专利名称：管线泄漏探测器的制作方法
技术领域：
本发明涉及泄漏探测器，并且具有对于来自例如加油站的分配操作中 加压的燃料传输线的泄漏的检测的具体应用。
背景技术：
进入环境中的石油产品的泄漏，包括汽油，破坏周围的土壤和水。一 旦检测到泄漏，清扫干净或补救是昂贵和消耗时间的。
在例如加油站的分配操作中，燃料典型地被存储于地下存储罐 ("UST")中，从该地下存储罐，它被抽吸通过管道，至上方的地面泵或 分配单元，以用于分配进入车辆。来自罐或来自互连管线至分配器的燃料 的泄漏可以引起严重的环境破坏。美国环境保护署己经设立用于环境泄漏 的探测和预防的某些标准。因此这已经是该装备的制造商的目标，来检测 泄漏和在这方面满足EPA标准。
例如，如提交的本申请，EPA需要足以探测每小时O. l加仑的体积泄漏 比率的探测方法。此外，EPA需要不小于至少95。/。的精确度的探测比率，不 大于5%的错误泄漏警报。
己经提出基于多种物理原理工作的多种设备，以便满足这些标准，并 因此警报泄漏，并提供用于尽可能迅速地停止泄漏的装置，以便减小对周 围环境的影响。在美国专利号5， 091， 716中描述了一种这样的设备和系统， 此处以引用的方式(如同在此处被明确地完全复制一样)明确地加入该专 利。在该设备中，探测器被接合进入燃料传输线路。探测器具有端口，该 端口允许燃料传输线路中的燃料接合活塞，并相对于恒定刚度弹簧的偏压 移置它。在更具体的细节中，该专利公开了具有液体储蓄器的管线泄漏探 测器，其适于被机械地耦合至液体燃料管线。该液体储蓄器优选为圆柱体 的形式。活塞也被包括在液体储蓄器中，活塞响应于储蓄器中液体的体积 可移动。弹簧也被连接至活塞，以便提供用于活塞的移动的恢复力。该活 塞包括机械地耦合在其上的芯部，以用于响应活塞的移动的运动。线圈围 绕芯部，从而使芯部响应于储蓄器中的液体而在线圈中可移动。芯部的运 动改变线圈的电感。因此，通过测量线圈中的电感变化可以监控储蓄器中 活塞的精确位置。依据该专利，线圈电感的测量提供了储蓄器中液体体积 的高精确度测量，从而可以因此提供管线泄漏的精确测量。
在这种设备精确至某一程度的同时，该设备的某些特征限制了整体性 能和可以获得的精确度的程度。例如，该设备被接合进入燃料管线，其典 型地具有比该设备的更限制性的通流截面积相对更大的通流截面积。由于 全部燃料必须流过检测设备，该设备因此构成燃料管线中的阻塞点，限制 燃料通过管线传输，超过了更大管线自身的能力。
此外，可以理解，该设备的位移传感操作基于电感原理工作，也就是 线圈围绕可移动的芯部，可移动的芯部改变线圈的电感，当芯部随着活塞 移动时。这种设备能够在运动的某些范围上测量芯部的线性位置的变化， 但是提供的数据局限于，这种设备仅能够在活塞的设计冲程上寄存位置的 某些有限的变化。这些可测量的变化是相对大的，如相比较于本发明的下 面的描述。如此，就其检测活塞位移的微小的位置变化方面，该位移小于 用以测量的电感系统的能力，该己知的设备具有某些精确度局限。
此外，在这种设备中检测的受限数据的采集需要某些最小的时间周期。 换句话说，它采取显著的时间周期来采集充分的用于分析的数据。位置变 化或数据点的受限范围与用于积累和数据分析的必要的最小时间的组合限 制了这种现有设备的灵敏度和及时性，因此限制了该设备的精确度和检测 泄漏和提供泄漏控制方面的它们的响应性。这些限制，与其它因素一起导 致了这样的系统，即该系统比没有探测好，但是其仍可以允许不能被探测 到的泄漏或小的时间周期上的泄漏，其会累积来不利地影响环境。也认识到，甚至当前的EPA标准也是限制性的，在当前的EPA检测性 能标准下不能被检测到的小的泄漏可以随着时间而累积，来构成大的长时 间环境损坏。最后，可以认识到，灾难性的泄漏的频率最近己增加，甚至 具有符合当前EPA标准的泄漏探测系统。
