CN105890485B - 使用伸缩规的测量的方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明题为使用伸缩规的测量的方法和系统。提供一种用于确定物理资产的测量区的尺寸的测量系统。该系统包括伸缩规，其配置成确定与物理资产的测量区对应的一个或多个模拟测量，其中伸缩规包括滑动臂和垂直臂。此外，该系统包括数据数字化仪，其在操作上耦合到伸缩规，并且配置成将一个或多个模拟测量转换成对应的一个或多个数字测量。另外，该系统包括无线单元，其在操作上耦合到伸缩规，并且配置成无线传送一个或多个数字测量。

Description

使用伸缩规的测量的方法和系统

技术领域

本公开的实施例一般涉及伸缩规，以及更具体来说涉及具有改进的可重复性、更好的精度和增强的分辨率的数字无线伸缩规。

背景技术

按常规，伸缩规由现场检查员用于测量元件、例如物理系统/物理资产的孔或管道的内半径。物理资产可包括例如石油和天然气田的组件。伸缩规是间接测量装置，其中伸缩规的头部首先定位在孔或管道内部，并且随后将伸缩规的头部向侧面延伸，以便与孔或管道的侧壁进行接触。此外，从孔或管道中取出伸缩规，并且使用测微计或游标卡尺来测量伸缩规的延伸的头部的长度，以确定孔或管道的内半径。相应地，伸缩规的操作涉及两个步骤，即，测量过程和记录过程。因此，伸缩规的操作是麻烦的，并且涉及人工干预。

另外，物理资产的检查通常需要使用伸缩规来收集数据。数据的这种收集是棘手和费时的。此外，数据必须随后经过分析，以便提供对物理资产的适当监测和检查。数据的分析需要通常不是现场检查员即时可用的计算能力。

另外，采用伸缩规的测量与现场检查员的经验和习惯极为相关。相应地，伸缩规的效率和可重复性可能无法满足期望标准。因此，采用伸缩规的测量可能不准确。不准确测量又可损害物理资产/系统的维修保养。

发明内容

按照本说明书的方面，提供一种用于确定物理资产的测量区的尺寸的测量系统。该系统包括伸缩规，其配置成确定与物理资产的测量区对应的一个或多个模拟测量，其中伸缩规包括滑动臂和垂直臂。此外，该系统包括数据数字化仪，其在操作上耦合到伸缩规，并且配置成将一个或多个模拟测量转换成对应的一个或多个数字测量。另外，该系统包括无线单元，其在操作上耦合到伸缩规，并且配置成无线传送一个或多个数字测量。

按照本说明书的另一方面，提供一种用于确定物理资产的测量区的尺寸的方法。该方法包括使用伸缩规来确定与物理资产的测量区对应的一个或多个模拟测量，其中伸缩规包括垂直臂、至少两个滑动臂或者其组合。此外，该方法包括使用数据数字化仪将一个或多个模拟测量转换成一个或多个数字测量。该方法还包括向处理子系统无线传递一个或多个数字测量。另外，该方法包括基于处理一个或多个数字测量而实时地识别物理资产的条件。

按照本说明书的又一方面，提供一种用于测量物理资产的尺寸的系统。该系统包括：测量子系统，在操作上耦合到物理资产，其中测量子系统包括伸缩规，伸缩规包括垂直臂和至少两个滑动臂，伸缩规设置在物理资产的测量区中，并且配置成确定与物理资产的测量区对应的一个或多个模拟测量；数据数字化仪，在操作上耦合到伸缩规，并且配置成将一个或多个模拟测量转换成一个或多个对应数字测量；以及无线单元，在操作上耦合到伸缩规、数据数字化仪或者两者，并且配置成无线传送一个或多个数字测量。此外，该系统包括处理子系统，其配置成基于一个或多个数字测量、数字测量的系列或者其组合实时地识别物理资产的条件。

