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Diese Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Erfassung aus der Ferne und insbesondere zum Erfassen der Position eines Molches in einem Abschnitt eines Rohres und auf ein Verfahren zur optimalen Leistungsverwaltung einer solchen Vorrichtung.
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In groß-angelegten Flüssigkeitsverteilungssystemen werden Prozessinspektionsmessgeräte (PIGs - process inspection gauges), allgemein einfach als Molche bezeichnet, regelmäßig verwendet, um die Rohre, durch die das Öl fließt, zu reinigen und zu inspizieren. Ein PIG bzw. Molch ist typischerweise eine zylindrische Vorrichtung, die in ein Rohr eingeführt wird. Sie besteht typischerweise aus Schaumstoff, Polyurethan oder Stahl. Der Außendurchmesser des Zylinders passt eng an die zylindrische Innenwand des Rohres. Normalerweise, wenn ein Abschnitt des Rohres inspiziert oder gereinigt werden muss, geht ein Benutzer zum Anfang der Position, wo eine Vorrichtung, die als Molch-Launcher bzw. - Startgerät bekannt ist, den Molch mit Geschwindigkeit und unter Druck durch das Rohr schickt. Der Molch wird aus der Rohrleitung entfernt, wenn er den Empfänger am Ende der Rohrleitung erreicht. Nicht-intrusive Sensoren können manuell an die Rohre geklemmt werden, um unterstützend zu erfassen, wo sich der Molch befindet - dies überwacht den Status des Durchlaufs, kann aber vor allem helfen, die Position eines stecken gebliebenen Molches zu lokalisieren.
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Typischerweise sind Sensoren an der Außenseite des Rohres in mehreren vordefinierten Intervallen angebracht, und wenn der Molch hindurchgeht, erfasst jeder Sensor und zeigt an, dass der Molch den Sensor passiert hat.
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Es gibt zwei unterschiedliche Technologien zum Erfassen der Position des Molches, die allgemein als aktive oder passive Erfassungstechnologien kategorisiert werden können. In einem passiven System überwacht der Sensor nur hinsichtlich einer akustischen oder Vibrationssignatur des Molches, wenn dieser passiert. In einer anderen Variation des passiven Systems kann der Molch eine Bake tragen und die Molcherfassungsvorrichtung kann die Bake an dem Molch erfassen. In einem aktiven System hat der Molch keinen Emitter und wird zum Beispiel unter Verwendung von Ultraschallübertragung von dem Sensor erfasst.
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Sowohl in aktiven als auch in passiven Systemen kann das Molcherfassungssystem intrusive oder nicht-intrusive Sensoren umfassen. Intrusive Sensoren erfordern einen offenen Zugang zum Inneren des Rohres. Intrusive Sensoren ragen entweder physikalisch in das Rohr oder projizieren Signale direkt in das Rohr. Nicht-intrusive Sensoren sind in der Lage, durch die Rohrwand in das Rohr zu sehen. Viele der früheren Systeme erfordern eine Versorgung der Sensoren mit lokaler Netzleistung, was für eine lange Rohrleitung unpraktisch sein kann.
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Ein modernes System wird in der Lage sein, Messungen entweder über physikalische Leitungen oder drahtlos an eine entfernte Kontrollstation zu senden. Einige Systeme verwenden sogar mechanische Sensoren - z.B. eine Flagge, die ausgelöst wird und von einem Bediener, der entlang der Rohrleitung fährt, wenn er nach einem Molch sucht, visuell inspiziert werden kann.
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Die Anmelderin hat erfasst, dass ein Bedarf besteht, ein verbessertes Molchpositionserfassungssystem vorzusehen, das fast überall dort installiert werden kann, wo sich ein Rohr befindet, und das, wenn gewünscht, für die Lebensdauer des Rohrnetzes, in dem es installiert ist, an Ort und Stelle belassen werden kann.
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Zusätzlich zum Erfassen des Vorhandenseins eines Molches in einer Rohrleitung gibt es auch viele Anwendungen, bei denen es wünschenswert ist, eine nichtkontinuierliche Fluidfüllstandserfassung oder Durchflusserfassung in Rohrleitungen durchzuführen. Eine ähnliche Vorrichtung wie die oben diskutierte kann zum Erfassen von Molchen mit einer relativen kleinen Änderung des Typs von Detektor verwendet werden, der verwendet wird, um innerhalb der Rohrleitung zu überwachen. Die vorliegende Anmeldung gilt für diese Systeme zusätzlich zu einem Erfassen von Molchen. In dem Rest dieses Dokuments wird der Begriff Fluid für alle Materialien verwendet, die entlang eines Rohres fließen können, wie ein Gas oder eine Flüssigkeit oder eine Mischung aus Gas, Flüssigkeit und Feststoff, die fließen kann.
