[發(fā)明專利]用于可旋轉(zhuǎn)元件的傳感器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201780069210.8
• 申請日: 2017-08-24
• 公開（公告）號: CN110192001B
• 公開（公告）日: 2021-06-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 艾倫·帕特里克·約翰·芬利;約翰·馬克·牛頓;安德魯·亨利·約翰·拉金斯;馬修·威廉·戴維斯;格蘭特·尼科爾斯
• 申請（專利權(quán)）人: 薩蘭達(dá)有限公司
• 主分類號: E21B19/14
• 分類號: E21B19/14;F16L3/00;G01C9/08
• 代理公司: 北京三聚陽光知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11250
• 代理人: 卜勁鴻

傳感器單元(10)可安裝在平臺(3)上的可旋轉(zhuǎn)元件(5)上，平臺(3)本身是可移動的，并且包括：方向傳感器，布置成獲取取決于傳感器單元的方向的測量值；處理器，布置成從測量值導(dǎo)出表示可旋轉(zhuǎn)元件的方向的旋轉(zhuǎn)位置信號；以及緩沖器，布置成緩沖由方向傳感器在預(yù)定時(shí)間段內(nèi)獲取的一系列近期測量值。處理器導(dǎo)出旋轉(zhuǎn)位置信號進(jìn)行校正，以基于緩沖器中緩沖的一系列測量值的整體來補(bǔ)償平臺的運(yùn)動對測量值的影響。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種用于可旋轉(zhuǎn)元件的傳感器。

背景技術(shù)

在許多應(yīng)用中，希望感測可旋轉(zhuǎn)的可旋轉(zhuǎn)元件的方向，例如以在可旋轉(zhuǎn)元件的操作期間提供安全性。在可旋轉(zhuǎn)元件的機(jī)械故障或致動系統(tǒng)(可以是例如氣動的)失效的情況下，則可旋轉(zhuǎn)元件可能不在預(yù)期位置，這可能產(chǎn)生安全問題。

存在各種類型的感測技術(shù)用于感測連續(xù)旋轉(zhuǎn)的可旋轉(zhuǎn)元件的旋轉(zhuǎn)。然而，這種傳感技術(shù)通常依賴于由連續(xù)運(yùn)動產(chǎn)生的周期性測量值，并且因此不能直接應(yīng)用于可在有限旋轉(zhuǎn)范圍內(nèi)旋轉(zhuǎn)的可旋轉(zhuǎn)元件，或者其中方向的變化通常偶爾發(fā)生的地方。

當(dāng)可旋轉(zhuǎn)元件安裝在本身可移動的平臺(例如浮動平臺或移動車輛或搖擺容器，例如可用于海上鉆井或勘探的浮動平臺)上時(shí)，本發(fā)明的第一方面解決了潛在的困難。理論上，如果傳感器單元設(shè)置有方向傳感器以檢測可旋轉(zhuǎn)元件的絕對方向，那么所獲取的測量值受平臺的運(yùn)動影響，而不僅僅是可旋轉(zhuǎn)元件相對于平臺的方向(旋轉(zhuǎn)位置)。這可能導(dǎo)致難以感測可旋轉(zhuǎn)元件的方向，并且可能導(dǎo)致錯誤的感測。

發(fā)明內(nèi)容

根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種可安裝在自身可移動的平臺上的可旋轉(zhuǎn)元件上的傳感器單元，該傳感器單元包括：方向傳感器，布置為獲取取決于傳感器單元的方向的測量值；處理器，布置為從測量值中導(dǎo)出表示可旋轉(zhuǎn)元件的方向的旋轉(zhuǎn)位置信號；緩沖器，布置為緩沖由方向傳感器在預(yù)定時(shí)間段內(nèi)獲取的一系列近期測量值，其中處理器布置為導(dǎo)出旋轉(zhuǎn)位置信號，從而進(jìn)行校正以基于緩沖器中緩沖的一系列測量值的整體補(bǔ)償平臺運(yùn)動對測量值的影響。

傳感器單元安裝在可旋轉(zhuǎn)元件上并包括方向傳感器，該方向傳感器獲取取決于傳感器單元的方向的測量值。原則上，這種測量值允許簡單且可靠地檢測可旋轉(zhuǎn)元件的旋轉(zhuǎn)位置。特別地，它允許使用比具有足夠可靠的感測的典型外部傳感器更簡單的傳感器類型。類似地，傳感器單元可以具有相對低的功耗，允許使用諸如電池等內(nèi)部電源并且能夠長時(shí)間運(yùn)行。

如上所述的當(dāng)可旋轉(zhuǎn)元件安裝在本身可移動的平臺上時(shí)的潛在困難問題通過在緩沖器中緩沖在預(yù)定時(shí)間段內(nèi)獲取的一系列近期測量值并使用所緩沖的一系列測量值的整體進(jìn)行校正以補(bǔ)償平臺運(yùn)動對測量值的影響來解決。

已經(jīng)意識到平臺的運(yùn)動可以通過在預(yù)定時(shí)間段內(nèi)在緩沖器中緩沖的一系列測量值的整體來表征，盡管傳感器單元安裝在可旋轉(zhuǎn)元件上。這是因?yàn)槠脚_隨平臺移動，因此與可旋轉(zhuǎn)元件相對于平臺的移動相比，該移動通常以相對慢的速率發(fā)生，例如在浮動平臺的情況下主要由波浪引起。因此，在預(yù)定時(shí)間段內(nèi)獲取的一系列測量值的整體表征平臺的運(yùn)動，并且可用于進(jìn)行校正，該校正在從測量值導(dǎo)出旋轉(zhuǎn)位置信號時(shí)補(bǔ)償該運(yùn)動。

處理器還可以布置為將元數(shù)據(jù)與旋轉(zhuǎn)位置信號相關(guān)聯(lián)。這種元數(shù)據(jù)可以包括以下中的一個或多個：時(shí)間信息、傳感器標(biāo)識、可旋轉(zhuǎn)元件標(biāo)識、可旋轉(zhuǎn)元件轉(zhuǎn)圈次數(shù)、可旋轉(zhuǎn)元件處于打開位置的計(jì)數(shù)、可旋轉(zhuǎn)元件處于關(guān)閉位置的計(jì)數(shù)、可旋轉(zhuǎn)元件速度、可旋轉(zhuǎn)元件加速度、可旋轉(zhuǎn)元件角度、電池電量水平、方向傳感器信號水平、信號極化、天線信號強(qiáng)度、傳感器位置、信號三角測量以及位置，位置可以由傳感器單元中的地理定位單元檢測。

傳感器單元還可以包括無線通信接口，該無線通信接口布置為無線地傳送旋轉(zhuǎn)位置信號。這允許遠(yuǎn)程定位傳感器單元，而無需進(jìn)行有線連接。這減少了安裝困難并避免了與電線損壞相關(guān)的風(fēng)險(xiǎn)。

傳感器單元可以進(jìn)一步包括光源并且布置為調(diào)制光源的光輸出以表示可旋轉(zhuǎn)元件的方向。這允許提供適合在遠(yuǎn)程位置使用的無線傳感器單元，而不需要進(jìn)行電連接，因?yàn)榭梢员O(jiān)控光源的輸出。