(57)【要約】【解決手段】パイプラインの中のオブジェクトの通過を検出するシステム及び方法は、１つ又はそれ以上のシールドされた磁力計センサと、適応閾値検出手段を備えたマイクロコントローラとを収納する非侵入性の検出装置を備える。適応閾値検出手段は、磁束データストリームから異常値データを除去し、その後、４つのローパスフィルタを介して異常のないデータストリームをパスする。平滑化された大きさのデータストリームは、検出制限と比較され、もし通過イベントが起こると、最近の検出が表示され、表示ユニットのカウンタはインクリメントされ、通過時間は記録され、両統計値はディスプレイユニットに表示される。１つのオブジェクトが複数の磁界で生成されるかもしれないので、検出装置を通過しているときに同じオブジェクトの第２の検出を防ぐために、検出器は、通過イベントの後の予め定められた所定時間、ロックアウトされてよい。【選択図】  図１
2012527623.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パイプラインの中のオブジェクトの通過を検出するためのシステムであって、
パイプラインの外面に配置され、少なくとも一つの磁力計センサを備えた検出器と、
前記少なくとも一つの磁力計センサを取り囲むシールディングと、
前記少なくとも一つの磁力計センサと通信し、適応閾値検出手段を有するマイクロコントローラと、を備えたシステム。
【請求項２】
前記少なくとも１つの磁力計センサに直交するように方向合わせされた第２の磁力計センサを更に備えた請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記マイクロコントローラと通信するディスプレイモジュールを更に備えた請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
ローパスフィルタを有する前記適応閾値検出手段を更に備えた請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記ローパスフィルタの伝達関数は、
【数１３】
2012527623.tif 000015
である請求項４に記載のシステム。
【請求項６】
前記パラメータｆは、１〜４０９６の範囲にある請求項５に記載のシステム。
【請求項７】
前記ローパスフィルタの伝達関数は、
【数１４】
2012527623.tif 000016
である請求項４に記載のシステム。
【請求項８】
前記パラメータｆｎは、１〜２５６の範囲にある請求項７に記載のシステム。
【請求項９】
前記ローパスフィルタの伝達関数は、
【数１５】
2012527623.tif 000017
である請求項４に記載のシステム。
【請求項１０】
長方形のウインドウの長さは２〜１２８の範囲にある請求項９に記載のシステム。
【請求項１１】
前記ローパスフィルタの伝達関数は、
【数１６】
2012527623.tif 000018
である請求項４に記載のシステム。
【請求項１２】
検出を抑制するための手段を更に備えた請求項１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記抑制手段は、リードスイッチである請求項１２に記載のシステム。
【請求項１４】
前記抑制手段は、ベイジアンロックアウト推定器である請求項１２に記載のシステム。
【請求項１５】
前記パイプラインの外面に関連して前記検出器の位置を調整するための手段を更に備えた請求項１に記載のシステム。
【請求項１６】
前記検出器の一部を支えることが可能な分離可能な固定基部を更に備えた請求項１に記載のシステム。
【請求項１７】
磁力浸透シールディングである前記シールディングを更に備えた請求項１に記載のシステム。
【請求項１８】
電気絶縁シールディングである前記シールディングを更に備えた請求項１に記載のシステム。
【請求項１９】
バックアップ電源を更に備え、前記バックアップ電源は、周辺環境にさらされるより前に電気的接触を絶縁するよう構成されている請求項１に記載のシステム。
【請求項２０】
パイプラインのオブジェクトの通過を検出する方法であって、
前記パイプラインの外面の近くに少なくとも１つの磁力計センサをポジショニングし、
前記少なくとも１つの磁力計センサからの磁束データストリームを収集し、
適応閾値検出アルゴリズムを介して前記磁束データストリームを処理し、
通過イベントを検出すること、を有する方法。
【請求項２１】
前記処理ステップは、少なくとも１つのローパスフィルタを介して磁束データをパスするステップを更に有する請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記処理ステップは、異常のない磁束データストリームを提供するために前記磁束データストリームから異常値データを除去するステップを更に有する請求項２０に記載の方法。
【請求項２３】
前記除去ステップは、前記磁束データストリームから基準値を除去し、前記磁束データストリームを異常制限よりも大きくない値に制限すること、を含む請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
基準を見積もるために第１ローパスフィルタを介して異常のない磁束データストリームをパスするステップを更に備えた請求項２２に記載の方法。
【請求項２５】
前記ローパスフィルタの伝達関数は、
【数１７】
2012527623.tif 000019
