(57)【要約】  パイプラインピッグの通過を検知するシステム及び方法であって、当該システム及び当該方法が、受動的インパルス検知器（１０）であって、ハウジング（１３）と、パイプライン（Ｐ）の外壁（１７）に対する、当該ハウジングの非侵入型接続部（１５）と、当該ハウジングに収容された、少なくとも１つの振動センサ（１１）と、当該振動センサによって収集されたデータを、受信するように構成された少なくとも１つのバンドパスフィルタ（２７）を含む、信号処理部（２３）と、を有し、当該振動センサ及び当該バンドパスフィルタが、インパルスを示す所定の範囲の周波数を監視するように構成されている、受動的インパルス検知器（１０）を含む、システム及び方法。選択される周波数は、監視されるパイプラインのセクションのベースライン（特徴又は固有共振）周波数より高く、より容易に検知可能なものである必要がある。いくつかの実施形態では、選択される周波数は、より低い周波数である。受動的パイプラインピッグ信号機のどの部分も、パイプラインの内部に侵入しない。
2021524915.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
受動的パイプラインピッグ信号機［１０］であって、
ハウジング［１３］と、
前記ハウジングをパイプライン［Ｐ］の外壁［１７］に接続するための、非侵入型手段［１５］であって、
前記受動的パイプラインピッグ信号機のどの部分も、前記パイプラインの内部に侵入しない、非侵入型手段［１５］と、
前記ハウジングに収容された、少なくとも１つの振動センサ［１１］と、
前記少なくとも１つの振動センサによって収集されたデータの少なくとも一部分を、受信するように構成された少なくとも１つのバンドパスフィルタ［２７］を含む、信号処理手段［２３］と、を備え、
前記少なくとも１つの振動センサ及びバンドパスフィルタが、前記パイプラインへのインパルスを示す所定の範囲の周波数を監視するように構成されており、
前記インパルスは、監視されることとなる前記パイプラインの、選択されたセクションの、所定の特徴周波数を超えている、受動的パイプラインピッグ信号機［１０］。
【請求項２】
前記所定の範囲が、０．１Ｈｚ〜２０ｋＨｚの範囲の周波数のセットを含む、請求項１に記載の受動的パイプラインピッグ信号機。
【請求項３】
前記所定の範囲が、２０ｋＨｚより高い少なくとも１つの周波数を含む、請求項１に記載の受動的パイプラインピッグ信号機。
【請求項４】
前記所定の範囲が、２０ｋＨｚより低い少なくとも１つの周波数を含む、請求項１に記載の受動的パイプラインピッグ信号機。
【請求項５】
前記少なくとも１つの振動センサによって収集されたデータの前記一部分を、受信するように構成された少なくとも１つの増幅器［２５］を含む、前記信号処理手段をさらに備える、請求項１に記載の受動的パイプラインピッグ信号機。
【請求項６】
前記パイプラインの前記外壁に接続可能な基部［１８］を含む前記非侵入型手段をさらに備える、請求項１に記載の受動的パイプラインピッグ。
【請求項７】
前記基部が、溶接物と化学接着剤とからなる群から選択される、請求項６に記載の受動的パイプラインピッグ信号機。
【請求項８】
前記少なくとも１つの振動センサが、加速度計を含む、請求項１に記載の受動的パイプラインピッグ信号機。
【請求項９】
前記少なくとも１つのセンサと信号通信する、遠隔コントローラをさらに備える、請求項１に記載の受動的パイプラインピッグ信号機。
【請求項１０】
パイプライン［Ｐ］内のパイプラインピッグを検知する方法であって、前記方法が、
前記パイプラインの選択されたセクションの特徴周波数のインパルスを超えるインパルスを、受動的パイプラインピッグ信号機［１０］によって、感知することであって、前記特徴周波数が、少なくとも流体の流れ、又は前記流体の流れ及び前記パイプラインの前記選択されたセクションと相互作用する少なくとも１つの他の振動源によって、もたらされる、感知すること、を含み、
前記受動的パイプラインピッグ信号機が、
ハウジング［１３］と、
前記ハウジングを前記パイプラインの外壁に接続するための、非侵入型手段［１５］であって、前記受動的パイプラインピッグ信号機のどの部分も、前記パイプラインの内部に侵入しない、非侵入型手段［１５］と、
前記ハウジングに収容された、少なくとも１つの振動センサ［１１］と、
前記少なくとも１つの振動センサによって収集されたデータの少なくとも一部分を、受信するように構成された少なくとも１つのバンドパスフィルタ［２７］を含む、信号処理手段［２３］と、を備え、
前記少なくとも１つの振動センサ及びバンドパスフィルタが、前記インパルスを示す所定の範囲の周波数を監視するように構成されている、方法。
【請求項１１】
前記所定の範囲が、０．１Ｈｚ〜２０ｋＨｚの範囲の周波数のセットを含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記所定の範囲が、２０ｋＨｚより高い少なくとも１つの周波数を含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
