CN101248252A - 用于纵向可定位控制棒的远程监控系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于其上具有位置指示标记(20)的控制棒(18)的远程监控系统，包括外壳(12)，该外壳在侧壁中具有在控制棒(18)与外部外壳表面(36)之间连通的孔(34)。爆炸防护罩(42)从外部安装于外壳(12)并且具有与孔(34)对齐的透明窗口(44)。位于防护罩(42)中的摄像机(50)具有透镜(52)，该透镜具有通过窗口(44)和孔(34)的光学路径。无线电发射器(54)位于防护罩(42)中，连接于摄像机(50)并且被构造成发射视频图像。位于爆炸防护罩(42)中的电池电源(52A)向摄像机(50)和发射器提供能量，以用于提供远程可接收的控制棒位置指示图像。

Description

用于纵向可定位控制棒的远程监控系统

技术领域

本发明涉及用于其上具有位置指示标记的控制棒的远程监控系统。

背景技术

在精炼厂、化学加工设备、存储设备等的操作中，出于修理和养护目的偶尔需要穿透导管或是管道的壁。在许多情况下这种管道是处于压力以及频繁高压之下，或者运载高温容料，因此，如果工人接触就会导致严重的灼伤，或者在某种情况下这些管道中的液体对健康有害，诸如氨水或是类似的蒸汽，甚至更特别地，其中流经管道的液体或气体是爆炸性的。因此管道开口会是危险的。由于这个原因，设备操作者应从远程位置操纵例如用于热开口(hottapping)管道的设备有时是很重要的，从而即使发生失误或是事故，操作者将远离严重伤害得以安全。这里描述的发明的实质是通过使操作者能够阅读堵塞圆柱形控制棒上的标识标记以使得操作者能够观察控制棒的位置的系统，典型地，控制棒是管道堵塞设备的一部分。进一步，本发明涉及用于纵向可定位控制棒的远程监控系统，此监控系统能够使操作者不断地获知控制棒的位置，但是其中操作者处在遥远的位置以避免伤害的可能。

在申请人Charles D.Calkins and Jack E.Miller于2005年5月19日提交的，题目为High Temperature Completion Plug且正在审理的美国专利申请11/132,773中，示出了这种类型的设备的实例，其中本发明的远程监控系统可以有效地应用于该类型设备。

发明内容

本发明是用于纵向可定位控制棒的远程监控系统。监控系统包括外壳，该外壳中具有控制棒并且具有位于侧壁中的在控制棒与外壳的外部之间连通的孔。

爆炸防护罩(explosion proof exclosure)从外部安装至外壳。爆炸防护罩具有与孔对齐的透明窗口。

摄像机安置在具有透镜的爆炸防护外壳内，其中透镜具有通过窗口并与外壳的孔对齐的光学路径。爆炸防护罩内的无线电发射器连接于摄像机并且被构造成发射由摄像机产生的视频图像的信号。无线电发射器可以与摄像机结合为一体。

此外，具有发光二极管形式的光源安置在爆炸防护外壳内，光源邻近但是略微在摄像机透镜的后方。放置光源以便将来自爆炸防护壳内的光通过透明窗口并通过通向控制棒的孔而传输，从而自控制棒反射充足的光线，以便精确地显示在经过孔的视野中通过的标记。

爆炸防护罩内的电池供电电压电源向摄像机、光源、以及发射器提供能量以提供远程可接收的控制棒位置标记图像。

发射天线被固定于爆炸防护外壳的外表面，并且与摄像机和位于爆炸防护外壳中的发射器可密封地通信。

磁性可驱动开关被安装在爆炸防护外壳内并连接在电池供电电压电源、摄像机与光源之间，因此借助具有邻近爆炸防护外壳的外部安置的磁体形式的驱动器，摄像机和光源可以被开启或关闭，而无需必须通过外壳的壁来提供直接接触。

对于涉及本发明的基本主体的背景信息，可以参考下面的在先公布的美国专利：

专利号            发明人           名称

2,912,495         Moon等人         Device For Viewing Oil Well

                                   Bore Hole

5,056,046         Mutchler等人     Pneumatic Operated Valve Data

                                   Acquisitioner

5,125,670         Hamlett II等人   Vertical Backboard-Tether Ball

                                   Amusement Device

5,612,499         Andrew           Method of Inserting A Sensor Into

                                   A Pipeline

5,653,250         Sigmund等人      Vapor-Liquid Equilibrium and

                                   Interfacial Tension Measuring

                                   Apparatus and Method

6,338,359         Welker           Dual Automated Insertion Device

2002/0031567      Magario          Internet-Based Remote Control

                                   System For Molding Machine

2004/0231408      Shammai          Method and Apparatus For

                                   Determining An Optimal Pumping

                                   Rate Based On A Downhole Dew

                                   Point Pressure Determination

从随后结合附图对优选实施例和权利要求的详细描述中，将会获得对本发明更好的理解。

附图说明

图1是如下类型液压缸的正视图，该类型的液压缸可以用于诸如将堵塞装置安装到管道中并且是涉及其中经常会遇到高温和高压的管道的各种应用的典型代表。爆炸防护罩借助安装托架支撑于液压缸。

