CN101046422A - 检测导压管阻塞的设备和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于检测导压管阻塞的设备，其包括以下单元。压力检测单元以时间序列方式来检测较高静压、较低静压以及差压。波动计算单元计算时间序列的差压波动数据集、较高静压波动数据集以及较低静压波动数据集。平方和计算单元计算时间序列的差压波动数据集的平方和、时间序列的较高静压波动数据集的平方和以及时间序列的较低静压波动数据集的平方和。相关系数计算单元计算第一和第二相关系数。中间变量计算单元计算中间变量。阻塞率计算单元计算阻塞率。确定单元参考该阻塞率来确定较高压和较低压导压管中每一个的阻塞。

Description

检测导压管阻塞的设备和方法

本申请要求2006年3月27日提交的第2006-84524号日本专利申请的优先权，其全部内容并入于此作为参考。

技术领域

本发明主要涉及一种用于检测导压管阻塞的设备和方法。具体地说，本发明涉及一种用于检测连接到差压变送器的导压管阻塞的设备和方法，其中构成差压变送器来测量流过管道的流体的差压。

背景技术

为了更全面描述本发明所属技术的状态，将本申请下文要引用或标记的所有专利、专利申请、专利出版物、科技论文等的全部内容并入于此作为参考。

对本发明所属领域技术人员公知的是，差压变送器可用来检测管道上的孔的上游和下游之间的差压。该差压变送器连接到上游和下游导压管。这些上游和下游导压管还被分别连接到导压管的上游和下游位置的管道。上游和下游位置分别位于该孔的上游和下游。在该孔的上游和下游，流体可以具有不同的压力。该孔上游流体的压力将在下文称为上游压。而该孔下游流体的压力将在下文称为下游压。通常，上游压高于下游压。因此，上游和下游导压管也分别被称为较高压和较低压导压管。

分别构成上游和下游导压管来使得上游压和下游压从管道传递到差压变送器。构成差压变送器来测量传递的上游压和下游压，从而基于所测量的上游压和下游压来检测差压。

导压管的阻塞会防止差压变送器准确检测差压。为了监测管道中的流体，很重要的是检测或诊断出(多个)导压管中是否存在阻塞。

以下将描述在(多个)导压管中检测阻塞的传统方法。假定Dps(i)表示在导压管没有任何阻塞的正常状态下与差压有关的数据集。这些差压数据集是从差压变送器以时间序列形式得到的。差压具有由下式(1)给出的波动Fdps(i)，其中，Dps(i)是当前从差压变送器得到的当前差压数据集，而Dps(i-1)是最后从差压变送器得到的最后差压数据集。差压波动Fdps(i)具有由下式(2)给出的方差Vas(均方根)，其中，N是差压数据集Dps的总样本数。作出诊断之前预先得到的方差Vas将在下文被称为“标准波动方差”。

Fdps(i)＝Dps(i)-Dps(i-1)    …(1)

Vas＝∑{Fdps(i)²}/N        …(2)

根据机器实际运行期间每次诊断导压管的差压数据集Dps(i)来确定差压波动Fdps(i)和波动方差Va。可使用上述式(1)和(2)来分别确定差压波动Fdps(i)和波动方差Va。

将引入波动方差Va与标准波动方差Vas之比的平方根(D’(Va/Vas))。可计算该值D’(Va/Vas)，其中在作出诊断之前事先得到标准波动方差Vas，并且在诊断导压管时得到波动方差Va。波动方差Va取决于(多个)导压管的阻塞。这意味着值D’(Va/Vas)也取决于(多个)导压管的阻塞。因此，可通过检测值D’(Va/Vas)来检测(多个)导压管的阻塞。

例如，如果较高和较低导压管两者都存在阻塞，则差压的波动方差Va变得小于标准波动方差Vas，并且值D’(Va/Vas)也变得小于1。如果较高压或较低压导压管存在阻塞，则波动方差Va变得大于标准波动方差Vas，并且值D’(Va/Vas)也变得大于1。如果较高压和较低压导压管两者都不存在阻塞，则波动方差Va逼近标准波动方差Vas，并且值D’(Va/Vas)逼近1。例如通过把值D’(Va/Vas)和预定阈值(例如1)比较，可确定是较高压和较低压导压管两者或者两者之一存在阻塞，还是两个导压管都不存在阻塞。

下式(3)可取代上述式(1)用来求得差压波动。在使用上述式(1)的情况下，所计算的差压波动可以反映出差压的传递变化分量。该传递变化可以是差压的上升和下降。

Fdps(i)＝Dps(i)-2Dps(i-1)+Dps(i-2)     …(3)

然而，在使用上述式(3)的情况下，所计算的差压波动没有差压的传递变化分量。

同时，差压波动的方差不仅可以根据导压管的阻塞而且还可以根据管道中流体的流速而变化。上述标准波动方差Vas是以管道中流体的预定或固定流速测量的实验值。在机器的实际运行期间，流体的流速变化可能引起上述值D’(Va/Vas)的变化。然而，这种变化与(多个)导压管的阻塞率无关。这意味着必须考虑流体的流速来设置上述阈值和标准波动方差。总之，为了避免阻塞误诊，需要根据流体的流速变化来更新上述阈值和标准波动方差。

已经开发出其他的传统技术准确检测或诊断(多个)导压管的阻塞。该检查或诊断是独立于流体的流速而作出的。通过使用与流体的较高静压相关的数据集Sph(i)按照下式(4)来计算较高静压波动Fsph(i)。较高静压是该孔的上游流体的静压。较高静压数据集Sph(i)是从差压变送器以时间序列形式得到的。而且，通过使用与较低静压相关的其他数据集Spl(i)按照式(5)来计算较低静压波动Fspl(i)。较低静压是该孔的下游流体的静压。较低静压数据集Spl(i)也是从差压变压器以时间序列形式得到的。