因此，本发明的一个目标是提供一种超过当前EPA标准的改进的泄漏探
本发明的进一步的目标是提供一种改进的泄漏探测器具和方法，其能 够在比至今已知较短的时间周期上测量较小的泄漏，同时避免在燃料传输 线路中的流量限制。
发明内容
为此，本发明构思泄漏探测器具和方法，其中以横跨燃料探测中至今 无法得到的大范围中的多个位置相关数据点，并且以至今无法得到的更短 的时间来测量体积燃料变化。偏压活塞在对于燃料传输线路有端口的孔中 移动，而不限制该线路的通流横截面积。该活塞被连接至在磁致伸縮波导 上移动的磁体，并且通过脉冲磁致伸縮器具探测活塞运动，该脉冲磁致伸 縮设备在活塞运动的整个范围上提供成千上万的"位置测量点"，比如沿 着活塞行程的两英寸上10， 000个可探测的位置点。沿着磁致伸縮波导的 脉冲时钟时间优选是64 MHz或更大的数量级，并且计数器与波导异步运行， 产生位移测量的组合，在小的时间周期中提供大量的数据点，并且检测结 果比美国专利号5， 091， 716的感应设备要精确好几个数量级的幅度。
在本发明的优选实施例中，可以快速获得活塞运动的至少100个数据 点，以便确定燃料管线体积的变化是否表示泄漏或不表示泄漏的一些其它 变化。
此外，本发明不同实施例中构思了偏压件的使用，该偏压件相对于对 于被测试燃料体积的预期范围的体积改变偏压活塞。例如，偏压件可被配 置成恒定或可变刚度弹簧、重物、电磁体、永磁体、调整的流体源或密封 的气穴。该些元件的组合可以消除人为的检测体积改变，其源自被检测的 液体体积中空气的逐渐压縮和膨胀，以及提供其它优点。
因此，本发明提供了超过比如在美国专利号5， 091， 716的那些的现有
8泄漏探测系统的许多和显著优点。在显著少的时间内采集更多的数据点。重要地，在显著减小的时间周期上探测体积的更小的变化，因此最小化了绝对泄漏体积。热变化的影响引起的变化被实质上减小，因为热变化需要时间，并且通过本发明提供的测试窗显著短于现有系统的，导致对热变化的较少的人为影响。可以消除燃料体积中气穴的存在，作为源自恒定力或压力偏压件的使用的体积改变因素。并且显著地，基于本发明的设施不会不利地影响燃料管线流量，因为它被简单地接口至管线，并且不象现有设备中需要的阻塞点那样被插入或接合进入管线，
作为本发明的这些和其它特征的结果，在更短的时间周期上，更大量的数据点被采集，如相比较于过去的系统，通过合适的算法(不是本发明的一部分)可以分析被采集的数据点，以便提供更小的泄漏的更实时指示，可以处理该更小的泄漏，以便避免昂贵的不利的环境影响，而且不限制传
输系统流动。在有利方面超过了EPA标准或最低标准，并且本发明的泄漏探测能力提供了提高的燃料传输系统的集成性。
在本发明得到在石油产品传输和输送系统中的主要应用的同时，从本发明的优选实施例的下面的详细描述和从附图中，这些和其它应用将对本领域熟练技术人员显而易见。
附图被结合进本说明书并组成本说明书的一部分，其图示了本发明的实施例，附图与上面给出的本发明的总的描述一起，以及下面给出的详细描述，用于解释本发明。
