NO20120512A1 - Overvåkning av fremmede partikler, fremmede fluider og substanser i et fluid - Google Patents

Abstract

Utførelsesformene her beskrevet gjelder et system (100) for å analysere et fluid (103), der systemet (100) omfatter: en lyskilde (110) konfigurert til å emittere lys for transmisjon gjennom en første optisk transmisjonsanordning (107a) til minste en måleanordning (105), der den minst ene måleanordningen (105) omfatter minst en del av fluidet (103) og er utformet til å bli belyst av det emitterte lyset; en andre optisk transmisjonsanordning (107b) som er utformet til å sende lys som er skygget eller avbøyd av fluidet (103) når måleanordningen (105) blir belyst til en eller flere bildetakingsenheter (113); hvori minst en av lyskildene (110) og en eller flere bildetakingsenheter (113) er anordnet fjernt fra måleanordningen (105).

Description

OVERVÅKNING AV FREMMEDE PARTIKLER, FREMMEDE FLUIDER OG SUBSTANSER I ET FLUID

TEKNISK OMRÅDE

Utførelsesformene her beskrevet gjelder fluidanalyser, og mer spesifikt fluidanalyser ved bruk av en lyskilde.

BAKGRUNN

Det har alltid vært en utfordring å overvåke tilstanden til en stor maskininstallasjon, bestående av flere maskiner med forskjellige hydrauliske systemer, girkasser og smøresystemer.

Partikkeltelling har vært brukt for å gi en tidlig advarsel basert på forskjellige tegn på slitasje fra partikler, lekkasjer (vann), kjemisk eller biologisk forurensning i det hydrauliske eller smøre fluidet. På grunn av dårlige prøvetakingsprosedyrer og apparater, utilstrekkelig systemer for partikkeltelling og mangel på kompetanse i tolking av involvert personell, har partikkeltelling hatt en begrenset bruk. I stedet har vibrasjonsanalyse blitt brukt til å følge med utviklingen av maskinslitasje, selv om stans og slitasje ville ha blitt sett mye tidligere gjennom partikkelanalyse. En av begrensningene med instrumenter som benyttes er at instrumentene bare teller partikler. Nødvendig informasjon er blant annet form og opprinnelse av partiklene. Partikler fra harde legeringer, stål og sand vil gjøre en enorm forskjell i sekundære slitasje og skader enn vanndråper, luftbobler eller biofilm, men de vil bli tel It og rapportert på samme måte.

Svakheten av ovennevnte teknologi har blitt sett av den amerikanske marinen, og et forskningsprogram ble dannet på slutten av nittitallet ved Naval Research Laboratories, og endte med Laser Net analysator. Metoden ser på synlig forurensning i oljen ved hjelp av bildeanalyse og foto-/videoteknologi. Ved å pulse laserlys gjennom en optisk strømningscelle fanger instrumentet opp en høy frekvens av bilder per minutt av partikler som passerer strømningscellen, lagrer bildene i en database som sammenligner bildene med kjente slitasjepartikler fra maskiner og rapporterer type og mengde partikler i oljen. Denne metode, ved bruk av en pålitelig fluidprøvetaking gir pålitelige og repeterbare målinger for online overvåking. Imidlertid har også denne metoden begrensninger. På et skip, på en oljeplattform eller i en prosessfabrikk, vil det alltid være variasjoner i oljereservoarer, girkasser, oljekvaliteter etc. Derfor er det ikke lett å bruke samme instrument for å følge opp flere maskiner. Å sette opp et system for tilstandsovervåkning med en analyseboks på hver maskin vil også være dyrt, og oppfølging og vedlikehold vil være krevende. Kostnaden for instrumentering kan bli frastøtende, og oppfølging og vedlikehold kan bli krevende. I et meget brannfarlig miljø kan all elektronikk potensielt forårsake eksplosjoner. Det er derfor viktig å ikke utsette elektroniske kretser og strømforsyninger for meget brannfarlige væsker eller potensielt eksplosive miljøerl.

OPPSUMMERING

Det er et formål med utførelsesformene heri å løse multiplikasjonen av laserbasert "partikkelanalyse" apparat i væske ved å sentralisere emisjon og analyse av målesignalene takket være multipleksing av signalet sendt i fiberoptiske kabler.

Et annet formål med utførelsesformene heri er å tillate installasjon av en analyseenhet langt fra målecellen, og dermed tillate måling av fluider i et miljø som ikke er kompatibelt med analyseenheten.

Et annet formål med utførelsesformene heri er å muliggjøre en spesiell innpakking for analyseenheten for å tillate dens anvendelse i vanskelige omgivelser.

Et annet formål med utførelsesformerne heri er å tillate partikkelanalyse og overvåking av maskiner i brannfarlige eller eksplosive miljøer, sikrere og billigere.

Det er et formål med utførelsesformene heri å bruke partikkelanalyse av smøre- og/eller kjølefluider som den viktigste kilde for tilstandskontroll av tungt maskineri.

Nok en hensikt med utførelsesformene heri er å tillate deteksjon av undersjøiske lekkasjer. Ved å bruke fiberoptiske kabler i kombinasjon med optiske multipleksere er det mulig å flytte og integrere måleanordningen til maskineriet på en helt annen måte, installasjonen vil være mye mer robust og ett enkelt instrument kan brukes til å utføre analyser uavhengig av hvilken maskin analysen er utført på, typen av olje eller omkringliggende miljø. Problemer med eksplosive gasser i nærheten av instrumentene vil forsvinne takket være fiberoptiske kabler som sender laserlys til måleanordningen og å bruke optikk og fiberkabler for å sende bilder tilbake til bildeanalyse i instrumentet som ligger i et trygt område.

Ifølge et første aspekt oppnås formålet ved et system for å analysere et fluid. Systemet omfatter en lyskilde utformet til å emittere lys for å bli sendt gjennom en første optisk transmisjonsanordning til minst en måleanordning. Den minst ene måleanordningen omfatter fluidet og er utformet til å bli belyst av det sendte lyset. Systemet omfatter en andre optisk transmisjonsanordning utformet for å sendte skygget eller avbøyd lys fra fluidet når måleanordningen lyser til minst en bildetakingsenhet. Minst en av lyskilden og bildetakingsenheten er fjernt anordnet fra måleanordningen.

