使用圖像采集裝置進(jìn)行過程變量測量的過程設(shè)備的制作方法【專利摘要】本發(fā)明公開一種用于監(jiān)測工業(yè)過程的過程變量的現(xiàn)場設(shè)備，其包括圖像捕獲裝置。過程部件呈現(xiàn)作為過程變量的函數(shù)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。圖像捕獲裝置捕獲由于過程部件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)而變化的圖像。連接到圖像捕獲裝置的圖像處理器檢測過程部件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，并且基于檢測到的相對(duì)運(yùn)動(dòng)測量過程變量。輸出電路提供與測量的過程變量相關(guān)的輸出?！緦＠f明】使用圖像采集裝置進(jìn)行過程變量測量的過程設(shè)備【
技術(shù)領(lǐng)域：
】[0001]本發(fā)明涉及工業(yè)過程控制或監(jiān)視系統(tǒng)。更具體地，本發(fā)明涉及工業(yè)過程中的過程變量測量?！?br>背景技術(shù)：
】[0002]在工業(yè)設(shè)置中，控制系統(tǒng)被用于監(jiān)控和控制工業(yè)和化學(xué)過程等的存量。通常，執(zhí)行這些功能的控制系統(tǒng)使用現(xiàn)場設(shè)備，所述現(xiàn)場設(shè)備分布在工業(yè)過程中的關(guān)鍵位置處并且通過過程控制回路連接到控制室中的控制電路。術(shù)語"現(xiàn)場設(shè)備"指的是在分布式控制或過程監(jiān)控系統(tǒng)中執(zhí)行功能的任何設(shè)備，包括在工業(yè)過程的測量、控制和監(jiān)測中使用的所有設(shè)備。[0003]-些現(xiàn)場設(shè)備包括用于檢測過程變量的過程變量傳感器。示例性的過程變量包括流量、壓力、液位、溫度、PH值、閥或馬達(dá)的位置、馬達(dá)轉(zhuǎn)速、致動(dòng)器位置等。[0004]許多類型的過程變量傳感器是基于侵入性技術(shù)的，其中傳感器必須直接或間接地暴露到過程流體，以便獲得過程變量測量值。【
發(fā)明內(nèi)容】[0005]-種用于監(jiān)測工業(yè)過程的過程變量的現(xiàn)場設(shè)備包括圖像捕獲裝置。過程部件呈現(xiàn)作為過程變量的函數(shù)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。圖像捕獲裝置捕獲由于過程部件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)變化的圖像。連接到圖像捕獲裝置的圖像處理器檢測過程部件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，并且基于檢測到的相對(duì)運(yùn)動(dòng)測量過程變量。輸出電路提供與測量的過程變量相關(guān)的輸出。【專利附圖】【附圖說明】[0006]圖1是示出了可以實(shí)施本發(fā)明的過程控制系統(tǒng)的簡化框圖。[0007]圖2是放置在過程流體流中的渦旋脫落桿的橫截面透視圖。[0008]圖3是圖2的渦旋脫落桿的延伸部的位置隨時(shí)間的變化的曲線圖。[0009]圖4是示出了來自圖1的過程現(xiàn)場設(shè)備的簡化框圖。[0010]圖5是示出了用于圖4的現(xiàn)場設(shè)備的圖像捕獲裝置的一個(gè)配置的簡化電路圖。[0011]圖6是示出了用于圖4中顯示的現(xiàn)場設(shè)備的處理電路的一個(gè)示例的簡化示意圖。[0012]圖7是示出了用于圖4中顯示的現(xiàn)場設(shè)備的圖像捕獲裝置的另一個(gè)示例配置的簡化示意圖。[0013]圖8是顯示其中圖像捕獲裝置相對(duì)于參考點(diǎn)移動(dòng)的配置的視圖?！揪唧w實(shí)施方式】[0014]使用圖像捕獲技術(shù)來測量工業(yè)過程的過程變量。更具體地講，成像技術(shù)用于觀察過程部件，該過程部件呈現(xiàn)作為過程變量的函數(shù)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。由于相對(duì)運(yùn)動(dòng)引起的捕獲圖像中的變化可以與過程變量中的變化相互關(guān)聯(lián)并且用于測量過程變量。相關(guān)性可以通過曲線擬合或?qū)⑾鄬?duì)運(yùn)動(dòng)與過程變量相關(guān)聯(lián)的其他技術(shù)獲得。相關(guān)性可以基于運(yùn)動(dòng)的任何屬性，包括振幅、頻率、運(yùn)動(dòng)頻譜、特定運(yùn)動(dòng)圖案、運(yùn)動(dòng)的存在或不存在等等。