NO320261B1

NO320261B1 - Level paint system and system

Info

Publication number: NO320261B1
Application number: NO20041562A
Authority: NO
Inventors: Jan Stewart Rambech
Original assignee: Kongsberg Maritime As
Priority date: 2004-04-16
Filing date: 2004-04-16
Publication date: 2005-11-14
Also published as: NO20041562D0; WO2005100931A1

Description

Introduksjon/teknisk felt Introduction/technical field

Den foreliggende oppfinnelsen angår nivårriåling, og mer spesifikt deteksjon av væskeinntrengning og/eller nivå i tanker. Måleprinsippet baserer seg på deteksjon av endringer av elektrisk fase og/eller amplitude til et RF-signal. Systemet er blant annet tiltenkt brukt for detektering av vanninntrengning i tørrlast i lasterom eller vanninntrengning i tørre tanker. The present invention relates to level monitoring, and more specifically detection of liquid penetration and/or level in tanks. The measurement principle is based on the detection of changes in electrical phase and/or amplitude of an RF signal. The system is, among other things, intended to be used for detecting water ingress in dry cargo in cargo holds or water ingress in dry tanks.

Kjent teknikk Known technique

I en rekke ulike sammenhenger kan det være behov for å kunne måle nivå av en væske eller et tørrstoff i en tank eller å detektere om en væske eller et tørrstoff har nådd et spesifikt kjent nivå i en tank. Et eksempel kan være tilstedeværelse av saltvann i et lasterom på et skip der det av sikkerhetsmessige grunner er viktig å kunne detektere en lekkasje som fører til inntrengning av sjøvann. In a number of different contexts, there may be a need to be able to measure the level of a liquid or a dry substance in a tank or to detect whether a liquid or a dry substance has reached a specific known level in a tank. An example could be the presence of salt water in a cargo hold on a ship where, for safety reasons, it is important to be able to detect a leak that leads to the ingress of sea water.

Det finnes i dag flere ulike metoder for deteksjon av nivå av væsker og forskjellige typer tørrstoff. En vanlig metode er å benytte en flottør som beveger seg på en sleide eller er fast montert på en arm, som slutter eller bryter en kontakt når væsken/stoffet har nådd et visst nivå i tanken. Ulempen med en slik løsning er at installasjonsstedet ofte er utsatt for vibrasjon slik at føleren over tid kan forringes eller ødelegges. Et annet problem er at eventuelle forurensninger i væsken eller stoffet som skal detekteres kan føre til at flottøren setter seg fast i en kontinuerlig tilstand uten evne til å utføre nivådeteksjon. There are today several different methods for detecting the level of liquids and different types of dry matter. A common method is to use a float that moves on a slide or is permanently mounted on an arm, which closes or breaks a contact when the liquid/substance has reached a certain level in the tank. The disadvantage of such a solution is that the installation site is often exposed to vibration so that the sensor can deteriorate or be destroyed over time. Another problem is that any contaminants in the liquid or substance to be detected can cause the float to become stuck in a continuous state without the ability to perform level detection.

En annen metode for nivåmåling er deteksjon av endring av elektrisk ledningsevne i en væske eller et tørrstoff ved å måle endring i strøm mellom to prober når væsken/stoffet omslutter føleren. Dette prinsippet kan være følsomt for at avleiringer eller smuss som kan gi en permanent endring i ledningsevne. Dette kan igjen gi en permanent alarmtilstand. I f.eks. lasterom kan nyttelasten dersom den er elektrisk ledende og omslutter føleren, også føre til at falsk alarm blir gitt. Another method of level measurement is the detection of a change in electrical conductivity in a liquid or a dry substance by measuring the change in current between two probes when the liquid/substance surrounds the sensor. This principle can be sensitive to deposits or dirt that can cause a permanent change in conductivity. This in turn can result in a permanent alarm condition. In e.g. hold, the payload, if it is electrically conductive and surrounds the sensor, can also cause a false alarm to be given.

En tredje metode for nivåmåling er å benytte en kapasitiv føler som endrer kapasitans når føleren blir omsluttet av en væske eller tørrstoff. Slike følere kan være ideelle for bruk i ikke-elektrisk ledende væsker, men mindre egnet for bruk i andre typer væsker og i tørrstoff. A third method for level measurement is to use a capacitive sensor that changes capacitance when the sensor is surrounded by a liquid or dry substance. Such sensors may be ideal for use in non-electrically conductive liquids, but less suitable for use in other types of liquids and in dry matter.

