn)算速度快、體積小、運(yùn)行可靠、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn),

在過(guò)程控制、數(shù)據(jù)采集、機(jī)電一體化方面得到了廣泛應(yīng)用。

在石油開(kāi)采過(guò)程中，需要確切地了解油井內(nèi)部的原油壓力和流速，這對(duì)于有效地

提高油井的產(chǎn)量有十分重要的意義。本系統(tǒng)可以隨油井鉆頭深入井下，實(shí)地采集并存

儲(chǔ)第一手的壓力和流速數(shù)據(jù)。返回地面后，把數(shù)據(jù)送入計(jì)算機(jī)內(nèi)，為分析油井狀況提

供準(zhǔn)確的原始資料

基于上述條件，我們?cè)O(shè)計(jì)出一種用于井下壓力、流量數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，可以方便地

到油田現(xiàn)場(chǎng)采集數(shù)據(jù)。

2

（論文）

1井下壓力、流速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)概述

1.1設(shè)計(jì)目標(biāo)

本系統(tǒng)使用89C51作為控制芯片，對(duì)來(lái)自壓力及流速傳感器的信號(hào)進(jìn)行采集，并把采集

到的數(shù)據(jù)存放在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中。系統(tǒng)可以工作在標(biāo)定和實(shí)際測(cè)量?jī)煞N工作狀態(tài)下。標(biāo)定狀態(tài)

是為了修正系統(tǒng)誤差而在測(cè)量前進(jìn)行一組標(biāo)準(zhǔn)壓力和流量數(shù)據(jù)的測(cè)量。具有可與通用計(jì)算機(jī)

連接的串行通信接口。在等待狀態(tài)時(shí)，系統(tǒng)工作在低功耗方式。系統(tǒng)具有工作狀態(tài)顯示系統(tǒng),

可以顯示標(biāo)定、測(cè)量、通信、等待等不同的工作狀態(tài)。

1.2設(shè)計(jì)描述

為取得特定油井深度下的原油壓力及流速數(shù)據(jù)，本系統(tǒng)的工作時(shí)序必須與鉆頭進(jìn)入油

井的時(shí)間和所到達(dá)的深度相符合。在轉(zhuǎn)頭進(jìn)入油井后的確定時(shí)間內(nèi)，系統(tǒng)處于等待狀態(tài)；

當(dāng)鉆頭到達(dá)預(yù)定的深度以后，系統(tǒng)自動(dòng)開(kāi)啟并開(kāi)始采集第一次數(shù)據(jù)；隨后進(jìn)入等待狀態(tài)，

等待下一次的數(shù)據(jù)采集。這樣的采集進(jìn)行六次，隨后系統(tǒng)便停止工作，處于低功耗狀態(tài)；

系統(tǒng)框圖如下

圖1-1系統(tǒng)框圖

待重新回到地面后，再與計(jì)算機(jī)連接，把采集到的數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)進(jìn)行進(jìn)一步的處理。由

于系統(tǒng)在工作前可以進(jìn)行標(biāo)定，所以處理后的數(shù)據(jù)能比較準(zhǔn)確地反映油井內(nèi)原油的壓力和

流速的真實(shí)情況。

由于系統(tǒng)處于地下高溫的工作環(huán)境中，對(duì)于所有芯片的溫度要求比較苛刻；再者受鉆

3

井下壓力、流速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

頭尺寸大小的限制，需要整個(gè)系統(tǒng)小型化；系統(tǒng)一次工作時(shí)間可能長(zhǎng)達(dá)八小時(shí)，僅靠小型

電池供電；所以要求整個(gè)系統(tǒng)的功耗極低。選用89c51芯片，它的豐富的I/O功能滿足了

系統(tǒng)的要求。其特有的低功耗工作方式用于系統(tǒng)的等待狀態(tài)可以極大地降低功耗。

4

（論文）

2硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1信號(hào)電路板設(shè)計(jì)

信號(hào)電路板由壓力傳感器和流量傳感器組成。

2.2壓力傳感器

2.2.1壓力傳感器的定義

傳感器是能夠感受規(guī)定的被測(cè)量并按照一定的轉(zhuǎn)換規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用的輸出信號(hào)的器件

或裝置壓力傳感器是以壓力為被測(cè)量，進(jìn)而轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的裝置，它具有廣泛的用途。

2.2.2壓力傳感器原理

電阻應(yīng)變式傳感器是基于這樣一個(gè)原理：彈性體（彈性元件，敏感梁）在外力作用下

產(chǎn)生彈性變形，使粘貼在他表面的電阻應(yīng)變片（轉(zhuǎn)換元件）也隨同產(chǎn)生變形，電阻應(yīng)變片

變形后，它的阻值將發(fā)生變化（增大或減小），再經(jīng)相應(yīng)的測(cè)量電路把這一電阻變化轉(zhuǎn)換

為電信號(hào)（電壓或電流），從而完成了將外力變換為電信號(hào)的過(guò)程。由此可見(jiàn)，電阻應(yīng)

變片、彈性體和檢測(cè)電路是電阻應(yīng)變式稱(chēng)重傳感器中不可缺少的幾個(gè)主要部分。

圖2-1壓力傳感器

5

井下壓力、流速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

2.3磁電式轉(zhuǎn)速傳感器

磁電式轉(zhuǎn)速傳感器，又稱(chēng)變磁阻式轉(zhuǎn)速傳感器(以下簡(jiǎn)稱(chēng)傳感器)它和測(cè)速發(fā)電機(jī)都

屬于感應(yīng)式轉(zhuǎn)速變換器，都是利用法拉弟電磁感應(yīng)原理將機(jī)械轉(zhuǎn)速量轉(zhuǎn)換成電量的能量轉(zhuǎn)