技术方案1：一种用于确定物理资产的测量区的尺寸的测量系统，包括：

伸缩规，配置成确定与所述物理资产的所述测量区对应的一个或多个模拟测量，其中所述伸缩规包括滑动臂和垂直臂；

数据数字化仪，在操作上耦合到所述伸缩规，并且配置成将所述一个或多个模拟测量转换成对应的一个或多个数字测量；以及

无线单元，在操作上耦合到所述伸缩规，并且配置成无线传送所述一个或多个数字测量。

技术方案2：如技术方案1所述的系统，其中，所述测量区包括膛、孔、管道或者其组合。

技术方案3：如技术方案1所述的系统，其中，所述测量区具有均匀尺寸、变化尺寸或者其组合。

技术方案4：如技术方案1所述的系统，其中，所述伸缩规还包括耦合单元，其配置成将所述滑动臂耦合到所述垂直臂，并且其中所述耦合单元包括多个齿轮。

技术方案5：如技术方案1所述的系统，其中，所述伸缩规还包括弹簧，其配置成将所述滑动臂耦合到所述垂直臂。

技术方案6：如技术方案1所述的系统，还包括双级钮，其设置在所述伸缩规上，并且配置成移动所述伸缩规的所述滑动臂和所述垂直臂。

技术方案7：如技术方案1所述的系统，其中，所述数据数字化仪包括旋转编码器、线性位置编码器或者其组合。

技术方案8：如技术方案1所述的系统，其中，所述数据数字化仪还配置成生成数字测量的系列。

技术方案9：如技术方案8所述的系统，还包括处理子系统，其配置成基于所述一个或多个数字测量、所述数字测量的系列或者其组合实时地确定所述物理资产的条件。

技术方案10：如技术方案9所述的系统，其中，所述处理子系统还配置成处理所述数字测量的系列，以生成所述数字测量的系列的专用解释。

技术方案11：如技术方案1所述的系统，其中，所述垂直臂、所述滑动臂或者所述垂直臂和所述滑动臂两者包括有齿段。

技术方案12：一种用于确定物理资产的测量区的尺寸的方法，所述方法包括：

使用伸缩规来确定与所述物理资产的所述测量区对应的一个或多个模拟测量，其中所述伸缩规包括垂直臂、至少两个滑动臂或者其组合；

使用数据数字化仪将所述一个或多个模拟测量转换成一个或多个数字测量；

向处理子系统无线地传递所述一个或多个数字测量；以及

基于处理所述一个或多个数字测量而实时地识别所述物理资产的条件。

技术方案13：如技术方案12所述的方法，还包括将所述伸缩规设置在与所述物理资产对应的所述测量区中。

技术方案14：如技术方案12所述的方法，其中，所述伸缩规还包括弹簧、轴、多个齿轮或者其组合。

技术方案15：如技术方案14所述的方法，其中，将所述伸缩规设置在所述测量区中还包括引起所述多个齿轮、所述弹簧、所述轴、所述至少两个滑动臂、所述垂直臂或者其组合的移动，使得所述伸缩规的所述至少两个滑动臂在操作上耦合到所述测量区的侧壁。

技术方案16：如技术方案15所述的方法，其中，确定所述一个或多个模拟测量包括确定所述多个齿轮的旋转角、所述至少两个滑动臂和所述垂直臂中的至少一个的线性位移或者其组合。

技术方案17：如技术方案16所述的方法，其中，将所述一个或多个模拟测量转换成所述一个或多个数字测量包括将所述旋转角、所述至少两个滑动臂和所述垂直臂中的至少一个的所述线性位移转换为所述一个或多个数字测量。

技术方案18：如技术方案12所述的方法，还包括生成数字测量的系列。

技术方案19：如技术方案18所述的方法，其中，实时地识别所述物理资产的所述条件包括将所述一个或多个数字测量、所述数字测量的系列或者其组合与基线值进行比较，以查明所述物理资产的所述条件。

技术方案20：如技术方案12所述的方法，其中，实时地识别所述物理资产的所述条件包括：

基于所述一个或多个数字测量来计算预期测量；以及

将所述一个或多个数字测量与所述预期测量进行比较，以识别所述物理资产的所述条件。

技术方案21：一种用于测量物理资产的尺寸的系统，所述系统包括：

测量子系统，在操作上耦合到所述物理资产，其中所述测量子系统包括：

伸缩规，包括垂直臂和至少两个滑动臂，其中所述伸缩规设置在所述物理资产的测量区中，并且配置成确定与所述物理资产的所述测量区对应的一个或多个模拟测量；

数据数字化仪，在操作上耦合到所述伸缩规，并且配置成将所述一个或多个模拟测量转换成对应的一个或多个数字测量；

无线单元，在操作上耦合到所述伸缩规、所述数据数字化仪或两者，并且配置成无线传送所述一个或多个数字测量；以及

处理子系统，配置成基于所述一个或多个数字测量、数字测量的系列或者其组合实时地识别所述物理资产的条件。

技术方案22：如技术方案21所述的系统，其中，所述系统还包括设置在所述伸缩规上的双级钮，并且所述双级钮配置成移动所述伸缩规的所述至少两个滑动臂和所述垂直臂，以便将所述至少两个滑动臂和所述垂直臂在操作上耦合到所述物理资产的所述测量区的侧壁。

附图说明

通过参照附图阅读以下详细描述，将会更好地了解本公开的这些及其他特征、方面和优点，附图中，相似标号通篇表示相似部件，附图包括：

图1是按照本公开的方面的示范测量和分析系统的框图表示；

图2是按照本公开的方面、供图1的示范系统中使用的示范测量子系统的一个实施例的图解表示；

图3是按照本公开的方面、供图1的示范系统中使用的示范测量子系统的另一个实施例的图解表示；

图4和图5是按照本公开的方面、供图1的示范系统中使用的、具有数据数字化仪的示范测量子系统的其他实施例的图解表示；

图6是按照本公开的方面、使用图1的示范测量和分析系统来测量物理资产的尺寸的图解表示；以及

图7是按照本公开的方面、使用图1的测量和分析系统来测量与物理资产对应的尺寸的方法的图解表示。

具体实施方式

除非另加说明，否则本文所使用的科技术语具有与本说明书所属领域的技术人员普遍理解的相同的含意。本文所使用的术语“第一”、“第二”等并不表示任何顺序、量或重要性，而是用来区分各个元件。另外，术语“一”和“一个”并不表示数量的限制，而是表示存在引用项的至少一个。术语“或者”表示包含在内，并且表示所列项的一个、部分或全部。本文中使用“包括”、“包含”或“具有”及其变化意在包含以下列示项及其等效体以及其他项。术语“连接”和“耦合”并不是限制到物理或机械连接或者耦合，而是能够包括无论是直接还是间接的电连接或耦合。此外，术语“电路”和“控制器”可包括单个组件或者多个组件，其是有源和/或无源的并且连接或者耦合在一起以提供所述功能。