Det finnes også systemer som benytter radiobølger for måling av nivå i ulike medier. Slike målesystemer er gjerne basert på et måleprinsipp som sender høyfrekvente signaler mot overflaten til en væske som er inneholdt i for eksempel en tank. Refleksjonene av signalet fra væskeoverflaten blir mottatt og analysert, og på bakgrunn av dette kan nivået finnes. There are also systems that use radio waves to measure levels in various media. Such measuring systems are often based on a measuring principle that sends high-frequency signals towards the surface of a liquid that is contained in, for example, a tank. The reflections of the signal from the liquid surface are received and analyzed, and on the basis of this the level can be found.

WO 2004/018978 Al omhandler eksempelvis et system for nivåmåling som baserer seg på refleksjon av en radarpuls transmittert fra toppen av en produksjonstank i en mikrobølgeleder og ned mot en væskeoverflate. WO 2004/018978 Al deals, for example, with a system for level measurement which is based on the reflection of a radar pulse transmitted from the top of a production tank in a microwave conductor down towards a liquid surface.

Ulempen med et slikt system er strenge krav til kvalitet, utforming og montering av bølgelederen. Et slikt system vil dessuten være kostbart med komplisert elektronikk og vil ha en generelt høy installasjonskostnad. The disadvantage of such a system is strict requirements for the quality, design and installation of the waveguide. Such a system will also be expensive with complicated electronics and will have a generally high installation cost.

For deteksjon av vanninntrengning i et lasterom vil et slikt system være plaget av falske ekko, problem med å skille tørr last fra saltvann og problem med at bølgelederen kan tilstoppes av ulike typer last. For the detection of water intrusion in a hold, such a system will be plagued by false echoes, problems with distinguishing dry cargo from salt water and the problem that the waveguide can be blocked by different types of cargo.

Foreliggende oppfinnelse benytter også radiobølger for detektering av væskeinntrengning og/eller nivå, men er bygd opp på en måte som gjør at flere nivåsensorer kan settes sammen i et fleksibelt modulært system som enkelt kan bygges om, flyttes og rengjøres. The present invention also uses radio waves to detect liquid penetration and/or level, but is structured in a way that allows several level sensors to be put together in a flexible modular system that can be easily rebuilt, moved and cleaned.

Systemet med sensorene plasseres vertikalt i en tank og deteksjon av væskeinntrengning og/eller nivå skjer når sensorene kommer i direkte kontakt med fluidet, for eksempel saltvann som har trengt seg inn i tanken. Et signal vil da sendes til et overordnet alarmsystem som kan være plassert utenfor tanken. The system with the sensors is placed vertically in a tank and detection of liquid penetration and/or level occurs when the sensors come into direct contact with the fluid, for example salt water that has penetrated the tank. A signal will then be sent to a superior alarm system which may be located outside the tank.

Systemet i henhold til oppfinnelsen har flere fordeler. Det er robust overfor falske alarmer. Det er videre egnet for flytting og transportering. Systemet er dessuten egnet for å bygges ut med flere sensorer. The system according to the invention has several advantages. It is robust against false alarms. It is also suitable for moving and transporting. The system is also suitable for expansion with more sensors.

Sammendrag av oppfinnelsen Summary of the invention

Den foreliggende oppfinnelsen beskriver en anordning for deteksjon av væskeinntrengning og/eller nivå i en tank, hvor anordningen omfatter et følerhus og midler for å detektere endringer i et RF-signal som sendes mellom minst ett sett følerelementer som utgjør en del av anordningen, og hvor endringene i signalet oppstår når mediet som omgir anordningen endres. The present invention describes a device for detecting liquid penetration and/or level in a tank, where the device comprises a sensor housing and means for detecting changes in an RF signal that is sent between at least one set of sensor elements that form part of the device, and where the changes in the signal occur when the medium surrounding the device changes.

Oppfinnelsen omhandler også et system for deteksjon av væskeinntrengning og/eller nivå i en tank, hvor flere anordninger som beskrevet over er seriekoblet for å oppnå høyere detaljeringsgrad. The invention also relates to a system for detecting liquid penetration and/or level in a tank, where several devices as described above are connected in series to achieve a higher degree of detail.