图1是示范性燃料分配系统的示意图2是依据本发明的管线泄漏探测器的实施例的分解透视图；图3A是在装配之后在图2中示出的管线泄漏探测器的截面图；图3B是在装配之后在图2中示出的管线泄漏探测器的另一截面图；图4是依据本发明的管线泄漏探测器的可替代实施例的截面图；图5是依据本发明的管线泄漏探测器的可替代实施例的截面图；图6是依据本发明的管线泄漏探测器的可替代实施例的截面图；图7是依据本发明的管线泄漏探测器的可替代实施例的截面图；图8是依据本发明的管线泄漏探测器的可替代实施例的截面图；图9A-9C是利用本发明的泄漏探测器的实施例的示范性泄漏探测系统的流程图示。
具体实施例方式
在图1中示出本发明的示范性燃料分配系统，并且通常包括用于存储燃料的地下存储罐("UST" ) 10，在罐10中被定位的潜水泵12，以及传输压力下的燃料至一个或多个分配单元15的流体管道线路14，在图1中示意性示出。典型地，流体管道线路14经由被对于罐10外部地典型定位的泵歧管16耦合至潜水泵12，比如在被覆盖的入口中。泵歧管16包括用于避免燃料流回到罐10内的止回阀18。由于止回阀18避免任何燃料流回到罐10内，当分配单元15被关掉时，因此避免燃料从管道线路14流动，流体管道线路14限定封闭系统，该封闭系统包含取决于几个因素的量或体积的燃料，该几个因素包括管道线路14的长度、管道线路14的尺寸、以及其它因素。如上面提到的，为了满足EPA规则，流体管道线路14的完整性必须被规则地测试，并因此监控从那里任何燃料泄漏的量。
为此，燃料分配系统包括体积泄漏探测器，总得在20处示出，用于确定燃料泄漏的体积，即使有的话，从管道线路14。图2、 3A和3B描述了泄漏探测器20的示范性实施例。泄漏探测器20包括具有近端部32、远端部34的大致圆柱形主体或外壳30和大致圆柱形内部孔36。远端部34适于被耦合至歧管16中的端口 22，并且可以例如包括一组外部螺纹，该组外部螺纹与端口 22中对应组的内部螺纹配合，以便将泄漏探测器20与泵歧管16螺纹耦合。本发明不局限于于此所述的螺纹连接，然而，本领域熟练技术人员将认识到用以耦合泄漏探测器20与泵歧管16的其它方式。本领域熟练技术人员将进一步认识到泄漏探测器20不局限于被耦合至泵歧管16，而是可被定位在沿着止回阀18和分配单元15之间的流体管道线路14的任何点处。泄漏探测器20的远端部34也包括至少一个(示出两个)流体通道38，该流体通道具有在远端部34的端表面40处开放的一端和对于内部孔36开放的另一端。流体通道38提供内部孔36和流体管道线路14之间的流体连通，从而使当泄漏探测器20耦合至泵歧管16时，流体可以经由流体通道38流进内部孔36。
在本发明的一个方面中，泄漏探测器20以限制流过管道线路14的方式不被接合或者插进管道线路14，如同现有技术泄漏探测系统一样，但是可被转至(ported to)泵歧管16，没有堵塞、阻塞或另外在管道线路14中产生流动限制。为此，泄漏探测器20的远端部34不在端口22上延伸，并且不延伸进入管道线路14,而是相反在泵歧管16中端口 22的端部之前终止，或者至多以泵歧管16中端口 22的端部终止，如图1中示意性示出的。因此，管道线路14的通流截面积不被泄漏探测器20的存在所限制，并且提供接近零的抵抗力，以便在流体管道线路14内流动。以这种方式，燃料分配系统具有用于测试流体管道线路14中的泄漏的能力，也不产生限制速率的流动限制，以该速率，在分配单元15处可以分配燃料。