图2是沿图1的线2-2的爆炸防护罩前端的正视图。

图3是沿图2的线3-3的爆炸防护罩的分解横截面图。这个图示出了本发明的系统的安装在爆炸防护罩内的基本组件，并且示出了可以螺纹拆卸的透明罩。

图4是液压缸的中间长度及凸缘上的夹子的外部正视局部等轴测视图，其中支撑爆炸防护罩的安装托架被固定于夹子。

图5是罩以及包括在其中的一些基本组件的分解图，包括摄像机、安装环、发光卡以及可拆卸盖。

图6是液压缸的中间部分的局部横截面图，示出了其上标有标记的控制棒。本发明是观察控制棒标记以使操作者能够以如下方式响应所观察到的标记来远程操纵控制棒的位置的系统，所述方式是以操作者可以相对于控制棒从事的动作而处在较安全位置的方式。

具体实施方式

应该理解现在将要描述的本发明在其应用中不限于附图中所示零件的结构和布置的细节。本发明可以具有其它实施例并且能够以多种方式实施或执行。在此采用的措辞和术语是出于描述而非限制的目的。

图中所示的元件以如下标号确定：

10  液压              40   托架

12  液压缸安装凸缘    42   爆炸防护罩

14  下部适配器        44   防护罩窗口

16  凸缘              46   框架

18  控制棒            48   44上的螺纹

20  标记              49   42上的螺纹

22  凸缘              50   无线网络摄像机

24  凸缘              52   透镜

26  圆柱形通道        52A  电池组

28  上部密封圈        54   磁性驱动开关

30  下部密封圈        56   安装环

32  导向棒            58   发光卡

34  观察窗            60   光源

36  12的外部          62   绝缘体

38  箍                64   摄像机天线

首先参照图1，液压缸由标号10标识出，在其下端具有安装凸缘12。位于液压缸安装凸缘12底部上的是其底端具有安装凸缘16的下部适配器14，整个装置可通过安装凸缘16被固定至其它设备(未示出)，诸如用于封闭通过管道内部的液体流的堵塞系统，或者被固定至装入液压缸开口用以封闭通向管道内部通道的填充塞(completion plug)。液压缸安装凸缘12是容纳纵向可定位控制棒的任意类型外壳的典型代表。

位于液压缸10内的是由液压驱动的活塞(未示出)。安装至活塞的是如图6中所示的圆柱形控制棒18。液压缸10的作用是响应液压施加力(application)来定位控制棒18。用于控制液压缸10内的活塞的组件，诸如阀，没有被示出，并且应该理解在实施本发明中，对液压缸10的液流压力可由操作者远程控制。本发明不涉及液压缸的控制，而是相反地，本发明要向位于远方的操作者提供关于控制棒18的纵向状态的信息。

如图6中所示，贴在控制棒18的外表面上的是通常由标号20示出的标记。标记20是彼此等间距隔开的数字1至10的形式。仅仅作为实例，标记20可以采用包括将数字之间的空间细分的线的多种结构和形式。

液压缸10的下端包括凸缘22，并且同样地，下部适配器14的上端具有凸缘24。安置并固定于凸缘22和24之间的是液压缸安装凸缘12。典型地，凸缘22和24通过螺栓(未示出)固定于液压缸安装凸缘12。

继续参考图6，液压缸安装凸缘12具有可滑动地容纳控制棒18的圆柱形通道26，控制棒从圆柱形通道穿过。通道26的上部在内部扩展以容纳上部密封圈28，并且同样地圆柱形通道的下部容纳下部密封圈30。密封圈28和30用作将液压缸10内的液压与下部适配器14的内部隔离开，然而同时允许控制棒18被横向地换位。

液压缸10内所示的是用于控制液压缸10内的活塞旋转并且与本发明不相关的间隔开的导向棒32。

如图6中所见，观察窗34将圆柱形安装凸缘的圆柱形通道26与外部36连通。因此观察窗34提供从安装凸缘的外部到形成在控制棒18的表面上的标记20的光学通道。观察窗34的横截面可以是圆形的，但是优选地是正方形的，因为摄像机通常提供矩形图片。

在图6中，当观察窗34转开90°被定向时，控制棒18上的标记20被显示为面向观察者。显而易见地，标记20必须位于控制棒18上以使得任何时间通过观察窗34是可见的。

回去参照图1，在液压缸下部适配器14的外表面上安置有金属箍38。固定于箍38的是支撑爆炸防护罩42的托架40，如图5中可见，爆炸防护罩42具有保持在环形框架46中的窗口44。托架40支撑爆炸防护罩42以使得窗口44与观察窗34对齐。防护罩窗口44是透明的并且由抗压玻璃或是塑料制成。框架46具有拧入爆炸防护罩42内的孔49中的周向螺纹48。

位于爆炸防护罩42内的是具有透镜52的无线网络摄像机50，透镜52与液压缸安装凸缘12中的孔34对齐。而且，装入爆炸防护罩42内部中的是电池组52A和磁性驱动开关54(见图3)。此外，安装环56环绕并在位置上使摄像机50稳固。发光卡58上具有多个光源60。在所示的实施例中，有三个光源60位于透镜52周围并且略微在透镜52的后方，然而，可能实际上仅需要一个或是两个光源。

