CN111902717A - 从多个独立的传感器通过一共用的线缆提交数据的系统和方法 - Google Patents

Abstract

一种超声测量系统包括：一基本装置；一超声变换器，相对所述基本装置远程；一温度感测系统，相对所述基本装置远程；以及一电线缆。所述基本装置包括：一电源；一脉冲发送器/接收器；以及一基本装置控制器，可操作地连接于所述电源和所述脉冲发送器/接收器。所述超声变换器包括一压电元件。所述温度感测系统包括可操作地连接于一温度传感器的一温度测量仪。所述电线缆包括第一和第二电导体，其中所述第一和第二导体电连接所述基本装置、所述超声变换器和所述温度感测系统。还提供了一种测量一对象的一厚度的方法以及进一步的一种测量系统。

Description

从多个独立的传感器通过一共用的线缆提交数据的系统和 方法

相关申请

本申请主张于2018年3月22提交的美国专利申请US62/646664的优先权，该美国专利申请通过援引并入。

技术领域

本公开概括而言涉及针对提炼厂、管线、造纸厂、电厂和其它重工业厂中的管壁减薄进行监测的超声测量系统。本公开更特别地涉及一种温度补偿的超声测量系统和一种采用其的方法。

背景技术

存在着需要连续地监测具有资产(诸如管、容器、阀和锅炉)的各种厂(例如提炼厂、管线、造纸厂、电厂和其它重工业厂)的健康状况，资产具有随时间可能变化或退化的壁厚。资产的完整性可在操作期间(即在线或“在生产中”)或整个厂或某些资产停运的检修(turnarounds)期间进行检验。因此，当资产的温度升高时，有时进行在线或在生产中的检验。

无损测试技术的一选择由诸如API510或API570的管理工业标准涵盖。一般地，人们能够在如视觉测试、磁性颗粒测试和流体渗透测试的表面检验技术和诸如射线(radiographic)测试和超声测试的体检验技术之间进行区分。与射线测试互补的超声壁厚测试是在本领域中使用的最通用的检验技术。

常规例行的厂检验中的超声检验采用多个的各包括一个压电元件的单元件的高温超声变换器，以针对壁减薄检测资产或检测一简单形状的资产。精确地在生产中监测资产的壁减薄可能是难于实现的，因为行进通过资产通常使用的金属材料的超声波的速度是温度依赖的。参照ASME BPVC部分V、条5和附录SE797/SE797-M，部分9.5阐述：“从具有升高的温度的钢壁获得的表观(apparent)厚度读数以每55℃[100°F]高(太厚)约1％”由此，为了精确地测量一资产的一所需的部分的厚度，对超声波的速度随温度而改变进行补偿或修正是需要的。例如，在一个实施例中，在检验时，可设置用于测量资产的温度的一热电偶、一电阻温度探测器(“RTD”)或其它感测部件或系统。

为了基于来自超声变换器的温度读数而合适地计算厚度，可取的是，将一温度感测元件或传感器安装在资产的一目标部分上并在温度传感器和一信号处理设备(典型地为超声厚度测量设备的一部分，其可永久地安装在厂内的一位置)之间为温度传感器设置一线缆，以获取来自温度传感器的一信号。如果厚度待测量的资产为设置在一厂中的一管，则资产的该部分和信号处理设备常彼此之间相距相对远，例如距离高达一百英尺。由此，用于温度传感器的线缆需要作为用于温度测量的另外的手段来铺设。在这种情况下，温度传感器将通常安装在暴露于一高温度环境下的一位置且可能位于一狭窄的有限的难以接触的区域中。因此，除了与额外需要的材料关联的成本之外，还可能用大量的时间和人工来安装温度传感器、安装温度传感器线缆且还得维护温度传感器线缆。

作为一示例，标准温度测量方法是用于测量壁厚待测量的一资产的温度。这些方法大多数采用一物理温度感测元件，诸如一RTD或热电偶，采用专用的两导线、三导线或四导线线缆，物理温度感测元件连接于一温度测量仪。对于在温度感测元件和测量仪之间的长距离，例如在50英尺上，采用三导线或四导线的专用的线缆是一优选的方法，因为它考虑了这些导线的电阻的抵消(cancellation)。

另一示例将多条导线中的用于脉冲超声变换器的一些导线与多条温度传感器导线通过共用一些但不是全部的导线进行组合。一个示例是共用超声脉冲发生(pulsing)电路和温度测量探针之间的一接地导线(通常是一线缆的一屏蔽件)。在这种配置中，依然需要提供至少一条以上的导线给温度感测元件。该配置要求至少一三导线连接，即，起脉发生引线、温度感测引线和接地引线。

