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用于管道中物体的基于磁强计的探测器.pdf

  • 上传人：00062****4422
  • 文档编号：4637967
  • 上传时间：2018-10-23
  • 格式：PDF
  • 页数：26
  • 大小：1.12MB
    • 摘要
    申请专利号：

    CN201080022512.8

    		 申请日：

    2010.05.19
    公开号：

    CN102439434A

    		 公开日：

    2012.05.02
    当前法律状态：

    终止

    		 有效性：

    无权
    法律详情：

    专利权的视为放弃IPC(主分类):G01N 27/72放弃生效日:20160203|||实质审查的生效IPC(主分类):G01N 27/72申请日:20100519|||公开
    IPC分类号：

    G01N27/72

    		 主分类号：

    G01N27/72
    申请人：

    TDW特拉华公司
    发明人：

    斯蒂芬森·J·米斯卡; 威廉·J·兰金; 马修·W·洛根; 马克·G·雷吉斯特; 埃里克·N·弗里曼; 菲利普·M·莫尔特比; 劳埃德·N·萨尔斯曼
    地址：

    美国特拉华州
    优先权：

    2009.05.22 US 12/470,654
    专利代理机构：

    北京英赛嘉华知识产权代理有限责任公司 11204

    		 代理人：

    余朦;熊传芳
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    内容摘要

    用于对物体在管道中通过进行探测的系统和方法，包括：非侵入式探测装置，容纳一个或多个被屏蔽的磁强计传感器；以及微控制器，具有自适应阈值探测装置。自适应阈值探测装置将异常值数据从磁通量数据流去除，然后使无异常值的数据流经过4个低通滤波器。将数据流的经平滑得数值与探测极限进行比较，如果发生了通过事件，则指示近期探测，使显示单元的计数器递增并且记录通过时间，这些统计数据都显示在显示单元上。由于单个物体可产生多个磁场，因此可将探测器在通过事件之后锁定预定时期，以阻止当同一物体经过探测装置时对其进行的第二次探测。