前記所定の範囲が、２０ｋＨｚより低い少なくとも１つの周波数を含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１４】
前記信号処理手段が、前記少なくとも１つの振動センサによって収集されたデータの前記一部分を、受信するように構成された少なくとも１つの増幅器［２５］を含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１５】
前記非侵入型手段が、前記パイプラインの前記外壁に接続可能な基部［１８］を含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１６】
前記基部が、溶接物と化学接着剤とからなる群から選択される、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記少なくとも１つの振動センサが、加速度計を含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１８】
前記インパルスが、所定の期間にわたる一連のインパルスを含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１９】
ピッグの通過、検知されたすべてのピッグのカウント、又は前記通過と前記カウントとの両方を、示すデータを送信する前記受動ピッグ信号機をさらに含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項２０】
パイプライン［Ｐ］の選択されたセクションの特徴周波数を決定する方法であって、前記方法が、
前記パイプラインの前記選択されたセクションを通る少なくとも流体の流れによって、又は前記流体の流れ及び前記パイプラインの前記選択されたセクションと相互作用する少なくとも１つの他の振動源によって、引き起こされるインパルス振動を、前記パイプラインの前記選択されたセクションの外壁［１７］に設置された受動的パイプラインピッグ信号機［１０］によって、感知することと、
前記パイプラインの前記選択されたセクションの特徴周波数範囲を決定するために、前記インパルス振動を分析することと、を含み、
前記受動的パイプラインピッグ信号機が、
ハウジング［１３］と、
前記ハウジングを前記パイプラインの前記外壁に接続するための、非侵入型手段［１５］であって、前記受動的パイプラインピッグ信号機のどの部分も、前記パイプラインの内部に侵入しない、非侵入型手段［１５］と、
前記ハウジングに収容された、少なくとも１つの振動センサ［１１］と、
前記少なくとも１つの振動センサによって収集されたデータの少なくとも一部分を、受信するように構成された少なくとも１つのバンドパスフィルタ［２７］を含む、信号処理手段［２３］と、を備える、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、ピッグ信号機として一般に知られているデバイスの分野におけるものである。ここで、ピッグ信号機は、ピギング器具又は検査器具の存在又は位置を、当該器具がパイプラインの発射トラップと受けトラップとの間を移動するときに、検知するために使用される。
【背景技術】
【０００２】
従来技術のピッグ信号機は、侵襲的な感知機構の必要性を生じさせる機械的トリガ又は磁気トリガを活用する。他のピッグ信号伝達デバイスは、流れの特徴と音響の特徴とを組み合わせて、圧力範囲とピッグの通過とを比較する。従来技術の信号機のいずれも、時間に関してピッグの通過を決定するために、共振の差別化を使用していない。
【０００３】
例えば、Ｌｏｃｋｉｎｇ  Ｍｅｃｈａｎｉｓｍ  ｗｉｔｈ  Ａｃｏｕｓｔｉｃ  Ｂａｒｒｉｅｒ  ｆｏｒ  Ｍｏｕｎｔｉｎｇ  ａ  Ｓｅｎｓｏｒ  ｏｎ  ａ  Ｐｉｐｅを対象とするＲｏｘａｒ  Ｆｌｏｗ  Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ  ＡＳの米国特許第８１２７６２１号明細書、及びロッキング機構において受信されるセンサについて発行されたノルウェー特許第３２１７０４号明細書は、流体の流れの速度、流体の流れの中の粒子量、及び流体の流れの中の気体／渦の比を監視するための、デバイスを開示している。音響トランスデューサは、音響信号の、同時に又は交互の受信及び送信に適合されている。同じラダー（パイプ）に関連付けられた２つ以上のトランスデューサを使用することにより、これら２つから受動的リスニングによって収集されたデータは、相互相関されることができて、ラダー（パイプ）内の事象の間の時間差、したがってラダー（パイプ）内の流体速度を見つけることができる。この場合、２つのトランスデューサは、互いからの選択された距離で、同じユニット（音響送信器）に取り付けられる。それから、当該トランスデューサのうち１つは、完全かつ継続的な受動的リスニングのために整備されることができる。周波数範囲は、典型的には、２０ｋＨｚ〜１ＭＨｚの範囲内である。