美国专利公开号US2014/0331771公开了一种采用一三导体线缆将温度感测元件和超声变换器连接于超声和温度测量仪的方法。然而，这种方法不是所希望的，因为将一超声变换器连接于超声测量仪的常规的做法是采用一两导体线缆(常为阻抗受控的同轴)。由此，使用同一两导体线缆用于超声脉冲和温度读数两者会是有利的且会是可取的。

某些人群会赏识一种超声测量系统，其在无需针对温度测量另外地布线的情况下，不仅对超声波的速度随厚度待测量的一资产的一部分中的温度而改变进行补偿，而且通过该部分的厚度的高精确的测量来评估该部分的壁减薄状态。

前述背景说明仅仅旨在帮助读者理解。它不是旨在对本文所描述的发明创造进行限制，也不是限制或扩大所说明的现有技术。因此，前述说明不应视为表明现有系统中的任何特定的元件不适合本文所描述的发明创造，也不旨在表明实施本文所描述的发明创造的任何元件都是必需的。本文所描述的发明创造的实施和应用由随附的权利要求书限定。

发明内容

在一第一方面,一种超声测量系统包括一基本装置；一超声变换器，相对所述基本装置远程；一温度感测系统，相对所述基本装置远程；以及一电线缆。所述基本装置包括：一电源；一脉冲发送器/接收器；以及一基本装置控制器，可操作地连接于所述电源和所述脉冲发送器/接收器。所述超声变换器包括一压电元件。所述温度感测系统包括可操作地连接于一温度传感器的一温度测量仪。所述电线缆包括第一和第二电导体，其中所述第一和第二导体电连接所述基本装置、所述超声变换器和所述温度感测系统。

在另一方面,一种测量一对象的一厚度的方法包括：将一电脉冲从一基本装置沿具有第一和第二导体的一线缆发送至相对所述基本装置远程的一超声变换器，其中所述电脉冲使所述超声变换器生成一超声波；将所述超声波指向所述对象；将表示所述超声波进入所述对象的一第一壁时生成的一进入回波波的一模拟电信号从所述超声变换器发送给所述基本装置；以及将表示所述超声波从所述对象的一第二壁反射回来时生成的一后壁回波波的一模拟电信号从所述超声变换器发送给所述基本装置。所述方法还包括：将一数字温度测量指示从所述基本装置沿所述线缆的第一和第二导体发送给相对所述基本装置远程的一温度感测系统；确定邻近所述超声变换器的所述对象的一温度；将表示邻近所述超声变换器的所述对象的温度的多个温度信号从所述温度感测系统沿所述线缆的第一和第二导体发送给所述基本装置；以及基于所述进入回波波的时间、所述后壁回波波的时间和来自所述温度感测系统的多个温度信号，确定所述对象的厚度。

在又一方面，一种测量系统包括：一基本装置；一模拟传感器，相对所述基本装置远程；一数字感测系统，相对所述基本装置远程；以及一电线缆。所述基本装置包括：一电源；以及一基本装置控制器，可操作地连接于所述电源。所述数字感测系统包括：一数字测量仪，可操作地连接于一传感器；以及一功率存储单元，配置成将功率提供给所述数字感测系统的至少一些部件。所述电线缆包括第一和第二电导体，所述第一和第二导体电连接所述基本装置、所述模拟传感器和所述数字感测系统。

附图说明

当结合附图考虑时，各种目的、特征和随之带来的优点将被更好地理解，所以各种目的、特征和随之带来的优点将变得更加充分地被认识到，在附图中，类似的附图标记在若干图中表示相同或相似的部件，在附图中：

图1示出如本文所述的用于测量一对象的厚度的系统的一实施例的特征；

图2示出一示例性的变换器元件和待测量的对象；

图3示出用于根据本文公开的原理确定一对象的厚度的一过程的一流程图；以及

图4示出一模拟图，示出沿本文公开的系统的线缆作为时间的一函数的电压。

具体实施方式

下面的说明旨在将本发明的示例性的实施例的操作传达给本领域技术人员。将认识到的是，该说明旨在帮助读者而非限制本发明。如此，对特征或方面的参照旨在说明本发明的一实施例的一特征或方面，而不是暗示本发明的每个实施例必须具有所说明的特性。此外，应当注意，所给出的详细说明例举了多个特征。尽管某些特征已组合在一起以示出潜在的系统设计，但是那些特征也可用于出于简洁目的未明确公开的其它组合中，以形成出于简洁目的未给出的其它组合。

