JP2851657B2

JP2851657B2 - パイプライン・モニタリング装置

Info

Publication number: JP2851657B2
Application number: JP1320734A
Authority: JP
Inventors: アール．アダムスジョン; セント．ジョンプライスパトリック; スミスジム
Original assignee: NOSUKO UERU SAABISU Ltd
Current assignee: NOSUKO UERU SAABISU Ltd
Priority date: 1988-12-30
Filing date: 1989-12-12
Publication date: 1999-01-27
Anticipated expiration: 2014-01-27
Also published as: US4945775A; GB2226633A; GB8922704D0; CA1327403C; GB2226633B; JPH02226009A; US4945775B1

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明はパイプライン・モニタリング装置に関する
が、より特定的に言えば、石油、ガス、およびその他製
品のパイプラインにおける断面、非真円度、および変位
を測定するための第一次のセンサと第二次冗長センサを
収容している慣性計測型のパイプラインピグに関する。

パイプラインの変形のモニタリングは、そのパイプラ
インの健全性を予測するために必須である。つまり、モ
ニタリングを行うことにより、パイプラインの実際の故
障が起こる前に修正の手段がとられ得る。本出願者によ
る調査によれば、北米には現在約42万３千kmのパイプラ
インがあり、それらは、凍結、地下変動などの結果とし
て健全性の変化を受けうる。

［従来の技術］慣性計測型のピグや、その他の慣性計測システムを構
築するための従来の試みは、初期調査データを実時間で
計算して機内センサシステムを制御するという働きをす
る高級最新のソフトウエアに頼っていた。そこにおいて
は、センサシステムから来た生のデータが処理され、中
間的形態において記録される。データ処理において誤り
が入った場合、このような従来技術のシステムでは、そ
れら生のデータはもはや得られない故に、後処理によっ
て誤りを正すということは不可能である。

上記とは別の従来の種々のパイプラインピグは、位
置、曲率、非真円度といった特性を測定する機械的構造
要素に頼って来た。

例えばカナダ特許第1,083,343号（Pallanによる）が
教えているパイプラインピグは、それの本体部分に、パ
イプラインの壁に当る複数のホイールが取付けられてい
るものであり、これらホイールは、ピグのパイプライン
内での速度を制御するための油圧変位装置に接続されて
作動する。

カナダ特許第1,107,494号（Institut Francaisdu pet
role Franceによる）が教えているのは、パイプライン
の直径を検出するために、パイプラインの軸線に平行に
位置していてそのパイプラインに押し当てられている機
械的アームを用いることである。

カナダ特許第1,019,144号（AMF社による）が開示した
パイプラインピグでは、それに取付けられている複数の
ホイールがパイプラインの内壁に、それに接して回転す
るように押し当てられており、各ホイールには、それが
回転するときに一緒に回転する部分があり、またステー
タ部分には、それの基準位置に対してのホイールの回転
位置を表わす信号を発生する手段がある。

カナダ特許第1,017,141号（Shell Canada社による）
が開示しているパイプラインピグも、１つ以上の計数用
ホイールと、それに各々の回転速度を計測するための装
置を用いており、それによって、ピグがパイプラインの
中で動いた距離が計算されている。

カナダ特許第1,225,734号（William（TD）社による）
が開示したのは、パイプラインの内壁を物理的に衝撃す
ることによりパイプライン内に周期的に音響信号を導入
するハンマーである。パイプライン内で周期的音響の振
動を起こさせるために代案として、段付きホイールとか
その他の機械的手段も用いられ得るとしている。１つの
マイクロホンがその発生された振動を受信し、その受信
された信号を１つの電子的計測装置に送る。その電子的
計測装置において、音響は増幅され、所望のように電子
的に変形されて解析され、その出力は記録される。

カナダ特許第1,006,692号（AMF社による）が開示した
パイプラインピグは、それの外部にあって測定されるべ
きパイプラインの内壁に接触する複数のホイールを利用
しており、列をなすこれらホイールの各々は、ピグがパ
イプラインの曲った部分を通過するとき、相異る通過距
離を経るので、デジタルのシャフトエンコーダーによっ
てそのホイールの回転の出力を軸つまりシャフトの位置
の関数として符号化すれば、パイプの曲率（rad/ft）が
測定され、パイプラインにおけるその曲率のある場所が
特定されるようなデータが得られる。

上述以外の従来技術によるピグは、パイプの曲率やパ
イプラインの中でのそれの位置を測定するために、ジャ
イロまたは加速度計をベースにした方位計測システムを
用いている。

例えば、英国特許出願（GE2088554号（PLS pipeline
Service U.K.による）は、パイプラインを通して移動し
た距離を測定することを、パイプラインの方向変化を計
測する磁気またはジャイロコンパス、または加速度計を
用いて行うこととしたパイプラインピグを開示してい
る。

カナダ特許第1,199,169号（Litton Systems社によ
る）が開示したパイプラインピグは、慣性基準システム
と、その慣性システムのための安定した基準を提供する
ロールコントロール装置と、パイプラインの内壁に当る
ようにばね力を受けたアームという形での機械的なピグ
対パイプ姿勢検出器とを有することにより、パイプ内面
に対してのピグの相対的方位の測定値を連続的に提供す
る。ピグの中のセンサが受取るそれらデータのすべて
は、機内のレコーダーによって記録される。

米国特許第4,677,865（Lehmanによる）は、複数のラ
ンナーによって支えられまたそれによって駆動されてパ
イプラインを通して移動するパイプラインピグを開示し
ている。パイプ壁にある障害物を避けるようにランナー
の角度位置を変えるための装置が設けられている。パイ
プラインの中におけるピグの角度位置を測定するための
ジャイロシステムが用いられている。パイプラインの軸
方向でのピグの位置は、ピグの後方にあってそれに追従
する索引ロープの長さを放射性位置エミッタまたは変位
トランスジューサを用いて計測することによって知られ
る。

カナダ特許第1,166,844号（Sunstrand Data Control
社による）は、加速度計とプローブジョイント計測技術
を利用したボアホールサーベイ装置を開示している。こ
の装置は、３軸方向加速度計パッケージと、その加速度
計が生成する信号の精度を向上させるために加速度計の
プローブ部分がボアホールケーシングの中心に保持され
るように働く心合わせ機構とを搭載するために、可撓性
をもって連結された組立体の形をなしているピグであ
る。この装置では、代案として、パイプライン壁の僅か
のたわみ角度を検出するために、各プローブ部分に固定
されていて半導体の歪ゲージを支持しているという角形
の可撓性の棒の形での角度読取り機構を用いることを意
図している。

上記のほかの類のピグは、パイプラインの諸特性値の
測定のために、磁気式検出器または磁気式のジャイロの
組合せ、または加速度計をベースにした検出手段を用い
ている。

米国特許第4,105,972号（British Gas Corporationに
よる）が開示したパイプラインピグは、パイプライン壁
の欠陥を検出するために、ばね力を受けて枢動可能にリ
ンク式に取付けられた複数のプレートを用いている。こ
れらプレートはピグ組立体の本体を完全に取り囲むよう
に取付けられており、最も外側のプレートは磁束検知手
段（複数）を担持していて、それら検知手段は、ばねに
よってパイプライン壁の内面に弾力をもって押し当てら
れている。

米国特許第4,292,588号（Schlumberger Technolgy Co
rporationによる）は、強磁性体のケーシングの壁厚さ
を測定するための電磁式厚さ測定器を開示している。そ
こでの測定は、ケーシング壁を通して流れる（それの深
さに関係している）磁束の振幅と変化時点の位相を計測
することによって行われている。

米国特許第4,628,260号（Kimotoらによる）は金属管
の欠陥を調べるための渦電流式欠陥検出システムを教え
ている。そのものにおける検出器は、金属管内で軸方向
に動かされるテストコイルを含んでいて、そのテストコ
イルは、金属管にある欠陥によって生ずる渦電流の変動
を、インピーダンスの変化として検出するものである。

米国特許第4,717,875号（Atlantic Richfisld社によ
る）が開示したパイプラインピグは、加速度計と、測定
されるパイプラインの断面に沿ってある周方向溶接部あ
るいはその他の既知の類の磁気的異常部分をカウントす
るための磁力計で成る軸方向位置測定装置と、を含む機
内計測器パッケージを有している。

［発明が解決しようとする課題］上記した従来技術による特許のいずれもが教えている
のは、地下パイプラインの断面特性を測定するための、
慣性計測システム（すなわち加速度計とジャイロシステ
ム）と、機械的な速度検出または位置検出の装置（例え
ばピグの外側に取付けられていてパイプライン壁に接触
するホイール、または、機械的な音響振動用のハンマー
または段付きホイールなど）のうちの１つまたは両方、
またはパイプラインの欠陥を検出する磁気ベースのシス
テムを用いるということである。