安装在爆炸防护罩42的顶表面中的是一对支撑一对摄像机天线64的绝缘体62。

光源60的作用是提供照明，照明传输到外壳42之外，通过透明防护罩窗口64并通过观察窗34以照亮控制棒18的外表面，具体地包括标记20。因为在堵塞工具或填充塞的安装或拆卸过程中控制棒18被纵向定位，所以各种标记20经过观察窗34并且被发光二极管照亮以产生被无线网络摄像机50拾取的图片。来自摄像机50的视频图像通过天线64发射，并且可以以包括使用无线个人数字助理或个人电脑的多种方式被接收。因此，操作者可以处在远离包括液压缸10的设备的安全距离处，然而同时操作者可以通过远程控制(未示出)来控制液压缸，并相应控制控制棒18的位置。不管任何原因，如果当控制棒被驱动时高温、有毒或爆炸性的气体或液体要溢出，则操作者可以处在较远的安全距离以排除身体伤害的可能。

系统可以采用包括无线路由器(未示出)的无线网络，用以发送从摄像机天线64发射出的视频信号，以使得诸如个人电脑(PC)或个人数字助理(PDA)的多个监控器能够接收提供控制棒18的位置的图示标记的信号。典型地，这种无线路由器可以安装在不透风雨的塑料罩中并且可以被固定至液压能量单元，诸如被固定至液压缸10。

如前所述，爆炸防护罩42中安置有磁性驱动开关54。通过使用可以邻近爆炸防护罩42的外部经过的磁体，可以开启包括灯的摄像机系统而无需提供到达外壳内部的通路。同样地，当不需要摄像机和灯时，可以使用磁体关闭这些元件。通过使用磁性开关，消除了在爆炸防护罩42的内部与外部之间提供物理连接的必要，从而进一步帮助确保外壳的完整性。

被要求用于照亮标记20的光可以通过所述的光源60提供，然而，术语“发光二极管”包括任何使用电池能量的微型光生成装置。

尽管已经在某种具体程度上描述了本发明，但是显而易见的，在不背离本发明精神和范围的前提下，可以在组件的结构和布置的细节中进行多种变化。应该理解本发明不局限于在此描述的用于实施目的的实施例，而是仅仅受到所附权利要求的范围的限制，包括每个权利要求所涉及的等同物的全部范围。

Claims (10)

1.一种用于其上具有位置指示标记的纵向可定位控制棒的远程监控系统，包括：

外壳，其中容纳有所述控制棒并且侧壁中具有在所述控制棒与外部的外壳表面之间连通的孔；

爆炸防护罩，从外部安装于所述外壳并且具有与所述孔对齐的透明窗口；

摄像机，位于所述爆炸防护罩中并且具有透镜，所述透镜具有通过所述窗口并与所述外壳的孔对齐的光学路径；

无线电发射器，位于所述爆炸防护罩内，所述无线电发射器连接于所述摄像机并且被构造成发射由所述摄像机提供的视频图像信号；以及

电池电源，位于所述爆炸防护罩中，向所述摄像机和发射器供能量以用于提供远程可接收的控制棒位置指示图像。

2.根据权利要求1所述的用于纵向可定位控制棒的远程监控系统，包括：

光源，在所述爆炸防护外壳中，提供经过所述窗口和所述孔的光以照亮所述控制棒。

3.根据权利要求1所述的用于纵向可定位控制棒的远程监控系统，包括：

发射天线，固定于所述爆炸防护罩的外表面并与所述无线电发射器可密封地通信。

4.根据权利要求1所述的用于纵向可定位控制棒的远程监控系统，包括：

磁性可驱动开关，安装在所述爆炸防护罩中并且在所述电池电源与所述摄像机之间连接，通过所述磁性可驱动开关可以利用所述爆炸防护罩外部的装置开启和关闭所述摄像机。

5.根据权利要求2所述的用于纵向可定位控制棒的远程监控系统，包括：

至少一个光源，被支撑在所述爆炸防护罩内，所述光源略微地在所述摄像机透镜的后方以用于照亮所述控制棒上的所述位置指示标记。

6.根据权利要求1所述的用于纵向可定位控制棒的远程监控系统，其中，所述无线电发射器是具有无线网络协议的无线路由器的形式，由此所述视频图像可以被包括个人数字助理和/或个人电脑的多个装置同步接收。

7.根据权利要求1所述的用于纵向可定位控制棒的远程监控系统，其中，容纳所述控制棒的所述外壳包括其中具有所述孔的液压缸安装凸缘元件。

8.根据权利要求1所述的用于纵向可定位控制棒的远程监控系统，其中，所述摄像机和所述无线电发射器彼此结合为一体。

9.根据权利要求5所述的用于纵向可定位控制棒的远程监控系统，其中，所述至少一个光源是发光二极管。

10.根据权利要求1所述的用于纵向可定位控制棒的远程监控系统，包括：

托架，固定于所述外壳且具有所述爆炸防护罩被安装于其上的部分。

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