Автономное устройство для снятия и удаленной передачи показаний измерительных приборов и способ его работы Российский патент 2024 года по МПК G08C17/00 G06F17/40 

Автономное устройство для снятия и удаленной передачи показаний измерительных приборов с технологического оборудования относится к измерительному оборудованию, а именно к теплоизолированному устройству, которое регистрирует параметры вибрации, температуру, пространственное положение трубопровода, а также положение стрелки на разных видах механического манометра и позволяет обеспечить сбор, обработку и передачу информации об изменении контролируемых параметров объекта. Данные, получаемые с устройства, отображаются в приложении (в базе данных для целей оперативной обработки результатов), что позволяет получать информацию своевременно.

Известен патентный документ RU 2157514 С1, опубл. 10.10.2000, который раскрывает изобретение, относящееся к техническому диагностированию магистральных трубопроводов и которое может быть использовано для диагностирования уложенных магистральных нефтепроводов и газопроводов. С помощью датчиков выполняют измерения диагностических параметров и получают последовательности цифровых и аналоговых сигналов, соответствующих измеряемым диагностическим параметрам. Аналоговые сигналы преобразуют в цифровую форму. Полученные цифровые данные накапливают в оперативной памяти бортового компьютера сверхбольшой емкости или в накопителе цифровых данных на элементах буферной памяти прямого доступа. После завершения диагностического пропуска по накопленным цифровым данным определяют измеренные диагностические параметры. Реализация изобретения позволяет сократить время выполнения технического диагностирования заданного участка магистрального трубопровода и уменьшить энергопотребление диагностического оборудования на заданном участке трубопровода. Указанный способ реализуется при помощи устройства, содержащего корпус транспортного устройства для пропуска внутри трубопровода, установленные на транспортном устройстве датчики, чувствительные к диагностическим параметрам трубопровода, источник питания. Кроме того, устройство содержит бортовой компьютер, содержащий накопитель полученных цифровых данных, который включает в себя буферную память прямого доступа и периферийный накопитель цифровых данных . Память прямого доступа имеет объем более 6000 Мбайт. Периферийный накопитель цифровых данных выполнен на элементах динамической памяти прямого доступа и имеет объем более 6000 Мбайт.

Известен патентный документ RU 2697007 С1, опубл., который раскрывает устройство для внутритрубного диагностирования промысловых транспортных и магистральных жидкостных трубопроводов, перекачивающих неагрессивные жидкости, нефть, нефтепродукты и газ. Сущность изобретения заключается в том, что устройство внутритрубной диагностики магистральных трубопроводов выполнено с возможностью перемещения внутри трубопровода под давлением транспортируемой по трубопроводу жидкости, включает разъемный корпус сферической формы с размещенными внутри него датчиками магнитного поля, температуры, давления и акустическими датчиками, акселерометрами и устройством записи данных, измеренных датчиками, дополнительно содержит источник питания и генератор тактовой частоты, при этом датчики акустической эмиссии выполнены с возможностью приема сигнала эмиссии в звуковой и сверхзвуковой областях частот, в качестве датчиков магнитного поля используют не менее четырнадцати однокомпонентных датчиков постоянного магнитного поля, равномерно и симметрично расположенных по внутренней поверхности корпуса таким образом, чтобы была обеспечена высокая степень их взаимной соосности.

Все известные решения направлены на повышение точности и надежности обнаружения и оценки опасности дефектов, местоположения и геометрических размеров дефекта.

Существующие аналоги функционируют только при использовании полноценной телеметрии и полном энергообеспечением объекта.

Задачей предлагаемой группы изобретений является расширение арсенала известных устройств и способов снятия и удаленной передачи показаний измерительных приборов с различного оборудования, одновременно группа изобретений достигает высокую точность измерения показаний и оперативную передачу показаний на различные устройства и сервера обработки информации. Устройство обеспечивает мониторинг таких параметров систем, как температура, вибрация и давление, в точках, находящихся в не проектных, удаленных местах, не имеющих системы телеметрии и электрификации.