換型檢測(cè)器。

傳感器的基本結(jié)構(gòu)如圖2-2所示。它主要由兩部分組成。由磁鐵1、感應(yīng)線圈以(下

簡(jiǎn)稱(chēng)線圈)2和用軟鐵制成的極靴(又稱(chēng)極掌)構(gòu)成固定部分。這里的磁鐵可以是永久磁

鐵，也可以是套在軟鐵上并通以直流電流的線圈一一電磁鐵。傳感齒輪4是可動(dòng)部分。它

是用鐵磁材料制成的，可隨被測(cè)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，又稱(chēng)為感應(yīng)齒輪或脈沖齒輪(以下簡(jiǎn)稱(chēng)齒輪)。

傳感器的可動(dòng)部分還可以制成葉輪、槽輪或凸輪等形狀，常以制成齒輪形狀為多。將線圈

套在磁鐵或極靴上，極靴對(duì)準(zhǔn)齒輪輪齒并與其相隔一定工作問(wèn)隙就構(gòu)成一個(gè)最基本的傳感

器。

當(dāng)使傳感器工作時(shí)，齒輪由被測(cè)軸帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)。其齒頂和齒谷交替經(jīng)過(guò)極靴。由于極靴

與輪齒間空氣間隙的交替變化引起磁場(chǎng)中磁路磁阻Rm的改變，使通過(guò)線圈的磁通也交替

變化，從而線圈兩端就產(chǎn)生電勢(shì)。齒輪每轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)齒，電勢(shì)正好經(jīng)歷一個(gè)周期T。若齒輪齒

數(shù)為Z,轉(zhuǎn)動(dòng)數(shù)度為ns/min,則

T=60/Zn(s)(2-10)

電勢(shì)頻率為

6Zn/60(Hz)(2-11)

可見(jiàn)傳感器的電勢(shì)頻率與被測(cè)轉(zhuǎn)速成正比，故人們可以用電子計(jì)數(shù)器通過(guò)測(cè)量信號(hào)頻率來(lái)

確定被測(cè)轉(zhuǎn)速。

圖2-2磁電式轉(zhuǎn)速傳感器

2.4信號(hào)調(diào)理電路

信號(hào)電路板原理圖如圖3-1所示。它通過(guò)插座W與壓力傳感器相連，通過(guò)插座W，與

流速傳感器相連。其中包含壓力信號(hào)調(diào)理電路流速信號(hào)調(diào)理電路、流速信號(hào)調(diào)理電路和模

6

(論文)

擬電源控制電路。

模擬電源控制電路：為了降低整個(gè)系統(tǒng)的功耗，模擬電路的電源僅在采集信號(hào)和流速

信號(hào)時(shí)才開(kāi)通，而在其他時(shí)間是關(guān)閉的。電源開(kāi)關(guān)由三極管P1(9012)擔(dān)當(dāng)其基極由單片

機(jī)的P1.0口線控制

2.4.1.壓力信號(hào)調(diào)理電路

這里包含穩(wěn)電源、儀表放大器、負(fù)電壓發(fā)生電路及V—F變換電路。

穩(wěn)電源電路是為壓力傳感器橋路提供恒壓源。由穩(wěn)壓管Z(LM136),電阻R3及運(yùn)放U6

組成。運(yùn)放U6:B(LM224)的作用是增強(qiáng)驅(qū)動(dòng)能力。

負(fù)電壓發(fā)生電路主要產(chǎn)生一個(gè)一5V的電壓，為儀表放大器U4QNA118)提供負(fù)電源。

電路由U7和電容C5、C6組成。

儀表放大器U4(INA118)可將壓力傳感器橋路輸出毫伏(mV)級(jí)電壓放大，以適

應(yīng)V—F變換器U5(AD654)的需要。電阻R7是調(diào)節(jié)儀表放大器的放大倍數(shù)用的。

V—F變換電路：由V—F變換U5(AD654)/、輸入電阻RIO、R11及電容C3組成。輸

入信號(hào)的范圍為0?IV,頻率輸出范圍在0~100kHzo頻率輸出信號(hào)輸入單片機(jī)的T0端，

用定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T0來(lái)記錄脈沖數(shù)，以與傳感器感受的壓力成比例關(guān)系。

2.4.2流速信號(hào)調(diào)理電路

由磁電式轉(zhuǎn)速傳感器輸出的慢變信號(hào)經(jīng)電容C1隔直之后，先由運(yùn)放U6:A放大，然

后經(jīng)運(yùn)放U6:D、U6:D和相關(guān)的電阻及電容整形輸出到單片機(jī)的T1端，用定時(shí)器/計(jì)數(shù)器

來(lái)記錄脈沖數(shù)，以與傳感器數(shù)成比例關(guān)系。

2.5儀表放大器

2.5.1儀表放大器的概念

儀表放大器是?種具有差分輸入和相對(duì)參考端單端輸出的閉環(huán)增益組件，具1有差分

輸出和相對(duì)參考端的單端輸出，隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，儀表放大器也得到廣泛的應(yīng)用。

7

井下壓力、流速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

圖2-3信號(hào)電路板原理圖

8

(論文)

2.6主機(jī)板電路設(shè)計(jì)

其中包含單片機(jī)89c51(U1)、擴(kuò)展外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器6264(U2)、工作狀態(tài)指示單元、

復(fù)位電路及晶振等。為了降低功耗，晶振的頻率選的很低，為了通信波的計(jì)算，晶振頻率

選為3.686411MHz。片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器6264為8KB的隨機(jī)存儲(chǔ)器，用于存放采集的數(shù)據(jù)。

9

井下壓力、流速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

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圖24主機(jī)板電路原理圖

10

（論文）

2.7通信電路板設(shè)計(jì)

通信接口板電路的原理圖如圖所示。當(dāng)系統(tǒng)從井下采集完數(shù)據(jù)回到地面或進(jìn)行標(biāo)定實(shí)

驗(yàn)時(shí)，該板用插座wu與主機(jī)板上的wi連接。

當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)行標(biāo)定時(shí)，按下按鈕S2,接通系統(tǒng)電源，系統(tǒng)將開(kāi)始運(yùn)行標(biāo)定程序；若不壓