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Gemäß einem ersten Aspekt sieht die Erfindung ein System zum Erfassen einer Durchflussrate oder eines Füllstands eines Fluids oder des Vorhandenseins einer Vorrichtung, wie eines Molches, in Rohrleitungen vor, das zumindest eine Erfassungsvorrichtung aufweist, umfassend:
- eine Sensoranordnung, die angeordnet ist zum Erfassen der Durchflussrate oder des Füllstands eines Fluids innerhalb eines Abschnitts einer Rohrleitung oder des Vorhandenseins eines Molches, der sich entlang des Abschnitts einer Rohrleitung befindet, in dem sich die Vorrichtung befindet,
- einen Leistungsspeicher,
- ein Positionsbestimmungsmodul,
- einen Funkfrequenzempfänger, und
- einen Funkfrequenzsender,
- wobei die Erfassungsvorrichtung einen Sleep- bzw. Ruhemodus hat, in dem die Sensoranordnung inaktiv ist und die Erfassungsvorrichtung einen ersten Leistungsverbrauch hat, und einen aktiven Modus, in dem die Sensoranordnung aktiv ist und die Erfassungsvorrichtung einen zweiten höheren Leistungsverbrauch hat, wenn die Sensoranordnung der Vorrichtung aktiv erfasst,
- wobei die Vorrichtung in dem aktiven Modus auch angeordnet ist zum Senden von Signalen von dem Sender, die die erfasste Eigenschaft des Fluids oder das Vorhandensein einer Vorrichtung entlang des Abschnitts der Rohrleitung anzeigen;
- und wobei die Vorrichtung konfiguriert ist zum Schalten zwischen dem Ruhemodus und dem aktiven Modus in Reaktion auf von dem Empfänger empfangener Funkfrequenzsignale.
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Der Einfachheit halber wird in den folgenden Passagen auf den Anwendungsfall eines Erfassens der Position eines Molches in der Rohrleitung Bezug genommen, aber Fachleute werden verstehen, dass diese optionalen Verfahrensschritte und Merkmale gleichermaßen für Detektoren gelten, die den Füllstand von Fluid oder die Durchflussrate von Fluid oder anderer Bulk-Media innerhalb des Abschnitts der Rohrleitung erfassen.
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Während des Ruhemodus kann die Sensoranordnung vollständig ohne Leistung sein, zum Beispiel durch Deaktivieren jeglicher Leistungsversorgung zu der Sensoranordnung oder Isolieren der Sensoranordnung von der Leistungsquelle. Die Sensoranordnung kann durch die entfernte Steuervorrichtung aktiviert werden, die die Vorrichtung in Reaktion auf empfangene Signale in einen aktiven Modus schaltet.
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Zusätzlich zu einem Versetzen der Sensoranordnung in einen inaktiven Zustand während des Ruhemodus kann die Vorrichtung konfiguriert sein, den Sender ebenfalls in einen inaktiven Zustand während des Ruhemodus zu versetzen, so dass er nicht sendet. Dies kann ein Stoppen von Oszillatoren oder anderer Treiberschaltungen für den Sender umfassen, wenn dieser in dem Ruhemodus ist.
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Ein Leistungsverbrauch kann in dem Ruhemodus weiter reduziert werden, indem Leistung nur zu Teilen des Funkfrequenz-Transceivers vorgesehen wird, die einen minimalen und intermittierenden Austausch mit der entfernten Steuervorrichtung aufrechterhalten.
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Außerdem kann Leistung von der Leistungsquelle intermittierend von allen Teilen des Systems abgezogen werden, wie von der entfernten Steuervorrichtung angewiesen. Dies reduziert den Gesamtleistungsverbrauch und ermöglicht, dass mehrere Vorrichtungen über einen Verteilungsbereich angebracht werden und vor Ort belassen werden.
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Zum Beispiel kann der angeschlossene Leistungsspeicher eine wiederaufladbare Batterie oder ein Satz von Batterien mit einer Energiespeicherkapazität sein, die so bemessen ist, dass sie ausreichend Leistung liefert, um das Vorrichtung sowohl in dem Ruhemodus als auch in dem aktiven Modus zu betreiben. Es können Halbleiterschalter vorgesehen sein, die das Schalten der Leistungsversorgung von der Batterie zu der Sensoranordnung und unabhängig davon zu dem Funkfrequenzsender und -empfänger nach Bedarf ermöglichen.