Fsph(i)＝Sph(i)-Sph(i-1)    …(4)

Fspl(i)＝Spl(i)-Spl(i-1)    …(5)

随后，按照下式(6)计算较高静压波动Fsph(i)的平方和(Ssph)。按照下式(7)计算较低静压波动Fspl(i)的另一平方和(Sspl)。

Ssph＝∑{Fsph(i)²}         …(6)

Sspl＝∑{Fspl(i)²}         …(7)

由此引入较高静压波动Fsph(i)的平方和(Ssph)与较低静压波动Fspl(i)的平方和(Sspl)之比(D＝Ssph/Sspl)。该比值(D＝Ssph/Sspl)取决于(多个)导压管的阻塞。因此，通过检测该比值(D＝Ssph/Sspl)可以检测(多个)导压管的阻塞。

如果较高压导压管完全阻塞，则所计算的值(Ssph)理论上应等于0，而所计算的另一值(Sspl)理论上应为非零值的预定阈值。因此，比值(D＝Ssph/Sspl)也应等于0。然而，实际上，差压变送器产生包含噪声的输出信号。输出信号的噪声可以使得该比值(D＝Ssph/Sspl)为非零值，例如，约为0.05。

如果较低压导压管完全阻塞，则所计算的值(Sspl)理论上应等于0，而所计算的另一值(Ssph)理论上应为非零值的预定阈值。因此，比值(D＝Ssph/Sspl)理论上应为无穷大。然而，实际上，输出信号噪声可以使得该比值(D＝Ssph/Sspl)为非无穷大值，例如，约为20。如果较高压和较低压导压管都不存在阻塞，则两个所计算的值(Ssph)和(Sspl)彼此接近。因此，比值(D＝Ssph/Sspl)应接近于1。因此，通过检测该比值(D＝Ssph/Sspl)，可以确定哪个导压管阻塞或者两个导压管都没阻塞。

如果管道中流体的流速增加，则两个计算的值(Ssph)和(Sspl)也一起增加。同样，如果流速减小，则两个计算的值(Ssph)和(Sspl)也一起减小。因此，该比值(D＝Ssph/Sspl)与流速无关。可以独立于管道中流体的流速准确检测或诊断(多个)导压管的阻塞。可以与上述相同方式确定较高和较低静压波动Fsph(i)和Fspl(i)。

上述和其他技术背景公开在第2004-132817号、第2004-294175号和第2005-274501号日本未审查专利申请首次出版物中。

如上所述，第二传统技术可用来独立于管道中流体的流速而准确检测或诊断(多个)导压管的阻塞。第二传统技术很难设置与该比值(D＝Ssph/Sspl)进行比较的阈值。

如果较高压导压管完全阻塞，则实际比值(D＝Ssph/Sspl)约为0.05。如果较低压导压管完全阻塞，则实际比值(D＝Ssph/Sspl)约为20。如果两个导压管均未阻塞，则实际比值(D＝Ssph/Sspl)几乎等于1。因此，可把阈值设为1。在此情况下，如果实际比值(D＝Ssph/Sspl)小于1，则确定较高压导压管阻塞而较低压导压管未阻塞。如果实际比值(D＝Ssph/Sspl)大于1，则确定较低压导压管阻塞而较高压导压管未阻塞。

换言之，如果较低压导压管阻塞，则实际比值(D＝Ssph/Sspl)在1＜D＜20较宽范围内。如果较高压导压管阻塞，则实际比值(D＝Ssph/Sspl)在0.05≤D＜1的较窄范围内。指示较高压导压管阻塞的确定范围在宽度上不同于指示较低压导压管阻塞的其他确定范围。这使得用户不便而且很难设置阈值。

考虑到上述问题，根据这种公开，对于本领域技术人员来说显而易见的是，需要一种改进的设备和/或方法。本发明阐述了这种需求以及其他需求，根据这种公开，这对于本领域技术人员来说将是显而易见的。

发明内容

因此，本发明主要目的是提供一种用于检测(多个)导压管阻塞的设备。

本发明另一目的是提供一种用于检测(多个)导压管阻塞的设备，其中该设备没有上述缺点。

本发明的又一目的是提供一种设备，该设备构成来使得用户适应地并且方便地设置用来检测(多个)导压管的阻塞的阈值。

本发明再一目的是提供一种检测(多个)导压管阻塞的方法。

本发明还一目的是提供一种检测(多个)导压管阻塞的方法，其中该方法没有上述缺点。

本发明的另外目的是提供一种方法，使得用户适应地并方便地设置用来检测(多个)导压管的阻塞的阈值。

按照本发明的第一方面，一种用于检测导压管阻塞的设备可以包括但不限于：压力检测单元、第一波动计算单元、第二波动计算单元、第三波动计算单元、第一平方和计算单元、第二平方和计算单元、第三平方和计算单元、相关系数计算单元、中间变量计算单元、阻塞率计算单元和确定单元。压力检测单元可被构成来以时间序列方式检测经过较高压导压管的较高静压，并产生时间序列的较高静压数据集。压力检测单元可被构成来以时间序列方式检测经过较低压导压管的较低静压，并产生时间序列的较低静压数据集。压力检测单元还可被构成来以时间序列方式检测较高压和较低压导压管之间的差压，并产生时间序列的差压数据集。第一波动计算单元可被构成来根据时间序列的差压数据集来计算时间序列的差压波动数据集。第二波动计算单元可被构成来根据时间序列的较高静压数据集计算时间序列的较高静压波动数据集。第三波动计算单元可被构成来根据时间序列的较低静压数据集计算时间序列的较低静压波动数据集。第一平方和计算单元可被构成来计算时间序列的差压波动数据集的平方和。第二平方和计算单元可被构成来计算时间序列的较高静压波动数据集的平方和。第三平方和计算单元可被构成来计算时间序列的较低静压波动数据集的平方和。相关系数计算单元可被构成来根据时间序列的差压波动数据集、时间序列的较高静压波动数据集、时间序列的差压波动数据集的平方和以及时间序列的较高静压波动数据集的平方和计算第一相关系数。相关系数计算单元可被构成来根据时间序列的差压波动数据集、时间序列的较低静压波动数据集、时间序列的差压波动数据集的平方和以及时间序列的较低静压波动数据集的平方和计算第二相关系数。中间变量计算单元可被构成来根据第一和第二相关系数计算中问变量。阻塞率计算单元可被构成来根据中间变量计算阻塞率。确定单元可被构成来参考阻塞率确定较高压和较低压导压管中每一个的阻塞。

