DE4323780A1 - Leckerfassungs- und Ortungseinrichtung unter Verwendung eines adaptiven Bezugsschwellenwerts und analogen Vergleichs - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft allgemein Zeitbezirk-Reflexmessungs­ systeme und insbesondere ein solches Zeitbezirks-Reflexmes­ sungssystem, das Lecks dadurch erfaßt, daß es eine von einem flüssigkeitsdurchlässigen Leckerfassungskabel empfangene analog reflektierte Wellenform mit analogen Bezugsspannungen vergleicht, die von Schwellenwerten abgeleitet sind, die einen fehlerfreien Zustand oder einen bekannten Fehlerzustand darstellen und in einem Speicher gespeichert sind. Solche Systeme lassen sich bei der Leckerfassung in unter- oder überirdischen Rohren und Tanks und bei anderen Anwendungen verwenden, in denen Lecks auftreten können, wie etwa Reinräu­ men, Computerräumen und verschiedenen Anwendungen in Doppel­ böden.

Es sind verschiedene Leckerfassungssysteme bekannt, die Re­ flexmessungstechniken verwenden. In einem solchen System wird ein Impuls, eine Übertragungsleitung hinab gesendet, die in der Nähe eines zu überwachenden Rohrs, Tanks oder einer anderen Vorrichtung angeordnet ist. Reflexionen der Impulse werden überwacht und über und unter den reflektierten Wellen­ formen sind Schwellenwerte eingerichtet. Beim Auftreten eines Lecks oder eines Bruchs in dem Rohr oder Tank oder bei einem Kabelbruch ändert sich die charakteristische Impedanz der Leitung, was eine Formänderung der reflektierten Wellenform zur Folge hat. Wenn die Impedanzänderung ausreicht, so daß die Wellenform entweder den oberen oder unteren Schwellenwert überschreitet, wird ein Leck oder ein Bruch angezeigt.

Es sind auch andere Systeme zum Erfassen von Lecks oder zur Analyse von Übertragungsleitungen zur Ortung von Fehljustie­ rungen bekannt. Typische Beispiele solcher Systeme sind aus den US-Patenten Nr. 3,600,674, 3,981,181, 4,095,174, 4,491,782, 4,538,103, 4,630,228 und 4,797,621 bekannt. Aus diesen Patenten sind verschiedene Wege zum Erfassen von Lecks oder Impedanzänderungen in Kabeln bekannt, die verschiedene analoge und digitale Techniken verwenden. Diese Systeme umfassen analoge Systeme, die eine analog reflektierte Wel­ lenform mit vorbestimmten Schwellenwerten vergleichen, Syste­ me, die Radartechniken verwenden, Systeme, die Änderungen in der verteilten Kapazität in mehreren sequentiell abgetasteten Kabeln erfassen, Systeme, die die Wellenform digitalisieren und die digitalisierte Wellenform mit einem vorbestimmten Schwellenwert vergleichen, Systeme, die die reflektierte Wellenform einer Fourier-Analyse unterziehen, und Systeme, die Sammeltechniken in Verbindung mit Zeitbezirk-Reflexmes­ sung verwenden.

Obwohl diese Systeme einen Weg zum Erfassen von Lecks oder Unregelmäßigkeiten in einer Übertragungsleitung aufzeigen, neigen Analogsysteme zur Drift. Systeme, die feste Schwellen­ werte zum Erzeugen eines Alarms verwenden, erfordern notwen­ digerweise einen Kompromiß zwischen der Empfindlichkeit und der Möglichkeit, ein Kabel mit ungleichförmiger Impedanzcha­ rakteristik über seine Gesamtlänge zu verwenden. Weiter können die herkömmlichen Systeme nur ein einzelnes Leck in dem System erfassen, d. h. sie können das nächstliegende Leck erfassen, aber sie können durch das nächstliegende Leck nicht "hindurchsehen", um das Vorhandensein von Lecks weiter lei­ tungsabwärts zu erfassen. Das aus dem US-Patent Nr. 4,797,621 bekannte System kann durch ein Leck "hindurchsehen", benötigt aber einen relativ komplizierten digitalen Sammel- und Ver­ gleichskreis. Darüberhinaus erfordern viele der herkömmlichen Systeme die Verwendung komplexer und teurer Hochgeschwindig­ keits- oder Hochfrequenzkreise, um die erwünschte Funktion zu erreichen.

Ziel der Erfindung ist es daher, eine Leckerfassungs- und Ortungseinrichtung aufzuzeigen, die mehrere Nachteile her­ kömmlicher Ortungs- und Erfassungseinrichtungen vermeidet.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, eine vereinfachte Leckerfassungs- und Ortungseinrichtung aufzuzeigen, die viele der durch komplexere Systeme vorgesehenen Funktionen auf­ weist.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, eine analoge Lecker­ fassungs- und Ortungseinrichtung aufzuzeigen, die einen veränderlichen Schwellenwert aufweist, der sich als eine Funktion des Abstands des Lecks entlang dem Kabel ändert.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, eine Leckerfassungs­ einrichtung mit einem Impulsgenerator aufzuzeigen, der Impul­ se variabler Breite erzeugt, um die erhöhte Dämpfung langer Kabel zu kompensieren.

In einer bevorzugten Ausführung wird, wenn das System als eine Leckerfassungseinrichtung verwendet wird, ein Kabel, bevorzugt ein Koaxialkabel mit einer Isolierung, die Wasser oder anderes Fluid absorbieren oder in anderer Weise aufneh­ men kann, in dem zu überwachenden Bereich angeordnet, bei­ spielsweise in Reinräumen, Computerräumen, unter angehobenen Fußböden in geschützten Räumen, oder in der Nähe von Rohren eines Rohrsystems oder Tanks, die überwacht werden sollen. Die Isolierung des Kabels sollte die Eigenschaft haben, daß das zu überwachende Fluid in den Raum zwischen den Leitern des Kabels eintreten kann und sich hierdurch die charakteri­ stische Impedanz des Kabels bei Auftreten eines Lecks ändert. Verwendet werden kann eine poröse Isolierung oder eine Iso­ lierung einschließlich Luft, die Hohlräume enthält, in die das zu überwachende Fluid eintreten kann. Ein Impulsgenerator sendet Impulse hinunter zum Kabel, und die Wellenformen der Reflexionen der Impulse werden analysiert. Jede Leckage von innerhalb oder außerhalb des Rohrsystems tritt in die Kabel­ isolierung ein und bewirkt eine Impedanzänderung in diesem Kabelabschnitt, wodurch sich die Wellenform des reflektierten Impulses ändert. Durch Feststellen der Position der Wellen­ formänderung können die Stelle und andere Charakteristiken des Lecks bestimmt werden.