である請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
前記パラメータｆは、１〜４０９６の範囲にある請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
ノイズ評価を生成するためにローパスフィルタを介して異常のない磁束データストリームをパスするステップを更に備えた請求項２２に記載の方法。
【請求項２８】
前記ローパスフィルタの伝達関数は、
【数１８】
2012527623.tif 000020
である請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
前記パラメータｆｎは、１〜２５６の範囲にある請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
前記異常のない磁束データストリームの平坦化された大きさを生成するためにローパスフィルタを介して異常のない磁束データストリームをパスするステップを更に備えた請求項２２に記載の方法。
【請求項３１】
前記ローパスフィルタの伝達関数は、
【数１９】
2012527623.tif 000021
である請求項３０に記載の方法。
【請求項３２】
長方形のウインドウの長さは２〜１２８の範囲にある請求項３１に記載のシステム。
【請求項３３】
平坦化された大きさの異常のない磁束データストリームと検出制限のセットとを比較するステップを更に備えた請求項２２に記載の方法。
【請求項３４】
検出イベントの長さを決定するために少なくともローパスフィルタを介して平坦化された大きさをパスするステップを更に備えた請求項３３に記載の方法。
【請求項３５】
前記少なくとも１つのローパスフィルタの伝達関数は、
【数２０】
2012527623.tif 000022
である請求項３４に記載の方法。
【請求項３６】
前記検出イベントを受けてカウンタをインクリメントするステップを更に備えた請求項２０に記載の方法。
【請求項３７】
前記検出イベントを表示するステップを更に備えた請求項２０に記載の方法。
【請求項３８】
前記通過イベントに基づいて遠隔の装置に信号を送ることを更に備えた請求項２０に記載の方法。
【請求項３９】
非通過イベントの検出を防ぐステップを更に備えた請求項２０に記載の方法。
【請求項４０】
少なくとも一つの磁力計センサをロックアウトするサブステップを有する前記防ぐステップを更に備えた請求項３９に記載の方法。
【請求項４１】
前記通過イベントの後の予め定められた所定時間の間、検出器をロックアウトするサブステップを有する前記防ぐステップを更に備えた請求項３９に記載の方法。
【請求項４２】
前記処理ステップは、ノイズ評価を見積もるサブステップを更に備えた請求項２０に記載の方法。
【請求項４３】
前記処理ステップは、前記磁束データストリームの大きさを平滑化するサブステップを更に備えた請求項２０に記載の方法。
【請求項４４】
前記処理ステップは、
上限及び下限の検出閾値を決定し、
平滑化された大きさの磁束データストリームを少なくとも１つの上限及び下限の検出閾値と比較し、
前記比較の結果に基づいて検出を更新する、サブステップを備えた
請求項２０に記載の方法。
【請求項４５】
前記検出閾値のそれぞれは、ノイズ評価のｐの倍数であり、ｐは１〜１０の範囲にある請求項４４に記載の方法。
【請求項４６】
前記検出イベントの時間の長さを決定するサブステップを有する前記処理ステップを更に備えた請求項２０に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般にパイプラインモニタリングシステムに係り、そして特に、パイプラインを介して、パイプラインピッグ（pig；金属塊）のような、オブジェクトの通過を検出するためのセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
様々な手段が、パイプラインを介したピッグの通過を検出するために開発されている。
"ダンプビッグ（Dump pigs）"或いは"スマートピッグ（smart pigs）"は、バネ仕掛けのシャフトを備えた糸を通したアダプタのような嵌入機械的装置により検出されてよい。シャフトは、バネ仕掛けのレバー或いはフラグを備えた露出された一端と、パイプの内部スペースに延びている他端とを備えている。嵌入検出装置は、しかしながら、動作中の導管の中に孔或いはホットタッピング（hot-tapping）を作る必要があり、多くの場合、コスト高でパイプラインのオペレータにとって不便なプロセスであった。その結果、パイプラインの外側に完全に配置され、付加的なホットタッピングや溶接を必要としない、非嵌入検出装置は、多くの場合、パイプラインのオペレータに好まれている。
【０００３】
２つの主要タイプの非嵌入検出装置として、音の変化を検出する音響／超音波検出器と周囲の磁界の変化を検出する電磁界検出器とがある。パッシブ音響検出器は、パイプラインを介して移動するオブジェクトにより引き起こされる音の変化を検出することができるが、この音の変化と、ポンプや自動車のような周辺ノイズにより引き起こされる音の変化とを簡単に区別することはできない。アクティブ音響検出器は、超音波信号を送信することによってこの問題を回避することができるが、それら装置はコスト高であり、高いレベルの電力、及び、この電力の必要性が理由で、バッテリパワーオプションの制限或いは抑制を必要としていた。
【０００４】