[0015]圖1是顯示過程控制或監(jiān)控系統(tǒng)10的簡化圖，該過程控制或監(jiān)控系統(tǒng)10包括連接到過程管道14的過程設(shè)備12。過程設(shè)備12可以是任何類型的過程設(shè)備，例如過程變量變送器、控制器或獨(dú)立的設(shè)備。設(shè)備12包括圖像捕獲裝置100,圖像捕獲裝置100被配置為接收光或其他電磁輻射104,并由此捕獲過程部件106的圖像，如在下面將被更詳細(xì)地說明的那樣。設(shè)備12與諸如過程控制室16之類的遠(yuǎn)程位置在二線式過程控制回路18上通信，所述過程控制室16包括控制或監(jiān)視系統(tǒng)19。例如，回路18可以包括4-20mA電流回路，該電流回路也可以用于給連接到回路18的設(shè)備供電?？梢愿鶕?jù)任何合適的協(xié)議在回路18上載送數(shù)據(jù)，例如，在4和20毫安之間變化的模擬電流電平、其中數(shù)字信息在4-20mA電流上被調(diào)制的IIAKT?通信協(xié)議、FieldBus或Profibus數(shù)字通信協(xié)議等，包括無線通信技術(shù)。一個(gè)示例性無線通信技術(shù)是根據(jù)IEC62591通信協(xié)議的Wiru丨ussHAKI'?通信協(xié)議。標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)、光纖連接或其它通信信道也可以用來實(shí)現(xiàn)回路18。[0016]用于測量過程變量的許多技術(shù)需要侵入性技術(shù)，其中，過程變量傳感器直接或間接地連接到過程流體。然而，存在如下情況：其中非侵入式或較少侵入式技術(shù)將是可取的，以提高可靠性和壽命、提高安全性、減少對(duì)環(huán)境的擔(dān)憂、降低成本和提高運(yùn)營靈活性。目前可用的一種類型的非侵入性測量使用紅外探測器，其能夠在一定距離處測量過程溫度。然而，對(duì)于其他過程變量，如流量、液位或壓力，檢測部件通常物理上直接或間接地連接至過程流體。最近麻省理工學(xué)院（MIT)的研究人員已經(jīng)使用非侵入視頻檢測技術(shù)，以基于皮膚顏色的變化來檢測當(dāng)血液流經(jīng)患者的面部時(shí)病人的脈搏（參見麻省理工學(xué)院2012年6月22日的新聞，"Researchersamplifyvariationsinvideo,makingtheinvisiblevisible,LarryHardest(研究人員放大視頻變化，使不可見物可見，拉里?哈迪斯蒂）"，http://web,mit.edu/newsoffice/2012/amplifying-invisible0vide〇-Q622/html)。[0017]在示例性實(shí)施例中，提供了一種方法和裝置，用于使用用于捕獲過程部件106的圖像的圖像捕獲裝置100進(jìn)行過程變量的測量。過程部件106呈現(xiàn)作為過程變量的函數(shù)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。被捕獲圖像的變化用于檢測過程部件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)（位移、變形等）。這些變化與過程變量相關(guān)。如下面所討論，各種技術(shù)可以被用來誘導(dǎo)過程部件106的作為過程變量的函數(shù)的運(yùn)動(dòng)。[0018]在一個(gè)具體的示例中，圖像捕獲裝置100可以用于測量渦旋流量計(jì)中的流量。圖2是局部剖視圖，示出載送過程流體流的管道14。在旋渦旋量計(jì)中，非流線形體（脫落桿）40被放置在過程流體流中。當(dāng)流體通過脫落桿時(shí)，產(chǎn)生拖拉脫落桿的渦旋，并且該渦旋交替地形成在脫落桿的兩側(cè)上。這些渦旋交替的頻率與流體的流量相關(guān)。這些交替渦旋導(dǎo)致交替作用力被施加到脫落桿。通過延伸脫落桿到管道14的外部的位置，這種振蕩被轉(zhuǎn)移到延伸部。在典型的現(xiàn)有技術(shù)配置中，諸如壓電換能器之類的傳感器被物理地連接到延伸部，以測量所述振湯。這個(gè)傳感器最終可能由于持續(xù)暴露到機(jī)械振湯而出現(xiàn)故障。在圖2的不例中，過程部件106包括對(duì)圖像捕獲裝置100可見的延伸部。注意到，為了在渦旋脫落桿響應(yīng)于過程流體的流動(dòng)而振蕩時(shí)放大延伸部的移動(dòng)量，可以增加延伸部的長度。[0019]圖3是圖2的延伸部件106的位置隨時(shí)間變化的曲線圖。