JPH02226009A - パイプライン・モニタリング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明はパイプライン・モニタリング装置に関するが、
より特定的に言えば、石油、ガス、およびその他製品の
パイプラインにおける断面、非真円度、および変位を測
定するための第一次のセンサと第二次冗長センサを収容
している慣性計測型のパイプラインビグに関する。

パイプラインの変形のモニタリングは、そのパイプライ
ンの健全性を予測するために必須である。つまり、モニ
タリングを行うことにより、ノ〈イブラインの実際の故
障が起こる前に修正の手段がとられ得る０本出願者によ
る調査によれば、北米には現在約４２万３千に＋ｎのパ
イプラインがあり、それらは、凍結、地下変動などの結
果として健全性の変化を受けつる。

［従来の技術］ 慣性計測型のビグや、その他の慣性計測システムを構築
するための従来の試みは、初期調査データを実時間で計
算して機内センサシステムを制御するという働きをする
高級最新のソフトウェアに頼っていた。そこにおいては
、センサシステムから来た生のデータが処理され、中間
的形態において記録される。データ処理において誤りが
入った場合、このような従来技術のシステムでは、それ
ら生のデータはもはや得られない故に、後処理によって
誤りを正すということは不可能である。

上記とは別の従来の種々のパイプラインビグは、位置、
曲率、非真円度といった特性を測定する機械的構造要素
に頼って来た。

例えばカナダ特許第１．０８３．３４３号（Ｐａｌｌａ
ｎによる）が教えているパイプラインビグは、それの本
体部分に、パイプラインの壁に当る複数のホイールが取
付けられているものであり、これらホイールは、ビグの
パイプライン内での速度を制御するための油圧変位装置
に接続されて作動する。

カナダ特許箱１．１０７．４９４号（Ｉｎｓｔｉｔｕｔ
　Ｆｒａｎｃａｉｓｄｕ　ｐａｔｒｏｌＣＦｒａｒ＋ｃ
ｅによる）が教えているのは、パイプラインの直径を検
出するために、パイプラインの軸線に平行に位置してい
てそのパイプラインに押し当てられている機械的アーム
を用いることである。

カナダ特許箱１．０１９．１４４号（ＡＭＦ社による）
が開示したパイプラインビグでは、それに取付けられて
いる複数のホイールがパイプラインの内壁に、それに接
して回転するように押し当てられており、各ホイールに
は、それが回転するときに一緒に回転する部分があり、
またステータ部分には、それの参照位置に対してのホイ
ールの回転位置を表わす信号を発生する手段がある。

カナダ特許箱１．１０７．１４１号（Ｓｈａｌｌ　Ｃａ
ｎａｄａ社による）が開示しているパイプラインビグも
、１つ以上の計数用ホイールと、それに各々の回転速度
を計測するための装置を用いており、それによって、ビ
グがパイプラインの中で動いた距離が計算されている。

カナダ特許箱１．２２５．７３４号（Ｗｉ　ｌ　Ｉ　ｒ
ａｍ　（７０３社による）が開示したのは、パイプライ
ンの内壁を物理的に衝撃することによりパイプライン内
に周期的に音響信号を導入するハンマーである。パイプ
ライン内で周期的音響の振動を起こさせるために代案と
して、段付きホイールとかその他の機械的手段も用いら
れ得るとしている。１つのマイクロホンがその発生され
た振動を受信し、その受信された信号を１つの電子的計
測装置に送る。その電子的計測装置において、音響は増
幅され、所望のように電子的に変形されて解析され、そ
の出力は記録される。

カナダ特許箱１．００６．６９２号（ＡＭＦ社による）
が開示したパイプラインビグは、それの外部にあって測
定されるべきパイプラインの内壁に接触する複数のホイ
ールを利用しており、列をなすこれらホイールの各々は
、ビグがパイプラインの曲った部分を通過するとき、相
異る通過距離を経るので、デジタルのシャフトエンコー
ダーによってそのホイールの回転の出力を軸つまりシャ
フトの位置の関数として符号化すれば、バイブの曲率（
ｒａｄ／ｆｔ）が測定され、パイプラインにおけるその
曲率のある場所が特定されるようなデータが得られる。

上述以外の従来技術によるビグは、バイブの曲率やパイ
プラインの中でのそれの位置を測定するために、ジャイ
ロまたは加速度計をベースにした方位計測システムを用
いている。

例、ｔ　Ｇｆ、英国特許比＠　ＧＥ　２Ｇ８８５５４号
（Ｐｔ、５ｐｉｐａｌｉｎｅ　５ｅｒｖｉｃｅ　ｕ、に
、による）は、パイプラインを通して移動した距離を測
定することを、パイプラインの方向変化を計測する磁気
またはジャイロコンパス、または加速度計を用いて行う
こととしたパイプラインビグを開示している。

カナダ特許箱１．１９９．１６９号（Ｌｉｔｔｏｎ　Ｓ
ｙａｔｅｍｓ社による）が開示したパイプラインビグは
、慣性基準システムと、その慣性システムのための安定
した基準を提供するロールコントロール装置と、パイプ
ラインの内壁に当るようにばね力を受けたアームという
形での機械的なビグ対バイブ姿勢検出器とを有すること
により、バイブ内面に対してのビグの相対的方位の測定
値を連続的に提供する。ビグの中のセンサが受取るそれ
らデータのすべては、機内のレコーダーによって記録さ
れる。

米国特許箱４，６７７．８６５　　（Ｌｅｈｍａｎによ
る）は、複数のランナーによって支えられまたそれによ
って駆動されてパイプラインを通して移動するパイプラ
インビグを開示している。バイブ壁にある障害物を避け
るようにランナーの角度位置を変えるための装置が設け
られている。パイプラインの中におけるビグの角度位置
を測定するためのジャイロシステムが用いられている。

パイプラインの軸方向でのビグの位置は、ビグの後方に
あってそれに追従する索引ローブの長さを放射性位置エ
ミッタまたは変位トランスジューサを用いて計測するこ
とによって知られる。

カナダ特許箱１．１６６、８４４号（５ｕｎｓｔｒａｎ
ｄ　ＤａｔａＣｏｎｔｒｏ１社による）は、加速度計と
ブローブジョインド計測技術を利用したボアホールサー
ベイ装置を開示している。この装置は、３軸方向加速度
計パッケージと、その加速度計が生成する信号の精度を
向上させるために加速度計のプローブ部分がボアホール
ケーシングの中心に保持されるように働く心合わせ機構
とを搭載するために、可撓性をもって連結された組立体
の形をなしているビグである。この装置では、代案とし
て、パイプライン壁の僅かのたわみ角度を検出するため
に、各プローブ部分に固定されていて半導体の歪ゲージ
を支持しているという角形の可撓性の棒の形での角度読
取り機構を用いることを意図している。

上記のほかの類のビグは、パイプラインの緒特性値の測
定のために、磁気式検出器または磁気式のジャイロの組
合せ、または加速度計をベースにした検出手段を用いて
いる。

米国特許第４．１０５．９７２号（Ｂｒｉｔｊｓｈ　Ｇ
ａｓ　Ｃｏｒｐｏ−ｒａｔｊｏ口による）が開示したパ
イプラインビグは、パイプライン壁の欠陥を検出するた
めに、ばね力を受けて枢動可能にリンク式に取付けられ
た複数のプレートを用いている。これらプレートはビグ
組立体の本体を完全に取り囲むように取付けられており
、最も外側のプレートは磁束検知手段（複数）を担持し
ていて、それら検知手段は、ばねによってパイプライン
壁の内面に弾力をもって押し当てられている。

米国特許第４．２９２．５８８号（Ｓｃｈｌｕｍｂｅｒ
ｇｅｒ丁ｅｃｈｎｏ１ｇｙ　Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎに
よる）は、強磁性体のケーシングの壁厚さを測定するた
めの電磁式厚さ測定器を開示している。そこでの測定は
、ケーシング壁を通して流れる（それの深さに関係して
いる）Ｍｉ束の振幅と変化時点の位相を計測することに
よって行われている。

米国特許第４゜６２８．２６［１号（Ｋｉｍｏｔｏらに
よる）は金属管の欠陥を調べるための渦電流式欠陥検出
システムを教えている。そのものにおける検出器は、金
属管内で軸方向に動かされるテストコイルを含んでいて
、そのテストコイルは、金属管にある欠陥によって生ず
る渦電流の変動を５インピーダンスの変化として検出す
るものである。

米国特許第４．７１７．８７５号（Ａｔｌａｎｔｉｃ　
Ｒｉｃｈｆｉｓｌｄ社による）が開示したパイプライン
ビグは、加速度計と、測定されるパイプラインの断面に
沿っである周方向溶接部あるいはその他の既知の類の磁
気的異常部分をカウントするための磁力計で成る軸方向
位置測定装置と、を含む機内計測器パッケージを有して
いる。