    权利要求书

    1： 一种用于对物体在管道中通过进行探测的系统， 该系统包括 ： 探测器， 绕管道的外表面布置并且包括至少一个磁强计传感器 ； 屏蔽件， 环绕所述至少一个磁强计传感器 ； 以及 微控制器， 与所述至少一个磁强计传感器通信并且具有自适应阈值探测装置。
    2： 根据权利要求 1 所述的系统， 还包括第二磁强计传感器， 所述第二磁强计传感器正 交于所述至少一个磁强计传感器定向。
    3： 根据权利要求 1 所述的系统， 还包括显示模块， 所述显示模块与所述微控制器通信。
    4： 根据权利要求 1 所述的系统， 还包括具有低通滤波器的所述自适应阈值探测装置。
    5： 根据权利要求 4 所述的系统， 其中， 所述低通滤波器的传递函数为 其中
    6： 根据权利要求 5 所述的系统， 其中， 参数 “f” 处于 1 至 4096 的范围内。
    7： 根据权利要求 4 所述的系统， 其中， 所述低通滤波器的传递函数为 其中
    8： 根据权利要求 7 所述的系统， 其中， 参数 “fn” 处于 1 至 256 的范围内。
    9： 根据权利要求 4 所述的系统， 其中， 所述低通滤波器的传递函数为
    10： 根据权利要求 9 所述的系统， 其中， 矩形窗的长度处于 2 至 128 的范围内。
    11： 根据权利要求 4 所述的系统， 其中， 所述低通滤波器的传递函数为 其中 m ≤ n。
    12： 根据权利要求 1 所述的系统， 还包括用于阻止探测的装置。
    13： 根据权利要求 12 所述的系统， 其中， 所述阻止装置为簧片开关。
    14： 根据权利要求 12 所述的系统， 其中， 所述阻止装置为贝叶斯锁定估计器。
    15： 根据权利要求 1 所述的系统， 还包括用于将所述探测器相对于所述管道的外表面 的位置进行调整的装置。 2
    16： 根据权利要求 1 所述的系统， 还包括可拆卸地紧固的基座， 所述可拆卸地紧固的基 座能够接纳所述探测器的一部分。
    17： 根据权利要求 1 所述的系统， 还包括为透磁屏蔽件的所述屏蔽件。
    18： 根据权利要求 1 所述的系统， 还包括为电隔绝屏蔽件的所述屏蔽件。
    19： 根据权利要求 1 所述的系统， 还包括备用电源， 所述备用电源配置成在暴露于周围 环境之前将电接触断开。
    20： 一种用于对物体在管道中通过进行探测的方法， 该方法包括以下步骤 ： 将至少一个磁强计传感器定位在所述管道的外表面附近 ； 从所述至少一个磁强计传感器采集磁通量数据流 ； 通过自适应阈值探测算法处理所述磁通量数据流 ； 以及 对通过事件进行探测。
    21： 根据权利要求 20 所述的方法， 所述处理步骤还包括以下步骤 ： 使所述磁通量数据经过至少一个低通滤波器。
    22： 根据权利要求 20 所述的方法， 所述处理步骤还包括以下步骤 ： 将异常数据从所述磁通量数据流去除， 以提供无异常值的磁通量数据流。
    23： 根据权利要求 22 所述的方法， 所述去除步骤包括以下步骤 ： 将基线值从所述磁通量数据流去除 ； 以及 将所述磁通量数据流限制为不大于异常值极限的值。
    24： 根据权利要求 22 所述的方法， 还包括以下步骤 ： 使所述无异常值的磁通量数据流经过第一低通滤波器， 以对基线进行估计。
    25： 根据权利要求 24 所述的方法， 其中， 所述低通滤波器的传递函数为 其中
    26： 根据权利要求 25 所述的方法， 其中， 参数 “f” 处于 1 至 4096 的范围内。
    27： 根据权利要求 22 所述的方法， 还包括以下步骤 ： 使所述无异常值的磁通量数据流经过低通滤波器， 以产生噪声估计。
    28： 根据权利要求 27 所述的方法， 其中， 所述低通滤波器的传递函数为 其中 3
    29： 根据权利要求 28 所述的方法， 其中， 参数 “fn” 处于 1 至 256 的范围内。
    30： 根据权利要求 22 所述的方法， 还包括以下步骤 ： 使所述无异常值的磁通量数据流经过低通滤波器， 以产生所述无异常值的磁通量数据 流的经平滑的量值。
    31： 根据权利要求 30 所述的方法， 其中， 所述低通滤波器的传递函数为
    32： 根据权利要求 31 所述的方法， 其中， 所述矩形波串的长度处于 2 至 128 的范围内。
    33： 根据权利要求 22 所述的方法， 还包括以下步骤 ： 将所述无异常值的磁通量数据流的经平滑的量值与一组探测极限进行比较。
    34： 根据权利要求 33 所述的方法， 还包括以下步骤 ： 使经平滑的量值经过至少低通滤波器， 以确定探测事件的长度。
    35： 根据权利要求 34 所述的方法， 其中， 所述至少一个低通滤波器的传递函数为 其中 m ≤ n。
    36： 根据权利要求 20 所述的方法， 还包括以下步骤 ： 响应于探测事件使计数器递增。
    37： 根据权利要求 20 所述的方法， 还包括以下步骤 ： 显示探测事件。
    38： 根据权利要求 20 所述的方法， 还包括 ： 基于通过事件向远程装置发出信号。
    39： 根据权利要求 20 所述的方法， 还包括以下阻止步骤 ： 阻止非通过事件的探测。
    40： 根据权利要求 39 所述的方法， 还包括具有以下子步骤的所述阻止步骤 ： 将所述至少一个磁强计传感器锁定。
    41： 根据权利要求 39 所述的方法， 还包括具有以下子步骤的所述阻止步骤 ： 在通过事件之后将探测器锁定预定时期。
    42： 根据权利要求 20 所述的方法， 所述处理步骤还包括以下子步骤 ： 估计噪声估计。
    43： 根据权利要求 20 所述的方法， 所述处理步骤还包括以下子步骤 ： 对所述磁通量数据流的量值进行平滑。
    44： 根据权利要求 20 所述的方法， 所述处理步骤还包括以下子步骤 ： 确定上探测阈值和下探测阈值 ； 将所述磁通量数据流的经平滑的量值与所述上探测阈值和下探测阈值至少之一进行 比较 ； 以及 基于比较的结果对探测值进行更新。
    45： 根据权利要求 44 所述的方法， 每个探测阈值为所述噪声估计的多个 “p” ， “p” 处于 1 至 10 的范围内。
    46： 根据权利要求 20 所述的方法， 还包括具有以下子步骤的所述处理步骤 ： 4 确定探测事件的时间长度。