根据本发明的第二方面，一种用于检测导压管阻塞的设备可以包括但不限于：压力检测单元、第一波动计算单元、第二波动计算单元、第一平方和计算单元、第二平方和计算单元、比值计算单元、阻塞率计算单元和确定单元。压力检测单元可被构成来以时间序列方式检测经过较高压导压管的较高静压，并产生时间序列的较高静压数据集。压力检测单元还可被构成来以时间序列方式检测经过较低压导压管的较低静压，并产生时间序列的较低静压数据集。第一波动计算单元可被构成根据时间序列的较高静压数据集来计算时间序列的较高静压波动数据集。第二波动计算单元可被构成根据时间序列的较低静压数据集来计算时间序列的较低静压波动数据集。第一平方和计算单元可被构成来计算时间序列的较高静压波动数据集的平方和。第二平方和计算单元可被构成来计算时间序列的较低静压波动数据集的平方和。比值计算单元可被构成来计算时间序列的较高静压波动数据集的平方和与时间序列的较低静压波动数据集的平方和的比值。阻塞率计算单元可被构成来根据该比值计算阻塞率。确定单元可被构成来参考阻塞率确定较高压和较低压导压管中每一个的阻塞。

根据本发明的第三方面，一种检测导压管阻塞的方法可以包括但不限于以下处理。可以以时间序列方式检测经过较高压导压管的较高静压来产生时间序列的较高静压数据集。可以以时间序列方式检测经过较低压导压管的较低静压来产生时间序列的较低静压数据集。可以以时间序列方式检测较高压和较低压导压管之间的差压来产生时间序列的差压数据集。根据时间序列的差压数据集来计算时间序列的差压波动数据集。根据时间序列的较高静压数据集来计算时间序列的较高静压波动数据集。根据时间序列的较低静压数据集来计算时间序列的较低静压波动数据集。计算时间序列的差压波动数据集的平方和。计算时间序列的较高静压波动数据集的平方和。计算时间序列的较低静压波动数据集的平方和。根据时间序列的差压波动数据集、时间序列的较高静压波动数据集、时间序列的差压波动数据集的平方和以及时间序列的较高静压波动数据集的平方和来计算第一相关系数。根据时间序列的差压波动数据集、时间序列的较低静压波动数据集、时间序列的差压波动数据集的平方和以及时间序列的较低静压波动数据集的平方和来计算第二相关系数。根据第一和第二相关系数来计算中间变量。根据中间变量来计算阻塞率。参考阻塞率来确定较高压和较低压导压管中每一个的阻塞。

根据本发明的第四方面，一种检测导压管阻塞的方法可以包括但不限于以下处理。以时间序列方式检测经过较高压导压管的较高静压来产生时间序列的较高静压数据集。以时间序列方式检测经过较低压导压管的较低静压来产生时间序列的较低静压数据集。根据时间序列的较高静压数据集来计算时间序列的较高静压波动数据集。根据时间序列的较低静压数据集来计算时间序列的较低静压波动数据集。计算时间序列的较高静压波动数据集的平方和。计算时间序列的较低静压波动数据集的平方和。计算时间序列的较高静压波动数据集的平方和与时间序列的较低静压波动数据集的平方和的比值。根据该比值来计算阻塞率。参考阻塞率来确定较高压和较低压导压管中每一个的阻塞。

从结合了附图、说明本发明实施例的详细描述中，本发明的这些和其他目的、特征、方面和优点对本领域技术人员来说是显而易见的。

附图说明

现在来参考构成该原始公开一部分的附图：

图1是示出用于根据本发明第一实施例来检测导压管阻塞的设备的示意图；

图2是示出根据本发明第一实施例来检测较高压和较低压导压管中每个中出现阻塞的方法中所包含的连续步骤的流程图；以及

图3是示出由包括在图1所示检测设备中的阻塞率计算单元来计算阻塞率的特性曲线的示图。

具体实施方式

现在将参考附图来说明本发明的所选实施例。根据此公开，对于本领域技术人员来说显而易见的是，提供本发明实施例的以下描述只是用于说明而并非用来限制由所附权利要求及其等同物所限定的本发明的范围。

图1是示出用于根据本发明第一实施例来检测导压管阻塞的设备的示意图。构成检测设备来检测较高压和较低压导压管3和4的阻塞。较高压和较低压导压管3和4分别连接到位于孔2的上游和下游处的管道1，其中构成管道1来使得流体通过图1中孔2沿从左侧到右侧的方向流动。较高压和较低压导压管3和4可被称为上游和下游导压管。

检测设备可以包括但并不限于：差压变送器5、差压波动计算单元6、较高静压波动计算单元7、较低静压波动计算单元8、差压平方和计算单元9、较高静压平方和计算单元10、较低静压平方和计算单元11、相关系数计算单元12、中间变量计算单元13、阻塞率计算单元14、阻塞确定单元15以及显示单元16。