３次元の位置や曲率の測定を行う従来技術によって得
られるのはユニークな（つまり冗長でない）解である。
したがって、そのような従来技術によるシステムを用い
たのでは、統計的な信頼性をもってデータを健全なもの
であると見なすことが極めて困難である。さらに、慣性
ベースのシステム（すなわち加速度計とジャイロスコー
プ）は、単独に用いられる場合、適切な整列を先ず確立
してその後維持するために情報を必要とする。それがな
いならば、このようなシステムでは、誤った加速度や方
位の情報を生み勝ちであり、その情報には、誤りが以後
の計測データの処理、解釈のすべてを通して伝搬する。

パイプラインの中での速度や位置の検出を行うため
に、アーム、ホイール、ギヤ、サーボループといった機
械的要素を用いているという従来技術のシステムは、ど
んな機械的可動部分であっても避け難い類の欠点をも
つ。つまり、そのような機械的要素をパイプラインピグ
に用いるならば、地下パイプラインの中でそれが作動す
る環境は厳しい故に、結局は疲労や応力によって故障が
起こることになる。ピグがパイプラインの中で長期にわ
たって動き続けなければならない場合にはこの問題は深
刻化する。

さらに、上記した従来技術による特許のすべては、計
測システムとセンサに動力を供給するために内蔵バッテ
リーパックを用いているか、または、地上の発電機から
パイプラインの中を通ってピグまで延びているパワーケ
ーブルを用いている。ケーブルを用いるピグ動力システ
ムは、扱いにくく、また、パイプラインの中でピグが移
動し得る距離に制限を課する。一方、バッテリー動力の
ピグは、バッテリーの能力が低下するまでの短中期間運
転の場合にのみ用いられ得る。

［課題を解決するための手段］本発明によれば、結合されたパイプラインピグ・モニ
タリング装置が提供される。この装置では、加速度計と
ジャイロスコープのような慣性センサで成る第一次計測
システム（吊下型慣性システム）が、パイプラインの診
断解析における位置と曲率についての単一でない解を生
成するために第二次計測システムとの組合わせで用いら
れている。この第二次計測システムは、慣性での第一次
計測システムで生成されたデータを補正し洗練するため
の、１つ以上のドップラーソナー型の速度センサ、ソナ
ーキャリパー型のピグ対パイプ姿勢センサ、音響式溶接
部検出器、ホイール型走行距離計などを含んでいる。

例えば、ピグ対パイプ姿勢センサから来たデータは、
加速度計で得られた変位のデータと組合せて処理して曲
率を推算するように用いられるし、また、ジャイロをベ
ースにした方位のデータと組合せて処理して曲率を推算
するように用いられる。したがって、曲率に関する冗長
解が提供されるので、それから最も適合する推算値が得
られる。

上述したように、第一次の慣性ベースのデータは屡々
方位の誤差を含んで来るので、曲率とかその他の特性に
ついての単一な解を生成するように用いられた場合、そ
の解は測定誤差を含んでおり、それは後処理によって修
正され得ない。要するに、本発明による第二次計測シス
テムは、吊下型ジャイロシステムで生成された情報に限
界規定のメカニズムを付与することによって、従来技術
によるジャイロスコープをベースにした慣性計測システ
ムの場合には起こっていた誤差の伝搬を制限するためだ
けでなく、第一次で得られたデータをチ４ックし、修正
するためにも用いられる補足的な生データの源を生成す
るものである。

ピグ体パイプ姿勢センサは、パイプラインの非真円度
や波打ちの検出値をも提供する。このことは従来技術に
よる装置では話題にならなかった重要な考慮事項であ
る。

さらに、この第二次計測システムは音響情報をベース
にしている故に、機械式装置の故障という従来技術での
欠点は完全に克服されている。

本発明によれば、第一次および第二次計測のデータは
すべて、後刻検索し後処理されるべく生データとして記
録される。故に、第一次および第二次計測データは比較
され得るし、伝搬する誤差があればそれらは検知されし
かるべくふるい落され得る。このようにすることによ
り、本発明のパイプラインピグのハードウエアおよびソ
フトウエアの設計要目は、従来技術の場合に比べて簡単
なものとなる。何故ならば、ピグ自体における計算の遂
行量は極めて少なく、機内ソフトウエアは主として、デ
ータマネジメントおよび通信のシステムとして働くから
である。

本発明の上記以外の特色として、第一次および第二次
計測システムに動力を供給する直流電圧を発生するため
に内蔵発電機が設けられている。したがって、従来技術
のバッテリー動力や遠隔動力供給のパイプラインピグに
比べるならば、本発明のピグは、バッテリーの交換なし
に、また、面倒なパワーケーブルの接続を要することな
く、パイプラインの中でより長期間動き続けることがで
きる。

本発明の一面によって提供されるパイプライン・モニ
タリング装置は、パイプラインを通して移動するように作られたキャリ
ヤ手段と、前記キャリヤ手段の中に取付けられていて、前記パイ
プラインの中における前記キャリヤ手段の動的特性を一
つの基準の慣性フレームに対してのものとして計測し、
それに応じ、前記特性を表わす所定の第１デジタル信号
を生成する吊下式慣性システムと、前記キャリヤ手段の中に取付けられていて、前記パイ
プラインに対しての前記の動的特性のうちの１つ以上の
冗長計測し、それに対応し、それらの特性を表わす所定
の追加デジタル信号を生成する冗長センサ手段と、前記キャリヤ手段の中に取付けられていて、前記第１
および所定の追加的デジタル信号を受信し、その後検索
され得るように、つまり検索すれば前記第１および所定
の追加的デジタル信号から前記パイプラインの断面およ
び構造上の特性についての単一でない解が得られるよう
に、記録するためのレコーダー手段、の各々を含んでいる。

本発明の別の一面によって提供されるパイプライン・
モニタリング装置は、パイプラインを通して移動するように作られたキャリ
ヤ手段と、前記キャリヤ手段の中に取付けられていて、前記パイ
プラインの中の物質の流れを受け、それに対応し、前記
キャリヤ手段を前記パイプラインを通して推進させる複
数のピグシールゴムと、前記キャリヤ手段の中に設けられていて、前記の物質
の流れを受けてそれの方向を変換させ、初期作動用直流
電圧を発生させる装置と、前記キャリヤ手段の中に設けられていて、前記の一次
作動用直流電圧が途絶えたときに、バックアップ作動用
直流電圧を提供できるためのバッテリーユニット、すな
わち前記の一次作動用直流電圧を受入れ、それに対応
し、前記バックアップ作動用直流電圧を所定のレベルに
維持するような再充電ユニットを含むバッテリーユニッ
トと、前記キャリヤ手段の中に設けられていて、前記キャリ
ヤ手段の基準の慣性フレームに対する加速度および角度
位置を計測し、それに対応し、その加速度と角度位置を
表わす一連のそれら第一次デジタル信号を生成するよう
な、吊下型の慣性システムと、前記キャリヤ手段の中に設けられていて、前記キャリ
ヤ手段の前記パイプラインに対する速度を計測し、それ
に対応して、その速度を表わす第二次デジタル信号の第
１のシリーズとして生成する速度計測システムと、前記キャリヤ手段の中に設けられていて、前記キャリ
ヤ手段の前記パイプラインに対する角度位置を計測し、
それに対応し、前記キャリヤ手段の前記パイプラインに
対する角度位置を表わす信号を第二次デジタル信号の第
２のシリーズとして生成する姿勢計測システムと、前記キャリヤ手段の中に設けられていて、前記キャリ
ヤ手段の前記パイプラインに対する位置を計測し、それ
に対応して、その位置を表わす信号を、第二次のデジタ
ル信号の第３のシリーズとして生成する位置計測システ
ムと、前記キャリヤ手段の中に設けられていて、前記の第一
次デジタル信号のシリーズと、前記の第二次デジタル信
号の第1,第2,第３のシリーズのものを受信し、貯蔵する
ような、レコーダーシステム、の各々を含んでおり、それにより、前記の第二次デジタル信号の第1,第2,第３のシリーズ
のものは、前記慣性システムで計測された前記の加速度
と角度位置を、独立、冗長に検証することを可能にして
いる。