图1示出一系统100的一实施例的特征，当采用一超声波来评估一资产(asset)的一部分(section)的一壁减薄状态时，系统100针对温度进行补偿，而无需另外的布线用于温度测量。系统100采用一种创新的方法来测量和发送资产200的一部分的温度，因为资产200的该部分的一精确的温度测量用于壁厚温度补偿是需要的。

系统100包括一超声壁厚测量系统110、一温度测量系统120、一线缆130、一超声变换器140、一温度感测元件150、一基于云的用户接口160以及一数据库170。

超声壁厚测量系统110可按一基本单元(base unit)配置，包括如图1所示的彼此通信的一电源111、一控制器112、一高电压(HV)保护电路113、一串行通信接口114、一脉冲发送器/接收器115以及一模拟数字转换器116。电源111配置成将功率(power)提供给包括控制器112的超声壁厚测量系统110且如下面进一步详细说明的也将功率供给温度测量系统120。

控制器112配置成控制电源111和脉冲发送器/接收器115的操作以及通过串行通信接口114提供信号以控制温度测量系统120。更具体地，控制器112操作为：指示或命令电源111来生成足以对温度测量系统120的功率存储单元122充电的信号(如下更详细说明)，通过串行通信接口114生成数字指示来指示或命令温度测量系统120的控制器124和/或温度测量仪125确定在温度感测元件150处的温度(如下更详细说明)，以及指示或命令脉冲发送器/接收器115来生成所需的电脉冲(如下更详细说明)。由电源111生成的对温度测量系统120的功率存储单元122充电的信号可典型地在1.8-5V的范围内且具有一10-300ms的持续时间(duration)。其它范围也可考虑。在一实施例中，可使用3V的一电压和100ms。

控制器112还可配置成与基于云的用户接口160通信，进而基于云的用户接口160配置成与数据库170通信。

高电压保护电路113配置成保护串行通信接口114免受电源111供给的功率和由脉冲发送器/接收器115的发送器部分115a生成的脉冲的影响。高电压保护电路113可配置为一低通滤波器，其中来自电源111的低频率和低功率的信号被允许通过而由脉冲发送器/接收器115生成的且沿线缆130发送的高频率和高电压的脉冲被阻挡或过滤。

控制器112可为任何类型的电子控制器或电子控制模块，诸如配置成控制系统110的各个方面的操作的一微处理器或微控制器。控制器112以一逻辑方式操作来进行运算(operations)、执行控制算法、存储和检索(retrieve)数据和其它所需的操作。控制器112可包括或访问存储器、辅助(secondary)存储设备、处理器、通信界面和/或设备以及用于运行一应用的任何其它部件。存储器和辅助存储设备可为只读存储器(ROM)、随机访问存储器(RAM)、电可擦除存储器(EEPROM或FLASH)或控制器能够访问的集成电路的形式。各种其它电路(诸如电源电路、信号调理电路、驱动器电路和其它类型的电路)可与控制器112关联。

控制器112可为一单个控制器或可包括配置成控制系统100的各种功能和/或特征的超过一个的控制器。术语“控制器”指的是在其最宽泛的意义上被使用为包括一个以上的可与系统100关联且可在控制系统的各种功能和操作上配合的控制器和/或微处理器。不管功能性如何，控制器112的功能性可以硬件和/或软件实施。控制器112可依赖与系统100的操作条件和操作环境相关的可存储在控制器的存储器中的一个以上的数据地图。这些数据地图中的每一个可包括表、图和/或公式的形式的数据的一集合。控制器112可位于厚度测量系统110上，且在一些情况下，控制器112还可包括相对厚度测量系统位于远程的部件。

尽管使用的具体的串行通信接口114能够变化，但是大多数的通用的串行通信接口114为具有在微处理器112的短的发送引脚和接收引脚的一异步的串行端口，但是大多数的单线(one-wire)串行结构也能工作。在另一实施例中，一通信接口可基于或类似于一两线(two-wire)双向RS-485硬件接口。脉冲发送器/接收器115包括一发送器部分115a和一接收器部分115b。在一些实施例中，发送器部分115a和接收器部分115b可为一单个部件的一部分或可为独立的部件。

发送器部分115a配置成基于来自控制器112的一指示或命令生成一电脉冲并沿线缆130发送该脉冲。在一些实施例中，由发送器部分115a生成的一脉冲足以使超声变换器140生成一所需的超声波。在一实施例中，脉冲可具有100ns的一持续时间且具有60V的一电压。其它脉冲的长度(length)和电压也可考虑。例如，脉冲的长度常为超声变换器的自然频率的一函数。此外，脉冲的电压可常使范围在30-90V之间，但在一些实施例中，脉冲的电压可范围达几百伏，其中电压为待测量的资产200的所述部分的厚度的一函数。