上気した従来技術による特許のいずれもが教えているの
は、地下パイプラインの断面特性を測定するための、慣
性計測システム（すなわち加速度計とジャイロシステム
）と、機械的な速度検出または位置検出の装置（例えば
ビグの外側に取付けられていてパイプライン壁に接触す
るホイール、または、機械的な音響振動用のハンマーま
たは段付きホイールなど）のうちの１つまたは両方、ま
たはパイプラインの欠陥を検出する磁気ベースのシステ
ムを用いるということである。

３次元の位置や曲率の測定を行う従来技術によって得ら
れるのはユニークな（つまり冗長でない）解である。し
たがって、そのような従来技術によるシステムを用いた
のでは、統計的な信頼性をもってデータを健全なもので
あると見なすことが極めて困難である。さらに、慣性ベ
ースのシステム（すなわち加速度計とジャイロスコープ
）は、単独に用いられる場合、適切な整列を先ず確立し
てその後維持するために情報を必要とする。

それがないならば、このようなシステムでは、誤った加
速度や方位の情報を生み勝ちであり、その情報には、誤
りが以後の計測データの処理、解釈のすべてを通して伝
搬する。

パイプラインの中での速度や位置の検出を行うために、
アーム、ホイール、ギヤ、サーボループといった機械的
要素を用いているという従来技術のシステムは、どんな
機械的可動部分であっても避は難い類の欠点をもつ、つ
まり、そのような機械的要素をパイプラインビグに用い
るならば、地下パイプラインの中でそれが作動する環境
は厳しい故に、結局は疲労や応力によって故障が起こる
ことになる。ビグがパイプラインの中で長期にわたって
動き続けなければならない場合にはこの間題は深刻化す
る。

さらに、上記した従来技術による特許のすべては、計測
システムとセンサに動力を供給するために内蔵バッテリ
ーバックを用いているか、または、地上の発電機からパ
イプラインの中を通ってビグまで伸びているパワーケー
ブルを用いている。ケーブルを用いるビグ動力システム
は、扱いにくく、また、パイプラインの中でビグが移動
し得る距離に制限を課する。一方、バッテリー動力のビ
グは、バッテリーの能力が低下するまでの雑巾期間運転
の場合にのみ用いられ得る。

「課題を解決するための手段］ 本発明によれば、結合されたパイプラインビグ・モニタ
リング装置が提供される。この装置では、加速度計とジ
ャイロスコープのような慣性センサで成る第一次計測シ
ステム（吊下型慣性システム）が、パイプラインの診断
解析における位置と曲率についての単一でない解を生成
する第二次計測システムとの組合わせで用いられている
。この第二次計測システムは、慣性での第一次計測シス
テムで生成されたデータを補正し洗練するための、１つ
以上のドツプラーソナー型の速度センサ、ソナーキャリ
バー型のビグ対パイプ姿勢センサ、音響式溶接部検出器
、ホイール型走行距離計などを含んでいる。

例えば、ビグ対パイプ姿勢センサから来たデータは、加
速度計で得られた変位のデータと組合せて処理して曲率
を推算するように用いられるし、また、ジャイロをベー
スにした方位のデータと組合せて処理して曲率を推算す
るように用いられる。したがって、曲率に関する冗長解
が提供されるので、それから最も適合する推算値が得ら
れる。

上述したように、第一次の慣性ベースのデータは屡々方
位の誤差を含んで来るので、曲率とかその他の特性につ
いての単一な解を生成するように用いられた場合、その
解は測定誤差を含んでおり、それは後処理によって修正
され得ない、要するに１本発明による第二次計測システ
ムは、吊下型ジャイロシステムで生成された情報に限界
規定のメカニズムを付与することによって、従来技術に
よるジャイロスコープをベースにした慣性計測システム
の場合には起こっていた誤差の伝搬を制限するためだけ
でなく、第一次で得られたデータをチエツクし、修正す
るためにも用いられる補足的な生データの源を生成する
ものである。

ビグ体バイブ姿勢センサは、パイプラインの非真円度や
波打ちの検出値をも提供する。このことは従来技術によ
る装置では話題にならなかった重要な考慮事項である。

さらに、この第二次計測システムは音響情報をベースに
している故に、機械式装置の故障という従来技術での欠
点は完全に克服されている。

本発明によれば、第一次および第二次計測のデータはす
べて、後刻検索し後処理されるべく生データとして記録
される。故に、第一次および第二次計測データは比較さ
れ得るし、伝搬する誤差があればそれらは検知されしか
るべくふるい落され得る。このようにすることにより、
本発明のパイプラインビグのハードウェアおよびソフト
ウェアの設計要目は、従来技術の場合に比べて簡単なも
のとなる。何故ならば、ビグ自体における計算の遂行量
は極めて少なく、機内ソフトウェアは主として、データ
マネジメントおよび通信のシステムとして働くからであ
る。

本発明の上記以外の特色として、第一次および第二次計
測システムに動力を供給する直流電圧を発生するために
内蔵発電機が設けられている。したがって、従来技術の
バッテリー動力や遠隔動力供給のパイプラインビグに比
べるならば、本発明のビグは、バッテリーの交換なしに
、また、面倒なパワーケーブルの接続を要することなく
、パイプラインの中でより長期間動き続けることができ
る。

本発明の一面によって提供されるパイプライン・モニタ
リング装置は、 パイプラインを通して移動するように作られたキャリヤ
手段と、 前記キャリヤ手段の中に取付けられていて、前記パイプ
ラインの中における前記キャリヤ手段の動的特性を一つ
の基準の慣性フレームに対してのものとして計測し、そ
れに応じ、前記特性を表わす所定の第１デジタル信号を
生成する吊下式慣性システムと、 前記キャリヤ手段の中に取付けられていて、前記パイプ
ラインに対しての前記の動的特性のうちの１つ以上を冗
長計測し、それに対応し、それらの特性を表わす所定の
追加デジタル信号を生成する冗長センサ手段と、 前記キャリヤ手段の中に取付けられていて、前記第１お
よび所定の追加的デジタル信号を受信し、その後検索さ
れ得るように、つまり検索すれば前記第１および所定の
追加的デジタル信号から前記パイプラインの断面および
構造上の特性についての単一でない解が得られるように
、記録するためのレコーダー手段、 の各々を含んでいる。

本発明の別の一面によって提供されるパイプライン・モ
ニタリング装置は、 パイプラインを通して移動するように作られたキャリヤ
手段と、 前記キャリヤ手段の中に取付けられていて、前記パイプ
ラインの中の物質の流れを受け、それに対応し、前記キ
ャリヤ手段を前記パイプラインを通して推進させる複数
のピグシールゴムと、前記キャリヤ手段の中に設けられ
ていて、前記の物質の流れを受けてそれの方向を変換さ
せ、初期作動用直流電圧を発生させる装置と、前記キャ
リヤ手段の中に設けられていて、前記の一次作動用直流
電圧が途絶えたときに、バックアップ作動用直流電圧を
提供できるためのバッテリーユニット、すなわち前記の
一次作動用直流電圧を受入れ、それに対応し、前記バッ
クアップ作動用直流電圧を所定のレベルに維持するよう
な再充電ユニットを含むバッテリーユニットと、前記キ
ャリヤ手段の中に設けられていて、前記キャリヤ手段の
基準の慣性フレームに対する加速度および角度位置を計
測し、それに対応し、その加速度と角度位置を表わす一
連のそれら第一次デジタル信号を生成するような、吊下
型の慣性システムと、 前記キャリヤ手段の中に設けられていて、前記キャリヤ
手段の前記パイプラインに対する速度を計測し、それに
対応して、その速度を表わす第二次デジタル信号の第１
のシリーズとして生成する速度計測システムと、 前記キャリヤ手段の中に設けられていて、前記キャリヤ
手段の前記パイプラインに対する角度位置を計測し、そ
れに対応し、前記キャリヤ手段の前記パイプラインに対
する角度位置を表わす信号を第二次デジタル信号の第２
のシリーズとして生成する姿勢計測システムと、 前記キャリヤ手段の中に設けられていて、前記キャリヤ
手段の前記パイプラインに対する位置を計測し、それに
対応して、その位置を表わす信号を、第二次のデジタル
信号の第３のシリーズとして生成する位置計測システム
と、 前記キャリヤ手段の中に設けられていて、前記の第一次
デジタル信号のシリーズと、前記の第二次デジタル信号
の第１．第２．第３のシリーズのものを受信し、貯蔵す
るような、レコーダーシステム、 の各々を含んでおり、それにより、 前記の第二次デジタル信号の第１．第２．第３のシリー
ズのものは、前記慣性システムで計測された前記の加速
度と角度位置を、独立、冗長に検証することを可能にし
ている。

［実施例］ 以降においては本発明の望ましい一実施例について、添
付の図面を用いてより詳細に説明する。

第１図においては、本発明によるパイプライン・モニタ
リング・装置が、油、ガスまたは他の製品といった種々
の物質のうちのいずれかを輸送するための、所定の直径
を有するパイプライン２を通して移動するビグ１の形で
示されている。このビグは、複数の管状のキャリヤ３，
５．７および９を含んでいる。第１のキャリヤ３は、発
電機１１とタービン１３とで成る発電装置を収容してい
る。

