KR20190128095A - 센서들을 포함하는 검출 시스템 및 그 작동 방법 - Google Patents
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Abstract
생산 시스템의 분출 방지 시스템 내 물체를 검출하는 검출 시스템은 분출 방지 시스템에 결합되고, 물체를 향해 초음파 펄스를 발송하도록 구성된 센서를 포함한다. 센서는 초음파 펄스 및 초음파 펄스가 물체와 상호 작용한 후의 잡음을 포함하는 신호를 수신하도록 추가로 구성된다. 검출 시스템은 또한 센서에 결합되고 제 1 시간에 제 1 상쇄 신호 및 제 2 시간에 제 2 상쇄 신호를 사용하여 신호에서 초음파 펄스를 식별하도록 구성된 제어기를 포함한다. 제어기는 또한 제 1 상쇄 신호가 제 1 시간에 신호의 잡음에 대응하는지를 결정하고, 제 2 상쇄 신호가 제 2 시간에 신호의 잡음에 대응하는지를 결정하도록 구성된다. 제어기는 초음파 펄스에 기초하여 물체의 특성을 결정하도록 구성된다.
Description
연방 후원 연구 및 개발에 관한 진술
본 발명은 RPSEA(Research Partnership to Secure Energy for America)에 의해 수여된 계약 번호 11121-5503-01 하에서 정부 지원으로 수행되었다. 정부는 본 발명에서 특정 권리를 가진다.
본 발명의 분야는 전반적으로 검출 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 초음파 펄스 및 잡음을 포함하는 신호를 수신하는 센서를 포함하는 시스템에 관한 것이다.
많은 알려진 검출 시스템은 물체를 검출하도록 구성된 센서를 포함한다. 예를 들어, 적어도 일부 알려진 검출 시스템은 유정구를 통해 연장되는 파이프를 검출하도록 구성된다. 적어도 일부 알려진 검출 시스템에서, 센서는 파이프를 향해 펄스를 발송한다. 펄스가 파이프와 상호 작용한 후, 센서는 펄스 및 잡음을 포함한 신호를 수신한다. 잡음의 예는 센서의 자기 공명, 즉 울림(ringing)에 의해 발생된 사운드를 포함한다. 적어도 일부 알려진 검출 시스템은 미리 기록된 신호를 사용하여 잡음을 제거한다. 그러나, 신호의 잡음은 시간이 지남에 따라 변하며 사전 기록된 신호는 일반적으로 다른 시간의 신호의 잡음에 대응하지 않는다.
따라서, 신호가 시간에 따라 변하고 신호 대 간섭 및 잡음비(SINR : signal to interference and noise ratio)를 개선함에 따라 신호를 프로세스하는 검출 시스템을 제공하는 것이 바람직하다.
일 양태에서, 생산 시스템의 분출 방지 시스템에서 물체를 검출하기 위한 검출 시스템이 제공된다. 검출 시스템은 분출 방지 시스템에 결합되고 물체를 향해 초음파 펄스를 발송하도록 구성된 센서를 포함한다. 센서는 초음파 펄스 및 초음파 펄스가 물체와 상호 작용한 후의 잡음을 포함하는 신호를 수신하도록 추가로 구성된다. 검출 시스템은 또한 센서에 결합되고 제 1 시간에 제 1 상쇄 신호 및 제 2 시간에 제 2 상쇄 신호를 사용하여 신호에서 초음파 펄스를 식별하도록 구성된 제어기를 포함한다. 제어기는 또한 제 1 상쇄 신호가 제 1 시간에 신호의 잡음에 대응하는지를 결정하고, 제 2 상쇄 신호가 제 2 시간에 신호의 잡음에 대응하는지를 결정하도록 구성된다. 제어기는 초음파 펄스에 기초하여 물체의 특성을 결정하도록 구성된다.
다른 양태에서, 생산 시스템 내 물체를 검출하는 방법이 제공된다. 방법은 센서를 사용하여, 제 1 초음파 펄스 및 잡음을 포함하는 신호를 수신하는 단계를 포함한다. 이 방법은 또한 제어기를 사용하여, 제 1 상쇄 신호가 제 1 시간에서의 신호의 잡음에 대응하는지를 결정하는 단계를 포함한다. 방법은 제어기를 사용하여, 제 1 시간에 제 1 상쇄 신호를 사용하여 신호에서 제 1 초음파 펄스를 식별하는 단계를 더 포함한다. 본 방법은 또한 제어기를 사용하여, 제 2 상쇄 신호가 제 2 시간에서의 신호의 잡음에 대응하는지를 결정하는 단계를 포함한다. 방법은 제 2 시간에 제 2 상쇄 신호를 사용하여 신호에서 제 2 초음파 펄스를 식별하는 단계를 더 포함한다. 방법은 또한 제 1 초음파 펄스 및 제 2 초음파 펄스 중 적어도 하나에 기초하여 물체의 특성을 결정하는 단계를 포함한다.
본 개시의 이들 및 다른 특징, 양태 및 장점은 도면 전체에 걸쳐 유사한 문자가 유사한 부분을 나타내는 첨부 도면을 참조하여 이하의 상세한 설명을 읽을 때 더 잘 이해될 것이다:
도 1은 검출 시스템을 포함하는 예시적인 생산 시스템의 개략도이다;
도 2는 도 1에 도시된 생산 시스템의 복수의 센서들의 개략적인 평면도이다;
도 3은 도 1 및 2에 도시된 검출 시스템에 의해 수신된 신호에 대한 진폭 대 시간의 예시적인 그래픽 표현이다;
도 4는 도 1 및 2에 도시된 검출 시스템에 의해 신호를 프로세스하는 동안 진폭 대 시간의 일련의 예시적인 그래픽 표현이다; 및
도 5는 물체의 특성을 검출하는 예시적인 방법의 흐름도이다.