Gemäß einem wichtigen Aspekt der Erfindung werden Impulse entlang einer Leitung gesendet, und die sich aus den Impulsen ergebende reflektierte Wellenform wird analysiert. In einem Kalibriermodus wird die reflektierte Wellenform und werden annehmbare obere und untere Grenzen- oder Schwellenwerte um die reflektierte Wellenform bestimmt. Darstellungen der oberen und unteren Grenzen für jede Einzelmessung werden gespeichert. Während des Leckerfassungsprozesses werden Impulse entlang der Leitung gesendet und Abschnitte der Wellenform werden mit entsprechenden oberen und unteren Grenzen für diesen Abschnitt verglichen. Der Vergleich wird durch einen Analogkomparator erreicht, der die gespeicherten oberen und unteren Grenzen mit den entsprechenden Abschnitten der empfangenen reflektierten analogen Wellenform vergleicht. Wenn die Untergrenze überschritten wird, zeigt das System ein Leck entlang demjenigen Kabelabschnitt an, der dem Abschnitt der Wellenform entspricht, in dem die Untergrenze überschrit­ ten wurde. Wenn die Obergrenze überschritten wird, zeigt das System einen offenen Schaltkreis oder einen Bruch an der entsprechenden Stelle an. Falls erwünscht, kann mehr als ein Vergleich an jeder Stelle durchgeführt werden, und wenn mehr als eine vorbestimmte Anzahl von Vergleichen ein Überschrei­ ten oder Unterschreiten einer Grenze anzeigt, wird ein Leck oder Bruch angezeigt. Solche Mehrfachvergleiche an einer einzigen Stelle minimieren die Möglichkeit, daß ein Leck oder ein Bruch als ein Ergebnis eines aus dem Rahmen fallenden Einzelvergleichs falsch angezeigt wird. Weiter kann das System fordern, daß ein Leck oder ein Bruch an einer vorbe­ stimmten Anzahl aufeinanderfolgenden Stellen vorhanden ist, bevor ein Alarmzustand angezeigt wird. Wenn der Alarmzustand bestätigt wurde, kann das System zur Aufnahme der geänderten Wellenform dadurch nachjustiert werden, indem man neue obere und untere Grenzwerte um die geänderte Wellenform herum vorsieht. Somit wird, wenn der Alarm bestätigt wurde, kein weiterer Alarm gegeben. Sollte jedoch ein Leck oder ein Bruch an einem anderen Kabelabschnitt auftreten und einer der neuen oberen und unteren Grenzen überschritten werden, gibt das System wieder Alarm. Hierdurch kann das System zusätzliche Lecks oder Brüche erfassen, selbst wenn bereits ein Leck oder ein Bruch vorhanden ist.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbei­ spiels unter Hinweis auf die beigefügten Zeichnungen be­ schrieben:

Fig. 1 zeigt ein Funktionsblockdiagramm eines Leckerfassungs­ systems;

Fig. 2 zeigt als Graph eine typische reflektierte Wellenform und die oberen und unteren Grenzen, die von dem System um die Wellenform herum eingerichtet sind;

Fig. 3 zeigt in einem Flußdiagramm einen Kalibriervorgang zum Einrichten der oberen und unteren Grenzen um die reflektierte Wellenform herum;

Fig. 4 zeigt in einem Flußdiagramm den Betrieb des Systems; und

Fig. 5 zeigt in einem Flußdiagramm die variable Impulsbrei­ te.

In Fig. 1 ist das System mit dem Bezugszeichen 10 versehen. Das System 10 umfaßt einen Impulsgenerator 12, der an ein Leckerfassungskabel 14 durch einen Isolierkreis 16 Impulse abgibt. Das Leckerfassungskabel 14 kann irgendeine Übertra­ gungsleitung sein, deren charakteristische Impedanz sich ändert, wenn sie Feuchtigkeit oder anderem zu erfassenden Fluid ausgesetzt ist, und es kann ein Koaxialkabel sein, eines mit Einzelleitern mit Abstand voneinander oder ein anders gebautes Kabel. Von dem Kabel 14 reflektierte Impulse werden durch den Isolierkreis 16 zu einem Kali­ brier/Überwachungsschalter 18 geleitet. Der Impulsgenerator, der Isolierkreis und das Leckerfassungskabel ähneln den aus der US-PS Nr. 4,797,621 bekannten Komponenten, auf die hierin Bezug genommen wird.

Der Kalibrier/Überwachungsschalter 18 umfaßt zwei Positionen, das sind eine Kalibrierposition und eine Überwachungspositi­ on. In der Kalibrierposition leitet der Schalter 18 die reflektierte Wellenform von dem Isolierkreis 16 zu einem Analog-Digital-Wandler 20, in dem die reflektierte Wellenform digitalisiert und einem Prozessor und Speicherkreis 22 zuge­ führt wird. In dem Überwachungsmodus führt der Schalter 18 die reflektierte analoge Wellenform einen Komparatorkreis 24 zu, der die reflektierte Wellenformspannung mit einer Span­ nung aus einem Bezugsspannungsgenerator 26 vergleicht. Der Bezugsspannungsgenerator 26 kann ein Digital-Analog-Wandler sein, der digitale Darstellungen der oberen und unteren ak­ zeptablen Grenzen der reflektierten Wellenform aus dem Pro­ zessor und Speicherkreis 22 erhält. Jede digitale Darstellung entspricht den oberen und unteren Grenzen entlang einem vorbestimmten Kabelabschnitt, und aufeinanderfolgende digita­ le Darstellungen werden verglichen, bis dem gesamten Kabel entsprechende digitale Darstellungen mit entsprechenden Abschnitten der reflektierten Wellenform verglichen sind. Die Ergebnisse des Vergleichs werden in einer Sperre 28 gespei­ chert, der durch den Prozessor- und Speicherkreis gesteuert wird. Die Sperre 28 steuert einen Alarm und Anzeigekreis 30 und aktiviert diesen, wenn von dem Komparator 24 ein Grenz­ überschreitungszustand erfaßt wird.