下按鈕S2接通電源，系統(tǒng)將開(kāi)始運(yùn)行工作程序。

在系統(tǒng)采集完標(biāo)定數(shù)據(jù)或井下數(shù)據(jù)與PC機(jī)通信時(shí)，此時(shí)系統(tǒng)處于休眠狀態(tài)。按下按

鈕S2喚醒單片機(jī)，從而開(kāi)始數(shù)據(jù)傳送工作。

11

井下壓力、流速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

圖2-5通信接口板電路的原理圖

12

（論文）

3軟件設(shè)計(jì)

主程序的流程見(jiàn)圖可以看出，整個(gè)程序分為數(shù)據(jù)采集和流速標(biāo)定程序兩部分；若為0,

則轉(zhuǎn)入流速標(biāo)定程序。1數(shù)據(jù)采集程序

從數(shù)據(jù)采集的流程看，程序的執(zhí)行可以分為4個(gè)階段：等待數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)采集、采

集結(jié)束等待返回及數(shù)據(jù)回放。

在等待數(shù)據(jù)采集階段，系統(tǒng)處于低功耗的等待狀態(tài)，主要是等待油井鉆頭深入地下，

達(dá)到預(yù)定部位后再開(kāi)始采集數(shù)據(jù)。計(jì)時(shí)采用定時(shí)器TO,IDE方式等待中斷，時(shí)間約為4個(gè)

小時(shí)。時(shí)間達(dá)到4個(gè)小時(shí)后，系統(tǒng)進(jìn)入數(shù)據(jù)采集階段。本階段共采集6組數(shù)據(jù)，每組數(shù)據(jù)

約需lOmin。完成6組數(shù)據(jù)采集后，系統(tǒng)進(jìn)入采集結(jié)束等待返回階段，等待鉆頭返回地面。

到達(dá)地面后，即可將系統(tǒng)與主機(jī)相連接。按下S2鍵，系統(tǒng)首先處于等待串行口中斷，等

待主機(jī)將數(shù)據(jù)回收、存盤(pán)。至此就完成一次數(shù)據(jù)采集任務(wù)。

流速標(biāo)定程序

整個(gè)標(biāo)定程序主要是，為了修正系統(tǒng)誤差而測(cè)定的一組標(biāo)準(zhǔn)壓力和流速數(shù)據(jù)，據(jù)此計(jì)

算出實(shí)際傳感器的壓力和流速系數(shù)，作為最后數(shù)據(jù)處理的依據(jù)。整個(gè)標(biāo)定程序又分壓力標(biāo)

定程序和流速標(biāo)定程序兩部分，標(biāo)定的過(guò)程與數(shù)據(jù)采集的過(guò)程相似，只是起始的等待時(shí)間

縮短為20min,每組數(shù)據(jù)的采集間隔為2min。

3.1壓力數(shù)據(jù)采集子程序

設(shè)定定時(shí)器T1為定時(shí)方式，定時(shí)時(shí)間為20ms。晶振為3.686411MHz時(shí)，定時(shí)時(shí)間

常數(shù)為0E804H。同時(shí)設(shè)定定時(shí)器TO為計(jì)數(shù)方式，所計(jì)壓力脈沖寫(xiě)入片外RAM中。

YALI:MOVTMOD,#15H；T1為定時(shí)方式，TO為計(jì)數(shù)方式

MOVTL0,#00H；清計(jì)數(shù)器

MOVTH0,#00H

MOVTL1,#O4H；時(shí)間常數(shù)為0E804H(3.686411MHz)

MOVTH1,#OE8H

ORLIP,#08H；定時(shí)器TO中斷具有最高優(yōu)先權(quán)

13

井下壓力、流速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

開(kāi)始

14

（論文）

圖3T主程序流程圖

SETBTRO；啟動(dòng)計(jì)數(shù)器

SETBTRI；啟動(dòng)定時(shí)器

SETBET1；開(kāi)定時(shí)中斷

SETBEA方CPU中斷

ORLPCON,#01H;IDL方式等待定時(shí)中斷

CLRTRO；關(guān)閉計(jì)數(shù)器

CLRET1；關(guān)定時(shí)器

CLREA;關(guān)CPU中斷

MOVA,TH0；存壓力脈沖值，高位在前

MOVX@DPTR,A

INCDPTR

MOVA,TL0

MOVX@DPTR,A

INCDPTR

MOVA,TL0

MOVX@DPTR,A

INCDPTR

RET

3.2流速數(shù)據(jù)采集子程序

設(shè)定T0為定時(shí)器,定時(shí)時(shí)間為100ms/次,采集時(shí)間為6s=100ms/次*60次；設(shè)定T1

為計(jì)數(shù)方式，所計(jì)流量脈沖寫(xiě)入片外RAM中

LIU:MOVTMOD,#51H；T0為定時(shí)方式，T1為計(jì)數(shù)方式

MOVTMOD,#51H；重復(fù)設(shè)定一次

MOVTLl,#00H

MOVTHI,#00H；清計(jì)數(shù)器

MOVTL0,#14H淀時(shí)時(shí)間為100ms

MOVTH0,#88H；時(shí)間常數(shù)為8814H(3.686411MHz)

ORLIP,#02H；定時(shí)器T0中斷具有最高優(yōu)先權(quán)

SETBTRI；啟動(dòng)計(jì)數(shù)器T1

15

井下壓力、流速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

SETBTRO；啟動(dòng)定時(shí)器TO

MOVR2,#60;延時(shí)6s=100ms/次*60次

LIUI:SETBETO；開(kāi)定時(shí)中斷

SETBEA；fFCPU中斷

ORLPCON,#01H；IDL方式等待定時(shí)中斷

DJNZR2,LIUI

CLRTRI；關(guān)閉計(jì)數(shù)器T1

CLRTRO；關(guān)閉定時(shí)器T0

MOVA,TH1；存流量脈沖值，高位在前

MOVX@DPTR,A

INCDPTR

MOVA,TL1

MOVX@DPTR,A

INCDPTR

RET

3.3串行口設(shè)置和串行中斷服務(wù)子程序

串行口設(shè)置SMO(SCON.7尸1,SMI(SCON。6)=1.9位，波特率可變，SM2(SCON.5)