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Der angeschlossene Leistungsspeicher kann mittels Aufladen von einer externen Quelle geladen werden. Dies kann Energie umfassen, die von einem Solarpanel oder einer thermischen Energieerzeugungsvorrichtung erzeugt wird, ist aber nicht darauf beschränkt.
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Jede Erfassungsvorrichtung des Systems kann einen Bereich eines elektronischen Speichers und einen Prozessor umfassen, der in dem Speicher gespeicherte Anweisungen verarbeitet. Wenn auf dem Prozessor ausgeführt, können die Anweisungen den Prozessor veranlassen, von dem Empfänger empfangene Signale zu verarbeiten, Molchpositionssignale wie erforderlich zu senden und die Sensoranordnung zu betreiben.
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Der Prozessor kann in Reaktion auf an dem Empfänger empfangener Signale die Molcherfassungsvorrichtung zwischen Ruhemodus und aktivem Modus umschalten.
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Der Prozessor kann eine einzelne Verarbeitungseinheit umfassen, die kontinuierlich aktiv ist, oder zwei oder mehr Verarbeitungseinheiten, von denen eine kontinuierlich aktiv ist und die andere in den Ruhemodus ausgeschaltet ist. Der Sender/Empfänger kann zum Beispiel einen dedizierten Prozessor haben und die Sensoranordnung kann auch ihre eigene Verarbeitungseinheit haben.
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Der Prozessor kann Signale von dem Empfänger empfangen, die Signalen entsprechen, die von einer nahe gelegenen Molcherfassungsvorrichtung gesendet werden, und kann diese Signale unter Verwendung des Senders weitersenden. Dadurch kann Information zur Molcherfassung über das Netzwerk von Sensoren entlang des Rohres weitergeleitet werden. Die entfernte Steuervorrichtung kann an jedem beliebigen Punkt entlang des Rohres angeordnet sein. Die Sensoren bilden effektiv ein Netzwerk, in dem jeder Sensor Information nur an den angrenzenden Sensor weiterleiten muss, bis sie an der Steuervorrichtung ankommt, wodurch ein Leistungsverbrauch reduziert wird.
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Der Prozessor kann einen Digitalsignalprozessor aufweisen, der konfiguriert ist, um von der Sensoranordnung ausgegebene Signale zu filtern und diese Signale zu verarbeiten, um verschiedene Typen von Molchen oder andere Vorrichtungen zu identifizieren. Zum Beispiel kann die Erfassungsvorrichtung hinsichtlich akustischer Signale empfindlich sein und ein an dem Empfänger des Sensors ankommendes akustisches Signal kann digital abgetastet werden, um ein digitales Ausgangssignal für die Erfassungsvorrichtung zu bilden. Die Zeitdomäneamplitude des Ausgangssignals in der Zeitdomäne kann zum Zweck einer positiven Erfassung eines Molches oder einer anderen Vorrichtung in dem Rohr analysiert werden, während das Frequenzdomänespektrum des abgetasteten Signals hinsichtlich Doppler-Information analysiert werden kann, um die Bewegung eines vorbeikommenden Molches oder einer anderen Vorrichtung zu erfassen. Unterschiedliche Typen von Molchen oder anderen Vorrichtungen können einen einzigartigen Satz von Charakteristiken sowohl in der Amplituden- als auch der Frequenzdomäne darstellen, die eine Signatur bilden, die während einer Signalverarbeitung identifiziert werden kann.
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Die Molcherfassungsvorrichtung kann dauerhaft an einem Rohr befestigt sein oder kann unter Verwendung einer lösbaren und wiederverwendbaren Befestigung, wie einer Klemme, angebracht sein.
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Wenn die Erfassungsvorrichtung batteriebetrieben ist und auf Signale aus der Ferne reagiert, kann sie während der Herstellung eines Rohres entweder vor der Lieferung auf die Baustelle oder vor Ort installiert werden. Einmal installiert, würde sie während ihrer gesamten Betriebslebensdauer keinen manuellen Eingriff erfordern.
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Die Erfassungsvorrichtung kann ein Gehäuse aufweisen, das eine Sensoranordnung, einen Sender und einen Empfänger enthält, und der Prozessor kann innerhalb des Gehäuses angeordnet sein. Dieses Gehäuse kann abgedichtet sein, um das Eindringen von Schmutz und Feuchtigkeit zu verhindern und um anderen Umweltgefahren wie UV-Strahlung zu widerstehen.
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In dem aktiven Modus kann die Sensoranordnung in den Erfassungsmodus schalten, um jede verfügbare passive oder aktive Messtechnik zu verwenden, um einen Molch zu erfassen oder einen Durchflussfüllstand eines Fluids in dem Rohr zu erfassen.