圖3的曲線圖表示使用一維圖像線傳感器（imagelinesensor)檢測到的渦旋信號(hào)的構(gòu)成圖像輸出，并且圖示被捕獲的圖像如何與兩個(gè)過程變量相關(guān)聯(lián)。圖3中的波形的頻率與過程流體的流量成比例。波形的幅度與過程流體的質(zhì)量成比例。被捕獲圖像也可以用于傳遞診斷信息。例如，如果在過程流體中的諸如氣泡、雜物等之類的異常移動(dòng)經(jīng)過脫落桿40,則圖3中的波形表現(xiàn)出突然的變化。例如，這可能作為噪聲尖峰98出現(xiàn)，其可以用于觸發(fā)診斷輸出。[0020]典型地，在圖2的配置中，渦旋振蕩頻率會(huì)導(dǎo)致過程部件106在2Hz和70kHz之間振蕩。因此，圖像捕獲裝置100應(yīng)優(yōu)選具有足夠快的捕獲率，以確保其能夠捕獲部件106在渦旋脫落振蕩的最高頻率處的運(yùn)動(dòng)。例如，Nyquist(奈奎斯特）采樣定理提供用于準(zhǔn)確地捕獲移動(dòng)物體的圖像所需要的標(biāo)稱采樣間隔的描述。這個(gè)定理指出，采樣頻率應(yīng)是要被采樣的信號(hào)中包含的最高頻率的至少兩倍。這避免了進(jìn)行采樣時(shí)的混疊問題。在應(yīng)用到圖像捕獲裝置時(shí)，此定理有時(shí)被稱為無歧義的檢測測量的Nyquist(奈奎斯特）定律，其指出被檢查的事件必須是實(shí)際像素覆蓋尺寸的直徑的至少三倍，以保證該事件在任何情況下都覆蓋一個(gè)完整像素。此外，為了確保運(yùn)動(dòng)被準(zhǔn)確地捕獲，必須考慮圖像捕獲裝置的帶寬和分辨率。下述討論提供一般分析以及關(guān)于圖像捕獲裝置要求的一般估計(jì)。[0021]有多種類型的裝置可被用于捕獲二維（光柵）視頻圖像。通常情況下，來自這種裝置的圖像對(duì)于捕獲緩慢移動(dòng)物體是足夠的。然而，較高速度運(yùn)動(dòng)可能是有問題的。例如，具有1024X1024像素傳感器的分辨率、以20MHz的像素時(shí)鐘頻率工作的區(qū)域掃描相機(jī)需要52毫秒的時(shí)間來捕獲整個(gè)圖像。這可以被用來確定可檢測的最大頻率。具體來說，在每行1024個(gè)像素的情況下，以20MHz時(shí)鐘頻率，這將需要51微秒以掃描整行。對(duì)于所有1024行，總共需要52毫秒捕獲整個(gè)幀。這產(chǎn)生大約19幀/秒。根據(jù)奈奎斯特定理，最大可檢測頻率將是5Hz左右。[0022]單行（一維）行掃描儀提供增加的捕獲率。行掃描儀的示例是用在傳真機(jī)中的那些掃描儀，計(jì)算機(jī)掃描儀等。使用單行像素，由于行掃描和圖像之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，行掃描儀能夠建立連續(xù)的圖像。因此，垂直分辨率基于這個(gè)相對(duì)運(yùn)動(dòng)。例如，行掃描儀可以產(chǎn)生1024XN個(gè)圖像，其中只要掃描儀運(yùn)行，N連續(xù)地增加。由于行掃描相機(jī)每次曝光只輸出單行像素，因此需要較少時(shí)間來捕獲圖像。一旦像素信息被轉(zhuǎn)移到輸出寄存器，則活動(dòng)像素可以用于下一次曝光。行掃描速率是行讀出時(shí)間的倒數(shù)，或在假定19000行/秒的行掃描速率情況中行讀出時(shí)間是五十一分之一微秒。分辨率決定了可以被掃描的最小特征。例如，使用1，024個(gè)像素掃描一英寸產(chǎn)生1/1，1024=0.001英寸的水平分辨率。在檢測諸如流量之類的過程變量的情況下，掃描儀的速度與其可以被測量的、與流量成比例的最大頻率相關(guān)聯(lián)。然而，為了獲得與質(zhì)量流相關(guān)的信息，高速和像素分辨率兩者都是必需的，以便測量運(yùn)動(dòng)的幅度。在這種配置中，移動(dòng)的最大可檢測頻率將大約為5kHz。[0023]另一個(gè)示例的圖像捕獲裝置是單像素傳感器。單個(gè)像素可以用來測量物體移動(dòng)進(jìn)入和離開單個(gè)像素的視場時(shí)的運(yùn)動(dòng)。根據(jù)奈奎斯特定理，具有20MHz時(shí)鐘頻率的單個(gè)像素可以檢測高達(dá)IOMHz的頻率處的運(yùn)動(dòng)。[0024]圖4是被配置為使用圖像捕獲裝置100和過程部件106來檢測過程變量的過程設(shè)備12的簡化方框圖。設(shè)備12可以包括可選的過程變量接口元件20。接口元件20可以包括過程變量傳感器，以感測除了由圖像捕獲裝置100所測量的過程變量之外的過程變量。類似地，接口元件20可以包括控制元件?？蛇x的接口元件20連接到可選的接口電路22，接口電路22可以起基于設(shè)備12的結(jié)構(gòu)的控制電路或測量電路的功能。例如，當(dāng)配置為測量電路時(shí)，接口電路22可以包括放大器、模數(shù)字轉(zhuǎn)換器、過濾器等。