［実施例］以降においては本発明の望ましい一実施例について、
添付の図面を用いてより詳細に説明する。

第１図においては、本発明によるパイプライン・モニ
タリング・装置が、油、ガスまたは他の製品といった種
々の物質のうちのいずれかを輸送するための、所定の直
径を有するパイプライン２を通して移動するビグ１の形
で示されている。このピグは、複数の管状のキャリヤ3,
5,7および９を含んでいる。第１のキャリヤ３は、発電
機11とタービン13とで成る発電装置を収容している。そ
れらについてはより詳しく第４図によって後に説明す
る。第２のキャリヤ５はバッテリーパック15を収容して
いる。これについても第４図によって後に説明する。第
３の管状のキャリヤ７は、第一次の慣性計測システム17
と、前方および後方のソナー交換器19（前方）および21
（後方）を含んだキャリパーソナーユニットと、さら
に、前方および後方のドップラーソナー変換器23（前
方）および25（後方）を含んだドップラーソナーユニッ
トとを支持している。第４の、すなわち最後のキャリヤ
９は、デジタルレコーダー27と、ばね力が働いているア
ーム31に支持された走行距離計ホイール29を含んだ随意
の走行距離計216ユニットと、パイプライン２の中の周
方向溶接部を検出するための同調されたマイクロホン33
とを収容している。

キャリヤ３〜９の各ユニットは２個以上のピグのシー
ルゴム34を含んでいる。これらシールゴムは、管状のキ
ャリヤの周りに円形に伸びてフランジとなっている良く
知られたカップ型のゴムであり、それらは、パイプライ
ン２の中の油とかガスなどの物質の流れを受けてそれに
対応してパイプラインを通してピグ１を推進させるよう
に作られている。最先端のキャリヤ３ユニットにはな
お、ピグを逆止弁とかその他のパイプライン付属物の中
を通して効果的に入れ得るためのテーパーつき先端コー
ン35が任意についている。相前後して並んだキャリヤ３
〜９の各ユニットは、パイプライン２の中の様々の曲率
断面に順応し得る関節つき構造体を形成するように、定
速型の自在継手36によって相互に連結されている。

キャリヤ3,5,7および９は、パイプライン２に対して
適当な直径のステンレス製チューブで作られているのが
望ましい。キャリヤの端板の各々は、パイプライン２の
中の漏れ込みを防ぐためＯリングによってシールされて
いる。これらキャリヤは、ガス、油、または製品のいず
れのパイプラインの場合でも確実に作動するために十分
な安全上の余裕を持たせるため、最低でも1500psiの圧
力と見積って設計されるのが望ましい。ウレタン製の標
準的なカップ形ビグシールゴム34が器具（ピグ）の最先
端部だけに用いられていて、このものは推進シール用の
役を果す。その他のシールゴムは、特別に設計されたド
ラグ用シールゴム、低振動サスペンション用シールゴム
のいずれかであってもよい。

ここの示した実施例では、種々のセンサのほか発電お
よび記録の装置を収容するために４つの別個のキャリヤ
ユニットが用いられているが、より直径の大きなパイプ
ラインの場合ならば、それら種々の構成要素を収容する
ために、直径がより大きくて数がより少ない関節連結キ
ャリヤユニットが代りに用いられ得ると考えられる。例
えば、24インチ、36インチまたは48インチのパイプライ
ンならば、計測、発電および記録のすべての装置を１つ
のキャリヤユニットまたは関節連結の２つのキャリヤユ
ニットの中に収納することが可能である。

第２図においては、キャリヤ７および９のユニットの
中にある第一次慣性計測と第二次つまり冗長計測システ
ム（７の中）およびレコーダー27（９の中）を表わして
いるブロック線図が示されている。

特に言うならば、吊下型の慣性計測システム17が、慣
性基準フレームに対するものとしてのピグ１の３軸方向
についての角度位置を計測するための三方向型ジャイロ
200と、３軸方向についての加速度を計測するための三
方向型加速度計202とを含むことが示されている。計測
された方位と加速度のデータはアナログで量子化器204
に伝達され、そこでデジタルに変換される。三方向型ジ
ャイロ200をそれの回転に応じて零位にするために慣性
ループコントローラ206が含まれている。これについて
はより詳しくは後で説明する。

三方向型加速度計202は小さな曲率半径（１〜20m）を
検出し得るのに対し、三方向型ジャイロ200は大きい曲
率半径を検出するのに有用であるので、三方向型ジャイ
ロ200と三方向型加速度計202の組合せによって、小さな
半径での曲率でも大きな半径での曲率でも正確に計測す
ることを可能にする。

三方向型加速度計202は、ドップラーソナーのデータ
と結合されたときに、三方向型ジャイロ200の整列のた
めに用いられるデータを提供する。これにより、地球の
角速度に対する補償がなされると同時に、三方向型ジャ
イロ200の中で起こり得る曲率のデータの仮計算を精算
するための短期および長期のジャイロの片寄った漂流が
提供される。

したがって、三方向型ジャイロ200と三方向型加速度
計202とは補足し合うセンサとして働き、整列（静的お
よび動的）と共に方位の検証を提供し、また慣性キャリ
ヤプロセッサ212によってパイプラインの曲率および曲
率ごとの方位のデータを生成し、それをデジタルレコー
ダー27に送る。

本実施例においては、慣性計測システム17はハネウエ
ルのモデルH778としてある吊下型慣性パッケージのよう
な吊下型システムの形をなしている。このパッケージ
は、当初は軍用（例えばミサイル、武器照準など）に設
計された統合型ユニットである。その他の、Litton,Con
dorおよびSAGEMなどの慣性システムメーカ製品の幾つか
も使われ得る。

上述したように、慣性計測システム17から来た回転と
加速度のデータは量子化器204モジュールによって、計
算機が読み得るデジタルの形に変換され、そこから慣性
キャリヤプロセッサ212へと伝送される。量子化器204は
微分技術を用いて時々刻々の信号レベルの変化を計測
し、その計測を、普通のアナログ／デジタル（＝A/D）
変換器のように間隔を置いて離散的に行うのではなく、
ある時間にわたって行う。したがって量子化器204は極
めて高精度の微分型アナログ／デジタル変換器と考えて
よく、その精度は百分率の幾つかのオーダーである。量
子化器204には、丸味の誤差を回避し、また、考案装置
の固有データ割合より高い小さな超過分を修正するため
の論理回路（図示せず）が含まれているのが望ましい。

慣性キャリヤプロセッサ212への量子化器204の出力
は、デジタルでの回転割合と速度変化との形になってい
る。その回転のデータは、個別の８ビットの並列のポー
ト（各ジャイロ軸線に対して１つ）を経て、１秒間16回
の割合で出力される。加速度計のデータは、同様の方式
または３つの３状態パルストレーン（各軸線に対して１
つ）を経て出力される。微分型での加速度計出力のほか
に、各加速度計で登録された重力を表わすアナログでの
電圧レベルも生成される。これらの信号は、慣性データ
の入力用としては精度が不十分であるが、ピグの姿勢を
監視するための補助的手段を提供する。

慣性ループコントローラ206は、ジャイロの軸線につ
いて回転を検知する手段になっている。ジャイロの軸線
が回転するとジャイロの糸車がそれの軸上で僅かに動
く。この動きを計測するために１つの電子センサが用い
られている。ループコントローラ206は、糸車を常時零
位置に保つように働く。つまり、糸車に電気的にトルク
を与えそれを零位置に戻す。ループコントローラ206に
よって消費された電流の量は、ジャイロ軸線の回転割合
の尺度となるので、それをデジタルで表わしたものが量
子化器204によって計算機つまり慣性キャリヤプロセッ
サ212に回転割合として伝送される。ジャイロの形式も
種々であり得る。また、必要に応じてRLG（リングレー
ザジャイロ）や対流ジャイロが用いられる。

従来技術による慣性ベースの装置とは対照的に、本発
明の装置は、三方向型ジャイロ200またはピグ１をパイ
プライン２の中で一定の姿勢に維持する働きをする装置
を含んでいない。その代り、ピグ１の慣性スペースに対
しての現時点姿勢は、デイジタルデータ処理技術を用い
て計算され、そして、キャリパーソナーユニット208と
さらになおジャイロの割合と加速度計の割合とドップラ
ーソナーユニット210で得られるドップラー速度とを組
合せ用いることにより、パイプラインに対するものに矯
正される。

キャリパーソナーユニット208は、キャリパーソナー
変換器19と21（第１図）からアナログ信号を伝送し、受
信し、デジタル化し、それに対応し、ピグ１のパイプ２
の中での方位（以下これをピグ対パイプの姿勢というこ
とにする。）を表わす直列データ信号を生成する。な
お、ドップラーソナーユニット210が含まれていて、こ
れはドップラーソナー変換器23と25（第１図）からの信
号を受信し、デジタル化し、それに対応し、パイプライ
ン２の中でのピグの速度を表わすさらに１つの直列デー
タ信号を生成する。