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In einer am meisten bevorzugten Anordnung der passiven Messtechnik kann die Sensoranordnung einen akustischen Breitbandempfänger aufweisen, der hinsichtlich der akustischen Signatur überwacht, die mit dem Vorhandensein eines sich bewegenden Molches assoziiert ist. Der Sensor sendet keine Signale aus. in einer Variation der passiven Messtechnik wird ein Signalsender in den Molch integriert, so dass der passive Sensor das Signal von dem Molch erfassen würde, wenn dieser vorbeikommt.
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In einer anderen am meisten bevorzugten Anordnung der aktiven Messtechnik kann die Sensoranordnung einen Ultraschallsensor umfassen. Ultraschallpulse werden von dem Sensorsender in das Rohr emittiert und das Vorhandensein eines Molches würde eine Änderung des reflektierten und an dem Sensorempfänger empfangenen Signals verursachen. Der Ultraschallsensor kann auch ein kontinuierliches Ultraschallsignal in das Rohr senden und das empfangene Signal wird auf Doppler-Verschiebung analysiert, um die Bewegung und Geschwindigkeit des Molches zu erfassen. in einer Variation der aktiven Messtechnik kann ein Reflektor in dem Molch integriert sein, um ein Signalecho zu verstärken.
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In dem aktiven Modus kann der Prozessor periodische Ablesungen von der Sensoranordnung vornehmen und in dem Ruhemodus kann der Sensor keine Ablesungen vornehmen. Die Leistung kann von der Sensoranordnung während des Ruhemodus vollständig abgezogen werden.
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Der Prozessor kann konfiguriert sein, um zu bewirken, dass ein Funksignal nach einem Schalten in den aktiven Modus gesendet wird. Die Übertragung dieses Signals wird von der entfernten Steuervorrichtung als Bestätigung empfangen, dass die Vorrichtung in den aktiven Modus geschaltet hat.
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Ein vollständiges System kann eine Vielzahl von Erfassungsvorrichtungen gemäß dem ersten Aspekt aufweisen. Diese können entlang eines Abschnitts des Rohres beabstandet sein.
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Die Installationen können von wenigen Zentimetern bis zu einigen Kilometern voneinander beabstandet sein. Der Abstand kann von der Länge des zu inspizierenden Abschnitts des Rohres abhängen.
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Das System kann eine entfernt angeordnete Steuereinheit umfassen. Diese kann an einem entfernten Ort sein, an dem die zentrale Steuereinheit die Vorrichtung zwischen Ruhemodus und aktivem Modus umschalten kann.
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Die zentrale Steuereinheit kann einen Computer aufweisen, wie einen Laptop-Computer, auf dem die geeignete Software läuft. Die Steuereinheit sollte einen Funk-Transceiver für eine Kommunikation über RF-Signale mit den Vorrichtungen umfassen oder Zugang zu einem Netzwerk haben, das eine Funkkommunikationskonnektivität bietet.
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Wenn ein Molch erfasst wird, wird die Position des Molches auch an die entfernte Steuervorrichtung unter Verwendung eines von dem Positionsbestimmungsmodul ausgegebenen Positionssignals gemeldet.
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Die von dem Positionsbestimmungsmodul ausgegebene Positionsinformation kann eine absolute Position angeben, wie ein Signal, das durch Verarbeitung von Signalen von einem Satellitennavigationssystem, zum Beispiel GPS oder GLON-ASS, erhalten wird, oder kann eine Position relativ zu anderen Sensoren in dem Netzwerk sein.
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Zusätzlich kann das an dem Sensor angebrachte Positionsbestimmungsmodul aktiviert werden, um die geografischen Koordinaten der Erfassung zu bestimmen, und diese Information kann anschließend an die entfernte Steuervorrichtung gesendet werden.
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Alternativ kann das Positionsbestimmungsmodul eine Trägheitspositionsmessvorrichtung umfassen, wodurch die Position durch einen Koppelnavigationsprozess bestimmt wird. Letzteres ermöglicht den Betrieb in Regionen, in denen kein Satellitensignal verfügbar ist.
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In einer anderen Alternative kann die Position der Vorrichtung semipermanent in dem Positionsbestimmungsmodul in einem Speicherbereich gespeichert werden, zum Beispiel durch einen Bediener, der die Vorrichtung an einem bekannten Ort anbringt.
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Das Funkkommunikationsnetz kann auch in Form eines terrestrischen zellularen Netzwerks sein. Zusätzlich kann dieses Funkkommunikationsnetz auch in Form eines Satellitenkommunikationsnetzes sein. Ein Kommunikationsmodem bildet die Schnittstelle zwischen der Sensoranordnung und dem Funk-Transceiver. Abhängig von dem Typ des verfügbaren Netzwerks würden ein geeignetes Modem und ein Funk-Transceiver aufgenommen.