檢測到的過程變量可以被提供到根據(jù)存儲(chǔ)在例如存儲(chǔ)器26中的指令工作的微處理器24或其他數(shù)字電路。當(dāng)接口元件20被配置為控制元件時(shí)，接口電路22通過提供控制信號(hào)到元件20而操作。這可以基于，例如，來自微處理器24的輸出，并且因而響應(yīng)地用于控制過程的操作。例如，微處理器24可以引起該過程的閥打開、加熱元件接通等。存儲(chǔ)器26存儲(chǔ)數(shù)據(jù)或其他信息并且任選地可以包含永久存儲(chǔ)器。微處理器以由時(shí)鐘28確定的速率運(yùn)行。輸入/輸出電路30用于將微處理器24連接到過程控制回路18。在一些配置中，I/O電路30還提供用于給過程設(shè)備12的電路供電的功率輸出。[0025]在過程設(shè)備12被配置為過程控制器時(shí)，圖像捕獲裝置100可以用來提供反饋信息，用于在控制控制元件20中使用。例如，圖像捕獲裝置100可以用于獲得過程變量測量值。過程變量的測量值然后用于改變施加到控制元件20的控制信號(hào)。過程變量可以是與過程流體相關(guān)的過程變量，如壓力、溫度、流量等，或者可以是與控制元件本身相關(guān)的過程變量，如閥位置、馬達(dá)轉(zhuǎn)速、馬達(dá)位置、致動(dòng)器位置等。[0026]如上所述，圖像捕獲技術(shù)被用于從工業(yè)過程獲得過程變量信息。圖像捕獲裝置100被配置為從過程部件106接收光或其他電磁輻射104。裝置100優(yōu)選地是定向的并且包括至少一個(gè)輻射傳感器。裝置1〇〇可以是單獨(dú)的（離散的）傳感器或者可以包括制作成單個(gè)裝置的多個(gè)傳感器。來自器件100的輸出被提供給過程電路102,過程電路102提供處理過的輸出到微處理器24。例如，過程電路102可以包括放大電路、降噪電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、比較電路等。來自過程電路102的輸出被以數(shù)字格式提供給微處理器24。過程電路可以在裝置1〇〇中被實(shí)現(xiàn)為單獨(dú)電路，或者通過微處理器24被實(shí)現(xiàn)，并且可以是模數(shù)轉(zhuǎn)換電路。[0027]圖5示出一個(gè)由單個(gè)傳感器120形成的圖像捕獲裝置100的示例配置，其提供單個(gè)像素輸出。傳感器120被布置成接收來自部件106的、通過可選的透鏡、濾光器或其他元件130的光或其他電磁輻射104。在圖5所示的配置中，使用通過電阻器122連接至電接地的輻射敏感晶體管132形成傳感器120。晶體管132被連接到正電源電壓，并且當(dāng)接收足夠的光或其他電磁輻射104以把晶體管132"接通"時(shí)，提供輸出到圖4中顯示的過程電路102。這個(gè)輸出可以每次部件106移動(dòng)進(jìn)入或離開傳感器120的視場時(shí)的包括脈沖。雖然晶體管132被圖示，但可以使用其它圖像傳感技術(shù)，包括光電二極管、電荷耦合器件（CCD)、CMOS器件等。另外，根據(jù)使用的傳感器類型，可以收集附加信息，如顏色（所接收的輻射的頻率）以及信號(hào)振幅。在某些配置中，這個(gè)信息也可以與過程變量相關(guān)聯(lián)。[0028]圖6是過程電路102的示例結(jié)構(gòu)的示例圖。在圖6中顯示的實(shí)施例中，過程電路102包括接收來自傳感器120的輸出的比較器140。在圖6中所示的配置中，如果來自傳感器120的輸出與參考值明顯不同，則比較器140提供高邏輯電平輸出到微處理器24。如果需要的話，可選的可控偏移電路142可以被實(shí)現(xiàn)。在圖示的實(shí)施例中，使用電阻144和可變電阻器146實(shí)現(xiàn)電路142。提供給微處理器24的輸出的頻率與過程部件的運(yùn)動(dòng)相關(guān)。例如，如果過程部件106包括延伸部，如在圖2中所示的延伸部，當(dāng)延伸部移入和移出傳感器120的視場時(shí)，過程電路102提供脈沖輸出到微處理器24。這些脈沖處于渦旋脫落桿40的振蕩的頻率，并且因而與流量相關(guān)。[0029]圖7是圖像捕獲裝置100的另一個(gè)示例性實(shí)施的簡化框圖。在圖7的實(shí)施例中，裝置100包括傳感器120-1...120-N的陣列。這個(gè)陣列可以，例如，是一維線性（行掃描）陣列或二維矩陣（光柵）。如圖7所示，來自部件106的光或其他電磁輻射104在陣列處被引導(dǎo)，由此不同的傳感器120被激活。過程電路102接收與由每個(gè)傳感器120接收的輻射的強(qiáng)度相關(guān)的信息。在一個(gè)配置中，如果電磁輻射104超過閾值，則每個(gè)傳感器120簡單地提供輸出。在另一配置中，來自各個(gè)傳感器120的輸出表示所接收的輻射的幅度。