    说明书


    用于管道中物体的基于磁强计的探测器

        背景技术 本发明大体上涉及管道监测系统， 更具体地涉及用于探测物体如清管器在管道中 通过的传感器。
         已开发各种装置以用于探测清管器在管道中通过。 可通过侵入式机械装置如具有 弹簧加载轴的螺纹适配器来探测 “非智能型 (dumb) 清管器” 或 “智能型清管器” 。轴具有裸 露端部和相对端部， 其中裸露端部具有弹簧加载杆或标记物， 相对端部延伸到管的内部空 间中。然而， 侵入式探测装置需要在工作管路中制孔或热攻丝 (hot-tapping)， 这对于管道 操作者而言常常是昂贵且不便的过程。因此， 管道操作者常常优先选择完全位于管道之外 且无需附加的热攻丝或焊接的非侵入式探测装置。
         存在两种主要类型的非侵入式探测装置 ： 声波探测器 / 超声探测器， 其探测声音 改变 ； 以及电磁探测器， 其探测周围磁场改变。 被动声波探测器可对由穿过管道行进的物体 所引起的声音改变进行探测， 但无法容易地在这种声音改变与由环境噪声如泵或机动车辆 所引起的声音改变之间进行区分。主动声波探测器可通过传递超声波信号来消除此问题， 但这种装置昂贵且需要高水平的功率， 并且因功率需要而限制或阻止电池供电选择。
         电磁探测器常常使用一个或多个线圈来探测磁通量随时间的改变。 周围磁场的改 变在一个或多个线圈中感应生成与磁场随时间的改变成比例的电压。因此， 缓慢行进的铁 磁体可能无法在线圈中产生足够的电压来产生探测事件。
         磁强计不依赖于物体的速度， 其通过随时间测量瞬时通量来确定磁通量的改变。 因此， 磁强计可对引起电磁场改变的任何物体进行探测， 而无论物体速度如何。然而， 磁强 计可受到错误警报的影响。因此， 必须使用合适的方法以进行噪声消除、 信号处理、 以及周 围磁场屏蔽。
         发明内容
         用于对物体管道中通过进行探测的系统和方法包括 ： 非侵入式探测装置， 容纳一 个或多个被屏蔽的磁强计传感器 ； 以及微控制器， 具有自适应阈值探测装置。 采用具有备用 电池源的 AC/DC 电源向装置供电。优选地， 电池备用电源配置为在暴露于周围环境之前将 电接触断开， 由此使探测装置适用于防爆区域。
         优选地， 磁强计传感器为使用磁导率可变的材料的磁通量传感器以直接测量通 量， 并且磁强计传感器彼此正交布置。围绕传感器的内部屏蔽件为电隔绝材料。外部屏蔽 件为透磁材料。与微处理器通信的显示单元显示各种统计数据， 其中包括所探测到的物体 数目和其通过时间。
         探测装置可以具有可调整端部， 以对显示单元进行定向并将磁强计传感器定位在 管道外表面附近。当将装置定位在管道上时或使装置移动至管道上的不同位置时， 可以使 用簧片开关或其他装置以锁定探测装置。一旦探测装置处于其适当位置并解锁， 则处理输 入磁通量数据流的磁强计传感器和微控制器可发出探测信号。
         所采用的自适应阈值探测装置首先将异常数据从磁通量数据流去除。然后， 使该无异常值的数据流经过 4 个低通滤波器。第一低通滤波器通过将偏差值从磁通量数据流去 除以及将数据流限制为不大于异常值极限的值来估计基线。然后， 第二低通滤波器使用基 线估计来产生噪声估计。第三低通滤波器为矩形波串 (boxcar) 滤波器， 其提供数据流的经 平滑的量值。将经平滑的量值与一组上探测极限和下探测极限进行比较， 然后使其经过第 四低通滤波器以确定通过事件的长度。 如果发生了通过事件， 则使显示单元的计数器递增， 并且记录通过事件。由于单个物体可产生多个探测或探测事件， 因此可将探测器在通过事 件之后锁定预定时期， 以阻止当同一物体经过探测器时对其进行的第二次探测。 为此， 优选 贝叶斯锁定估计器。
         通过以下结合附图和所附的权利要求对优选实施方式的详细描述， 可以更好地理 解本发明。 附图说明 图 1 为根据本发明制成的非侵入式探测器的实施方式的正视图。传感器插板 ( 参 见图 8 至图 11B) 包括微控制器， 至少一个磁强计传感器 (“传感器” ) 位于传感器壳体的下 部。传感器壳体旋入可拆卸地紧固至管的基座结构中， 直至壳体底部与管表面接触。位于 导管组件部分上端处的显示器壳体容纳数字显示器， 数字显示器对管道内的物体在其经过 探测器之下时的探测进行指示。设置现场接线的导管盒以将探测器连接至 AC/DC 电源以及 容纳接线以例如与控制管道阀开启和关闭的控制室连通。