如下文将详细描述，提供一种测量和分析系统。该测量和分析系统包括测量子系统，其可用于测量物理资产的尺寸。具体来说，提供一种用于测量与物理资产、非限制性地例如石油和天然气田对应的测量区的尺寸的数字无线伸缩规。采用以下所述的测量和分析系统，可得到具有改进的可重复性、更好的精度和增强的分辨率的测量和分析系统。

现在来看附图，并且作为举例，图1中示出按照本公开的方面的示范测量和分析系统的图解表示100。测量和分析系统100包括测量子系统102和处理子系统106。测量子系统102可用来测量和分析与物理资产104对应的测量区的尺寸。如本文所使用的术语“测量区的尺寸”可用来表示测量区的直径、半径、长度、宽度等。物理资产104可包括石油和天然气田的组件，非限制性地例如管线和管材。此外，与物理资产104对应的测量区可包括膛、孔、管道等。

另外，在某些实施例中，物理资产104可具有均匀尺寸。作为举例，在一个实施例中，物理资产104可包括管道。相应地，与管道对应的测量区的尺寸、例如半径和/或直径在管道的整个长度可以是均匀的。但是，在某些其他实施例中，物理资产104可具有圆锥形状。相应地，圆锥形状物理资产104的测量区的尺寸、例如半径和/或直径可沿圆锥形状物理资产104的长度改变。示范测量和分析系统100可配置成有效地测量具有均匀尺寸和/或变化尺寸的物理资产104的尺寸。

在当前考虑的配置中，测量子系统102可包括伸缩规108、数据数字化仪110和无线单元112。伸缩规108可包括垂直臂、滑动臂、多个齿轮或者其组合。伸缩规108可用来测量膛、孔和/或管道的尺寸。此外，在一个实施例中，伸缩规108可配置成确定与测量区对应的模拟测量。如本文所使用的术语“模拟测量”可用来表示伸缩规108的垂直和/或滑动臂的线性位移、伸缩规108的多个齿轮的旋转角或者其组合。在一个示例中，模拟测量连同时间戳一起确定。如本文所使用的术语“时间戳”可用来表示测量模拟测量的时间。在一个示例中，具有时间戳的模拟测量可表示为3.789mm@2014-08-27 09:55:18:067。将针对图2和图3更详细说明示范伸缩规108的不同实施例。

按照本公开的方面，数据数字化仪110可在操作上耦合到伸缩规108。数据数字化仪110可配置成将伸缩规108所确定的模拟测量转换成对应数字测量。如本文所使用的术语“数字测量”可用来表示与模拟测量对应的数字读出。数字读出的一个示例可包括示出物理资产104的测量区的尺寸的数值显示。

此外，在某些实施例中，测量子系统104以及具体来说是数据数字化仪110可配置成连续将伸缩规108所测量的模拟测量数字化。作为举例，数据数字化仪110可配置成每秒将大约100个模拟测量数字化。数字测量可由处理子系统106来处理。另外，经处理的数字测量可用来确定物理资产的状态或条件。在一个示例中，物理资产的条件可包括物理资产的健康条件或者有故障/异常条件。

另外，数据数字化仪110可配置成生成数字测量的系列。数字测量的系列然后可由处理子系统106来处理，以生成数字测量的系列的专用解释。在一个示例中，处理子系统106可配置成对所确定时间周期来监测数字测量的任何变化。相应地，在这个示例中，数字测量的系列可包括时间索引数字测量。在另一个示例中，数字测量的系列可对应于沿物理资产104的预期长度所获取的测量范围。在这个示例中，预期测量可从数字测量的系列来推断和/或内插。

在又一示例中，数字测量的系列可经过平滑，以生成平滑的数字测量的系列。在某些实施例中，处理子系统106可配置成通过对数字测量的系列求平均来生成经平滑的数字测量的系列。此外，处理子系统106还可配置成基于经平滑的数字测量的系列来识别预期测量。在一个示例中，预期测量可表示与经平滑的数字测量的系列对应的最大值。此外，预期测量可用来识别物理资产104的条件。预期测量的使用帮助使因现场操作员的主观判断引起的误差为最小。

在一个非限制性示例中，数据数字化仪110可包括线性位置编码器、旋转编码器或者其组合。将针对图4和图5更详细说明采用其他类型的数据数字化仪的伸缩规的不同实施例。

此外，无线单元112可在操作上耦合到数据数字化仪110和处理子系统106。一旦模拟测量由数据数字化仪110转换成对应数字测量，无线单元112可配置成向处理子系统106无线传递数字测量。多种通信协议可用来传送数字测量。用来传送数字测量的接口的一些示例包括但不限于通用串行总线(“USB”)、推荐标准232(“RS232”)、串行外设接口总线(“SPI”)、集成电路间(“I2C”)、模拟接口和其他专有I/O接口。