De karakteristiske trekkene til oppfinnelsen er beskrevet i de selvstendige kravene 1 og 8, og ytterligere karakteristiske trekk er angitt i de uselvstendige kravene. The characteristic features of the invention are described in the independent claims 1 and 8, and further characteristic features are indicated in the non-independent claims.

Detaljert beskrivelse Detailed description

Oppfinnelsen vil nå bli beskrevet med henvisning til de vedlagte tegningene, hvor: Fig. 1 er en prinsippskisse av to følere slik de tenkes montert i serie for deteksjon av vanninntrengning i et lasterom. Fig. 2 er en prinsippskisse av en føler som benyttes til deteksjon av eksempelvis The invention will now be described with reference to the attached drawings, where: Fig. 1 is a schematic diagram of two sensors as they are thought to be mounted in series for the detection of water ingress in a hold. Fig. 2 is a schematic diagram of a sensor that is used for detection of, for example

saltvann eller visse tørrstoffer. salt water or certain solids.

Fig. 3 er en skisse av en typisk installasjon der oppfinnelsen benyttes til å detektere Fig. 3 is a sketch of a typical installation where the invention is used to detect

inntrengning av saltvann i et lasterom i et skip. intrusion of salt water into a hold of a ship.

Figur 1 viser hvordan den foreliggende oppfinnelsen kan benyttes i et system for måling av vanninntrengning i eksempelvis et lasterom. Systemet består av tre hoveddeler, følerne la og lb, forbindelsesslangen 2 og signalkabelen 3. Forbindelsesslangen 2 er en stiv, hul gummislange som bevirker at de to følerne la og lb blir plassert i en forutbestemt avstand samtidig som den tillater enkel forsendelse av følersystemet ved at gummislangen kan bøyes. Signalkabelen 3 sørger, for videreføring av alarmsignalet fra følerne til det overordnede alarmsystemet på skipet. Figure 1 shows how the present invention can be used in a system for measuring water penetration in, for example, a hold. The system consists of three main parts, the sensors la and lb, the connection hose 2 and the signal cable 3. The connection hose 2 is a rigid, hollow rubber hose which causes the two sensors la and lb to be placed at a predetermined distance while allowing easy shipping of the sensor system by the rubber hose can be bent. The signal cable 3 ensures the transmission of the alarm signal from the sensors to the overall alarm system on the ship.

Signalkabelen kan også inneholde strømforsyningskabler for å forsyne en eller flere sensorer med strøm. Alternativt kan en eller flere sensorer være utstyrt med en egen strømforsyningsenhet som for eksempel et batteri. Ved en slik utførelse kan hele systemet gjøres trådløst. The signal cable may also contain power supply cables to supply one or more sensors with power. Alternatively, one or more sensors can be equipped with a separate power supply unit such as a battery. With such a design, the entire system can be made wireless.

Systemet er montert i et beskyttelsesrør festet til innsiden av lasterommet. Dette er vist i figur 3. Ved hjelp av signalkabelen 3 kan hele systemet enkelt heises opp for rengjøring eller utskiftning. Røret vil også beskytte følersystemet mot mekanisk skade under lossing eller lasting av nyttelast. The system is mounted in a protective tube attached to the inside of the cargo compartment. This is shown in figure 3. Using the signal cable 3, the entire system can easily be lifted up for cleaning or replacement. The tube will also protect the sensor system against mechanical damage during unloading or loading of payload.

Figur 2 viser en prinsippskisse av hvordan en føler for deteksjon av saltvann som benytter foreliggende oppfinnelse kan utføres. Føleren består av fem hoveddeler, følerhuset 4, følerelementene 5a og 5b, transmisjonslinjene 6a og 6b, signalomformeren 7 og signalkabelen 3. Følerelementene 5a og 5b er innstøpt i følerhuset 4 med forbindelser til signalomformeren 7 via transmisjonslinjene 6a og 6b. Figure 2 shows a schematic diagram of how a sensor for the detection of salt water that uses the present invention can be made. The sensor consists of five main parts, the sensor housing 4, the sensor elements 5a and 5b, the transmission lines 6a and 6b, the signal converter 7 and the signal cable 3. The sensor elements 5a and 5b are embedded in the sensor housing 4 with connections to the signal converter 7 via the transmission lines 6a and 6b.

