專利名稱：可浸入液體的探針的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明主要涉及可浸入液體中的傳感系統(tǒng)。更具體地，本發(fā)明涉及用 于檢測(cè)與流體環(huán)境的流體相關(guān)聯(lián)的參數(shù)的可浸入液體中的探針。
背景技術(shù)：
各種流體被存儲(chǔ)在地上和地下的流體存儲(chǔ)箱中。例如，基于石油的產(chǎn) 品(例如燃油或汽油)通常就存儲(chǔ)在這樣的箱中。對(duì)于將流體存儲(chǔ)在這些 箱中的任何工業(yè)主要關(guān)注的是對(duì)于滿足工業(yè)和安全要求的這些流體的精
確控制和盤(pán)存(inventorying)。對(duì)于存儲(chǔ)易燃的流體(例如燃油和汽油) 的工業(yè)是尤其重要的。同樣，為了滿足這些工業(yè)的流體監(jiān)測(cè)需要對(duì)于更有 效的檢測(cè)策略存在持續(xù)的需求。
另外，為研究世界的海洋和淡水水體的物理、生物和地質(zhì)屬性，對(duì)于 更有效的檢測(cè)策略也存在持續(xù)的需求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明包括一種探針，所述探針用于在流體中配置和用于產(chǎn)生表示與 流體相關(guān)聯(lián)的參數(shù)的輸出。改變探針的密度以將探針從流體中的第一位置 移動(dòng)到流體中的第二位置。探針的移動(dòng)采用探針?biāo)鶖y帶的定位系統(tǒng)追蹤。


圖l示出在流體存儲(chǔ)箱中的流體中配置的本發(fā)明的可浸入液體的探
針；
圖2是圖1的可浸入液體的探針的框圖3示出用于采用圖1的探針確定流體深度的本發(fā)明的一種方法；
圖4示出用于采用圖1的探針確定流體深度的本發(fā)明的另一種方法；
圖5A示出用于采用圖1的探針確定多個(gè)流體層的深度的本發(fā)明的一
種方法；
圖5B示出裝備有可穿透淀積物的底部檢測(cè)凸出部的本發(fā)明的可浸入 液體的探針；
圖6示出在管道系統(tǒng)中配置的本發(fā)明的可浸入液體的探針；
圖7是包括傳輸線的圖1的可浸入液體的探針的實(shí)施例；
圖8是包括可充氣的氣囊的圖7的可浸入液體的探針的實(shí)施例；
圖9A是用于圖1的可浸入液體的探針的實(shí)施例的可釋放的重物的俯
視圖9B是沿著圖9A的線9B所取的圖9A的可釋放的重物的側(cè)剖面圖9C是固定到圖1的可浸入液體的探針的實(shí)施例的圖9A和9B的可釋
放的重物的剖視圖10A是用于圖1的可浸入液體的探針的實(shí)施例的兩個(gè)可釋放的重物
的俯視圖10B是沿著圖10A的線10B,和10B2獲得的圖10A的可釋放的重物的 剖面圖10C是固定到圖1的可浸入液體的探針的實(shí)施例的圖10A的可釋放 的重物的剖視圖10D示出正在從圖10C的可浸入液體的探針中釋放的圖10C的重物 中的一個(gè)。
具體實(shí)施例方式
圖1示出配置在流體存儲(chǔ)箱14中的流體12的本發(fā)明的可浸入液體的探 針10。如圖1所示，探針10是包括可浸入液體的外殼16和具有端20和22的 可選的柔性的傳輸線18的現(xiàn)場(chǎng)裝置?？山胍后w的外殼16在端20與傳輸線 18連接，并容納包括用于檢測(cè)與流體12相關(guān)聯(lián)的參數(shù)的一個(gè)或更多個(gè)傳感 器的電子部件?？山胍后w的外殼16抵抗流體滲透以保護(hù)容納在其內(nèi)部的 電子部件。
傳輸線18的端22與過(guò)程系統(tǒng)24連接，所述過(guò)程系統(tǒng)24可能是控制間、 另一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)裝置、或本領(lǐng)域內(nèi)己知的任何其他過(guò)程控制部件或過(guò)程控制系統(tǒng)。傳輸線18可以用于多種功能，例如，在探針10和過(guò)程系統(tǒng)24之間提供 通信連接、提供用于給探針10供電的裝置、提供用于從流體12中取回探針 的裝置，或其任意組合。在一些實(shí)施例中，傳輸線18包括用于將壓縮空氣 傳遞給探針I(yè)O (如下面更詳細(xì)地描述)以改變探針10的密度的空氣通道。