電磁界検出器は、経時的な磁束の変化を検出するために、多くの場合、１つ又はそれ以上のコイルを用いている。周囲の磁界の変化は、経時的な磁界の変化に比例してコイル又はコイル群に電圧を誘導する。その結果、ゆっくり移動している強磁性のオブジェクトは検出イベントを発生するためにコイルに十分な電圧を発生しないかもしれない。
【０００５】
磁力計は、経時的な瞬間的な磁束を計測することにより磁束の変化を決定するが、オブジェクトのスピードには依存しない。磁力計は、それゆえに、オブジェクトの速度に関わらず、電磁界の変化を引き起こすいくつかのオブジェクトを検出することができる。磁力計は、しかしながら、誤ったアラームの影響を受けやすい可能性がある。それゆえに、ノイズキャンセル、信号処理、及び周辺磁界のシールディングのために適切な方法が用いられなければならない。
【発明の概要】
【０００６】
パイプラインの中のオブジェクトの通過を検出するためのシステム及び方法は、１つ又はそれ以上のシールドされた磁力計センサと適応閾値検出手段を備えたマイクロコントローラとを収納する非侵入性の検出装置を備えている。バックアップバッテリ源を備えたＡＣ／ＤＣ電源は、装置に電力を供給するために採用されている。バッテリバックアップ電源は、好ましくは周辺環境にさらされる前に電気的な接触が遮断されるように構成されており、それにより検出装置は防爆ゾーンの中で用いるのに適切なものとされている。
【０００７】
磁力計センサ群は、好ましくは、直接的に磁束を測定するために様々な透磁性材料を用いた磁束センサ群であり、互いに直交するように配置されている。センサを取り囲む内部シールドは、電気的に絶縁された材料である。外部シールドは、透磁性の材料である。マイクロコントローラと通信するディスプレイユニットは、検出されたオブジェクトの数やそれらの通過時間を含む様々な統計値を表示する。
【０００８】
検出装置は、ディスプレイユニットを方向合わせし、パイプラインの外面の近くに磁力計センサを位置決めするための調整可能な端を有してもよい。検出装置をロックアウトするためのリードスイッチ或いは他の手段は、パイプラインに装置を位置決めするとき、或いはそれをパイプラインの異なる位置に移動するときに用いられてよい。検出装置が一旦その適切な位置に置かれ、解除されると、入力磁束データストリームを処理する磁力計センサ及びマイクロコントローラは、検出に信号を送ることができる。
【０００９】
適用閾値検出手段は、磁束データストリームから異常値データを除去する第１を採用している。この異常値なしのデータストリームは、その後、４つのローパスフィルタを介してパスされる。第１のローパスフィルタは、磁束データストリームからバイアス値を除去することにより基準を推定し、異常値制限よりも大きくない値にデータストリームを制限する。第２のローパスフィルタは、その後、ノイズ推定値を生成するために基準推定値を用いる。第３のローパスフィルタは、データストリームの平滑化された大きさを提供するボックスカーフィルタ（boxcar filter）である。平滑化された大きさは、上限及び下限検出制限値のセットと比較され、その後、通過イベントの長さを決定するために第４のローパスフィルタを介してパスされる。通過イベントは起こると、ディスプレイユニットのカウンタはインクリメントされ、通過時間は記録される。１つのオブジェクトが複数の検出或いは検出イベントを生成するかもしれないので、検出装置を通過しているときに同じオブジェクトの第２の検出を防ぐために、検出器は、通過イベントの後の予め定められた所定時間、ロックアウトされてよい。この目的のためには、ベイジアンロックアウト推定器が好適である。
【００１０】
本発明のより良き理解は、図面及び添付の請求の範囲と共に、以下の好ましい実施形態に係る詳細な説明より得ることができるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は本発明に従って作られる非嵌入検出器の実施形態の正面図である。マイクロコントローラと少なくとも１つの磁力計センサ（"センサ"）を備えたセンサ基板（図８〜１１Ｂ参照）は、センサハウジングの下方の部分に配置される。センサハウジングは、パイプに着脱自在に固定された基部構造の中を通り、ハウジングの底がパイプ表面に接触するまでに至る。ディスプレイハウジングは、導管集合部の上限の端に位置しているが、オブジェクトが検出器の下を通過している時にパイプラインの中のオブジェクトの検出を表示するデジタルディスプレイを収納している。フィールド配線導管ボックスは、検出器とＡＣ／ＤＣ電源とを接続し、例えばパイプラインバルブの開口や閉鎖を制御するコントロールルームと通信するための配線に対応するために、提供される。
【図２】図２は図１に図示された実施形態の側面図である。ディスプレイハウジングは、デジタルディスプレイの挿入部分やＤＣ電源（図７及び７参照）を含む組立部品を収納している。ディスプレイハウジングの後面に貫かれたキャップには、ねじ山がついておらず（unthreaded）、ＤＣ電源は接続が断たれており、それによって、防爆ゾーンの中での検出器の使用のために安全な環境を提供する。
【図３】図３は図１のディスプレイパネルの正面図である。パネルの前面に配置されている磁力リードスイッチは、ディスプレイのタイマをリセットする。第２の磁力リードスイッチは、検出器をロック或いはアンロックモードにセットし、オペレータがオブジェクトの検出履歴をスクロールすることを認める。ロックモードのとき、装置はオブジェクトの検出が起こらないようにされ、検出器は、所望とされない検出といった結果なしに、パイプラインのロケーションの間を移動してよい。検出器がバッテリにより電力供給を受けるものである場合には、バッテリアイコンがバッテリ残量を表示する。