I noen utførelsesformer er bildetakingsenheten utformet for å ta et bilde av fluidet i måleanordningen basert på den sendte informasjonen om fluidet.

I noen utførelsesformer omfatter systemet en analyseenhet utformet til å analysere det oppfanget bildet for derved å skaffe informasjon om fluidet.

I noen utførelser er den minst ene måleanordningen en strømningscelle tilknyttet minst en maskin som omfatter fluidet, og hvor fluidet som inngår i maskinen er forbikoblet gjennom den minst ene måleanordning.

I noen utførelser omfatter den i den minste ene måleanordningen en første del til hvilken den første optiske transmisjonsanordningen er koblet og gjennom hvilken lyset sendes når den minst ene måleanordning er belyst.

I noen utførelsesformer er den første delen en første transparent plate.

I noen utførelsesformer omfatter i den minst enen del av den første optiske transmisjonsanordningen ogden minst ene delen av den andre optiske transmisjonsanordning minst en optisk fiberkabel

I noen utførelsesformer passerer det emitterte lyset gjennom fluidet når det belyser minst den ene måleanordningen, og informasjonen om fluidet er basert på en egenskap til det emitterte lyset når det passerer gjennom fluidet.

I noen utførelsesformer omfatter fluidet partikler hvori informasjon om fluidet omfatter informasjon om et antall partikler og/eller urenheter i fluidet og/eller typen av partikler i fluidet.

I noen utførelsesformer er fluidet en væske eller en gass.

I noen utførelsesformer omfatter den ene eller flere bildetakingsenhetene en bildesensor tilknyttet hver optiske fiberkabel tilpasset til å fange opp skygget eller avbøyd lys sendt gjennom den tilhørende optiske fiberkabelen og å tildele det oppfangede skyggede eller avbøyde lyset til måleanordningen hvorfra det skyggede eller avbøyde lyset blir sendt.

I noen utførelsesformer omfatter det ene eller flere bildetakingsenheter en høydefinisjons-bildesensor inndelt i et antall romlige områder henholdsvis tilknyttet en optisk fiberkabel anordnet slik at det tilhørende romlige området bare fanger opp skygget eller avbøyd lys sendt gjennom den optiske fiberkabelen og å tildele det oppfangede skyggede eller avbøyde lyset til måleenheten fra hvilken det skyggede eller avbøyde lyset er sendt.

I noen utførelsesformer er den minst ene optiske fiberkabelen forsynt med en optisk svitsj synkronisert med bildefrekvensen til den ene eller flere bildetakingsenheten, der den optiske svitsjen skrus på kun når den ene eller flere bildetakingsenheten fanger et bestemt bilde i en rekke tatte bilder i løpet av en bildetakingssyklus, og de oppfangede bildedata i det bestemte bildet bare består av bildedata av skygget eller avbøyd lys sendt gjennom den optiske fiberkabelen, som blir tildelt til måleanordningen fra hvilken skygget eller avbøyd lys er sendt.

I noen utførelsesformer omfatter måleanordningen en strømningscelle formet med et fluidinnløp og et fluidutløp gjennom hvilket minst en del av fluidet strømmer inn og ut, en strømningsbegrensende anordning hvorved den strømningsbegrensende anordningen er utformet til å generere et økt trykktap mellom fluidinnløpet og fluidutløpet, og hvori måleanordningen er forbundet med den første optiske transmisjonsanordningen som er utformet til å sende lys emittert ut fra en lyskilde til å passere gjennom minst en del av fluidet som strømmer gjennom strømningscellen, og koblet til den andre optiske transmisjonsanordningen, minst ett optisk mottagelseselement utformet til å motta lyset som har passert gjennom fluidet i strømningscellen og utformet til å sendte det mottatte lyset slik at fluidet kan analyseres.

Ifølge et andre aspekt oppnås formålet ved en fremgangsmåte for å analysere et fluid, idet fremgangsmåten omfatter: å emittere lys fra en lyskilde;

å sende emitterte lys gjennom en første optisk transmisjonsanordning til minst en måleanordning, der måleanordningen omfatter minst en del av fluidet;

å belyse den minste ene måleanordningen med overførte lys, og

å sende skygget eller avbøyd lys fra fluidet når måleanordningen blir belyst til en eller flere bildetakingsenheter ved å bruke en andre optisk transmisjonsanordning;

hvor minst en av lyskildene og en eller flere bildetakingsenheter er fjernt anordnet fra måleanordningscellen.

I noen utførelsesformer er bildetakingsenheten utformet til å ta et bilde av fluidet i måleanordningen basert på det sendte skyggede eller avbøyde lyset fra fluidet.

I noen utførelsesformer blir det sendte bildet analysert med en analyseenhet for derved å skaffe informasjon om fluidet.

I noen utførelsesformer er minst en måleanordning koblet til minst en maskin som omfatter fluidet, og hvor fluidet som inngår i maskinen er forbikoblet gjennom den minst ene analyseenheten.

I noen utførelser omfatter den i den minst ene måleanordningen en første del til hvilken den første optiske transmisjonsanordningen er koblet og gjennom hvilken lyset blir overført videre når den minst ene måleanordningen er belyst.

I noen utførelsesformer er den første delen en første transparent plate.

I noen utførelsesformer, minst en del av den første optiske transmisjonsanordningen og minst en del av den andre optiske transmisjonsanordningen omfatter minst en optisk fiberkabel.

I noen utførelsesformer omfatter den ene eller flere bildetakingsenhetene en bildesensor tilknyttet hver optisk fiberkabel tilpasset til å fange opp skygget eller avbøyd lys som overføres gjennom den tilhørende optiske fiberkabelen og å tildele det oppfangede skyggede eller avbøyde lyset til måleanordningen fra hvilken det skyggede eller avbøyde lyset er sendt.