此外，一些无线技术的示例，无线单元112可使用非限制性地诸如Bluetooth技术、超宽带技术和局域无线技术(例如Wi-Fi)之类的不同无线技术来传递数字测量。在一个示范实施例中，无线单元112可采用Bluetooth®低能量(“BLE”)协议与处理子系统106进行通信。可注意，BLE又称作Bluetooth SMART®。Bluetooth和Bluetooth SMART是BluetoothSpecial Interest Group(Kirkland，Washington)的注册商标。BLE协议由无线单元112的使用是有利的，因为消耗较低功率，同时保持与Bluetooth关联的通信范围。可由无线单元112来采用其他无线协议，包括例如802.11b、Bluetooth和ZigBee®(ZigBee是ZigBeeAlliance (San Ramon，California)的注册商标)。

此外，由数据数字化仪110所生成的数字测量由处理子系统106来处理和分析。在一个非限制性示例中，处理子系统106可包括计算机、智能电话、i-pad、i-phone、平板或者其组合。在处理子系统106是诸如智能电话、i-phone或者其组合之类的移动装置的情况下，处理子系统106实现与测量子系统102的普遍存在的连通性、便携性和互通。

可注意，在某些实施例中，解释或得出来自数字测量的系列的推断可能是复杂的并且因此需要复杂处理。复杂处理可能超出移动装置的处理能力，和/或可要求在移动装置上可能不是现成可用的附加信息的上下文。在这个示例中，处理子系统106可配置成依靠附加计算资源和/或存储和数据库结构(例如云)。在某些实施例中，附加资源可包括远程服务器。

另外，系统100可配置成基于测量子系统102以及具体来说是数据数字化仪110所生成的数字测量来确定物理资产104的条件。在一个实施例中，处理子系统106可配置成将经处理的数字测量与基线值进行比较，以识别物理资产104的条件。在一个示例中，物理资产104的条件可包括物理资产104的健康条件或异常条件。由测量子系统102所生成的、位于容许值的所确定范围之外的数字测量的值可指示物理资产104的异常条件。如果由处理子系统106识别物理资产104的异常条件，则与异常条件有关的信息可传递给现场操作员。在一个实施例中，与异常条件有关的信息可经由激活报警和/或激活视觉显示来传递。虽然图1的示例将处理子系统106表示为独立单元，但是在一个示例中，处理子系统106可形成测量子系统102的一部分。将针对图6更详细说明测量和分析系统100。还将针对图7更详细说明使用测量子系统102来测量物理资产的尺寸的方法。

现在参照图2，示出按照本公开的方面、供图1的示范系统100中使用的示范测量子系统的一个实施例的图解表示200。测量子系统200包括伸缩规201(例如图1的伸缩规108)、双级钮（two stage knob）208和无线单元210。伸缩规201包括滑动臂202、垂直臂204和耦合单元206。滑动臂202可在滑动臂202的两个自由端包括至少两个接触帽212。

此外，滑动臂202可经由耦合单元206来耦合到垂直臂204。此外，耦合单元206可包括弹簧218、轴220和多个齿轮215。多个齿轮215包括大齿轮214和小齿轮216。在一个示例中，弹簧218可以是螺旋弹簧、线性螺旋弹簧或者其组合。轴220和弹簧218可在操作上耦合到大齿轮214和小齿轮216。按照本公开的方面，大齿轮214和小齿轮216可经由齿轮转换来提供大约2.5倍或以上的机械放大。这个机械放大帮助增强测量子系统200的分辨率。

此外，双级钮208可在操作上耦合到测量子系统200的垂直臂204。双级钮208配置成移动伸缩规201的滑动臂202和垂直臂204。具体来说，垂直臂204可通过采用双级钮208沿朝上方向226或者沿朝下方向230来移动。双级钮208沿朝上方向226的移动可使垂直臂204朝上移动。类似地，沿朝下方向230移动双级钮208可引起垂直臂204的朝下移动。

此外，按照本公开的方面，垂直臂204可包括第一有齿段222。另外，滑动臂202的每个可包括对应第二有齿段224。在图2的示例中，垂直臂204的第一有齿段222在操作上耦合到大齿轮214。大齿轮214又耦合到小齿轮216。此外，小齿轮216可在操作上耦合到滑动臂202的第二有齿段224。更具体来说，第一和第二有齿段222、224帮助经由大和小齿轮214、216将垂直臂204耦合到滑动臂202。这个耦合又可帮助垂直臂204和滑动臂202的往复移动。在一个示例中，垂直臂204沿朝上方向226的移动可引起大齿轮214的旋转。大齿轮214的旋转可引起小齿轮216的旋转移动，这又引起滑动臂202的朝外移动228。