在另一個(gè)示例中，來自每個(gè)傳感器120的輸出與所接收的輻射的波長相關(guān)。因此，所接收的輻射104的幅值和/或波長可以用來檢測過程部件106的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，并且因而與過程變量相關(guān)聯(lián)。該輸出通過處理電路102被提供給微處理器24,處理電路102可以包括模數(shù)轉(zhuǎn)換器或其他圖像處理電路。[0030]處理電路120或微處理器24可以基于圖像的變化，例如基于與閾值的比較或者在捕獲圖像中的各區(qū)域之間的相對(duì)比較，檢測運(yùn)動(dòng)。在另一個(gè)示例配置中，基準(zhǔn)圖像存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器26中。捕獲的圖像中相對(duì)于基準(zhǔn)圖像的變化被檢測并用于檢測過程部件106的運(yùn)動(dòng)。過程部件106的運(yùn)動(dòng)的檢測可以基于來自一個(gè)或多個(gè)單獨(dú)的傳感器（像素）的輸出，或者可以是多個(gè)傳感器的輸出之間的關(guān)系的函數(shù)。比較傳感器輸出可以用于幫助減少由于背景噪聲、環(huán)境光條件等引起的錯(cuò)誤的測量。[0031]雖然上文描述了渦旋脫落頻率或幅度的測量，但也可以測量其他過程變量。例如，可以使用被配置為在容器中的過程流體中浮動(dòng)的浮動(dòng)物的過程部件106來測量流體液位。部件106的位置與液位相關(guān)。通過捕獲圖像并且當(dāng)浮動(dòng)物隨著流體液位上下移動(dòng)時(shí)通過監(jiān)視圖像中的改變來在圖像中定位浮動(dòng)物位置，浮動(dòng)物的位置可以被檢測。在另一個(gè)示例中，通過提供具有在其整個(gè)表面上變化的反射率的部件106,可以檢測位置。反射率的變化會(huì)引起到達(dá)裝置100的反射輻射104的量在部件106隨著流體液位移動(dòng)時(shí)改變。這些幅度變化由裝置100檢測，并且是流體液位的函數(shù)。類似地，可以在過程部件106的表面上提供顏色變化，該顏色變化可以由檢測器100檢測并且與過程部件106的運(yùn)動(dòng)相關(guān)。過程部件106的紋理也可以被采用以增強(qiáng)運(yùn)動(dòng)的檢測。[0032]其他類型的機(jī)械運(yùn)動(dòng)可以被檢測并且用于測量過程變量。這種運(yùn)動(dòng)包括來自馬達(dá)、攪拌機(jī)、閥門、致動(dòng)器、振動(dòng)器、升降機(jī)等的運(yùn)動(dòng)。如果部件106旋轉(zhuǎn)，可以根據(jù)觀察到的動(dòng)作來確定諸如轉(zhuǎn)速（RPM)和角位置之類的過程變量。由機(jī)械膨脹或收縮引起的運(yùn)動(dòng)也可被檢測并且用于測量壓力、溫度或電平變化。可以用于獲得過程變量的重復(fù)性質(zhì)的示例性運(yùn)動(dòng)包括由于經(jīng)過渦旋脫落桿的流動(dòng)或由于Coriolis效應(yīng)引起的運(yùn)動(dòng)。由振動(dòng)引起的運(yùn)動(dòng)可以被觀察到并且用于確定過程變量。在另一實(shí)例中，存儲(chǔ)罐的形狀的改變被觀察到并且以類似于計(jì)量表（strappingtable)的方式與在存儲(chǔ)罐中的填充液位相關(guān)。同樣地，通過檢測由充當(dāng)波登管的管道的變形引起的運(yùn)動(dòng)可以確定壓力。在又一個(gè)示例實(shí)施例中，過程部件的由所施加的重量或作用力引起的運(yùn)動(dòng)被檢測。在這種結(jié)構(gòu)中，所施加的作用力的值或所施加的重量的值與過程部件的運(yùn)動(dòng)的量相關(guān)。例如，施加到細(xì)長電樞的端部的重量或作用力會(huì)引起電樞的端部移動(dòng)。移動(dòng)量與施加的重量或作用力和電樞的剛度相關(guān)。在另一個(gè)示例中，具有大的溫度系數(shù)的過程部件可以用于在過程部件隨著溫度膨脹或收縮時(shí)測量溫度。[0033]部件106的運(yùn)動(dòng)可以被放大，或者采用適當(dāng)?shù)募夹g(shù)以其他方式增加其信號(hào)強(qiáng)度。例如，在元件上的機(jī)械延伸部用作杠桿臂以增加運(yùn)動(dòng)的量。多種技術(shù)可用于增強(qiáng)運(yùn)動(dòng)的檢測，包括利用不同的表面顏色或表面紋理的變化。為了減少可能導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)的誤檢測的噪聲，參考標(biāo)記或其他指示符也可以設(shè)置在表面上。