I noen utførelser omfatter den ene eller flere bildetakingsenhetene en høydefinisjons-bildesensor inndelt i et antall romlige områder henholdsvis tilknyttet en optisk fiberkabel anordnet slik at det tilhørende romlige område bare fanger opp skygget eller avbøyd lys sendt gjennom den optiske fiberkabelen og å tildele det oppfangede skyggede eller avbøyde lyset til måleanordningen fra hvilken det skyggede eller avbøyde lyset er sendt.

I noen utførelser omfatter fremgangsmåten videre følgende trinn:

å synkronisere en optisk svitsj med hvilken minst en optisk fiberkabel er tilveiebrakt med en bildefrekvens tilsvarende den ene eller flere bildetakingsenhetene;

å skru på den optiske svitsjen bare når den ene eller flere bildetakingsenhetene fanger opp et bestemt bilde i en rekke oppfangede bilder i løpet av en bildetakingssyklus fra den ene eller flere bildetakingsenhetene, og

å tildele måleanordningen fra hvilken skygget eller avbøyd lys er transmittert fra til de oppfangede bildedata i det bestemte bildet.

I noen utførelsesformer passerer det emitterte lyset gjennom fluidet når det belyser minst en strømningscelle, og hvori informasjonen om fluidet er basert på en egenskap av det emitterte lyset når det passerer gjennom fluidet.

I noen utførelsesformer omfatter fluidet partikler, og hvor informasjon om fluidet omfatter informasjon om et antall partikler i fluidet og/eller type partikler i fluidet.

Ifølge et andre aspekt oppnås formålet ved et dataprogram som er lagret på et datamaskinlesbart minne og som omfatter instruksjoner for å utføre ovenfor nevnte fremgangsmåte.

Utførelsesformer heri har mange fordeler, hvorav en ikke- uttømmende liste over eksempler følger: Utførelsesformer heri, som tillater sentralisering av lysemisjon og analyseenhet byr på flere fordeler: Kapitalkostnader: Bare ett apparat å kjøpe og/eller erstatte for et helt anlegg. Rimelige reserveapparater: bare et ekstra apparat må kanskje kjøpes. Operasjonelle kostnader: bare et (+ reserve) apparat å kalibrere og vedlikeholde. Hvis anordningen må hentes ved et brønnhode er kostnadskonsekvensene viktige.

Robusthet: apparatet kan installeres i et beskyttet rom, langt fra vibrasjoner, støv,

fett, varme, frost...

Sikkerhet: ingen strømkontakt kreves ved utstyr som skal overvåkes.

Enkelt å utstyre senere: mens prøvetaking- og målingcellen må være utformes lokalt, det er ikke nødvendig å utforme analyseenhetsrommet lokalt.

Utførelsesformene heri er ikke begrenset til de trekk og fordeler som er nevnt ovenfor. En fagmann vil finne ytterligere trekk og fordeler ved lesing av den følgende detaljerte beskrivelse.

KORT BESKRIVELSE AV TEGNINGENE

Utførelsesformene heri skal beskrives i mer detalj i den etterfølgende detaljerte beskrivelse med henvisning til de vedlagte tegninger som illustrerer utførelsesformer og hvori: Figur 1 er et skjematisk blokkskjema som viser utførelsesformer av et system.

Figur 2 er en skjematisk fremstilling som illustrerer utførelsesformer av

hele overvåkingssystemet brukt til maskintilstandsovervåkning.

Figur 3 er en skjematisk fremstilling av en utførelsesform av romlig multipleksing. Figur 4 er en skjematisk fremstilling av en utførelsesform for en prøvetaking- og

målecelle.

Figur 5 er en skjematisk fremstilling av en utførelsesform av en undervannspakke

for en analyseenhet.

Figur 6 er en skjematisk fremstilling av en utførelsesform anvendt for påvisning og estimering av undervannsgasslekkasjer, for eksempel over et brønnhode.

DETALJERT BESKRIVELSE

Figur 1 illustrerer utførelsesformer av et system 100 for analyse av et fluid 103. Systemet 100 omfatter en maskin 101 som omfatter fluidet 103. Fluidet 103 kan være en væske eller en gass. En måleanordning 105 er koblet til maskinen 101. Måleanordningen 105 kan for eksempel være koblet til utsiden av maskinen 101, for eksempel ved en forbikobling. Når maskinen 101 forbikobles, fortsetter driften av maskinen 101 som normalt samtidig som måleanordningen 105 er i drift, og et rør eller en kanal brukes til å opprette en alternativ vei for fluidet 103 inn i måleanordningen 105. Fluidet 103 flyter fortsatt gjennom maskinen 101 på samme tid som en del av fluidet 103 ledes gjennom måleanordningen 105. I dette eksemplet omfatter systemet 100 en måleanordning 105 og en maskin 101, men det kan være en måleanordning 105 koblet til et flertall maskiner 101, et flertall måleanordninger 105 koblet til en maskin 101, eller et flertall måleanordninger 105 hver koblet til en respektiv maskin 101 av et flertall maskiner 101.

En første optisk transmisjonsanordning 107a er koblet til måleanordningen 105 for transport av lys emittert fra en lyskilde 110 til måleanordningen 105, og dermed å belyse måleanordningen 105 og fluidet 103 innbefattet i måleanordningen 105. Lyskilden 110 kan være for eksempel en laser utformet til å sende ut en laserstråle. En andre optisk transmisjonsanordning 107b er koblet til måleanordningen 105 for å formidle informasjon om fluidet når måleanordningen 105 er belyst til en bildetakingsenhet 113 som tar et bilde av fluidet 103. Minste en del av den første optiske transmisjonsanordningen 107a og minste en del av den andre optiske transmisjonsanordningen 107b omfatteren optisk fiberkabel. I noen utførelsesformer er den første optiske transmisjonsanordningen 107a og den andre optiske transmisjonsanordning 107b en kabel anordnet til å føre lyset i to retninger, dvs. til måleanordningen 105 og fra måleanordningen 105. I noen utførelsesformer er den første optiske transmisjonsanordningen 107a og den andre optiske transmisjonsanordningen 107b separate kabler. Den første optiske transmisjonsanordningen 107a og den andre optiske transmisjonsanordningen 107b har en slik lengde at minst en av lyskilden 110 og bildetakingsenheten 113 kan være plassert fjernt fra måleanordningen 105, dvs. at de ikke er in situ. Den første optiske transmisjonsanordningen 107a og den andre optiske transmisjonsanordningen 107b kan være koblet til den samme siden av måleanordningen 105, eller på motsatte sider av måleanordningen 105.