接收器部分115b配置成接收如下更详细说明的沿线缆130被反射回来(reflectback)的脉冲形式的模拟电信号。电信号然后被模拟数字转换器116转换成数字信号，该数字信号被发给控制器112以用于处理和/或分析。

温度测量系统120包括如图1所示的彼此通信的一HV保护电路121、一功率存储单元122、一串行通信接口123、一控制器124以及一温度测量仪12。高电压保护电路121配置成保护温度测量系统120的部件免受沿线缆130发送的(相对的)高电压和高频率的电信号的影响。高电压保护电路可配置为一低通滤波器，其中来自电源111的低频率和低功率的信号被允许通过而由脉冲发送器/接收器115生成的并沿线缆130发送的高频率和高电压的脉冲被阻挡或过滤。

功率存储单元122可配置成在一操作周期期间被充电和放电，以提供功率给串行通信接口123、控制器124和温度测量仪125。在一实施例中，功率存储单元122可包括一电容器。在其它实施例中，功率存储单元可包括一电池、一电感器或操作成存储使温度测量系统120操作所需的功率的一其它结构。

在一些实施例中，串行通信接口123可按类似或相同于上述的串行通信接口114的一方式配置。在一些实施例中，控制器124可按类似或相同于上述的控制器112的一方式配置。在其它实施例中，控制器124可具有比上述的控制器112少的功能。控制器124可配置成接收来自控制器112的数字信号并指示或命令温度测量系统125来进行一温度测量操作并经由串行通信接口123返回温度感测元件150的原始温度数据或一按比例(scaled)的温度读数(例如一确定的或计算的在F°或C°下的温度)。还有的是，控制器124可配置成将针对温度测量系统120和/或温度感测元件150的信息存储在诸如一板载非易失性的存储器(例如EEPROM或FLASH)或其它存储器内。这样的信息可包括例如识别信息(例如一序列号)以及温度感测元件150暴露下的最大温度和/或最小温度。

温度测量仪125可以任何所需的方式配置。在一个示例中，温度测量系统125的一温度测量电路包括一温度感测元件150(诸如一RTD探针(例如PT-1000类型))以及一偏置电阻器(biasing resistor)，偏置电阻器连接于测量RTD上的电压的一模拟数字转换器。该电压被转换成等效的RTD电阻，该等效的RTD电阻经由一查找表将在控制器124或控制器112处被转换成一温度读数。该温度测量电路的其它配置也可考虑。例如，热电偶或基于红外的电路被使用来达到类似的温度测量结果。温度测量系统120配置成位于接近温度感测元件150。

超声变换器140配置成安装在一资产200的厚度待测量的部分上。例如，资产200可为可经受升高的(elevated)温度同时一厂在运行中的一管、容器、阀、锅炉。超声变换器140可以一压电元件来配置，压电元件在被来自脉冲发送器/接收器115的高电压脉冲激励时生成超声波以及将超声波转换回到电波或电信号。

例如，参照图2，一超声变换器140示出为其包括压电元件141和接合一资产200的一部分的一陶瓷间隔(spacing)元件或间隔件(spacer)142，资产200诸如是具有接触间隔件的一第一或近表面201和一第二或远表面202的一壁203的一管。在其它实施例中，间隔件142可省略。

在操作时，一高电压脉冲由脉冲发送器/接收器115生成并沿线缆130行进直到到达超声变换器140。一超声波由变换器140生成并行进穿过间隔件142直到到达壁203的近表面201。超声波的一部分被近表面201反射回来并穿过陶瓷间隔件142直到到达压电元件141，在压电元件141处它被转换回到一电波形。该电波形沿线缆130返回行进直到到达脉冲发送器/接收器115的接收器部分115b。该波形可称为一进入回波(entry echo)，因为它是基于进入或接触待测量的资产的近表面201的超声波生成的。

超声波的剩余部分穿过资产200的壁203直到到达远表面202，在远表面202处反射回来穿过资产的一第二超声波。该第二反射回来的波穿过陶瓷间隔件142返回行进直到到达压电元件141，在压电元件141处它被转换成一第二电波形。该第二电波形沿线缆130返回行进直到到达脉冲发送器/接收器115的接收器部分115b。该第二波形可称为一后壁回波(back wall echo)，因为它是基于接触待测量的资产200的后壁或远表面202的超声波生成的。