【図４】図４は図１のディスプレイパネルの他の正面図であり、検出器がＡＣ／ＤＣ電源（例えば２４Ｖ電源）に強固に配線されており、バッテリがまさに使用されている。ビジュアル表示器（indicators）は、検出されたオブジェクトの数や、過去にいくつかのオブジェクトが検出されたときからの時間、及びリセットからの時間経過等の統計値を表示するために提供されている。
【図５】図５は図２に図示されたディスプレイの挿入部分の等角図である。ディスプレイパネル及びデジタルディスプレイは、組立部品の上端に配置されている。左右対称の溝は、ディスプレイハウジングの中への挿入部分を保持し、ディスプレイの正しい方向付けを確実なものとし、適切な内部の配線経路を提供するために、挿入ボディの外面に提供されている。
【図６】図６は図１に図示された検出器の後方等角図であり、ディスプレイハウジングからリアキャップが取り外されている。バッテリはディスプレイユニットの中でバネ仕掛けのコンタクトと連動するので、バッテリの全ての電気的なコンタクトは、リアキャップが完全に除去されるより前に遮断されている。絶縁パッドのシートは、好ましくはリアキャップの裏面に貼られるが、キャップへの電気的な接触を避けるために、バッテリとキャップとの間に存在する。
【図７】図７は図１に図示されたディスプレイハウジングの部分的な後方等角図である。バッテリは、インサートボディにより受け入れられるクレドール／バッテリ  ホルダの中に存在している。
【図８】図８はセンサハウジングの様子を示す。センサハウジングは、マイクロコントローラ及び磁力計センサを備えたセンサ基板を受け入れる。
【図９】図９は図８のセンサ基板のためのシールディングの様子を示す。内部シールドは好ましくは電気的な絶縁材料である。外部シールドは好ましくは透磁性材料である。
【図１０】図１０は図８のセンサ基板の様子を示す。センサ基板は、ディスプレイ（遠隔に配置されたディスプレイでよい）、或いはコントロールシステム、適応閾値アルゴリズム（図１２から１９参照）を実行するマイクロコントローラ、及びセンサと通信するためのインタフェースを備えている。センサは、好ましくは、直接的に磁束を測定するために可変透過性材料を用いた磁束センサである。
【図１１Ａ】図１１Ａ及び１１Ｂは、図８のセンサ基板を代替する実施形態を示す。２つのセンサは、互いに直交するように配置されている。センサ基板は、センサ素子の分類及び方向において異なる、１−Ｄ、２−Ｄ、３−Ｄ或いはｎ−Ｄアレイのセンサを用いてよい。直交する方向は、しかしながら、好ましい。
【図１１Ｂ】図１１Ａ及び１１Ｂは、図８のセンサ基板を代替する実施形態を示す。２つのセンサは、互いに直交するように配置されている。センサ基板は、センサ素子の分類及び方向において異なる、１−Ｄ、２−Ｄ、３−Ｄ或いはｎ−Ｄアレイのセンサを用いてよい。直交する方向は、しかしながら、好ましい。
【図１２】図１２はｎ−Ｄアレイのセンサにより収集されたデータを処理するためにマイクロコントローラにより実行される信号処理アルゴリズムのフローチャートである。検出スキームは、センサ或いはセンサ群のリアルタイムノイズ評価を利用した適応閾値アルゴリズムである。
【図１３】図１３は図１２に図示されたアルゴリズムの異常値除去ステップのフローチャートである。
【図１４】図１４は図１２に図示されたアルゴリズムの基準評価ステップのフローチャートである。
【図１５】図１５は図１２に図示されたアルゴリズムのノイズ評価ステップのフローチャートである。
【図１６】図１６は図１２に図示されたアルゴリズムのボックスカー或いはスムージングステップのフローチャートである。
【図１７】図１７は図１２に図示されたアルゴリズムの検出ステップのフローチャートである。
【図１８】図１８は図１２に図示されたアルゴリズムの時間弁別器（discriminator）のフローチャートである。
【図１９】図１９は図１２に図示されたアルゴリズムのベイジアンロックアウトステップのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に詳述される磁力計ベースの検出器は、その出願、構成の詳細、部品のアレンジメント、及び添付図面に図示されているプロセスフローに限定されるものではない。本発明は、他の実施形態でも利用可能であり、様々な方法で実行或いは実施される。ここに採用される表現や専門用語は、説明の目的のものであって、限定されるものではない。
【００１３】
最初に図１，１０，１２を参照すると、パイプライン部Ｐの外側に配置されている検出器１０は、パイプラインの中のオブジェクトの存在を検出するための磁力計センサ６０及び検出アルゴリズム１００を採用する。オブジェクトは、パイプラインに固定された検出器１０を備えたパイプライン部Ｐの中を動くかもしれない。パイプラインの中のオブジェクトは、パイプラインのメンテナンス或いは検査のために用いられた"ピッグ（pig）"かもしれない。オブジェクトは、検出が認められたかもしれないオブジェクトの磁力源或いは固有の特性を運ぶかもしれない。本質的にマークされるオブジェクトの例は、"ブラッシュ"ピッグ或いはかなり大きな総量の強磁性体材料を含むピッグであろう。
【００１４】