Bildetakingsenheten 113 kan overføre det oppfangede bildet til en analyseenhet 115 som er utformet til å analysere det oppfangede bildet for å oppnå informasjon om et antall partikler, en type partikkel i fluidet 103. Bildetakingsenheten 113 kan være et kamera. Analyseenheten 115 kan også være fjernt anordnet fra måleanordningen 105.

Måleanordningen 105 kan ha hvilken som helst størrelse og form egnet til å formidle forbikoblet fluid 103 og egnet til tilknytting til maskinen 101. For eksempel kan den ha en firkantet form eller en sirkulær form. Måleanordningen 105 kan være helt eller delvis lukket. Måleanordningen 105 kan være laget av et gjennomsiktig materiale, slik at når det utsendte lyset belyser måleanordningen 105 passerer lyset gjennom veggene til måleanordningen 105 og passerer videre gjennom fluidet 103. Hvis fluidet 103 omfatter for eksempel partikler, en fremmed væske eller andre stoffer, vil lyset bli reflektert. Basert på informasjonen om det reflekterte lyset, kan antallet partikler, typen av partikler etc. oppnås.

I noen utførelsesformer omfatter måleanordningen 105 en første del 108a, f.eks. en første transparent plate laget for eksempel av glass eller av et plastisk materiale og anordnet inne i måleanordningen 105. Den første optiske transmisjonsanordningen 107a kan kobles til den første delen 108a. Når måleanordningen 105 belyses, strømmer lyset gjennom den første delen 108a på grunn av dets optiske transparente egenskaper. Lyset kan treffe partiklene i fluidet 103 og reflekteres tilbake til den første delen 108a. Den andre optiske transmisjonsanordningen 107b, som også kan være koblet til den første delen 108a, overfører det reflekterte lyset eller informasjonen om det reflekterte lyset til

bildetakingsenheten 113.

I noen utførelsesformer omfatter måleanordningen 105 den første delen 108a og en andre del 108b, hvor begge deler kan være transparente plater laget av for eksempel glass eller av et plastisk materiale og anordnet inne i måleanordningen 105. Som eksemplifisert i figur 1, kan den første delen 108a og den andre delen 108b ordnes vertikalt og har en avstand mellom dem hvor fluidet 103 kan strømme. Når lyset kan treffe partiklene i fluidet kan enkelte lysstråler bli reflektert tilbake til den første delen 108a og bare noen av lysstrålene vil nå den andre delen 108a. Dersom den andre optiske transmisjonsanordningen 107b er koplet til den andre delen 108a sender den de lysstråler som nådde den andre delen 108a eller i det minste informasjon om det til bildetakingsenheten 113.

Figur 2 illustrerer et eksempel på en utførelsesform av systemet 100. En laserstråle 3 avgis fra et overvåkingssenter inn i en nedlink optisk multikabel 5 som omfatter et antall nedlink optiske fibre. Den nedlink optiske multikabelen 5 er kablet til en maskin som består av en rekke komponenter hvilken væsker må overvåkes. En eller flere av de nedlink optiske fibrene er koblet til hver enkelt av komponentene, mer spesifikt til f.eks. en måleanordning som er koblet til komponenten. Mulige egenskaper til måleanordningen eller annen optisk strømningsovervåkingsutstyr er beskrevet nedenfor. I tilfelle av en måleanordning som illustrert i figur 2, er endene av den ene eller flere nedlink optiske fibrene festet til den første av de to plater av glass som måleanordningen omfatter, og er tilpasset til å rette laserstrålen gjennom væsken som strømmer gjennom måleanordningen, og treffer den andre av de to glassplatene. Når det går gjennom væsken blir lyset reflektert av eventuelle partikler på veien, og er også attenuert avhengig av innholdet og egenskapene til væsken i måleanordningen ved tidspunktet lyset passerer gjennom.

En eller flere opplink optiske fibre er festet til den andre (overført lys) av de to glassplater, fortrinnsvis på linje med den ene eller flere nedlink optiske fibrene festet til den første av de to glassplatene justert for å fange opp lyset emittert fra den ene eller flere nedlink optiske fibrene etter å ha passert gjennom væsken. Den ene eller flere opplink optiske fibrene kan avsluttes på måleanordningens side ved respektive linser for å bedre rette oppfanget lys inn i fibrene. Opplink optiske fibre fra flere måleanordninger blir innsamlet i en opplink optisk kabel, som overfører lys fra respektive måleanordning. Den opplink optiske kabelen er koblet til, og ender ved overvåkingssenteret. Ved overvåkingssenteret er en eller flere bildesensorer er tilrettelagt, justert til å fange opp lyset som overføres av den opplink optiske kabelen.

Flere teknikker for å skille mellom lyset som stammer fra respektive måleanordning i overvåkingssentere kan brukes for videre analyse. I en utførelsesform er det en bildesensor eller et kamera for hver av gruppene av en eller flere opplink optiske fibre tilsvarende en respektiv måleanordning. Endene av den ene eller flere opplink optiske fibrene som terminerer ved overvåkingssenteret tilsvarende en respektiv måleanordning er rettet perpendikulært til den dedikerte bildesensoren slik at den dedikerte bildesensoren bare fanger opp lyset som overføres fra den respektive måleanordningen. Bildet tatt av bildesensoren er adressert til den respektive måleanordningen og kan analyseres uavhengig av lyset fanget opp i de andre måleanordningene.