墻壁或其他部件的厚度可以減小，因而增加施加作用力時(shí)它們移動(dòng)（偏轉(zhuǎn)或變形）的量?？蛇x的透鏡系統(tǒng)130可以提供圖像的放大或?qū)D像的過濾。[0034]來自過程部件106的信號(hào)通過電磁波104傳播到圖像捕獲裝置100?？梢宰们槭褂萌魏魏线m的頻率（波長）范圍，包括紅外線、可見光和/或紫外線輻射。在圖7中顯示的可選輻射源200將光或其它電磁輻射202引導(dǎo)到部件106上。輻射源200可以在環(huán)境輻射太低而無法充分地照亮過程部件106用于通過裝置100捕獲圖像時(shí)使用。可選地，輻射源200在微處理器24或其它電路的控制下操作。這個(gè)控制可以用于，例如，減少在空閑期間或在其中不要求過程部件的大量照明期間提供到輻射源200的功率。在另一個(gè)示例性配置中，由輻射源200提供的輻射202的頻率可以被選擇。這可以用來使用輻射照亮過程部件，所述輻射與環(huán)境光或者其他電磁輻射的頻率不同以減少接收到的圖像中的噪聲。在另一個(gè)示例配置中，通過改變輻射器202的頻率，可以選擇性地捕獲不同顏色的過程部件106的圖像。這允許從單個(gè)圖像捕獲裝置獲得多個(gè)過程變量。[0035]圖像捕獲裝置可以包括任何適當(dāng)?shù)膱D像檢測器或陣列，包括零維（單像素傳感器）、線（一維陣列）、光柵（二維陣列）或立方體（三維陣列）。此外，這些不同類型的陣列的組合也可以被實(shí)現(xiàn)?？梢允褂脴?biāo)準(zhǔn)的攝像機(jī)技術(shù)或包括紅外攝像機(jī)等的其他技術(shù)來實(shí)現(xiàn)圖像捕獲裝置100。在一些配置中，單個(gè)圖像捕獲裝置100可以用于捕獲多個(gè)部件的圖像，以檢測其動(dòng)作，從而確定多個(gè)過程變量。[0036]-旦圖像已經(jīng)被捕獲，處理電路102或微處理器24可以對(duì)捕獲的圖像進(jìn)行附加計(jì)算。示例性的信號(hào)處理技術(shù)包括使用快速傅里葉變換（FFT)來處理圖像，以獲得頻率相關(guān)信息，使用導(dǎo)數(shù)等來識(shí)別圖像中的運(yùn)動(dòng)，采用數(shù)字濾波技術(shù)來減少噪聲，以及采用幅度增強(qiáng)技術(shù)以增加靈敏度?？够殳B技術(shù)也可用于減少錯(cuò)誤讀數(shù)。珍斷算法可以識(shí)別在過程中的故障部件或其他診斷條件。診斷算法還可以檢測在圖像捕獲裝置本身中的故障部件，例如故障像素。[0037]多種技術(shù)可以用于增加圖像捕獲裝置的分辨率。例如，感興趣的區(qū)域，例如，變化正在發(fā)生的地區(qū)，可以被以比在其中沒有變化發(fā)生的圖像中的區(qū)域高的速度掃描。注意，用來捕獲運(yùn)動(dòng)的圖像捕獲裝置應(yīng)當(dāng)充分地穩(wěn)定，使得它自己的由振動(dòng)等引起的運(yùn)動(dòng)不會(huì)在測量中引入誤差。[0038]另外，在上述討論中，參考了獲得移動(dòng)的過程部件的圖像，但是，該討論適用于由過程元件的運(yùn)動(dòng)引起的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。更具體地，在上面的討論中，圖像捕獲裝置提供了參考位置，根據(jù)該參考位置觀察過程部件的運(yùn)動(dòng)。在另一個(gè)示例配置中，圖像捕獲裝置1〇〇隨著過程元件106移動(dòng)并且捕獲參考元件的圖像。例如，在圖8中，裝置100被顯示為正在被支承在過程部件106上。圖像捕獲裝置100被定位以查看由參考支撐件222支承的圖像參考元件220。在過程部件106移動(dòng)時(shí)，圖像捕獲裝置100聯(lián)動(dòng)地移動(dòng)。這種運(yùn)動(dòng)可以通過使用裝置100查看參考元件220被觀察到。參考元件220可以包括以上相對(duì)于過程部件描述的各種圖像增強(qiáng)技術(shù)。因?yàn)樗潜粰z測出的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，在某些配置中，對(duì)于圖像捕獲裝置期望的是，過程部件和/或參考元件被安裝到相同的參考框架，因而由環(huán)境振動(dòng)等引起的運(yùn)動(dòng)將不會(huì)被檢測到。[0039]測得的過程變量可以在任何適當(dāng)?shù)倪^程控制環(huán)路上被傳輸，并且根據(jù)需要被發(fā)送到控制系統(tǒng)。這允許標(biāo)準(zhǔn)控制和監(jiān)測系統(tǒng)利用圖像捕獲裝置100,包括上層安全系統(tǒng)。圖像捕獲裝置100的使用相對(duì)于許多競爭技術(shù)提供了許多優(yōu)點(diǎn)，包括較低侵入性結(jié)構(gòu)、低成本、低功耗、簡化安裝和有限的用戶配置。