         图 2 为图 1 所示实施方式的侧视图。显示器壳体容纳包括数字显示器插件和 DC 电源 ( 参见图 6 和图 7) 的组件。当位于显示器壳体后部的带螺纹的盖被旋松时， DC 电源 断开连接， 由此提供在防爆区域使用探测器的安全环境。
         图 3 为图 1 的显示器面板的正视图。位于显示器面板前部的磁簧开关对位于显示 器上的计时器进行重置。第二磁簧开关使探测器处于锁定模式或解锁锁模式， 并允许操作 者滚动浏览物体探测历史。 当处于锁定模式时， 装置无法探测物体， 探测器可在管道上的多 个位置之间移动而不会引起无用的探测。如果探测器是电池供电的， 则电池图标显示电池 使用时间。
         图 4 为图 1 的显示板的另一正视图， 其示出探测器线连接至 AC/DC 电源 ( 例如， 24v 电源 ) 且电池并未处于使用中。设置视觉指示以显示统计数据， 如所探测的物体的数目、 自 历史中探测到任意物体以来的时间、 以及自重置后逝去的时间。
         图 5 为图 2 所示的显示器插件的立体图。显示器面板和数字显示器位于组件的上 端。 绕插件体的外周设有对称的槽， 以将插件保持在显示器壳体中， 并确保显示器的正确定 向及提供适当的内部接线访问。
         图 6 为后盖从显示器壳体移除的图 1 所示探测器的立体图。由于电池与位于显示 单元内的弹簧加载触点接触， 因此与电池的所有电接触在后盖完全移除之前断开。在电池 与盖之间设置有优选地固定至后盖下侧得隔绝垫， 以阻止与盖的电接触。
         图 7 为图 1 所示显示器壳体的部分后侧立体图。电池位于由插件体接纳的支架 / 电池保持器中。
         图 8 为传感器壳体的视图。传感器壳体接纳包括微控制器和磁强计传感器的传感 器插板。
         图 9 为用于图 8 的传感器插板的屏蔽件的视图。内护罩优选地为电隔绝材料。外 护罩优选地为磁渗透材料。
         图 10 为图 8 的传感器插板的视图。传感器插板包括用于与显示器 ( 可以是远程 设置的显示器 ) 或控制系统通信的接口、 运行自适应阈值算法 ( 参见图 12 至图 19) 的微控 制器以及传感器。 优选地， 传感器为使用磁导率可变材料来直接测量磁通量的磁通传感器。
         图 11A 和图 11B 示出图 8 的传感器插板的可替代实施方式。两个传感器彼此正交 设置。传感器插板可使用传感器的 1-D、 2-D、 3-D 或 n-D 阵列， 阵列的区别可在于传感器元 件的定向和分离。然而， 正交定向是优选的。
         图 12 为信号处理算法的流程图， 该算法由微控制器执行以处理 n-D 传感器阵列所 采集的数据。探测方案为对一个或多个传感器使用实时噪声估计的自适应阈值算法。
         图 13 为图 12 所示算法的异常值去除步骤的流程图。
         图 14 为图 12 所示算法的基线估计步骤的流程图。
         图 15 为图 12 所示算法的噪声估计步骤的流程图。
         图 16 为图 12 所示算法的矩形波串或输入平滑步骤的流程图。
         图 17 为图 12 所示算法的探测器步骤的流程图。
         图 18 为图 12 所示算法的时间鉴别器步骤的流程图。 图 19 为图 12 所示算法的贝叶斯锁定步骤的流程图。具体实施方式
         下面对基于磁强计的探测器进行描述， 该基于磁强计的探测器的应用不限于附图 中所示的构造、 部件设置、 和处理流程的细节。 本发明能够具有其他实施方式并且能够以各 种方式来实践或实施。本文所采用的用语和术语出于说明目的而并非限制。
         附图中所示元件由以下数字标识 ：