Bei Betrieb legt der Impulsgenerator 12 eine Serie von Impul­ sen durch den Isolierkreis 16 an das Erfassungskabel 14 an. Jeder Impuls wird durch das Kabel 14 als eine reflektierte Wellenform reflektiert und durch den Isolierkreis 16 an den Kalibrier/Überwachungsschalter 18 geleitet. Eine typische reflektierte Wellenform 32 ist in Fig. 2 dargestellt. Diese in Fig. 2 dargestellte reflektierte Wellenform 32 ist eine reflektierte Spannung, die die Impedanz entlang dem Kabel 14 darstellt. Daher ist die Ordinate in Fig. 2 als "Spannung oder Impedanz" bezeichnet. Wenn kein Leck vorhanden ist, bleibt gemäß Fig. 2 die Spannung relativ konstant um einen Wert, der die charakteristische Impedanz Z₀ des Kabels über die Gesamtlänge des Kabels darstellt, bis das Ende des Kabels erreicht ist, wobei die Spannung bei einem Punkt 34 steil ansteigt, der das offene Schaltkreisende des Kabels 14 an­ zeigt.

In dem Kalibriermodus wird die Wellenform 32 dem Analog- Digital-Wandler 20 zugeführt, der die Wellenform 32 sammelt und digitalisiert und eine digitalisierte Darstellung der Wellenform 32 an den Prozessor und Speicherkreis 22 abgibt. Der Prozessor- und Speicherkreis bearbeitet die digitalisier­ te Wellenform 32, erzeugt eine Obergrenze 36 und eine Unter­ grenze 38 (Fig. 2) um die Wellenform 32 herum und speichert jeweilige digitalisierte Darstellungen der oberen und unteren Grenzen 36 und 38 in dem Speicher des Prozessor und Spei­ cherkreises 22.

Gemäß einem anderen Aspekt der Ausführung können der Kali­ brier/Überwachungsschalter 18 und der Analog-Digital-Wandler 22 weggelassen werden, und die Kalibrierung erfolgt durch den Komparator 24 und den Bezugsspannungsgenerator 26 unter Steuerung des Prozessor und Speicherkreises 22. Unter diesen Bedingungen ist der Ausgang des Isolierkreises 16 direkt mit dem Komparator 24 gekoppelt. Die Kalibrierung wird erreicht durch Aussenden eines Impulses von dem Impulsgenerator 12 zu dem Kabel 14 und durch Vergleichen der reflektierten Spannun­ gen von verschiedenen Abschnitten des Kabels 14 mit von dem Prozessor und Speicherkreis 22 bestimmten Bezugsspannungen aus dem Bezugsspannungsgenerator 26, um die Amplituden der reflektierten Wellenformspannung relativ zu den Bezugsspan­ nungen zu bestimmen. In dem Kalibriervorgang werden die oberen und unteren Grenzen geändert, bis keine an einem bestimmten Punkt entlang dem Kabel überschritten wird und die Differenz zwischen den zwei Grenzen sehr klein ist. Der Vorgang wird für jeden Punkt entlang dem Kabel wiederholt, bis das gesamte Kabel kartiert ist. Fig. 3 zeigt in einem Flußdiagramm, wie eine solche analoge Kalibrierung durchge­ führt wird.

Der Kalibriervorgang wird durch einen Kalibriereinleitungs­ block 50 eingeleitet, der bestimmte Anfangswerte als mögliche Werte für die Obergrenz-(HILIMIT) und Untergrenz- (LOLIMIT)werte erzeugen läßt. Zusätzlich wird ein Abstand zwischen HILIMIT und LOLIMIT (DELTA) eingesetzt, und ein Zähler, der den entlang dem Kabel zu überwachenden Punkt darstellt, wird anfangs auf einen Punkt gesetzt, der dem Kabelanfang bei N=0 entspricht. Ein typischer Wert für DELTA kann beispielsweise 0,25 Volt sein, ein typischer Anfangswert für HILIMIT 0,5 Volt und ein typischer Anfangswert für LOLIMIT -0,5 Volt; jedoch können auch andere Werte in Abhän­ gigkeit von den Besonderheiten des Systems verwendet werden.

Wenn die Anfangswerte von DELTA, HILIMIT und LOLIMIT gesetzt wurden, werden die Digital-Analog-Wandler in dem Bezugsspan­ nungsgenerator 26 durch den Anweisungsblock 54 gesetzt, und durch den Impulsgenerator 12 wird ein Impuls erzeugt. Nach Empfang des reflektierten Impulses von dem Kabel 14 durch den Isolierkreis 16 wird durch einen Bestimmungsblock 56 festge­ stellt, ob HILIMIT überschritten wurde. Wenn ja, wird in einem Block 58 LOLIMIT mit HILIMIT gleichgesetzt und HILIMIT wird auf HILIMIT plus DELTA gesetzt. Hierdurch werden die Obergrenzen und Untergrenzen erhöht und es wird ein anderer Impuls entlang der Leitung geschickt und die reflektierte Wellenform erneut analysiert. Wenn die Obergrenze (HILIMIT) nicht überschritten wird, wird in einem Entscheidungsblock 60 geprüft, ob die Untergrenze (LOLIMIT) überschritten wurde. Wenn sie überschritten wurde, werden durch einen Block 62 die Grenzen verringert, der HILIMIT mit LOLIMIT gleichsetzt und LOLIMIT verkleinert, so daß LOLIMIT gleich LOLIMIT minus DELTA ist. An diesem Punkt wird ein weiterer Impuls ausgesen­ det und es werden wieder Vergleiche durchgeführt.