Følerelementene er fortrinnsvis ett sett eller par, men i en alternativ utførelse kan det være flere sett som blir suksessiv avlest ved hjelp av multipleksing. Signalomformeren 7 transmitterer et RF-signal til det ene følerelementet 5a via tilhørende transmisjonslinje 6a. Følerelementet 5a transmitterer dette RF-signalet trådløst gjennom deteksjonsområdet 8 videre til det andre følerelementet 5b. Videre mottar signalomformeren 7 RF-signalet mottatt av følerelementet 5b via transmisjonslinjen 6b. Signalomformeren 7 detekterer endringer i effektnivået mellom det utsendte RF-signalet fra element 5a og det mottatte RF-signalet fra element 5b. Et effekttap som avviker fra det normale effekttapet i luft eller en annen referansesubstans vil skyldes at deteksjonsområdet 8 mellom følerelementene 5a og 5b er fylt med en substans som for eksempel væske eller tørrstoff som er forskjellig fra referansesubstansen. I tillegg til måling av effekttap, er signalomformeren 7 utformet til å detektere elektrisk faseendring som skyldes tilstedeværelse av en spesifikk væske eller tørrstoff i deteksjonsområdet 8. Deteksjon av tilstedeværelse av en spesifikk væske eller tørrstoff kan dermed gjøres enten ved måling .av effekttap på RF-signalet, ved måling av elektrisk faseendring på RF-signalet eller ved en kombinasjon av disse to parametrene. Signalomformeren gir videre ut et analogt eller digitalt signal som gjenspeiler nivået eller tilstedeværelsen av en spesifikk væske eller tørrstoff rundt sensoren, via signalkabelen 3 til et overordnet alarmsystem. The sensor elements are preferably one set or pair, but in an alternative embodiment there may be several sets which are successively read by means of multiplexing. The signal converter 7 transmits an RF signal to the one sensor element 5a via the associated transmission line 6a. The sensor element 5a transmits this RF signal wirelessly through the detection area 8 on to the second sensor element 5b. Furthermore, the signal converter 7 receives the RF signal received by the sensor element 5b via the transmission line 6b. The signal converter 7 detects changes in the power level between the transmitted RF signal from element 5a and the received RF signal from element 5b. A power loss that deviates from the normal power loss in air or another reference substance will be due to the detection area 8 between the sensor elements 5a and 5b being filled with a substance such as liquid or dry substance that is different from the reference substance. In addition to measuring power loss, the signal converter 7 is designed to detect electrical phase changes caused by the presence of a specific liquid or dry substance in the detection area 8. Detection of the presence of a specific liquid or dry substance can thus be done either by measuring power loss on the RF the signal, by measuring the electrical phase change of the RF signal or by a combination of these two parameters. The signal converter also outputs an analogue or digital signal that reflects the level or presence of a specific liquid or dry substance around the sensor, via the signal cable 3 to a superior alarm system.

Figur 3 viser en prinsippskisse av hvordan en typisk installasjon i et lasterom kan utføres. Følerne la og lb er plassert i et beskyttelsesrør 11 som er åpent for innstrømming av vann. Følernes individuelle avstand er bestemt av gummislangen 2. Signalkabelen 3 fra hver av følerne overfører alarmsignalet til skipets overordnede alarmsystem 9. Væskenivået 10 vil i viste eksempel gi en alarmtilstand i sensor la, men ikke i sensor lb. Figure 3 shows a schematic diagram of how a typical installation in a cargo hold can be carried out. The sensors la and lb are placed in a protective tube 11 which is open to the inflow of water. The sensors' individual distance is determined by the rubber hose 2. The signal cable 3 from each of the sensors transmits the alarm signal to the ship's overall alarm system 9. In the example shown, the liquid level 10 will cause an alarm condition in sensor la, but not in sensor lb.

