石油钻井井下的工作环境非常复杂,钻柱和井壁、钻头和地质层之间相互作用产生摩擦引起钻柱的振动,钻柱的异常振动会引起钻头卡钻或者粘滑,而钻柱异常振动时,扭矩波动也很大。这些威胁着井下作业安全,往往会导致钻柱系统工具的断裂或者失效,从而引发一系列工程事故,大大降低钻井作业的效率,提高其成本。因此,设计研究一套钻柱在线监测系统是十分必要的。本文设计了一套以C8051F005单片机为核心的钻柱在线监测系统,并研究了一种算法为以后的钻柱故障诊断技术打下基础。首先对钻柱监测进行了分析并确定了总体设计方案,总体分为硬件和软件两大部分。硬件部分包括数据采集系统、信号传输系统、数据处理系统以及报警系统,本文采用振动传感器和扭矩传感器进行数据采集,经过蓝牙无线传输技术实现串口通信功能,并对数据进行处理及记录和声光报警。软件部分设计了下位机程序和上位机程序,通过Matlab仿真非线性函数的曲线逼近,下位机程序设计了单片机程序,实现数据采集、处理和传输,上位机程序设计了钻柱在线监测系统的终端人机交互界面,实现数据的实时采集、显示、记录。Matlab仿真结果表明本文研究的算法的可行性和优越性,室内试验结果表明本系统的实时性和可行性。同时,应用无线传输技术实现钻柱的在线监测,具体地为,利用波形图实时显示数据信号、显示钻柱正常与异常状态、实时记录数据以及声光报警信号异常状态,使系统更加具有直观性和形象性,是一套值得推广应用的钻柱在线监测系统。