Wenn LOLIMIT nicht überschritten wurde, was anzeigt, daß der Punkt auf der reflektierten Wellenform zwischen HILIMIT und LOLIMIT liegt, dann wird in einem Entscheidungsblock 64 festgestellt, ob DELTA größer als MIN ist. Ein typischer Wert für MIN kann 0,06 Volt sein. Wenn DELTA als Differenz zwi­ schen HILIMIT und LOLIMIT größer als MIN ist, dann wird durch einen Block 66 eine Anweisung zur Verkleinerung von DELTA ausgegeben. Die Verkleinerung von DELTA wird durch einen Block 68 erreicht, der HILIMIT gleich HILIMIT minus DELTA setzt und LOLIMIT gleich LOLIMIT plus DELTA setzt. Danach wird ein weiterer Impuls entlang der Leitung 14 gesendet, und die HILIMIT, LOLIMIT und DELTA Vergleiche werden erneut durchgeführt. Wenn DELTA nicht größer als MIN ist, wird die Differenz zwischen HILIMIT und LOLIMIT durch einen Anwei­ sungsblock 70 erhöht, der einen Wert HIVALUE(N) gleich HILIMIT plus BAND setzt und einen Wert LOVALUE(N) gleich LOLIMIT minus BAND setzt, wobei BAND in dem dargestellten System in der Größenordnung von 0,09 Volt liegt. Hierdurch wird durch den Block 72 DELTA auf die Differenz zwischen HIVALUE(N) und LOVALUE(N) erhöht, und die Werte von HIVALUE(N) und LOVALUE(N) werden als die Obergrenz-und Unter­ grenzvergleichswerte für jeden Punkt N in dem Überwachungs­ vorgang gespeichert, wie in dem Flußdiagramm nach Fig. 4 darstellt. Nachdem DELTA erhöht wurde und die Werte von HIVALUE(N) und LOVALUE(N) für einen bestimmten Wert von N gesetzt wurden, wird N um eins gleich N+1 erhöht, und wenn das erhöhte N nicht gleich dem Maximalwert von N entsprechend der Systemlänge ist, was durch einen Entscheidungsblock 76 bestimmt wird, wird der Vorgang wiederholt, so daß Werte für HIVALUE(N) und LOVALUE(N) für den nächsten Wert von N be­ stimmt werden, bis die Gesamtleitung kartiert ist. Wenn N gleich dem Maximalwert von N ist, wird durch den Endblock 78 der Kalibriervorgang beendet. An diesem Punkt kann die Über­ wachung fortgeführt werden, bis ein Leck oder ein Bruch erfaßt wird, an welchem Punkt der Kalibriervorgang zur Neuka­ librierung der Leitung wiederholt werden kann, so daß durch das Leck oder den Bruch erzeugte Änderungen der Wellenform berücksichtigt werden.

In dem Überwachungsmodus werden die digitalen Darstellungen der oberen und unteren Grenzen aus dem Speicher ausgelesen und an den Bezugsspannungsgenerator 26 angelegt, der in Antwort auf jede Digitaldarstellung eine Analogspannung bereitstellt und diese dem Komparator 24 zum Vergleich mit der analogen reflektierten Wellenform aus dem Kali­ brier/Überwachungsschalter 18 zuführt. Die Bezugsspannungen aus dem Bezugsspannungsgenerator 26 werden in dem Komparator 24 aufeinanderfolgend mit der reflektierten analogen Wellen­ form aus dem Kalibrier/Umschaltungsschalter verglichen. Beispielsweise kann die erste zu vergleichende Bezugsspannung einer Spannung entsprechen, die aus einem naheliegenden Abschnitt der Leitung reflektiert wird. Hierdurch würde der Zwischenspeicher 28 durch den Prozessor- und Speicherkreis 22 freigegeben, und zwar nach einer Zeitperiode entsprechend derjenigen Zeit, die der Impuls braucht, um zu dem zu überwa­ chenden Leitungspunkt zu laufen und von diesem reflektiert zu werden. Während aufeinanderfolgender Vergleiche werden weiter leitungsabwärts liegende Punkte repräsentierende Spannungen durch den Bezugsspannungsgenerator 26 bereitgestellt, und die Zeit vor der Freigabe des Zwischenspeichers 28 würde auf Zeiten verlängert, die den Fortpflanzungs- und Reflektions­ zeiten entsprechen, die weiter entfernten Punkten der Leitung zugeordnet sind. Hierdurch würde der Bezugsspannungsgenerator 26 aufeinanderfolgend Spannungen anlegen, die die oberen und unteren Grenzen 36 und 38 entlang aufeinanderfolgender Ab­ schnitte des Kabels 14 entlang der Gesamtlänge des Kabels darstellen. Sollte die Analogspannung 32 eine der oberen und unteren Grenzen 36 und 38 in irgendeinem Abschnitt über­ schreiten, würde der obere Grenzzustand in diesem Abschnitt in der Sperre 28 gespeichert und gegebenenfalls durch den Alarm und Anzeigekreis 30 eine Alarmanzeige erzeugt werden. Falls erwünscht, kann das System so ausgebildet sein, daß ein einzelner Abschnitt oder mehrere aufeinanderfolgende Ab­ schnitte über der Grenze liegen müssen, bevor eine Alarman­ zeige erzeugt wird. Weiter kann eine "Mittelungs"-Technik verwendet werden, indem der Grenzüberschreitungszustand in einem vorgegebenen Abschnitt während mehrerer reflektierter Wellenformen auftreten muß, bevor Alarm gegeben wird. Eine solche Mittelwertbildung und Sammeln mehrerer Segmente min­ dert die Wahrscheinlichkeit einer Alarmanzeige durch einen einzelnen außen liegenden Punkt.

