抽油杆位移是示功图测量的基本参数之一,准确的位移是示功图曲线绘制的保障,也是对油井工况进行分析的前提。现有的示功图位移测量方法主要有两种:拉线式位移测量法和加速度位移测量法。但拉线式传感器存在拉线磨损易断、体积大安装不便、其机械结构无法适应恶劣的野外环境而损坏等不足;而加速度传感器测量对传感器的安装位置和分辨率有较高的要求,且测量结果易受机械振动、环境噪声的影响。因而使用传统的测量方法无法满足测量系统小型化、轻便化的要求,且测量结果精度不高、易受外界影响。本文结合激光测距和PSD技术,设计出三角法激光位移测量系统,不仅使测量精度大幅提升,还大大降低了系统功耗。本文主要完成工作概括如下:一、首先通过MATLAB对抽油杆悬点运动规律进行分析,得出规律曲线并依此作为后续评判测量系统动态性能的一个标准。对比分析不同原理的激光测距技术,结合工程实际要求,选用激光三角法作为测量系统设计的理论基础。二、根据工作需求,提出系统总体设计目标。然后分别从光学系统、信号处理系统、通信系统和系统低功耗设计四个方面具体阐述如何通过元器件的选择、系统光路和电路的设计、工作模式的设定来达到精度和低功耗要求,并确定系统设计方案。三、完成硬件设计、软件设计和功耗分析。硬件主要包括电源电路、信号处理电路、最小系统电路和无线通信电路,重点介绍电源完整性设计分析、I/V转换电路设计和滤波放大电路设计;软件设计包括初始化设计和主程序设计,主要研究数据处理方法;系统功耗分析包括工作模式的设定和各模块功耗计算评估,重点论述工作电压、工作频率和芯片工作模式的选择以及各模块工作的配合方式。四、完成系统硬件焊接、调试,借助Tina软件对电路仿真分析并使用示波器测试电路的电源完整性;搭建实验平台,通过标定实验、静态实验、动态模拟试验和现场试验完成对测量系统的标定、性能和功能测试,得到系统实际功耗和测量精度。本文设计的基于PSD的三角法激光位移系统,经实验证明不仅能够满足工程需求,而且运行可靠、平稳;系统量程为2m,测量范围为1.5m~3m,测量精度最高达到7mm,全量程精度最低为10cm,7200mA.h的电池实际可供系统使用134天,具有很好的工程应用前景。