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Gemäß einem zweiten Aspekt sieht die Erfindung eine Erfassungsvorrichtung insbesondere zum Erfassen eines Molches in einer Rohrleitung zur Verwendung in dem System des ersten Aspekts der Erfindung vor.
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Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zum Erfassen der Position eines Molches oder des Füllstands oder der Durchflussrate eines Fluids innerhalb eines Abschnitts einer Rohrleitung vorgesehen, wobei das Verfahren umfasst: an einer Erfassungsvorrichtung eines Systems gemäß dem ersten Aspekt, Empfangen eines Signals von einer externen Quelle an dem Empfänger, Decodieren des Signals, um zu bestimmen, ob das Signal eine Anweisung codiert, um die Erfassungsvorrichtung in einen aktiven Modus zu versetzen, und in diesem Fall, Aufwecken der Vorrichtung, wobei eine Sensoranordnung der Erfassungsvorrichtung den Durchgang eines Molches oder den Füllstand oder Durchfluss eines Fluids erfasst, und Senden eines Signals von einem Sender der Vorrichtung, das die Position eines Molches oder den Füllstand oder die Durchflussrate eines Fluids anzeigt.
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Das Verfahren kann ein Senden eines Molches entlang des Rohres nach dem Aufwecken der Erfassungsvorrichtung aufweisen.
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Das Verfahren kann aufweisen, sobald ein Molch erfasst wurde und ein Signal von dem Sender gesendet wurde, das die Erfassung codiert, ein automatisches Versetzen der Molcherfassungsvorrichtung zurück in einen Ruhemodus.
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Das Verfahren kann ein Empfangen von Signalen von der Molcherfassungsvorrichtung an einer zentralen Steuereinheit und ein Analysieren der Signale aufweisen, um die Position eines Molches zu bestimmen. Die Signale können direkt oder indirekt empfangen werden.
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Das Verfahren kann ein Senden eines Signals an die Molcherfassungsvorrichtung von einer zentralen Steuereinheit über einen Satelliten aufweisen.
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Das Verfahren kann ein Senden eines Signals von einer entfernten Vorrichtung zu einer zentralen Steuereinheit aufweisen, das Information umfasst, aus der die Vorrichtung bestimmen kann, ob das Signal mit dieser Vorrichtung oder mit einer anderen Vorrichtung assoziiert ist. Dies kann einen Identitätscode beinhalten, der mit der Vorrichtung assoziiert sein kann.
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Merkmale, die in Bezug auf einen der obigen Aspekte der Erfindung beschrieben wurden, können mutatis mutandis auf jeden der anderen Aspekte der Erfindung angewendet werden.
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Die Erfindung wird nun lediglich auf beispielhafte Weise unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen:
- 1 schematisch eine Molcherfassungsvorrichtung gemäß einem Aspekt der Erfindung zeigt, die an einem Abschnitt des Rohres befestigt ist;
- 2 schematisch die Schlüsselfunktionskomponenten der Molcherfassungsvorrichtung von 1 zeigt;
- 3 bis 6 die Vorrichtung der 1 und 2 zeigen, die in einem System zur Überwachung der Position eines Molches enthalten ist, und die Schritte, die in einem Verfahren zur Positionsüberwachung gemäß einem Aspekt der Erfindung ausgeführt werden;
- 7 ein System gemäß einem ersten Aspekt zeigt, das vier Molcherfassungsvorrichtungen umfasst; und
- 8 eine schematische Darstellung einer Sensoranordnung ist, die in der beispielhaften Molcherfassungsvorrichtung der 1 und 2 verwendet wird.
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines Abschnitt des Rohres 1, das ein Fluid 2, in diesem Beispiel Öl, führt, entlang dem ein Rohrmolch (in 1 nicht gezeigt) als Teil einer Inspektion des Zustands einer Rohrleitung geführt werden kann, oder um das Rohr zu reinigen. Entlang des Rohres befindet sich eine Molcherfassungsvorrichtung 3.
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2 zeigt schematisch die Hauptkomponenten der Molcherfassungsvorrichtung 3 des Rohres. Die Vorrichtung 3 umfasst eine Verarbeitungseinheit 4, die mit einem Speicherbereich 5 verbunden ist. in dem Speicher 5 gespeicherte Programmanweisungen werden von der Verarbeitungseinheit ausgeführt, um die Vorrichtung 3 während der Verwendung zu betreiben. Die Verarbeitungseinheit 4 und der Speicher 5 werden von einer Batterie 6 und einem Teil der Verarbeitungseinheit mit Leistung versehen. Während des Ruhemodus wird Leistung von allen Teilen der Sensoranordnung abgezogen. Die Leistung kann vollständig von 4, 5 und 7 abgezogen werden, die entweder durch 17 oder aus der Ferne über 16 geweckt werden können.