         首先参照图 1、 图 10 和图 12， 位于管道部分 P 外侧的探测器 10 采用磁强计传感器 60 和探测算法 100 来对物体在管道中的存在进行探测。物体可以在管道部分 P 内运动， 且 探测器 10 在管道上固定不动。管道中的物体可以是用于管道维护或检查的 “清管器” 。该 物体可携带磁源或者物体的固有性质可允许进行探测。 从明显的物体示例可以是包含相当 大量铁磁材料的 “刷式” 清管器或清管器。
         通过探测算法 100 对来自磁强计传感器 60 的测量进行处理以产生 “通过事件” ， 探 测算法 100 为自适应阈值算法。该事件可通过数字显示器 70 或发光二极管 87 显示和 / 或计数。该事件还可触发用于信号远程装置的输出， 信号远程装置诸如用于对管道中阀门的 开启和关闭进行控制的控制系统。
         如图 1 和图 2 所示， 探测器 10 通过安装基座 40 可拆卸地紧固至管道部分 P， 安装 基座 40 接纳传感器壳体 20 的螺纹部 25。这种设置提供以下功能 ： (1) 对传感器壳体 20 的 下端 23 与管道部分 P 的外壁表面之间的距离进行调整 ； 以及 (2) 对显示器壳体 90 的方向 进行定向。优选地， 螺纹部 25 旋入基座 40 中直至螺纹部 25 的下端 23 与管道部分 P 的外 壁表面接触。基座 40 的两个相对的托架 41 每一个都接纳钩环销 43 和链 47 的端部。链 47 与螺丝扣 45 一同用于将基座 40 紧固在管道部分 P 上的所需位置。探测器 10 的上述可调 整特征提供对磁强计传感器 60 进行定位的功能， 以实现最大探测能力。
         在导管组件部分 30 的上端 37 设有显示器壳体 90。优选地， 显示器壳体 90 可拆卸 地紧固至导管组件部分 30。显示器壳体 90 接纳显示器插件 70， 显示器插件 70 提供各种指 示和统计数据 ( 参见讨论图 3 至图 5 的下文 )。位于插件体 72 外周的对称槽 74 确保显示 器 71 的正确定向并提供必要的接线访问。显示器壳体 90 的前盖 91 提供显示器插件 70 的 数字显示器 71 用的窗口。
         导管组件部分 30 位于传感器壳体 20 的上端 21。导管组件部分 30 包括三通接头 35， 以将探测器 10 连接至现场接线导管盒 33。 导管盒 33 可包括接线， 以使探测器 10 与 AC/ DC 电源连通、 使探测器 10 与控制室线连接、 或者向远程显示器插件 70 提供接线。 还可以对 填充塞 31 进行设置以添加填料、 填充物、 充填复合物或密封剂。 现在参照图 3 至图 5， 显示器插件 70 可包括显示各种指示和统计数据的数字显示 器 71。在优选实施方式中， 数字显示器 71 显示物体计数指示 73、 物体通过历史指示 75、 物 体图标 77、 自最后重置指示以来的时间 79、 以及自历史指示中最后物体以来的时间 81。显 示器 71 上的微控制器 ( 未示出 ) 从位于传感器插板 50( 参见图 8) 上的微控制器 51 和磁 强计传感器 60 接收信息。
         显示器插件 70 还包括电源指示 83， 其指示探测器 10 在电池电源 ( 图 3) 下运行还 是在 AC/DC 电源 ( 图 4) 下运行。当处于电池电源时， 电源指示 83 优选地显示指示电池使 用时间的电池图标 83。
         数字显示器 71 还包括锁定 / 非锁定状态指示 85。磁簧开关 89B 使探测器 10 处 于锁定或非锁定模式， 由此提供控制无用探测的功能。当处于锁定模式时， 探测器 10 被阻 止探测物体， 并可在管道上的多个位置之间移动。磁簧开关 89B 还允许使用者与统计数据 互动并滚动浏览如指示 75 和 81 所指示的整个物体历史。第二磁簧开关 89A 对计时器 79 进行重置。显示单元 70 还包括发光二极管指示 87 来指示近期通过是否发生。当簧片开关 89A 和 89B 被触发时， 发光二极管指示 87A 和 87B 分别变亮。
         如图 6 和图 7 所示， 显示单元 70 优选地包括电池组 94。电池 97 置于其中的支架 / 电池保持器 95 由显示器插件 70 的内部空间所接纳。位于显示器插件 70 内的弹簧加载触 点 ( 未示出 ) 压靠电池组 94 的远端， 从而当使用者将显示壳体 90 的后盖 93 旋松时， 电池 组 94 被迫远离触点并移向后退的后盖 93。 因此， 在后盖从壳体 90 完全移除之前， 弹簧加载 触点与电池组 94 之间的连接断开。该特征用于探测器 10 在防爆区域中的使用。在电池组 94 的近端与后盖 93 之间设有隔绝垫 99。