例如，在一個(gè)實(shí)施例中，傳輸線18包括用于給探針10供電和通信連接 的過(guò)程控制環(huán)(例如雙線過(guò)程控制環(huán)或四線過(guò)程控制環(huán))。適合的過(guò)程控 制環(huán)標(biāo)準(zhǔn)的示例包括4-20mA標(biāo)準(zhǔn)、HART⑧通信協(xié)議、 FOUNDATION⑧Fieldbus通信協(xié)議、Profibus通信協(xié)議或任何本領(lǐng)域內(nèi)的公 知的過(guò)程控制環(huán)標(biāo)準(zhǔn)。
當(dāng)被配置在諸如流體存儲(chǔ)箱14的流體環(huán)境中，探針10可以實(shí)現(xiàn)各種功 能。探針10適用于產(chǎn)生表示與流體環(huán)境相關(guān)聯(lián)的條件的輸出或一系列輸 出。在一些實(shí)施例中，探針10可以追蹤其在流體環(huán)境內(nèi)的移動(dòng)，并將傳感 器數(shù)據(jù)與流體環(huán)境內(nèi)的位置相匹配。另外，在一些實(shí)施例中，探針10可以 對(duì)其在流體環(huán)境內(nèi)的位置施加影響以檢測(cè)參數(shù)(例如流體深度)。
圖2是圖1所示的探針的框圖。如圖2所示，探針10包括傳感器30、信 號(hào)調(diào)節(jié)電路32、數(shù)據(jù)處理器34、輸出電路36、密度控制系統(tǒng)38和定位控制 系統(tǒng)40。每個(gè)傳感器30測(cè)量與流體12相關(guān)聯(lián)的參數(shù)并產(chǎn)生表示被檢測(cè)的參 數(shù)的傳感器信號(hào)。信號(hào)處理電路32接收傳感器信號(hào)并由數(shù)據(jù)處理器34調(diào)節(jié) 傳感器信號(hào)以供使用。數(shù)據(jù)處理器34產(chǎn)生作為經(jīng)過(guò)調(diào)節(jié)的傳感器信號(hào)的函 數(shù)的輸出。數(shù)據(jù)處理器34然后可以將所述輸出與輸出電路36進(jìn)行通信，以 經(jīng)由可選的傳輸線18傳遞到過(guò)程系統(tǒng)24。在一些實(shí)施例中，輸出電路36 是用于在探針10和過(guò)程系統(tǒng)24之間進(jìn)行信息的無(wú)線傳遞的無(wú)線通信電路。
數(shù)據(jù)處理器34也與密度控制系統(tǒng)38和定位系統(tǒng)40進(jìn)行通信。密度控制 系統(tǒng)38和定位系統(tǒng)40都可以包括信號(hào)調(diào)節(jié)電路，用于調(diào)節(jié)被數(shù)據(jù)處理器38 使用的信號(hào)。
與數(shù)據(jù)處理器34相連的密度控制系統(tǒng)38控制探針10的總體密度并可 以改變總體密度以對(duì)探針10在流體12中的位置施加影響。密度控制系統(tǒng)38 的示例包括可以排和/或抽流體12的壓載系統(tǒng)、與內(nèi)部或者外部加壓氣源 的連通的可充氣室、可釋放地連接到可浸入液體的外殼16上的壓載重物以 及它們的組合。在一些實(shí)施例中，傳輸線18包括與端20和22相通的通道以 傳送(或接收)壓力空氣給與可浸入液體的外殼16相關(guān)聯(lián)的一個(gè)或更多個(gè) 可充氣室。在一個(gè)實(shí)施例中，密度控制系統(tǒng)38包括可釋放地連接到并被束 縛在可浸入液體的外殼16上的壓載重物，以使得密度控制系統(tǒng)38可以釋放 壓載重物以降低探針10的密度，但仍允許通過(guò)繩索回收壓載重物。