Ein Flußdiagramm für eine Ausführung ist in Fig. 4 darge­ stellt. In der in Fig. 4 dargestellten Ausführung wird die reflektierte Wellenform in N-Einzelmessungen oder Abschnitte unterteilt, und Darstellungen von Ober- und Unterwerten für jede der N-Einzelmessungen werden in einem Speicher gespei­ chert. Zusätzlich wird eine "Mittelung" ausgeführt, wobei X aufeinanderfolgende Wellenformen mit den Ober- und Unter­ grenzwerten für jede der N-Einzelmessungen verglichen werden. In der Ausführung nach Fig. 4 ist X gleich 10, und 8 von 10 aufeinanderfolgender Wellenformen müssen außerhalb der Grenze liegen, bevor für eine bestimmte Einzelmessung oder einen bestimmten Abschnitt ein Alarmzustand angezeigt wird. Zusätz­ lich müssen bei der Ausführung nach Fig. 4 bei drei aufein­ anderfolgenden Abschnitten entlang dem Kabel 8 von 10 reflektierten Wellenform außerhalb der Grenzen liegen, bevor ein Alarmzustand angezeigt wird.

Wenn durch eine Starteinweisung 100 ein Startbefehl gegeben ist, wird durch einen Block 102 N gleich Null gesetzt, um den N-Zähler zu initialisieren, so daß die Messung am Beginn des Kabels anfängt. Nachdem der N-Zähler auf Null gesetzt ist, wird er in einem Block 104 um einen Zählwert erhöht, um N gleich 1 zu setzen, was der ersten Einzelmessung entlang dem Kabel entspricht. In einem folgenden Block 106 wird X gleich 10 gesetzt und die Mittelungszähler werden gelöscht. In nachfolgenden Blöcken 108 und 110 werden die Untergrenze LOVALUE und die Obergrenze HIVALUE für den gegenwärtigen Wert von N aus dem Speicher der Prozessor- und Speichereinrichtung 22 an den Digital-Analog-Wandler des Bezugsspannungsgenera­ tors 26 angelegt. Ein Timer 112 wird auf eine Zeit entspre­ chend der gegenwärtigen Einzelmessungszahl N gesetzt. Gleichzeitig wird durch einen Block 114 ein Impuls erzeugt und der Timer 112 beginnt zu laufen, d. h. er zählt von N auf Null herunter. Der Zählwert des Timers wird durch einen Entscheidungsblock 116 überwacht, der einen Wartezustand 118 solange erzeugt, wie der Zähler in dem Timer 112 nicht gleich Null ist. Wenn der Timer 112 abgelaufen ist, d. h. die Zählung auf Null ging, gibt ein Block 120 die Komparatorsperre 28 frei. Die Sperre 28 wird durch einen Obergrenzen-Entschei­ dungsblock 122 und einen Untergrenzen-Entscheidungsblock 124 überwacht, die feststellen, ob die Ober- oder Untergrenze überschritten wurde. Wenn eine der Ober- und Untergrenzen überschritten wurde, wird ein oberer Durchschnittszähler 126 oder ein unterer Durchschnittszähler 128 inkrementiert. Wenn weder die Obergrenze noch die Untergrenze überschritten wurde, wird ein guter Durchschnittszähler 130 inkrementiert. Nachdem einer der Durchschnittszähler 126, 128 und 130 inkre­ mentiert wurde, wird der Wert von X um eins dekrementiert und der gegenwärtige Wert von X wird einem Entscheidungsblock 134 zugeführt. Wenn der Wert von X von null abweicht, wird der Timer 112 erneut auf einen N entsprechenden Wert gesetzt, und der oben beschriebene Vergleich wird wiederholt, bis der Wert von X Null erreicht hat. In der dargestellten Ausführung wird X von einem Wert 10 auf Null dekrementiert, so daß der Ver­ gleich für jeden Wert von N zehnmal durchgeführt wird.

Wenn X auf Null dekrementiert wurde, wird die Zählung in dem oberen Durchschnittszähler einem Entscheidungsblock 136 zugeführt. Wenn die Zählung in dem oberen Durchschnittszähler nicht größer als 8 ist, wird die Zählung in dem unteren Durchschnittszähler einem Entscheidungsblock 138 zugeführt. Wenn die Zählung in dem unteren Durchschnittszähler nicht größer als 8 ist, wird die Zählung in dem guten Durch­ schnittszähler einem Entscheidungsblock 140 zugeführt. Wenn die Zählung in dem oberen Durchschnittszähler größer als 8 ist, wird HIFAULT um 1 inkrementiert und LOFAULT und NOFAULT werden auf 0 gesetzt. Wenn die Zählung in dem unteren Durch­ schnittszähler größer als 8 ist, wird LOFAULT um eins dekre­ mentiert und HIFAULT und NOFAULT werden auf 0 gesetzt. Wenn die Zählung in dem guten Durchschnittszähler größer als 8 ist, wird NOFAULT um 1 inkrementiert und HIFAULT und LOFAULT auf 0 gesetzt. Das Inkrementieren und Rücksetzen der HIFAULT, LOFAULT und NOFAULT-Zählungen wird in Blöcken 142, 144 und 146 durchgeführt. Die HIFAULT, LOFAULT und NOFAULT-Zählungen werden jeweils durch Entscheidungsblöcke 148, 150 und 152 überwacht. Solange keine der HIFAULT, LOFAULT oder NOFAULT- Zählungen 3 überschreitet, wird der N-Zähler 104 um 1 inkre­ mentiert. Der Vergleich wird dann für den nächsten Wert von N wiederholt, um festzustellen, ob die Obergrenze oder Unter­ grenze für den nächsten Wert von N überschritten wird. Wäh­ rend dieses Vergleichs wird der geeignete obere, untere oder gute Durchschnittszähler inkrementiert, und der geeignete HIFAULT, LOFAULT oder NOFAULT-Zähler wird inkrementiert, wenn die Zählung in dem geeigneten oberen, unteren oder guten Durchschnittszähler 8 überschreitet. Der Vorgang wird wieder­ holt, bis die Zählung in einem der HIFAULT, LOFAULT oder NOFAULT-Zähler 3 überschreitet, an welchem Punkt ein Bruch-, Leck- oder eine Gutanzeige jeweils durch einen der Alarman­ zeiger 154, 156 oder 158 bereitgestellt wird. Wenn daher die Obergrenze mehr als 8 von 10 mal in drei aufeinanderfolgenden Abschnitten überschritten wurde, zeigt das System einen Bruch an, und wenn die Untergrenze für mehr als 8 von 10 mal für die drei aufeinanderfolgenden Abschnitte überschritten wurde, wird ein Leck angezeigt. Im Fall eines Lecks kann das Ausmaß des Lecks entlang dem Kabel bestimmt werden durch Fortführen der Überwachung aufeinanderfolgender Abschnitte entlang dem Kabel und Fortführen der Zählerinkrementierung der LOFAULT- Zählung jedesmal, wenn ein Abschnitt mit einem LOFAULT-Zu­ stand aufgefunden wird. Durch Feststellen, welche Werte von N einem LOFAULT-Zustand zugeordnet sind, kann die Position des Lecks festgestellt werden, und durch Feststellung der Anzahl von Abschnitten mit einem LOFAULT-Zustand kann das Ausmaß des Lecks bestimmt werden.