【０００４】
ラダー（パイプ）壁に衝突する砂からの雑音は、低い周波数（＜１００ｋＨｚ）から高い周波数（＞１ＭＨｚ）までの、比較的平坦な周波数スペクトルを有することによって特徴付けられる。ラダー壁に伝達される流体／気体の流れの雑音は、１００ｋＨｚより低い周波数で最も強く、より高い周波数で減少する。これにより、受信された信号を複数の周波数バンドに分割して、知られている信号処理技術を使用してこれらを分析することにより、流速を決定できるようになる。流速はまた、受信される信号を時間領域で分析するときに、確認されることもできる。分散及び絶対値などの、統計パラメータは、組成（気体／液体比）と流れ媒体の速度との両方とともに変化するであろうし、かつそれ故に、これらの値を導き出すために、数学的モデルの中に入ることができるであろう。
【０００５】
‘６２１及び‘７０４特許のシステム及び方法は、パイプラインピッグを検知することのために適合されておらず、パイプライン製品を介してパイプラインに対して直角又は斜角で信号を送信する少なくとも１つの能動的センサを含んでおらず、周波数依存的でない、つまり、２０ｋＨｚ〜１ＭＨｚの範囲で動作しかつこの範囲内の自然な又は平坦な周波数スペクトルを有する事象を特に探しているのでなく、２０Ｈｚより低い周波数におけるパイプの軸方向、半径方向、又は軸方向及び半径方向のインパルス又は一連のインパルスを検知するようにも設計されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第８１２７６２１号明細書
【特許文献２】ノルウェー特許第３２１７０４号明細書
【発明の概要】
【０００７】
パイプラインピッグの通過を検知するための本開示のシステム及び方法は、パイプラインの領域又はセクションにおけるピッグの通過を示す、一連のインパルスを検知する。インパルスは、振動センサを含む本開示の非侵入型検知器を使用して検知され得、当該振動センサは、インパルスを検知し得る。インパルスは、パイプラインピッグが検知器の下を通過する前に、センサによって検知され得、当該インパルスを、ピッグが検知器から動き離れるときに、検知し続け得る。インパルス検知器のどの部分も、パイプラインの内部に侵入しない。
【０００８】
検知器は、ハウジングと、パイプラインの外壁に対する、当該ハウジングの非侵入型接続部と、当該ハウジングに収容され、かつインパルスを検知するように構成された、少なくとも１つの振動センサと、当該少なくとも１つの振動センサによって収集されたデータを受信するように構成された、少なくとも１つのバンドパスフィルタを含む信号処理部と、を含み得る。当該センサ及び当該バンドパスフィルタは、関心のある特定のパイプラインセクションで最も良く機能する、特定の周波数に基づいて決定されてもよい。選択されるフィルタは、パイプラインセクションのベースライン（特徴又は固有共振）周波数より高いか又は低い周波数を通過させてもよい。当該周波数は、定型化した試験によって決定されてもよい。一部の用途では、これは、選択された周波数を通過させるローパスフィルタを意味し得る。他の用途では、それは、ハイパスフィルタを意味し得る。
【０００９】
インパルスは、パイプラインの軸方向、半径方向、又は軸方向及び半径方向であり得、かつパイプラインセクションのベースライン周波数を超えて識別可能である。インパルスは、パイプラインセクションのベースライン周波数とは無関係であり、かつ、これらのベースライン周波数の広い範囲にわたって検知されることができる。概して言えば、パイプラインセクションのベースライン周波数に関係なく、インパルスの振幅は、概して、その周波数が増加するにつれて減少するのであり、より高い周波数でインパルスを検知することと比較した場合、より低い周波数での検知がより容易になり、かつ必要な増幅がより少ない。システム及び方法は、ピッグの通過を、バルブを開くこと又は閉じることなどであるがこれらに限定されない別の事象から、差別化するために、所定の期間内に、所定の数の２つ以上のインパルス（ピーク）を検知するように、構成されてもよい。
【００１０】
実施形態では、パイプラインは、第１のベースライン周波数を有する第１のセクション、第２の異なるベースライン周波数を有する第２のセクション、及び第３の異なるベースライン周波数を有する第３のセクションを有し得、インパルスは、第１、第２、及び第３のそれぞれ異なるベースライン周波数を超えて検知可能であり得る。非限定的な例として、第１のセクションは、パイプライン設備又は環境若しくは気象関連の乱れなどであるがこれらに限定されない振動の源から、かなりの距離であり得、パイプライン製品の速度をベースライン特徴の最重要な源にし得る。第２のセクションは、ポンプ又はコンプレッサを含む処理領域にあり得るか、大量の航空交通若しくは地上交通若しくは建設の（又は、ポンプ及びコンプレッサと、大量の交通及び建設の近くと、の両方の）、領域の近くに設置され得る。第３のセクションは、パイプラインの、ピッグの発射又は受け領域にあり得る。さらにまた、パイプラインセクションのベースライン周波数に関係なく、インパルスは、検知可能である。