與數(shù)據(jù)處理器34相連的定位系統(tǒng)40確定流體12中的探針10的位置。定 位系統(tǒng)40檢測(cè)由密度控制系統(tǒng)38 (或其他任何因素)造成的探針10的移動(dòng) 并將移動(dòng)相關(guān)的信息與數(shù)據(jù)處理器34進(jìn)行通信，數(shù)據(jù)處理器34將探針10 在流體12中的位置計(jì)算作關(guān)于移動(dòng)的信息的函數(shù)。定位系統(tǒng)40的示例包括 線性加速度計(jì)、角度加速度計(jì)、本領(lǐng)域公知的任何其他慣性傳感系統(tǒng)、陀 螺儀、全球定位系統(tǒng)(GPS)以及它們的組合。在典型的實(shí)施例中，定位 系統(tǒng)40包括提供有穩(wěn)定的參照系以抵抗或補(bǔ)償探針10的旋轉(zhuǎn)或扭轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) 的三軸系線性加速度計(jì)。用于提供穩(wěn)定的參照系的一種方法是將加速度計(jì) 相對(duì)于可浸入液體的外殼16固定，并采用陀螺儀測(cè)量和/或角度加速度計(jì) 測(cè)量計(jì)算穩(wěn)定的參照系(reference frame)。
傳感器30可以是能夠測(cè)量溫度、壓力、流量、密度、粘度、pH、導(dǎo) 電性、產(chǎn)物水平、混濁度、振動(dòng)、位置、分析物濃度以及其他任何與流體 12相關(guān)聯(lián)的化學(xué)或物理屬性的任何類型的傳感器。在一些實(shí)施例中，探針 10包括用于檢測(cè)多個(gè)參數(shù)的多個(gè)傳感器30。數(shù)據(jù)處理器34可以將從傳感器 30接收到的傳感器數(shù)據(jù)與從定位系統(tǒng)40接收到的定位信息相匹配，以識(shí)別
產(chǎn)生傳感器數(shù)據(jù)的位置。
圖3和4示出采用探針10確定流體存儲(chǔ)箱14中的流體相對(duì)于表面42和 底部44的深度的兩種不同的方法。在兩個(gè)實(shí)施例中，探針10的定位系統(tǒng)40 包括能夠檢測(cè)垂直方向上(即在圖3和4中的z軸的方向)的加速度的加速 度計(jì)。在圖3中，流體12的深度在探針10從表面42移動(dòng)到底部44被測(cè)量， 而在圖4中，流體12的深度在探針10從底部44移動(dòng)到表面42被測(cè)量。
如圖3所示，探針10被配置在表面42的初始位置A上，以使得探針I(yè)O
在垂直方向上具有已知的初始速度。在大多數(shù)實(shí)施例中，該步驟涉及將探 針10定位到表面42上，以使得探針10在垂直方向上具有大約0米每秒(m/s) 的速度。例如通過(guò)采用傳輸線18將探針10懸掛在表面42上或通過(guò)控制探針 10的密度可以獲得0m/s的初始速度，以使得在流體12中能夠上浮。
一旦探針10在表面42上具有已知的初始速度，那么造成(或允許)探 針10朝底部44下沉。如果探針10的密度當(dāng)被配置在位置A時(shí)小于流體的密 度，則采用密度控制系統(tǒng)38增加探針10的密度，以使得探針10比流體12 密度更大并呈現(xiàn)負(fù)的浮力。同樣，如果傳輸線18被拉伸到將探針10定位于 表面位置A上，則該拉力被減緩。當(dāng)探針10下沉?xí)r，定位系統(tǒng)40測(cè)量在給 定時(shí)刻t時(shí)的探針10的瞬時(shí)加速度，并將瞬時(shí)加速度與數(shù)據(jù)處理器34進(jìn)行 通信，數(shù)據(jù)處理器34將在時(shí)刻t時(shí)的探針10相對(duì)于位置A的位置計(jì)算作加速 度的函數(shù)。當(dāng)探針10在底部44的位置B上處于靜止時(shí)，數(shù)據(jù)處理器34確定 探針10已經(jīng)在垂直方向上停止運(yùn)動(dòng)。然后，數(shù)據(jù)處理器34計(jì)算相對(duì)于位置 A的位置B，并確定在位置A和位置B之間的垂直距離(或深度)。