通过在圆柱形内部孔36中被定位的活塞42限定可扩张的腔室41 (图3B)。活塞42适于在分别邻近近和远端部32、 34的高和低位置之间的孔36中可移动。活塞42包括第一密封件44，比如一个或多个0-环，沿着活塞42的外周，从而在活塞42和内部孔36的壁之间产生密封，并因此避免或另外最小化活塞42周围的任何流体泄漏。活塞42进一步包括适于接收中空轴50的中央通道48，该中空轴从近端部32至远端部34沿着内部孔36的中心轴线52延伸。远端部34包括适于接收中空轴50和刚性附加轴50至圆柱形主体30的盲孔54。例如，中空轴50可以包括一组外部螺纹，该外部螺纹与盲孔54中对应组的内部螺纹配合，以便固定中空轴50至主体30。然而，本发明不局限于此，本发明的熟练技术人员将认识到用以耦合中空轴50至圆柱形主体30的其它方式。因为孔54是盲孔，没有流体会通过盲孔54漏出泄漏探测器20。可替代地，被插迸孔54的中空轴50端部可以包括比如合适尺寸的0-环的密封件。此外，活塞42进一步包括第二密封件56，比如一个或多个0-环，沿着中央通道48，以便在活塞42和中空轴50之间产生密封。以这种方式，并且如图3B中示出的，经由管道线路14和流动通道38进入可扩张的腔室41的加压流体接触活塞42的下表面，并且沿着中心轴线52移动活塞42，但是被活塞42限制，在活塞42周围没有流体的损耗。
泄漏探测器20的近端部32包括盖58，该盖封闭内部孔36，并包括适于接收适配器61的中央孔60，该适配器用于固定近端部32处的中空轴50。盖58可以包括用于螺纹接合盖58与圆柱形主体30的一组螺纹和用于密封主体30的密封件。泄漏探测器20可以进一步包括邻近近端部32的排气口62。排气口 62在一端处与内部孔36流体连通，并且经由排气管63在另一端处与罐10中的液面上部空间流体连通(图1)。排气管63避免活塞42之后气压的任何建立，当活塞42朝近端部32移动时，比如当使管道线路14直至全管线压力时。为此，当活塞42朝近端部32移动时，空气被强制通过排气口 62和排气管63，并因此在活塞42之后保持相对恒定的压力。
泄漏探测器20进一步包括偏压件，该偏压件朝探测器20的远端部34偏置活塞42，从而使进入可扩张的腔室41的流体必须具有充分的压力，以便朝近端部32，并且相对于偏压件的压力移动活塞42。例如，并且如图中示出的，在一个实施例中，偏压件可以是弹簧64。弹簧64可以是恒定刚度弹簧，其中通过弹簧施加压力，其然后确定管道线路14中的流体压力，作为内部孔36中活塞42的位移的函数而变化。对于恒定刚度弹簧，然后在管道线路14中可变的压力条件下发生泄漏检测。可变的压力条件下的泄漏检测是相对更复杂的，并且可以引起对于高精确度的泄漏检测的不希望的效应，包括管道线路14中气穴的压縮和膨胀。
在恒定刚度弹簧被预期用于本发明的实施例的同时，在本发明的另一实施例中，弹簧64可以是可变刚度弹簧，该可变刚度弹簧被配置成通过弹簧施加偏压力，并因此管道线路14中的流体压力实质上在内部孔36中活塞42的整个位移上而保持恒定。以该方式，在恒定的压力条件下在管道线路14中出现的任何泄漏，其相对更容易分析和识别。此外，来自管道线路14中气穴的任何体积效应被最小化，因为它们的尺寸，这取决于流体压力，在测试周期过程中保持恒定。
泄漏探测器20进一步包括用于测量内部孔36中活塞42的线性位移的位移传感器。在存在相当大量的位移传感器的同时，本发明预期使用磁致伸縮技术来确定活塞42的位移。在磁致伸縮技术在本领域通常是已知的同时，迄今为止并未知道这种传感器已被用于线路泄漏探测系统。对此可以是几个原因。 一个原因可以包括与较不精确的现有技术系统相比，更精确系统的花费，较不精确的现有技术系统满足较不严格的EPA标准或甚至当