差压变送器5被构成来检测从管道1经过较高压和较低压导压管3和4的上游压和下游压之间的差压。上游压和下游压是位于孔2的上游和下游的压力。例如，可把差压变送器5连接到较高压和较低压导压管3和4。差压变送器5还可以包括但并不限于第一和第二传感器。构成第一和第二传感器来分别检测从管道1经过较高压和较低压导压管3和4的较高和较低静压。未示出第一和第二传感器。第一和第二传感器可以但并不限于由共振传感器来实现。差压变送器5被构成来根据所检测到的较高压较低压来检测差压。差压变送器5也可以被构成来以时间序列方式产生并输出差压数据集Dp(i)。差压数据集Dp(i)表示所检测到的差压。差压变送器5还可以被构成来以时间序列方式产生并输出较高和较低静压数据集Sph(i)和Spl(i)。较高和较低静压数据集Sph(i)和Spl(i)分别表示所检测到的较高和较低静压。

差压波动计算单元6可与差压变送器5进行功能连接来从差压变送器5以时间序列方式接收差压数据集Dp(i)。差压波动计算单元6可被构成来按照下式(8)根据差压数据集Dp(i)来以时间序列方式计算差压波动Fdp(i)，其中，Dp(i)是当前从差压变送器5得到的当前差压数据集，而Dps(i-1)是最后从差压变送器5得到的最后差压数据集。

Fdp(i)＝Dp(i)-Dp(i-1)    …(8)

较高静压波动计算单元7可与差压变送器5进行功能连接来从差压变送器5以时间序列方式接收较高静压数据集Sph(i)。较高静压波动计算单元7可被构成来按照上述式(4)根据较高静压数据集Sph(i)来以时间序列方式计算较高静压波动Fsph(i)。

较低静压波动计算单元8可与差压变送器5进行功能连接来从差压变送器5以时间序列方式接收较低静压数据集Spl(i)。较低静压波动计算单元8可被构成来按照上述式(5)根据较低静压数据集Spl(i)来以时间序列方式计算较低静压波动Fspl(i)。

差压平方和计算单元9可与差压波动计算单元6进行功能连接来从差压波动计算单元6以时间序列方式接收差压波动Fdp(i)。差压平方和计算单元9可被构成来按照下式(9)计算差压波动Fdp(i)的平方和Sdp。

Sdp＝∑{Fdp(i)²}           …(9)

较高静压平方和计算单元10可与较高静压波动计算单元7进行功能连接来从较高静压波动计算单元7以时间序列方式接收较高静压波动Fsph(i)。较高静压平方和计算单元10可被构成来按照上述式(6)计算较高静压波动Fsph(i)的平方和Ssph。

较低静压平方和计算单元11可与较低静压波动计算单元8进行功能连接来从较低静压波动计算单元8以时间序列方式接收较低静压波动Fspl(i)。较低静压平方和计算单元11可被构成来按照上述式(7)计算较低静压波动Fspl(i)的平方和Sspl。

相关系数计算单元12可与差压波动计算单元6进行功能连接来从差压波动计算单元6以时间序列方式接收差压波动Fdp(i)。相关系数计算单元12也可与较高静压波动计算单元7进行功能连接来从较高静压波动计算单元7以时间序列方式接收较高静压波动Fsph(i)。相关系数计算单元12也可与较低静压波动计算单元8进行功能连接来从较低静压波动计算单元8以时间序列方式接收较低静压波动Fspl(i)。相关系数计算单元12也可与差压平方和计算单元9进行功能连接来从差压平方和计算单元9接收差压波动Fdp(i)的平方和Sdp。相关系数计算单元12也可与较高静压平方和计算单元10进行功能连接来从较高静压平方和计算单元10接收较高静压波动Fsph(i)的平方和Ssph。相关系数计算单元12也可与较低静压平方和计算单元11进行功能连接来从较低静压平方和计算单元11接收较低静压波动Fspl(i)的平方和Sspl。

相关系数计算单元12可被构成来按照下式(10)根据较高静压波动Fsph(i)、差压波动Fdp(i)、平方和Ssph和平方和Sdp计算第一相关系数Cor1。可构成相关系数计算单元12来按照下式(11)根据较低静压波动Fspl(i)、差压波动Fdp(i)、平方和Sspl和平方和Sdp计算第二相关系数Cor2。

Cor1＝∑{Fsph(i)·Fdp(i)}/(Ssph·Sdp)   …(10)

Cor2＝∑{Fspl(i)·Fdp(i)}/(Sspl·Sdp)   …(11)

中间变量计算单元13可与相关系数计算单元12进行功能连接来从相关系数计算单元12接收第一和第二相关系数Cor1和Cor2。中间变量计算单元13可被构成来按照下式(12)根据第一和第二相关系数Cor1和Cor2计算中间变量Z。

Z＝(1+Cor2)/(1-Cor1)          …(12)

阻塞率计算单元14可与中间变量计算单元13进行功能连接来从中间变量计算单元13接收中间变量Z。阻塞率计算单元14可构成来按照下式(13)根据中间变量Z计算阻塞率F。

F＝(1-Z)/(1+Z)                …(13)

阻塞确定单元15可与阻塞率计算单元14进行功能连接来从阻塞率计算单元14接收阻塞率F。可构成阻塞确定单元15来把阻塞率F与预定阈值相比较，从而确定较高压和较低压导压管3和4中每一个是否阻塞。阻塞确定单元15可被构成来产生表示较高压和较低压导压管3和4中每一个中出现阻塞的确定结果。

显示单元16可与阻塞确定单元15进行功能连接来从阻塞确定单元15接收确定结果。显示单元16可被构成来显示确定结果。显示单元16可由诸如液晶显示器之类的已知显示装置来实现。