=0,REN=1允許串行接收

MOVSCON,#ODOH

SETBP3.0;置P3.0口為輸入狀態(tài)

CLRRI；清串行中斷標(biāo)志

CLRET1；禁止定時(shí)器T1中斷

SETBTRI；啟動(dòng)比特率發(fā)生器

ORLIP,#10H；串行通信中斷具有最高優(yōu)先權(quán)

SETBES；開(kāi)串行通信中斷

SETBEACPU中斷

CLRPl.l；紅燈亮，等待接收PC機(jī)的信號(hào)

ORLPCON,#01H;IDL等待串行中斷

CLRTRI；關(guān)波特率發(fā)生器

CLRES；關(guān)串行中斷

CLREA;關(guān)CPU中斷

SPINTI:AJIMPSPINT；串行中斷服務(wù)子程序

16

（論文）

SPINT:CLRRI

CLRRSI；指向1體寄存器

SETBRSO

CLRIE.7

SPLP:MOVR2,#3H;接收來(lái)自PC機(jī)的同步信號(hào)

MOVA,SBUF

SPLPO:CJNEA,#01H,SPRET;接收3個(gè)01H

ACALLSPIN

DJNZSPIN

CJNEA,#33H,SPRET；接收1個(gè)03H

ACALLSPIN

CJZEA,#33H,SPLP2；若PC機(jī)發(fā)來(lái)33H,表示發(fā)出

；8192個(gè)數(shù)據(jù)區(qū)首地址

MOVDPTR,#0

MOVR7,#20H

SPLP16:MOVR6,#0

SPLP17:ACALLSPIN

MOVX@DPTR,A

INCDPTR

DJNZR6,SPLP17

CPLPl.l；每接收256個(gè)字節(jié)，紅燈閃一次

DJNZR7,SPLP16

AJMPSPRET

SPLP2:CJNEA,#55H,SPTRET;若PC機(jī)發(fā)來(lái)55H

；表示將由單片機(jī)發(fā)送狀態(tài)

MOVR2,#0FFH

SPL21:CLRREN

CLRP3.0

SETBP3.1

DJNZR2,SPLP21

MOVR2,#2；使發(fā)送處于空閑狀態(tài)

MOVA,#0FFH

SPLP22:ACALLSPOUT

DJNZR2,SPLP22

MOVR2,#3；向PC機(jī)發(fā)送同步信號(hào)

17

井下壓力、流速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

MOVA,#01；發(fā)送3個(gè)01H

SPLP23:ACALLSPOUT

MOVR2,SPLP23

MOVA,#03；發(fā)送一個(gè)03H

ACALLSPOUT

MOVDPTR,#0；指向數(shù)

；據(jù)區(qū)首地址

MOVR7,#20H;發(fā)送8192個(gè)數(shù)據(jù)

SPLP3O:MOVR6,#0

SPLP3:MOVXA,@DPTR

ACALLSPOUT

INCDPTR

DJNZR6,SPLP3

CPLPl.l;每發(fā)送256個(gè)字節(jié)

；紅燈閃一次

DJNZR7,SPLP30

STRET:CLRRSO；恢復(fù)0體寄存器

CPLRSI

RETI；串行中斷返回

ORG400H

SPIN:JNBRI,$；串行接收子程序

CLPRI

MOVA,SBUF

MOVC,P

JNCSPINL1

JBRB8,SPINR

CLRC

SJMPSPINR

SPINL1:JBRB8,SPINR

SPINE:SETBC

SPINL2:RET

SPOUT:MOVC,P；串行發(fā)送子程序

CPLc

18

（論文）

MOVTB8,C

MOVSBUF,A

JNBTI,$

CLRTI

MOVR4,#10H

SPOUT1:NOP

DJNZR4,SPOUT1

RET

3.4IDL方式，延時(shí)等待子程序

IDL方式，定時(shí)器TO定時(shí)中斷，每100ms一次，晶振為3.686411MHz時(shí)，定時(shí)時(shí)間

常數(shù)為8814H(34836)。

IDLTO:MOVTMOD,#01H；T0為定時(shí)方式

MOVTL0,#14H；定時(shí)時(shí)間常數(shù)為

;8814H

MOVTH0,#88H

ORLIP,#02H；定時(shí)器TO中斷

；具有最高優(yōu)先權(quán)

SETBTRO；啟動(dòng)定時(shí)器

SETBETO；開(kāi)定時(shí)器T0中斷

SETBEA;開(kāi)CPU中斷

ORLPCON,#01H;IDL方式等待定時(shí)中斷

RET

ORG13H

MOVTL0,#14H；T0中斷服務(wù)子程序

MOVTHO,#88H;定時(shí)時(shí)間常數(shù)為8814H

CLRETO

CLREA

RETI

19

井下壓力、流速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

4調(diào)試過(guò)程

4.1軟件調(diào)試

上電時(shí)對(duì)系統(tǒng)中進(jìn)行檢測(cè)是單片機(jī)程序中的一個(gè)良好設(shè)計(jì)，在硬件設(shè)計(jì)時(shí)也應(yīng)該細(xì)細(xì)考慮