それらについてはより詳しく第４図によって後に説明す
る。第２のキャリヤ５はバッテリーバック１５を収容し
ている。これについても第４図によって後に説明する。

第３の管状のキャリヤ７は、第一次の慣性計測システム
１７と、前方および後方のソナー交換器１９　（前方）
および２１（後方）を含んだキャリパ−ソナーユニット
と、さらに、前方および後方のドツプラーソナー変換器
２３（前方）および２５（後方）を含んだドツプラーソ
ナーユニットとを支持している。第４の、すなわち最後
のキャリヤ９は、デジタルレコーダー２７と、ばね力が
働いているアーム３１に支持された走行距離計ホイール
２９を含んだ随意の走行距離計２１６ユニツトと、パイ
プライン２の中の周方向溶接部を検出するための同調さ
れたマイクロホン３３とを収容している。

キャリヤ３〜９の各ユニットは２個以上のビグのシール
ゴム３４を含んでいる。これらシールゴムは、管状のキ
ャリヤの周りに円形に伸びてフランジとなっている良く
知られたカップ型のゴムであり、それらは、パイプライ
ン２の中の油とかガスなどの物質の流れを受けてそれに
対応してパイプラインを通してビグｌを推進させるよう
に作られている。最先端のキャリヤ３ユニツトにはなお
、ビグを逆上弁とかその他のパイプライン付属物の中を
通して効果的に入れ得るためのテーパーつき先端コーン
３５が任意についている。相前後して並んだキャリヤ３
〜９の各ユニットは、パイプライン２の中の様々の曲率
断面に順応し得る関節つき構造体を形成するように、定
速型の自在継手３６によって相互に連結されている。

キャリヤ３，５．７および９は、パイプライン２に対し
て適当な直径のステンレス製チューブで作られているの
が望ましい、キャリヤの端板の各々は、パイプライン２
の中の漏れ込みを防ぐためＯリングによってシールされ
ている。これらキャリヤは、ガス、油、または製品のい
ずれのパイプラインの場合でも確実に作動するために十
分な安全上の余裕を持たせるため、最低でも１５００ｐ
ａｉの圧力と見積って設計されるのが望ましい。

ウレタン製の標準的なカップ形ピグシールゴム３４が器
具（ビグ）の最先端部だけに用いられていて、このもの
は推進シール用の役を果す、その他のシールゴムは、特
別に設計されたドラグ用シールゴム、低振動サスペンシ
ョン用シールゴムのいずれかであってもよい。

ここの示した実施例では、種々のセンサのばか発電およ
び記録の装置を収容するために４つの別個のキャリヤユ
ニットが用いられているが、より直径の大きなパイプラ
インの場合ならば、それら種々の構成要素を収容するた
めに、直径がより大きくて数がより少ない関節連結キャ
リヤユニットが代りに用いられ得ると考えられる６例え
ば、２４インチ、３６インチまたは４８インチのパイプ
ラインならば、計測、発電および記録のすべての装置を
１つのキャリヤユニットまたは関節連結の２つのキャリ
ヤユニットの中に収納することが可能である。

第２図においては、キャリヤ７および９のユニットの中
にある第一次慣性計測と第二次つまり冗長計測システム
（７の中）およびレコーダー２７（９の中）を表わして
いるブロック線図が示されている。

特に言うならば、吊下型の慣性計測システム１７が、慣
性基準フレームに対するものとしてのビグ１の３軸方向
についての角度位置を計測するための三方向型ジャイロ
２００と、３軸方向についての加速度を計測するための
三方向型加速度計２０２とを含むことが示されている。

計測された方位と加速度のデータはアナログで量子化器
２０４に伝達され、そこでデジタルに変換される。三方
向型ジャイロ２００をそれの回転に応じて零位にするた
めに慣性ループコントローラ２０６が含まれている。こ
れについてはより詳しくは後で説明する。

三方向型加速度計２０２は小さな曲率半径（１〜２０＋
ａ　）を検出し得るのに対し、三方向型ジャイロ２００
は大きい曲率半径を検出するのに有用であるので、三方
向型ジャイロ２００と三方向型加速度計２０２の組合せ
によって、小さな半径での曲率でも大きな半径での曲率
でも正確に計測することを可能にする。

三方向型加速度計２０２は、ドツプラーソナーのデータ
と結合されたときに、三方向型ジャイロ２００の整列の
ために用いられるデータを提供する。これにより、地球
の角速度に対する補償がなされると同時に、三方向型ジ
ャイロ２００の中で起こり得る曲率のデータの仮計算を
精算するための短期および長期のジャイロの片寄った漂
流が提供される。

したがって、三方向型ジャイロ２００と三方向型加速度
計２０２とは補足し合うセンサとして働き、整列（静的
および動的）と共に方位の検証を提供し、また慣性キャ
リヤプロセッサ２１２によってパイプラインの曲率およ
び曲率ごどの方位のデータを生成し、それをデジタルレ
コーダー２７に送る。

本実施例においては、慣性計測システム１７はハネウェ
ルのそデルＨ７７８としである吊下型慣性パッケージの
ような吊下型システムの形をなしでいる。このパッケー
ジは、当初は軍用（例えばミサイル、武器照準など）に
設計された統合型ユニットである。その他の、Ｌｉｔｔ
ｏｎ、　ＣｏｎｄｏｒおよびＳＡＧＥＭなどの慣性シス
テムメーカ製品の幾つかも使われ得る。

上述したように、慣性計測システム１７から来た回転と
加速度のデータは量子化器２０４モジユールによって、
計算機が読み得るデジタルの形に変換され、そこから慣
性キャリヤプロセッサ２１２へと伝送される。量子化器
２０４は微分技術を用いて時々刻々の信号レベルの変化
を計測し、その計測を、普通のアナログ／デジタル（＝
Ａ／Ｄ）変換器のように間隔を置いて離散的に行うので
はなく、ある時間にわたって行う、したがって量子化器
２０４は極めて高精度の微分型アナログ／デジタル変換
器と考えてよく、その精度は百分率の幾つかのオーダー
である。量子化器２０４には、丸味の誤差を回避し、ま
た、考案装置の固有データ割合より高い小さな超過分を
修正するための論理回路（図示せず）が含まれているの
が望ましい。

慣性キャリヤプロセッサ２１２への量子化器２０４の出
力は、デジタルでの回転割合と速度変化との形になって
いる。その回転のデータは、個別の８ビツトの並列のボ
ート（各ジャイロ軸線に対して１つ）を経て、１秒間１
６回の割合で出力される。

加速度計のデータは、同様の方式または３つの３状態パ
ルストレーン（各軸線に対して１つ）を経て出力される
。微分型での加速度計出力のほかに、各加速度計で登録
された重力を表わすアナログでの電圧レベルも生成され
ろ、これらの信号は、慣性データの人力用としては精度
が不十分であるが、ビグの姿勢を監視するための補助的
手段を提供する。

慣性ループコントローラ２０６は、ジャイロの軸線につ
いて回転を検知する手段になっている。

ジャイロの軸線が回転するとジャイロの糸車がそれの軸
上で僅かに動く、この動きを計測するために１つの電子
センサが用いられている。ループコントローラ２０６は
、糸車を常時零位置に保つように働く、つまり、糸車に
電気的にトルクを与えそれを零位置に戻す、ループコン
トローラ２０６によって消費された電流の量は、ジャイ
ロ軸線の回転割合の尺度となるので、それをデジタルで
表わしたものが量子化器２０４によって計算機つまり慣
性キャリヤプロセッサ２１２に回転割合として伝送され
る。ジャイロの形式も種々であり得る。また、必要に応
じてＲＬＧ（リングレーザジャイロ）や対流ジャイロが
用いられる。

従来技術による慣性ベースの装置とは対照的に、本発明
の装置は、三方向型ジャイロ２００またはビグ１をパイ
プライン２の中で一定の姿勢に維持する働きをする装置
を含んでいない、その代り、ビグ１の慣性スペースに対
しての現時点姿勢は、ディジタルデータ処理技術を用い
て計算され、そして、キャリパ−ソナーユニット２０８
とさらになおジャイロの割合と加速度計の割合とドツプ
ラーソナーユニット２１０で得られるドツプラー速度と
を組合せ用いることにより、パイプラインに対するもの
に矯正される。

キャリバーソナーユニット２０８は、キャリバーソナー
変換器１９と２１（第１図）からアナログ信号を伝送し
、受信し、デジタル化し、それに対応し、ビグｌのバイ
ブ２の中での方位（以下これをビグ対バイブの姿勢とい
うことにする。）を表わす直列データ信号を生成する。

なお、ドツプラーソナーユニット２１０が含まれていて
、これはドツプラーソナー変換器２３と２５（第１図）
からの信号を受信し、デジタル化し、それに対応し、パ
イプライン２の中でのビグの速度を表わすさらに１つの
直列データ信号を生成する。