在圖4中，確定流體12的垂直深度的方法基本上是相反地執(zhí)行圖3的方 法。探針10被配置在底部44上的初始位置A上，這通過(guò)控制探針10的密度 大于流體12的密度來(lái)實(shí)現(xiàn)。 一旦探針10碰到底部44并在位置A上靜止，則 在垂直方向上的初始速度被獲知為Om/s。然后密度系統(tǒng)38降低探針10的密 度，直到探針10的密度比流體12低為止，并呈現(xiàn)正的浮力。隨著探針I(yè)O 朝向表面上浮，定位系統(tǒng)40測(cè)量探針10在給定時(shí)刻t時(shí)的瞬時(shí)加速度，并 將該加速度因數(shù)據(jù)處理器34通信，數(shù)據(jù)處理器34將探針10的位置(相對(duì)于 位置A)計(jì)算為加速度的函數(shù)。當(dāng)探針10到達(dá)表面42的位置B并在垂直方 向上停止運(yùn)動(dòng)時(shí)，數(shù)據(jù)處理器34計(jì)算相對(duì)于位置A的位置B，并確定在位 置A和B之間的垂直距離。
在一些實(shí)施例中，數(shù)據(jù)處理器34可以隨著其從定位系統(tǒng)40接收瞬時(shí)的 加速度數(shù)據(jù)持續(xù)地計(jì)算探針10的位置，而在其他的實(shí)施例中，數(shù)據(jù)處理器 34可以為探針10的位置和/或流體12的之后的計(jì)算存儲(chǔ)瞬時(shí)的加速度信 息。在一些實(shí)施例中，數(shù)據(jù)處理器34可以執(zhí)行測(cè)定體積算法，以計(jì)算存儲(chǔ) 在流體存儲(chǔ)箱14中的流體12的體積。該算法產(chǎn)生作為流體12的垂直深度和 關(guān)于流體存儲(chǔ)箱14的尺寸信息的函數(shù)的、存儲(chǔ)在箱14中的流體12的體積。
圖5A示出包含流體12、流體52、泡沫52和淀積物54的流體存儲(chǔ)箱14。 泡沬52覆蓋流體12的表面42，且淀積物54覆蓋流體存儲(chǔ)箱14的底部44。流 體12和50具有不同的密度，且流體50具有比流體12更大的密度。如圖5A 所示，流體12和50是不互溶的，并形成由界面56互相分隔的兩層。
采用配置在表面42上的浮體的傳統(tǒng)的深度測(cè)量方法不能確定流體12
和50的單層深度，且不可能補(bǔ)償?shù)矸e物54。同樣，由于泡沫50和/或淀積 物54的存在，采用位于表面42上面的超聲傳感器的傳統(tǒng)的深度測(cè)量方法可
能得不到可靠的結(jié)果。
然而，如圖5A所示，探針10可以用于通過(guò)采用圖3和4的方法確定流 體12和50的各自的深度。如果流體12和50的密度是已知的，探針10可以被 配置在流體存儲(chǔ)箱14中，以使得其初始密度大于流體12和50的密度，由此 造成探針10下沉直到到達(dá)淀積物54的表面58為止。然后，探針10的密度被 降低到小于流體50的密度而大于流體12的密度的密度，造成探針50上升到 界面56。采用如上面圖3和4所述的方法，數(shù)據(jù)處理器34將液體50的深度計(jì) 算為在從淀積物58上升到界面56的過(guò)程中由定位系統(tǒng)40收集的信息的函 數(shù)。在靜止在界面56上以后，探針10的密度再次下降，因此探針10的密度 小于流體12，造成探針10上升到表面42，并使得探針10計(jì)算流體12的深度。
在流體12和50的密度未知或界面56的數(shù)量未知的情況下，探針10可以 用于確定存在的界面56的數(shù)量以及由界面56分隔的每個(gè)流體層的深度。例 如，探針10可以被配置在流體存儲(chǔ)箱14中，以使得探針10或者(a)具有 很高的初始密度以將探針10定位在存儲(chǔ)箱14的底部，或者(b)具有很低 的初始密度以將探針10定位在表面42上。依賴于所采用的這些密度策略， 探針10的密度然后逐漸增大或減小，直到探針10的垂直運(yùn)動(dòng)被定位系統(tǒng)40 檢測(cè)到為止。 一旦定位系統(tǒng)40確定探針10的所有垂直運(yùn)動(dòng)已經(jīng)停止(表示 探針10己經(jīng)到達(dá)界面56)，那么探針10的密度再次逐漸地改變以重新初始 化上升或下降。該過(guò)程一直重復(fù)到探針10到達(dá)一定的密度為止，根據(jù)該密 度，可以合理地推斷探針10或者位于表面42上或者位于存儲(chǔ)箱14的底部 上。