將各個(gè)使用到的芯片、接口設(shè)計(jì)成容易使用軟件進(jìn)行測(cè)試的模式。

檢測(cè)內(nèi)容包括：

檢測(cè)RAM中的單元

檢測(cè)單片機(jī)與RAM之間的地址數(shù)據(jù)總線?？偩€即沒(méi)有相互短路，也沒(méi)有連接到“地”上。

4.2仿真調(diào)試

單片機(jī)硬件仿真給單片機(jī)開(kāi)發(fā)者帶來(lái)了極大的方便，在硬件仿真之前，必須做好下面的工

作：

程序編完后，對(duì)代碼仔細(xì)逐行檢查，檢查代碼的錯(cuò)誤，檢查代碼是否符合編程規(guī)范。

對(duì)各個(gè)子程序進(jìn)行測(cè)試。

如果代碼有修改，再次對(duì)代碼進(jìn)行檢查

20

（論文）

5結(jié)論

目前，隨著我國(guó)石油消耗量的持續(xù)增長(zhǎng)，石油開(kāi)采設(shè)備也得到了快速發(fā)展，需要一種

可以在井下采集壓力信號(hào)和流速信號(hào)采集的系統(tǒng)。

本文采用scc“iso”，磁電式轉(zhuǎn)速傳感器以及單片機(jī)技術(shù)等實(shí)現(xiàn)了井下壓力、流速數(shù)

據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。方案在理論上是可行的，并且適用廣泛，成本較低。該系統(tǒng)基本可以

實(shí)現(xiàn)對(duì)壓力信號(hào)、流量信號(hào)的采集并進(jìn)??步處理，從而由單片機(jī)分析出井下壓力數(shù)據(jù)和流

量數(shù)據(jù)。為石油開(kāi)采提供了寶貴的數(shù)據(jù)。

本系統(tǒng)還存在一些不足之處。一是編程復(fù)雜，本人還不夠熟練。在另一方面由于沒(méi)有

在實(shí)際中進(jìn)行測(cè)試，所以需要進(jìn)一步研究與實(shí)踐。

21

井下壓力、流速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

附錄

什么是壓力傳感器以及其分類(lèi)

壓力傳感器是工業(yè)實(shí)踐中最為常用的一種傳感器，而我們通常使用的壓力傳感器主要

是利用壓電效應(yīng)制造而成的，這樣的傳感器也稱(chēng)為壓電傳感器。

壓力傳感器有好多種，主要有：

1）利用晶體的壓電效應(yīng)的效應(yīng)的壓力傳感器

2）利壓力傳感器是工業(yè)實(shí)踐中最為常用的一種傳感器，而我們通常使用的壓力傳感器

主要是利用壓電效應(yīng)制造而成的，這樣的傳感器也稱(chēng)為壓電傳感器。在現(xiàn)在壓力效應(yīng)也

應(yīng)用在多晶體上，比如現(xiàn)在的壓力陶瓷，包括鈦酸鋼壓力陶瓷、PZT、鈍酸鹽系壓力陶瓷、

鋁鎂酸鉛壓力陶瓷等等。

壓力效應(yīng)是壓力傳感器的主要工作原理，壓力傳感器不能用于靜態(tài)測(cè)量，因?yàn)榻?jīng)過(guò)外

力作用后的電荷，只有在回路具有無(wú)限大的輸入阻抗時(shí)才得到保存。實(shí)際的情況不是這樣

的，所以這決定了壓力傳感器只能夠測(cè)量動(dòng)態(tài)的應(yīng)力。

什么是磁電式傳感器

磁電式傳感器簡(jiǎn)稱(chēng)感應(yīng)式傳感器，也稱(chēng)電動(dòng)式傳感器。它把被測(cè)物理量的變化轉(zhuǎn)變?yōu)?/p>

感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，是一種機(jī)-電能量變換型傳感器，不需要外部供電電源，電路簡(jiǎn)單，性能穩(wěn)定,

輸出阻抗小，又具有一定的頻率響應(yīng)范圍（一般為10?1000Hz）,適用于振動(dòng)、轉(zhuǎn)速、扭矩

等測(cè)量。按工作原理不同，磁電感應(yīng)式傳感器可分為恒定磁通式和變磁通式，即動(dòng)圈式傳

感器和磁阻式傳感器。

線圈相對(duì)磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)的速度v或角速度3表示，則所產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e為

e=-NBLv

e=-NBSw

式中：1—每匝線圈的平均長(zhǎng)度；B—線圈所在磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度；S—每匝線圈的

22

（論文）

平均截面積.

在傳感器中當(dāng)結(jié)構(gòu)參數(shù)確定后，B、1、N、S均為定值，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e與線圈相對(duì)磁場(chǎng)

的運(yùn)動(dòng)速度（v或⑹成正比，所以這類(lèi)傳感器的基本形式是速度傳感器，能直接測(cè)量線速度

或角速度。如果在其測(cè)量電路中接入積分電路或微分電路，那么還可以用來(lái)測(cè)量位移或加

速度。

變磁通式乂稱(chēng)（變）磁阻式或變氣隙式，常用來(lái)測(cè)量旋轉(zhuǎn)物體的角速度.線圈和磁鐵靜止

不動(dòng)，測(cè)量齒輪（導(dǎo)磁材料制成）每轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)齒，傳感器磁路磁阻變化一次，線圈產(chǎn)生的

感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的變化頻率等于測(cè)量齒輪1上齒輪的齒數(shù)和轉(zhuǎn)速的乘積。

磁電式轉(zhuǎn)速傳感器采用磁電感應(yīng)原理實(shí)現(xiàn)測(cè)速，當(dāng)齒輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，通過(guò)傳感器線圈的磁

力線發(fā)生變化，在傳感器線圈中產(chǎn)生周期性的電壓，其幅度與轉(zhuǎn)速有關(guān)，轉(zhuǎn)速越高輸出電

壓越高（0?a段），輸出頻率與轉(zhuǎn)速成正比。轉(zhuǎn)速進(jìn)一步增高，磁路損耗增大，輸出電勢(shì)