[0040]雖然已經(jīng)參照較佳實(shí)施例描述本發(fā)明，本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下可以在形式和細(xì)節(jié)上變化。雖然已在本文中使用術(shù)語"圖像"，本發(fā)明可以利用任何合適的頻率或頻率范圍輻射。這包括可見光、紅外線和紫外線輻射。一般來說方面，使用過程部件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)測量過程變量。這包括觀察發(fā)生的運(yùn)動(dòng)，其中運(yùn)動(dòng)的量或方式與過程變量相關(guān)，觀察其中運(yùn)動(dòng)的速率或速度與過程變量相關(guān)的運(yùn)動(dòng)，觀察其中過程部件的形狀或輪廓作為過程變量的函數(shù)變化的配置。如本文所用，術(shù)語"運(yùn)動(dòng)"包括移位式運(yùn)動(dòng)、變形或形狀變化、振動(dòng)、重復(fù)運(yùn)動(dòng)、線性或非線性運(yùn)動(dòng)等。可以根據(jù)需要采用經(jīng)驗(yàn)或建模技術(shù)將過程變量的值與檢測到的運(yùn)動(dòng)相關(guān)聯(lián)。然而，可以采用任何合適的技術(shù)，例如包括，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等?！緳?quán)利要求】1.一種現(xiàn)場設(shè)備，用于監(jiān)測工業(yè)過程的過程變量，該現(xiàn)場設(shè)備包括：過程部件，該過程部件呈現(xiàn)作為過程變量的函數(shù)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)；圖像捕獲裝置，該圖像捕獲裝置被配置以捕獲由于過程部件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)而變化的圖像；連接到圖像捕獲裝置的圖像處理器，該圖像處理器配置以：檢測過程部件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)；和基于檢測到的相對(duì)運(yùn)動(dòng)測量過程變量；和連接到圖像處理器的輸出電路，該輸出電路被配置以提供與測量到的過程變量相關(guān)的輸出。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的現(xiàn)場設(shè)備，其中所述相對(duì)運(yùn)動(dòng)包括過程部件的位移。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的現(xiàn)場設(shè)備，其中所述相對(duì)運(yùn)動(dòng)包括過程部件的變形。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的現(xiàn)場設(shè)備，其中所述相對(duì)運(yùn)動(dòng)包括過程部件的重復(fù)運(yùn)動(dòng)。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的現(xiàn)場設(shè)備，其中檢測到的運(yùn)動(dòng)包括所述相對(duì)運(yùn)動(dòng)的頻率。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的現(xiàn)場設(shè)備，其中檢測到的運(yùn)動(dòng)包括所述相對(duì)運(yùn)動(dòng)的振幅。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的現(xiàn)場設(shè)備，其中過程變量選自由壓力、溫度、流量、液位、速度、質(zhì)量和位置構(gòu)成的過程變量組。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的現(xiàn)場設(shè)備，包括被配置以照射過程部件的輻射源，并且其中圖像捕獲裝置接收由輻射源照射的過程部件的圖像。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的現(xiàn)場設(shè)備，其中圖像捕獲裝置包括單像素傳感器10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的現(xiàn)場設(shè)備，其中圖像捕獲裝置包括行掃描傳感器。