【００１１】
本開示の実施形態は、パイプラインへの切込み若しくはパイプラインの溶接、パイプラインのＸ線、水圧試験、又はパイプラインのポジティブ材料識別を必要としない、非侵襲的なピッグ信号伝達デバイスを提供する。実施形態では、ピッグ信号伝達デバイスは、機械的（例えば、溶接可能）基部又は磁性基部を有するハウジングを含み、当該ハウジングは、振動センサを、センサに電力を供給するためのバッテリ又はバッテリパックとともに含む。本開示のセンサは受動的であり、周波数又は音を、パイプに、又はパイプライン製品若しくはピッグに、送信するのではなく、むしろ、製品の流れと、ポンプ、コンプレッサ、モータ、及びバルブなどの設備と、に起因する固有共振又は背景雑音のインパルスを超える、パイプへのインパルスを、受信又は検知する。さらに、本開示のシステム及び方法は、周波数に依存せず、パイプ又は製品の流れの、ある特定の固有周波数又は固有振動を検知するためにパイプを監視する（音響アプローチとして典型的である）のでもない。代わりに、当該システム及び方法は、他の源からの、パイプに固有の又はパイプが受ける背景雑音の周波数に無関係な、軸方向の乱れについてパイプを監視する。振動センサは、１つ以上の加速度計であり得、同時に、複数のスイッチングリレー接点、送信器、さらにはピギングデバイスに関連するカウンティング機構及び直列化されたデータを統合する機能も維持し得る。通信機能と連結される場合、そのピッグが信号伝達デバイスを通過するときに、ピッグ信号機は、ピッグに関連する主要属性を識別するために、オンサイト又はオフサイトの制御システムに連絡することができる。
【００１２】
流れている流体の振動は、パイプライン及び流体の速度によって固定されているから、振動のあらゆる正の偏差は、センサによって感知及び認識され得る。センサは、しきい値を特定するためにチューニングされることができる。ここで、時間と比較した場合に当該しきい値を超える、動きのあらゆる増加は、ピッグの通過を示す。このしきい値より低いあらゆるものが、パイプラインの、流体との相互作用の固有共振であると見なされてもよい。一旦、ピッグが検知器を通過しておりかつインパルスがもはやセンサによって検知可能でなくなると、検知器は、スリープモード又は低電力モードに、インパルスが検知されるまで、なってそのモードに戻されてもよい。
【００１３】
従来技術のピッグ信号機と比較して、本開示の実施形態は、ピッグの発射、受け、又は通過を認識するための、比較的費用のかからない手段を提供する。パイプライン上への信号機の設置は、非侵入的だから、設置は、パイプラインの材料試験、切込み、溶接を必要とする、従来技術の信号機よりも費用効果的である。また、ハウジングの内部は、パイプラインの流体内容物と流体連通していることも、パイプラインの流体内容物にさらされていることもないから、パイプラインの漂積物及び汚れに関連する問題が、回避される。パイプラインの内側から外部の周囲圧力への圧力差によって作られる、潜在的な漏れ経路がないから、（侵襲的なフランジ付き又はねじ山付きの適用点によって作られる、典型的な機械的漏れ経路とは異なり）安全性も向上する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】インパルス検知器の実施形態を示す図であり、本開示は、振動センサ、及びセンサに電力を供給するためのバッテリパックを含む。検知器は、パイプラインピッグ信号機として構成されてもよい。ハウジングは、恒久的な機械的基部か磁性基部のいずれかによって、パイプラインに取り付けられる。
【図２】本開示の振動感知センサの実施形態を通過するピッグを示していると推定される、例示的な特徴痕跡である。図３及び図４に示されるデータも見られたい。通過するピッグから生成されるインパルスは、広範囲のパイプライン（背景雑音）周波数にわたって検知可能である。検知のしきい値は、所与のパイプラインセクションについて信頼性をもって通過を示す、任意の周波数で設定され得る。
【図３】ピッグからのインパルスを最も良く分離及び測定するようにサイジングされた振動センサを使用して試験走行中に取られた、ピッグの動きのデータストリームを分析するために使用される、高速フーリエ変換（ｆａｓｔ  Ｆｏｕｒｉｅｒ  ｔｒａｎｓｆｏｒｍ：「ＦＦＴ」）計算の例示的なプロットである。計算は、特定の用途において監視するために、最良の又は最適な周波数を決定するのに役立った。ＦＦＴ計算は、ピッグが、音響イメージよりも、インパルスとして観察されることを示している。図３及び図４のデータは、ピッグが通過したときのものであり、本開示のピッグ信号機の生の出力の全部ではないことに留意されたい。