Nun zu Fig. 5. Dieses Flußdiagramm zeigt, wie die Impulsbrei­ te als eine Funktion davon geändert wird, wie weit kabelab­ wärts die Einzelmessung überwacht wird. Zuerst wird nach Initiierung einer Kartierung einer reflektierten Wellenform ein Impuls als Schritt oder STEP erzeugt. Beispielsweise bei einem System mit einer Arbeitsfrequenz von 70 mHz kann STEP in der Größenordnung von 14 Nanosekunden sein. Der erste erzeugte Impuls hat eine Impulsbreite gleich STEP, und nach Erzeugen des ersten Impulses N gemäß Fig. 3 wird N auf 1 gesetzt. Eine Variable Y wird gleich einer festen Bezugszahl A gesetzt und in einen Zähler eingegeben. Der Wert A wird durch die Parameter des Kabels bestimmt und bestimmt die Anzahl von Impulsen, die erzeugt werden, bevor die Impuls­ breite vergrößert wird. Nachdem Y gleich A gesetzt ist, wird die Sperre (z. B. die Sperre 28) zu einem Zeitpunkt gleich N mal STEP freigegeben. N wird dann gleich N+1 gesetzt und der Wert von Y in dem Zähler wird um 1 dekrementiert. Der Wert von N wird geprüft, um festzustellen, ob das Ende des Systems erreicht wurde, und wenn nicht, wird der Wert von Y geprüft. Solange Y nicht gleich 0 ist, wird der Vorgang wiederholt, wobei die Sperre beim gegenwärtigen Wert von N mal STEP nach der Erzeugung jedes Impulses freigegeben wird, bis der Wert von Y in dem Zähler auf 1 dekrementiert ist. Wenn dies der Fall ist, wird der Wert des Impulses um STEP, beispielsweise 14 Nanosekunden in dem dargestellten Beispiel, erhöht, und der Vorgang wird wiederholt, bis der Wert von Y wieder auf 0 dekrementiert ist, an welchem Punkt die Impulsbreite erneut vergrößert und der Vorgang wiederholt wird, wobei die Impuls­ breite bei jeden A-Impulsen um STEP erhöht wird, bis N gleich der Systemlänge ist. Wenn N gleich der Systemlänge ist, wird geprüft, ob der obere Grenzwert überschritten wurde. Wenn er überschritten wurde, zeigt dies an, daß die Impulsenergie ausreicht, das Kabel ohne übermäßige Dämpfung zu durchlaufen, und die Routine wird beendet. Falls jedoch das Kabel stark gedämpft wird, was die Folge von beispielsweise Lecks in dem Rohr sein kann, wird der reflektierte Impuls ausreichend gedämpft, so daß der obere Grenzwertpegel nicht überschritten wird.

Gemäß einem anderen Aspekt der Ausführung ist das System so ausgebildet, daß es eine erhöhte Dämpfung in dem Kabel als Folge von Lecks o. dgl. kompensiert, so daß das System durch Lecks "hindurchsehen" kann. Um eine solchen Kompensierung zu erreichen, falls der obere Grenzwert nicht überschritten wird, wird der Wert des Bezugswerts A um einen vorbestimmten Betrag B vermindert. Somit wird die Anzahl von Impulsen, die vor Vergrößerung der Impulsbreite erzeugt werden, um die Zahl B vermindert, beispielsweise von 48 Impulsen auf 48-B Impul­ se. Der Kartierungsvorgang wird wie oben beschrieben wieder­ holt, wobei der neue Wert von A gleich A-B ist, so daß die Impulsbreite häufiger vergrößert wird, um breitere Impulse für weiter entfernte Bereiche des Kabels bereitzustellen, als dies bisher zum Empfang der erhöhten Dämpfung der Fall war. Wenn die Impulsanzahl gleich der Systemlänge geworden ist, wird erneut ein Vergleich durchgeführt, um festzustellen, ob der obere Grenzwert am Ende der Leitung überschritten wurde oder nicht. Wenn dies der Fall ist, wird die Wellenform kartiert, aber wenn die Obergrenze noch nicht überschritten wurde, wird A um ein weiteres Inkrement von B dekrementiert und der Vorgang wird wiederholt, bis der obere Grenzwert überschritten wird.