I en annen utførelsesform som er illustrert i figur 3 er endene av alle opplink optiske fibre i den opplink optiske multikabelen avsluttet ved overvåkingssenter posisjonert for å bli rettet mot ett område av en bildesensor, slik at oppfang av den respektive lys som overføres av de respektive opplink fiberkabler er plassert i egne områder. Dette krever en romlig multipleksing av lyset som fanges opp av bildesensoren for å adressere lyset fra forskjellige måleanordninger. Som et eksempel, for en HøyDefinisjons-(HD) bildesensor er hver av gruppene av en eller flere av opplink optiske fibre tilsvarende respektive måleanordningen innrettet til å bli rettet til kjente romlige områder av HøyDefinisjons-(HD) bildesensoren. Det overordnede bildet som tas av HD-bildesensoren vil da være en mosaikk sammensatt av bilder fra forskjellige måleanordninger. Siden de romlige områdene tilknyttet de forskjellige måleanordningene er kjent kan de lett skilles ut og analyseres hver for seg.

Teknikker for bølgelengdemultipleksing kan også være tenkelig. I

bølgelengdemultipleksing har hver lysbærer en dedikert bølgelengde. Når det er anvendt i foreliggende utførelsesformer er laserlys emittert i de forskjellige nedlink fibrene med ulike bølgelengder. Dette kan oppnås med en laserkilde for hver optisk fiber, eller en eller flere laserkilder og et eller flere lysstrålesplittere som splitter lyset i lysstråler med forskjellig bølgelengde som er rettet inn i de forskjellige nedlink optiske fibrene. På mottakssiden blir

bare en eller bare et begrenset antall av bildesensorerne nødvendig. Lys fra mer enn en måleanordning vil deretter treffe en bildesensor samtidig, men siden de er av forskjellige bølgelengde er det mulig å skille bildene fra de forskjellige måleanordninger ved triviell digital etterbehandling. I tillegg omfatter hver piksel i en bildesensor en rød, blå og grønn sensor. Hvis lysstråler som sendes ut fra lysstrålekilden er begrenset til disse bølgelengdene vil ingen etterbehandling av det oppfangede bildet være nødvendig siden en bildesensor faktisk fanger opp tre bilder av rød, grønn og blå farge samtidig.

Tidsdelt multipleksing kan også brukes i de utførelsesformene som er beskrevet her. I dette tilfellet brukes faktumet at videobilder inneholder en rekke med påfølgende bilder i sammenheng med em form for hurtigsvitsjing av lyset fra de forskjellige opplink fibrene slik at lys fra kun en optisk fiber treffer bildesensoren om gangen. Hver optisk fiber har et dedikert tidsbilde av de sekvensielle tidsbilderne oppfanget av bildesensoren, for eksempel hver sjette tidsramme. Disse bildene vil da bli hentet ut fra den totale bilderekken ved digital prosessering, og satt sammen til et videobilde. Forutsatt at bildesensoren har mulighet for en total bildefrekvens på 60 bilder per sekund vie et videobilde fra en måleenhet ha en bildefrekvens på 10 bilder per sekund, noe som vil være en akseptabel bildefrekvens for dette formålet. Svitsjingen av lyset kan gjøres mekanisk ved å endre retningen til endene av de optiske fibrene hvis emitterte lys treffer bildesensoren sekvensielt med en frekvens som tilsvarer bildesensorens bildefrekvens. Optiske brytere kan også anvendes til samme formål som sekvensielt slår av lyset som sendes ut fra alle av de optiske fibrene bortsett fra en.

Lyset emittert fra den ene siden og fanget opp på den motsatte siden av en måleanordning som beskrevet ovenfor eksponerer bare former av partikler og noen av egenskapene til gjennomsiktig væske. For å gi opplysninger om de vesentlige karakteristika for partiklene i væsken må spredt tilbakekasting tas i betraktning. Dette krever at den ene eller flere opplink optiske fibrene er festet til den første av de to glassplatene, dvs. samme glass til hvilket den ene eller flere nedlink optiske fibrene er festet. De opplink optiske fibrene vil da være i stand til å fange opp lyset som reflekteres fra partiklene i måleanordningen. Bølgelengden av lyset som fanges opp av den ene eller flere opplink optiske fibre vil da bli brukt som en indikasjon for å bestemme typen materiale i partiklene som reflekterer lyset. Videre, ved å anordne en eller flere opplink optiske fibre slik at de har noe forskjellige vinkler i forhold til den første av de to

glassplatene kan et 3D-bilde av spredt tilbakekasting gis.

Instrumentet, som i et eksempel av en utførelseform er en partikkelanalysator, produserer en laserstråle 3 inn i en optisk fiberkabel 5 koblet til en innløps-optisk multiplekser 2. En kontroller 8 vil styre innløps-optisk multiplekser 2 for å sende laserlyset gjennom den fiberoptiske multiplekseren til den fiberoptiske multikabelen 5 og til den maskinen som krever overvåking. Maskinen 1 er utstyrt med en fluidprøvetaker 7 forsynt med en integrert måleanordning 6. Når overvåking finner sted er laserlys sendt gjennom måleanordningen. Måleanordningen består av en ramme med to glassplater adskilt med 100 til 1000 millimeter. Ett eller flere væskerør som inneholder smøreoljen er plassert mellom de to glassplatene og prøven med smøremiddel flyter gjennom måleanordningen. Den nødvendige oljestrømmen for å utføre analysen er skapt av trykkfallet over den indre tilbakeslagsventilen i fluidprøvetakeren 7. Fluidprøvetakeren er koblet til oljesirkulasjonssystemet for hver enkelt maskin, og multiplekseren 2 vil velge hvor laserlyset skal sendes for analysen.

På den andre siden av måleanordningen vil et linsesystem motta bildet av partiklene. Partikkelbildene vil da bli sendt gjennom en optisk fiberkabel og tilbake til analyseenheten hvor bildene analyseres og telles. Den samme prosess finner sted for hver enkelt overvåket maskin og alle bildene kan bli analysert av bare et eneste instrument.