【図４】図３の典型的なピッグの動きのデータストリームの、例示的なプロットである。それは、ピッグが前に動くたびに、パイプに伝達される運動量スパイクを作り出している。この運動量交換は、パイプに軸方向のサージを生み出し、これは、測定可能な事象である。この交換は、パイプに半径方向の力を生み出す場合もある。
【図５】１Ｈｚ〜１０Ｈｚの範囲の、ピッグの通過を検知するためのバンドパスフィルタリングと連結された、本開示の非侵入型ピッグ信号機を使用する、システム及び方法の実施形態の概略図である。これは、非限定的な例である。バンドパスフィルタは、監視されるパイプラインセクションに応じて、本例の周波数とは異なる選択された周波数を通過させるように構成されたものであってもよい。
【図６】パイプラインピッグ信号機として構成された、本開示の検知器の別の実施形態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
パイプラインは、内部流体がパイプラインを通過するとき、固有振動又は固有共振を生み出す。ポンプ、モータ、及びバルブなどの設備は、風などの、気象関連の事象、及びパイプラインに近接して掘り、又はパイプを設備の一部分と接触させるなどの、建設関連の事象がするように、追加的な振動を生み出す。パイプライン内を動いているピッグは、この固有共振からの正の偏差を与え得る。例えば、ピッグが、パイプライン内へ発射されているとき、当該ピッグは、発射シナリオ中に１つ以上の偏心レジューサにぶつかる場合がある。ピッグが、その走行の終わりに受けられているとき、当該ピッグは、他のピッグ又は受けトラップのドアに、激突する場合がある。他のピッグ、又は当該ドアとの衝突によって引き起こされる振動は、概して、ピッグがレジューサにぶつかることによって引き起こされる振動よりも大きさ（振幅）が小さいが、しかし流れている流体の固有共振よりも大きい。さらに、ピッグが、パイプラインに沿って移動するとき、当該ピッグは、サージし、当該ピッグが、パイプラインに沿って、摩擦及び溶接シームに逆らって動くとき、絶えず減速及び加速する。この運動量の変化は、ピッグがパイプのセクションを通過するときに、共振の瞬間的な変化の形で、パイプラインに対して交換される。本開示の実施形態は、共振のこれらの変化を利用して、検査ピッグ又はクリーニングピッグなどであるがこれらに限定されない、パイプラインピッグの存在を検知する。溶接シームを含むようにデータを拡張することは、発射器又は受け器からのかなりの距離で、ピッグを感知することを可能にする。
【００１６】
本開示のシステム及び方法の実施形態を使用した実験的な走行において、振動測定は、ピッグを含む試験ループ上で行われ、高速フーリエ変換（「ＦＦＴ」）計算を使用して分析された。ＦＦＴ計算は、スパートをかけてラインを通して前に動いているピッグが、音響イメージよりもむしろ、インパルスとして観察されることを示している。ピッグの始動及び停止の動きは、運動量が、軸方向、半径方向、又は軸方向及び半径方向の、パルスとしてパイプに伝達されることを可能にする。本開示のシステム及び方法は、ピッグがセンサに近づいて、そのセンサを通過して、動き離れるとき、このインパルス、及び一連のインパルスを検知し、ピッグの通過を示す。次に、インパルスは、ピッグがセンサを通過したことの電子的な痕跡として使用される。インパルスは、パイプラインセクションのベースライン（特徴又は固有共振）周波数とは無関係であり、かつ、これらのベースライン周波数の広い範囲にわたって検知されることができる。
【００１７】
ピッグの停止始動の動きに関しては、流体をバイパスすることで差圧が低下し、かつ温度とともに摩擦が増大するから、ピッグは、定期的に停止する。ピッグの動きが、遅くなるか停止すると、ピッグの後ろの圧力が、高まって、再び摩擦に打ち勝つ。ピッグが、動き始めると、瞬間的な高い圧力勾配のために、そのピッグの速度が、急速に増加する。ピッグは、１秒の何分のいくつかの間、前に動き続け、摩擦のために再び熱を蓄える。ピッグが熱くなると、そのピッグは、いくらか粘り着くようになり、このことが、ピッグの摩擦力を高める。このことが起きると、摩擦力が、上昇して、ピッグの動きを再度停止させる。それは、ピッグが前に動くたびに、パイプに伝達される運動量スパイクを作り出している。この運動量交換は、パイプに、測定可能な事象であるサージを生み出す。サージは、主に軸方向であるが、半径方向にもある場合もある。上記のように、この事象は、ＦＦＴ計算において示されるように、パイプへのインパルスとして観察可能である。さらに、このインパルスは、パイプラインの周波数の広い範囲の全体にわたって、観察可能である。
【００１８】