달리 지시되지 않는 한, 본 출원에 제공된 도면은 본 개시 내용의 실시예들의 특징을 설명하기 위한 것이다. 이들 특징은 본 개시의 하나 이상의 실시예들을 포함하는 다양한 시스템에 적용 가능한 것으로 여겨진다. 이와 같이, 도면은 본 출원에 개시된 실시예들의 실시를 위해 요구되는 당업자에게 공지된 모든 종래의 특징들을 포함하도록 의도된 것은 아니다.
도 1은 검출 시스템을 포함하는 예시적인 생산 시스템의 개략도이다;
도 2는 도 1에 도시된 생산 시스템의 복수의 센서들의 개략적인 평면도이다;
도 3은 도 1 및 2에 도시된 검출 시스템에 의해 수신된 신호에 대한 진폭 대 시간의 예시적인 그래픽 표현이다;
도 4는 도 1 및 2에 도시된 검출 시스템에 의해 신호를 프로세스하는 동안 진폭 대 시간의 일련의 예시적인 그래픽 표현이다; 및
도 5는 물체의 특성을 검출하는 예시적인 방법의 흐름도이다.
달리 지시되지 않는 한, 본 출원에 제공된 도면은 본 개시 내용의 실시예들의 특징을 설명하기 위한 것이다. 이들 특징은 본 개시의 하나 이상의 실시예들을 포함하는 다양한 시스템에 적용 가능한 것으로 여겨진다. 이와 같이, 도면은 본 출원에 개시된 실시예들의 실시를 위해 요구되는 당업자에게 공지된 모든 종래의 특징들을 포함하도록 의도된 것은 아니다.
이하의 명세서 및 특허 청구 범위에서, 이하의 의미를 갖는 것으로 정의된 다수의 용어에 대한 참조가 이루어질 것이다.
단수 형태 "a", "an” 및 "the"는 상황이 명확하게 달리 지시하지 않는 한 복수 대상을 포함한다.
"옵션의"또는 "옵션으로"는 이어 설명되는 이벤트 또는 환경이 발생할 수 있거나 발생할 수 없다는 것을 의미하며, 설명은 해당 이벤트가 발생하는 경우 및 이벤트가 발생하지 않는 경우를 포함한다는 것을 의미한다.
본 명세서 및 청구 범위 전체에 걸쳐 사용된 근사 언어는 관련된 기본 기능의 변화없이 허용될 수 있는 임의의 정량적 표현을 수정하기 위해 적용될 수 있다. 따라서, "약", "대략” 및 "실질적으로"와 같은 용어에 의해 수정된 값은 명시된 정확한 값으로 제한되지 않아야 한다. 적어도 일부 예에서, 근사 언어는 값을 측정하기 위한 도구의 정밀도에 대응할 수 있다. 본 명세서 및 청구 범위 전반에 걸쳐, 범위 제한은 조합 및/또는 교환될 수 있으며, 이러한 범위는 문맥 또는 언어가 달리 지시하지 않는 한 그 내부에 포함된 모든 하위 범위를 식별하고 포함한다.
본 출원에서 사용되는 용어 "프로세서” 및 "컴퓨터” 및 관련 용어, 예를 들어 "프로세싱 디바이스", "컴퓨팅 디바이스” 및 "제어기"는 관련 기술 분야에서 컴퓨터로 지칭되는 집적 회로로 제한되지 않지만 그러나, 마이크로 컨트롤러, 마이크로 컴퓨터, 프로그램 가능한 논리 제어기(PLC), 및 주문형 집적 회로, 및 다른 프로그램 가능 회로를 광범위하게 지칭하며, 이들 용어는 본 출원에서 호환하여 사용된다. 본 출원에 설명된 실시예들에서, 메모리는 RAM(random access memory)과 같은 컴퓨터 판독 가능 매체, 플래시 메모리와 같은 컴퓨터 판독 가능 비 휘발성 매체를 포함할 수 있지만, 이에 제한되지는 않는다. 대안적으로, 플로피 디스크, CD-ROM(Compact Disc-Read Only Memory), MOD(magneto-optical disk) 및/또는 DVD(digital versatile disc)도 사용될 수 있다. 또한, 본 출원에서 설명된 실시예들에서, 추가 입력 채널들은 마우스 및 키보드와 같은 운영자 인터페이스와 관련된 컴퓨터 주변 기기일 수 있지만, 이에 제한되지는 않는다. 대안적으로, 예를 들어 스캐너를 포함하지만 이에 제한되지 않는 다른 컴퓨터 주변 기기가 사용될 수도 있다. 더욱이, 예시적인 실시예에서, 추가 출력 채널은 운영자 인터페이스 모니터를 포함할 수 있지만, 이에 제한되지는 않는다.
본 출원에 사용된 용어 "여기 코드(excitation code)"는 트랜스듀서에 의해 생성된 펄스의 패턴 또는 시퀀스의 표현을 지칭한다.
본 출원에 설명된 방법 및 시스템은 물체의 신뢰성 있는 검출을 제공한다. 예를 들어, 검출 시스템의 실시예는 물체를 향해 펄스를 발송하는 센서 및 펄스가 물체와 상호 작용한 후 센서에 의해 수신된 신호의 펄스를 식별하는 제어기를 포함한다. 신호에는 센서의 울림과 같은 펄스 및 잡음이 포함된다. 제어기는 신호의 변화를 결정하도록 구성된다. 또한, 제어기는 변형에 기초하여 제 1 상쇄 신호 및 제 2 상쇄 신호를 결정하도록 구성된다. 일부 실시예에서, 제어기는 데이터베이스에서 제 1 상쇄 신호 및 제 2 상쇄 신호에 액세스한다. 추가 실시예에서, 제어기는 제 1 상쇄 신호 및 제 2 상쇄 신호 중 적어도 하나를 생성한다. 결과적으로, 제어기는 시간이 지남에 따라 잡음이 변화에 따라 신호에서 잡음을 제거할 수 있다. 추가하여, 제어기는 신호의 펄스를 확실하게 식별한다. 따라서, 검출 시스템은 적어도 일부 알려진 검출 시스템과 비교하여 물체의 특성의 더 정확한 검출을 제공한다.