将描述上述检测设备的操作。图2是示出根据本发明第一实施例来检测较高压和较低压导压管每个中出现阻塞的方法中所包含的连续步骤的流程图。上述检测设备在每次预定诊断时间到来时执行一组下述处理。

在步骤S1，差压变送器5检测来自管道1的分别经过较高压和较低压导压管3和4的较高和较低静压。差压变送器5还根据所检测到的较低压和较高压来检测差压，从而以时间序列方式产生并输出其中每个均表示了所检测到的差压的差压数据集Dp(i)。差压变送器5将差压数据集Dp(i)提供给差压波动计算单元6。

在步骤S2，差压变送器5还以时间序列方式产生并输出每个均表示了所检测到的较高静压的较高静压数据集Sph(i)。差压变送器5将较高静压数据集Sph(i)提供给较高静压波动计算单元7。

在步骤S3，差压变送器5还以时间序列方式产生并输出每个均表示了所检测到的较低静压的较低静压数据集Spl(i)。差压变送器5将较低静压数据集Spl(i)提供给较低静压波动计算单元8。

对于上述三个步骤，将给出附加的描述。差压变送器5还可包括第一和第二传感器，该第一和第二传感器被构成来分别检测来自管道1的经过较高压和较低压导压管3和4的较高和较低静压。第一和第二传感器还可由共振传感器来实现。假定第一和第二传感器分别输出频率Fc和Fr。

由下式(14)给出了差压数据集Dp(i)，其中Ap为常数。可优化常数Ap来根据静压来独立检测差压。例如，可设置常数Ap，从而在差压等于0的条件下，施加0.5(MPa)静压使得差压数据集Dp(i)不发生变化。

还由下式(15)给出了较高静压数据集Sph(i)，其中Ap1为常数。可优化常数Ap1来根据差压独立检测较高静压。例如，可设置Ap1，从而在未施加差压的条件下得到的较高静压数据集Sph(i)等于从较低压侧施加0.1(MPa)差压的条件下得到的较高静压数据集Sph(i)。

还由下式(16)给出了较低静压数据集Spl(i)，其中Ap2为常数。可优化常数Ap2来根据差压独立检测较低静压。例如，可设置Ap2，从而在未施加差压的条件下得到的较低静压数据集Spl(i)等于从较高压侧施加0.1(MPa)差压的条件下得到的较低静压数据集Spl(i)。

Dp(i)＝Fc²-Ap·Fr²          …(14)

Sph(i)＝Fc²+Ap1·Fr²        …(15)

Spl(i)＝Fc²+Ap2·Fr²        …(16)

在步骤S4，差压波动计算单元6从差压变送器5以时间序列方式接收差压数据集Dp(i)。差压波动计算单元6按照上述式(8)根据差压数据集Dp(i)来以时间序列方式计算差压波动Fdp(i)。差压波动计算单元6把差压波动Fdp(i)提供给差压平方和计算单元9和相关系数计算单元12。

在步骤S5，较高静压波动计算单元7从差压变送器5以时间序列方式接收较高静压数据集Sph(i)。较高静压波动计算单元7按照上述式(4)根据较高静压数据集Sph(i)来以时间序列方式计算较高静压波动Fsph(i)。较高静压波动计算单元7把较高静压波动Fsph(i)提供给较高静压平方和计算单元10和相关系数计算单元12。

在步骤S6，较低静压波动计算单元8从差压变送器5以时间序列方式接收较低静压数据集Spl(i)。较低静压波动计算单元8按照上述式(5)根据较低静压数据集Spl(i)来以时间序列方式计算较低静压波动Fspl(i)。较低静压波动计算单元8把较低静压波动Fspl(i)提供给较低静压平方和计算单元11和相关系数计算单元12。

在步骤S7，差压平方和计算单元9从差压波动计算单元6以时间序列方式接收差压波动Fdp(i)。差压平方和计算单元9按照上述式(9)来以时间序列方式计算差压波动Fdp(i)的平方和Sdp。差压平方和计算单元9把差压波动Fdp(i)的平方和Sdp提供给相关系数计算单元12。

在步骤S8，较高静压平方和计算单元10从较高静压波动计算单元7以时间序列方式接收较高静压波动Fsph(i)。较高静压平方和计算单元10按照上述式(6)来计算较高静压波动Fsph(i)的平方和Ssph。较高静压平方和计算单元10把较高静压波动Fsph(i)的平方和Ssph提供给相关系数计算单元12。

在步骤S9，较低静压平方和计算单元11从较低静压波动计算单元8以时间序列方式接收较低静压波动Fspl(i)。较低静压平方和计算单元11按照上述式(7)来计算较低静压波动Fspl(i)的平方和Sspl。较低静压平方和计算单元11把较低静压波动Fspl(i)的平方和Sspl提供给相关系数计算单元12。

在步骤S10，相关系数计算单元12从差压波动计算单元6以时间序列方式接收差压波动Fdp(i)。相关系数计算单元12还从较高静压波动计算单元7以时间序列方式接收较高静压波动Fsph(i)。相关系数计算单元12还从较低静压波动计算单元8以时间序列方式接收较低静压波动Fspl(i)。相关系数计算单元12还从差压平方和计算单元9接收差压波动Fdp(i)的平方和Sdp。相关系数计算单元12还从较高静压平方和计算单元10接收较高静压波动Fsph(i)的平方和Ssph。相关系数计算单元12还从较低静压平方和计算单元11接收较低静压波动Fspl(i)的平方和Sspl。