磁力計センサ６０からの計測は、"通過イベント"を生成するために、適応閾値アルゴリズムである、検出アルゴリズム１００により処理される。このイベントは、デジタルディスプレイ７０或いは発光ダイオード８７により表示及び／又はカウントされてよい。このイベントは、更にパイプラインの中のバルブの開口及び閉鎖を制御するためのコントロールシステムのような信号遠隔装置を用いて出力を引き起こすことができる。
【００１５】
図１及び２に図示されているように、検出器１０は、センサハウジング２０のネジ部２５を支える取付基部４０を手段としてパイプラインに着脱可能に固定されている。この配置は、（１）センサハウジング２０の下端２３とパイプライン部Ｐの外壁表面との間の距離を調整し、（２）ディスプレイハウジング９０の方向を方向付けできる、といった機能を提供する。ネジ部２５は、好ましくは、ネジ部２５の下端２３がパイプライン部Ｐの外壁面に接触するまで、取付基部４０の中にネジ込まれる。基部４０の２つの対向するブラケット４１は、それぞれシャックルピン４３及びチェーン４７の端を支える。ターンバックル４５に沿ったチェーン４７は、パイプライン部Ｐの所望とされる位置の基部４０を固定するために用いられる。前述した検出器１０の調整可能な特徴は、磁力計センサ６０を最大検出能力発揮のために位置決めする性能を提供する。
【００１６】
導管集合部３０の上端３７に配置されているのは、ディスプレイハウジング９０である。ディスプレイハウジング９０は、好ましくは導管集合部３０に着脱自在に固定されている。ディスプレイハウジング９０は、様々な表示器及び統計量（図３から５で論じられているテキスト参照）を提供するディスプレイインサート７０を支える。インサートボディ７２の周囲に配置される左右対称のスロット７４は、ディスプレイ７１の方向を正確なものとすることを保証し、必要な配線アクセスを提供する。ディスプレイハウジング９０のフロンのキャップ９１は、ディスプレイインサート７０のデジタルディスプレイ７１のためのウィンドウを提供する。
【００１７】
導管集合部３０は、センサハウジング２０の上端２１に配置されている。導管集合部３０は、検出器１０をフィールド配線導管ボックス３３と接続するためのＴ字形の接続金具３５を備えている。導管ボックス３３は、検出器１０がＡＣ／ＤＣ電源と通信するために置かれるため、検出器１０がコントロールルームに強固に配線されるため、或いは遠隔のディスプレイインサート７０への配線を提供するための、配線を備える。注入プラグ３１は、またパッキング、フィラー、製陶コンパウンド、或いはシーラントを加えるために提供されてもよい。
【００１８】
図３乃至５をここで参照すると、デジタルインサート７０は、様々なインジケータ及び統計量を表示するデジタルディスプレイ７１を備えていてよい。好ましい実施形態では、デジタルディスプレイ７１は、オブジェクトカウントインジケータ７３、オブジェクト通過ヒストリインジケータ７５、オブジェクトアイコン７７、最終リセットからの時間インジケータ７９、及び過去のオブジェクト通過からの時間インジケータ８１を表示する。ディスプレイ７１のマクロコントローラ（不図示）は、マイクロコントローラ５１及びセンサ基板５０（図８参照）に配置されている磁力計センサ６０からの情報を受信する。
【００１９】
ディスプレイインサート７０は、また、検出器１０がバッテリ電源（図３）或いはＡＣ／ＤＣ電源（図４）のいずれの下で動作しているかを表示する電源インジケータ８３を備えている。バッテリ電源のとき、電源インジケータ８３は、好ましくはバッテリ残量を示すバッテリアイコン８３を表示する。
【００２０】
デジタルディスプレイ７１は、また、ロック／アンロック  ステータスインジケータ８５を備えている。磁力リードスイッチ８９Ｂは、検出器１０をロック或いはアンロックモードにセットするので、それによって所望とされない検出を制御する機能を提供する。ロックモードのとき、検出器１０はオブジェクトの検出を避け、パイプラインの位置の間を移動してよい。リードスイッチ８９Ｂは、またユーザに、統計量に係る情報をやりとりし、インジケータ７５及び８１により示されたオブジェクト履歴をスクロールすることを認める。第２の磁力リードスイッチ８９Ａは、タイマ７９をリセットする。ディスプレイユニット７０は、また、最新の通過が起こったか否かを示す発光ダイオードインジケータ８７を備えている。発光ダイオードインジケータ８７Ａ及び８７Ｂはリードスイッチ８９Ａ及び８９Ｂが始動されたときに、それぞれライトアップされるようになっている。
【００２１】
図６及び７に図示されているように、ディスプレイユニット７０は、好ましくはバッテリパック９４を備えている。バッテリ９７が備わっているクレドール／バッテリ  ホルダ９５は、ディスプレイインサート７０の内部スペースに受け入れられる。ディスプレイインサート７０の中のバネ仕掛けのコンタクト（不図示）は、バッテリパック９４の末端部に対して刺激（urge）し、ゆえにユーザはディスプレイハウジング９０のリアキャップの係合をほどいたときに、バッテリパック９４はコンタクトから離れて後退しているリアキャップ９３に向けて刺激(urge)される。バネ仕掛けのコンタクトとバッテリパック９４との間の接続は、それゆえに、リアキャップ９３がハウジング９０から完全に取り除かれるより先に遮断される。この特徴は、防爆ゾーンの中の検出器の使用のために提供される。絶縁パッド９９は、リアキャップ９３とバッテリパック９４の隣接端との間に提供される。
【００２２】