도 1은 검출 시스템(102)을 포함하는 예시적인 생산 시스템(production system)(100)의 개략도이다. 생산 시스템(100)은 검출 시스템(102), 파이프(104) 및 분출 방지(BOP : blowout prevention) 시스템(106)을 포함한다. 파이프(104)는 생산 시스템(100)의 작동 동안 유정구(108)의 종축(109)을 따라 유정구(108)를 통해 연장된다. 예를 들어, 시추 단계 동안, 생산 시스템(100)은 파이프(104)를 통해 유정구(108)로 유체를 이송하도록 구성된다. 예시적인 실시예에서, 파이프(104)는 파이프 조인트들(112)에 의해 서로 결합된 복수의 섹션들(110)을 포함한다. 대안적인 실시예에서, 생산 시스템(100)은 생산 시스템(100)이 본 출원에 설명된 바와 같이 작동할 수 있게 하는 임의의 구성을 갖는다.
예시적인 실시예에서, BOP 시스템(106)은 유정구(108)를 밀봉하도록 구성된 복수의 분출 방지기(116) 및 스택(stack)(114)을 포함한다. 예를 들어, 분출 방지기(116)는 환형 방지기, 블라인드 시어 램(blind shear ram), 케이싱 시어 램(casing shear ram), 파이프 램 및/또는 다른 적절한 분출 방지기를 포함하지만 이에 제한되지 않는다. 파이프(104)가 BOP 시스템(106)을 통해 이동할 때, 검출 시스템(102)은 파이프(104)의 크기 및 위치와 같은 파이프(104)의 특성을 결정한다. 대안적인 실시예에서, 생산 시스템(100)은 생산 시스템(100)이 본 출원에 설명된 바와 같이 작동할 수 있게 하는 임의의 BOP 시스템(106)을 포함한다.
또한, 예시적인 실시예에서, 검출 시스템(102)은 복수의 센서들(118) 및 제어기(120)를 포함한다. 센서(118)는 BOP 시스템(106)에 연결되고 파이프(104) 주위에 이격되어 있다. 일부 실시예들에서, 각각의 센서(118)는 트랜스듀서(122)를 포함한다. 트랜스듀서(122)는 초음파 주파수에서 진동하고 초음파 펄스들(124)을 생성한다. 각각의 초음파 펄스(124)는 트랜스듀서(122)의 진동에 의해 제어되는 주파수, 진폭 및 파장을 갖는다. 센서(118)는 미리 결정된 지속 시간을 갖는 초음파 펄스(124)를 발송하도록 구성된다. 대안적인 실시예에서, 검출 시스템(102)은 검출 시스템(102)이 본 출원에 설명된 바와 같이 작동할 수 있게 하는 임의의 센서(118)를 포함한다.
또한, 예시적인 실시예에서, 제어기(120)는 센서(118)에 통신 가능하게 결합되고 센서(118)로부터 신호를 수신하도록 구성된다. 제어기(120)는 프로세서(126) 및 메모리(128)를 포함한다. 프로세서(126)는 센서들(118)로부터의 신호들에 기초하여 생산 시스템(100)의 특성을 결정하도록 구성된다. 메모리(128)는 프로세서(126)에 결합되고 결정된 특성, 작동 파라미터 및 신호와 같은 정보를 저장하도록 구성된다. 일부 실시예에서, 프로세서(126)는 메모리(128)에서 정보를 검색하고 저장하도록 구성된다. 대안적인 실시예에서, 검출 시스템(102)은 검출 시스템(102)이 본 출원에 설명된 바와 같이 작동할 수 있게 하는 임의의 제어기(120)를 포함한다.
게다가, 예시적인 실시예에서, 제어기(120)는 센서(118)로부터 수신된 정보에 적어도 부분적으로 기초하여 파이프(104)의 특성을 결정한다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 제어기(120)는 센서(118)로부터의 정보에 기초하여 BOP 시스템(106)내 파이프(104)의 크기 및 위치 중 적어도 하나를 결정하도록 구성된다. 추가하여, 일부 실시예에서, 제어기(120)는 센서(118)가 파이프 조인트(112)를 검출하는 시간(즉, 검출 시간), 생산 시스템(100)의 작동 설정, 관통률(rate of penetration), BOP 시스템(106)의 컴포넌트의 위치, 생산 시스템(100)의 디자인 특성, 및 파이프 조인트(112)의 크기를 포함하는 작동 파라미터들에 기초하여 결정을 수행한다. 일부 실시예에서, 신호 및 작동 파라미터는 생산 시스템(100)의 센서들 및/또는 다른 컴포넌트들로부터 제어기(120)에 의해 수신된다. 추가 실시예에서, 작동 파라미터는 사용자에 의해 제공된다. 일부 실시예에서, 제어기(120)는 센서 판독 및/또는 사용자 입력으로부터 작동 파라미터를 결정한다. 대안적인 실시예에서, 제어기(120)는 검출 시스템(102)이 본 출원에 설명된 바와 같이 작동할 수 있게 하는 임의의 정보를 이용한다.
추가하여, 예시적인 실시예에서, 생산 시스템(100)은 사용자 인터페이스(130)를 포함한다. 사용자 인터페이스(130)는 데이터를 사용자에게 제공하고 /하거나 사용자 입력을 수신하도록 구성된다. 예를 들어, 일부 실시예들에서, 사용자 인터페이스(130)는 사용자에게 판독 가능한 형식으로 데이터를 제공하는 디스플레이를 포함한다. 추가 실시예에서, 사용자 인터페이스(130)는 키보드 및/또는 다른 입력 디바이스를 포함한다. 대안적인 실시예에서, 생산 시스템(100)은 생산 시스템(100)이 본 출원에 설명된 바와 같이 작동할 수 있게 하는 임의의 사용자 인터페이스(130)를 포함한다. 일부 실시예들에서, 사용자 인터페이스(130)는 생략되고 생산 시스템(100)은 적어도 부분적으로 자동화된다.