少なくとも１つのバンドパスフィルタを含む信号処理部は、振動センサによって収集されたデータを受信し、かつ所定の範囲の周波数を通過させるように、構成される。バンドパスフィルタは、関心のある特定のパイプラインセクションで最も良く機能する、特定の周波数に基づいて決定されてもよい。選択されたフィルタは、パイプラインセクションのベースライン（特徴又は固有共振）周波数より高いか又は低い周波数を通過させてもよい。当該周波数は、定型化した実験又は試験によって決定されてもよい。一部の用途では、これは、選択された周波数を通過させるローパスフィルタを意味し得る。他の用途では、それは、ハイパスフィルタを意味し得る。さらに他の用途では、フィルタは、ミッドレンジの周波数を通過させてもよい。概して言えば、パイプラインセクションのベースライン周波数に関係なく、インパルスの振幅は、概して、その周波数が増加するにつれて減少するのであり、より高い周波数でインパルスを検知することと比較した場合、より低い周波数での検知がより容易になり、かつ必要な増幅がより少ない。数種類のフィルタが利用される場合があり、かつ、一部の条件の下では、センサを、必要なときに特定の用途のためによりチューナブルにするために、ディップスイッチが、含まれてもよい。
【００１９】
いくつかの実施形態では、選択される周波数は、０．１Ｈｚから３５ｋＨｚまで、０．５Ｈｚから１０Ｈｚ、２０Ｈｚ、３０Ｈｚ、４０Ｈｚ、又は５０Ｈｚまで；５０Ｈｚから１００Ｈｚまで；１００Ｈｚから２００Ｈｚ、３００Ｈｚ、４００Ｈｚ、又は５００Ｈｚまで；５００Ｈｚから１ｋＨｚまで；１ｋＨｚから５ｋＨｚ、１０ｋＨｚ、１５ｋＨｚ、又は２０ｋＨｚまで；２０ｋＨｚより大きく３０ｋＨｚ、４０ｋＨｚ、５０ｋＨｚ、６０ｋＨｚ、７０ｋＨｚ、８０ｋＨｚ、９０ｋＨｚ、又は１００ｋＨｚまで、１００ｋＨｚから２００ｋＨｚ、３００ｋＨｚ、４００ｋＨｚ、５００ｋＨｚ、６００ｋＨｚ、７００ｋＨｚ、８００ｋＨｚ、９００ｋＨｚ、又は１０００ｋＨｚまでの範囲内、又は音響検知限界までの何らかの他の範囲内であり、ここに列記されている、より広い範囲内の、副範囲、又はここに列記されている、より広い範囲の間で、部分的に重なり合う範囲がある。試験では、例えば、インパルスは、０．１Ｈｚ〜３５ｋＨｚの範囲で観測可能であった。インパルスは、３５ｋＨｚより高くで観測可能であると期待される。しかしながら、これは、発明者によって試験された上限であった。１種類以上のバンドパスフィルタは、関心のあるパイプラインセクションに基づいてインパルスの検知のために最良である、選択された周波数範囲のために構成されてもよい。
【００２０】
図面を参照すると、本開示のインパルス検知器１０の実施形態では、１つ以上の振動センサ１１は、パイプラインＰの外壁１７に接続可能な非侵入型機械的取付け手段１５を有する、ハウジング１３内に収容され得る。例えば、検知器１０は、パイプに直接溶接される場合には嵌め込まれ得るし、ねじ山付き要素（典型的な溶接を容易にするために角度が付けられるであろう）を含み得る。検知器１０は、パイプラインピッグ信号機として構成されてもよい。複数の検知器１０は、パイプライン、又はパイプラインのセクションに沿って、互いに離間されてもよい。検知器１０は、電源２１と、フィルタリング機能、及び小信号が容易に利用されるようにするための増幅器を伴う、信号処理手段２３と、を含む。検知器１０は、パイプラインの内壁１９内に、又はパイプラインの内壁１９を通り越して、侵入することはない。ハウジング１３は、Ｏリングシール溝面１４、最上部キャップセクション１３Ａ、及び下部本体セクション１３Ｂを含み最上部キャップセクション１３ＡがＯリングシールされている、二部分型ハウジングであってもよい。ハウジング１３はまた、Ｉ／Ｏ通信ポート１６を含んでもよい。センサ１１に電力を供給するために、バッテリ又はバッテリパック２１が、含まれてもよい。検知器１０は、標識ハウジング３１及び標識３３も含んでもよい。標識ハウジング３１は、透明窓部分３５を含んでもよい。標識３３は、回転するＬＥＤ照明付き標識であってもよい。さらに、検知器１０は、遠隔制御室に連絡してピッグの通過及びそのカウントを確認するように、構成されることができる。制御室は、検知器から最大数マイルまで離れていてもよい。この通信を可能にするために、検知器１０は、モデム又はセルラ通信技術を活用することができる。検知器１０はまた、パイプラインの請負業者又は操作者及び技能者が、センサにアプローチして機器を手動でリセットすることとは対照的に、ピックアップトラックからデバイスをリセットすることを可能にするであろう、赤外線波又は紫外線波ハンドヘルド制御で設計されることもできる。検知器１０をリセット及び準備するために遠隔デバイスを使用することにより、現場の操作者の時間を大幅に節約できる。
【００２１】
非限定的な例として、機械的取付け手段１５は、恒久的な溶接若しくは磁性基部又はそれらの同等物を含んでもよい。この手段は、取付け基部１８を含んでもよい。パイプラインへの取付け部は、確実な、容易に除去できない接続を保証するために、取付け基部の平坦部分２０上の溶接された接続部、（溶接物の一部であることができる）磁気接続部、又はエポキシ若しくは化学物質関連の接続部であることができる。ピッグ信号機１０は、インパルス型の測定を対象としているから、減衰が、採用される方法による作用として、ほとんど発生しないか又は発生しないように、接続面が、しっかりと配置されていることを、保証することが、重要である。