在一实施例中，可取的是，温度感测元件150安装成紧靠近(例如0.5至1英寸)于在厚度待测量的资产200的该部分上的超声变换器140。在另一实施例中，温度感测元件150可直接安装在超声变换器140或者温度感测元件150可集成到超声变换器140中。温度感测元件150配置成经由一线缆151于温度测量仪125通信。线缆151可为任何合适的线缆且不限于一两导体线缆。

线缆130具有一第一导体131和一第二导体132且由此可配置为具有仅两导体的一线缆。然而，线缆130可具有任何所需的配置。在所示出的实施例中，线缆130配置为一第一的外的导体131包围一第二的内的导体132的一同轴线缆。在一同轴线缆中，外的导体常用作针对内导体的屏蔽件、一返回或一接地信号。在另一实施例中，线缆130可包括一双绞线缆。

如图1所示，线缆130具有一第一长度或部分130a，第一长度或部分130a包括从超声壁厚测量系统110延伸一显著的距离至一分路器133的第一导体131的一长度131a和第二导体132的一长度132a，分路器133将线缆(即，第一导体131和第二导体132)分路以限定一第一另外的线缆部分130b和一第二另外的线缆部分130c。第一另外的线缆部分130b包括一第一导体131b和一第二导体132b而第二另外的线缆部分130c包括一第一导体131c和一第二导体132c。通过分路器133，第一部分130a的第一长度的导体131a电连接于第一另外的线缆部分130b的第一导体131b和第二另外的线缆部分130c的第一导体131c。此外，分路器133将第一部分130a的第二导体132的长度132a电连接于第一另外的线缆部分130b的第二导体132b和第二另外的线缆部分130c的第二导体132c。

其它配置的线缆130也可考虑。例如，第一线缆部分130a可从超声壁厚测量系统110延伸至超声变换器140，同时与第二另外的线缆部分130c类似的一线缆在或邻近第一线缆部分和超声变换器之间的连接处电连接于第一线缆部分130a。在这种情况下，第一另外的线缆部分130b可被取消和第一线缆部分130a可从超声壁厚测量系统110延伸至超声变换器140。

不管配置如何，第一线缆部分130a可配置成包括仅两个的各限定一不同的电路径的导体130b、130c。从第一线缆部分130a延伸的所述两另外的线缆部分也可配置成仅包括两个的各限定一不同的电路径的导体。所述两另外的线缆部分130b、130c中的每一个导体131b、131c、132b、132c电连接于第一线缆部分130a的两导体131a、132a中的一对应的一个。由此，即使第一线缆部分130a和第一、第二另外的线缆部分130b、130c各包括第一和第二导体，线缆130包括仅两个的具有不同的电势的电不同的或独立的导体或路径。相应地，如本文使用的，参照具有“仅两个导体”的线缆130指的是具有仅两个的各具有一不同的电势的电路径的一配置。

线缆130将超声变换器140电连接于超声壁厚测量系统110。更具体地，第一线缆部分130a的第一导体131a和第一另外的线缆部分130b的第一导体131b将超声变换器140连接于HV保护电路113和脉冲发送器/接收器115，而第一线缆部分130a的第二导体132a和第一另外的线缆部分130b的第二导体132b将超声变换器140连接于HV保护电路113和脉冲发送器/接收器115二者。线缆130可在超声变换器140的位置和超声壁测量系统110的位置之间延伸一显著的距离。例如，线缆130可延伸超过(well over)100英尺的一距离。

线缆130还在接近待测量的资产200的一部分的一位置处连接于温度测量系统120。更具体地，第二另外的线缆部分130c通过分路器133连接于第一线缆部分130a和第一另外的线缆部分130b。另外，第二另外的线缆部分130c的第一导体131c和第二导体132c均连接于HV保护电路121。温度测量系统120可相对超声壁厚测量系统110位于远程。例如，温度测量系统120可位于远离超声壁厚测量系统110超过100英尺。

参照图3，一流程图示出用于采用系统100进行资产200的一部分的壁厚的一测量的一过程。在阶段155，一超声脉冲从超声壁测量系统110发送至超声变换器140。更具体地，控制器112生成和发送一指示或命令给脉冲发送器/接收器115以将一高电压脉冲180(图4)发给超声变换器140。在一实施例中，高电压脉冲可具有约100ns的一持续时间且具有在30-90V之间的一电压。如所示出的，高电压脉冲180沿第一线缆部分130a的第二导体132a和第一另外的线缆部分130b的第二导体132b行进直到到达超声变换器140。高电压脉冲180使超声变换器140的压电元件141生成一超声波，超声波穿过间隔件元件142进入资产200。HV保护电路121过滤、阻挡或限制高电压脉冲180进一步进入温度测量系统120。