12前的标准，即使历史表明已经需要更精确的系统。在已经存在提供更精确 的泄漏检测的需要的同时，很明显，工业界还未意识或认识到磁致伸縮技 术的潜在用途和如于此处所述的在泄漏探测器中结合该技术的的优点。
因此，在一个实施例中，位移传感器可被配置为磁致伸縮传感器66， 该磁致伸縮传感器包括磁致伸縮波导68，该磁致伸縮波导在中空轴50内被 定位，并在近端和远端部32、 34之间在内部孔36的长度上延伸。如通过 本领域熟练技术人员认识到的，磁致伸縮波导68可以由合适的铁磁材料制 成，比如铁，镍或钴。磁致伸縮传感器66也包括被耦合至活塞42的永磁 体70。例如，磁体70可以具有环状结构，该环状结构具有开口，通过该开 口可以定位磁致伸縮波导68。以该方式，当由于管道线路14中的体积改变， 活塞42移动时，磁体70相对于磁致伸縮波导68移动。通过磁致伸縮传感 器66可以检测磁体70相对于磁致伸缩波导68的位移，并且可以用于确定 泄漏是否存在于流体管道线路14中，如下面更详细地解释的。
磁致伸縮传感器66进一步包括耦合至泄漏探测器20的盖58的传感器 控制单元72。控制单元72容纳用于磁致伸縮传感器66的操作的必须的电 部件和系统。在操作中，控制单元72包括电脉冲信号发生器，该电脉冲信 号发生器沿着磁致伸缩波导68产生和发送电流脉冲。脉冲被沿磁致伸縮波 导68向下传送，产生沿着磁致伸縮波导68的长度的电磁场。永磁体70也 产生磁场，该磁场与来自电流脉冲的磁场相互作用，其引起在永磁体70的 位置处的波导68的机械扭曲(Wiedemann效应)。磁致伸縮波导68的机械 扭曲引起以沿着波导68的超声波为形式的返回脉冲。控制单元72包括能 够检测返回超声波脉冲的拾波器。控制单元72可被电耦合至中央控制74 (图1)，比如通过合适的电缆75，以用于收集和分析来自磁致伸縮传感器 66的数据信号。本领域熟练技术人员可以认识到控制单元72中电部件的 一些，如果不是全部，可以可替代地被定位在中央控制74中。
通过首先施加电流脉冲至磁致伸縮波导68可以检测内部孔36中活塞 42的位置。同时，起动位于控制单元72中的高速计数器。当脉冲达到永磁 体70时，产生超声波，并且向上传回磁致伸縮波导68，并且被拾波器探测。 然后停止计数器。由于波导68中朝声波的速度是已知的，也就是波导材料 中声音的速度，在电流脉冲和返回脉冲之间的消逝时间提供沿着波导68活塞42的定位或位置的指示。控制单元72沿着磁致伸縮波导68重复发送脉 冲信号，并且通过比较用于多个信号的活塞42的位置，活塞42的位移可 被容易地确定。因为内部孔36的几何形状是己知的，也就是内部孔36的 横截面积，活塞42的位移可以与管道线路14中的体积改变直接相关。
用以确定活塞42的位置(位移)的磁致伸縮传感器66的使用具有用 于管线泄漏探测系统的几个优点。主要优点是磁致伸縮传感器66对于活塞 42的位移相对于当前被用于管线泄漏探测系统的先前传感器的增大的灵敏 度。通过举例，磁致伸縮传感器可以检测0.0005英寸数量级的运动，而用 在管线泄漏探测系统中的多个电流位移传感器需要更大振幅的一至两个数 量级的运动。结果，磁致伸縮传感器66对于相对小的位移的灵敏度允许大 量的数据点被采样和分析，以确定泄漏是否存在于管道线路14中。例如， 对于内部孔36中活塞42的两英寸冲程，可以采样和分析对应于活塞42的 可探测位置的大约10， 000个数据点。增大数量的数据点依次允许更准确 和更可靠的存在管线泄漏的确定。