Технический результат - высокая теплоизоляция деталей, которая одновременно обеспечивает защиту элементов от воздействия окружающей среды и позволяет осуществлять замер температуры непосредственно трубопровода при низких температурах, при одновременном исключении необходимости частого обслуживания устройства, что подтверждается надежность устройства и долговечность устройства и всех его деталей.

Технический результат достигается за счет автономного устройства для снятия и удаленной передачи показаний измерительных приборов, которое включает в себя микроконтроллер, выполненный с возможной поддержкой LoRa-интерфейса и управляющий работой всей систем, модуль приемопередатчика на LoRa, модуль 3-х осевого гироскопа и акселерометра, в основе которого лежит микросхема с двумя датчиками: акселерометр на три координаты и трехосевой гироскоп, при этом акселерометр, выполнен в виде датчика вибрации и измеряет ударное и вибрационное ускорение в системах диагностики, гироскоп выполнен с возможностью измерять угловые скорости по трем осям с разными пределами измерений, модуль зарядного устройства для литиевых АКБ с защитой от токовой перегрузки и переразряда с возможностью подключение модулей автономной работы, датчик фиксации стрелки манометра - датчик расстояния и/или датчик Холла, и/или камера с распознаванием цифровых значений видеопотока и литий-полимерный аккумулятор, при этом все детали выполнены с защитой из вспененного каучука толщиной 15 мм.

Устройство дополнительно включает в себя модуль WiFi, и/или Bluetooth, и/или модем для соединения с Интернет.

Автономное устройство для снятия и удаленной передачи показаний измерительных приборов, в котором к модулю зарядного устройства подключен литий-полимерный аккумулятор.

Автономное устройство дополнительно оснащено радиатором и солнечной батарей.

Способ работы устройства автономного устройства для снятия и удаленной передачи показаний измерительных приборов, в котором модуль 3-х осевого гироскопа и акселерометра регистрирует вибрации и температуру трубопровода в точке, акселерометр преобразует механические колебания в электрический сигнал, пропорциональный ускорению, показания стрелки манометра фиксируются датчиком расстояния и/или датчиком Холла, и/или камерой с распознаванием цифровых значений видеопотока, которые регистрируют изменения и переводят их в электрический сигнал, затем сигналы поступают в микроконтроллер, где происходит аналого-цифровое преобразование сигнала, интегрирование измеряемой величины, цифровая фильтрация и выдача измеренного значения в нормированном виде, далее полученная информация передается по цепочке c помощью LoRa другим установленным на трубопроводе устройствам до головного датчика по сети, с головного, затем данные об изменении параметров поступают на сайт/базу данных, откуда передаются в разработанное для устройства приложение.

Питание осуществляется при помощи модуля зарядного устройства.

Передача данных осуществляется на любое устройство, которое можно подключить по Wi-Fi, Bluetooth, Интернет.

Фигуры 1 и 2 схематично иллюстрируют два варианта автономного устройства для снятия и удаленной передачи показаний измерительных приборов, которое размещено и работает на трубопроводе (трубе), например, нефтепровода или газопровода, со следующими позициями основных элементов в теплоизоляции:

1 - манометр;

2 - солнечная батарея;

3 - радиатор;

4 - вспененный каучук;

5 - труба;

6 - датчик расстояния (лидар);

7 - автономного устройства для снятия и удаленной передачи показаний измерительных приборов (вариант, когда устройство «утоплено» в каучуке (фиг. 2).

Устройство предназначено для контроля параметров работы трубопровода и контроля пространственного положения стрелки механического манометра, разработано для использования в нефтегазовой отрасли в рамках цифровизации производства с целью обеспечения высокой точности измерения параметров вибрации, температуры и определения положения в пространстве объектов в условиях отдаленных северных месторождений (большой диапазон колебаний температуры окружающей среды, интенсивные колебания, ветровые и снеговые нагрузки, отсутствие электрификации и т.д.).

Основным отличием и преимуществом в устройстве является выполнение защиты деталей вспененным каучуком толщиной 15 мм, который обеспечивает защиту элементов от воздействия окружающей среды и позволяет осуществлять замер температуры непосредственно трубопровода.

Также в состав устройства включен модуль снятия показания стрелки манометра 1, основанный на жесткой фиксации датчиков расстояния (лидар) или датчиков Холла, или камеры с распознаванием цифровых значений видеопотока.