在阶段156，从超声变换器反射回来的两信号被测量。更具体地，超声波的一部分由第一或近表面201反射回来，以创建一进入回波波(entry echo wave)，进入回波波由压电元件141接收并被转换成在图4的181处示出的一模拟电波形。进入回波波181的模拟波形沿线缆130被传送并在脉冲发送器/接收器115的接收器部分115b处被接收且行进至模拟数字转换器116并随后行进至控制器112。

由压电元件141生成的超声波的一第二部分行进穿过资产200并由第二或远表面202反射回来以创建一后壁回波波(back wall echo wave)，后壁回波波由压电元件接收并被转换成在182处示出的一模拟电波形。后壁回波波182的模拟电波形沿线缆130被传送且在脉冲发送器/接收器115的接收器部分115b处被接收并行进至模拟数字转换器116且随后行进至控制器112。

串行通信接口114和电源111受高电压保护电路113保护以免受由脉冲发送器/接收器115生成的高电压脉冲的影响。此外，即使第一线缆部分130a的第二导体132a电连接于第二另外的线缆部分130c的第二导体132c，功率存储122、串行通信接口123、控制器124和温度测量仪125受高电压保护电路121保护以免受由脉冲发送器/接收器115生成的高电压脉冲的影响。

在阶段157，在或邻近超声变换器140处的温度可被确定。为此，控制器112生成和发送一指示或命令给电源111，以通过第一线缆部分130a的第二导体132a和第二另外的线缆部分130c的第二导体132c将一合适的信号发给温度测量系统120。在一实施例中，信号可具有在10-300ms之间的一持续时间和1.8-5.0V的一电压范围。用于对功率存储单元122充电的信号或多个信号在图4的183处示出。由电源111发给的信号183足以对功率存储单元122充电。由于该信号的低频率性质，所以该信号通过高电压保护电路121。

在时间的一预定的时段之后(即，一时间足以允许功率存储单元122被充分充电)，控制器112可生成并发送一数字温度测量指示或命令184、通过串行通信接口114和高电压保护电路113到温度测量系统120。更具体地，数字温度测量指示或命令184沿第一线缆部分130a的第二导体132a和第二另外的线缆部分130c的第二导体132c通过、通过高电压保护电路121和串行通信接口123到控制器124。在一示例中，温度测量指示或命令184可在约10kHz的一速率(rate)下被发送，从而它通过高电压保护电路121。

在接收到温度测量指示或命令184时，控制器124可生成并发送一信号给温度测量仪125来读取温度感测元件150处的电阻。温度测量仪125读取温度感测元件150处的电阻并将信息发给控制器124。在一个实施例中，控制器124可诸如通过与控制器124关联的查询表确定在温度感测元件150的按比例的温度读数，并将所述按比例的温度读数和任何其它所需的数据(在185处指示的按比例的温度读数和任何其它数据)发送、通过采用串行数据协议串行通信接口124并返回通过第二另外的线缆部分130c的第二导体132c和第一线缆部分130a的第二导体132a到超声壁厚测量系统110。在超声壁厚测量系统110处，数据185通过高电压保护电路113和串行通信接口114到达控制器112。在一示例中，数据185可在约10kHz的一速率下被发送，从而它通过高电压保护电路113和高电压保护电路121。

在一替代实施例中，原始的温度传感器的信号或数据可由控制器124发送给控制器112并由控制器112进行温度感测元件150处的温度的分析。

用于对功率存储单元122充电的信号183、温度测量指示信号的信号184和数据185各为不足以激励转换器单元140的压电元件141的一足够低的频率和电压。

尽管示出为在阶段157之前阶段155至阶段156发生，但是温度测量过程可发生在超声测量过程之前。在任一种情况下，典型可取的是，两操作在时间上进行为相对的同时发生或关闭。然而，可取的是，不同时进行这两个过程，因为在阶段156生成的反射回来的信号或波形可能是相对小的或弱的模拟信号且与在阶段157生成的各种数字信号的叠加可能降低反射回来的模拟信号的分析的精确性或使反射回来的模拟信号的分析复杂化。在其它实施例中，可采用过滤器系统且两操作同时进行。