ドップラーソナーユニット210は、本発明の装置にお
いて速度の第一次冗長情報を提供する。ドップラーソナ
ーは、従来技術の装置とは対照的に、可動部分を有せ
ず、パイプ表面に物理的に接触させる必要もないという
利点を提供する。したがって、パイプライン２の中での
弁のフラップおよび／または破片状のものとの衝突に起
因する機械的故障の可能性がほとんどない。ホイールを
ベースにした走行距離計システムのように機械的な接触
に頼ることがないから、ドップラーソナーユニット210
は、牽引に起因する誤差は全くないという特色を持って
いる。ドップラーソナーユニット210の推定での再現可
能の精度は1/1000のオーダーにある。一方、走行距離計
216の精度は典型的には１〜２％である。

ドップラーソナーユニット210は、受信器／発信器に
対して動いている面から反射して来た音波はその速度差
に従う周波数ソフトを受けるということを基にして機能
する。

ドップラーシフトを表わす式は fd＝2Vf_o cosθ/V_sである。

ここで、fdは周波数シフト、Ｖは反射点の速度、V_sは
伝搬媒体内での音速、θは音波ビームの水平方向に対す
る角度、そしてf_oは伝搬する超音波ビームの周波数であ
る。

上記の式を用いると、10mHzの超音波信号の場合に速
度が0.7m/s、角度が45゜であれば、典型的な周波数シフ
トは約6.5kHzとなることがわかる。

プラットホームピッチに関係して生ずる誤差を最小に
するため本発明の装置は２軸型式を用いている。こうす
れば、ピッチに起因して生ずる誤差は２つの交換器の間
で打ち消される。

ドップラーソナーユニット210は、衝撃波または連続
波の固定角度方式で用いられる。

量子化器204、キャリパーソナーユニット208およびド
ップラーソナーユニット210で出力された直列データ信
号は、慣性キャリヤのプロセッサ212の回路で受信さ
れ、そこで、以降にレコーダー27へとさらに伝送される
ため、所定の順序に従うよう多重化される。

特に言うならば、慣性キャリヤプロセッサ212は、キ
ャリパーソナーユニット208およびドップラーソナーユ
ニット210のほか第一次の慣性計測システム17から受信
した直列データのすべてを集め、相互の関連づけを行
う。データはデジタルレコーダー27へ直列データリング
を経て伝送され得るようにパケット式に組立てられる。
詳しく図示していないが、慣性プロセッサは、種々のセ
ンサから来る直列データ信号を典型的には８ビットの並
列入力ポート（複数）または８ビットのポート（複数）
と16Hzでの割込みをベースに働かされる読取り可能のア
ップ・ダウンカウンタとの組合せの形でのインタフェイ
スと、第一次の慣性計測システム17から来るサーマルカ
ップルのデータをモニタリングするためのマルチチャン
ネルの変換器の形でのアナログ／デジタル変換器と、１
つのCPUと、さらにRAMとEPROMのメモリとを含んでい
る。また、キャリパーソナーユニット208やドップラー
ソナーユニット210との通信のために直列入出力ポート
が設けられている。さらにまた、割込みの実行と直列デ
ータの時間のタグ付けつまり刻印のためにタイマ装置が
設けられているのが望ましい。プロセッサ、RAM、EPRO
M、直列ポート（複数）およびタイマー（複数）は、NEC
V40の16ビットマイクロプロセッサのような単一ボード
の計算機を用いることで実現されるのが望ましい。

慣性キャリヤ７の中に収容される種々の装置は＋5V D
C、±15V DC、400Hz ACおよび45kHz ACを含む沢山の相
異るタイプの動力源を必要とする。したがって、公称28
Vのピグ供給電源から必要なすべての供給電圧を生成す
るために供給電源変換器（図示せず）が含まれている。

レコードを支持するキャリヤ９ユニットは、同調され
たマイクロホン33（第１図）から来るオーディオ信号を
受信し、それに対応し、周方向溶接部とピグシールゴム
34が接触したときの音の特性的周波数を検出するための
溶接部検出器214を結合している。このオーディオ信号
は溶接部検出器214を経ることで、直列データ信号に変
換され、デジタルレコーダー27に伝送される。

走行距離計216回路はプロセッサ218と組合って働くよ
う任意に含まれており、これに関係している、アーム31
（第１図）によって支持されている走行距離計ホイール
29から来る速度の情報を受信し、それに応じ、さらに１
つの直列データ信号を生成する。

溶接部検出器214および任意の走行距離計のプロセッ
サ218から来る追加的な直列データ信号は、完成キャリ
ヤプロセッサ212から来る多重化された直列データ信号
と共に、デジタルレコーダー27の作動部分となっている
レコーダーコントローラ220によって伝送される。レコ
ーダーコントローラ220は受信した直列データ信号を時
間刻印して編成し、デジタルビデオレコーダー222のよ
うな適当な記録媒体へのそれらデータの蓄積を調整す
る。

パイプラインピグ１をパイプライン２の中へと発信さ
せる前に、レコーダーコントローラ220に、それが既に
確立されている初期条件に従ってコントロールの動作を
するように、予備的デイジタルコントロール情報を負荷
することができる。この目的のための外部モニター224
が図示されている。同様に、ピグの作業が終った時に
は、レコーダー27に蓄積されている直列データは、測定
対象となったパイプライン２の断面特性を正確に求める
ための以後の解析や後処理のために取り出される。

作動中においては、慣性システム17は、慣性基準フレ
ームに対してのピグ１の方位のデータを、やはり、慣性
基準、つまり大地基準のフレームに対しての、矯正され
得る加速度、温度、および変位のデータと組合された形
で提供する。ところで、伝統的技術を（すなわち従来技
術によるシステムを独立で）用いてパイプラインの特性
に関する正確な情報を得るためには、三方向型ジャイロ
200はパイプライン２の中心に留まっていなければなら
ない。ところが、そのような慣性計測システムの伝統的
で実際的応用の場合、ピグ１その他がパイプラインを通
して移動するときに飛躍的運動がある故に慣性計測シス
テムがパイプライン２の中心に正確に維持されることは
なく、その故に誤った予期されない結果が生成する。

したがって、上述したように、第一次計測システムで
得られるデータを較正し、洗練されたものとするために
用いられるキャリパーソナーユニット208、ドップラー
ソナーユニット210、および溶接部検出器214、そしてな
お任意の走行距離計216を含めた第二次計測システムが
設けられている。キャリパーソナーユニット208および
ドップラーソナーユニット210で得られたデータは、慣
性計測システム17をコントロールするためにも利用され
るが、なお、後処理の段階で竣工調査記録と組合せられ
るならば、パイプライン２の中での位置の独立的推算値
を提供する。

三方向型加速度計202から得られたデータは、第３図
のブロック線図に示してあるように、積分すれば速度の
情報、二重積分すれば位置の情報となる。しかし、初期
条件つまり境界条件が規定されていないならば、得られ
る速度や位置のデータには相当な誤差が伝搬して来るこ
とがある。例えば、三方向型ジャイロ200によって計測
された角度位置のデータは小さな振れがあった場合、三
方向型加速度計202で計測された重力が、計測された加
速度のデータの積分の間に誤差を伝搬させることがあ
る。

したがって本発明においては、第３図に示してあるよ
うに、第一次の慣性計測システム17で得られた加速度の
データまたは方位のデータの積分の結果に入り得る誤差
の拡大つまり伝搬に対して限界規定を付与するように第
二次の計測システムが設けられている。

ピグ対パイプの姿勢センサ（例えばキャリパーソナー
ユニット208）は、加速度計202で得られた変位のデータ
あるいはジャイロ202に基づく方位のデータと組み合わ
せたとき別個の曲率推定値（すなわち冗長、単一でない
解）を生成するようなデータを提供する。

なお、ここで上記に関連する事項を纏めると、第一次計測は、慣性計測システム17として、三方型ジ
ャイロ200、三方型加速度計202等を含み、第二次計測は、キャリパーソナーユニット208、ドッ
プラーソナーユニット210、溶接部検出器214、走行距離
計216等を含み、「冗長」は、第一次計測に対する第二次計測を称し、「単一でない解」は、例えば、上述208を200と組み合
わせ、かつ208を202と組み合わせることにより１つ以上
の解が得られるものである。

さらにキャリパーソナーユニット208はパイプライン
２の中での非真円度や波打ちに関する情報も提供する。
これらの情報を得ることは、パイプの状況の調査におけ
る追加的配慮であって、本発明によるキャリパーソナー
ユニット208を利用することでの間接的便益となる。