11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的現(xiàn)場設(shè)備，其中圖像捕獲裝置包括二維陣列。12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的現(xiàn)場設(shè)備，其中圖像處理器進(jìn)一步被配置以基于捕獲的圖像對(duì)工業(yè)過程進(jìn)行診斷。13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的現(xiàn)場設(shè)備，包括存儲(chǔ)器，該存儲(chǔ)器被配置以存儲(chǔ)用于由圖像處理器在檢測過程部件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)使用的基準(zhǔn)圖像。14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的現(xiàn)場設(shè)備，其中圖像捕獲裝置捕獲過程部件的圖像。15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的現(xiàn)場設(shè)備，其中圖像捕獲裝置隨著過程部件移動(dòng)并捕獲參考元件的圖像。16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的現(xiàn)場設(shè)備，包括用于根據(jù)控制信號(hào)控制工業(yè)過程的控制元件，并且其中控制信號(hào)是與測量的過程變量相關(guān)的輸出的函數(shù)。17.-種用于監(jiān)測使用現(xiàn)場設(shè)備的工業(yè)過程的過程變量的方法，包括下述步驟：將過程部件放置在工業(yè)過程中，該過程部件呈現(xiàn)作為過程變量的函數(shù)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)；捕獲由于過程部件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)而變化的圖像，該相對(duì)運(yùn)動(dòng)與過程變量相關(guān)聯(lián)；檢測捕獲的圖像中的相對(duì)運(yùn)動(dòng)；基于檢測到的相對(duì)運(yùn)動(dòng)測量過程變量；以及響應(yīng)地提供與過程變量相關(guān)的輸出。18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中所述相對(duì)運(yùn)動(dòng)包括過程部件的位移。19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中所述相對(duì)運(yùn)動(dòng)包括過程部件的變形。20.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中所述相對(duì)運(yùn)動(dòng)包括過程部件的重復(fù)運(yùn)動(dòng)。21.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中檢測到的相對(duì)運(yùn)動(dòng)包括捕獲的圖像中的頻率。22.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中檢測到的運(yùn)動(dòng)包括捕獲的圖像中的振幅。23.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中過程變量選自由壓力、溫度、流量、液位、速度、質(zhì)量和位置構(gòu)成的過程變量組。24.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，包括使用輻射源照射過程部件。25.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，包括基于捕獲的圖像對(duì)工業(yè)過程執(zhí)行診斷。26.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，包括在存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)用于在檢測過程部件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)使用的基準(zhǔn)圖像?！疚臋n編號(hào)】G05B19/048GK104516301SQ201310737591【公開日】2015年4月15日申請(qǐng)日期:2013年12月26日優(yōu)先權(quán)日:2013年9月26日【發(fā)明者】羅伯特·C·海德克申請(qǐng)人:羅斯蒙特公司