도 2는 생산 시스템(100)의 복수의 센서들(118)의 개략도이다. 예시적인 실시예에서, 센서(118)는 파이프(104) 주위에 이격되어 있다. 각각의 센서(118)는 파이프(104)를 향해 초음파 펄스(124)를 발송하고 파이프(104)에 의해 리다이렉션(redirected)된 초음파 펄스(124)를 수신하도록 구성된다. 대안적인 실시예에서, 센서(118)는 생산 시스템(100)이 본 출원에 설명된 바와 같이 작동할 수 있게 하는 임의의 물체를 향해 초음파 펄스(124)를 발송하도록 구성된다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 센서(118)는 생산 시스템(100)의 케이블, 파이프, 공구 및/또는 임의의 다른 컴포넌트를 향해 초음파 펄스(124)를 발송한다.
일부 실시예에서, 검출 시스템(102)은 적어도 하나의 센서(118)를 포함한다. 추가 실시예에서, 검출 시스템(102)은 동일한 각도 간격으로 이격된 복수의 센서들(118)를 포함한다. 예시적인 실시예에서, 검출 시스템(102)은 파이프(104) 주위에 배치된 8 개의 센서(118)를 포함한다. 대안적인 실시예에서, 검출 시스템(102)은 생산 시스템(100)이 본 출원에 설명된 바와 같이 작동할 수 있게 하는 임의의 방식으로 배치된 임의의 개수의 센서(118)를 포함한다.
예시적인 실시예에서, 센서(118)는 제 1 센서(118)로부터 초음파 펄스(124)및 자기 공명, 즉 울림과 같은 잡음을 포함하는 신호를 수신한다. 일부 실시예에서, 센서(118)는 제 2 센서(119)로부터 초음파 펄스(124) 및/또는 잡음을 포함하는 신호를 수신한다. 예시적인 실시예에서, 제어기(120)는 신호에서 초음파 펄스(124)를 식별하도록 구성된다. 구체적으로, 제어기(120)는 제 1 상쇄 신호를 사용하여 신호의 잡음을 제거 및/또는 감소시키고, 신호에서 초음파 펄스(124)를 식별한다. 추가하여, 신호가 시간에 따라 변함에 따라, 제어기(120)는 신호의 변동, 예를 들어 잡음이 예상되는 잡음으로부터 이탈하는 신호의 지점들을 식별하고, 신호 의 변동에 기초하여 제 2 상쇄 신호를 결정하도록 구성된다. 제어기(120)는 제 2 상쇄 신호를 사용하여 신호의 잡음을 제거 및/또는 감소시키고, 신호에서 초음파 펄스(124)를 식별한다. 대안적인 실시예에서, 제어기(120)는 검출 시스템(102)이 본 출원에 설명된 바와 같이 작동할 수 있게 하는 임의의 방식으로 초음파 펄스(124)를 식별한다.
추가하여, 일부 실시예들에서, 제어기(120)는 제 1 상쇄 신호 및 제 2 상쇄 신호와 다른 제 3 상쇄 신호를 결정하도록 구성된다. 일부 실시예에서, 제 1 상쇄 신호, 제 2 상쇄 신호 및 신호 상쇄 신호는 상이한 주파수, 진폭, 지연, 위상 잡음(phase-noise) 및/또는 파장을 갖는다. 제 1 상쇄 신호, 제 2 상쇄 신호 및 제 3 상쇄 신호는 신호가 시간에 따라 변화함에 따라 검출 시스템(102)이 신호에서 초음파 펄스(124)를 식별하게 한다. 예를 들어, 일부 실시예들에서, 신호의 잡음은 변하고 제어기(120)는 특정 시점에서 신호의 잡음에 대응하는 제 1 상쇄 신호, 제 2 상쇄 신호 및 제 3 상쇄 신호 중 적어도 하나를 선택한다. 그에 반해서, 적어도 일부 알려진 검출 시스템은 일정한(constant) 상쇄 신호를 이용한다. 결과적으로, 적어도 일부 알려진 검출 시스템에서 프로세스된 신호는 시간이 지남에 따라 저하되고 시스템의 신뢰성이 감소된다. 이에 비해, 검출 시스템(102)은 더 긴 시간 프레임에 걸쳐 검출 시스템(102)의 신뢰성을 증가시키기 위해 다양한 잡음 상쇄를 제공한다. 대안적인 실시예에서, 검출 시스템(102)은 검출 시스템(102)이 본 출원에 설명된 바와 같이 작동할 수 있게 하는 임의의 상쇄 신호를 사용한다.
또한, 예시적인 실시예에서, 검출 시스템(102)의 적어도 하나의 센서(118)는 물체를 향해 일련의 초음파 펄스(124)를 발송하도록 구성되고, 제어기(120)는 일련의 초음파 펄스(124)에 기초하여 특성을 결정하도록 구성된다. 일부 실시예에서, 제어기(120)는 일련의 신호에서 식별된 초음파 펄스(124)를 비교하고, 초음파 펄스(124)에 기초하여 센서(118)와 파이프(104) 사이의 거리와 같은 특성을 결정한다.