図８から１１Ｂをここで参照すると、センサハウジング０は、センサ基板５０を収納している。センサ基板５０のマイクロコントローラ５１は磁力計センサ６０により収集されたデータを受信し、通過イベントが発生したか否かを決定するために検出アルゴリズム１００（図１２参照）を実行する。従来よく知られたタイプの、マイクロコントローラ５１は、コミュニケーションインタフェース５５を経由してディスプレイユニット７０或いは他のシステムと通信を行う。好ましい実施形態では、インタフェース５５はＲＳ４８５インタフェースである。基板５０は、更にコンパレータ、アナログスイッチアレイ及びＡＮＤゲートアレイからなるオシレータ５３を備えている。
【００２３】
検出器１０は、互いに関連した方向性、個々のセンサ素子の分離、或いは双方の点において異なる１−Ｄ、２−Ｄ、３−Ｄ或いはｎ−Ｄアレイの磁力計センサ６０を用いてもよい。図１１Ａ及びＢに図示されているように、複数のセンサ６０が用いられる場合は、直交する方向が好ましい。共通の方向であるがオフセットされているセンサ６０は、一致（或いは相関）アルゴリズムを用いた検出プロセスの向上のために用いられてよい。
【００２４】
様々な磁力計技術は、センサ６０のために採用されてよい。好ましい実施形態においては、センサ６０は様々な透磁性材料を用いた磁束センサである。磁束の中の変化は、磁力計の効果的なインダクタンスを変更する。ＰＮＩコーポレーションインク（カリフォルニア州  サンタローサ）により製造される磁束センサは、効果的な磁束センサ６０である。
【００２５】
デジタル信号処理は検出プロセス及びデジタルに必須であり、適応検出アルゴリズムは信号処理アルゴリズムに好適である。図１２に図示されているように、検出スキームはセンサ（群）６０のためのリアルタイムノイズ評価に基づく適応閾値検出プロセス１００である。パラメータ化は、プロセス１００が最小限の誤り警告及び検出の高い確率を伴う幅広いアプリケーションのために調整されることを可能とする。クリティカルパラメータの好ましい範囲及び値は、以下のプロセス１００の詳述の中に示されている。
【００２６】
マイクロコントローラ５１により実行される検出プロセス１００は、以下の処理ステップの全てを備えてよい：異常値の自動除去、測定オフセットの演算処理及び除去、測定ノイズの評価、ヒステリシスを伴う及びなしの閾値（群）の確立、シーケンシャル検出、及びイベント時間の識別／検出である。センサ（群）６０は処理のために磁力計データ１０１（"マグデータ"或いはマグ）を収集し、検出イベント１０３は、振幅、継続時間、及び前のイベントを含むがこれらに限定されないたくさんの判定基準により決定される。センサ（群）６０の応答の微細構造は、パターン認識技術により説明されてもよい。
マグデータ１０１は処理ステップ１１０により第１に処理、異常値の除去：
【数１】
2012527623.tif 000003
【００２７】
図１３及びサブステップ１１３−１１７を見てみよう。測定値からのオフセット（基準値）の除去の後、入力は異常値制限に等しいかそれより小さい値に制限される。サインは処理の間に亘り保持される。関数"signum"は、引数のサインを答える。関数"min"は引数リストの算術最小値を答える。異常値のない磁力計データは、その後、プロセス１００にリターンされ、基準値を推定するためにローパスフィルタを介してパスされる。
処理ステップ１３０、基準値の推定：
【数２】
2012527623.tif 000004
【００２８】
図１４及びサブステップ１３１−１３７を見てみよう。処理ステップ１３０は、測定のためにゼロからオフセットを推定するために用いられるローパスフィルタである。ローパスフィルタは、単一の指数関数タイプである。フィルタの伝達関数は：
【数３】
2012527623.tif 000005
【００２９】
時間定数"ｆ"の値は１〜４０９６の範囲にあってよい。"ｆ"の好ましい値は１２８である。基準値推定は：
【数４】
2012527623.tif 000006
【００３０】
処理ステップ１５０は、ノイズ推定を提供する：
【数５】
2012527623.tif 000007
【００３１】
図１５及びサブステップ１５１−１６３を見てみよう。これは、検出プロセスにより必要とされる適応閾値セレクションのためのノイズ推定を実現するローパスフィルタである。ノイズレベルはいつもポジティブであり、最小値により制限される。フィルタの伝達関数は：
【数６】
2012527623.tif 000008
【００３２】
時間定数"ｆｎ"の値は１〜２５６の範囲にあってよい。"ｆｎ"の好ましい値は３２である。ノイズ推定値は：
【数７】
2012527623.tif 000009
【００３３】
入力磁力計値は、その後、処理ステップ１７０において"ボックスカー"ローパスフィルタを用いて平滑化される。図１６及びサブステップ１７１−１８１を見てみよう。フィルタの構造は：
【数８】
2012527623.tif 000010
【００３４】
このフィルタは、大きさ（magnitude）処理（絶対値）の後に応答を形成するのに用いられる。長方形のウィンドウの長さは、２〜１２８の範囲内でよい。好ましい構成では、長さは３２である。
【００３５】
入力の平滑化に続いて、検出処理は処理ステップ１９０で生じる。図１７、サブステップ１９１−２０１を見てみよう。検出処理は、検出器の前回の値を含むシーケンシャルな処理である。検出器の最新の値が"オフ"で平滑化された大きさが上限閾値よりも大きい場合には、検出器はスイッチ"オン"される。検出器が"オン"で、平滑化された大きさが低い閾値よりも小さい場合には、検出器はスイッチ"オフ"される。入力の他の状態は、検出器の値を変化しないという結果になる。等式フォームにおいて：