Deteksjonsprinsippet benyttet i oppfinnelsen baserer seg på at egenskapene til et RF-signal overført trådløst mellom en sender og en mottakerantenne er bestemt av mediet signalet sendes gjennom. I det foreliggende utførelseseksempelet vil signaldempningen være vesentlig større ved transmisjon gjennom saltvann enn over den samme avstanden i luft eller visse typer tørrstoff. Denne endringen i dempning/effekttap kan enkelt detekteres av signalomformeren 7.1 tillegg vil faseendringen signalet opplever i forhold til en referansefase på signalomformeren være sterkt avhengig av mediet som befinner seg i deteksjonsområdet 8 mellom følerelementene 5a og 5b. The detection principle used in the invention is based on the fact that the properties of an RF signal transmitted wirelessly between a transmitter and a receiver antenna are determined by the medium through which the signal is sent. In the present embodiment, the signal attenuation will be significantly greater during transmission through salt water than over the same distance in air or certain types of dry matter. This change in attenuation/power loss can be easily detected by the signal converter 7.1 addition, the phase change the signal experiences in relation to a reference phase on the signal converter will be strongly dependent on the medium located in the detection area 8 between the sensor elements 5a and 5b.

Det vil innses av en fagmann på området at det innenfor rammen av oppfinnelsen vil være mulig å utføre en rekke variasjoner og alternativer. For eksempel kan følerhuset 4 være utformet på ulike måter for å best mulig være tilpasset montering i en spesifikk lokalisering. Likeledes kan deteksjonsområdet mellom følerelementene utformes på en rekke ulike måter. Videre vil det forstås at føleren i følge oppfinnelsen er egnet til deteksjon av nivåendring i en lang rekke forskjellige lukkede eller delvis lukkede rom, beholdere og tanker, ikke bare de som er névnt her. It will be realized by a person skilled in the field that within the scope of the invention it will be possible to carry out a number of variations and alternatives. For example, the sensor housing 4 can be designed in different ways in order to be best adapted to installation in a specific location. Likewise, the detection area between the sensor elements can be designed in a number of different ways. Furthermore, it will be understood that the sensor according to the invention is suitable for detecting level changes in a large number of different closed or partially closed rooms, containers and tanks, not just those mentioned here.

En fagmann vil også forstå at oppfinnelsen er egnet for deteksjon av nivåendring til en lang rekke forskjellige væsker og tørrstoff, ikke bare dem som er nevnt som eksempler her. Systemet vil også være egnet til å skille mellom to eller flere typer væsker eller tørrstoff. Dette kan for eksempel være skillet mellom vann og olje. A person skilled in the art will also understand that the invention is suitable for level change detection of a wide variety of liquids and solids, not just those mentioned as examples here. The system will also be suitable for distinguishing between two or more types of liquids or dry matter. This could, for example, be the distinction between water and oil.

Claims

1. Device for detection of liquid penetration and/or level in a tank, characterized in that the device comprises a sensor housing (4) and means for detecting changes in an RF signal that is sent between at least one set of sensor elements (5a, 5b) which constitute part of the device, <p>g where the changes in the signal occur when the medium surrounding the device changes.

2. Device according to claim 1, characterized in that the device further comprises a signal converter (7), transmission lines (6) and a signal cable (3) which is connected to an alarm system (9) located outside the tank.

3. Device according to claims 1 and 2, characterized in that the device comprises several sets of sensor elements (5a, 5b), and where the signal converter (7) reads these successively by means of multiplexing.

4. Device according to claim 1, characterized in that the device functions as a level switch by giving an alarm when a specific medium reaches a predetermined level.

5. Device according to claim 1, characterized in that the sensor elements (5a, 5b) are embedded in the sensor housing (4).

6. Device according to claim 1, characterized in that detected changes in the RF signal are power loss and/or electrical phase change.

7. Device according to claim 1, characterized in that the device is self-supplied with electricity in the form of a battery.

8. System for detection of liquid penetration and/or level in a tank, characterized in that several devices according to claim 1 are connected in series to achieve a higher degree of detail.

9. System according to claim 8, characterized in that the series connection of several devices is carried out by a connecting hose (2) with hose clamps for attaching each device to each hose end, and where signal cables (3) between the devices and an alarm system (9) enter in the connecting hose.

10. System according to claim 8, characterized in that the series-connected devices are placed in a protective tube (11) which is open to the inflow of liquid.

11. System according to claim 9, characterized in that the signal cables (3) further include power supply cables which supply the device with power.

12. System according to claim 9, characterized in that the signal cables (3) form a 4-20mA current loop which supplies the device with power and where signals to the alarm system (9) go.

13. System according to claim 9, characterized in that the alarm system (9) is located outside the tank.