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Die Vorrichtung 3 umfasst eine Sensoranordnung 7. Wie in 8 gezeigt, weist die in der beispielhaften Vorrichtung von 1 verwendete Sensoranordnung 7 einen Ultraschallemitter 8, eine Treiberschaltung 9 für den Emitter, einen Ultraschalldetektor 10 und eine Erfassungsschaltung 11 von dem Detektor 10 auf. Die Verarbeitungseinheit 4 liefert in dem aktiven Modus Steuersignale an die Treiberschaltung 9 und empfängt Signale, die von dem Detektor 10 ausgegeben werden.
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Der Emitter 8 wird angesteuert, um eine Folge von Ultraschallpulsen 12 zu emittieren, und der Detektor misst eine Ultraschallstrahlung 13, die aufgrund von Reflexionen der emittierten Ultraschallpulse 12 auf den Detektor 10 auftrifft. Der Emitter 8 und der Detektor 10 sind in einem Gehäuse 14 montiert, das in 1 gezeigt ist, das an einer Außenwand des Rohres befestigt ist, mit Zugang zum inneren des Rohres 1 durch einen Ausschnitt in der Wand des Rohres 1. Der Emitter 8 ist so ausgerichtet, dass Ultraschall über den Durchmesser des Rohres auf die gegenüberliegende Innenwand emittiert wird, und der Detektor 10 ist so ausgerichtet, dass ein Teil oder die gesamte Strahlung, die von der Rückseite des Rohres reflektiert wird, auf den Detektor einfällt.
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Die Vorrichtung 3 umfasst eine Batterie 6, die elektrische Energie speichert, um die Vorrichtung 3 mit Leistung zu versorgen. Sie umfasst auch einen optionalen wiederaufladbaren Energiespeicher 15, der elektrische Energie empfängt, die von einem optionalen Solarpanel 16 aufgenommen wird, das mit der Vorrichtung verbunden ist. Die Batterie 6 und der Energiespeicher 15 sind mit einer Versorgungsschiene (nicht gezeigt) auf einer Leiterplatte (nicht gezeigt) verbunden, die die Verarbeitungseinheit 4 und den Speicher 5 der Vorrichtung 3 trägt.
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Die Molcherfassungsvorrichtung 3 umfasst auch einen RF-Transceiver 16. Dieser weist einen RF-Empfänger zum Empfangen von drahtloser Strahlung eines definierten Frequenzbereichs und zum Abwärtswandeln dieser in ein elektrisches Signal mit niedrigerer Frequenz auf, das in die Verarbeitungseinheit 4 eingegeben wird. in diesem Beispiel reagiert der RF-Empfänger auf Strahlung in dem Frequenzband zwischen 1 und 2 GHz, oder allgemein als L-Band bezeichnet.
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Der RF-Transceiver 16 umfasst auch einen RF-Sender. Dieser ist konfiguriert zum Emittieren einer RF-Strahlung, die ein von der Verarbeitungseinheit erzeugtes Ausgangssignal codiert. Die RF-Strahlung kann in dem gleichen Frequenzbereich sein wie die erfasste RF-Strahlung, dies ist jedoch nicht erfindungswesentlich. Eine RF-Strahlung kann in einem anderen Frequenzbereich emittiert werden. Die Wahl hängt davon ab, wie die gesendete Strahlung an einer zentral angeordneten, entfernten Steuereinheit an einer Überwachungsstation erfasst werden soll. in diesem Beispiel umfasst das gesendete Ausgangssignal eine Identität der Molcherfassungsvorrichtung und ein binäres Molchpositionssignal, das einen ersten Wert hat, wenn kein Molch erfasst wurde, seit es in den aktiven Modus versetzt wurde, und einen zweiten Wert, wenn ein Molch erfasst wird oder erfasst wurde, seit es in den aktiven Modus versetzt wurde. Dieses Signal liefert daher einen Hinweis darauf, dass sich ein Molch entweder stromaufwärts oder stromabwärts der Vorrichtung befindet, und liefert daher einen Hinweis auf die Molchposition.
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Das gesendete Ausgangssignal kann von einem Satelliten an eine Steuereinheit an einer zentralen Stelle weitergeleitet werden, die es einem Bediener ermöglicht, die Position eines Molches entlang des Rohres zu bestimmen.