【数９】
2012527623.tif 000011
【００３６】
上限及び下限の検出閾値の決定は：
【数１０】
2012527623.tif 000012
【００３７】
ｐ１及びｐ２の値は、１〜１０の範囲にあってよい。ｐ１の好ましい値は３である。ｐ２の好ましい値は１である。
【００３８】
検出イベントに続いて、処理ステップ２１０はイベントの範囲を決定するために時間を用いる。図１８、サブステップ２１１〜２２１を見てみよう。以下のタイプの１つ又はそれ以上のフィルタは、単一或いは複数のイベントが存在しているか決定するためにイベントを特徴づけるために用いられてよい：
【数１１】
2012527623.tif 000013
【００３９】
この伝達関数には、その値が０又は１である、検出された出力が使われる。様々な長さの長方形のウィンドウは、短い及び長いイベントを区別するために用いられることができる。検出制限をパスした、最も長いウィンドウは、単一のイベントの範囲を示す：
【数１２】
2012527623.tif 000014
【００４０】
複数の磁場に単一のピッグ又はオブジェクトが存在してよいので、処理ステップ２３０は、ロックアウト弁別器が、検出器１０によりオブジェクトがパスされているときに、複数の通過イベントが単一のオブジェクトのために検出されることを防ぐために採用されてよい。図１９及びサブステップ２３１〜２５３を見てみよう。好ましい実施形態では、処理ステップ２３０はベイジアンロックアウト推定器を採用している。通過イベントがあると、その後、検出タイマはインクリメントされ、更に予め定められた時間の期間だけ更なる検出はロックアウトされる。一旦、予め定められた時間の期間が進められると、検出器はアンロックされ、イニシャライズされ、ロックアウトタイマは停止され、次の検出イベントまでクリアされる。リードスイッチ８９Ｂと同様に、処理ステップ２３０は所望とされない検出を制御するための能力を提供する。
【００４１】
検出器１０とプロセス１００が特徴の特定の程度で記述されたが、多くの変更はこの開示の精神および範囲から逸脱することなく構成の詳細と構成要素またはステップのアレンジメントにおいてなされるかもしれない。発明は、したがって、実例の目的のためにここに述べられる実施例に限定されるものではなく、添付の請求項の範囲だけに制限されることもなく、その各要素が権利を与えられるあらゆる等価なものを含む。
【符号の説明】
【００４２】
１０  検出器
２０  センサ  ハウジング／モジュール
２１  ２０の上端
２３  ２０の下端
２５  ２０のネジ部
３０  導管集合部
３１  注入プラグ
３３  フィールド配線導管ボックス
３５  Ｔ字形の接続金具
３７  ３０の上端
４０  取付基部
４１  ブラケット
４３  シャックルピン
４５  ターンバックル
４７  チェーン
５０  センサボード
５１  マイクロコントローラ
５３  オシレータ
５５  コミュニケーションインタフェース
６０  磁力計センサ
６１  内部絶縁シールド
６３  外部シールド
７０  ディスプレイ  インサート／モジュール
７１  デジタルディスプレイ
７２  インサートボディ
７３  オブジェクトカウント累積表示器
７４  ７２のスロット
７５  オブジェクトカウントヒストリ表示器
７７  オブジェクトアイコン
７９  最終リセットからの時間表示器
８１  過去のオブジェクト通過からの時間表示器
８３  パワーステータス表示器
８５  ロック／アンロック  ステータス表示器
８７  発光ダイオード
８９  リードスイッチ
９０  ディスプレイハウジング
９１  フロントキャップ
９３  リアキャップ
９４  バッテリパック
９５  クレドール／バッテリ  ホルダ
９７  バッテリ
９９  絶縁パッド
１００  検出アルゴリズム
１１０  異常値除去アルゴリズム
１３０  基準線評価アルゴリズム
１５０  ノイズ評価アルゴリズム
１７０  入力補整アルゴリズム
１９０  検出イベントアルゴリズム
２１０  時間弁別アルゴリズム
２３０  ロックアウト弁別アルゴリズム
【図１】
2012527623.tif 000023
【図２】
2012527623.tif 000024
【図３】
2012527623.tif 000025
【図４】
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【図５】
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【図６】
2012527623.tif 000028
【図７】
2012527623.tif 000029
【図８】
2012527623.tif 000030
【図９】
2012527623.tif 000031
【図１０】
2012527623.tif 000032
【図１１Ａ】
2012527623.tif 000033
【図１１Ｂ】
2012527623.tif 000034
【図１２】
2012527623.tif 000035
【図１３】
2012527623.tif 000036
【図１４】
2012527623.tif 000037
【図１５】
2012527623.tif 000038
【図１６】
2012527623.tif 000039
【図１７】