相关系数计算单元12按照上述式(10)根据较高静压波动Fsph(i)、差压波动Fdp(i)、平方和Ssph和平方和Sdp来计算第一相关系数Cor1。相关系数计算单元12按照上述式(11)根据较低静压波动Fspl(i)、差压波动Fdp(i)、平方和Sspl和平方和Sdp来计算第二相关系数Cor2。相关系数计算单元12把第一和第二相关系数Cor1和Cor2提供给中间变量计算单元13。

因为该差压等于高静压与低静压之间的差，所以差压波动Fdp(i)由较高静压波动Fsph(i)与较低静压波动Fspl(i)之间的差给出。如果较低压导压管4阻塞，则差压波动Fdp(i)逼近较高静压波动Fsph(i)，而差压波动Fdp(i)的平方和Sdp逼近较高静压波动Fsph(i)的平方和Ssph。即，上述式(10)的分子逼近较高静压波动Fsph(i)的平方和，而上述式(10)的分母逼近平方和Ssph。第一相关系数Cor1逼近1。

如果较高压导压管3阻塞，则差压波动Fdp(i)逼近较低静压波动Fspl(i)，而差压波动Fdp(i)的平方和Sdp逼近较低静压波动Fspl(i)的平方和Sspl。即，上述式(11)的分子逼近较低静压波动Fspl(i)的平方和(负号)，而上述式(11)的分母逼近平方和Sspl。第二相关系数Cor2逼近-1。

因此，如果较低压导压管4阻塞，则第一相关系数Cor1逼近1。如果较高压导压管3阻塞，则第二相关系数Cor2逼近-1。如果较高压和较低压导压管3和4两个都未出现阻塞，则第一和第二相关系数Cor1和Cor2约为0。

在步骤S11，中间变量计算单元13从相关系数计算单元12接收第一和第二相关系数Cor1和Cor2。中间变量计算单元13按照上述式(12)根据第一和第二相关系数Cor1和Cor2来计算中间变量Z。中间变量计算单元13把中间变量Z提供给阻塞率计算单元14。

如上所述，如果较低压导压管4阻塞，则第一相关系数Cor1逼近1，从而中间变量Z逼近无穷大。如果较高压导压管3阻塞，则第二相关系数Cor2逼近-1，从而中间变量Z逼近0。如果较高压和较低压导压管3和4两个都未出现阻塞，则第一和第二相关系数Cor1和Cor2约为0，从而中间变量逼近1。即，中间变量Z在0到无穷大范围内变化。

在步骤S12，阻塞率计算单元14从中间变量计算单元13接收中间变量Z。阻塞率计算单元14按照上述式(13)根据中间变量Z来计算阻塞率F。阻塞率计算单元14把阻塞率F提供给阻塞确定单元15。如上述式(13)可知，如果较低压导压管4阻塞，则中间变量Z逼近无穷大，从而阻塞率F逼近-1。如果较高压导压管3阻塞，则中间变量逼近0，从而阻塞率F逼近1。如果较高压和较低压导压管3和4两个都未出现阻塞，则中间变量Z逼近1，从而阻塞率F逼近0。即，按照上述式(13)阻塞率F被归一化在-1到1的范围内。

图3是示出由包括在图1检测设备中的阻塞率计算单元14所计算的阻塞率F的特性曲线的示图。如果较高压和较低压导压管3和4两个都未出现阻塞，则阻塞率F为0。阻塞率F的特性曲线参照原点0是旋转对称的。阻塞率F的特性曲线具有第一和第二部分。第一部分表示针对较高压导压管3的阻塞率F并且处于0到+1范围内。第二部分表示针对较低压导压管4的阻塞率F并且处于0到-1范围内。给出第一阈值来确定较高压导压管3的阻塞。第一阈值为正值。同样给出第二阈值来确定较低压导压管4的阻塞。第二阈值为负值。第一和第二阈值绝对值相同而符号相反。第一和第二阈值的典型示例分别为0.4和-0.4。这意味着需要确定第一和第二阈值的相同绝对值。换言之，需要确定第一和第二阈值之一，因为另一阈值具有与所确定阈值的相反的符号而具有相同的绝对值。相比较使用比值(D＝Ssph/Sspl)来确定导压管的阻塞的情况而言，上述方法方便而有效地确定了第一和第二阈值。

在步骤S13，阻塞确定单元15从阻塞率计算单元14接收阻塞率F。阻塞确定单元15把阻塞率F与预定阈值作比较，从而确定较高压和较低压导压管3和4的每一个是否阻塞。阻塞确定单元15产生了指示较高压和较低压导压管3和4中每一个中是否出现阻塞的确定结果。

如果第一阈值设为+0.4，则第二阈值自动设为-0.4。在此情况下，如果阻塞率F满足0.4≤F≤1，则阻塞确定单元15确定较高压导压管3阻塞。如果阻塞率F满足-1≤F≤-0.4，则阻塞确定单元15确定较低压导压管4阻塞。如果阻塞率F满足-0.4＜F＜+0.4，则阻塞率确定单元15确定较高压和较低压导压管3和4均未阻塞。

显示单元16从阻塞确定单元15接收确定结果，并显示指示较高压和较低压导压管3和4的阻塞的确定结果。

相比较上述传统设备，上述检测设备和方法使得用户或者操作者易于设置阈值。

如果流体的流速增加，则上述式(10)的分子和分母同速率增加，从而第一相关系数Cor1保持不变。同样，上述式(11)的分子和分母也同速率增加，从而第二相关系数Cor2也保持不变。上述检测设备准确检测出较高压和较低压导压管3和4中每一个的阻塞，而不用考虑管道中流体的流速。

上述检测设备和方法与来自包括共振传感器的差压变送器5的输出信号的噪声不相关或者减小了对该噪声相关性。换言之，基于以下原因上述检测设备和方法确保了高灵敏度。差压波动Fdp(i)由较高静压波动Fsph(i)与较低静压波动Fspl(i)之间的差给出。因此假定较高和较低静压波动Fsph(i)和Fspl(i)分别具有噪声分量Nsph(i)和Nspl(i)。上述式(10)的分子由下式(17)给出。