ドツプラーソナーユニット２１０は、本発明の装置にお
いて速度の第一次冗長情報を提供する。

ドツプラーソナーは、従来技術の装置とは対照的に、可
動部分を有せず、バイブ表面に物理的に接触させる必要
もないという利点を提供する。したがって、パイプライ
ン２の中での弁のフラップおよび／または破片状のもの
との衝突に起因する機械的故障の可能性がほとんどない
、ホイールをベースにした走行距離計システムのように
機械的な接触に頼ることがないから、ドツプラーソナー
ユニット２１０は、牽引に起因する誤差は全くないとい
う特色を持っている。ドツプラーソナーユニット２１０
の推定での再現可能の精度はＩ／＋　０００のオーダー
にある。一方、走行距離計２１６の精度は典型ドツプラ
ーソナーユニット２１０は、受信器／発信器に対して動
いている面から反射して来た音波はその速度差に従う周
波数ソフトを受けるということを基にして機能する。

ドツプラーシフトを表わす式は ｆ　ｄ　＝　２　Ｖ　ｆ　＊　　ｃｏｓθ／Ｖ、である
。

ここで、ｆｄは周波数シフト、Ｖｌｔ反射点の速度、■
、は伝搬媒体内での音速、ｅは音波ビームの水平方向に
対する角度、そしてｆ、は伝搬する超音波ビームの周波
数である。

上記の式を用いると、ＩＯｍＨｚの超音波信号の場合に
速度が０．７ｍ／ｓ、角度が４５１であれば、典型的な
周波数シフトは約６．５ｋＨｚとなることがわかる。

プラットホームピッチに関係して生ずる誤差を最小にす
るため本発明の装置は２軸型式を用いている。こうすれ
ば、ピッチに起因して生ずる誤差は２つの交換器の間で
打ち消される。

ドツプラーソナーユニット２１（ｌは、衝撃波または連
続波の固定角度方式で用いられる。

量子化器２０４、キャリバーソナーユニット２０８およ
びドツプラーソナーユニット２１０で出力された直列デ
ータ信号は、慣性キャリヤのプロセッサ２１２の回路で
受信され、そこで、以降にレコーダー２７へとさらに伝
送されるため、所定の順序に従うよう多重化される。

特に言うならば、慣性キャリヤプロセッサ２１２は、キ
ャリパ−ソナーユニット２０８およびドツプラーソナー
ユニット２１０のばか第一次の慣性計測システム１７か
ら受信した直列データのすべてを集め、相互の関連づけ
を行う、データはデジタルレコーダー２７へ直列データ
リングを経て伝送され得るようにパケット式に組立てら
れる。詳しく図示していないが、慣性プロセッサは、種
々のセンサから来る直列データ信号を典型的には８ビツ
トの並列入力ボート（複数）または８ビツトのボート（
複数）と１６Ｈｚでの割込みをベースに働かされる読取
り可能のアップ・ダウンカウンタとの組合せの形でのイ
ンタフェイスと、第一次の慣性計測システム１７から来
るサーマルカップルのデータをモニタリングするための
マルチチャンネルの変換器の形でのアナログ／デジタル
変換器と、１つのＣＰＵと、さらにＲＡＭとＥＦＲＯＭ
のメモリとを含んでいる。また、キャリバーソナーユニ
ット２０８やドツプラーソナーユニット２１０との通信
のために直列入出力ボートが設けられている６さらにま
た、割込みの実行と直列データの時間のタグ付けつまり
刻印のためにタイマ装置が設けられているのが望ましい
、プロセッサ、ＲＡＭ　、ＥＦＲＯＭ　、直列ボート（
複数）およびタイマー（複数）は、ＮＥＣＶ４０の１６
ビツトマイクロプロセツサのような単一ボードの計算機
を用いることで実現されるのが望ましい。

慣性キャリヤ７の中に収容される種々の装置は＋５ＶＤ
Ｃ，±＋５Ｖ　ＤＣ１４００）１ｚ　ＡＣおよび４５ｋ
Ｈｚ　ＡＣを含む沢山の相異るタイプの動力源を必要と
する。

したがって、公称２１１Ｖのビグ供給電源から必要なす
べての供給電圧を清々するために供給電源変換器（図示
せず）が含まれている。

レコードを支持するキャリヤ９ユニツトは、同調された
マイクロホン３３（第１図）から来るオーディオ信号を
受信し、それに対応し、周方向溶接部とピグシールゴム
３４が接触したときの音の特性的周波数を検出するため
の溶接部検出器２１４を結合している。このオーディオ
信号は溶接部検出器２１４を経ることで、直列データ信
号に変換され、デジタルレコーダー２７に伝送される。

走行距離計２１６回路はプロセッサ２１８と組合って働
くよう任意に含まれており、これに関係している、アー
ム３１　（第１図）によって支持されている走行距離計
ホイール２９から来る速度の情報を受信し、それに応じ
、さらに１つの直列データ信号を生成する。

溶接部検出器２１４および任意の走行距離計のプロセッ
サ２１８から来る追加的な直列データ信号は、完成キャ
リヤプロセッサ２１２から来る多重化された直列データ
信号と共に、デジタルレコーダー２７の作動部分となっ
ているレコーダーコントローラ２２０によって伝送され
る。レコーダーコントローラ２２０は受信した直列デー
タ信号を時間側ような適当な記録媒体へのそれらデータ
の蓄積を調整する。

パイプラインビグ１をパイプライン２の中へと発信させ
る前に、レコーダーコントローラ２２０に、それが既に
確立されている初期条件に従ってコントロールの動作を
するように、予備的ディジタルコントロール情報を負荷
することができる。

この目的のための外部モニター２２４が図示されている
。同様に、ビグの作業が終った時には、レコーダー２７
に蓄積されている直列データは、測定対象になったパイ
プライン２の断面特性を正確に求めるための以後の解析
や後処理のために取り出される。

作動中においては、慣性システム１７は、慣性基準フレ
ームに対してのビグ１の方位のデータを、やはり、慣性
基準、つまり大地基準のフレームに対しての、矯正され
得る加速度、温度、および変位のデータと組合された形
で提供する。ところで、伝統的技術を（すなわち従来技
術によるシステムを独立で）用いてパイプラインの特性
に関する正確な情報を得るためには、三方向型ジャイロ
２００はパイプライン２の中心に留まっていなければな
らない、ところが、そのような慣性計測システムの伝統
的で実際的応用の場合、ビグｌその他がパイプラインを
通して移動するときに飛躍的運動がある故に慣性計測シ
ステムがパイプライン２の中心に正確に維持されること
はなく、その故に誤った予期されない結果が生成する。

したがって、上述したように、第一次計測システムで得
られるデータを較正し、洗練されたものとするために用
いられるキャリバーソナーユニット２０８、ドツプラー
ソナーユニット２１０、および溶接部検出器２１４．そ
してなお任意の走行距離計２１６を含めた第二次計測シ
ステムが設けられている。キャリパ−ソナーユニット２
０８およびドツプラーソナーユニット２１０で得られた
データは、慣性計測システムＩ７をコントロールするた
めにも利用されるが、なお、後処理の段階で竣工調査記
録と組合せられるならば、パイプライン２の中での位置
の独立的推算値を提供する。

三方向型加速度計２０２から得られたデータは、第３図
のブロック線図に示しであるように、積分すれば速度の
情報、二重積分すれば位置の情報となる。しかし、初期
条件つまり境界条件が規定されていないならば、得られ
る速度や位置のデータには相当な誤差が伝搬して来るこ
とがある０例えば、三方向型ジャイロ２００によって計
測された角度位置のデータは小さな振れがあった場合、
三方向型加速度計２０２で計測された重力が、計測され
た加速度のデータの積分の間に誤差を伝搬させることが
ある。

したがって本発明においては、第３図に示しであるよう
に、第一次の慣性計測システム１７で得られた加速度の
データまたは方位のデータの積分の結果に入り得る誤差
の拡大つまり伝搬に対して限界規定を付与するよ、う４
こ第二次の計測システムが設けられている。

ビグ対パイプの姿勢センサ（例えばキャリバーソナーユ
ニット２０８）は、加速度計で得られた変位のデータあ
るいはジャイロへ−スの方位のデータと組合わせたとき
別個の曲率推算値（ずなわち冗長、単一でない解）を生
成するようなデータを提供する。

さらにキャリバーソナーユニット２０８はパイプライン
２の中での非真円度や波打ちに関する情報も提供する。

これらの情報を得ることは、バイブの状況の調査におけ
る追加的配慮であって、本発明によるキャリバーソナー
ユニット２０８を利用することでの間接的便益となる。

ドツプラーソナーユニット２１０と走行距離計２１６と
は速度検出を行うものであって、それは、第一次の慣性
計測システム１７の初期較正および作動中較正の続行の
ための境界条件を生成する。

ドツプラーソナーユニット２１０は極めて高精度（すな
わち、０．３ｃｍ／ｓ以内の精度）の速度計である。溶
接部検出器２１４は、第一次の慣性計測システム１７の
速度と変位の較正の器具として用いられるほか、独立に
位置計測結果を生成し、位置の冗長かつ単一でない解と
することにも用いられる。