ドップラーソナーユニット210と走行距離計216とは速
度検出を行うものであって、それは、第一次の慣性計測
システム17の初期較正および作動中較正の続行のための
境界条件を生成する。ドップラーソナーユニット210は
極めて高精度（すなわち、0.3cm/s以内の精度）の速度
計である。溶接部検出器214は、第一次の慣性計測シス
テム17の速度と変位の較正の器具として用いられるほ
か、独立に位置計測結果を生成し、位置の冗長かつ単一
でない解とすることにも用いられる。

本発明の種々の非機械式の速度や位置検出用のセンサ
になお付け加えるものとして、データのクロスチェック
のために、機械式の走行距離計216が用いられてよい。
しかし、将来、上述した非機械式の手段が洗練されたも
のになったときには、この走行距離計は除去されてよい
と考える。

走行距離計216は、ばね力を受けている複数のアーム3
1のそれぞれに取付けられていてパイプライン２の内壁
に押し当たるナイロン製走行距離計ホイール29を含んで
いる。このホイール29の回転を検出するためにアーム31
にある近接センサ装置によってホイールの回転が検出さ
れる。プロセッサ218が、走行距離計216から来たデータ
を集め、それに対応し、デジタルレコーダー27に伝送さ
れる直列データの流れを生成する。本実施例においては
プロセッサ218は単一チップのインテル8048計算機によ
って実現されている。

さらに、竣工図面の形での調査情報が、ピグ１によっ
て記録されたデータの後処理において使われうるが、そ
の際には三方向型加速度計202と溶接部検出器214から得
られたデータの位置に関する記録をずらし修正するため
にさらに利用され得るパイプラインの断面に関する追加
的なデータが提供される。時々刻々の計測において、溶
接部の離脱に関する履歴の情報は、パイプラインに働い
ている圧縮または引張の力が求められるに際し、パイプ
ラインの構造上の健全性のための幾つかの還元情報を調
査者にもたらすこともある。

第４図に移ると、キャリヤ５の中に収容されているバ
ッテリーパック15に結合されていて、キャリヤ３の中に
収容されている内蔵発電装置を表わしたブロック図が示
されている。

本発明で用いられている内蔵発電装置は、逆流のある
標準的なフランクリン（Franklin）ロータの形のもので
ある。概念的には、この発電装置は、水力発電所で用い
られる類のタービン装置のミニチュア形のものと見るこ
とができる。発電のために基本的に要求されることは、
ピグ１をパイプライン２内で平均の流体速度よりも遅い
速度で移動させることである。極端な場合として、ピグ
１が静止している場合には、理論的に得られる動力は、
流れの仕事量からパイプライン２の中での損失物を差引
いたものに相当する。第一次および第二次計測システム
のために要求される最大の動力は、十分な安全率として
２〜３をとった場合、150Wつまり0.2HP近辺になる。0.2
HPを発生させるために要求されるパワーヘッドは、効率
を60％と仮定して、速度差を0.1〜0.4ft/s（0.3048〜1.
2192m/s）、ポンプバイパスの直径のフローヘッドを0.7
5〜1.25インチ（19.05〜31.75mm）とすることで達せら
れる。

第１図で説明した構成部分のほかに、キャリヤ３の中
に収容されている発電装置はなお、油流入口400、バイ
パスされた流体（つまり油またはガス）の流れを運ぶた
めの圧力容器402、および先端コーン35（第１図）にあ
る油またはガスの流出口404を含んでいる。インペラつ
まりタービン13が圧力バランスシールされたシャフト40
6によって発電機11と結合されている。発電機11はな
お、発電機11で発生された直流電圧をよく知られている
原理に則って調整するためのレギュレータ408に結合さ
れている。レギュレータ408の出力である調整された直
流電圧は接続用の電力バス410を経て近傍にあるバッテ
リーパック15に伝えられる。

慣性計測システム17の所要動力はそれだけでも大きく
（約30W）、また典型的には計測のための作動期間が長
い（例えば７日）ので、従来技術の装置におけるように
バッテリー貯蔵だけに頼るのではなく、内蔵発電装置を
用いることが必要になる。当初の動力計算の結果によれ
ば、本発明の装置に対して７日間動力を供給するために
十分なNi−Cdバッテリーを運ぶに必要なキャリヤの長さ
は4mを越えることになる。バッテリーを用いることは可
能ではあるが、経済的見地からも論理上の見地からも魅
力的ではない。

原油の粘度範囲が、本発明による小形バイパスタービ
ンでの発電装置の使用を特に魅力的にしている。タービ
ン13は、油を小さい断面積（0.75in²＝4.889cm²）だ
け、ピグのシールゴム34のところをバイパスさせてター
ビン13を駆動するようにすることによって、それの動力
を得る。パワーヘッドは本質的に、パイプライン２の内
壁に当たっているピグシールゴム34の摩擦力から得られ
る。ピグ１の速度を遅くして、かつ動力を発生させるの
にシールゴムの摩擦力だけでは不足である場合には、フ
ォースブレーキシステムが用いられ得ると考えられる。

上述のように、タービン13への動力の移行は、油の流
れに対してピグ１の速度をスローダウンすることによっ
て達せられる。例えば、ピグと油の速度差が0.1ft/s
（3.048cm/s）であるならば、1in²（6.4516cm²）のバイ
パスである圧力容器402の中での流れは約9ft/s（2.7432
m/s）となるはずである。

タービンの特性、シャフト406および発電機11につい
て、本実施例においては余裕をもって、電力100Wを発生
させるに必要な、断面0.75in²（4.839cm²）のバイパス
を通る有効パワーヘッドが、ピグ１と流体流れの速度差
が0.3ft/s（9.144cm/s）までで得られるようになってい
る。

ピグシールゴム34とキャリヤ5,7および９の間には、
キャリヤ３の油流入口400に流体流れを導くために、ス
クリーンつきのバイパス孔を設けることができる。それ
らバイパス孔は、駆動部分つまりタービン部分のシール
ゴム34が故障しても、ピグ１がパイプライン２の中で不
動となることなく依然として下流側へと動くように、十
分に断面積の小さい孔であるべきである。

本発明によるバイパスタービンは、平均で100W以上の
電力を発生させるように設計されている。この100Wとい
うのは、ピグ１が必要とする電力の２倍を超えている。
それにより、十分な安全率、つまりピグシールゴムの摩
擦が、例えばダウンヒル管路に差しかかって得られなく
なった場合の非能率に対処できるための安全率が備えら
れている。

発電機11は特に設計された高効率のものであって、そ
れの外部ロータは、タービン13からシャフト406によっ
て駆動される小径のケーシングの中での高密度の詰め込
みを可能にしている。

レギュレータ408は、タービン13が失速の位置にある
発電機をソフトスタートさせるように設計されている。
発電機とタービンが、所定の出発回路数になるまでは自
由回転するように、需要電流要求を減らしてソフトスタ
ートの方式に入る。レギュレータ408の中にはなお、回
転数が高くなったときに電流を増し、それによってター
ビン13を通る流体の流れを制限するためのダミー負荷が
組込まれている。

発電機の出力は、シールされた鉛／酸バッテリーパッ
ク15を充電するために用いられるが、このバッテリーパ
ックは、2.5AHのセル140個、全体で350AHの容量のもの
であるのが望ましい。バッテリーパック15はなお、ピグ
の電力供給ライン（28V DC）にフィルタ効果を及ぼし、
急なダウンヒルの傾斜に差しかかった場合のようにター
ビンが十分な動力を発生し得ないとき、その間中、電力
を所定の出発値に留める働きをする。

前述したように、慣性計測で得られた座標をパイプ中
心の座標に移行させるためには、ピグ１とパイプライン
２との間の、慣性のキャリヤ７の両端においての間隔を
連続的に監視することが必要である。この計測のプロセ
スのために、慣性のキャリヤの両端においてマルチポイ
ントのキャリパーを用いることが考えられる。

第２図について前述したように、本発明の装置は、ピ
グ対パイプの姿勢を測定するために、従来技術による特
許に見られるような従来の機械式のキャリパーシステム
を用いるのではなく、超音波ソナーシステムを用いてい
る。ソナーを用いることは、機械的可動部分が少なくな
ることであるから、部品の故障や疲労など、従来技術の
欠点を克服できる。

超音波検知は過去にもパイプラインで用いられて来
た、例えば、非破壊試験は１つの従来技術の手法である
が、超音波手法を用いた非破壊試験によってパイプライ
ンの検査が工場内やパイプラインの現場で行われてい
る。また、超音波距離計測は、タンクでもパイプでも、
液面センサとして用いられている。