Конструктивно устройство включает в себя модули:

- Микроконтроллер (с возможной поддержкой LoRa-интерфейса), управляющий работой всей системы;

- Модуль приемопередатчика на LoRa;

- Модуль 3-х осевого гироскопа и акселерометра, в основе которого лежит микросхема с двумя датчиками: акселерометр на три координаты и трехосевой гироскоп. Акселерометр, называемый иначе датчиком вибрации или вибродатчиком, измеряет ударное и вибрационное ускорение в системах диагностики. Гироскоп измеряет угловые скорости по трем осям с разными пределами измерений.

Совместное использование акселерометра и гироскопа позволяет определить движение тела в трехмерном пространстве. Их данные проходят предварительную обработку и передаются по последовательному интерфейсу I2C в микроконтроллер.

- Модуль зарядного устройства для литиевых АКБ с дополнительной защитой от токовой перегрузки и переразряда с возможностью подключения модулей автономной работы

- Датчик фиксации стрелки манометра - датчик расстояния (лидар) или датчик Холла, или камера с распознаванием цифровых значений видеопотока.

- Литий-полимерный аккумулятор.

Таким образом, очевидно, что устройство создано для условий удаленных северных месторождений с целью защиты и теплоизоляции элементов устройства «утопленных» во вспененном каучуке, и для фиксации температуры, колебания и положения используется один модуль.

Устройство выполнено со средством регистрации положения указателя манометра для фактической фиксации стрелки на манометре и выставления контролируемого уровня давления, что обеспечивает удобство, точность и оперативность в его работе.

Принцип работы автономного устройства заключается в том, что модуль 3-х осевого гироскопа и акселерометра регистрирует вибрации и температуру трубопровода в точке, где установлено устройство. Акселерометр преобразует механические колебания в электрический сигнал, пропорциональный ускорению. Показания стрелки манометра фиксируются датчиком расстояния (лидар) 6 и/или датчиком Холла, и/или камерой с распознаванием цифровых значений видеопотока, которые регистрируют изменения и переводит их в электрический сигнал. Сигналы поступают в микроконтроллер, где происходит аналого-цифровое преобразование сигнала, интегрирование измеряемой величины, цифровая фильтрация и выдача измеренного значения в нормированном виде.

Далее необходимо передать полученную информацию по цепочке c помощью LoRa другим установленным на трубопроводе устройствам до головного датчика по сети, с головного (на котором может находится модуль WiFi) - на любое устройство, которое можно подключить по Wi-Fi.

В итоге данные об изменении параметров поступают на сайт/базу данных, откуда передается в разработанное для устройства приложение.

Питание осуществляется при помощи модуля зарядного устройства (ЗУ), для этого к модулю ЗУ подключен литий-полимерный аккумулятор.

Выполненная из вспененного каучука теплоизоляция устройства позволяет работать в критических условиях и собирать данные даже с пластиковых труб.

Устройство помещается во внутрь вспененного каучука (в отдельных вариантах покрываются каучуков все элементы по отдельности), который имеет низкий коэффициент теплопроводности (0,033 Вт/(м⋅°С)), обладает гидрофобными, электроизоляционными свойствами, эластичностью, устойчив к влиянию микроорганизмов и атмосферных явлений.

Для корректной работы устройства в теплоизоляции предусмотрены открытые области. А также предусмотрено технологическое отверстие для взаимодействия элемента Пельтье с окружающей средой, установленное таким образом, чтобы тепло от трубы 5 передавалась на элемент Пельтье, а прислоненный радиатор производил его охлаждение.

Сверху на вспененный каучук 4 возможно установка солнечной батареи 2.

Дополнительно система устройства оснащена радиатором 3 и солнечной батарей 2 для целей бесперебойной работы.

Автономное устройство для снятия и удаленной передачи показаний измерительных приборов прошло все необходимые испытания в различных климатических режимах и зарекомендовало себя, как надежное, точное, неприхотливое и современное устройство, которое может выполняться в различных вариантах исполнения в зависимости от особенностей трубопровода, климатических условий и необходимых параметров и данных.