按照本公开的方面，伸缩规201可用来测量与物理资产、例如图1的物理资产104对应的测量区的尺寸、例如直径。相应地，伸缩规201可设置在物理资产的测量区中。此外，伸缩规201的垂直臂204可沿朝上方向226来移动。相应地，大齿轮214、小齿轮216、轴220和弹簧218进行旋转，从而使滑动臂202沿朝外方向228移动。滑动臂202的这个朝外移动使滑动臂202与物理资产的测量区牢固地接合。更具体来说，滑动臂202可经由伸缩规201的接触帽212与测量区的侧壁牢固地接合。垂直臂204沿朝上或朝下方向的运动以及滑动臂202沿朝内或朝外方向的运动可统称为线性位移。

一旦滑动臂202与测量区接合，测量区的尺寸可基于垂直臂204的朝上位移或者滑动臂202的朝外位移来确定。在另一个示例中，当滑动臂202与测量区的侧壁接合时，测量区的尺寸可基于大齿轮214和/或小齿轮216的旋转角来确定。另外，在垂直臂204沿朝下方向230的移动的情况下，滑动臂202可沿朝内方向232移动，由此将滑动臂202与测量区的侧壁脱离。

滑动臂202和/或垂直臂204的线性位移以及大齿轮214和/或小齿轮216的旋转角可称作模拟测量。模拟测量可通过采用数据数字化仪、例如图1的数据数字化仪110来转换为数字测量。数据数字化仪可在操作上耦合到滑动臂202、垂直臂204、耦合单元206或者其组合。此外，数字测量可通过采用无线单元210来传递给处理子系统、例如图1的处理子系统106。在图2的示例中，无线单元210可设置在测量子系统200的垂直臂204上。在一个实施例中，无线单元210可配置成通过沿横向移动双级钮208将数字测量从测量子系统200传递给处理子系统。

现在来看图3，示出按照本公开的方面、供图1的示范系统100中使用的示范测量子系统300的另一个实施例的图解表示。可注意，测量子系统300与图2的测量子系统200相似。

测量子系统300包括伸缩规301。伸缩规301包括垂直臂304、两个滑动臂302和耦合单元306。耦合单元306可包括弹簧。在一个实施例中，弹簧306可设置在垂直臂304上，其中垂直臂304可以是销形结构。此外，在图2的实施例中，采取弹簧形式的耦合单元306用来将垂直臂304在操作上耦合到滑动臂302。将垂直臂304耦合到滑动臂302的图2的布置可称作楔形耦合。图3的测量子系统300可用于测量极小范围的测量。在一个示例中，测量范围可在大约0.1英寸至大约0.5英寸的范围中。此外，在一个示例中，示范工具、例如测量子系统300可用于大约0.1英寸的间隙中，并且要求大约0.0001英寸的准确度。

为了确定测量区、例如较小膛/孔的尺寸，伸缩规301以及具体来说是伸缩规301的滑动臂302可设置在测量区中。此外，垂直臂304可沿朝上方向308位移，使得滑动臂302向侧面310位移。垂直臂304的这种移动使滑动臂302与测量区的侧壁牢固地接合。在一个示例中，垂直臂304可通过采用双级钮、例如图2的双级钮208沿朝上方向308位移。一旦滑动臂302与测量区的侧壁接合，滑动臂302的位移和垂直臂304的位移可经由使用数据数字化仪、例如图1的数据数字化仪110来转换为对应数字测量。此外，可将数字测量传递给处理子系统、例如图1的处理子系统106。无线单元、例如图2的无线单元210帮助向处理子系统无线传递数字测量。

图4和图5是按照本公开的方面、供图1的系统100中使用的、具有数据数字化仪的示范测量子系统的其他实施例的图解表示。更具体来说，在图4-5的实施例中，数据数字化仪是伸缩规的整体部分。

图4是具有数据数字化仪的示范测量子系统的图解表示400。系统400配置用于图1的示范系统中。测量子系统400可包括伸缩规401和数据数字化仪406。在图4的示例中，数据数字化仪406可以是旋转编码器。伸缩规401包括滑动臂402、垂直臂404和耦合单元(未示出)。在一个示例中，耦合单元配置成耦合滑动臂402和垂直臂404。耦合单元可包括大齿轮、小齿轮、轴和弹簧。可注意，系统400的耦合单元可与图2的耦合单元206基本上相似。此外，旋转编码器406可耦合到耦合单元。

如上所述，在测量物理资产、例如图1的物理资产104的测量区的尺寸的同时，滑动臂402可设置在测量区中，以及垂直臂404可沿朝上方向来移动，从而使耦合单元旋转。具体来说，垂直臂404沿朝上方向的移动使耦合单元的大齿轮和小齿轮旋转，由此使滑动臂402沿朝外方向来移动。因此，滑动臂402可与测量区的侧壁牢固地接合。一旦适当地接合滑动臂402，测量区的尺寸可从大齿轮和/或小齿轮的旋转角来确定。大齿轮和/或小齿轮的旋转角可提供模拟测量。按照本公开的方面，旋转编码器406可配置成将与大齿轮和/或小齿轮的旋转角对应的模拟测量转换成对应数字测量。如先前所述，数字测量表示测量区的直径的数字读出。旋转编码器406可包括绝对旋转编码器、增量旋转编码器、基于磁极化的旋转编码器或者其组合。