己趨飽和（a?b段），當(dāng)轉(zhuǎn)速超過(guò)b,磁路損耗加劇，電勢(shì)銳減。

儀表放大器及應(yīng)用

概述儀表放大器是一種高增益、直流耦合放大器，它具有差分輸入、單端輸出、高

輸入阻抗和高共模抑制比等特點(diǎn)。標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)算放大器是單端器件，其傳輸函數(shù)主要由反饋網(wǎng)

絡(luò)決定；而差分放大器和儀表放大器在有共模信號(hào)條件下能夠放大很微弱的差分信號(hào)，因

而具有很高的共模抑制比（CMR）。

典型應(yīng)用4.1高邊監(jiān)視器最簡(jiǎn)單的高邊監(jiān)視器通常需要一個(gè)精密運(yùn)算放大器和一些

精密電阻，常見(jiàn)的高邊測(cè)量都采用經(jīng)典的差分放大器（用作增益放大和高邊到地的電平轉(zhuǎn)

換）。雖然很多應(yīng)用中也會(huì)使用分離電路，但其輸入阻抗較低，而且電阻之間有較大差異。

電阻的匹配必須非常精確才能獲得可接受的共模抑制比，任一個(gè)電阻值存在0.01%的偏差

都將使CMR降低到86dB；如果偏差為0.1%,將使CMR降低到66dB；而1%的偏差將

使CMR降低到46dB。選擇儀表放大器結(jié)構(gòu)時(shí)，有一個(gè)需要特別關(guān)注的參數(shù)，即在放大器

任何輸出擺幅下，輸入共模電壓的范圍均應(yīng)包括高邊電壓加上一個(gè)安全裕量。

23

井下壓力、流速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

參考文獻(xiàn)

[1]高光天.傳感器與信號(hào)調(diào)理器件應(yīng)用技術(shù)[M].北京：科學(xué)出版社，2004

[2]趙負(fù)圖.傳感器集成電路手冊(cè)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003

[3]:林渭勛.現(xiàn)代電力電子電路[M].杭州：浙江大學(xué)出版社，2003

[4]陳國(guó)成.新型電力電子變換技術(shù)[M].北京：中國(guó)電力出版社，2004.

[5]陳平、羅晶.現(xiàn)代監(jiān)測(cè)技術(shù)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2003

[6]夏繼強(qiáng).數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)實(shí)用設(shè)計(jì)[J].自動(dòng)化學(xué)報(bào),2001,19(4):318-410.

[7]徐惠民、安德寧.單片微型計(jì)算機(jī)原理接口與應(yīng)用[M].第1版.北京：北京郵電大

學(xué)出版社，2006

24

（論文）

0引言

目前，我國(guó)油井測(cè)試仍以手工測(cè)試為主，半自動(dòng)為輔。在測(cè)試過(guò)程中，由于外界干擾及

人為因素造成的測(cè)試穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性較差等問(wèn)題較為突出。因此，迫切需要研究

具有高效、高性能的測(cè)試方法和測(cè)試設(shè)備。計(jì)算機(jī)功能強(qiáng)大，可以幫助我們解決這一

難題，但由于計(jì)算機(jī)過(guò)于笨重，攜帶不方便，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)工況條件要求較高，抗干擾能力較差,

通常無(wú)法勝任于條件較為惡劣的環(huán)境。因此，我們考慮用單片機(jī)去完成。

目前，單片機(jī)以其集成度高、運(yùn)算速度快、體積小、運(yùn)行可靠、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，在

過(guò)程控制、數(shù)據(jù)采集、機(jī)電一體化方面得到了廣泛應(yīng)用。

在石油開(kāi)采過(guò)程中，需要確切地了解油井內(nèi)部的原油壓力和流速，這對(duì)于有效地提高

油井的產(chǎn)量有十分重要的意義。本系統(tǒng)可以隨油井鉆頭深入井下，實(shí)地采集并存儲(chǔ)第一手

的壓力和流速數(shù)據(jù)。返回地面后，把數(shù)據(jù)送入計(jì)算機(jī)內(nèi)，為分析油井狀況提供準(zhǔn)確的原始

資料

基于上述條件，我們?cè)O(shè)計(jì)出一?種用于井下壓力、流量數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，可以方便地到油

25

井下壓力、流速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

田現(xiàn)場(chǎng)采集數(shù)據(jù)。

1井下壓力、流速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)概述

1.1設(shè)計(jì)目標(biāo)

本系統(tǒng)使用89c51作為控制芯片，對(duì)來(lái)自壓力及流速傳感器的信號(hào)進(jìn)行采集，并把采集

到的數(shù)據(jù)存放在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中。系統(tǒng)可以工作在標(biāo)定和實(shí)際測(cè)量?jī)煞N工作狀態(tài)下。標(biāo)定狀態(tài)

是為了修正系統(tǒng)誤差而在測(cè)量前進(jìn)行一組標(biāo)準(zhǔn)壓力和流量數(shù)據(jù)的測(cè)量。具有可與通用計(jì)算機(jī)

連接的串行通信接口。在等待狀態(tài)時(shí)，系統(tǒng)工作在低功耗方式。系統(tǒng)具有工作狀態(tài)顯示系統(tǒng),

可以顯示標(biāo)定、測(cè)量、通信、等待等不同的工作狀態(tài)。

1.2設(shè)計(jì)描述

為取得特定油井深度下的原油壓力及流速數(shù)據(jù)，本系統(tǒng)的工作時(shí)序必須與鉆頭進(jìn)入油

井的時(shí)間和所到達(dá)的深度相符合。在轉(zhuǎn)頭進(jìn)入油井后的確定時(shí)間內(nèi)，系統(tǒng)處于等待狀態(tài)；

當(dāng)鉆頭到達(dá)預(yù)定的深度以后，系統(tǒng)自動(dòng)開(kāi)啟并開(kāi)始采集第一次數(shù)據(jù)；隨后進(jìn)入等待狀態(tài)，