Eine Leckerfassungs- und Ortungseinrichtung verwendet ein elektrisches Kabel, angeordnet nahe fluidführenden Rohren oder Tanks oder in anderen Bereichen, in denen Lecks auftre­ ten können, wie etwa Reinräumen, Computerräumen und in ande­ ren Anwendungen in Doppelböden. An das Kabel werden Impulse angelegt, und die reflektierte Wellenform wird analysiert, um Änderungen in der Impendanzcharakteristik des Kabels zu erfassen, verursacht von Leckfluid, das die Kabelisolierung durchdringt. Bei einem Kalibrierungsvorgang wird die von dem Kabel reflektierte Wellenform analysiert und es werden um die Wellenform herum an verschiedenen Punkten der Wellenform obere und untere Bezugsschwellenwerte festgelegt. In dem Erfassungsmodus vergleicht ein Analogkomparator von dem Kabel empfangene aufeinanderfolgend reflektierte Wellenformen mit den oberen und unteren Bezugsschwellenwerten, die während dem Kalibriervorgang erhalten wurden. Es wird ein Bruch ange­ zeigt, wenn der obere Schwellenwert eine vorbestimmte Anzahl von Malen überschritten wird, und ein Leck wird angezeigt, wenn der untere Schwellenwert um eine vorbestimmte Anzahl von Malen überschritten wird. Es können unterschiedliche Impuls­ breiten verwendet werden, um die steigende Dämpfung entlang langer Kabel zu kompensieren.

Claims (18)

1. Erfassungseinrichtung (10) zum Erfassen eines Fluids in einem vorbestimmten Bereich, umfassend:
ein fluiddurchlässiges elektrisches Kabel (14), das in dem vorbestimmten Bereich anbringbar ist;
eine mit dem Kabel (14) gekoppelte Einrichtung (12) zum Anlegen mehrerer aufeinanderfolgender elektrischer Impulse an das Kabel (14);
eine mit dem Kabel (14) gekoppelte Empfangseinrichtung (16, 18) zum Empfang von durch die Impulse erzeugten analogen Reflektionssignalen aus dem Kabel (14);
eine Einrichtung (20; 22), die auf die analogen Re­ flektionssignale anspricht, um eine Bezugsdarstellung davon bereitzustellen;
eine Speichereinrichtung (22) zum Speichern der Be­ zugsdarstellung;
eine Bereitstellungseinrichtung (26), die auf die gespeicherte Bezugsdarstellung anspricht, um eine analoge Darstellung des gespeicherten Reflektionssi­ gnals bereitzustellen; und
eine Einrichtung (24, 28, 30) mit einem Analogkompara­ tor (24), der mit der Empfangseinrichtung (16, 18) des analogen Reflektionssignals und mit der Bereitstel­ lungseinrichtung (26) der Analogdarstellung gekoppelt ist, um die Analogdarstellung mit empfangenen analogen Reflektionssignalen zu vergleichen und eine Anzeige für das Vorhandensein des Fluids bereitzustellen, wenn die empfangenen Reflektionssignale von der analogen Darstellung um einen vorbestimmten Betrag differie­ ren.

2. Erfassungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bereitstellungseinrichtung (26; 20) für Be­ zugsdarstellung einen Analog-Digital-Wandler (20) umfaßt, der die analogen Reflektionssignale sammelt und digitale Darstellungen dieser Signale bereit­ stellt.

3. Erfassungseinrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch einen Bezugsspannungsgenerator (26), der einen varia­ blen analogen Schwellenpegel in Antwort auf ein varia­ bles Steuersignal bereitstellt, einen Komparator (24) zum Vergleichen von Meßwerten der analogen Reflekti­ onssignale mit dem analogen Schwellenpegel, eine Einrichtung (22) zum Ändern des analogen Schwellenpe­ gels, wenn die Amplitude der verglichenen Meßwerte um einen vorbestimmten Betrag von dem Schwellenpegel abweicht, und zum Bereitstellen der Bezugsdarstellung in Antwort auf das Steuersignal zusammenwirkt, wenn die Amplitude der verglichenen Meßwerte nicht um einen vorbestimmten Betrag von dem Schwellenpegel abweicht.

4. Erfassungseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Analog-Digital-Wandler (20) mehrere analoge Reflektionssignale sammelt und nur einen Meßwert jedes analogen Reflektionssignals nimmt, wobei jeder Meß­ wert bezüglich des das analoge Reflektionssignal erzeugenden Impulses und entsprechend einem anderen Abschnitt des analogen Reflektionssignals und entspre­ chend einem anderen Abschnitt des Kabels (14) um einen unterschiedlichen Betrag zeitverschoben wird.

5. Erfassungseinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Bereitstellungseinrichtung (26) jede gespei­ cherte Bezugsdarstellung eines Meßwerts in einen analogen Meßwert wandelt, und worin der Komparator (24) jedem analogen Meßwert mit einem entsprechenden Meß­ wert des analogen Reflektionssignals vergleicht.

6. Erfassungseinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß sie mehrere analoge Reflektionssignale überwacht und nur einen Meßwert von jedem analogen Reflektions­ signal nimmt, um diese mit einem entsprechenden analo­ gen Meßwert zu vergleichen.

7. Leckerfassungseinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (22, 26) jedem analogen Meßwert zugeordnete obere und untere Grenzen bereitstellt und daß der Analogkomparator (24) einen Bruch anzeigt, wenn ein Meßwert des Reflektionssignals die Obergrenze überschreitet, und ein Leck anzeigt, wenn der Meßwert des Reflektionssignals die Untergrenze über­ schreitet.

8. Erfassungseinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (22) den Komparator (24) jedem analogen Meßwert mit einem entsprechenden Meßwert aus mehreren Reflektionssignalen vergleichen läßt und einen Bruch oder ein Leck nur dann anzeigt, wenn die jeweilige Ober- oder Untergrenze eine vorbestimmte Anzahl von Malen überschritten wurde.

9. Erfassungseinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergleichseinrichtung (22) einen Bruch oder ein Leck nur dann anzeigt, wenn die jeweilige Ober- oder Untergrenze für die vorbestimmte Anzahl von Malen von mehreren Meßwerten unterschiedlichen Kabelab­ schnitten entsprechender Reflektionssignale über­ schritten wurde.

10. Erfassungseinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der Impulse eine vorbestimmte Breite hat und daß die Erfassungseinrichtung eine Einrichtung (12, 22) umfaßt, die die vorbestimmte Breite um ein vorbe­ stimmtes Inkrement jedesmal dann erhöht, wenn eine vorbestimmte Anzahl von Impulsen an das Kabel (14) angelegt wurde.

11. Erfassungseinrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Komparator (24) umfaßt, der den Meßwert des dem am weitesten entfernten Ende des Kabels (14) entsprechenden Reflektionssignals mit dem entsprechen­ den analogen Meßwert vergleicht, und die Vorrichtung (22) die vorbestimmte Anzahl von Impulsen verringert, wenn die Messung des Reflektionssignals die der Analogmessung zugeordnete Untergrenze überschreitet.

12. Erfassungseinrichtung (10) zum Erfassen von Fluid in einem vorbestimmten Bereich, umfassend:
ein elektrisches Kabel (14), das in dem vorbestimmten Bereich anbringbar ist;
einen Impulsgenerator (12) zur Ausgabe von Impulsen an das Kabel;
eine Empfangseinrichtung (16, 18, 20), die mit dem Kabel (14) zum Empfang von Reflexionen der Impulse aus dem Kabel (14) gekoppelt ist;
eine Einrichtung (20, 22) zum Aufnehmen der Reflexio­ nen und die nur einen Meßwert einer dem Anlegen jedes Impulses an das Kabel (14) nachfolgenden Reflexion aufnimmt, wobei jeder Meßwert um einen anderen Betrag bezüglich des zuletzt angelegten Impulses und entspre­ chend einem anderen Abschnitt der Reflexion zeit­ verschoben wird;
eine Einrichtung (22), die auf die Meßwerte anspricht, um einen jeden Meßwert darstellenden Bezugswert be­ reitzustellen;
eine Speichereinrichtung (22) zum Speichern der Be­ zugswerte zur Ausgabe einer gespeicherten Darstellung einer Reflexion; und
eine mit der Einrichtung (20, 22) gekoppelte Ver­ gleichseinrichtung (24, 26), die Meßwerte aufeinander­ folgender Reflexionen mit den gespeicherten Bezugswerten vergleicht und eine Anzeige der Gegenwart eines Fluids bereitstellt, wenn Meßwerte aufeinander­ folgender Reflexionen um einen vorbestimmten Betrag von den gespeicherten Bezugswerten abweichen, wobei die Aufnahmeeinrichtung (20, 22) eine Einrichtung (26) umfaßt, die auf die gespeicherten Bezugswerte an­ spricht, um Analogwerte zum Vergleich mit den Meßwer­ ten nachfolgender Reflexionen bereitzustellen.

13. Erfassungseinrichtung nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch einen Bezugsspannungsgenerator (26), der einen varia­ blen analogen Schwellenpegel in Antwort auf ein varia­ bles Steuersignal ausgibt, einen Komparator (24) zum Meßwertvergleich der analogen Reflektionssignale mit dem analogen Schwellenwert, eine Einrichtung (22) zum Ändern des analogen Schwellenpegels, wenn die Amplitu­ de des verglichenen Meßwerts um einen vorbestimmten Betrag von dem Schwellenpegel abweicht, und zur Ausga­ be einer Bezugsdarstellung in Antwort auf das Steuer­ signal, wenn die Amplitude des verglichenen Meßwerts nicht um den vorbestimmten Betrag von dem Schwellenpe­ gel abweicht.

14. Erfassungseinrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß jedem der Bezugswerte ein oberer und ein unterer Grenzschwellenwert zugeordnet ist, wobei die Erfas­ sungseinrichtung (10) einen Bruch anzeigt, wenn eine nachfolgende Reflexion die obere Grenzschwelle über­ schreitet, und die Gegenwart eines Fluids anzeigt, wenn die untere Grenzschwelle überschritten wird.

15. Erfassungseinrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Erfassungseinrichtung weiter umfaßt: eine Einrichtung (12, 22) zum Ändern der Impulsbreite zum Bereitstellen relativ enger Impulse, die den Meßwerten der reflektierten Wellenform entsprechen, die durch naheliegende Abschnitte des Kabels (14) reflektiert werden, und zum Bereitstellen relativ breiterer Impul­ se, die Meßwerten der reflektierten Wellenformen entsprechen, die von weiter entfernten Abschnitten des Kabels (14) reflektiert werden.

16. Verfahren zum Erfassen der Gegenwart eines Fluids in einem vorbestimmten Bereich, umfassend:
Anordnen eines elektrischen Kabels (14) in dem Be­ reich;
Anlegen eines Impuls an das Kabel (14);
Empfangen von Reflexionen der Impulse aus dem Kabel (14);
Aufnehmen und digitalisieren eines vorbestimmten Abschnitts einer dem Anlegen jedes Impulses an das Kabel (14) folgenden Reflexion, bis eine Gesamtreflek­ tion darstellende Digitalmeßwerte erhalten sind;
Speichern (22) der Digitalmessungen und Vergleich der gespeicherten Digitalmessungen mit entsprechenden Messungen nachfolgend empfangener Reflexionen und Anzeigen der Gegenwart eines Fluids, wenn eine vorbe­ stimmte Anzahl von Meßwerten um einen vorbestimmten Betrag von den entsprechenden gespeicherten Meßwerten abweicht, wobei der Vergleich dadurch erreicht wird, daß man die digitalen Meßwerte aufeinanderfolgend in analoge Meßwerte wandelt und die analogen Meßwerte mit entsprechenden Meßwerten der aufeinanderfolgend emp­ fangenen Reflexionen vergleicht.

17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Meßwerte von aufeinanderfolgend empfangenen Reflexionen, die von den entsprechend gespeicherten digitalen Meßwerten um den vorbestimmten Betrag abweichen, verwendet werden, um die Stelle des Fluids in dem vorbestimmten Bereich anzuzeigen.

18. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Gegenwart eines Fluids angezeigt wird, wenn die Größe der vorbestimmten Anzahl entsprechender Meßwerte aufeinanderfolgend empfangener Reflexionen um den vorbestimmten Betrag kleiner ist als die Größe der entsprechend gespeicherten digitalen Meßwerte, und ein Bruch angezeigt wird, wenn die Größe der vorbestimmten Anzahl von Meßwerten aufeinanderfolgend empfangener Reflexionen um den vorbestimmten Betrag größer ist als die entsprechenden digitalen Meßwerte.