         现在参照图 8 至图 11B， 传感器壳体 20 容纳传感器插板 50。位于传感器插板 50
         上的微控制器 51 接收由磁强计传感器 60 采集的数据并运行探测算法 100( 参见图 12) 以 确定是否发生通过事件。作为现有技术已知类型的微控制器 51 通过通信接口 55 与显示单 元 70 或其他系统通信。在优选实施方式中， 接口 55 为 RS485 接口。插板 50 还包括振荡器 53， 振荡器 53 由比较器、 模拟开关阵列和与门阵列构成。
         探测器 10 可使用磁强计传感器 60 的 1-D、 2-D、 3-D 或 n-D 阵列， 其中上述阵列的 区别在于 ： 相对于彼此的定向 ； 单个传感器元件的分离 ； 或者相对于彼此的定向和单个传 感器元件的分离这两者。当使用多个传感器 60 时， 如图 11A 和图 11B 所示的正交定向是优 选的。可以使用偏置但具有共同定向的传感器 60 来改进使用符合选择 ( 或相关 ) 算法的 探测过程。
         各种磁强计技术可用于传感器 60。 在优选实施方式中， 传感器 60 为使用磁导率可 变材料的磁通量传感器。 通量的改变将磁强计的有效电感改变。 由 PNI Corporation， Inc. (Santa Rosa， CA) 制造的通量传感器是有效的磁通量传感器 60。
         数字信号处理对于探测过程而言是必要的， 数字的、 自适应探测算法是优选的信 号处理算法。如图 12 所示， 探测方案是基于用于传感器 60 的实时噪声估计的自适应阈值 探测过程 100。 参数化允许过程 100 被调整以用于最广泛应用， 并具有最少的错误警报和高 的探测可能性。在下面对过程 100 的说明中指示关键参数的优选范围和值。 通过微处理器 51 执行的探测过程 100 可包括所有以下处理步骤 ： 异常值的自动消 除、 测量偏差的计算和去除、 测量噪声的估计、 建立具有和不具有滞后的阈值、 顺序探测、 以 及事件时间鉴别 / 探测。传感器 60 采集磁强计数据 101( “mag 数据” 或 mag) 以进行处理， 探测事件 103 通过包括但不限于振幅、 持续时间、 和先前事件在内的多个标准来确定。还可 通过使用图样识别技术来说明传感器 60 的响应的细微结构。
         首先， 通过处理步骤 110 即异常值的消除， 来处理 mag 数据 101 ：
         magi ＝ min(magi- 基线估计 i-1*signum(magi)， 异常值极限 )
         ( 公式 1)
         参见图 13 和子步骤 113-117。在偏差 ( 基线 ) 从测量值去除之后， 输入被限制成 少于或等于异常值极限。在整个运行过程中保留标记。 “signum” 函数返回自变量的符号。 “min” 函数返回自变量列表的算术最小值。然后， 无异常值的磁强计数据被返回到过程 100 并经过低通滤波器以对基线进行估计。
         处理步骤 130 即基线的估计为 ：
         基线估计 i ＝基线估计 i-1+(magi- 基线估计 i-1)*f/65536 ( 公式 2)
         参见图 14 和子步骤 131-137。处理步骤 130 为低通滤波器， 其用于为测量估计从 零的偏差。低通滤波器为简单的指数类型。用于滤波器的传递函数 (transfer function) 为：
         ( 公式 3)
         其中
         时间常量 “f” 的值可处于 1 至 4096 的范围内。 “f” 的优选值为 128。基线估计为 ：
         基线估计＝ Hi(z)*mag ( 公式 4)
         处理步骤 150 提供噪声估计 ：
         噪声 i ＝ max( 噪声 i-1+(abs(magi- 基线估计 i-1)- 噪声 i-1)*(fn/65536)， 最小噪 声) ( 公式 5)