∑{Fsph(i)·Fdp(i)}

＝∑[{Fsph(i)+Nsph}(i)}·{Fsph(i)-Fspl(i)+Nsph(i)-Nspl(i)}]

                                                   …(17)

应注意的是，较低静压波动Fspl(i)和噪声分量Nspl(i)是彼此独立的。较低静压波动Fspl(i)与噪声分量Nspl(i)的乘积的总和可以近似为0。较高静压波动Fsph(i)与噪声分量Nspl(i)也是彼此独立的。较高静压波动Fsph(i)与噪声分量Nspl(i)的乘积的总和可以近似为0。噪声分量Nsph(i)和较高静压波动Fsph(i)也是彼此独立的。噪声分量Nsph(i)与较高静压波动Fsph(i)的乘积的总和可以近似为0。噪声分量Nsph(i)与较低静压波动Fshl(i)也是彼此独立的。噪声分量Nsph(i)与较低静压波动Fspl(i)的乘积的总和可以近似为0。噪声分量Nsph(i)和噪声分量Nspl(i)也是彼此独立的。噪声分量Nsph(i)与噪声分量Nspl(i)的乘积的总和可以近似为0。

因此，可忽略较高静压波动Fsph(i)与噪声分量Nsph(i)的乘积、较低静压波动Fspl(i)与噪声分量Nspl(i)的乘积、噪声分量Nspl(i)与较高静压波动Fsph(i)的乘积、噪声分量Nsph(i)与较低静压波动Fspl(i)的乘积以及噪声分量Nsph(i)与噪声分量Nspl(i)的乘积。

上述式(17)可展开为下式(18)。

∑[{Fsph(i)+Nsph}(i)}·{Fsph(i)-Fspl(i)+Nsph(i)-Nspl(i)}]

＝∑{Fsph(i)²-Fsph(i)·Fspl(i)+Nsph(i)²}        …(18)

噪声分量Nspl(i)²的平方非常小。这意味着第一相关系数Cor1对来自差压变送器5的输出信号的噪声分量具有显著减小的相关性。类似地，第二相关系数Cor2对来自差压变送器5的输出信号的噪声分量也具有显著减小的相关性。第一和第二相关系数Cor1和Cor2可用来高灵敏度地检测较高压和较低压导压管3和4中每一个的阻塞，而不用考虑来自差压变送器5的输出信号的噪声。

例如，如果导压管中引起早期的阻塞，则静压的差压波动会很小，从而不能使用上述传统技术来从来自差压变送器5的输出信号中把波动与噪声区分开。因此，不能使用上述传统技术来准确确定导压管的早期阻塞。然而，根据本实施例的上述设备和方法能检测该波动，而不用考虑来自差压变送器5的输出信号的噪声。因此，上述设备和方法能准确检测导压管的早期阻塞。

较高压和较低压导压管3和4的阻塞可分别由较高压和较低压导压管3和4的响应时间常数来表现。如果较高压和较低压导压管3和4不存在阻塞，则较高压和较低压导压管3和4具有几乎相同的响应时间常数。因此，阻塞率F约为0。如果即使较高压和较低压导压管3和4不存在阻塞而阻塞率F也明显不同于0，则表示较高压和较低压导压管3和4具有(多个)异常响应时间常数。(多个)异常响应时间常数暗示出较高压和较低压导压管3和4可能在长度上不同，或者较高压和较低压导压管3和4中任一个或两个靠近阀门。即，根据本实施例的上述设备和方法不仅能检测出导压管的阻塞，还能检测出导压管的其他异常。

根据上述实施例，第一和第二相关系数Cor1和Cor2可用来计算中间变量Z。可以作为改进来计算较高静压波动Fsph(i)的平方和Ssph与较低静压波动Fspl(i)的平方和Sspl的比值(K＝Ssph/Sspl)。可使用下式(19)从该比值K来计算阻塞率F。根据该方法，没使用第一和第二相关系数Cor1和Cor2。

F＝(1-K)/(1+K)            …(19)

在此情况下，阻塞率F被归一化在-1到+1的范围内。该方法减小了计算操作的工作量，但是使得检测导压管阻塞时的敏感度和准确性变坏。该方法也使得检测导压管的早期阻塞时的准确性变坏。该方法可通过改进图1所示的设备来实现。该改进的设备不包括差压波动计算单元6、差压平方和计算单元9、相关系数计算单元12和中间变量计算单元13。可以更改阻塞率计算单元14来从较高静压平方和计算单元10来接收较高静压波动Fsph(i)的平方和Ssph。也可以更改阻塞率计算单元14来从较低静压平方和计算单元11来接收较低静压波动Fspl(i)的平方和Sspl。也可以更改阻塞率计算单元14来计算较高静压波动Fsph(i)的平方Ssph和与较低静压波动Fspl(i)的平方和Sspl的比值(K＝Ssph/Sspl)。也可以更改阻塞率计算单元14按照上述式(19)来从比值K计算阻塞率F。

只要改变式(3)中的后缀，可以不用上式(4)而使用上述式(3)来计算上述差压波动Fdp(i)。即，可使用上述式(3)来消除差压的瞬时变化，从而只检测出波动分量。

如这里所使用的，以下方向术语“上游和下游”以及其他类似的方向术语是指本发明所装备的设备的那些方向。因此，作为用来描述本发明的这些术语应被解释与本发明所装备的设备是有关的。