本発明の種々の非機械式の速度や位置検出用のセンサに
なお付は加えるものとして、データのクロスチエツクの
ために１機械式の走行距離計２１６が用いられてよい、
しかし、将来、上述した非機械式の手段が洗練されたも
のになったときには、この走行距離計は除去されてよい
と考える。

走行距離計２１６は、ばね力を受けている複数のアーム
３１のそれぞれに取付けられていてパイプライン２の内
壁に押し当たるナイロン製走行距離計ホイール２９を含
んでいる。このホイール２９の回転を検出するためにア
ーム３１にある近接センサ装置によってホイールの回転
が検出される。プロセッサ２１８が、走行距離計２１６
から来たデータを集め、それに対応し、デジタルレコー
ダー２７に伝送される直列データの流れを生成する０本
実施例においてはプロセッサ２＋８は単一チップのイン
テル８０４８計算機によって実現されている。

さらに、竣工図面の形での調査情報が、ビグ１によって
記録されたデータの後処理において使われつるが、その
際には三方向型加速度計２０２と溶接部検出器２１４か
ら得られたデータの位置に関する記録をずらし修正する
ためにさらい利用され得るパイプラインの断面に関する
追加的なデータが提供される０時々刻々の計測において
、溶接部の離脱に関する履歴の情報は、パイプラインに
働いている圧縮または引張の力が求められるに際し、パ
イプラインの構造上の健全性のための幾つかの還元情報
を調査者にもたらすこともある。

第４図に移るＬ、キャリヤ５の中に収容されているバッ
テリーパック１５に結合されていて、キャリヤ３の中に
収容されている内蔵発電装置を表わしたブロック図が示
されている。

本発明で用いられている内蔵発電装置は、逆流のある標
準的なフランクリン（Ｆｒａｎｋｌｉｎ）ロータの形の
ものである。概念的には、この発電装置は、水力発電所
で用いられる類のタービン装置のミニチュア形のものと
見ることができる０発電のために基本的に要求されるこ
とは、ビグｌをパイプライン２内で平均の流体速度より
も遅い速度で移動させることである。極端な場合として
、ビグ１が静止している場合には、理論的に得られる動
力は、流れの仕事量からパイプライン２の中での損失物
を差引いたものに相当する。第一次および第二次計測シ
ステムのために要求される最大の動力は、十分な安全率
として２〜３をとった場合、１５０ｗツまり０．２）Ｉ
Ｐ近辺にな６．０．２ＨＰを発生させろために要求され
るパワーヘッドは、効率を６０％と仮定して、速度差を
０．１〜０．４ｆｔ／ｓ　（０，３０４８〜１．２１９
２＋＋＋＃）、ポンプバイパスの直径のフローヘッドを
０．７５〜１．２５インチ（１９，０５〜３１．７５ｉ
ｎ　）とすることで達せられる。

第１図で説明した構成部分のほかに、キャリヤ３の中に
収容されている発電装置はなお、油流入口４００、バイ
パスされた流体（つまり油またはガス）の流れを運ぶた
めの圧力容器４０２、および先端コーン３５（第１図）
にある油またはガスの流出口４０４を含んでいる。イン
ペラつまりタービン１３が圧力バランスシールされたシ
ャフト４０６によって発電機ＩＩと結合されている１発
電機１１はなお、発電機１１で発生された直流電圧をよ
く知られている原理に則って調整するためのレギュレー
タ４０８に結合されている。レギュレータ４０８の出力
である！１ｍ！！された直流電圧は接続用の電力バス４
１０を経て近傍にあるバッテリーパック１５に伝えられ
る。

慣性計測システム１７の所要動力はそれだけでも大きく
（約３ｆ）Ｗ）、また典型的には計測のための作動期間
が長い（例＾ば７日）ので、従来技術の装置におけるよ
うにバッテリー貯蔵だけに頼るのではなく、内蔵発電装
置を用いることが必要になる。当初の動力計算の結果に
よれば、本発明の装置に対して７日間動力を供給するた
めに十分なＮｉ−Ｃｄバッテリーを運ぶに必要なキャリ
ヤの長さは４ｍを越えることになる。バッテリーを用い
ることは可能ではあるが、経済的見地からも論理上の見
地からも魅力的ではない。

原油の粘度範囲が、本発明による小形バイパスタービン
での発電装置の使用を特に魅力的にしている。タービン
１３は、油を小さい断面積（０，７５ｉｎ”＝　４．８
８９ｃｍ”）だけ、ビグのシールゴム３４のところをバ
イパスさせてタービン１３を駆動するようにすることに
よって、それの動力を得る。パワーヘッドは本質的に、
パイプライン２の内壁に当たっているピグシールゴム３
４の摩擦力から得られる。ビグ１の速度を遅くして、か
つ動力を発生させるのにシールゴムの摩擦力だけでは不
足である場合には、フォースブレーキシステムが用いら
れ得ると考えられる。

上述のように、タービン１３への動力の移行は、油の流
れに対してビグ１の速度をスローダウンすることによっ
て達せられる０例えば、ビグと油の速度差が０．　ｌｆ
ｔ／ｓ（３，０４８ｃｍ／ｓ）であるならば、１ｉｎ”
　（６，４５１６ｃｍ”）のバイパスである圧力容器４
．０２の中での流れは約９　ｆｔ／ｓ　（２゜７４３２
ｍ／ｓ）となるはずである。

タービンの特性、シャフト４０６および発電機１１につ
いて、本実施例においては余裕をもって、電力＋００Ｗ
を発生させるに必要な、断面０．７５ｉｎ’（４，８３
９ｃｍ″）のバイパスを通る有効パワーヘッドが、ビグ
１と流体流れの速度差が０．３ｆｔ／ｓ　（９，１４４
ｃｍ／ｓ）までで得られるようになっている。

ピグシールゴム３４とキャリヤ５．７および９の間には
、キャリヤ３の油流入０４００に流体流れを導くために
、スクリーンつきのバイパス孔を設けろことができる。

それらバイパス孔は、駆動部分つまりタービン部分のシ
ールゴム３４が故障しても、ビグｌがパイプライン２の
中で不動となることなく依然として下流側へと動くよう
に、十分に断面積の小さい孔であるべきである。

本発明によるバイパスタービンは、平均で＋００Ｗ以上
の電力を発生させるように設計されている。このｉｏｏ
ｗといつのは、ビグＩが必要とする電力の２倍を超えて
いる。それにより、十分な安全率、つまりピグシールゴ
ムの摩擦が、例えばダウンヒル管路に差しかかって得ら
れなくなった場合の非能率に対処できるための安全率が
備えられている。

発電機１１は特に設計された高効率のものであって、そ
れの外部ロータは、タービン１３からシャフト４０６に
よって駆動される小径のケーシングの中での高密度の詰
め込みを可能にしている。

レギュレータ４０８は、タービン１３が失速の位置にあ
る発電機をソフトスタートさせるように設計されている
３発電機とタービンが、所定の出発回路数になるまでは
自由回転するように、需要電流要求を減らしてソフトス
タートの方式に入る。レギュレータ４０８の中にはなお
、回転数が高くなったときに電流を増し、それによって
タービン１３を通る流体の流れを制限するためのダミー
負荷が組込まれている。

発電機の出力は、シールされた鉛／酸バッテリーバック
１５を充電するために用いられるが、このバッテリーパ
ックは、２．５ＡＨのセル１４０個、全体で３５ＯＡ）
ｌの容量のものであるのが望ましい。

バッテリーパック１５はなお、ビグの電力供給ライン（
２８Ｖ　ＤＣ）にフィルタ効果を及ぼし、急なダウンヒ
ルの傾斜に差しかかった場合のようにタービンが十分な
動力を発生し得ないとき、その間中、電力を所定の出発
値に留める働きをする。

前述したように、慣性計測で得られた座標をパイブ中心
の座標に移行させるためには、ビグ１とパイプライン２
との間の、慣性のキャリヤ７の両端においての間隔を連
続的に監視することが必要である。この計測のプロセス
のために、慣性のキャリヤの両端においてマルチポイン
トのキャリパ−を用いることが考えられる。

第２図について前述したように、本発明の装置は、ビグ
対パイプの姿勢を測定するために、従来技術による特許
に見られるような従来の機械式のキャリバーシステムを
用いるのではなく、超音波ソナーシステムを用いている
。ソナーを用いることは、機械的可動部分が少なくなる
ことであるから、部品の故障や疲労など、従来技術の欠
点を克服できる。

超音波検知は過去にもパイプラインで用いられて来た、
例えば、非破壊試験は１つの従来技術の手法であるが、
超音波手法を用いた非破壊試験によってパイプラインの
検査が工場内やパイプラインの現場で行われている。ま
た、超音波距離計測は、タンクでもバイブでも、液面セ
ンサとして用いられている。