在阶段158，控制器112通过以下的式子可确定资产200的壁厚S：

其中V(temp)是作为温度的函数的声音的速度而t为在进入回波波和后壁回波波之间的时间。控制器112可按任何所需的方式计算进入回波波和后壁回波波之间的时间。在一个示例中，控制器可确定进入回波波的峰值和后壁回波波的峰值之间的时间。在一实施例中，控制器112可基于从在控制器内或与控制器关联的一查询表的数据来确定作为温度的函数的声音的速度。确定温度补偿的壁厚的其它方式也可考虑。例如，一温度补偿的壁厚可基于在两个以上不同的温度下作出的厚度读数来确定。

在阶段159，控制器112可将壁厚数据连同诸如日期和时间的其它数据、相关联的温度和其它所需的信息一起发送给一用户接口和/或云160。另外，这种数据可存储在一数据库170内。

各种替代的配置也可考虑，其中来自至少两种传感器的数据通过具有仅两个导体的一线缆130被发送。所公开的系统允许使用诸如超声变换器140的一第一模拟传感器和诸如温度测量仪125以及温度感测元件150的一数字传感器。包括振动传感器的其它模拟传感器也可使用。此外，包括压力传感器、湿度传感器和光传感器的其它数字传感器也可使用。

此外，在一实施例中，温度测量仪125可包括另外的功能且控制器124被取消。在一个实施例中，温度测量仪125可接收来自控制器112的指示。在另一实施例中，温度测量仪可包括控制器124的进行所需的操作所需的功能。

还有的是，尽管因为高电压脉冲具有一相对的高频率而高电压保护电路113、121中的每一个以低通滤波器来说明，但是其它配置也可考虑。例如，因为由脉冲发送器/接收器115生成的电脉冲具有一相对的高电压，所以高电压保护电路可配置成限制任何通过的信号的幅度(amplitude)。在一实施例中，高电压保护电路可配置具有一齐纳二极管，以限制可以通过的信号的电压。

另外，温度测量仪125可以可操作地连接于一第二温度感测设备(未示出)。例如，第二温度感测设备可以可操作地连接于超声变换器140，以确定在变换器上的一位置处的温度。此外，在一实施例中，一个以上的温度感测元件150或其它数字传感器可以可操作地连接于一模拟传感器，诸如来确定该模拟传感器的特性或该模拟传感器的操作环境。

从前述可理解的是，本文所述并示出的两导线或两导体方案允许在与一无温度补偿壁厚分析系统相同的布线成本下安装和使用具有温度补偿的一壁厚分析系统。此外，现有的两导线超声测量线缆铺设(cabling)能够被再次使用以提供壁厚和温度测量信息。一般地，在工业建设(industrial settings)中，例如提炼厂、管线、重工业厂，一新仪器安装的布线成本能占总安装成本的非常显著的比例。减少需要导线的数量或再次使用现有的布线提供显著的成本节约。

将认识到的是，前述说明书提供了所公开的系统和技术的示例。然而，可考虑到的是，本发明的其它实施方式可与前述示例在细节上不同。对本发明或示例的所有参照旨在参照在那个说明点处正在讨论的特定的示例但不意欲暗指对本发明的范围做更一般性的任何限定。针对某些特征的所有的明显不同的或贬低性的语言意欲说明对于那些特征不是优选的，但不意欲从本发明的范围中整个排除那些特征，除非另有说明。

本文中引用的数值范围仅旨在作为一种简略方式使各个分离数值落入到该范围内，除非本文另有说明，且各个分离数值合并到本说明书中，就像它单独在本文中被引用一样。本文说明的所有方法可以以任何合适的顺序执行，除非本文另有说明或上下文明确否认。

因此，在适用法律允许的情况下，本发明包括随附权利要求引用的主题的所有修改及等同物。此外，上述特征以它们所有可能的变型的任何组合将包括在本发明内，除非另有说明或上下文明确否认。

Claims (22)