【００２２】
本開示のセンサ１１は、周波数又は音を、パイプ又はパイプライン製品に送信するのではなく、むしろ、ピッグの始動停止の動きであってそのピッグが検知器１０にアプローチし、検知器１０を通り越して動き、及び検知器１０から動き離れるときのものに起因する、パイプへのインパルスを受信又は検知する。センサ１１は、振動レベル及び周波数範囲であって、パイプライン流体の固有共振のそれらよりも高いものを、感知するために選択されるものである。感知されるものは、ピッグによって引き起こされ、背景雑音の振幅を超えて振幅が増加することよって明白に示される、乱れである。選択される周波数は、背景雑音又はパイプラインセクションの周波数に対して、最も感受性の低いものであるべきである。例えば、パイプラインセクションにポンプ又はモータが含まれる領域では、選択される周波数は、ポンプ又はコンプレッサが動作する周波数より高く又は低い（例えば、１８００ｒｐｍ〜３３００ｒｐｍの動作バンドに一致する３０Ｈｚ〜５５Ｈｚより高く又は低い）ものであることができる。
【００２３】
実施形態では、センサ１１は、１つ以上の加速度計であってもよい。振動感知技術において知られている種類の、他の振動測定機器は、当該機器が、振動の正の偏差であって、流れている流体のそれを超えるものを、感知するために十分に感度が良いという条件で、使用されてもよい。本開示のセンサは、ピッグを感知するために如何なる型の音響特徴も発しないので、当該センサは、ピッグが顕著であることを示す、より低レベルのインパルス雑音を待ちながら、数時間又は数日間、続けて休眠状態で置かれることができる。このより低レベルの振動又はインパルスは、パイプラインピッグ信号機を目覚めさせるために使用されることができる。そのとき、センサは、活発化されて、ピッグの通過を指摘するための試験において言及されている通りの適切な波形を待つ。そうすると、電力消費の節約が、かなりのものになり、電力セルが、数週間とは対照的に、数年の期間、持続できるようになる。
【００２４】
パイプラインピッグは、パイプライン内の製品の流れに沿って移動するとき、急速に加速及び減速するから、そのパイプラインピッグは、パイプの軸方向に、広範囲の周波数全体にわたって検知されることができる乱れ又はインパルスを発生させる。（軸方向と同様に、半径方向には、比較的、より小さいインパルスがあることに留意されたい。しかしながら軸方向は、半径方向よりも明らかに高いのであるが、しかし実施形態では、半径方向が、使用されることができる。）このインパルスは、背景雑音の３倍〜４倍の振幅を有して現れ得、実施形態では、これより高い倍数に増幅され得る（例えば、さらに３倍〜５倍して、信号を背景雑音の約１０倍〜２０倍高くするか、又は何らかのさらなる倍数が好ましい）。ピッグの通過によるインパルスを検知する目的で、インパルスがパイプラインセクションの背景周波数を超えて通り過ぎることができるようにするために、ハイバンドパスフィルタリング又はローバンドパスフィルタリングが、使用されることができる。いくつかの実施形態では、この範囲は、０．１Ｈｚ〜１０Ｈｚであり、このより広い範囲内に、副範囲がある。最大で約２０Ｈｚよりも、高い範囲が使用されてもよいが、しかし、検知は、０Ｈｚ〜３５ｋＨｚまでの広い範囲の周波数全体にわたって、より高い周波数においては、同様に堅牢なわけではない。非限定的な例として、パイプラインピッグは、３Ｈｚ〜７Ｈｚの周波数範囲内で動作し得、ポンプ及びコンプレッサなどの、モータ駆動の装備品は、（１８００ｒｐｍ〜３３００ｒｐｍの動作バンドに一致する）３０Ｈｚ〜５５Ｈｚの周波数範囲内で動作し得る。バルブなどの他のパイプライン構成要素は、単一パルス又はショック型の振動波として分離されることができ、容易に識別されることができる。センサ１１は、０．１Ｈｚ〜１０Ｈｚの範囲の、パイプへの振動又はインパルスを検知するように、構成されてもよい。さらにまた、他の検知限界が、使用されてもよい。
【００２５】