磁致伸縮传感器66的灵敏度也允许相比较在当前泄漏探测系统中至今 可利用的，相对大的数据组在较短的时间周期中被采样。因此，例如，利 用磁致伸縮传感器，可被可靠用于确定管线泄漏的数据组可以采用几倍小 于当前被使用的设备的幅度的数量级。例如，在本发明的一个实施例中， 成千上万的有效数据点可以用于确定泄漏是否存在于管道线路14中。由于 磁致伸縮传感器66的灵敏度，在相对于用以产生相等量的数据点的当前传 感器的时间量的非常短的时间周期中可以采用这些成千上万的数据点。
在相对短的时间周期中获得可靠数据组的能力提供了用于管线泄漏探 测系统的附加优点。例如，通过最小化采样或测试时间可以最小化管道线 路中热变化的负效应。如本领域熟练技术人员认识到的，通过热时间常量 可以特征化管道线路中的热变化(例如燃料和管道系统和地之间的温度 差)，该热时间常量通常表示用于系统对热变化起反应的时间量。对于燃料 分配系统，比如在加油站处，该时间常量可以是几分钟的数量级。因此， 用于在相对短的时间周期和在比分配系统的热时间常量短的时间周期中收 集可靠数据组的磁致伸縮传感器的能力消除了 ，或至少显著减小了热变化 对于确定管道线路中的泄漏的影响。消除热效应将其作为潜在的体积变化的来源而去除，并因此增加了管线泄漏探测系统的精确度和可靠性。
用以确定活塞42的位置(位移)的磁致伸縮传感器66的还有的另一 优点是可以精确地探测管道线路14中小得多的体积变化。使用磁致伸縮传 感器66可以探测通过许多当前管线泄漏探测器不能被另外探测到的小的泄 漏。因此，在比当前可能的早得多的阶段可以进行预防性测量，以便避免 可能的灾难性事件，以及避免或减小源于泄漏的环境损害的量。
可以预期在将来，将实施更严格的EPA规则，其需要加油站或其它燃 料分配系统来探测比当前需要的小得多的泄漏。在这种情况中，许多当前 的管线探测器将是不适当的，并且不能够满足更严格的规则。然而本发明 的泄漏探测器能够进行这种小的泄漏检测，并且可以在相对短的时间周期 中，以需要的精确度，以及通过这种泄漏探测系统要求的可靠性实现该探
虽然在图2-3B中偏压件作为弹簧64被示出和描述，偏压件不局限于 弹簧，因为依据本发明的可替代的实施例存在用于相对于活塞42的移动施 加偏压力的其它方式。例如，如图4中示出，其中类似的附图标记指图2-3B 中类似的特征，取代施加偏压力至活塞42的弹簧，偏压件可以采用耦合至 活塞42的重物75的形式。重物75可以与活塞42—体形成，或者可替代 地，重物75可以通过单独的装配工艺被耦合至活塞42。在任何情况中，重 物75以如其中通过重物75施加偏压力的可变刚度弹簧类似的方式工作， 并因此管道线路14中的流体压力实质上在内部孔36中活塞42的整个位移 上保持恒定。因此，在恒定的压力条件下出现在管道线路14中出现的任何 泄漏，如上面指出的，其相对更容易分析和识别。
图5和6示出了依据本发明的附加实施例，其中类似的附图标记指图 2-3B中类似的特征。在这些实施例中，偏压件被配置成用于施加偏压力于 活塞42之上的磁体。在图5中，磁体被配置成电磁体76，比如螺线管。具 体地，电磁体76包括可操作地耦合至电源(未示出)的线圈，用于当电流 流过线圈时产生可控制的磁场。电磁体76可被配置成使磁场然后施加相对 均匀的力，也就是偏压力，用于朝泄漏探测器20的近端部32抵抗活塞42 的运动。此夕卜，与可变刚度弹簧类似，通过电磁体76施加的偏压力，并因 此管道线路14中的流体压力实质上在内部孔36中活塞42的整个位移上保持恒定。因此，在恒定的压力条件下出现在管道线路14中出现的任何泄漏。 