在一些實(shí)施例中，探針10可以用于計(jì)算淀積物54的厚度。圖5B示出 設(shè)有檢測(cè)底部的凸出部59的探針10。如圖5B所示，凸出部59具有類似匕首 的形狀，以穿透淀積物54并接觸底部44。裝備有凸出部59的探針10可以用 于計(jì)算淀積物54在垂直方向上的厚度。例如，探針10可以首先不帶有凸出 部59配置在流體12中并下沉直到接觸淀積物54的表面58。然后，可以從流 體12去除裝備凸出部59的探針10，并導(dǎo)致在流體12中下沉，以使得凸出部
59穿透淀積物54并接觸底部44。由定位系統(tǒng)40生成的數(shù)據(jù)可以用于確定探 針10裝備和不裝備凸出部5卯寸的歇置位置(或者靜止位置)，而可以計(jì)算 在表面58和底部44之間的垂直距離以確定淀積物54的厚度。
盡管如圖5B所示具有類似匕首的形狀，檢測(cè)底部的凸出物59可能是 能夠穿透淀積物51的表面58的任何形狀。在一些實(shí)施例中，檢測(cè)底部的凸 出物59在垂直方向上是可調(diào)整的以便于穿透不同厚度的淀積物54層。
圖6示出配置在包含沿流矢量方向流動(dòng)的流體12的管道系統(tǒng)62中。在 圖5A中，探針60的可浸入液體的外殼是子彈形狀的，以便于探針60通過(guò)管 道系統(tǒng)62運(yùn)動(dòng)。盡管，在一些實(shí)施例中，探針60可能不包括密度控制系統(tǒng) 38或傳感器30，但是容納在可浸入液體的外殼16內(nèi)的電子部件通常與圖2 中所示相類似。
探針60的定位系統(tǒng)40包括能夠在三個(gè)維度上檢測(cè)探針的加速度的三 軸系加速度計(jì)，其使得探針60能夠追蹤其通過(guò)管道系統(tǒng)62的三個(gè)維度的運(yùn) 動(dòng)。該運(yùn)動(dòng)信息可以經(jīng)由無(wú)線通信電路的形式的圖2的輸出電路36與過(guò)程 系統(tǒng)34通信?？蛇x地，運(yùn)動(dòng)信息可以被存儲(chǔ)在包含在探針60內(nèi)的存儲(chǔ)器中 以供以后訪問(wèn)，例如在使用者在管道系統(tǒng)62的出口處回收探針60之后。例 如，運(yùn)動(dòng)信息可以用于確定管道系統(tǒng)62中的流體12的流動(dòng)特性并辨別在管 道系統(tǒng)62內(nèi)存在的阻塞。用于探針60的管道系統(tǒng)62的示例包括排污水系 統(tǒng)、水傳輸系統(tǒng)和石油管線。
本發(fā)明的可浸入液體的探針也可以用于海洋、湖泊或河流以研究世界 的海洋和淡水水體的物理、生物和地質(zhì)屬性。例如，探針10在裝備有三軸 系加速度計(jì)時(shí)可以被配置在海洋中以研究與存在于世界海洋中的各種冷 暖水流相關(guān)聯(lián)的參數(shù)。在這種情況下，探針10采用傳感器30監(jiān)測(cè)周?chē)?溫度，并采用密度控制系統(tǒng)38保持探針10相對(duì)于具有特定溫度的水或者安 置在溫水和冷水之間的界面的位置。
由本發(fā)明的可浸入液體的探針承擔(dān)的任何測(cè)量、密度控制或其他動(dòng)作 可以自動(dòng)地出現(xiàn)或以用戶的初始化為基礎(chǔ)。另外，隨著瞬時(shí)加速度(或其 他運(yùn)動(dòng)參數(shù))被定位系統(tǒng)40測(cè)量，本發(fā)明的位置計(jì)算可以由數(shù)據(jù)處理器34 實(shí)時(shí)地實(shí)現(xiàn)?？蛇x地，加速度數(shù)據(jù)可以被存儲(chǔ)并由數(shù)據(jù)處理器34或過(guò)程系 統(tǒng)2 4以計(jì)算的目的在以后的時(shí)間訪問(wèn)。
如在此所使用的，術(shù)語(yǔ)"數(shù)據(jù)處理器"包括可以實(shí)現(xiàn)邏輯或計(jì)算功能 以控制現(xiàn)場(chǎng)裝置10的操作或執(zhí)行產(chǎn)生作為調(diào)節(jié)傳感器信號(hào)的函數(shù)的輸出 的指令或需要的步驟的任何電路或電路的組合。數(shù)據(jù)處理器34的示例包括 微處理器、特定應(yīng)用集成電路(ASIC)、可編程門(mén)陣列(PGA)、精簡(jiǎn)指
令集的計(jì)算機(jī)以及在本領(lǐng)域公知的任何其他合適的計(jì)算裝置。在一個(gè)實(shí)施 例中，數(shù)據(jù)處理器34是帶有相關(guān)的存儲(chǔ)器的微處理器。