Kontrolleren 8 og tilhørende datamaskinen 4, basert på instruksjoner fra operatøren, en programmert forebyggende vedlikeholdssekvens, eller hendelser slik som en høy vibrasjonsdeteksjon, vil styre hele systemet. For eksempel ved en programmert overvåking av en maskin, vil kontrolleren 8 begynne oppvarming av laseren 3, og deretter svitsje laserlys til den optiske fiberen koblet til strømningscellen 6 av maskinen 1 takket være den innløps- fiberoptiske multiplekseren, svitsje retursignalet fra strømningscellen til analyseenheten takket være den innløps-fiberoptiske multiplekseren, deretter indeksere, analysere, lagre og sende analyseresultatene.

Fiberoptiske multipleksere er kjent i bransjen og kan kjøpes som hyllevare. En mulighet for å returnere bildene tilbake til instrumentet ved hjelp av fiberkabel, kan hvert samplingspunkt ha et individuelt videokamerachip koblet til måleanordningen og overføre resultatene trådløst til analyseenheten takket være et trådløst grensesnittssystem som er tilgjengelig og kjent i telekommunikasjonsindustrien. Denne utførelsesformen gjelder ikke for undervannsapplikasjoner.

En annen utførelsesform er overvåking av maskiner eller undervannsistallasjoner med hydraulisk væske. De nye olje- og gassfeltene er under utbygging i mer vanskelige områder, hvorav mange er offshore og blir dypere. Olje- og gassundervannsinstallasjoner er under utvikling og mangedobles i respons til dybden, og de inkluderer maskiner som noen ganger kan være svært tunge. Vedlikehold, reparasjon og/eller erstatning av utstyr under vann er dyrt og krevende. Å kunne planlegge tiltak på forhånd har en stor fordel: det tillater planlegging av flere tiltak ved innleie av en ROV (undervanns Remotely Operated Vehicle). Overvåking og tidlig oppdagelse av problemer med maskiner tillater slik planlegging.

Mens prinsippene i utførelsesformene heri er lik det forrige tilfelle på en plattform, er det noen problemer relatert til kondisjonering av utstyret for høytrykksdybde. Vanligvis trenger analyseenheten å være pakket i en trykkompensert beholder, lett å være hente opp og substituert med en ROV. Et eksempel er vist på figur 5.

En annen utførelsesform er knyttet til deteksjon og analyse av gasslekkasjer for offshore undervanns olje- og gassinstallasjoner, som eksemplifisert i figur 6. Montert i nærhet av en juletreutblåsingsforebygger, rørtilkobling osv.... , ovenfor stedene identifisert som mest risikabelt når det gjelder lekkasjer, vil lekkasjedetektoren reagere på deteksjon av boblene, eller til og med erstatning av den væsken som blir fanget under paraplyen av gass. Den diskontinuerlige linjen vist i figur 6 angir en gjennomgående kanal for å mate den interne strømningscellen. Lekkasjedetektoren kan faktisk ha to celler, en for utblåsninger og en for rutinemessig overvåking.

I saker knyttet til gasslekkasjer/utblåsning vil analyseenheten også her være pakket med en trykkkompensert beholder, være lett å hente/blir installere av en ROV.

Transformert lys trenger ikke å være rått, men kan være pre-prosessert ved hver enkelt celle hvor transformasjon finner sted eller nedstrøms mellom transformasjons- og analyseapparat. Man kan for eksempel stable flere registrerte signaler, eller lage en pre-prosessering mellom cellen og analyseinstrumentet.

Væsken som overvåkes kan fortrinnsvis være smøre- eller kjølevæske til tungt utstyr som pumper, generatorer, kompressorer, turbiner, transformatorer, etc. Det kan også være en lukket sløyfe av en varmeveksler. Væsken som overvåkes kan være det ganske statiske sjøvannet på havbunnen ved et brønnhode eller et annet utvalgt sted der overvåkning av gassbobler anses av interesse. En gass kan også overvåkes for partikler og dråper, slik som avgasser, varmevekslingsgasserer.

Mens de utførelsesformene her kan finne sitt fulle potensial for et anlegg (plattform, skip, prosessindustri...) med mange utstyrsenheter å overvåke, kan det løse noen problemer knyttet til installasjonsbetingelsene for et sofistikert analyseapparat, som for eksempel når overvåkingsmiljøet er grovt (støv, vibrasjoner, varme ...) eller usikre (eksplosjonsfare, radioaktivitet...), selv om bare en maskin skal overvåkes.

Mens de utførelsesformene her kan finne sitt fulle potensial for et

undervannshydrokarbonfelt med mange brønnhoder eller kritisk utstyr eller steder å overvåke, kan det løse noen problemer knyttet til installasjonsbetingelsene for et sofistikert analyseapparat, når for eksempel overvåking ikke er optimalt for installasjonen av analyseapparatet, for eksempel når det er for grovt eller ikke godt nok tilpasset for ROV-substitusjon av analyseutstyr.

Resultatene fra analysen kan videre sendes til et vedlikeholdssenter, som er fjernt fra anlegget. For eksempel kan anlegget være en olje- og gass offshoreplattform, og analyseresultatene kan sendes via radiosignal til vedlikeholdssenteret på land. Resultatene kan utløse alarmer på anlegg og i vedlikeholdssenteret... alle kjente prosesskontroller kan være relevante og implementerte i forbindelse med utførelsformene heri. En fordel ved noen av utførelsesformene, å analysere partikler i smørevæsker eller bobler i havbunnsvann, er at målingene kan være forebyggende: kilden til mulige problemer kan identifiseres før problemene oppstår: overdreven slitasje kan detekteres før den genererer vibrasjoner, f.eks., og overdreven bobling kan oppdages før en eventuell utblåsing.

Strømforsyningen til analyseenheten kan bli spart, forutsatt en selvstendig lokal strømforsyning slik som en lokal propell. En slik propell, i tillegg til strømforsyningen, gir trykktapet som kreves for å kanalisere fluidet til prøvetakings- og analyseapparatet.