第５図は、本実施例におけるキャリパーソナーシステ
ムのブロック線図を示している。キャリヤ７の後方部の
周囲を巡って８個の超音波変換器21が等間隔で取付けら
れている。同様に、キャリヤ７の前方部には４個のキャ
リパーソナー変換器19が等間隔で取付けられている。キ
ャリパーソナーユニット208は、変換器19と21を経て超
音波（例えば10mHz）の音響エネルギーの短い（継続時
間１〜２マイクロ秒の）バーストを送出し、その後パイ
プ壁面からの最初の帰還エコーが検出されるまでの経過
時間を計測することで機能する。距離計測の精度は１〜
2mmのオーダーである。

このシステムは、クリスタル602でドライブされるTMS
32020マイクロプロセッサのような、デジタル信号のプ
ロセッサ600によってコントロールの下で、良く知られ
た様式で作動する。デジタル信号プロセッサ600は、オ
ンボードメモリ、タイマ、およびシリアルポートを有す
る高速（例えば5MIPS）ユニットである。デジタル信号
プロセッサ600は、１つの計測を300マイクロ秒で行い得
る。合計12個の変換器19,21を全部走査することは、５
ミリ秒以下で行われるので、キャリヤ７の両端でのキャ
リパー計測はほゞ4mm移動ごとに行われることになる。
この高速のデータ割合は、本発明での応用においてはそ
れほど高速を要しないので、フィルタリングされ、慣性
キャリヤプロセッサ212に送られるときは約2Hzとなる。
つまり500ミリ秒に１回の計測となる。

作動の際は、デジタル信号プロセッサ600が、12チャ
ンネルのマルチプレクサ604を用い、合計12個の変換器1
9,20の所定の１つを選択するコントロール信号を生成す
る。所定の変換器が選択されたのに対応してデジタル信
号プロセッサ600は、トランスミッタ606がさきに述べた
超音波信号のバーストを生成するように、イネーブル信
号を生成する。超音波信号のバーストはそれから、デジ
タル信号プロセッサ600によるコントロールの下にある
発信／受信スイッチ608によってマルチプレクサ604に送
られる。超音波信号の発進波の生成が完了すると、デジ
タル信号プロセッサ600は、スイッチ608を受信モードに
戻すので、パイプライン２の内壁面から来た超音波のエ
コー信号はバンドパスフィルタ／自動ゲインコントロー
ル回路610を経て、そこからレベルコンバータ612でレベ
ルを調整され、A/D変換器614でデジタル化される。

プロセッサ600にはなお、ソナーの機能を実行するた
めの走査ソフトウエアを蓄積するプログラムPROM603が
設けられている。これについては以降で詳しく説明す
る。

キャリパーソナーユニット208は、キャリパー計測を
行うことのほか、パイプライン２の中の周方向溶接部や
弁を検出するために用いられ得る。これは、その前方側
の変換器21をピグ１の前方に対し約20゜の角度をもって
取付けることによって達成され得る。周方向溶接部から
のエコーは、平らな管の面からのエコーよりも幾分振幅
が大きい。大部分の変換器が高い信号の帰還を検出した
とき、周方向溶接部があると判定される。溶接部が検知
され、時刻が慣性プロセッサに送られるので、周方向溶
接部の位置と慣性のデータとを相関させることができ
る。

しかし、前述したように、レコード用のキャリヤ９
が、同調されたマイクロホンの形での溶接部検出器214
を収容しているのが望ましい。ピグのシールゴム34がパ
イプライン２の中の周方向溶接（フラッシュ溶接）部に
接触したときにユニークな周波数の音を発することが知
られている。したがって、本実施例においては、マイク
ロホン33は、上記のユニークな周波数の音を検出し、同
時に余計な引掻きノイズなどを濾過するために、バンド
パスフィルタリングの方法によって同調させられてい
る。周方向溶接部に接触したときの検出された音はデジ
タル化され、第２図についてさきに説明したように、時
間刻印されてレコーダー27に記録されるように伝送され
る。

パイプの境界層状態（例えば乱流、渦流の影響）、管
壁での層流および壁面付着物に関係するキャリパーソナ
ーユニット208による計測の質については、この実施例
の設計で考慮されている。

前述のように、パイプライン２の内壁面からの帰還つ
まり反射した超音波信号は比較的に高いデータ割合（す
なわち１〜2mHz）でデジタル化される。デジタル信号プ
ロセッサ600は管壁面からの最初の帰還を識別するため
にそのデジタル信号を調べる。油の中の粒子からのエコ
ーの帰還、ワックス状の付着物からのエコーの帰還、あ
るいはまた該壁面からのエコーの帰還といった付加的で
余計な帰還も識別され得る。

内壁面からのエコー帰還は、他の余計なエコー帰還よ
りも３〜10倍も強いので、その故にプロセッサ600の中
に入っているソフトウエアによって容易に判別される。

第６図は、反射したキャリパーソナーの信号の振幅と
時間との関係の典型的な形を示している。

本発明のキャリパーソナーユニット208は、渦流や層
流に関係する問題を蒙ることがない。何故ならば、そこ
での音響インピーダンスの変化は極めて小さいので、そ
れらの影響に起因する帰還信号の振幅は、パイプライン
２の内壁面からの帰還信号に比べれば小さいということ
が知られているからである。

上述したデジタル化の割合が装置の解像度を決定す
る。例えば、1mHzのサンプリング割合でデジタル化され
ると解像度は0.75mm、1.5mHzのサンプリング割合でデジ
タル化されると解像度は0.5mm、2mHzでデジタル化され
ると解像度は0.37mmとなる。成功したプロトタイプで
は、プロセッサ600は帰還音響エコー信号を１〜2mmの誤
差で正確に計測し得る。これは、本発明の場合十分過ぎ
る。したがって本発明の装置は、パイプ２の直径の3mm
以下の変動を検出できる。この価は300mmのパイプライ
ンなら１％ということであり、メーカのスペック値を少
し超えるだけである。

振動／衝撃による故障の可能性を最小限にするために
は、慣性キャリヤプロセッサ212をキャリヤ７の中に取
付けるのが望ましい。必要ならば追加の電子回路を入れ
込めるように、プロセッサの上方と下方にスペースを設
けておくのが望ましい。

第７図に移ると、レコーダーが示されている。レコー
ダーは、デジタルビデオレコーダー222と結合されてい
るレコーダープロセッサつまりレコーダーコントローラ
220を含んでいて、これが溶接部検出器214と接続されて
いる。

本実施例においては、レコーダー222はEXABYTE^TM8200
のデジタルビデオレコーダーの形となっている。しか
し、光デイスクや磁気テープカセットのような、他の記
録媒体の使用も考えられる。

レコーダーコントローラー220は、直列データリング
（例えばRS−232）を経て、慣性計測システム17のほ
か、ドップラーソナーユニット210、走行距離計216、お
よび溶接部検出器214からのデータを受信する。受信さ
れたデータは、レコーダーコントローラー220を経るこ
とで、記録のための適当なファイルサイズに編成され、
小さな計算機システムインタフェイス（SCSI）を経てデ
ジタルビデオレコーダー222に送られる。記録されたデ
ータは次いで、レコーダーコントローラー220によるコ
ントロールの下でデータの健全性を確かめるために検証
される。

記録の機能に加え、ピグ１の健全性がユニットを分解
しなくとも確かめられるための、外部の計算機やターミ
ナルとの双方向リンクが設けられうる。この機能を容易
にするためには、レコーダーコントローラー220を経て
の会話式モニタリングプログラムが用いられるのが望ま
しい。このようにすれば、この機能増強により、ピグ１
の状況が、それの発進の時までモニタリングされ得る。

記録されるべきデータの量が大きい（約500メガバイ
ト）ので、高密度のデジタル記録媒体を使用することが
必要である。望ましいEXABYTE^TM8200ビデオカセットレ
コーダーは、ポータブルビデオカメラで普通に見られる
8mmビデオカセットを用いている。このレコーダーは、
エラーチェッキングを行うスマートなコントローラー、
256キロバイトのバッファ、SCSIインタフェイス、およ
び２ギガバイト以上の記録容量を特色としている。

デジタルビデオレコーダー222は、レコード用のキャ
リヤ９の中で、耐震、吸振式取付法で、そしてまた、断
熱材を用いて取付けられている。それは、レコーダーパ
ッケージが電子機器から発生される熱を留めおくように
するためである。したがって電子機器から発生された廃
熱のリサイクリングによって、レコーダーユニットの運
転温度が、寒い時期に用いられる場合適当なレベルまで
上昇する。レコーダーの、良好なデータ検証の計画に上
記のような構造上の配慮が組合わされることで、ユニッ
トはパイプラインの環境の中で確実に作動できる。