等待下一次的數(shù)據(jù)采集。這樣的采集進(jìn)行六次，隨后系統(tǒng)便停止工作，處于低功耗狀態(tài)；

26

（論文）

系統(tǒng)框圖如下

圖1-1系統(tǒng)框圖

Fig.1-1Systemdiagram

待重新回到地面后，再與計(jì)算機(jī)連接，把采集到的數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)進(jìn)行進(jìn)一步的處理。由

于系統(tǒng)在工作前可以進(jìn)行標(biāo)定，所以處理后的數(shù)據(jù)能比較準(zhǔn)確地反映油井內(nèi)原油的壓力和

流速的真實(shí)情況。

由于系統(tǒng)處于地下高溫的工作環(huán)境中，對(duì)于所有芯片的溫度要求比較苛刻；再者受鉆

頭尺寸大小的限制，需要整個(gè)系統(tǒng)小型化；系統(tǒng)一次工作時(shí)間可能長(zhǎng)達(dá)八小時(shí)，僅靠小型

電池供電；所以要求整個(gè)系統(tǒng)的功耗極低。選用89c51芯片，它的豐富的I/O功能滿足了

系統(tǒng)的要求。其特有的低功耗工作方式用于系統(tǒng)的等待狀態(tài)可以極大地降低功耗。

27

井下壓力、流速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

2信號(hào)電路板設(shè)計(jì)

信號(hào)信號(hào)電路板由壓力傳感器和流量傳感器組成

2.1壓力傳感器

2.1.1壓力傳感器的定義

傳感器是能夠感受規(guī)定的被測(cè)量并按照一定的轉(zhuǎn)換規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用的輸出信號(hào)的器件

或裝置壓力傳感器是以壓力為被測(cè)量，進(jìn)而轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的裝置，它具有廣泛的用途。

2.1.2壓力傳感器原理

電阻應(yīng)變式傳感器是基于這樣一個(gè)原理：彈性體（彈性元件，敏感梁）在外力作用下

產(chǎn)生彈性變形，使粘貼在他表面的電阻應(yīng)變片（轉(zhuǎn)換元件）也隨同產(chǎn)生變形，電阻應(yīng)變片

變形后，它的阻值將發(fā)生變化（增大或減小），再經(jīng)相應(yīng)的測(cè)量電路把這一電阻變化轉(zhuǎn)換

為電信號(hào)（電壓或電流），從而完成了將外力變換為電信號(hào)的過(guò)程。由此可見(jiàn)，電阻應(yīng)

變片、彈性體和檢測(cè)電路是電阻應(yīng)變式稱(chēng)重傳感器中不可缺少的兒個(gè)主要部分。下面就這

28

(論文)

三方面簡(jiǎn)要論述。

1)電阻應(yīng)變片

電阻應(yīng)變片一般由敏感柵、引線、基底、覆蓋層和粘結(jié)劑組成，有絲繞式電阻片和箔

式電阻片兩大類(lèi)。絲繞式應(yīng)變片是用直徑為0.003mm?0.01mm的合金絲繞成柵狀而成；箔

式應(yīng)變片則是用厚度為0.003mm?0.01mm的箔材經(jīng)光刻腐蝕工藝制成敏感柵。

電阻應(yīng)變片是把一根電阻絲機(jī)械的分布在一塊有機(jī)材料制成的基底上，即成為一片應(yīng)

變片。他的一個(gè)重要參數(shù)是靈敏系數(shù)K。我們來(lái)介紹一下它的意義。

設(shè)有一個(gè)金屬電阻絲，其長(zhǎng)度為L(zhǎng),橫截面是半徑為r的圓形，其面積記作S,其電阻率

記作P，這種材料的泊松系數(shù)是小當(dāng)這根電阻絲未受外力作用時(shí)，它的電阻值為R：

R=pL/S(Q)(2-1)

當(dāng)他的兩端受F力作用時(shí)，將會(huì)伸長(zhǎng)，也就是說(shuō)產(chǎn)生變形。設(shè)其伸長(zhǎng)AL,其橫截面積則

縮小，即它的截面圓半徑減少Ar。此外，還可用實(shí)驗(yàn)證明，此金屬電阻絲在變形后，電阻

率也會(huì)有所改變，記作Ap。對(duì)式(2-1)求全微分，即求出電阻絲伸長(zhǎng)后，他的電阻值改

變了多少。我們有：

AR=ApL/S+ALp/S-ASpL/S2(2-2)

用式(2-1)去除式(2-2)得到

AR/R=Ap/p+AL/L-AS/S(2-3)

另外，我們知道導(dǎo)線的橫截面積S=nr2,則As=2itr*Ar,所以

AS/S=2Ar/r(2-4)

從材料力學(xué)我們知道

Ar/r=-gAL/L(2-5)

其中，負(fù)號(hào)表示伸長(zhǎng)時(shí)，半徑方向是縮小的。口是表示材料橫向效應(yīng)泊松系數(shù)。把式(2-4)

(2-5)代入(2-3),有

AR/R=Ap/p+AL/L+2piAL/L=(1+2g(Ap/p)/(AL/L))*AL/L

=K*AL/L(2-6)

其中

K=1+2g+(Ap/p)/(AL/L)(2-7)

式(2-6)說(shuō)明了電阻應(yīng)變片的電阻變化率(電阻相對(duì)變化)和電阻絲伸長(zhǎng)率(長(zhǎng)度相對(duì)

變化)之間的關(guān)系。

需要說(shuō)明的是：靈敏度系數(shù)K值的大小是由制作金屬電阻絲材料的性質(zhì)決定的一個(gè)常數(shù),

29

井下壓力、流速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

它和應(yīng)變片的形狀、尺寸大小無(wú)關(guān)，不同的材料的K值一般在L7-3.6之間；其次K值是

一個(gè)無(wú)因次量，即它沒(méi)有量綱。

在材料力學(xué)中AL/L稱(chēng)作為應(yīng)變，記作￡,用它來(lái)表示彈性往往顯得太大，很不方便，常

常把它的百萬(wàn)分之一作為單位，記作“。這樣，式(2-6)常寫(xiě)作：

AR/R=Ke(2-8)