图5是按照本公开的方面、供图1的示范系统中使用的、具有线性位置编码器的示范测量子系统的图解表示。可注意，线性位置编码器也可分别用于图2和图3的测量子系统200、300中。

测量子系统500可包括伸缩规501和数据数字化仪506。在图5的示例中，数据数字化仪506可以是线性位置编码器。具体来说，线性位置编码器506可配置成提供数字测量。伸缩规501包括滑动臂502和垂直臂504。此外，伸缩规501包括耦合单元、例如图2的耦合单元206，以用于耦合滑动臂502和垂直臂504。在一个实施例中，线性位置编码器506可包括传感器、换能器或者与对位置进行编码的标度所组对的读取头。在线性位置编码器506是与对位置进行编码的标度所组对的读取头的示例中，可从标度来得到测量，并且可将编码位置值转换为数字测量。

线性位置编码器506可以是增量线性编码器或绝对线性编码器。此外，在某些实施例中，线性位置编码器506是磁线性编码器、电容线性编码器、电感线性编码器、涡流线性编码器、光学线性编码器或者其组合。光学线性编码器使用诸如阴影、自成像和干涉测量技术之类的光学技术进行操作。

如以上针对图2所述，一旦滑动臂接合到测量区的侧壁，测量区的尺寸可基于垂直臂的朝上位移和/或滑动臂的朝外位移来确定。在图5的示例中，线性位置编码器506可设置在伸缩规501的滑动臂502的每个上。在这个实施例中，由滑动臂502上的线性位置编码器506所记录的读数/测量可用来生成与测量区的尺寸对应的数字测量。在图5的示例中，滑动臂502彼此无关。因此，与各滑动臂502对应的线性位置编码器506测量对应滑动臂502的位置。此外，测量区的尺寸可通过组合由线性位置编码器506所记录、与滑动臂502的每个对应的读数来确定。

但是，在另一个实施例中，线性位置编码器506可设置在伸缩规501的垂直臂504上。在这个示例中，线性位置编码器506可配置成基于垂直臂504的朝上位移来提供与测量区的尺寸对应的数字测量。

现在来看图6，示出用于确定物理资产602的测量的示范测量和分析系统的使用的图解表示600。作为举例，系统600配置成测量物理资产602的测量区604的尺寸。如先前所述，测量区604可沿物理资产602的长度具有均匀尺寸。但是，在某些实施例中，测量区604可具有沿物理资产602的长度改变的尺寸。测量和分析系统600包括测量子系统606和处理子系统610。测量子系统606与图2和图3的测量子系统200、300相似。处理子系统也可与图1的处理子系统106相似。

测量子系统606包括伸缩规601、双级钮612、数据数字化仪614和无线单元616。伸缩规601还包括滑动臂618和垂直臂620。滑动臂618经由耦合单元、例如图2的耦合单元206来耦合到垂直臂620。

测量子系统606可设置在物理资产602的测量区604中，以便得到测量区604的尺寸的测量。相应地，测量子系统606可定位成使得测量子系统606的滑动臂618位于测量区604中。双级钮612可用来移动伸缩规601的滑动臂618和垂直臂620，使得滑动臂618与测量区604的侧壁608牢固地接合。一旦滑动臂618与测量区604的侧壁608牢固地接合，数据数字化仪614可用来将滑动臂618和/或垂直臂620的位移或者耦合单元的齿轮的旋转角转换为数字测量。

此外，无线单元616可用于将数字测量从测量子系统606无线地传递给处理子系统610。在一个实施例中，双级钮612的横向移动帮助将数字测量从测量子系统606传递给处理子系统610。在一些实施例中，处理子系统610可包括计算机、智能电话、iPad、iPhone、平板或者其组合。

按照本公开的其他方面，系统600可配置成识别物理资产602的条件。更具体来说，系统600可配置成基于测量子系统606所生成的数字测量来确定物理资产602的条件。在一个实施例中，处理子系统610可配置成将数字测量与基线值进行比较，以便识别物理资产602的条件。可注意，基线值可基于现场试验、实验模拟等确定。在一个示例中，物理资产的条件可包括物理资产的健康条件和异常条件中的至少一个。

图7是示出按照本公开的方面、用于测量和分析物理资产的方法的流程图700。将针对图1、图2和图6的元件来说明图7的方法。该方法开始于步骤702，其中伸缩规601设置在物理资产602的测量区604中。更具体来说，伸缩规601可定位成使得伸缩规601的滑动臂618位于测量区604中。如先前所述，物理资产可包括石油和天然气田的组件。与物理资产602对应的测量区604还可包括膛、孔、管道或者其组合。

此外，在步骤704，与物理资产602的测量区604对应的一个或多个模拟测量可使用伸缩规601来确定。为此，伸缩规601的滑动臂618移动成使得滑动臂618与测量区604的侧壁608牢固地接合。在一个实施例中，可移动/旋转双级钮612，以便移动滑动臂618。一旦滑动臂618与侧壁612接合，可得到与测量区604对应的模拟测量。如先前所述，模拟测量表示伸缩规601的垂直和/或滑动臂的位移、伸缩规601的多个齿轮的旋转角或者其组合。