第５図は、本実施例におけるキャリバーソナーシステム
のブロック線図を示している。キャリヤ７の後方部の周
囲を巡って８個の超音波変換器２１が等間隔で取付けら
れている。同様に、キャリヤ７の前方部には４個のキャ
リパ−ソナー変換器１９が等間隔で取付けられている。

キャリパ−ソナーユニット２０８は、変換器１９と２１
を経て超音波（例えばＩＯｍ）ｌｚ）の音響エネルギー
の短い（継続時間１〜２マイクロ秒の）バーストを送出
し、その後パイプ壁面からの最初の帰還エコーが検出さ
れるまでの経過時間を計測することで機能する。距離計
測の精度は１〜２ＩｌｌＩのオーダーである。

このシステムは、クリスタル６０２でドライブされるＴ
ＭＳ　３２０２０マイクロプロセツサのような、デジタ
ルの信号のプロセッサ６００によってコントロールの下
で、良く知られた様式で作動する。デジタル信号プロセ
ッサ６００は、オンボードメモリ、タイマ、およびシリ
アルポートを有する高速（例えば５　ＭＩＰＳ）ユニッ
トである。デジタル信号プロセッサ６００は、１つの計
測を３００マイクロ秒で行い得る０合計１２個の変換器
１９．２１を全部走査することは、５ミリ秒以下で行わ
れるので、キャリヤ７の両端でのキャリバー計測ははｔ
４ｍｍ移動ごとに行われることになる。この高速のデー
タ割合は、本発明での応用においてはそれほど高速を要
しないので、フィルタリングされ、慣性キャリヤプロセ
ッサ２＋２に送られるときは約２Ｈｚとなる。つまり５
００ミリ秒に１回の計測となる。

作動の際は、デジタル信号プロセッサ６００が、１２チ
ヤンネルのマルチプレクサ６０４を用い、合計１２個の
変換器１９．２１の所定の１つを選択するコントロール
信号を生成する。所定の変換器が選択されたのに対応し
てデジタル信号プロセッサ６００は、トランスミツタロ
０６がさきに述べた超音波信号のバーストを生成するよ
うに、イネーブル信号を生成する。超音波信号のバース
トはそれから５デジタル信号プロセッサ６００によるコ
ントロールの下にある発信／受信スイッチ６０８によっ
てマルチプレクサ６０４に送られる。超音波信号の発進
波の生成が完了すると、デジタル信号プロセッサ６００
は、スイッチ６０８を受信モードに戻すので、パイプラ
イン２の内壁面から来た超音波のエコー信号はバンドパ
スフィルタ／自動ゲインコントロール回路６１０を経て
、そこからレベルコンバータ６１２でレベルを調整され
、Ａ／Ｄ変換器６１４でデジタル化される。

プロセッサ６００にはなお、ソナーの機能を実行するた
めの走査ソフトウェアを蓄積するプログラムＰＲＯＭ　
６０３が設けられている。これについては以降で詳しく
説明する。

キャリパ−ソナーユニット２０８は、キャリバー計測を
行うことのほか、パイプライン２の中の周方向溶接部や
弁を検出するために用いられ得る。

これは、その前方側の変換器２１をビグ１の前方に対し
約２０°の角度をもって取付けろことによって達成され
得る１周方向溶接部からのエコーは、平らな管の面から
のエコーよりも幾分振幅が大きい、大部分の変換器が高
い信号の帰還を検出したとき、周方向溶接部があると判
定される。溶接部が検知され、時刻が慣性プロセッサに
送られるので、周方向溶接部の位置と慣性のデータとを
相関させることができる。

しかし、前述したように、レコード用のキャリヤ９が、
同調されたマイクロホンの形での溶接部検出器２１４を
収容しているのが望ましい、ビグのシールゴム３４がパ
イプライン２の中の周方向溶接（フラッシュ溶接）部に
接触したときにユニークな周波数の音を発することが知
られている。したがって、本実施例においては、マイク
ロホン３３は、上記のユニークな周波数の音を検出し、
同時に余計な引掻きノイズなどを濾過するために、バン
ドパスフィルタリングの方法によって同調させられてい
る０周方向溶接部に接触したときの検出された音はデジ
タル化され、第２図についてさきに説明したように、時
間刻印されてレコーダー２７に記録されるように伝送さ
れる。

バイブの境界層状態（例えば乱流、渦流の影響）、管壁
での層流および壁面付着物に関係するキャリパ−ソナー
ユニット２０８による計測の質については、この実施例
の設計で考慮されている。

前述のように、パイプライン２の内壁面からの帰還つま
り反射した超音波信号は比較的に高いデータ割合（すな
わち１〜２　ｍ）ｌｚ）でデジタル化される。デジタル
信号プロセッサ６００は管壁面からの最初の帰還を識別
するためにそのデジタル信号を調べる。油の中の粒子か
らのエコーの帰還、ワックス状の付着物からのエコーの
帰還、あるいはまた該壁面からのエコーの帰還といった
付加的で余計な帰還も識別され得る。

内壁面からのエコー帰還は、他の余計なエコー帰還より
も３〜１０倍も強いので５その故にプロセッサ６００の
中に入っているソフトウェアによって容易に判別される
。

第６図は、反射したキャリバーソナーの信号の振幅と時
間との関係の典型的な形を示している。

本発明のキャリパ−ソナーユニット２０８は、渦流や層
流に関係する問題を蒙ることがない、何故ならば、そこ
での音響インピーダンスの変化は極めて小さいので、そ
れらの影響に起因する帰還信号の振幅は、パイプライン
２の内壁面からの帰還信号に比べれば小さいということ
が知られているからである。

上述したデジタル化の割合が装置の解像度を決定する０
例えば、Ｉ　ｎ＋Ｈｚのサンプリング割合でデジタル化
されると解像度は０．７５ｍｍ、１．５ｄｚのサンプリ
ング割合でデジタル化されると解像度は０．５ａｍ、　
２　ｍＨｚでデジタル化されると解像度は０．３７ｍｍ
となる。成功したプロトタイプでは、プロセッサ６００
は帰還音響エコー信号を１〜２■の誤差で正確に計測し
得る。これは、本発明の場合十分過ぎる。したがって本
発明の装置は、バイブ２の直径の３ＩＩ１１以下の変動
を検出できる。この価は３００關のパイプラインなら１
％ということであり、メーカのスペック値を少し超える
だけである。

振動／衝撃による故障の可能性を最小限にするためには
、慣性キャリヤプロセッサ２１２をキャリヤ７の中に取
付けるのが望ましい、必要ならば追加の電子回路を入れ
込めるように、プロセッサの上方と下方にスペースを設
けておくのが望ましい。

第７図に移ると、レコーダーが示されている。

レコーダーは、デジタルビデオレコーダー２２２と結合
されているレコーダープロセッサつまりレコーダーコン
トローラ２２０を含んでいて、これが溶接部検出器２１
４と接続されている。

本実施例においては、レコーダー２２２はＥＸＡＢＹＴ
ＥＴ′８２００のデジタルビデオレコーダーの形となっ
ている。しかし、光ディスクや磁気テープカセットのよ
うな、他の記録媒体の使用も考えられる。

レコーダーコントローラー２２０は、直列データリング
（例えばＲ５−２３２）を経て、慣性計測システムＩ７
のほか、ドツプラーソナーユニット２１０．走行距離計
２１６、および溶接部検出器２１４からのデータを受信
する。受信されたデータは、レコーダーコントローラー
２２０を経ることで、記録のための適当なファイルサイ
ズに編成され、小さな計算機システムインタフェイス（
ＳＣ５Ｉ）を経てデジタルビデオレコーダー２２２に送
られる。記録されたデータは次いで、レコーダーコント
ローラー２２０によるコントロールの下でデータの健全
性を確かめるために検証される。

記録の機能に加え、ビグ１の健全性がユニットを分解し
なくとも確かめられるための、外部の計算機やターミナ
ルとの双方向リンクが設けられつる。この機能を容易に
するためには、レコーダーコントローラー２２０を経て
の会話式モニタリングプログラムが用いられるのが望ま
しい、このようにすれば、この機能増強により、ビグｌ
の状況が、それの発進の時までモニタリングされ得る。

記録されるべきデータの量が大きい（約５００メガバイ
ト）ので、高密度のデジタル記録媒体を使用することが
必要である。望ましいＥＸＡＢＹＴＥ”８２００ビデオ
カセツトレコーダーは、ポータプルビデオカメラで普通
に見られる８１ＩＩＩＩ＋ビデオカセツトを用いている
。このレコーダーは、エラーチェツキングを行うスマー
トなコントローラー、２５６キロバイトのバッファ、５
Ｃ３Ｉインタフエイス、および２ギガバイト以上の記録
容量を特色としている。

デジタルビデオレコーダー２２２は、レコード用ノキャ
リャ９の中で、耐震、吸振式取付法で、そしてまた、断
熱材を用いて取付けられている。それは、レコーダーパ
ッケージが電子機器から発生される熱を留めおくように
するためである。したがって電子機器から発生された廃
熱のリサイクリングによって、レコーダーユニットの運
転温度が、寒い時期に用いられる場合適当なレベルまで
上昇する。レコーダーの、良好なデータ検証の計画に上
記のような構造上の配慮が組合わされることで、ユニッ
トはパイプラインの環境の中で確実に作動できる。