도 3은 검출 시스템(102)(도 1 및 도 2에 도시됨)에 의해 수신된 신호(200)에 대한 진폭 대 시간의 예시적인 그래픽 표현이다. 도 4는 시간(초)을 나타내는 X-축, 진폭(볼트)을 나타내는 Y-축 및 곡선 표시 신호(200)를 포함한다. 신호(200)는 초음파 펄스(202), 에코 또는 타겟 펄스(204) 및 잡음(206)를 포함한다. 작동시에, 초음파 펄스(202)는 센서(118)(도 2에 도시됨)에 의해 물체를 향해 발송된다. 초음파 펄스(202)는 센서(118) 또는 제어기(120)에 의해 결정된 진폭, 주파수 및 지속 시간을 포함한다. 센서(118)가 초음파 펄스(202)를 발송한 후, 센서(118)는 신호를 수신하도록 구성된다. 센서(118)는 초음파 펄스(202)가 물체와 상호 작용한 후 타겟 펄스(204) 및 잡음(206)를 포함하는 신호를 수신한다. 타겟 펄스(204)는 물체와 상호 작용하고 센서(118)를 향해 다시 리다이렉션된 초음파 펄스(202)의 부분이다. 잡음(206)은 타겟 물체 이외의 물체로부터의 에코 및 센서(118)의 울림(ringing)과 같은 센서(118)에 의해 수신되는 임의의 다른 신호이다. 프로세싱 동안, 검출 시스템(102)은 타겟 펄스(204)를 잡음(206)로부터 격리시킨다. 특히, 예시적인 실시예에서, 검출 시스템(102)은 신호(200)가 시간에 따라 변할 때 타겟 펄스(204)의 격리를 허용하기 위해 잡음(206)의 변동을 검출하고 이에 응답한다.
도 4는 검출 시스템(102)(도 1 및 도 2에 도시됨)에 의한 프로세스 동안 신호 의 진폭 대 시간의 일련의 예시적인 그래픽 표현(302, 304, 306)이다. 그래프(302, 304, 306)는 거리(인치)를 나타내는 X-축 및 진폭(볼트)을 나타내는 Y-축을 포함한다. 제 1 그래프(302)는 제 1 신호(308)를 나타내는 곡선을 포함한다. 예시적인 실시예에서, 제 1 신호(308)는 타겟 펄스를 포함하지 않고 상쇄 신호 또는 필터로서 사용된다. 제 2 그래프(304)는 에코 또는 타겟 펄스(312)를 포함하는 제 2 신호(310)를 나타내는 곡선을 포함한다. 신호(308 및 310)는 제 3 신호(314)를 생성하기 위해 결합된다. 제 3 그래프(306)는 제 3 신호(314)를 나타내는 곡선을 포함한다. 제 3 신호(314)는 타겟 펄스(312)가 격리된 부분을 포함한다. 타겟 물체 이외의 객체로부터의 에코 및 센서(118)의 울림과 같은 잡음은 신호(308 및 310)를 결합함으로써 제거되었다. 일부 실시예에서, 검출 시스템(102)(도 1에 도시됨)은 타겟 펄스(312)에 기초하여 거리를 결정한다. 대안적인 실시예에서, 신호(308, 310 및 314)는 검출 시스템(102)이 본 출원에 설명된 바와 같이 작동할 수 있게 하는 임의의 방식으로 프로세스된다.
예시적인 실시예에서, 시간에 따른 제 2 신호(310)의 변화를 설명하기 위해 상이한 상쇄 신호(308)가 서로 다른 시점에 사용된다. 일부 실시예에서, 제 1 상쇄 신호(308)는 제 2 신호(310)의 결정된 특성 예컨대, 주파수, 진폭, 지속 시간 및/또는 여기 코드에 기초하여 선택된다. 예를 들어, 일부 실시예들에서, 신호의 연속 샘플들 사이의 차이는 기록된 울림 신호들의 데이터베이스에서 제 2 신호(310) 및 각각의 신호 둘 모두에 대해 계산된다. 제 2 신호(310)와 샘플링된 신호 사이의 결정된 차이는 교차 상관과 같은 메트릭에 의해 데이터베이스로부터의 차이와 비교되고, 데이터베이스의 신호는 메트릭에 기초하여 선택된다. 추가의 실시예에서, 제 1 상쇄(308)는 기록된 울림 신호의 데이터베이스로부터 선택된다. 추가의 실시예에서, 제 1 상쇄 신호(308)는 시간 모델에 기초하여 생성되고, 결정된 시간에 제 2 신호(310)에 대응한다. 따라서, 검출 시스템(102)은 시간에 따른 잡음의 변화를 고려하지 않는 시스템보다 더 넓은 범위의 신호 및 더 큰 시간 범위에 대한 타겟 펄스(312)에 기초하여 특성을 신뢰성 있게 결정한다.
도 5는 파이프(104)와 같은 물체의 특성을 검출하는 예시적인 방법(400)의 흐름도이다. 도 1 및 도 3에 도시된 바와 같이, 방법(400)은 일반적으로 파이프(104)를 향해 초음파 펄스(124)를 발송하는 단계(402), 초음파 펄스(124) 및 잡음을 포함하는 신호를 수신하는 단계(404), 잡음에 대응하는 상쇄 신호를 결정하는 단계(406), 제 1 상쇄 신호를 이용하여 신호에서 초음파 펄스(124)를 식별하는 단계 (408), 제 2 상쇄 신호를 이용하여 신호에서 초음파 펄스(124)를 식별하는 단계 (410), 펄스에 기초하여 물체의 특성을 결정하는 단계(412)를 포함한다.
일부 실시예들에서, 잡음에 대응하는 상쇄 신호를 결정하는 단계(406)는 저장된 상쇄 신호들의 데이터베이스로부터 상쇄 신호를 선택하는 단계를 포함한다. 추가 실시예에서, 결정하는 단계(406)은 상쇄 신호와 잡음 사이의 변화에 기초하여 상쇄 신호를 생성하는 단계를 포함한다. 예시적인 실시예에서, 각각의 상쇄 신호는 기록된 울림 신호를 포함한다. 기록된 울림 신호는 잡음이 변화함에 따라 시간이 흐르면서 다른 상쇄 신호를 생성하도록 수정된다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 기록된 울림 신호가 결합되고 /되거나 상쇄 신호의 일부가 감산된다. 추가 실시예들에서, 센서(118)가 신호를 수신할 때 잡음이 기록되고, 기록된 잡음에 기초하여 새로운 상쇄 신호가 생성된다.