图6中示出的实施例也利用磁体作为偏压件，但是在该实施例中，磁 体是永磁体77。这可以导致更简单的设计，消除了用于耦合偏压件至电源 的需要。可以邻近泄漏探测器20的近端部32定位永磁体77。在这种情况 中，磁体77可以具有与活塞42上的磁体70的相同的极性。以这种方式， 磁体77产生偏压力，该偏压力对抗活塞42朝向磁体77的运动(也就是朝 远端部34偏压活塞42)，由于彼此排斥的类似极磁体。在类似于在图6中 示出的可替代实施例中，可以邻近远端部34定位永磁体77 (在图6中以剖 视图示出)。在这种情况中，磁体77可以具有与活塞42上的磁体70的相 反的极性。以这种方式，磁体77产生偏压力，该偏压力对抗活塞42远离 磁体77的运动(也就是朝远端部34偏压活塞42)，由于彼此吸引的相反极 磁体。对于在图6中示出的实施例，永磁体77类似于其中通过磁体77施 加压力的恒定刚度弹簧工作，其然后确定管道线路14中的流体压力，作为 磁体相对于活塞42上的磁体70的分离的函数而改变。对于永磁体，在管 道线路14的可变压力条件下然后出现泄漏探测。通过本领域熟练技术人员 容易知道作为分离距离的函数的磁体的吸引/排斥力，并且可被考虑用于确 定是否已经出现管线泄漏。尽管磁体77与活塞42上的磁体70配合地工作， 单独的磁体可被耦合至活塞42，以与磁体77 —起使用。
在还有的另一实施例中，并且如图7中所示，偏压件可被配置成被加 压的流体源，在78处示意性示出，以用于对活塞42施加偏压力。例如， 流体源78可以是空气源，用于气动地加压活塞42上的内部孔36。可替代 地，流体源78可以液体源，用于气动地加压活塞42上的内部孔36。在任 一实施例中，流体源78可被调节，因此活塞42上的由加压流体施加的偏 压力，并且由此管道线路14中的流体压力实质上在内部孔36中的活塞42 的整个位移上而保持恒定。因此，在恒定的压力条件下出现在管道线路14 中出现的任何泄漏。在该实施例中，可以消除排气口62和排气管63，或者 可替代地，包括用于选择性地打开和关闭活塞42上的内部孔36和罐10之 间的流体连通的阀，如先前描述的。
图8示出了本发明还有的另一实施例，其中偏压件被配置成可压缩的 气穴79。在该实施例，泄漏探测器20的近端部32被全部密封，也就是，排气口 62和排气管63将被消除，或者再次包括用于选择性地打开和关闭 活塞42上的内部孔36和罐10之间的流体连通的阀。当气穴79被密封时， 被包含于其中的气体对活塞42施加偏压力，由于气体的压力。气穴79类 似于恒定刚度弹簧工作，其中在活塞42上的偏压力作为内部孔36中活塞 42的位移的函数而改变。例如，当活塞42朝近端部32移动时，气穴79 的压力，并因此在活塞42上的偏压力将增大。此外，当活塞42朝远端部 34移动吋，气穴79的压力，并因此在活塞42上的偏压力将减小。因此， 在管道线路14中可变的压力条件下然后出现泄漏探测。气体的可压縮性， 比如空气或其它合适气体，被本领域熟练技术人员所容易知道，并且可被 考虑用于确定是否已经出现管线泄漏。