在一些實(shí)施例中，本發(fā)明的可浸入液體的探針涂覆有不粘涂料(例如 Teflon )以防止外界材料沉積在可浸入液體的外殼16上。在一些實(shí)施例 中，可浸入液體的外殼16是球形的以允許探針10滾動(dòng)。探針10滾動(dòng)的能力 可能對(duì)于涉及管道系統(tǒng)62或不規(guī)則形狀的流體存儲(chǔ)箱14的應(yīng)用是有用的。 例如，當(dāng)測(cè)量在不規(guī)則形狀的流體存儲(chǔ)箱14中的流體12的深度時(shí)，滾動(dòng)能 力可以促使探針10將自身位于流體存儲(chǔ)箱14的最低點(diǎn)(gp"真正的"底部)。
圖7示出裝備有傳輸線18的一個(gè)實(shí)施例的圖1的可浸入液體的探針。如 圖7所示，傳輸線18包括保護(hù)護(hù)套70、導(dǎo)線72A和72B以及空氣通道74。保 護(hù)護(hù)套70在端20上經(jīng)由連接件76連接到外殼16，并容納導(dǎo)線72A和72B以 及空氣通道74。導(dǎo)線72A和72B延伸到保護(hù)護(hù)套70的長(zhǎng)度，并將探針10連 接到過(guò)程系統(tǒng)24。在一些實(shí)施例中，導(dǎo)線72A和72B包括雙線過(guò)程控制環(huán)。 空氣通道74也延伸保護(hù)護(hù)套的長(zhǎng)度，并將圖2的密度控制系統(tǒng)38連接到外 部氣源。在一些實(shí)施例中，圖1的過(guò)程系統(tǒng)24包括用于改變探針10的密度 的外部氣源。在一個(gè)實(shí)施例中，保護(hù)護(hù)套70配置用于將空氣直接從外部氣 源供給到圖2的密度控制系統(tǒng)38，消除空氣通道74的需要。
被供給的空氣可以用于通過(guò)移動(dòng)或者位于探針I(yè)O內(nèi)或者位于探針I(yè)O 的外部的流體改變探針10的密度。在一些實(shí)施例中，通過(guò)對(duì)外殼16或傳輸 線18的可膨脹部分充氣而移動(dòng)外部流體。在一個(gè)實(shí)施例中，容納在探針I(yè)O 的內(nèi)部壓載系統(tǒng)內(nèi)的流體由所供給的空氣置換(或者移動(dòng))以改變探針I(yè)O 的密度。
圖8是裝備有包括可充氣氣囊80的密度控制系統(tǒng)38的實(shí)施例的圖7的 可浸入液體的探針10的傳輸線18 (無(wú)空氣通道74)的剖面圖。如圖8所示， 可充氣氣囊80包括可以通過(guò)從外部氣源經(jīng)由護(hù)套70供給的空氣充氣的護(hù) 套的可膨脹部分，以控制探針10的密度。虛線示出可充氣氣囊在充氣以后
的受膨脹的情況。在圖8的實(shí)施例中，外殼16包括與連接件76上的螺紋進(jìn) 行配合的帶螺紋的卡圈82，以將傳輸線18的端20與外殼16相連。連接件76 包括導(dǎo)線72A和72B所通過(guò)的密封件84。在一些實(shí)施例中，傳輸線18被經(jīng) 由連接件76以搭接連接件(snap connector)的形式固定到外殼6上。
在一些實(shí)施例中，可充氣氣囊70被包括在外殼16中而不是在傳輸線18 中。例如，在一些實(shí)施例中，可充氣氣囊70包括外殼16的可膨脹部分。
圖9A-9C和圖10A-10D示出用于釋放壓載重物以控制探針10的密度的
壓載系統(tǒng)的兩個(gè)實(shí)施例。本領(lǐng)域內(nèi)公知的任何其他的壓載系統(tǒng)也可以被包 括在探針10的密度控制系統(tǒng)38中。
圖9A-9C示出包括可釋放的重物90的密度控制系統(tǒng)38的一個(gè)實(shí)施例， 圖9A是可釋放的重物90的俯視圖，圖9B是沿著圖9A的線9B得到的剖面?zhèn)?視圖，而圖9C是被安裝到探針10的外殼16的可釋放的重物90的剖視圖。重 物卯包括陰螺紋配合面92、安裝凹槽94、繩索安裝件96和繩索98。如果如 圖9C所示，重物90可以通過(guò)將外殼16定位在陰螺紋配合表面92內(nèi)而被固定 到外殼16上，以使得一個(gè)或更多個(gè)安裝凹槽94可以容納來(lái)自外殼16的可縮 回的安裝銷(xiāo)IOO。重物90可能隨后通過(guò)縮回安裝銷(xiāo)100從外殼16釋放。在一 些實(shí)施例中，多個(gè)重物90可以被固定到外殼16上。