1.一种超声测量系统，包括：

一基本装置，所述基本装置包括：

一电源；

一脉冲发送器/接收器；以及

一基本装置控制器，可操作地连接于所述电源和所述脉冲发送器/接收器；

一超声变换器，相对所述基本装置远程，所述超声变换器包括一压电元件；

一温度感测系统，相对所述基本装置远程，所述温度感测系统包括可操作地连接于一温度传感器的一温度测量仪；以及

一电线缆，所述电线缆包括第一和第二电导体，所述第一和第二导体电连接所述基本装置、所述超声变换器和所述温度感测系统。

2.如权利要求1所述的系统，其中，所述电源、所述脉冲发送器/接收器和所述温度测量仪各可操作地连接于所述第一和第二导体。

3.如权利要求1所述的系统，其中，所述线缆包括仅两个电不同的导体。

4.如权利要求1所述的系统，其中，所述基本装置控制器配置成：

生成一命令给所述脉冲发送器/接收器来生成一电脉冲；

从所述脉冲发送器/接收器接收由所述超声变换器接收的表示多个反射的波的多个信号；以及

生成一命令给所述温度感测仪来测量在所述温度传感器处的一温度。

5.如权利要求4所述的系统，其中，所述基本装置控制器还配置成接收来自所述温度测量仪的表示所述温度传感器处的一温度的多个数字信号。

6.如权利要求5所述的系统，其中，所述超声变换器置于邻近一对象而所述温度传感器置于邻近所述超声变换器，且所述基本装置控制器还配置成基于表示所述多个反射的波的所述多个信号的时间和来自所述温度测量仪的多个温度信号来确定所述对象的一厚度。

7.如权利要求1所述的系统，其中，所述温度感测系统还包括：一功率存储单元，置于所述温度感测系统处，所述功率存储单元电连接于所述线缆的所述第一和第二导体且还配置成将功率提供给所述温度感测系统的至少一些部件。

8.如权利要求7所述的系统，其中，所述基本装置控制器配置成：生成一命令给所述电源来生成对所述功率存储单元充电的一充电信号。

9.如权利要求1所述的系统，其中，所述温度感测系统还包括：过滤器电路，将所述温度感测系统与由所述基本装置发送的电脉冲电隔离。

10.如权利要求9所述的系统，其中，所述过滤器电路置于所述线缆的第一和第二导体和所述温度感测系统的其它部件之间。

11.如权利要求10所述的系统，其中，所述过滤器电路为一低通滤波器。

12.一种测量一对象的一厚度的方法，所述方法包括：

a)将一电脉冲从一基本装置沿具有第一和第二导体的一线缆发送至相对所述基本装置远程的一超声变换器，所述电脉冲使所述超声变换器生成一超声波；

b)将所述超声波指向所述对象；

c)将表示所述超声波进入所述对象的一第一壁时生成的一进入回波波的一模拟电信号从所述超声变换器发送给所述基本装置；

d)将表示所述超声波从所述对象的一第二壁反射回来时生成的一后壁回波波的一模拟电信号从所述超声变换器发送给所述基本装置；

e)将一数字温度测量指示从所述基本装置沿所述线缆的第一和第二导体发送给相对所述基本装置远程的一温度感测系统；

f)确定邻近所述超声变换器的所述对象的一温度；

g)将表示邻近所述超声变换器的所述对象的温度的多个温度信号从所述温度感测系统沿所述线缆的第一和第二导体发送给所述基本装置；以及

h)基于所述进入回波波的时间、所述后壁回波波的时间和来自所述温度感测系统的多个温度信号，确定所述对象的厚度。

13.如权利要求12所述的方法，还包括从置于所述温度感测系统处的一功率存储单元周期性地提供功率，以将功率提供给所述温度感测系统的至少一些部件。

14.如权利要求13所述的方法，还包括对所述功率存储单元周期性地充电。

15.如权利要求14所述的方法，还包括：将一充电信号从所述基本装置沿所述线缆的第一和第二导体发送给所述功率存储单元来对所述功率存储单元充电。

16.如权利要求12所述的方法，还包括电保护所述温度感测系统免受由所述基本装置发送的电脉冲的影响。

17.如权利要求16所述的方法，其中，所述电保护步骤包括将过滤器电路置于所述线缆的第一和第二导体和所述温度感测系统的其它部件之间。

18.如权利要求17所述的方法，其中，所述过滤器电路为一低通滤波器。

19.如权利要求12所述的方法，其中，步骤a)-g)在时间上彼此接近的发生且步骤a)-d)在时间上不与步骤e)-g)重叠。

20.一种测量系统，包括：

一基本装置，所述基本装置包括：

一电源；以及

一基本装置控制器，可操作地连接于所述电源；

一模拟传感器，相对所述基本装置远程；

一数字感测系统，相对所述基本装置远程，所述数字感测系统包括：一数字测量仪，可操作地连接于一传感器；以及一功率存储单元，配置成将功率提供给所述数字感测系统的至少一些部件；以及

一电线缆，所述电线缆包括第一和第二电导体，所述第一和第二导体电连接所述基本装置、所述模拟传感器和所述数字感测系统。

21.如权利要求20所述的系统，其中，所述线缆包括仅两个电不同的导体。

22.如权利要求20所述的系统，其中，所述基本装置控制器配置成：

生成一命令使所述模拟传感器操作；

生成一命令给所述电源来生成对所述功率存储单元充电的一充电信号；以及

生成一命令给所述数字感测仪来进行一测量。

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