Группа изобретений относится к автономному устройству и способу для снятия и удаленной передачи показаний измерительных приборов с технологического. Автономное устройство для снятия и удаленной передачи показаний измерительных приборов включает в себя микроконтроллер, с поддержкой LoRa-интерфейса и управляющий работой всей систем, модуль приемопередатчика на LoRa, модуль 3-осевого гироскопа и акселерометра, модуль зарядного устройства для литиевых АКБ с защитой от токовой перегрузки, датчик фиксации стрелки манометра - датчик расстояния, и/или датчик Холла, и/или камера с распознаванием цифровых значений видеопотока и литий-полимерный аккумулятор, при этом все детали выполнены с защитой из вспененного каучука. Технический результат - обеспечение высокой теплоизоляции деталей, которая одновременно обеспечивает защиту элементов от воздействия окружающей среды и позволяет осуществлять замер температуры непосредственно трубопровода при низких температурах. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Автономное устройство для снятия и удаленной передачи показаний измерительных приборов, отличающееся тем, что включает в себя микроконтроллер, выполненный с возможной поддержкой LoRa-интерфейса и управляющий работой всей систем, модуль приемопередатчика на LoRa, модуль 3-осевого гироскопа и акселерометра, в основе которого лежит микросхема с двумя датчиками: акселерометр на три координаты и трехосевой гироскоп, при этом акселерометр выполнен в виде датчика вибрации и измеряет ударное и вибрационное ускорение в системах диагностики, гироскоп выполнен с возможностью измерять угловые скорости по трем осям с разными пределами измерений, модуль зарядного устройства для литиевых АКБ с защитой от токовой перегрузки и переразряда с возможностью подключения модулей автономной работы, датчик фиксации стрелки манометра - датчик расстояния и/или датчик Холла, и/или камера с распознаванием цифровых значений видеопотока и литий-полимерный аккумулятор, при этом все детали выполнены с защитой из вспененного каучука.

2. Автономное устройство для снятия и удаленной передачи показаний измерительных приборов по п. 1, отличающееся тем, что вспененный каучук выполнен толщиной 15 мм.

3. Автономное устройство для снятия и удаленной передачи показаний измерительных приборов по п. 1, отличающееся тем, что дополнительно включает в себя модуль WiFi, и/или Bluetooth, и/или модем для соединения с Интернет.

4. Автономное устройство для снятия и удаленной передачи показаний измерительных приборов по п. 1, отличающееся тем, что к модулю зарядного устройства подключён литий-полимерный аккумулятор.

5. Автономное устройство для снятия и удаленной передачи показаний измерительных приборов по п. 1, отличающееся тем, что дополнительно оснащено радиатором и солнечной батарей.

6. Способ работы устройства автономного устройства для снятия и удаленной передачи показаний измерительных приборов по п. 1, отличающийся тем, что модуль 3-осевого гироскопа и акселерометра регистрирует вибрации и температуру трубопровода в точке, акселерометр преобразует механические колебания в электрический сигнал, пропорциональный ускорению, показания стрелки манометра фиксируются датчиком расстояния, и/или датчиком Холла, и/или камерой с распознаванием цифровых значений видеопотока, которые регистрируют изменения и переводят их в электрический сигнал, затем сигналы поступают в микроконтроллер, где происходит аналого-цифровое преобразование сигнала, интегрирование измеряемой величины, цифровая фильтрация и выдача измеренного значения в нормированном виде, далее полученная информация передаётся по цепочке c помощью LoRa другим установленным на трубопроводе устройствам до головного датчика по сети, с головного затем данные об изменении параметров поступают на сайт/базу данных, откуда передаются в разработанное для устройства приложение.

7. Способ работы устройства автономного устройства для снятия и удаленной передачи показаний измерительных приборов по п. 6, отличающийся тем, что питание осуществляется при помощи модуля зарядного устройства.

8. Способ работы устройства автономного устройства для снятия и удаленной передачи показаний измерительных приборов по п. 6, отличающийся тем, что передача данных осуществляется на любое устройство, которое можно подключить по Wi-Fi, Bluetooth, Интернет.