摘要：绞车传感器是录井现场最重要的传感器之一，对井深测量准确性起到重要的作用。为了提高绞车传感器工作的稳定性，在综合分析了绞车传感器结构和工作原理的基础上，探讨了绞车传感器的检测方法，并根据现场实际使用情况，对绞车传感器常见故障进行了分析，具有一定参考意义。
关键词：绞车传感器；工作原理；检测方法；故障分析
前言
绞车传感器是综合录井仪的核心传感器，是测量大钩高度的重要设备，主要录取井深参数，其性能好坏直接影响录井资料的质量和油气勘探工作的开展，因此也是油气勘探过程中最重要的传感器。受到录井现场恶劣工作条件的影响，绞车传感器故障率偏高，为了提高其工作稳定性，保障录井资料的准确性，需要加强对传感器的坚定检测，防止故障设备流入录井现场，影响了综合录井工作质量，耽误生产。为此，加强对绞车传感器检测方法研究、分析传感器常见故障，对提升传感器检修效率具有重要意义。
1 绞车传感器工作原理
绞车传感器的种类很多，常用的有光学编码、霍尔效应及光电耦合式传感器。目前国内市场之所以流行的是光电耦合式绞车传感器，主要是由于其具有结构简单、价格便宜、现场抗干扰能力强等优点。它在结构上主要由遮光齿、轴承、光电耦合器感应探头及相关的电路组成。以下就SK-8J05G 光电式绞车传感器工作原理进行叙述，邻近探头式传感器的工作原理与光电式类似，只是产生脉冲的方式是电磁感应而不是红外光。SK-8J06的工作原理与其他型号一样，但信号电源为9VDC，其使用范围为SK—2000C 型CAN 总线综合录井仪器专用，与其他型号绞车传感器不通用。
所有的绞车传感器都是由一个定子部件和一个转子部件组成。SK-8J05G 绞车传感器定子部件为一个方形铝合金外壳（或金属圆盘外壳），内部装有两只马蹄形光电开关，转子部件为一个具有12个方齿的遮光片。在安装传感器时，转子与滚筒轴被固定在一起，定子部件与导气龙头软管固定在一起不动。
D1、D2 为发光二极管，发出红外线，T1、T2 为光敏三极管。发光二极管和光敏三极管集成在光电耦合器感应探头中。其它电路都集成密封在传感器上。当大钩上提下放时，滚筒转动，转子随之转动，遮光片随绞车滚筒轴转动，分别阻断、导通光电耦合器中的红外线，使绞车传感器输出脉冲信号。当遮光片（光齿）阻断红外线时，光敏三极管的基级没有输入信号，三极管处于截止状态，输出脚A（B）输出低电平。当遮光片（光齿）导通红外线时，红外线照射到光敏三极管的基级，三极管处于导通状态，输出脚A（B）输出高电平。两路脉冲信号经过绞车接口板检测处理就可以输出48 个脉冲信号（绞车传感器每转动一圈）。
2 传感器技术性能指标
（1）工作电压：DC 3 ~24V（推荐值5V）。
（2）输出电平：采用5V 电源供电时，高电平>4.3V，低电平<0.5V。
（3）工作温度：-40 ℃~+80 ℃。
（4）传感器功耗：30mW。
（5）探头响应时间：150μs。
（6）灵敏度：7.5°/脉冲（鉴相后）。
3 传感器检测方法
分析上述绞车传感器的技术性能指标，可以确定传感器的输出电平、探头响应时间和灵敏度为主要技术指标。因此，绞车传感器检测装置的主要研究任务就是如何测量传感器的输出电压、检测传感器的响应时间和灵敏度。要检测上述技术指标，应主要解决以下关键技术：①使绞车传感器按照设定的速度转动；②从开始转动到结束，记录传感器转动的圈数和输出脉冲数。
3.1 传感器外观检查
绞车传感器的外观检查主要包括：（1）机械转动部分是否顺畅；（2）外观是否有损伤，是否影响传感器正常工作；（3）接线端或连接线是否有明确的标识便于传感器接线。由于光电耦合探头和遮光片（光齿）分别采用聚脂材料和不锈钢材料制成，当遮光片（光齿）与光电耦合探头产生摩擦时，容易将探头损坏。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆因此，每次检测传感器时首先要对传感器进行转动，以检查其是否转动灵活。
3.2 传感器输出电压检测