随后，在步骤706，可将与物理资产602的测量区604对应的一个或多个模拟测量转换成一个或多个对应数字测量。在一个实施例中，测量的模拟值可经由使用数据数字化仪614来转换为对应数字测量。在某些实施例中，可生成数字测量的系列。在一个示例中，数据数字化仪614可用来生成数字测量的系列。另外，在一个示例中，处理子系统106可配置成对所确定时间周期来监测数字测量的任何变化。相应地，在这个示例中，数字测量的系列可包括时间索引数字测量。在另一个示例中，数字测量的系列可对应于沿物理资产104的预期长度所获取的测量范围。在这个示例中，预期测量可从数字测量的系列来推断和/或内插。

在又一示例中，数字测量的系列可经过平滑，以生成平滑的数字测量的系列。在某些实施例中，处理子系统106可配置成通过对数字测量的系列求平均来生成经平滑的数字测量的系列。此外，处理子系统106还可配置成基于经平滑的数字测量的系列来识别预期测量。在一个示例中，预期测量可表示与经平滑的数字测量的系列对应的最大值。此外，预期测量可用来识别物理资产104的条件。预期测量的使用帮助使因现场操作员的主观判断引起的误差为最小。在一个实施例中，数据数字化仪614可包括旋转编码器、线性位置编码器等。

另外，在步骤708，一个或多个数字测量可无线地传递给处理子系统610。在某些实施例中，无线单元616可用于将数字测量从测量子系统606无线地传递给处理子系统610。另外，在一个实施例中，双级钮612的横向移动帮助将数字测量从测量子系统606传递给处理子系统610。类似地，数字测量的云可从无线单元610无线地传递给处理子系统610。

此外，在步骤710，一个或多个数字测量或者数字测量的系列可实时地处理，以识别物理资产602的条件。在某些实施例中，处理子系统610可用来通过实时地处理数字测量，来识别物理资产602的条件。作为举例，数字测量的系列可由处理子系统106来处理，以生成数字测量的系列的专用解释。具体来说，处理子系统610可配置成将数字测量与基线值进行比较，以识别物理资产602的条件。在一个示例中，物理资产602的条件可以是物理资产602的健康条件或异常条件。如果识别异常条件，则可激活报警或视觉显示，以便相应地通知现场操作员。

在某些其他实施例中，处理子系统610可配置成处理数字测量的云，以生成经平滑的数字测量的云。在一个示例中，处理子系统610可采用平滑算法来生成经平滑的数字测量的云。另外，处理子系统610可配置成基于经平滑的数字测量的云来识别预期测量。在一个示例中，预期测量可表示与经平滑的数字测量的云对应的最大值。在这个示例中，处理子系统610可配置成基于预期测量与基线值的比较来识别物理资产602的条件。

此外，上述示例、实证和过程步骤(例如可由系统来执行的那些步骤)可通过基于处理器的系统、例如通用或专用计算机上的适当代码来实现。还应当注意，本公开的不同实现可按照不同顺序或者实质上同时、即并行地执行本文所述步骤的部分或全部。此外，功能可通过多种编程语言来实现，包括但不限于C、C++或Java。这种代码可存储或者适合于存储在可由基于处理器的系统来访问以运行所存储代码的一个或多个有形机器可读介质上，例如数据资料库芯片、本地或远程硬盘、光盘(即，CD或DVD)，存储器或其他介质上。注意，有形介质可包括其上印制了指令的纸张或另一种适当介质。例如，指令能够经由纸张或其他介质的光学扫描以电子方式捕获，然后经过编译、解释或者根据需要以适当方式处理，并且然后存储在数据资料库或存储器中。

上文所述的用于测量与物理资产对应的尺寸的系统和方法的各个实施例提供用于测量物理的尺寸并且通过处理所测量尺寸来确定物理资产的条件的框架。此外，系统和方法提供对物理资产的尺寸的自动化数字测量，由此促进物理资产的测量的增强效率和可重复性。因此，可得到多组测量数据，其没有人工误差。另外，系统和方法促进多组测量数据的更简单和更快速收集和分析。此外，系统和方法还允许数字测量的实时分析，由此及时提供关于物理资产的条件的信息，其又可帮助促进物理资产的维修和保养。

虽然已经参照示范实施例描述了本发明，但本领域的技术人员会理解，可进行各种变更，并且等效方案可代替其中的元件，而没有背离本发明的范围。另外，可对本发明的理论进行许多修改以适合具体情况或材料，而没有背离其本质范围。

Claims (20)

1.一种用于确定物理资产的测量区的尺寸的测量系统，包括：

伸缩规，配置成确定与所述物理资产的所述测量区对应的一个或多个模拟测量，其中所述伸缩规包括滑动臂、垂直臂和将所述滑动臂耦合到所述垂直臂的耦合单元，并且其中所述耦合单元配置成移动所述滑动臂和所述垂直臂；

数据数字化仪，在操作上耦合到所述伸缩规，并且配置成将所述一个或多个模拟测量转换成对应的一个或多个数字测量；以及

无线单元，在操作上耦合到所述伸缩规，并且配置成无线地传送所述一个或多个数字测量，

其中，所述耦合单元包括沿轴设置的第一齿轮和第二齿轮，所述第一齿轮耦合到所述垂直臂的有齿段，所述第二齿轮耦合到所述滑动臂的有齿段，并且所述第一齿轮的尺寸大于所述第二齿轮的尺寸。