センサ１１は、マイクロプロセッサ及び関連するソフトウェアを含むコンピュータ化された信号処理手段２３と、電子通信又はネットワーク通信してもよい。信号処理手段２３の全部又は一部分は、センサ１１又は検知器１０に、含まれてもよい。実施形態では、信号処理手段２３は、増幅器２５及びバンドパスフィルタ２７を含む。フィルタリング及び増幅は、センサ１１がピッグの通過を識別することを、可能にする。バイパスフィルタ２７は、使用のためにサイジングされてもよく、センサ１１又は検知器１０に対して、一体に設置されてもよい。いくつかの実施形態では、増幅器２５及びフィルタ２７は、外部、例えばパイプラインセクションに対して局所的な制御キャビネット内に、配置されることができる。試験は、特定のピッグで、当該ピッグの周波数をより良く分離するために、動作速度で動作しているときに行われてもよい。多くの場合において、ピッグは、１Ｈｚ〜１０Ｈｚ、２Ｈｚ〜９Ｈｚ、３Ｈｚ〜８Ｈｚ、４Ｈｚ〜７Ｈｚの範囲で動作すると期待され、これらのより広い範囲内に、副範囲がある。センサ１１は、パイプラインＰに取り付けられているから、流れている流体の、パイプライン壁１７、１９及び他の設備との相互作用の固有共振を超える振動のあらゆる増加が、感知及び認識されるであろう。したがって、センサ１１は、流体の離散振動が、通常の動作周波数となることを可能にするように、チューニングされている。例えば、ピッグの動きによってパイプラインの振動が増大するとき、信号の振幅は、予め設定されたフィルタポイント又はフィルタレベルを超えて上昇する。この上昇は、ピッグの通過を示す。
【００２６】
信号処理手段２１は、ピッグからの直列化されたデータを送信し、通路を通過するピッグのカウントを保持し、ピッグ信号機内のリレーを使用してインジケータを点灯し又は標識を動かして、視覚認識を使用している可能性がある、離れた誰かのために、ピッグが通過していたことを示すために、使用されてもよい。タイミングリレーもまた、スイッチを自動的にリセットし、ライトを変更し、又は標識を閉じて、パイプライン内での器具の次の通過のためにピッグ信号機を再準備するために、使用されてもよい。信号伝達デバイス１０は、パイプラインに対してローカルな人々がピッグが通過したことを認識できるようにしながら数百マイル離れた制御室内の操作者が同じことを行えるようにもしてもよい。赤外線又は紫外線型のハンドヘルド制御も、技能者が、作業手順の一部として、ピッグの通過を遠隔でリセット及び認識できるようにするために、実施形態で実装されてもよい。センサが、ピックアップトラックから、認識及び又はリセットされることを、可能にすることにより、時間を大幅に節約することが可能になる。そのことによりまた、機器のリセットが離れて行われることができるという点で、安全性も与えられ、技能者が、高圧、Ｈ２Ｓ、及び漏れている流体が、技能者に対して潜在的な問題である可能性がある、パイプラインの作業領域にいることが絶対にないということが、可能になる。
【００２７】
ピッグ信号機１０を使用する方法の実施形態では、当該方法は、ベースライン（特徴又は固有共振）振動のインパルスを超えるインパルスを感知することを含み、当該ベースライン振動は、パイプラインと相互作用する流体の流れ、さらには、ポンプ及び圧縮機などのパイプライン振動の他の源によって、引き起こされる。ここで、当該インパルスは、パイプラインの外壁１７と通信する少なくとも１つの振動センサ１１を含む、検知器１０によって検知される。当該インパルスは、パイプライン振動の広い範囲の全体にわたって、検知されることができる。当該方法はまた、監視されることとなるパイプラインのセクションについて、この特徴周波数を決定することも含んでもよい。高速フーリエ変換計算又はそれと同等のものが、最良又は最適な範囲であって、その範囲内でインパルスを検知するためのものを、決定するために、使用されてもよい。さらに、センサ１１は、ピッグからのインパルスを最も良く分離及び測定するように、サイジングされることができる。インパルスは、検知器１０のかなりの距離の上流で、最初に検知可能であることができる。非限定的な例として、検知器１０の所望の感度に応じて、インパルスは、検知器１０から、１５００フィートから１０フィート［４５７ｍ〜３ｍ］の上流まで離れて、最初に検知可能であってもよく、他の上限、及びこのより広い範囲内の副範囲がある（例えば、５００フィート又は１５２ｍ）。
【００２８】
前述のように、少なくとも１つのバンドパスフィルタを含む信号処理部は、振動センサ１１によって収集されたデータを受信し、かつ所定の範囲の周波数を通過させるように、構成されることができる。バンドパスフィルタ２７は、関心のある特定のパイプラインセクションで最も良く機能する、特定の周波数に基づいて決定されてもよい。選択されたフィルタは、パイプラインセクションのベースライン周波数より高いか又は低い周波数を通過させてもよい。当該周波数は、定型化した実験又は試験によって決定されてもよい。一部の用途では、フィルタ２７は、選択された低い周波数を通過させてもよい。他の用途では、フィルタ２７は、選択された、ミッドレンジの周波数又は高い周波数を通過させてもよい。
【００２９】
本明細書に記載の例示的な実施形態は、以下の特許請求の範囲から逸脱することなく修正の対象となる場合がある。特許請求の範囲には、同等物であって、記載されている各要素が、当該同等物を得る権利を与えられているものの、全範囲が含まれる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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