일부 실시예에서, 방법은 복수의 상쇄 신호를 포함하는 데이터베이스에 액세스하는 단계 및 수신된 신호에 대응하는 상쇄 신호를 선택하는 단계를 포함한다. 예를 들어, 일부 실시예들에서, 식별하는 단계(408)는 제 1 시간에서 신호의 제 1 잡음에 대응하는 제 1 상쇄 신호를 선택하는 제어기(120)를 포함한다. 추가하여, 일부 실시예들에서, 식별하는 단계(410)는 제 2 시간에 신호의 제 2 잡음에 대응하는 제 2 상쇄 신호를 선택하는 제어기(120)를 포함한다. 일부 실시예에서, 상쇄 신호의 데이터베이스는 메모리(128)에 저장된다. 추가 실시예에서, 제어기(120)는 데이터베이스로부터의 제 1 상쇄 신호 및 제 2 상쇄 신호를 결합하여 제 3 상쇄 신호를 생성한다. 대안적인 실시예에서, 제어기(120)는 생산 시스템(100)이 본 출원에 설명된 바와 같이 작동할 수 있게 하는 임의의 상쇄 신호를 사용한다.
또한, 일부 실시예들에서, 제어기(120)는 신호의 특성에 기초하여 상쇄 신호를 결정한다(406). 예를 들어, 일부 실시예에서, 제어기(120)는 상이한 상쇄 신호에 대응하는 신호의 변화에 기초하여 상쇄 신호를 선택한다. 추가 실시예들에서, 제어기(120)는 신호 대 간섭 및 잡음비(SINR)와 같은 신호에 대한 품질 메트릭을 결정하고, 품질 메트릭에 적어도 부분적으로 기초하여 상쇄 신호를 선택한다. 본 출원에 사용된 용어 "품질 메트릭(quality metric)"은 신호를 평가하는데 사용되는 값을 지칭한다. 대안적인 실시예에서, 제어기(120)는 생산 시스템(100)이 본 출원에 설명된 바와 같이 작동할 수 있게 하는 임의의 방식으로 상쇄 신호를 선택한다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 제어기(120)는 센서(118)와 파이프(104) 사이의 거리에 기초하여 상쇄 신호를 선택한다.
추가하여, 일부 실시예에서, 방법은 센서(118)와 파이프(104) 사이의 거리를 추정하는 단계 및 수신된 신호에서 잡음을 격리하기 위해 추정된 거리를 사용하는 단계를 포함한다. 그런 다음 격리된 잡음을 사용하여 상쇄 신호를 생성한다. 예를 들어, 일부 실시예들에서, 격리된 잡음은 이전의 상쇄 신호와 결합되어 신호에 대응하는 상쇄 신호를 생성한다. 추가 실시예에서, 잡음 및 상쇄 신호(들)는 치환, 평균화 및/또는 임의의 다른 수학 함수를 포함하는 알고리즘을 사용하여 결합된다.
게다가, 일부 실시예들에서, 방법은 초음파 센서(118), 초음파 펄스(124), 수신된 신호 및/또는 상쇄 신호의 시간 모델을 생성하는 단계를 포함한다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 신호의 잡음은 초음파 센서(118)의 모델을 사용하여 추정되고, 추정된 잡음은 상쇄 신호를 생성하는데 사용된다. 특별히, 상쇄 신호는 센서(118)로부터 파이프(104)를 향하고 그리고 센서(118)로 다시 향하는 채널의 모델을 갖는 여기 코드의 선형 컨벌루션(linear convolution)으로 모델링된다. 대안적인 실시예에서, 방법(400)은 검출 시스템(102)이 본 출원에 설명된 바와 같이 작동할 수 있게 하는 임의의 시간 모델을 사용한다.
예시적인 실시예에서, 식별하는 단계(408) 및 식별하는 단계(410)는 개별 상쇄 신호를 수신된 신호와 비교하고 수신된 신호에서 잡음을 제거하는 단계를 포함한다. 일부 실시예들에서, 상쇄 신호는 변화의 시간적 모델, 예를 들어 수신된 신호의 지터(jitter) 및 이득(gain)에 기초하여 수신된 신호와 정렬된다. 본 출원에 사용된 용어 "지터(jittr)"는 신호의 예상 샘플링 시간으로부터 샘플링 시간의 편차를 지칭한다. 용어 "이득(gain)"는 각 샘플 베이시스 당 신호 진폭의 변화를 의미한다.
추가의 실시예에서, 방법(400)은 잡음 상쇄 신호 및/또는 시간 모델에 기초하여 수신된 신호의 세그먼트의 SINR과 같은 신호 품질 메트릭을 결정하는 단계를 포함한다. 예를 들어, 일부 실시예들에서, 신호 품질은 상쇄 신호의 국소 미분(local derivative)을 사용하여 측정된다. 신호 품질이 낮은 수신 신호의 세그먼트는 상쇄 동안에 다운 가중되거나 또는 폐기된다.
일부 실시예들에서, 검출 시스템(102)은 비선형 기술을 사용하여 샘플링 지터를 설명한다. 구체적으로, 검출 시스템(102)은 상쇄 신호의 통계적 특성 예컨대, 최대, 최소, 중간 및 평균 부분을 결정한다. 검출 시스템(102)은 수신된 신호와 상쇄 신호의 통계적 특성의 선택 사이의 차이인 상쇄 신호를 생성한다.
일부 실시예에서, 방법(400)은 센서(118)와 파이프(104) 사이의 거리를 결정하는 단계를 포함한다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 거리는 파이프(104)가 제 1 위치에 있을 때의 제 1 측정값 및 파이프(104)가 제 2 위치에 있을 때의 제 2 측정값을 이용하여 추정된다. 검출 시스템(102)은 제 1 측정값과 제 2 측정값 사이의 차이를 결정하고, 해당 차이에 기초하여 추정 거리를 결정한다. 대안적인 실시예에서, 검출 시스템(102)은 검출 시스템(102)이 본 출원에 설명된 바와 같이 작동할 수 있게 하는 임의의 방식으로 거리를 결정한다.