2012527623.tif 000040
【図１８】
2012527623.tif 000041
【図１９】
2012527623.tif 000042
【手続補正書】
【提出日】平成24年1月19日(2012.1.19)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パイプラインの中のオブジェクトの通過を検出するためのシステムであって、
前記パイプラインの外面に配置されるように構成されており、少なくとも一つの磁力計センサを備えた検出器と、
前記少なくとも一つの磁力計センサを取り囲むシールディングと、
前記少なくとも一つの磁力計センサと通信し、前記少なくとも一つの磁力計センサにより収集された磁束データストリームを処理し、経過イベントを検出するための適応閾値検出手段を有するマイクロコントローラと、を備えたシステム。
【請求項２】
前記検出器に内蔵され、前記少なくとも１つの磁力計センサに相対的にオフセットされた第２の磁力計センサを更に備えた請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
ローパスフィルタを有する前記適応閾値検出手段を更に備えた請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
パイプラインの中のオブジェクトの通過の前記検出器による検出を抑制するための手段を更に備えた請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記パイプラインの外面に関連して前記検出器の位置を調整するための手段を更に備えた請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
少なくも一つの磁力浸透シールディング及び電気的な絶縁シールディングである前記シールディングを更に備えた請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
バックアップ電源を更に備え、前記バックアップ電源は、周辺環境にさらされるより前に電気的接触を絶縁するよう構成されている請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
パイプラインのオブジェクトの通過を検出する方法であって、
前記パイプラインの外面の近くに少なくとも１つの磁力計センサを内蔵した検出器をポジショニングし、
前記少なくとも１つの磁力計センサからの磁束データストリームを収集し、
適応閾値検出アルゴリズムを介して前記磁束データストリームを処理し、
通過イベントを検出するために処理された磁束データストリームを用いること、を有する方法。
【請求項９】
前記処理ステップは、少なくとも１つのローパスフィルタを介して磁束データをパスするステップを更に有する請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記処理ステップは、異常のない磁束データストリームを提供するために前記磁束データストリームから異常値データを除去するステップを更に有する請求項８に記載の方法。
【請求項１１】
前記除去ステップは、前記磁束データストリームから基準値を除去し、前記磁束データストリームを異常制限よりも大きくない値に制限すること、を含む請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
基準を見積もるために第１ローパスフィルタを介して異常のない磁束データストリームをパスするステップを更に備えた請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
ノイズ評価を生成するためにローパスフィルタを介して異常のない磁束データストリームをパスするステップを更に備えた請求項１０に記載の方法。
【請求項１４】
前記異常のない磁束データストリームの平坦化された大きさを生成するためにローパスフィルタを介して異常のない磁束データストリームをパスするステップを更に備えた請求項１０に記載の方法。
【請求項１５】
平坦化された大きさの異常のない磁束データストリームと検出制限のセットとを比較するステップを更に備えた請求項１０に記載の方法。
【請求項１６】
検出イベントの長さを決定するためにローパスフィルタを介して平坦化された大きさをパスするステップを更に備えた請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記通過イベントに基づいて遠隔の装置に信号を送ることを更に備えた請求項８に記載の方法。
【請求項１８】
非通過イベントの検出を防ぐステップを更に備えた請求項８に記載の方法。
【請求項１９】
前記処理ステップは、ノイズ評価を見積もるサブステップを更に備えた請求項８に記載の方法。
【請求項２０】
前記処理ステップは、前記磁束データストリームの大きさを平滑化するサブステップを更に備えた請求項８に記載の方法。
【請求項２１】
前記処理ステップは、
上限及び下限の検出閾値を決定し、
平滑化された大きさの磁束データストリームを少なくとも１つの上限及び下限の検出閾値と比較し、
前記比較の結果に基づいて検出を更新する、サブステップを備えた
請求項８に記載の方法。
【請求項２２】
前記検出イベントの時間の長さを決定するサブステップを有する前記処理ステップを更に備えた請求項８に記載の方法。
【国際調査報告】
2012527623.tif 000043