パイプライン２からビグ１が引き出されたならば、デジ
タルデータがレコーダー２７から取り出され５バイブの
限界曲率と、それらバイブの限界点のパイプラインの中
での位置を検知するために解析される。その検知の問題
は、パイプラインを容易に識別され得るセクションに細
分割し、各セクションについて得られたデータをスキャ
ニングすることで先ず限界曲率の問題について解される
。

すべての限界特性が検知された後には、細分割されたセ
クションのすべてをつなぎ合わせることにより、位置の
問題が解される。

慣性計測システム１７（すなわち、方位と加速度の測定
）から出力されたデータを解析し、パイプライン２の中
でのビグ１のための基準軌道を算出するために、曲率検
知算法が用いられるのが望ましい、この際、ソナー速度
が、慣性計測システム１７の方向や高さの誤差を所定の
限界内に制限するため、および、三方向型加速度計２０
２で得られた重力の推定値を改善するために用いられる
。そして、キャリパ−ソナーユニット２０８で検出され
たビグとバイブの距離を用いることにより、バイブの中
心線の軌道が算出される。中心線のデータを用いること
により、水平または垂直軸での限界曲率は、レコーダー
２７の中に蓄積された生のデータから検知され、時間ダ
グ付けされる。

上記の曲率検知の問題を解くためのユニークなソフトウ
ェアが開発されている。その仕事のために開発された主
なソフトウェア・サブモジュールには、物体軸変換、航
法計算、カルマンフィルタ推算、曲率検知、および出力
ファイル／図がある。

上記のソフトウェアの日常操作のすべては当業者におい
て良く知られたものである。

以上の説明を要約するならば、本発明によれば、第一次
の慣性計測システム１７を用いて正確な角度位置と加速
度のデータを得るためのパイプラインビグが提供される
。慣性計測システム１７によって提供されるユニークな
データは、キャリパ−ソナーユニット２０８、ドツプラ
ーソナーユニット２１０、溶接部検出器２１４、および
任意の走行距離計２１６といった第二次センサから出力
された追加的データによって相互対照され、限界規定が
付与される。さらに、ソナーおよび溶接部検出器は非機
械的なものであるので、機械的部品の故障や疲労に関連
する従来技術における問題は克服されている。また、本
発明によるビグｌは内蔵発電装置を用いているので、貯
蔵されたバッテリーの動力に頼ることなく、長期間作動
し得る。

本発明の、他の変形や実施例があり得る。

例えば、本発明の本実施例は、油またはガスのパイプラ
インのモニタリングのために設計されたものであるが、
本発明は、製品のパイプラインののほか、ピグを推進し
得る物質ならば実際上どんな物質を輸送するパイプライ
ンにでも有利に用いられ得る。

すべてのそのような修正、変形は、特許請求の範囲に示
しである本発明の範囲に含まれるものと考えられる。

４、　　ｒｌ１面の簡単な説明 第１図は本発明のパイプラインモニタリング装置の一実
施例のピグの概略断面図、 第２図は第１図のピグの全体的システム構成を示すブロ
ック線図、 第３図は、第１図、第２図のピグから得られたパイプラ
インのデータからパイプラインの特性値を算出するため
のデータの後処理におけるデータ源の組合せを示すブロ
ック線図、 第４図は、本実施例のタービンパワーユニットを表わす
ブロック線図、 第５図は、本実施例のキャリバーソナーを表わすブロッ
ク線図、 第６図は本実施例のキャリパ−ソナーの信号の振幅と時
間との関係を表わすグラフ、 第７図は本実施例のレコーダーの基準を表わすブロック
線図である。

１・・・・ピグ、 ２・・・パイプライン、 ３．５．７．９・・・・キャリヤ（第１〜第４）、１１
・・・・発電機。

１３・・・・タービン、 １５・・・・バッテリーパック、 Ｉ７・・・・慣性計測システム、 １９、２１・・・・キャリパ−ソナー変換器、２３、２
５・・・・ドツプラーソナー変換器、２７・・・・デジ
タルレコーダー ２９・・・・走行距離計ホイール、 ３１・・・・アーム、 ３３・・・・マイクロホン。

３４・・・・シールゴム。

３５・・・・先端コーン。

３６・・・・自在継手、 ２００・・・三方型ジャイロ、 ２０２・・・三方型加速度計、 ２０４・・・量子化器、 ２０６・・・慣性ループコントローラ、２０８・・・キ
ャリパ−ソナーユニット、２１０・・・ドツプラーソナ
ーユニット、２１２・・・慣性キャリヤプロセッサー２
１４・・・溶接部検出器、 ２１６・・・走行距離計、 ２１８・・・プロセッサ、 ２２０・・・レコーダコントローラ、 ２２２・・・デジタルビデオレコーダ、２２４・・・外
部モニタ、 ４００・・・油流入口、 ４０２・・・圧力容器、 ４０４・・・流出口、 ４０６・・・シャフト。