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Die 3 bis 6 zeigen die Verwendung der Molcherfassungsvorrichtung 3 von 1 innerhalb eines Systems 100 zur Erfassung der Position eines Molches 101 in einem Rohr 1. Wie gezeigt, weist das System 100 in diesem einfachen Beispiel eine Rohrmolcherfassungsvorrichtung 3 befestigt an einem Abschnitt des Rohres und eine entfernte Steuerstation 102 auf. in einem praktischen System können mehrere Molcherfassungsvorrichtungen an verschiedenen Positionen entlang eines Abschnitt des Rohres angeordnet sein. 7 zeigt das Vorsehen von vier Vorrichtungen 3a, 3b, 3c, 3d, die alle von derselben entfernten Steuerstation 102 gesteuert werden, wodurch das Rohr 1 in fünf Abschnitte unterteilt wird. Die Position eines Molches 101 in jedem dieser Abschnitte kann bestimmt werden, indem die Signale interpretiert werden, die von allen vier Molcherfassungsvorrichtungen 3a - 3d emittiert werden.
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Normalerweise nimmt die Molcherfassungsvorrichtung 3 einen Ruhemodus mit niedriger Leistung ein. in diesem Modus ist die Sensoranordnung 7 ausgeschaltet und emittiert keinen Ultraschall. Auch die Erfassungsschaltung der Sensoranordnung kann in diesem Modus inaktiv sein und optional auch der Sender. Durch das Ausschalten des Emitters und Sensors in dem Ruhemodus zieht die Molcherfassungsvorrichtung eine begrenzte Menge an Leistung aus der Batterie 6.
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In dem Ruhemodus überwacht die Vorrichtung 3 den Empfänger periodisch auf eine Aktivierungsanweisung, die drahtlos an dem Empfänger empfangen wird. Die Verarbeitungseinheit 4 überwacht von dem RF-Empfänger erfasste Signale und analysiert den Inhalt des Signals auf eine charakteristische Anweisung, die mit der Molcherfassungsvorrichtung 3 assoziiert ist. Dies kann zum Beispiel den Identitätscode umfassen, der mit einem in dem Speicher 5 der Molcherfassungsvorrichtung 3 gespeicherten Code übereinstimmen muss. Das Befehlssignal kann auch eine Befehlsanweisung umfassen. Die Befehlsanweisung kann ein Befehl zum Aufwecken der Vorrichtung und Versetzen dieser in einen aktiven Modus oder ein Befehl zum Versetzen der Vorrichtung in den Ruhemodus sein. Wenn ein Befehlssignal von der Vorrichtung 3 mit der richtigen ID erfasst wird, wird die Vorrichtung 3 von der Verarbeitungseinheit 4 aus dem Ruhemodus herausgebracht. Alle anderen empfangenen Signale werden die Vorrichtung 3 nicht aufwecken oder in den Ruhemodus versetzen. Wenn ein Signal empfangen wird, das die Vorrichtung 3 anweist, in den Ruhemodus einzutreten, reagiert die Vorrichtung 3 entsprechend. Diese Schritte sind in 3 der Zeichnungen dargestellt, wobei die Blockpfeile das Befehlssignal zeigen, das von einer zentralen Einheit über einen Satelliten 103 zu der Vorrichtung gesendet wird.
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Das Vorrichtung 3 kann periodisch abhören, indem es den Empfänger nur intermittierend überwacht, zum Beispiel alle 5 Minuten für einige Sekunden oder vielleicht einmal pro Stunde oder einmal am Tag oder zu bestimmten Tageszeiten. Je geringer die Häufigkeit des Abhörens ist, desto geringer ist der Leistungsverbrauch der Vorrichtung in dem Ruhemodus.
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Die Leistung könnte von 4 und 5 für ein vorgegebenes oder programmierbares Intervall vollständig abgezogen werden, so dass nur ein programmierbarer Auslöser mit sehr geringer Leistung verwendet würde, um 4 und 5 in voreingestellten Intervallen oder nach einem Zeitplan zu reaktivieren. Die Leistungsversorgung von der Batterie zu den elektronischen Teilen innerhalb der Sensoranordnung kann durch 4 oder 17 über Silikonverbindungsschalter 19 gesteuert werden. Der programmierbare Auslöser 17 kann als eine Peripherievorrichtung zusammen mit 4 und 5 auf modernen Mikroprozessoren integriert sein.