2)彈性體

彈性體是一個(gè)有特殊形狀的結(jié)構(gòu)件。它的功能有兩個(gè)，首先是它承受稱(chēng)重傳感器所受的外

力，對(duì)外力產(chǎn)生反作用力，達(dá)到相對(duì)靜平衡；其次，它要產(chǎn)生一個(gè)高品質(zhì)的應(yīng)變場(chǎng)(區(qū))，

使粘貼在此區(qū)的電阻應(yīng)變片比較理想的完成應(yīng)變棗電信號(hào)的轉(zhuǎn)換任務(wù)。肓孔底部中心是

承受純剪應(yīng)力，但其上、下部分將會(huì)出現(xiàn)拉伸和壓縮應(yīng)力。主應(yīng)力方向一為拉神，一為壓

縮，若把應(yīng)變片貼在這里，則應(yīng)變片上半部將受拉伸而阻值增加，而應(yīng)變片的下半部將受

壓縮，阻值減少。下面列出肓孔底部中心點(diǎn)的應(yīng)變表達(dá)式，而不再推導(dǎo)。

￡=(3Q(1+g)/2Eb)*(B(H2-h2)+bh2)/(B(H3-h3)+bh3)(2-9)

其中：Q-截面上的剪力；E-揚(yáng)氏模量：口-泊松系數(shù)；B、b、H、h-為梁的幾何尺寸。需要

說(shuō)明的是，上面分析的應(yīng)力狀態(tài)均是“局部”情況，而應(yīng)變片實(shí)際感受的是“平均”狀態(tài)。

3)檢測(cè)電路

檢測(cè)電路的功能是把電阻應(yīng)變片的電阻變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷狠敵?。因?yàn)榛菟沟请姌蚓哂泻?/p>

多優(yōu)點(diǎn)，如可以抑制溫度變化的影響，可以抑制側(cè)向力干擾，可以比較方便的解決傳感器

的補(bǔ)償問(wèn)題等。因?yàn)槿珮蚴降缺垭姌虻撵`敏度最高，各臂參數(shù)一致，各種干擾的影響容

易相互抵銷(xiāo)，所以惠斯登電橋得到了廣泛的應(yīng)用。

圖2-1壓力傳感器

Fig.2-1Pressuretransmitter

30

（論文）

2.2磁電式轉(zhuǎn)速傳感器

磁電式轉(zhuǎn)速傳感器，又稱(chēng)變磁阻式轉(zhuǎn)速傳感器（以下簡(jiǎn)稱(chēng)傳感器）它和測(cè)速發(fā)電機(jī)都

屬于感應(yīng)式轉(zhuǎn)速變換器，都是利用法拉弟電磁感應(yīng)原理將機(jī)械轉(zhuǎn)速量轉(zhuǎn)換成電量的能量轉(zhuǎn)

換型檢測(cè)器。不同的是，它是被當(dāng)作數(shù)字式變換器件使用，工作時(shí)是取其感應(yīng)電勢(shì)以下簡(jiǎn)

稱(chēng)電勢(shì)的頻率作為輸出信號(hào)的而測(cè)速發(fā)電機(jī)是被當(dāng)作模擬式變換器件使用，工作時(shí)是采取

其電勢(shì)的幅度作為輸出信號(hào)的。這種傳感器因具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，壽命長(zhǎng)，輸出信號(hào)強(qiáng)，抗干攏

能力強(qiáng)，不受油、水霧、灰塵等介質(zhì)影響的優(yōu)點(diǎn)，目前在數(shù)字式轉(zhuǎn)速測(cè)量中得到最為廣泛

的應(yīng)用。

傳感器的基本結(jié)構(gòu)如圖2-2所示。它主要由兩部分組成。由磁鐵1、感應(yīng)線圈以（下

簡(jiǎn)稱(chēng)線圈）2和用軟鐵制成的極靴（又稱(chēng)極掌）構(gòu)成固定部分。這里的磁鐵可以是永久磁

鐵，也可以是套在軟鐵上并通以直流電流的線圈一一電磁鐵。傳感齒輪4是可動(dòng)部分。它

是用鐵磁材料制成的，可隨被測(cè)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，又稱(chēng)為感應(yīng)齒輪或脈沖齒輪（以下簡(jiǎn)稱(chēng)齒輪）。

傳感器的可動(dòng)部分還可以制成葉輪、槽輪或凸輪等形狀，常以制成齒輪形狀為多。故本文

僅以齒輪形狀為例進(jìn)行介紹。將線圈套在磁鐵或極靴上，極靴對(duì)準(zhǔn)齒輪輪齒并與其相隔一

定工作間隙就構(gòu)成一個(gè)最基本的傳感器。

當(dāng)使傳感器工作時(shí)，齒輪由被測(cè)軸帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)。其齒頂和齒谷交替經(jīng)過(guò)極靴。由于極靴

與輪齒間空氣間隙的交替變化引起磁場(chǎng)中磁路磁阻Rm的改變，使通過(guò)線圈的磁通也交替

變化，從而線圈兩端就產(chǎn)生電勢(shì)。齒輪每轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)齒，電勢(shì)正好經(jīng)歷一個(gè)周期T。若齒輪齒

數(shù)為Z,轉(zhuǎn)動(dòng)數(shù)度為ns/min,則

T=60/Zn（s）（2-10）

電勢(shì)頻率為

aZn/60（Hz）（2-11）

可見(jiàn)傳感器的電勢(shì)頻率與被測(cè)轉(zhuǎn)速成正比，故人們可以用電子計(jì)數(shù)器通過(guò)測(cè)量信號(hào)頻率來(lái)

確定被測(cè)轉(zhuǎn)速。這就是該種傳感器可用于數(shù)