Dette overvåkningssystemet gjelder for alle typer analyse og/eller overvåkning, inkludert en lyskilde - for eksempel en laser - og analysen av en slik lyskilde etter sin forvandling, om det er sending, refleksjon, diffraksjon osv.... hvilken transformasjon er tilknyttet til materialet som skal analyseres.

En annen utførelsesform kan være strømningsmåling slik som de som er basert på lys.

Utførelsesformene heri er ikke begrenset til de ovenfor beskrevne utførelsesformene. Forskjellige alternativer, modifikasjoner og ekvivalenter kan benyttes. Derfor bør de ovennevnte utførelsesformene ikke oppfattes som å begrense omfanget av utførelsesformene, som er definert ved vedlagte patentkrav.

Det bør understrekes at uttrykket" omfatter/omfattende" når det brukes i denne beskrivelse er tatt for å angi tilstedeværelsen av angitte trekk, heltall, trinn eller komponenter, men utelukker ikke tilstedeværelsen eller tillegg av en eller flere andre funksjoner, heltall, trinn, komponenter eller grupper av disse. Det bør også bemerkes at ordene "en" eller "et" i forkant et element ikke utelukker en flerhet av slike elementer.

Det bør også understrekes at de fremgangsmåtetrinn som er definert i de vedlagte krav kan, uten å avvike fra de utførelser heri, utføres i en annen rekkefølge enn den rekkefølge de opptrer i kravene.

Claims (29)

1. Et system (100) for å analysere et fluid (103), der systemet (100) omfatter: en lyskilde (110) konfigurert til å emittere lys for å bli sendt gjennom en første optisk transmisjonsanordning (107a) til minste en måleanordning (105), der den minste ene måleanordningen (105) omfatter minst en del av fluidet (103) og er utformet til å bli belyst av det emitterte lyset; en andre optisk transmisjonsanordning (107b) som er utformet til å sende skygget eller avbøyd lys fra fluidet (103) når måleanordningen (105) blir belyst til ett eller flere bildetakingsenheter (113); hvori minst en av lyskildene (110) og den ene eller flere bildetakingsenhetene (113) er anordnet fjernt fra måleanordningen (105).

2. Systemet (100) ifølge krav 1, hvori den ene eller flere bildetakingsenhetene (113) er utformet til å ta et bilde av fluidet (103) i måleanordningen (105) basert på den sendte informasjonen om fluidet (103).

3. Systemet (100) ifølge krav 2, videre omfattende en analyseenhet (115) utformet til å analysere bildet som er fanget opp for derved å skaffe informasjon om fluidet (103).

4. Systemet (100) i følge ett av kravene 1-3, der den minst ene måleanordningen (105) er en strømningscelle koblet til minst en maskin (101) som omfatter fluidet (103), og hvori fluidet (103) i maskinen (101) er forbikoblet gjennom den minst ene strømningscellen (105).

5. Systemet (100) ifølge krav 4, hvori i den minst ene strømningscellen (105) omfatter en første del (108a) til hvilken den første optiske transmisjonsanordningen (107a) er koblet, og gjennom hvilken det emitterte lyset sendes når den minst ene strømningscellen (105) er belyst.

6. Systemet (100) ifølge krav 5, hvori den første delen (108a) er en første transparent plate.

7. Systemet (100) ifølge ett av kravene 1-6, hvori minst en del av den første optiske transmisjonsanordningen (107b) og minste en del av den andre optiske transmisjonsanordningen (107b) omfatter minst en optisk fiberkabel for hver måleanordning (105).

8. Systemet (100) ifølge krav 7, hvori den ene eller flere bildetakingsenhetene (113) omfatter en bildesensor tilknyttet hver optiske fiberkabel tilpasset til å fange opp skygget eller avbøyd lys som er sendt gjennom den tilhørende optiske fiberkabelen og å tildele det oppfangede skyggede eller avbøyde lyset til måleanordningen (105) hvorfra det skyggede eller avbøyde lyset er sendt.

9. Systemet (100) ifølge krav 7, hvori den ene eller flere bildetakingsenhetne (113) omfatter en høydefinisjons-bildesensor inndelt i et antall romlige områder henholdsvis tilknyttet en optisk fiberkabel anordnet slik at det tilhørende romlige området bare fanger opp skygget eller avbøyd lys sendt gjennom den optiske fiberkabelen og å tildele det oppfangede skyggede eller avbøyde lyset til måleenheten fra hvilken det skyggede eller avbøyde lyset er sendt.

10. Systemet (100) ifølge krav 7, hvori i den minst ene optiske fiberkabelen er forsynt med en optisk svitsj som er synkronisert med bildefrekvensen til den ene eller flere bildetakingsenheten, den optiske svitsjen skrus på kun når den ene eller flere bildetakingsenheten fanger et bestemt bilde i en rekke oppfangede bilder i løpet av en bildetakingssyklus, og de oppfangede bildedata i det bestemte bildet bare består av bildedata av skygget eller avbøyd lys sendt gjennom den optiske fiberkabelen, som blir tildelt til måleanordningen fra hvilken skygget eller avbøyd lys er sendt.

11. Systemet (100) ifølge ett av kravene 4-10, hvori det emitterte lyset passerer gjennom fluidet (103) når det belyser minst den ene strømningscellen (105), og hvori informasjonen om fluidet (103) er basert på en egenskap til det emitterte lys når det passerer gjennom fluidet (103).

12. Systemet (100) ifølge ett av kravene 1-11, hvor fluidet (103) omfatter partikler og/eller urenheter, og hvori informasjonen om fluidet omfatter informasjon om et antall partikler og/eller urenheter i fluidet (103) og/eller type partikler og/eller urenheter i fluidet (103).