パイプライン２からピグ１が引き出されたならば、デ
ジタルデータがレコーダー27から取り出され、パイプの
限界曲率と、それらパイプの限界点のパイプラインの中
での位置を検知するために解析される。その検知の問題
は、パイプラインを容易に識別され得るセクションに細
分割し、各セクションについて得られたデータをスキャ
ニングすることで先ず限界曲率の問題について解され
る。すべての限界特性が検知された後には、細分割され
たセクションのすべてをつなぎ合わせることにより、位
置の問題が解される。

慣性計測システム17（すなわち、方位と加速度の測
定）から出力されたデータを解析し、パイプライン２の
中でのピグ１のための基準軌道を算出するために、曲率
検知算法が用いられるのが望ましい。この際、ソナー速
度が、慣性計測システム17の方向や高さの誤差を所定を
限界内に制限するため、および、三方向型加速度計202
で得られた重力の推定値を改善するために用いられる。
そして、キャリパーソナーユニット208で検出されたピ
グとパイプの距離を用いることにより、パイプの中心線
の軌道が算出される。中心線のデータを用いることによ
り、水平または垂直軸での限界曲率は、レコーダー27の
中に蓄積された生のデータから検知され、時間タグ付け
される。

上記の曲率検知の問題を解くためのユニークなソフト
ウエアが開発されている。その仕事のために開発された
主なソフトウエア・サブモジュールには、物体軸変換、
航法計算、カルマンフィルタ推算、曲率検知、および出
力ファイル／図がある。

上記のソフトウエアの日常操作のすべては当業者にお
いて良く知られたものである。

以上の説明を要約するならば、本発明によれば、第一
次の慣性計測システム17を用いて正確な角度位置と加速
度のデータを得るためのパイプラインピグが提供され
る。慣性計測システム17によって提供されるユニークな
データは、キャリパーソナーユニット208、ドップラー
ソナーユニット210、溶接部検出器214、および任意の走
行距離計216といった第二次センサから出力された追加
的データによって相互対照され、限界規定が付与され
る。さらに、ソナーおよび溶接部検出器は非機械的なも
のであるので、機械的部品の故障や疲労に関連する従来
技術における問題は克服されている。また、本発明によ
るピグ１は内蔵発電装置を用いているので、貯蔵された
バッテリーの動力に頼ることなく、長期間作動し得る。

本発明の、他の変形や実施例があり得る。

例えば、本発明の本実施例は、油またはガスのパイプ
ラインのモニタリングのために設計されたものである
が、本発明は、製品のパイプラインののほか、ピグを推
進し得る物質ならば実際上どんな物質を輸送するパイプ
ラインにでも有利に用いられ得る。

すべてのそのような修正、変形は、特許請求の範囲に
示してある本発明の範囲に含まれるものと考えられる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のパイプラインモニタリング装置の一実
施例のピグの概略断面図、第２図は第１図のピグの全体的システム構成を示すブロ
ック線図、第３図は、第１図，第２図のピグから得られたパイプラ
インのデータからパイプラインの特性値を算出するため
のデータの後処理におけるデータ源の組合せを示すブロ
ック線図、第４図は、本実施例のタービンパワーユニットを表わす
ブロック線図、第５図は、本実施例のキャリパーソナーを表わすブロッ
ク線図、第６図は本実施例のキャリパーソナーの信号の振幅と時
間との関係を表わすグラフ、第７図は本実施例のレコーダーの基準を表わすブロック
線図である。１……ピグ、２……パイプライン、 3,5,7,9……キャリヤ（第１〜第４）、 11……発電機、 13……タービン、 15……バッテリーパック、 17……慣性計測システム、 19,21……キャリパーソナー変換器、 23,25……ドップラーソナー変換器、 27……デジタルレコーダー、 29……走行距離計ホイール、 31……アーム、 33……マイクロホン、 34……シールゴム、 35……先端コーン、 36……自在継手、 200……三方型ジャイロ、 202……三方型加速度計、 204……量子化器、 206……慣性ループコントローラ、 208……キャリパーソナーユニット、 210……ドップラーソナーユニット、 212……慣性キャリヤプロセッサー、 214……溶接部検出器、 216……走行距離計、 218……プロセッサ、 220……レコーダコントローラ、 222……デジタルビデオレコーダ、 224……外部モニタ、 400……油流入口、 402……圧力容器、 404……流出口、 406……シャフト、 408……電力バス、 600……デジタル信号プロセッサ、 602……クリスタル、 603……プログラムPROM、 604……マルチプレクサ、 606……トランスミッタ、 608……発信／受信スイッチ、 610……バンドパスフィルタ／自動ゲインコントロー
ラ回路、 612……レベルコンバータ、 614……A/D変換器。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＧ０１Ｐ 9/00 Ｇ０１Ｐ 9/00 Ｚ (72)発明者パトリックセント．ジョンプライスカナダ国ティー３エイ０シー６アルバータ州カルガリーヴァイスロイドライヴノースウエスト 5108 (72)発明者ジムスミスカナダ国ティー３シー３エス３アルバータ州カルガリー 1310‐14 スアヴェニューサウスウエストナンバー 703 (56)参考文献特開昭64−54212（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−305208（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G01B 21/20 G01B 17/02 G01N 29/10 503 G01N 29/26 501 F17D 5/00