４０８・・・電力バス、 ６００・・・デジタル信号プロセッサ、６０２・・・ク
リスタル、 ６０３・・・プログラムＦＲＯＭ。

８０４・・・マルチプレクサ、 ６０６・・・トランスミッタ、 ６０８・・・発信／受信スイッチ、 ６１（１・・・バンドパスフィルタ／自動ケイントロー
ラ回路、 フン ６１２・・・レベルコンバータ、 ６１４・・・Ａ／Ｄ変換器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、パイプラインを通して移動するように作られたキャ
   リヤ手段と、 前記キャリヤ手段の中に取付けられていて、前記パイプ
   ラインの中における前記キャリヤ手段の、一つの基準の
   慣性フレームに対する動的特性を計測し、それに対応し
   て、前記特性を表わす所定の第１のデジタル信号を生成
   する吊下式慣性システムと、 前記キャリヤ手段の中に取付けられていて、前記パイプ
   ラインに対する前記の動的特性のうちの１つ以上の冗長
   計測をし、それに応答して、それらの特性を表わす所定
   の追加的なデジタル信号を生成する冗長的センサ手段と
   、 前記キャリヤ手段の中に取付けられていて、次に行う検
   索のために、前記所定の第１および追加的デジタル信号
   を受信して記録し、検索の際には前記所定の第１および
   追加的デジタル信号から前記パイプラインのプロフィル
   および構造上の特性についての単一でない解を得るレコ
   ーダー手段、とを有するパイプライン・モニタリング装
   置。 ２、前記慣性システムがさらに、前記キャリヤ手段に作
   用した加速力を計測し、それに応じ、それを表わすデジ
   タル加速度信号を生成するための三方向型加速度計を含
   んでいる、請求項１に記載のパイプライン・モニタリン
   グ装置。 ３、前記慣性システムがさらに、前記の基準慣性フレー
   ムに対しての前記キャリヤ手段の角度位置を計測し、そ
   れに応じ、それを表わすデジタル方位信号を生成する三
   方向型ジャイロを含んでいる、請求項２に記載のパイプ
   ライン・モニタリング装置。 ４、前記キャリヤ手段が、前記慣性システム、前記の冗
   長センサ手段、および前記の受信および記録する手段を
   収容するための、１本以上のステンレス製のチューブを
   含み、また、前記の１本以上のチューブの各々の端に配
   置していて前記パイプラインの中の物質の流れを受け止
   め、それに応答して前記パイプラインを通して前記キャ
   リヤ手段を推進させるように作られている、１個以上の
   ウレタンのカップ型のピッグシールゴムを含んでいる、
   請求項１ないし３のいずれか１項に記載のパイプライン
   ・モニタリング装置。 ５、前記の冗長センサ手段が、前記パイプラインの内壁
   から反射するようにした一連の超音波信号のバーストを
   発生し、前記内壁から反射してきた前記の信号バースト
   を受信するための、前記キャリヤ手段の周囲を巡って等
   間隔で配置されている複数の超音波変換器と、前記の信
   号バーストの発生と受信の間の経過時間を計測してそれ
   に応答してその経過時間を表わし、したがってまた前記
   パイプラインに対する前記キャリヤ手段の姿勢方位をも
   表わすデジタル信号を生成する手段とで成るキャリパー
   ソナーシステムを含んでいる、請求項１ないし３のいず
   れか１項に記載のパイプライン・モニタリング装置。 ６、前記の冗長センサ手段が、前記キャリヤ手段の後方
   部に取付けられていて、超音波信号が前記パイプライン
   の内壁から反射して来て前記キャリヤ手段の前記パイプ
   ラインの中での速度に比例したドップラー周波数シフト
   を受けるように、前記キャリヤ手段の進行方向に対して
   鋭角をなす方向に超音波信号を、発射するための第１の
   変換器と、前記キャリヤ手段の前方部に取付けられて前
   記のドップラー周波数シフトを受けた前記信号を受信す
   るための第２の変換器と、前記ドップラー周波数シフト
   を計測してそれに対応して前記キャリヤ手段の前記パイ
   プラインの中での前記速度を表わすデジタル信号を生成
   する手段、とで成るドップラーソナーシステムを含んで
   いる、請求項１ないし３のいずれか１項に記載のパイプ
   ライン・モニタリング装置。 ７、前記の冗長センサ手段が、前記キャリヤ手段の後方
   部にそれぞれ支持アームを経て取付けられている一対の
   ホイールと、前記の一対のホイールを前記パイプライン
   の内壁に押し当てるためのばね手段と、前記の一対のホ
   イールの各々に取付けられた磁石手段と、前記の各々の
   支持アームに取付けられていて前記キャリヤ手段が前記
   パイプラインを通して移動する間に前記磁石手段の回転
   を検出してそれに対応して前記の一対のホイールの継続
   的回転に対応する継続的出力信号を生成するための近接
   センサ手段と、前記出力信号を受信してそれに対応して
   前記キャリヤ手段が前記パイプラインの中で移動した距
   離を表わすデジタル信号を生成する手段、とで成る走行
   距離計を含んでいる、請求項１ないし３のいずれか１項
   に記載のパイプライン・モニタリング装置。 ８、前記の冗長センサ手段が、前記キャリヤ手段のピッ
   グシールゴムが前記パイプラインの周方向溶接部に接触
   したときの所定の音響特性を検出してそれに対応してそ
   の音響を表わす濾波されたアナログ信号を生成するよう
   に所定の周波数に同調されているマイクロホンと、前記
   のアナログ信号を受信して対応するデジタル信号を生成
   する手段とで成る溶接部検出器を含んでいる、請求項１
   ないし３のいずれか１項に記載のパイプライン・モニタ
   リング装置。 ９、前記キャリヤ手段の中に取付けられていて、前記の
   慣性システム、前記の冗長手段、および前記の受信およ
   び記録するための手段を作動させるための内蔵の動力を
   起こすための手段をさらに含んでいる、請求項１ないし
   ３のいずれか１項に記載のパイプライン・モニタリング
   装置。 １０、前記キャリヤ手段の中に取付けられていて、前記
   パイプラインの中の物質の流れを前記キャリヤ手段の中
   にバイパスさせる手段と、前記キャリヤ手段の中にあっ
   て前記の物質の流れを受け、それに応答して結合してい
   る交流発電機を駆動するタービンを有する内蔵の動力ゼ
   ネレータをさらに含み、交流発電機は、前記タービンに
   よって駆動されるのに応答して直流電力を発生する、請
   求項１ないし３のいずれか１項に記載のパイプライン・
   モニタリング装置。 １１、パイプラインを通して移動するように作られたキ
   ャリヤ手段と、 前記キャリヤ手段に取付けられていて、前記パイプライ
   ンの中の物質の流れを受け、それに応答して、前記キャ
   リヤ手段を前記パイプラインを通して推進させる複数の
   ピグシールゴムと、 前記キャリヤ手段の中に設けられていて、前記の物質の
   流れを受けてそれの方向を変換させ、１次作動用直流電
   圧を発生させる動力発生ユニットと、 前記キャリヤ手段の中に配置されていて、前記の１次作
   動用直流電圧が途絶えたときに、バックアップ作動用直
   流電圧を発生し、前記１次作動用直流電圧を入力すると
   、それに応答して前記バックアップ作動用直流電圧を所
   定のレベルに維持する再充電手段を有するバッテリーユ
   ニットと、 前記キャリヤ手段の中に配置されていて、基準の慣性フ
   レームに対する前記キャリヤ手段の加速度および角度位
   置を計測し、それに対応して、その加速度と角度位置を
   表わす第１次デジタル信号のシリーズを生成する、吊下
   型の慣性システムと、 前記キャリヤ手段の中に配置されていて、前記キャリヤ
   手段の前記パイプラインに対する速度を計測し、それに
   対応して、その速度を表わす第２次デジタル信号の第１
   のシリーズを生成する速度計測システムと、 前記キャリヤ手段の中に配置されていて、前記キャリヤ
   手段の前記パイプラインに対する角度方位を計測し、そ
   れに対応して、前記キャリヤ手段の前記パイプラインに
   対しての角度方位を表わす第２次デジタル信号の第２の
   シリーズを生成する姿勢計測システムと、 前記キャリヤ手段の中に配置されていて、前記キャリヤ
   手段の前記パイプラインに対する位置を計測し、それに
   対応して、その位置を表わす第２次デジタル信号の第３
   のシリーズを生成する位置計測システムと、 前記キャリヤ手段の中に配置されていて、前記の第一次
   のデジタル信号のシリーズと、前記の第一次のデジタル
   信号の第１、第２、第３のシリーズを受信し、蓄積する
   、レコーダーシステムを含んで成り、それにより、前記
   の第二次のデジタル信号の第１、第２、および第３のシ
   リーズは、前記の慣性システムで計測された前記の加速
   度、角度方位の独立の冗長検査を提供するパイプライン
   ・モニタリング装置。 １２、前記の内蔵の動力発生機がなお、交流発電機と、
   前記の物質の流れを受けてそれに応じて前記発電機を駆
   動し、それによって前記発電機が前記の１次作動用直流
   電圧を生成するインペラと、前記の１次作動用直流電圧
   を調整するレギュレーターを含んでいる、請求項１１に
   記載のパイプライン・モニタリング装置。 １３、前記バッテリーユニットが、約２０ＡＨから３０
   ＡＨまでの容量を有するシールされた鉛・酸バッテリー
   パックを含んでいる、請求項１１に記載のパイプライン
   ・モニタリング装置。 １４、前記慣性システムがさらに、前記キャリヤ手段に
   及ぼされ、加速力を３つの軸方向について計測する三方
   向型加速度計と、前記キャリヤ手段の前記角度方位を３
   つの軸方向について計測する三方向型ジャイロとを含ん
   でいる、請求項１１に記載のパイプライン・モニタリン
   グ装置。 １５、前記速度計測システムがさらに、前記キャリヤ手
   段の外側の後面から前記パイプラインの内壁に向けて所
   定の角度で超音波信号を、その超音波信号が前記内壁に
   反射して前記キャリヤ手段の前方での外面に向かうよう
   に指向発射する第１のドップラーソナー変換器と、前記
   キャリヤ手段の前記の前方での外面に取付けられていて
   前記の超音波信号を受信する第２のドップラー変換器と
   、前記第２のドップラー変換器が受信した前記の超音波
   信号のドップラー周波数シフトを検出してそれに応答し
   て前記の第２次デジタル信号の第１のシリーズを生成す
   る手段とを含んでいる、請求項１１に記載のパイプライ
   ン・モニタリング装置。 １６、前記の姿勢計測システムがさらに、前記キャリヤ
   手段の後方部において複数個取付けられていてそこから
   半径方向に複数個の超音波信号を、前記パイプライン内
   壁から反射するように指向発射し、前記パイプライン内
   壁から反射された前記の超音波信号を受信してそれに応
   答して前記内壁との間の距離を表わす第１のアナログ信
   号を生成する第１の超音波変換器と、前記キャリヤ手段
   の前方部に複数個取付けられていて追加的にそこから半
   径方向に複数個の超音波信号を、前記パイプライン内壁
   から反射するように指向発射し、前記パイプライン内壁
   から反射する前記の超音波信号を受信してそれに応答し
   て前記内壁との間の距離を表わす第２のアナログ信号を
   生成する第２の超音波変換器と、前記の第１および第２
   のアナログ信号を受信してそれに応答して前記の第２次
   デジタル信号の前記の第２のシリーズを生成するプロセ
   ッサ手段とを含んでいる、請求項１１に記載のパイプラ
   イン・モニタリング装置。 １７、前記の位置計測システムがさらに、前記パイプラ
   インの周方向溶接部に接している前記のピグシールゴム
   の所定の音響特性を検出し、それに対応して第２次デジ
   タル信号の第３のシリーズを生成する同調されたマイク
   ロホン回路と付属のプロセッサを含んでいる、請求項１
   １に記載のパイプライン・モニタリング装置。 １８、前記レコーダーシステムがさらに、デジタルビデ
   オレコーダーを含んでいる、請求項１１に記載のパイプ
   ライン・モニタリング装置。 １９、前記キャリヤ手段の後方部に設けられている１対
   の走行距離計ホイールと、前記ホイールの回転を検出し
   てそれに応答して、前記キャリヤ手段が前記パイプライ
   ンの中で移動した速度と距離を表わすデジタル信号をさ
   らに生成する手段をさらに含んでいる、請求項１１に記
   載のパイプライン・モニタリング装置。 ２０、前記キャリヤ手段がさらに、前記パイプラインを
   通して移動できるように、複数の直列につながった管状
   のキャリヤを含んでいて、前記の管状のキャリヤはそれ
   ぞれに自在継手によって結合されている、請求項１１な
   いし１３のいずれか１項に記載のパイプライン・モニタ
   リング装置。