2.如权利要求1所述的系统，其中，所述测量区包括膛、孔、管道或者其组合。

3.如权利要求1所述的系统，其中，所述测量区具有均匀尺寸、变化尺寸或者其组合。

4.如权利要求1所述的系统，其中，所述伸缩规还包括弹簧，其配置成将所述滑动臂耦合到所述垂直臂。

5.如权利要求1所述的系统，其中，所述数据数字化仪包括旋转编码器、线性位置编码器或者其组合。

6.如权利要求1所述的系统，其中，所述数据数字化仪还配置成生成数字测量的系列。

7.如权利要求6所述的系统，还包括处理子系统，其配置成基于所述一个或多个数字测量、所述数字测量的系列或者其组合实时地确定所述物理资产的条件。

8.如权利要求7所述的系统，其中，所述处理子系统还配置成处理所述数字测量的系列，以生成所述数字测量的系列的专用解释。

9.如权利要求1所述的系统，还包括：双级钮，设置在所述垂直臂上并且配置成移动所述伸缩规的所述垂直臂。

10.一种用于确定物理资产的测量区的尺寸的方法，所述方法包括：

使用伸缩规来确定与所述物理资产的所述测量区对应的一个或多个模拟测量，其中所述伸缩规包括垂直臂、至少两个滑动臂和将所述至少两个滑动臂耦合到所述垂直臂的耦合单元，并且其中所述耦合单元配置成移动所述至少两个滑动臂和所述垂直臂；

使用数据数字化仪将所述一个或多个模拟测量转换成一个或多个数字测量；

向处理子系统无线地传递所述一个或多个数字测量；以及

基于处理所述一个或多个数字测量而实时地识别所述物理资产的条件，

其中，所述耦合单元包括沿轴设置的第一齿轮和第二齿轮，所述第一齿轮耦合到所述垂直臂的有齿段，所述第二齿轮耦合到所述滑动臂的有齿段，并且所述第一齿轮的尺寸大于所述第二齿轮的尺寸。

11.如权利要求10所述的方法，还包括将所述伸缩规设置在与所述物理资产对应的所述测量区中。

12.如权利要求10所述的方法，其中，所述伸缩规还包括弹簧。

13.如权利要求12所述的方法，其中，将所述伸缩规设置在所述测量区中还包括引起所述多个齿轮、所述弹簧、所述轴、所述至少两个滑动臂、所述垂直臂或者其组合的移动，使得所述伸缩规的所述至少两个滑动臂在操作上耦合到所述测量区的侧壁。

14.如权利要求13所述的方法，其中，确定所述一个或多个模拟测量包括确定所述多个齿轮的旋转角、所述至少两个滑动臂和所述垂直臂中的至少一个的线性位移或者其组合。

15.如权利要求14所述的方法，其中，将所述一个或多个模拟测量转换成所述一个或多个数字测量包括将所述旋转角、所述至少两个滑动臂和所述垂直臂中的至少一个的所述线性位移转换为所述一个或多个数字测量。

16.如权利要求10所述的方法，还包括生成数字测量的系列。

17.如权利要求16所述的方法，其中，实时地识别所述物理资产的所述条件包括将所述一个或多个数字测量、所述数字测量的系列或者其组合与基线值进行比较，以查明所述物理资产的所述条件。

18.如权利要求10所述的方法，其中，实时地识别所述物理资产的所述条件包括：

基于所述一个或多个数字测量来计算预期测量；以及

将所述一个或多个数字测量与所述预期测量进行比较，以识别所述物理资产的所述条件。

19.一种用于测量物理资产的尺寸的系统，所述系统包括：

测量子系统，在操作上耦合到所述物理资产，其中所述测量子系统包括：

伸缩规，包括垂直臂、至少两个滑动臂和将所述至少两个滑动臂耦合到所述垂直臂的耦合单元，其中所述伸缩规设置在所述物理资产的测量区中并且配置成确定与所述物理资产的所述测量区对应的一个或多个模拟测量，并且其中所述耦合单元配置成移动所述至少两个滑动臂和所述垂直臂；

数据数字化仪，在操作上耦合到所述伸缩规，并且配置成将所述一个或多个模拟测量转换成对应的一个或多个数字测量；

无线单元，在操作上耦合到所述伸缩规、所述数据数字化仪或两者，并且配置成无线地传送所述一个或多个数字测量；以及

处理子系统，配置成基于所述一个或多个数字测量、数字测量的系列或者其组合实时地识别所述物理资产的条件，

其中，所述耦合单元包括沿轴设置的第一齿轮和第二齿轮，所述第一齿轮耦合到所述垂直臂的有齿段，所述第二齿轮耦合到所述滑动臂的有齿段，并且所述第一齿轮的尺寸大于所述第二齿轮的尺寸。

20.如权利要求19所述的系统，其中，所述测量子系统还包括设置在所述垂直臂上的双级钮，并且所述双级钮配置成移动所述垂直臂。

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