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】パイプラインを通して移動するように作ら
れたキャリヤ手段と、前記キャリヤ手段の中に取付けられていて、前記パイプ
ラインの中における前記キャリヤ手段の、一つの基準の
慣性フレームに対する動的特性を計測し、それに対応し
て、前記特性を表わす所定の第１のデジタル信号を生成
する吊下式慣性システムと、前記キャリヤ手段の中に取付けられていて、前記パイプ
ラインに対する前記の動的特性のうちの１つ以上の冗長
計測をし、それに応答して、それらの特性を表わす所定
の追加的なデジタル信号を生成する冗長的センサ手段
と、前記キャリヤ手段の中に取付けられていて、次に行う検
索のために、前記所定の第１および追加的デジタル信号
を受信して記録し、検索の際には前記所定の第１および
追加的デジタル信号から前記パイプラインのプロフィル
および構造上の特性についての単一でない解を得るレコ
ーダー手段、とを有するパイプライン・モニタリング装
置。
【請求項２】前記慣性システムがさらに、前記キャリヤ
手段に作用した加速力を計測し、それに応じ、それを表
わすデジタル加速度信号を生成するための三方向型加速
度計を含んでいる、請求項１に記載のパイプライン・モ
ニタリング装置。
【請求項３】前記慣性システムがさらに、前記の基準慣
性フレームに対しての前記キャリヤ手段の角度位置を計
測し、それに応じ、それを表わすデジタル方位信号を生
成する三方向型シャイロを含んでいる、請求項２に記載
のパイプライン・モニタリング装置。
【請求項４】前記キャリヤ手段が、前記慣性システム、
前記の冗長センサ手段、および前記の受信および記録す
る手段を収容するための、１本以上のステンレス製のチ
ューブを含み、また、前記の１本以上のチューブの各々
の端に配置していて前記パイプラインの中の物質の流れ
を受け止め、それに応答して前記パイプラインを通して
前記キャリヤ手段を推進させるように作られている、１
個以上のウレタンのカップ型のピッグシールゴムを含ん
でいる、請求項１ないし３のいずれか１項に記載のパイ
プライン・モニタリング装置。
【請求項５】前記の冗長センサ手段が、前記パイプライ
ンの内壁から反射するようにした一連の超音波信号のバ
ーストを発生し、前記内壁から反射してきた前記の信号
バーストを受信するための、前記キャリヤ手段の周囲を
巡って等間隔で配置されている複数の超音波変換器と、
前記の信号バーストの発生と受信の間の経過時間を計測
してそれに応答してその経過時間を表わし、したがって
また前記パイプラインに対する前記キャリヤ手段の姿勢
方位をも表わすデジタル信号を生成する手段とで成るキ
ャリパーソナーシステムを含んでいる、請求項１ないし
３のいずれか１項に記載のパイプライン・モニタリング
装置。
【請求項６】前記の冗長センサ手段が、前記キャリヤ手
段の後方部に取付けられていて、超音波信号が前記パイ
プラインの内壁から反射して来て前記キャリヤ手段の前
記パイプラインの中での速度に比例したドップラー周波
数シフトを受けるように、前記キャリヤ手段の進行方向
に対して鋭角をなす方向に超音波信号を、発射するため
の第１の変換器と、前記キャリヤ手段の前方部に取付け
られて前記のドップラー周波数シフトを受けた前記信号
を受信するための第２の変換器と、前記ドップラー周波
数シフトを計測してそれに対応して前記キャリヤ手段の
前記パイプラインの中での前記速度を表わすデジタル信
号を生成する手段、とで成るドップラーソナーシステム
を含んでいる、請求項１ないし３のいずれか１項に記載
のパイプライン・モニタリング装置。
【請求項７】前記の冗長センサ手段が、前記キャリヤ手
段の後方部にそれぞれ支持アームを経て取付けられてい
る一対のホイールと、前記の一対のホイールを前記パイ
プラインの内壁に押し当てるためのばね手段と、前記の
一対のホイールの各々に取付けられた磁石手段と、前記
の各々の支持アームに取付けられていて前記キャリヤ手
段が前記パイプラインを通して移動する間に前記磁石手
段の回転を検出してそれに対応して前記の一対のホイー
ルの継続的回転に対応する継続的出力信号を生成するた
めの近接センサ手段と、前記出力信号を受信してそれに
対応して前記キャリヤ手段が前記パイプラインの中で移
動した距離を表わすデジタル信号を生成する手段、とで
成る走行距離計を含んでいる、請求項１ないし３のいず
れか１項に記載のパイプライン・モニタリング装置。
【請求項８】前記の冗長センサ手段が、前記キャリヤ手
段のビッグシールゴムが前記パイプラインの周方向溶接
部に接触したときの所定の音響特性を検出してそれに対
応してその音響を表わす濾波されたアナログ信号を生成
するように所定の周波数に同調されているマイクロホン
と、前記のアナログ信号を受信して対応するデジタル信
号を生成する手段とで成る溶接部検出器を含んでいる、
請求項１ないし３のいずれか１項に記載のパイプライン
・モニタリング装置。
【請求項９】前記キャリヤ手段の中に取付けられてい
て、前記の慣性システム、前記の冗長手段、および前記
の受信および記録するための手段を作動させるための内
蔵の動力を起こすための手段をさらに含んでいる、請求
項１ないし３のいずれか１項に記載のパイプライン・モ
ニタリング装置。
【請求項１０】前記キャリヤ手段の中に取付けられてい
て、前記パイプラインの中の物質の流れを前記キャリヤ
手段の中にバイパスさせる手段と、前記キャリヤ手段の
中にあって前記の物質の流れを受け、それに応答して結
合している交流発電機を駆動するタービンを有する内蔵
の動力ゼネレータをさらに含み、交流発電機は、前記タ
ービンによって駆動されるのに応答して直流電力を発生
する、請求項１ないし３のいずれか１項に記載のパイプ
ライン・モニタリング装置。
【請求項１１】パイプラインを通して移動するように作
られたキャリヤ手段と、前記キャリヤ手段に取付けられていて、前記パイプライ
ンの中の物質の流れを受け、それに応答して、前記キャ
リヤ手段を前記パイプラインを通して推進させる複数の
ピグシールゴムと、前記キャリヤ手段の中に配置されていて、前記の物質の
流れを受けてそれの方向を変換させ、１次作動用直流電
圧を発生させる動力発生ユニットと、前記キャリヤ手段の中に配置されていて、前記の１次作
動用直流電圧が途絶えたときに、バックアップ作動用直
流電圧を発生し、前記１次作動用直流電圧を入力する
と、それに応答して前記バックアップ作動用直流電圧を
所定のレベルに維持する再充電手段を有するバッテリー
ユニットと、前記キャリヤ手段の中に設けられていて、基準の慣性フ
レームに対する前記キャリヤ手段の加速度および角度位
置を計測し、それに対応して、その加速度と角度位置を
表わす第１次デジタル信号のシリーズを生成する、吊下
型の慣性システムと、前記キャリヤ手段の中に配置されていて、前記キャリヤ
手段の前記パイプラインに対する速度を計測し、それに
対応して、その速度を表わす第２次デジタル信号の第１
のシリーズを生成する速度計測システムと、前記キャリヤ手段の中に配置されていて、前記キャリヤ
手段の前記パイプラインに対する角度方位を計測し、そ
れに対応して、前記キャリヤ手段の前記パイプラインに
対しての角度方位を表わす第２次デジタル信号の第２の
シリーズを生成する姿勢計測システムと、前記キャリヤ手段の中に配置されていて、前記キャリヤ
手段の前記パイプラインに対する位置を計測し、それに
対応して、その位置を表わす第２次デジタル信号の第３
のシリーズを生成する位置計測システムと、前記キャリヤ手段の中に配置されていて、前記の第一次
のデジタル信号のシリーズと、前記の第二次のデジタル
信号の第1,第2,第３のシリーズを受信し、蓄積する、レ
コーダーシステムを含んで成り、それにより、前記の第
二次のデジタル信号の第1,第2,第３のシリーズは、前記
の慣性システムで計測された前記の加速度、角度方位の
独立の冗長検査を提供するパイプライン・モニタリング
装置。
【請求項１２】前記の内蔵の動力発生機がなお、交流発
電機と、前記の物質の流れを受けてそれに応じて前記発
電機を駆動し、それによって前記発電機が前記の１次作
動用直流電圧を生成するインペラと、前記の１次作動用
直流電圧を調整するレギュレーターを含んでいる、請求
項11に記載のパイプライン・モニタリング装置。
【請求項１３】前記バッテリーユニットが、約20AHから
30AHまでの容量を有するシールされた鉛・酸バッテリー
パックを含んでいる、請求項11に記載のパイプライン・
モニタリング装置。
【請求項１４】前記慣性システムがさらに、前記キャリ
ヤ手段に及ぼされ、加速力を３つの軸方向について計測
する三方向型加速度計と、前記キャリヤ手段の前記角度
方位を３つの軸方向について計測する三方向型ジャイロ
とを含んでいる、請求項11に記載のパイプライン・モニ
タリング装置。
【請求項１５】前記速度計測システムがさらに、前記キ
ャリヤ手段の外側の後面から前記パイプラインの内壁に
向けて所定の角度で超音波信号を、その超音波信号が前
記内壁に反射して前記キャリヤ手段の前方での外面に向
かうように指向発射する第１のドップラーソナー変換器
と、前記キャリヤ手段の前記の前方での外面に取付けら
れていて前記の超音波信号を受信する第２のドップラー
変換器と、前記第２のドップラー変換器が受信した前記
の超音波信号のドップラー周波数シフトを検出してそれ
に応答して前記の第２次デジタル信号の第１のシリーズ
を生成する手段とを含んでいる、請求項11に記載のパイ
プライン・モニタリング装置。
【請求項１６】前記の姿勢計測システムがさらに、前記
キャリヤ手段の後方部において複数個取付けられていて
そこから半径方向に複数個の超音波信号を、前記パイプ
ライン内壁から反射するように指向発射し、前記パイプ
ライン内壁から反射された前記の超音波信号を受信して
それに応答して前記内壁との間の距離を表わす第１のア
ナログ信号を生成する第１の超音波変換器と、前記キャ
リヤ手段の前方部に複数個取付けられていて追加的にそ
こから半径方向に複数個の超音波信号を、前記パイプラ
イン内壁から反射するように指向発射し、前記パイプラ
イン内壁から反射する前記の超音波信号を受信してそれ
に応答して前記内壁との間の距離を表わす第２のアナロ
グ信号を生成する第２の超音波変換器と、前記の第１お
よび第２のアナログ信号を受信してそれに応答して前記
の第２次デジタル信号の前記の第２のシリーズを生成す
るプロセッサ手段とを含んでいる、請求項11に記載のパ
イプライン・モニタリング装置。
【請求項１７】前記の位置計測システムがさらに、前記
パイプラインの周方向溶接部に接している前記のピグシ
ールゴムの所定の音響特性を検出し、それに対応して第
２次デジタル信号の第３のシリーズを生成する同調され
たマイクロホン回路と付属のプロセッサを含んでいる、
請求項11に記載のパイプライン・モニタリング装置。
【請求項１８】前記レコーダーシステムがさらに、デジ
タルビデオレコーダーを含んでいる、請求項11に記載の
パイプライン・モニタリング装置。
【請求項１９】前記キャリヤ手段の後方部に設けられて
いる１対の走行距離計ホイールと、前記ホイールの回転
を検出してそれに応答して、前記キャリヤ手段が前記パ
イプラインの中で移動した速度と距離を表わすデジタル
信号をさらに生成する手段をさらに含んでいる、請求項
11に記載のパイプライン・モニタリング装置。
【請求項２０】前記キャリヤ手段がさらに、前記パイプ
ラインを通して移動できるように、複数の直列につなが
った管状のキャリヤを含んでいて、前記の管状のキャリ
ヤはそれぞれに自在継手によって結合されている、請求
項11ないし13のいずれか１項に記載のパイプライン・モ
ニタリング装置。