在釋放之后，重物90可以經(jīng)由繩索98被回收，如圖9C所示，所述繩 索將第一端102經(jīng)由繩索安裝件96連接到重物90上，將第二端104連接到外 殼16上。第一端102可以釆用本領(lǐng)域內(nèi)公知的任何連接或緊固裝置被連接 到重物90的任何合適的部分上。第二端104可以采用本領(lǐng)域內(nèi)公知的任何 連接或緊固裝置被連接到外殼16的任何合適的部分上、傳輸線18上或任何 其他結(jié)構(gòu)上。
圖10A-10D示出包括相互嵌套的重物110和112的圖2的密度控制系統(tǒng) 38的實(shí)施例，圖10A是重物100和112的俯視圖，圖10B是沿著線10B冴niOB2 獲得的重物110和112的剖面圖，圖10C是被固定到外殼16的重物110和112 的剖視圖，而圖10D示出正在從外殼16釋放出的重物U2。類似于圖9A-9C 的重物90，相互嵌套的重物110和112包括用于容納可從探針10的外殼16縮 回的銷(xiāo)100的安裝凹槽94，而重物110包括用于容納外殼16的陰螺紋配合表 面112。重物110包括外螺紋表面114，所述外螺紋表面114的尺寸制成與重 物112的內(nèi)螺紋表面116配合，并允許重物110和112相互嵌套在探針10的周 圍，如圖10C所示。
相互嵌套的重物110和112可以由外殼16的可縮回的銷(xiāo)100固定。如圖 IOD所示，可縮回的銷(xiāo)100可以部分地縮回以釋放重物112?？煽s回的銷(xiāo)IOO 完全被縮回以釋放重物IIO。例如，可以在諸如圖5A所示的多層流體應(yīng)用 中使用圖10A-10D的壓載系統(tǒng)，以確定每種流體的深度或體積。
因此，如上所述，本發(fā)明的可浸入液體的探針提供用于測(cè)量與流體環(huán) 境相關(guān)聯(lián)的參數(shù)的有效的裝置。可浸入液體的探針可以包括用于改變探針 密度以對(duì)探針在流體環(huán)境中的位置產(chǎn)生影響的密度系統(tǒng)。另外，可浸入液 體的探針也可以包括用于追蹤探針在流體環(huán)境中的位置的定位系統(tǒng)。
盡管本發(fā)明己經(jīng)參照優(yōu)選的實(shí)施例進(jìn)行了描述，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人 員應(yīng)當(dāng)理解在不背離本發(fā)明的精神和保護(hù)范圍的條件下可以對(duì)形式和細(xì) 節(jié)進(jìn)行改變。
權(quán)利要求
1.一種探針，所述探針配置在流體中并用于產(chǎn)生表示與所述流體相關(guān)聯(lián)的參數(shù)的輸出，所述探針包括可浸入液體的外殼；傳感器，由可浸入液體的外殼攜帶，用于檢測(cè)參數(shù)并產(chǎn)生表示所述參數(shù)的傳感器信號(hào)；密度控制系統(tǒng)，由可浸入液體的外殼攜帶，用于改變探針的密度；數(shù)據(jù)處理器，與傳感器進(jìn)行通信，以產(chǎn)生作為傳感器信號(hào)的函數(shù)的輸出；與數(shù)據(jù)處理器進(jìn)行通信的輸出電路；以及柔性傳輸線，具有第一和第二端，所述第一端與可浸入液體的外殼相連并與輸出電路進(jìn)行通信，而第二端用于連接到遠(yuǎn)程過(guò)程系統(tǒng)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的探針，其中所述密度控制系統(tǒng)包括壓載系統(tǒng)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的探針，其中所述壓載系統(tǒng)包括安裝到可浸入 液體的外殼上的可釋放的重物。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的探針，其中所述重物連接在繩索的第一端，而可浸入液體的外殼連接到繩索的第二端。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的探針，其中所述密度控制系統(tǒng)包括可充氣氣