         参见图 15， 子步骤 151-163。这是低通滤波器， 其产生用于探测过程所需的自适应 阈值选择的噪声估计。噪声水平一直为正并由最小值限制。用于滤波器的传递函数为 ：
         ( 公式 6) 其中
         时间常量 “fn” 的值可处于 1 至 256 的范围内。 “fn” 的优选值为 32。
         噪声估计为 ：
         噪声＝ H2(z)*(abs(mag- 基线 )) ( 公式 7)
         然后， 在处理步骤 170 中通过使用 “矩形波串 (boxcar)” 低通滤波器以将输入磁强 计值进行平滑。参见图 16， 子步骤 171-181。滤波器的结构为 ：
         ( 公式 8)
         该滤波器用于在量值处理 ( 绝对值 ) 之后使响应成形。矩形窗的长度可处于 2 至 128 的范围内。在优选配置中， 长度为 32。
         在输入平滑之后， 探测过程在处理步骤 190 中发生。参见图 17， 子步骤 191-201。 探测过程为包括探测器的先前值的顺序过程。如果探测器的当前值为 “关” 且经平滑的量 值大于上阈值， 则探测器转为 “开” 。如果探测器为 “开” 且经平滑的量值小于下阈值， 则探 测器转为 “关” 。输入的其他条件不会引起探测器值的任何改变。以公式形式 ：
         如果
         (H3(z)*(abs(magi)- 基线估计 i) ≥上阈值 i) 且 ( 探测器 i-l ＝ 0)
         则探测器 i ＝ 1 ( 公式 9a)
         如果
         (H3(z)*(abs(magi)- 基线估计 i) ≤下阈值 i) 且 ( 探测器 i-l ＝ 1)
         则探测器 i ＝ 0 ( 公式 9b)
         否则探测器 i ＝探测器 i-l ( 公式 9c)
         上探测阈值和下探测阈值的确定为 ：
         上阈值 i ＝ p1* 噪声 i ( 公式 10a)
         下阈值 i ＝ p2* 噪声 i ( 公式 10b)
         p1 和 p2 的值可处于 1 至 10 的范围内。p1 的优选值为 3。p2 的优选值为 1。
         在探测事件之后， 处理步骤 210 使用时间来确定事件范围。参见图 18， 子步骤 211 至 221。 以下类型的一个或多个滤波器可用于将事件特征化， 以确定是否存在单个或多个事 件：
         ( 公式 11)其中 m ≤ n
         该传递函数在所探测到的输出上运行， 所探测到的输出的值为 0 或 1。 可使用各种 长度的矩形窗来区分短事件与长事件。经过探测极限的最长窗指示单个事件的范围 ：
         事件探测＝ H4(z)* 探测 ( 公式 12)
         由于单个清管器或物体可能呈现多个磁场， 处理步骤 230 即锁定 (lockout) 鉴别 器可用于当物体经过探测器 10 时阻止对单个物体而言多个通过事件被探测到。 参见图 19， 子步骤 231 至 253。在优选实施方式中， 处理步骤 230 采用贝叶斯锁定估计器。如果存在通 过事件， 则探测计时器递增并且其他探测被锁定预定时期。 一旦超出预定时期， 则探测器解 锁并被初始化， 且锁定计时器停止并被清除直至下一探测事件。类似于簧片开关 89B， 处理 步骤 230 提供控制无用探测的功能。
         尽管以一定程度的具体性对探测器 10 和过程 100 进行了描述， 但是可在不背离本 公开的精神和范围的情况下， 对构造细节和部件或步骤的设置进行许多改变。 因此， 本发明 不限于本文记载的用于例示目的的实施方式， 而仅受限于所附权利要求的范围， 所附权利 要求的范围包括其每个元素均被授权的等同的全部范围。

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    用于 管道 物体 基于 磁强计 探测器
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