13. Systemet (100) ifølge ett av kravene 1 -12, hvor fluidet (103) er en væske eller en gass.

14. Systemet (100) ifølge ett av kravene 1-13, hvori måleanordningen (105) omfatter en strømningscelle formet med et fluidinnløp og et fluidutløp gjennom hvilket minst en del av fluidet strømmer inn og ut, en strømningsbegrensende anordning hvorved den strømningsbegrensende anordningen er utformet til å generere et økt trykktap mellom fluidinnløpet og fluidutløpet, og hvori måleanordningen (105) er koblet til den første optiske transmisjonsanordningen (107a) som er utformet til å sende lys emittert ut fra en lyskilde til å passere gjennom minst en del av fluidet som strømmer gjennom strømningscellen, og koblet til den andre optiske transmisjonsanordningen (107b), minst ett optisk mottagelseselement utformet til å motta lyset som har passert gjennom fluidet i strømningscellen og utformet til å sende det mottatte lyset slik at fluidet kan analyseres.

15. En fremgangsmåte for å analysere et fluid (103), fremgangsmåten omfatter: å emittere lys fra en lyskilde (110); å sende det emitterte lyset gjennom en første optiske transmisjonsanordningen (107a) til minst en måleanordning (105), der den mist ene måleanordningen (105) omfatter minste en del av fluidet (103); å belyse den minst ene måleanordningen (105) med det sendte lyset, og å sende skygget eller avbøyd lys fra fluidet (103) når måleanordningen (105) er belyst til en eller flere bildetakingsenheter (113) ved å bruke en andre optisk transmisjonsanordning (107b); hvor minst en av lyskildene (110) og den ene eller flere bildetakingsenhetene (113) er fjernt anordnet fra måleanordningens celle (105).

16. Fremgangsmåten ifølge krav 15, hvori den ene eller flere bildetakingsenhetene (113) er utformet til å fange opp et bilde av fluidet (103) i måleanordningen (105) basert på det sendte skyggede eller avbøyde lyset fra fluidet (103).

17. Fremgangsmåten ifølge krav 16, videre omfattende å analysere det oppfangede bildet med en analyseenhet (115) for derved å skaffe informasjon om fluidet (103).

18. Fremgangsmåten ifølge ett av kravene 15-17, hvor den minst ene måleanordningen (105) er en strømningscelle koblet til minst en maskin (101) som omfatter fluidet (103), og hvori fluidet (103) som inngår i maskinen (101) er forbikoblet gjennom den minst ene strømningscellen (105).

19. Fremgangsmåten ifølge krav 18, hvori den minst ene strømningscellen (105) omfatter en første del (108a) til hvilken den første optiske transmisjonsanordningen (107a) er koblet og gjennom hvilken det emitterte lyset blir videre sendt når den minst ene strømningscellen (105) er belyst.

20. Fremgangsmåten ifølge krav 19, hvori den første delen (108a) er en første transparent plate.

21. Fremgangsmåten ifølge ett av kravene 15 - 20, hvori minst en del av den første optiske transmisjonsanordningen (107b) og minst en del av den andre optiske transmisjonsanordningen (107b) omfatter minst en optisk fiberkabel for hver måleanordning.

22. Fremgangsmåten ifølge krav 21, hvori den ene eller flere bildetakingsenhetene (113) omfatter en bildesensor tilknyttet hver optiske fiberkabel tilpasset til å fange opp skygget eller avbøyd lys som sendes gjennom den tilhørende optiske fiberkabelen og å tildele det oppfangede skyggede eller avbøyde lyset til måleanordningen fra hvilken det skyggede eller avbøyde lyset er sendt.

23. Fremgangsmåten ifølge krav 21, hvori den ene eller flere bildetakingsenhetene (113) omfatter en høydefinisjons-bildesensor inndelt i et antall romlige områder henholdsvis tilknyttet en optisk fiberkabel anordnet slik at det tilhørende romlige området bare fanger opp skygget eller avbøyd lys sendt gjennom den optiske fiberkabelen og å tildele det oppfangede skyggede eller avbøyde lys til måleanordningen fra hvilken det skyggede eller avbøyde lyset er sendt.

24. Fremgangsmåten ifølge krav 21, videre omfattende: å synkronisere en optisk svitsj med hvilken minst en optisk fiberkabel er tilveiebrakt med en bildefrekvens av den ene eller flere bildetakingsenhetene; å skru på den den optiske svitsjen bare når den ene eller flere bildetakingsenhetene fanger opp et bestemt bilde i en rekke oppfangede bilder i løpet av en bildetakingssyklus fra den ene eller flere bildetakingsenhetene, og å tildele måleanordningen fra hvilken det skyggede eller avbøyde lyset er sendt til de oppfangde bildedata i det bestemte bildet.

25. Fremgangsmåten ifølge ett av kravene 15-24, hvori det emitterte lyset passerer gjennom fluidet (103) når det belyser minst en strømningscelle (105), og hvori informasjonen om fluidet (103) er basert på en egenskap hos det emitterte lyset når det passerer gjennom fluidet (103).

26. Fremgangsmåten ifølge ett av kravene 15-25, hvori fluidet (103) omfatter partikler og/eller urenheter, og hvori informasjonen om fluidet omfatter informasjon om et antall partikler og/eller urenheter i fluidet (103) og/eller type partikler og/eller urenheter i fluidet (103).

27. Fremgangsmåten ifølge ett av kravene 15-26, hvori fluidet (103) er en væske eller en gass.

28. Fremgangsmåten ifølge ett av kravene 15-27, hvori måleanordningen (105) omfatter en strømningscelle som erformet med et fluidinnløp og et fluidutløp gjennom hvilke minst en del av fluidet strømmer inn og ut, en strømningsbegrensende anordning hvorved den strømningsbegrensende anordning er utformet til å generere et økt trykktap mellom fluidinnløpet og fluidutløpet, og hvori måleanordningen (105) er koblet til den første optiske transmisjonsanordningen (107a) som er utformet til å sende lys emittert ut fra en lyskilde til å passere gjennom minst en del av fluidet som strømmer gjennom strømningscellen, og koblet til den andre optiske transmisjonsanordningen (107b), minste ett optisk mottagelseselement utformet til å motta lyset som har passert gjennom fluidet i strømningscellen og utformet til å sende det mottatte lyset, slik at fluidet kan analyseres.

29. Et dataprogram som er lagret på et datamaskinlesbart minne og som omfatter instruksjoner for å utføre fremgangsmåten ifølge kravene 15-28.