전술한 방법 및 시스템은 물체의 신뢰성 있는 검출을 제공한다. 예를 들어, 검출 시스템의 실시예는 물체를 향해 펄스를 발송하는 센서 및 펄스가 물체와 상호 작용한 후 센서에 의해 수신된 신호의 펄스를 식별하는 제어기를 포함한다. 신호에는 펄스 및 센서의 울림과 같은 잡음이 포함된다. 제어기는 신호의 변화를 결정하도록 구성된다. 추가하여, 제어기는 변화에 기초하여 제 1 상쇄 신호 및 제 2 상쇄 신호를 결정하도록 구성된다. 일부 실시예에서, 제어기는 데이터베이스에서 제 1 상쇄 신호 및 제 2 상쇄 신호를 액세스한다. 추가 실시예에서, 제어기는 제 1 상쇄 신호 및 제 2 상쇄 신호 중 적어도 하나를 생성한다. 결과적으로, 제어기는 시간이 흐르면서 잡음이 변화에 따라 신호에서 잡음을 제거할 수 있다. 추가하여, 제어기는 신호의 펄스를 확실하게 식별한다. 따라서, 검출 시스템은 적어도 일부 알려진 검출 시스템과 비교하여 물체의 특성의 더 정확한 검출을 제공한다.
본 출원에 설명된 방법, 시스템 및 장치의 예시적인 기술적 효과는 (a) BOP 시스템에 대한 파이프 조인트의 위치 제공; (b) BOP 시스템의 신뢰성 증가; (c) 작동 중 유정구의 실시간 기하학적 구조(geometry)와 관련된 데이터 제공; (d) 상이한 생산 시스템과 호환되는 검출 시스템 제공; (e) 생산 시스템을 개조하기 위한 검출 시스템 제공; 및 (f) 생산 시스템의 안전성과 효율성 향상; (g) 신호의 표면 근처(near-surface) 해상도 저하의 감소; 및 (h) 신호들의 더 넓은 범위에 기초하여 물체의 특성들의 결정 허용 중 적어도 하나를 포함한다.
일부 실시예는 하나 이상의 전자 또는 컴퓨팅 디바이스의 사용을 포함한다. 이러한 디바이스는 전형적으로 프로세서 또는 제어기 예컨대, CPU(central processing unit), GPU(graphics processing unit), 마이크로 컨트롤러, FPGA(Field Programmable Gate Array), RISC(Reduced Instruction Set Computer) 프로세서, ASIC(application specific integrated circuit), PLC(programmable logic circuit) 및/또는 본 출원에 설명된 기능들을 실행할 수 있는 임의의 다른 회로 또는 프로세서를 포함한다. 일부 실시예들에서, 본 출원에서 설명된 방법들은 저장 디바이스, 및/또는 메모리 디바이스를 포함하지만 이에 제한되지 않는 컴퓨터 판독 가능 매체에 구현된 실행 가능한 명령으로 인코딩된다. 이러한 명령은 프로세서에 의해 실행될 때 프로세서로 하여금 본 출원에 설명된 방법의 적어도 일부를 수행하게 한다. 상기 예는 단지 예시적인 것이며, 따라서, 용어 프로세서의 정의 및/또는 의미를 임의의 방식으로 제한하는 것으로 의도되지 않는다.
BOP 방법, 시스템 및 장치의 예시적인 실시예는 본 출원에서 설명된 특정 실시예에 제한되지 않고, 오히려 시스템의 컴포넌트 및/또는 방법의 단계는 본 출원에서 설명된 다른 컴포넌트 및/또는 단계와 독립적으로 그리고 별도로 이용될 수 있다. 예를 들어, 방법은 또한 센서들을 필요로 하는 다른 시스템과 함께 사용될 수 있으며, 본 출원에 설명된 시스템 및 방법으로만 실시되는 것으로 제한되지 않는다. 오히려, 예시적인 실시예는 증가된 검출 신뢰성으로부터 이익을 얻을 수 있는 많은 다른 응용예, 장비 및 시스템과 관련하여 구현되고 이용될 수 있다.
본 개시의 다양한 실시예의 특정 특징이 일부 도면에 도시되고 다른 도면에는 도시되지 않을 수 있지만, 이는 단지 편의를 위한 것이다. 본 개시의 원리에 따라, 도면의 임의의 특징부는 임의의 다른 도면의 임의의 특징과 조합하여 참조 및/또는 청구될 수 있다.
본 기술된 설명은 예를 사용하여 최상의 모드를 포함하는 실시예를 개시하고, 당업자는 임의의 디바이스 또는 시스템을 만들고 사용하고 임의의 통합된 방법을 수행하는 것을 포함하여 실시예를 실시할 수 있게 한다. 본 개시의 특허 가능한 범위는 청구 범위에 의해 정의되며, 당업자에게 발생하는 다른 예를 포함할 수 있다. 그러한 다른 예는 청구 범위의 문자 언어와 다르지 않은 구조적 엘리먼트를 가지거나 청구 범위의 문자와 실질적으로 다른 등가의 구조적 엘리먼트를 포함하는 경우 청구 범위의 범위 내에 있도록 의도된다.
Claims (20)
- 생산 시스템의 분출 방지 시스템 내 물체를 검출하기 위한 검출 시스템에 있어서, 상기 검출 시스템은 :
상기 분출 방지 시스템에 결합되고 상기 물체를 향해 초음파 펄스를 발송하도록 구성된 센서로서, 상기 센서는 상기 초음파 펄스 및 상기 초음파 펄스가 상기 물체와 상호 작용한 후의 잡음을 포함하는 신호를 수신하도록 추가로 구성된, 상기 센서; 및
상기 센서에 결합되고, 제 1 시간에 제 1 상쇄 신호(cancellation signal) 및 제 2 시간에 제 2 상쇄 신호를 사용하여 상기 신호에서 상기 초음파 펄스를 식별하도록 구성된 제어기로서, 상기 제어기는 상기 제 1 상쇄 신호가 제 1 시간에 상기 신호의 잡음에 대응하고, 상기 제 2 상쇄 신호가 제 2 시간에 상기 신호의 잡음에 대응하는지를 결정하고, 상기 제어기는 상기 초음파 펄스에 기초하여 상기 물체의 특성을 결정하도록 구성된, 상기 제어기를 포함하는, 검출 시스템. - 제 1 항에 있어서, 상기 제어기는 상기 제 1 상쇄 신호 및 상기 제 2 상쇄 신호를 포함하는 데이터베이스에 액세스하도록 추가로 구성된, 검출 시스템.