术语“构成”用来描述包括构造和/或编程来执行所期望的功能的硬件和/或软件的装置的元件、部件或零件。

如这里使用的诸如“大体上”、“大约”和“近似”之类的程度术语表示所修饰术语的合理偏离量，使得最终结果变化不明显。例如，如果该偏离不会否定所修饰词汇的含义，则这些术语可解释为包括所修饰词汇至少±5％的偏离。

尽管以上描述并说明了本发明的优选实施例，但是应该理解这些只是本发明的示范，并未看作是对本发明的限制。在不脱离本发明的精神或范围的情况下，可以做出添加、省略、替代和其他修改。因此，本发明并未看作是受到上面描述的限制，而是仅由所附权利要求的范围所限制。

Claims (4)

1.一种用于检测导压管阻塞的设备，该设备包括：

压力检测单元，其被构成来以时间序列方式检测经过较高压导压管的较高静压并产生时间序列的较高静压数据集，该压力检测单元被构成来以时间序列方式检测经过较低压导压管的较低静压并产生时间序列的较低静压数据集，该压力检测单元还被构成来以时间序列方式检测较高压和较低压导压管之间的差压并产生时间序列的差压数据集；

第一波动计算单元，其被构成来根据所述时间序列的差压数据集计算时间序列的差压波动数据集；

第二波动计算单元，其被构成来根据所述时间序列的较高静压数据集计算时间序列的较高静压波动数据集；

第三波动计算单元，其被构成来根据所述时间序列的较低静压数据集计算时间序列的较低静压波动数据集；

第一平方和计算单元，其被构成来计算所述时间序列的差压波动数据集的平方和；

第二平方和计算单元，其被构成来计算所述时间序列的较高静压波动数据集的平方和；

第三平方和计算单元，其被构成来计算所述时间序列的较低静压波动数据集的平方和；

相关系数计算单元，其被构成来根据所述时间序列的差压波动数据集、所述时间序列的较高静压波动数据集、所述时间序列的差压波动数据集的平方和以及所述时间序列的较高静压波动数据集的平方和计算第一相关系数，并且该相关系数计算单元被构成来根据所述时间序列的差压波动数据集、所述时间序列的较低静压波动数据集、所述时间序列的差压波动数据集的平方和以及所述时间序列的较低静压波动数据集的平方和计算第二相关系数；

中间变量计算单元，其被构成来根据所述第一和第二相关系数计算中间变量；

阻塞率计算单元，其被构成来根据所述中间变量计算阻塞率；以及

确定单元，其被构成来参考所述阻塞率确定较高压和较低压导压管中每一个的阻塞。

2.一种用于检测导压管阻塞的设备，该设备包括：

压力检测单元，其被构成来以时间序列方式检测经过较高压导压管的较高静压并产生时间序列的较高静压数据集，该压力检测单元被构成来以时间序列方式检测经过较低压导压管的较低静压并产生时间序列的较低静压数据集；

第一波动计算单元，其被构成来根据所述时间序列的较高静压数据集计算时间序列的较高静压波动数据集；

第二波动计算单元，其被构成来根据所述时间序列的较低静压数据集计算时间序列的较低静压波动数据集；

第一平方和计算单元，其被构成来计算所述时间序列的较高静压波动数据集的平方和；

第二平方和计算单元，其被构成来计算所述时间序列的较低静压波动数据集的平方和；

比值计算单元，其被构成来计算所述时间序列的较高静压波动数据集的平方和与所述时间序列的较低静压波动数据集的平方和的比值；

阻塞率计算单元，其被构成来根据所述比值计算阻塞率；以及

确定单元，其被构成来参考所述阻塞率确定较高压和较低压导压管中每一个的阻塞。

3.一种检测导压管阻塞的方法，该方法包括步骤：

以时间序列方式检测经过较高压导压管的较高静压来产生时间序列的较高静压数据集；

以时间序列方式检测经过较低压导压管的较低静压来产生时间序列的较低静压数据集；

以时间序列方式检测较高压和较低压导压管之间的差压来产生时间序列的差压数据集；

根据所述时间序列的差压数据集来计算时间序列的差压波动数据集；

根据所述时间序列的较高静压数据集来计算时间序列的较高静压波动数据集；

根据所述时间序列的较低静压数据集来计算时间序列的较低静压波动数据集；

计算所述时间序列的差压波动数据集的平方和；

计算所述时间序列的较高静压波动数据集的平方和；

计算所述时间序列的较低静压波动数据集的平方和；

根据所述时间序列的差压波动数据集、所述时间序列的较高静压波动数据集、所述时间序列的差压波动数据集的平方和以及所述时间序列的较高静压波动数据集的平方和来计算第一相关系数；

根据所述时间序列的差压波动数据集、所述时间序列的较低静压波动数据集、所述时间序列的差压波动数据集的平方和以及所述时间序列的较低静压波动数据集的平方和来计算第二相关系数；

根据所述第一和第二相关系数来计算中间变量；

根据所述中间变量来计算阻塞率；以及

参考所述阻塞率来确定较高压和较低压导压管中每一个的阻塞。

4.一种检测导压管阻塞的方法，该方法包括步骤：

以时间序列方式检测经过较高压导压管的较高静压来产生时间序列的较高静压数据集；

以时间序列方式检测经过较低压导压管的较低静压来产生时间序列的较低静压数据集；

根据所述时间序列的较高静压数据集来计算时间序列的较高静压波动数据集；

根据所述时间序列的较低静压数据集来计算时间序列的较低静压波动数据集；

计算所述时间序列的较高静压波动数据集的平方和；

计算所述时间序列的较低静压波动数据集的平方和；

计算所述时间序列的较高静压波动数据集的平方和与所述时间序列的较低静压波动数据集的平方和的比值；

根据所述比值来计算阻塞率；以及

参考所述阻塞率来确定较高压和较低压导压管中每一个的阻塞。

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