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4 zeigt die Funktion der Vorrichtung 3 in dem aktiven Modus. Die Molcherfassungsvorrichtung 3 emittiert Ultraschallwellen 12 in das Rohr und empfängt bei Fehlen eines Molches 101 in dem Rohr 1 Reflexionen von der gegenüberliegenden Seite des Rohres 1, die von dem Detektor erfasst werden. Wenn ein Molch 101 durch den Teil des Rohres geht, der den Ultraschall empfängt, erfasst die Erfassungsvorrichtung Reflexionen von dem Molch und nicht von der gegenüberliegenden Seite des Rohres. Die Verarbeitungseinheit 4 der Erfassungsvorrichtung 3 verarbeitet die Reflexionen und bestimmt anhand der Laufzeit den Abstand von dem Ultraschallemitter zu der reflektierenden Oberfläche. Die unterschiedlichen Laufzeiten zwischen einem leeren Rohr und dem Rohr mit einem Molch ermöglichen, das Vorhandensein des Molches zu erfassen.
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Wie in 4 gezeigt, wird der Bediener des Molches 101 eine Öffnung in ein Ende des Abschnitt des Rohres machen und den Molch 101 in Position bringen, bevor er das Rohr wieder abdichtet. Der Molch 101 ist zu diesem Zeitpunkt stationär, da kein Fluid, wie zum Beispiel Öl, in dem Rohr fließt. Ein Bediener an einer Steuerstation 102 erteilt dann eine Anweisung zum Aufwecken der Molcherfassungsvorrichtung, die sich entlang des Abschnittes des Rohres 1 befindet. Dies wird erreicht, indem die Befehlssignale drahtlos an die Molcherfassungsvorrichtung 3 gesendet werden, die die entsprechenden ID-Codes enthält. Diese Signale werden von der Molcherfassungsvorrichtung empfangen und bewirken, dass sie aus dem Ruhemodus in einen aktiven Modus übergeht.
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Die jetzt wache und aktive Molcherfassungsvorrichtung 3 sendet und empfängt periodisch Ultraschall in das und aus dem Rohr. in diesem aktiven Modus sendet die Vorrichtung ein RF-Ausgangssignal 104 von dem Sender, das an der Steuerstation 102 zurückempfangen wird. Die gesendeten Signale sollten anfänglich anzeigen, dass kein Molch erfasst wurde. Wenn die Signale von einer der Vorrichtungen zu diesem Zeitpunkt nicht empfangen werden oder anzeigen, dass ein Molch erfasst wurde, weist dies auf einen Fehler des Vorrichtung hin, und es können Abhilfemaßnahmen eingeleitet werden, bevor der Molch aktiviert wird.
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Sobald angenommen wird, dass alle Vorrichtungen wach sind und korrekt funktionieren, beginnt der Bediener des Molches mit einem Fluidfluss von dem Ende des Rohres stromaufwärts des Molches. Dadurch bewegt sich der Molch aufgrund des hydraulischen Drucks entlang des Rohres. Wenn sich der Molch bewegt, inspiziert er das Innere des Rohres. Dies ist in 5 dargestellt, die den Molch 101 direkt nach dem Passieren der Molcherfassungsvorrichtung 3 zeigt.
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Die Molcherfassungsvorrichtungen 3 überwachen weiterhin den Molch 101, und wenn der Molch 101 in der Nähe einer Vorrichtung 3 ist, wird er von der Vorrichtung aufgrund der Änderung der Laufzeit der gesendeten-reflektierten Ultraschallsignale erfasst. Der Prozessor ändert dann das von dem Sender emittierte Signal, um anzuzeigen, dass ein Molch erfasst wurde. Das Signal kann diesen Zustand beibehalten, bis die Vorrichtung zurück in den Ruhemodus versetzt wird. Dieses Signal wird an der zentralen Stelle erfasst und gespeichert.
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Um die Position des Molches zu bestimmen, betrachtet der Bediener einfach den Zustand der empfangenen Ausgangssignale 104, wobei sich der Molch stromabwärts der letzten Molcherfassungsvorrichtung entlang eines Rohres befindet, die anzeigt, dass ein Molch vorhanden ist, und stromaufwärts der ersten Molcherfassungsvorrichtung, die anzeigt, dass kein Molch erfasst wurde.
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Der Bediener kann dann den Fluss des Fluids stoppen, sobald die Inspektion abgeschlossen ist, und den Molch 101 lokalisieren und aus dem Abschnitt des Rohres 1 entfernen. Zu diesem Zeitpunkt kann ein Signal an die Molcherfassungsvorrichtung 3 gesendet werden, das die Vorrichtung 3 anweist, in den Ruhezustand zu gehen und wieder in den Ruhemodus einzutreten, da der Molchlauf abgeschlossen ist. Dieser Schritt ist in 6 dargestellt.