- 제 1 항에 있어서, 상기 제어기는 상기 제 1 상쇄 신호와 제 3 상쇄 신호의 조합에 기초하여 상기 제 2 상쇄 신호를 생성하도록 추가로 구성된, 검출 시스템.
- 제 1 항에 있어서, 상기 제어기는 상기 센서와 물체 사이의 거리에 기초하여 상기 제 2 상쇄 신호를 결정하도록 추가로 구성된, 검출 시스템.
- 제 1 항에 있어서, 상기 제어기는 상기 센서의 모델에 기초하여 상기 제 2 상쇄 신호를 결정하도록 추가로 구성된, 검출 시스템.
- 제 1 항에 있어서, 상기 제어기는 상기 신호를 상기 제 1 상쇄 신호 및 상기 제 2 상쇄 신호 중 적어도 하나와 비교하도록 추가로 구성된, 검출 시스템.
- 제 1 항에 있어서, 상기 제어기는 상기 신호의 신호 품질 메트릭(quality metric)을 결정하도록 추가로 구성된, 검출 시스템.
- 제 1 항에 있어서, 상기 제어기는 상기 신호의 시간 모델을 결정하고 상기 시간 모델에 기초하여 상기 제 2 상쇄 신호와 상기 신호를 정렬하도록 추가로 구성된, 검출 시스템.
- 제 1 항에 있어서, 상기 제어기는 상기 신호의 일부의 통계적 특성을 결정하고, 상기 신호의 일부의 통계적 특성에 적어도 부분적으로 기초하여 상기 제 2 상쇄 신호를 결정하도록 구성된, 검출 시스템.
- 제 1 항에 있어서, 상기 제어기는 상기 초음파 펄스에 기초하여 상기 센서와 상기 물체 사이의 거리를 결정하도록 구성된, 검출 시스템.
- 생산 시스템 내 물체를 검출하는 방법으로서, 상기 방법은,
센서를 사용하여, 제 1 초음파 펄스 및 상기 제 1 초음파 펄스가 상기 물체와 상호 작용한 후의 잡음을 포함하는 신호를 수신하는 단계;
제어기를 사용하여, 제 1 상쇄 신호가 제 1 시간에서의 상기 신호의 잡음에 대응하는지를 결정하는 단계;
상기 제어기를 사용하여, 상기 제 1 시간에서의 상기 제 1 상쇄 신호를 사용하여 상기 신호의 상기 제 1 초음파 펄스를 식별하는 단계;
상기 제어기를 사용하여, 제 2 상쇄 신호가 제 2 시간에서의 상기 신호의 잡음에 대응하는지를 결정하는 단계;
상기 제 2 시간에서의 상기 제 2 상쇄 신호를 사용하여 상기 신호의 제 2 초음파 펄스를 식별하는 단계; 및
상기 제 1 초음파 펄스 및 상기 제 2 초음파 펄스 중 적어도 하나에 기초하여 상기 물체의 특성을 결정하는 단계를 포함하는, 방법. - 제 11 항에 있어서, 상기 제 1 상쇄 신호 및 상기 제 2 상쇄 신호를 포함하는 데이터베이스에 액세스하는 단계를 더 포함하는, 방법.
- 제 12 항에 있어서, 상기 제 1 상쇄 신호와 제 3 상쇄 신호의 조합에 기초하여 상기 제 2 상쇄 신호를 생성하는 단계를 더 포함하는, 방법.
- 제 11 항에 있어서, 상기 제어기를 사용하여, 상기 제 2 시간에서의 상기 제 2 상쇄 신호가 상기 신호의 잡음에 대응하는지를 결정하는 단계는, 상기 제 2 상쇄 신호가 상기 센서와 상기 물체 사이의 거리에 기초하여 상기 신호의 잡음에 대응하는지를 결정하는 단계를 포함하는, 방법.
- 제 11 항에 있어서, 상기 제어기를 사용하여, 상기 제 2 시간에서의 상기 제 2 상쇄 신호가 상기 신호의 잡음에 대응하는지를 결정하는 단계는, 상기 센서의 신호 및 시간 모델의 비교에 기초하여 상기 제 2 상쇄 신호가 상기 신호의 잡음에 대응하는지를 결정하는 단계를 포함하는, 방법.
- 제 11 항에 있어서, 상기 신호를 상기 제 1 상쇄 신호 및 상기 제 2 상쇄 신호 중 적어도 하나와 비교하는 단계를 더 포함하는, 방법.
- 제 11 항에 있어서, 상기 신호의 신호 품질 메트릭을 결정하는 단계를 더 포함하는, 방법.
- 제 11 항에 있어서, 상기 신호의 변화의 시간 모델을 결정하는 단계 및 상기 시간 모델에 기초하여 상기 제 2 상쇄 신호와 상기 신호를 정렬하는 단계를 더 포함하는, 방법.
- 제 11 항에 있어서, 상기 신호의 일부를 식별하는 단계, 상기 신호의 일부의 통계적 특성을 결정하는 단계, 상기 신호의 일부의 통계적 특성에 적어도 부분적으로 기초하여 상기 제 2 상쇄 신호를 생성하는 단계를 더 포함하는, 방법.
- 제 11 항에 있어서, 상기 제 1 초음파 펄스 및 상기 제 2 초음파 펄스 중 적어도 하나에 기초하여 상기 물체의 특성을 결정하는 단계는 상기 제 2 초음파 펄스에 기초하여 상기 센서와 상기 물체 사이의 거리를 결정하는 단계를 포함하는, 방법.
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