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的探針，其中所述壓縮氣源與所述可充氣氣囊 相連。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的探針，其中所述柔性傳輸線包括空氣通道以 將壓縮空氣從傳輸線的第一端傳遞到可充氣氣囊。
8. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的探針，其中所述柔性傳輸線是過(guò)程控制環(huán)的 一部分。
9. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的探針，其中所述多個(gè)傳感器由可浸入液體的 外殼攜帶以檢測(cè)多個(gè)參數(shù)。
10. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的探針，其中所述可浸入液體的外殼是球形 的。
11. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的探針，還包括 與數(shù)據(jù)處理器進(jìn)行通信的定位系統(tǒng)。
12. 根據(jù)權(quán)利要求ll所述的探針，其中所述定位系統(tǒng)包括加速度計(jì)。
13. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的探針，還包括 用于穿透位于流體底部的淀積物的檢測(cè)底部的凸出部。
14. 一種用于確定在流體環(huán)境中的流體中的第一位置和在流體中的第 二位置之間的垂直距離的方法，所述方法包括將探針配置在第一位置；改變探針的密度以將探針從第一位置移動(dòng)到第二位置；使用由探針攜帶的定位系統(tǒng)檢測(cè)探針從第一位置到第二位置的運(yùn)動(dòng)；以及基于被檢測(cè)的運(yùn)動(dòng)確定在第一位置和第二位置之間的垂直距離。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中所述流體環(huán)境包括流體處理系統(tǒng)。
16. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中所述流體處理系統(tǒng)包括存儲(chǔ)箱。
17. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中所述定位系統(tǒng)包括加速度計(jì)。
18. —種用于將探針在流體處理系統(tǒng)中定位的方法，所述方法包括 將探針配置入流體處理系統(tǒng)的流體中； 確定探針在第一位置上的初始速度；檢測(cè)探針的加速度；以及基于檢測(cè)到的加速度確定相對(duì)于探針的第一位置的探針的第二位置。
19. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中所述流體處理系統(tǒng)包括管道系統(tǒng)。
20. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中所述流體處理系統(tǒng)包括存儲(chǔ)箱。
全文摘要
一種用于流體測(cè)量中的探針(10)產(chǎn)生表示與流體相關(guān)聯(lián)的參數(shù)的輸出。探針(10)包括用于控制探針(10)的密度的密度控制系統(tǒng)(38)和用于追蹤探針在流體中的位置的定位系統(tǒng)(40)。
文檔編號(hào)G01F23/00GK101198844SQ200680021381
公開(kāi)日2008年6月11日 申請(qǐng)日期2006年5月15日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月16日
發(fā)明者威廉·托馬斯·安德森, 戈布瑞爾·拉查羅·賽拉, 愛(ài)德華·查爾斯·哈杰克 申請(qǐng)人:羅斯蒙德公司