当传感器输出的脉冲信号电压较低时，经触发器整形后的电压幅度不足以驱动后面的电路，井深测量系统无法正常工作。该项技术指标可以使用万用表进行检测，采用5V 电源供电时一般高电平≥4.0V，低电平< 0.5V。在绞车传感器的检测装置中，设计了三路直流电压源提供传感器工作电压，用台式繁用表分别测量传感器两个信号脚输出的高、低电压。判断传感器的性能好坏。
3.3 传感器响应时间和灵敏度检测
该项技术指标主要是检测传感器探头的响应时间和传感器的灵敏度。若探头的响应时间长，当遮光齿经过时，探头来不及响应、判断，无法输出应有的脉冲电压，造成传感器丢码，这样传感器测量结果的误码率就高，特别是在传感器转动速度很快时（如，快速钻进、接单根、起下钻等状态），如果探头响应时间长，传感器丢码将会很严重，造成井深测量误差大；若传感器的灵敏度低，当遮光齿随传感器转动产生一定位移时，探头没有输出应有的脉冲，传感器容易丢码，测量结果误码率高，造成井深测量误差大。因此，上述两项技术指标可以统一为传感器的误码率。通过检测传感器的误码率，就可以检测传感器探头的响应时间和传感器的灵敏度。
其检测内容和方法如下：①设定传感器不同的转动速度（如5r/min、10r/min、100r/min、200r/min）；②按照传感器信号线的定义将传感器连接到检测电路中，
运行技术指标检测软件；③以不同的速度下转动传感器，由转数计数设备记录传感器转动的圈数，由计算机采集传感器输出的脉冲。然后按照每圈48 个脉冲计算传感器产生的理论脉冲数，将两个脉冲数进行比较，计算测量误差。
该检测方法完全可以实现模拟传感器现场测量环境，较全面地检测传感器的技术指标，可以在实验室内判断传感器误码率和测量精度的高低。而传统的检测方法只是利用万用表等检测设备测量传感器的输出电平，较简单地判断传感器的技术性能，无法判断传感器误码率和测量精度的高低。当现场使用发现传感器测量精度低时，不仅影响油气勘探的速度和质量，也影响到录井经济效益
4 绞车传感器常见故障分析
（1）绞车传感器轴承损坏。此种损坏原因是由于大钩长期频繁的快速上下运动，造成传感器轴承磨损严重，测量信号时有时无。这种故障无法修复只有更换传感器。
（2）传感器信号电缆断或接触不良。此种故障现象表现为传感器输出只有一个信号灯闪亮或两个信号灯全无信号。
（3）传感器接头短路。传感器接头暴露在振动大、油水污物较多的恶劣环境下，当只有一个信号灯闪亮，而传感器信号电缆经检查完好时，应首先考虑此处是否有短路发生，如接头处发生氧化、积水短路，打开传感器接头进行清理即可。
（4）传感器内混进油水等污物。以上故障原因都排除后仍查不出原因，则应考虑是传感器内部进油、水等污物了，一般从外观也可看出是水还是油污进入了传感器。这种故障的维修首先是更换一只好的传感器保证正常的综合录井工作，然后将换下的传感器拆开，用干净的棉纱带蘸上无水酒精清洗传感器内部齿轮片和光电探头（不能用棉花，因棉花易产生棉屑堵住传感器光电元件探头），小心地清理传感器光电元件探头，接好电缆线检查是否清理干净，安装传感器外壳并用密封胶密封螺丝孔以便防水。
（5）探头损坏。以上原因都排除后则检查是否绞车传感器的光电耦合探头损坏，给传感器接上+5V 直流电源，然后用一遮光片分别遮挡或打开光电探头的光路，用万用表的直流电压档检查相应的探头输出是否有高低电平的变化，若没有则探头损坏，更换上一只新的就可以了。
5 结束语
综合录井仪是录井现场最重要的装备之一，通过录取各项工程参数，实现对钻井工况的实时监测。传感器是综合录井仪重要的测量设备，绞车传感器通过对大钩高度的测量实现对钻头位置和井深的监测，在录井现场发挥重要作用。由于钻井现场环境恶劣，加之频繁的拆装，绞车传感器容易出现各种故障，影响了录井参数的录取的准确性。为此，必须加强传感器的检定检测，及时发现和排除各种故障，保障录井现场设备工作的稳定性，提高综合录井资料的质量，对录井企业提升技术服务能力具有重要意义。
参考文献：
[1] 王立波. 绞车传感器测量误差原因分析与对策[J]. 录井工程，2009，20（1）：54~57
论文作者:李平
论文发表刊物:《基层建设》2019年第21期
论文发表时间:2019/10/17
标签：传感器论文; 绞车论文; 测量论文; 脉冲论文; 光电论文; 信号论文; 电压论文; 《基层建设》2019年第21期论文;