在管道线路14中的可变压力条件下出现泄漏检测的同时，在图8中示 出的实施例提供了多个优点。在一个方面中，活塞42可被配置成在泄漏探 测器20中的液体上被定位的简单的有浮力的浮体。因为在液体的顶部和泄 漏探测器20的近端部32之间产生的气穴79提供偏压力，不再存在保持活 塞42和内部孔36的壁之间的流体紧密密封的需要，比如通过密封件44完 成的密封。也不存在保持活塞42的中央通道48和中空轴50之间的流体紧 密密封的需要，比如通过密封件56完成的密封。因此，活塞42可以具有 小于内部孔36的尺寸的外部尺寸。类似地，中央通道48可以具有大于中 空管50的尺寸的尺寸。该实施例中的活塞42因此具有简单得多的设计， 结合较少的部件(例如没有密封件)。此外，可移动的活塞42和泄漏探测 器20的固定部分之间的摩擦效应在该设计之中也不再成问题，因为避免了 活塞42和内部孔36和中空轴50之间的紧密接触。这依次可以提供更精确 的数据。该设计也避免了活塞密封件上的磨损和活塞之后泄漏的问题，其 可以给出泄漏的错误指示。
图9A-9C是描述了示范性泄漏探测系统80中泄漏探测器20的操作的 流程图。利用在正常操作处的燃料分配系统，在82处起动泄漏测试定时器。 泄漏探测系统80然后以回路工作，该回路被配置成在不活动的充分长的周 期之后运行测试。例如，如果分配器单元15在几个小时中没有工作，例如 在整夜的几小时过程中，分配单元15是不活动的；在这种不活动性的周期 之后可以开始测试。为此，在84处，泄漏探测系统80连续地检查是否测
17试定时器已经终止，并且在86处分配单元15是否请求潜水泵12。如果由 于充分长的不活动周期，测试定时器已经终止，泄漏探测系统80检査在88 处潜水泵12是否已经被禁止。例如，泵12可被禁止，如果先前测试指明 在管道线路14中存在泄漏。当然，泄漏探测系统80将不允许从耦合至管 道线路14的分配单元15分配任何燃料，对于其已经探测出泄漏。如果潜 水泵12被禁止，在90处记录不能进行测试。如果潜水泵12不被禁止，于 是在92处泄漏探测系统80前进至第一阶段测试。
如果在测试定时器的终止之前，分配单元15请求泵12，在94处泄漏 探测系统80再次检查是否已经禁止潜水泵12。如果已经禁止潜水泵12 (例 如，先前的泄漏测试指示管道线路14中的泄漏)，在96处拒绝和记录分配 器请求。另一方面，如果泵12还没有被禁止，于是在98处起动泵12从而 从分配单元15分配燃料。泄漏探测系统80然后以第二回路工作，该第二 回路被配置成在分配过程的结束处运行泄漏测试，当管道线路14处于完全 管线压力。为此，在99处泄漏探测系统80检查是否仍请求分配单元15。 如果分配单元15也不再被请求，也就是分配过程己经结束，然后在100处 泄漏探测系统80前进至第一阶段测试。
第一阶段测试被配置成确定在管道线路14中是否存在灾难性的泄漏。 为此，在102处潜水泵12通电，以使管道线路处于正常、完全管线压力。 在104处起动定时器，以便确定活塞42到达内部孔36中的其高或最顶部 位置所需的时间量。当管道线路14中的压力处于完全管线压力处时，到达 高位置。在操作中，在106处泄漏探测系统80检查分配单元15是否请求 潜水泵12，并且在108处也检查磁致伸縮传感器66的适当操作。如果分配 单元15请求泵12，在110处放弃测试，并且在112处泄漏探测系统80返 回至正常操作。如果磁致伸縮传感器66不适当地工作，在114处向操作者 报告故障，并且在116处放弃测试，并且在118处泄漏探测系统80返回至 正常操作。如果在定时器的终止之前，活塞42到达它的高位置，在管道线 路14中不存在灾难性泄漏，并且在120处系统80前进至第二阶段测试， 如下面讨论的。另一方面，如果在定时器的终止之前，活塞42没有达到它 的高位置，于是在管道线路14中存在灾难性的泄漏，并且在122处禁止潜 水泵12。在124处灾难性的泄漏然后被报告至操作者，并且在126处泄漏
18探测系统80另外返回至正常操作。
如果分配系统通过灾难性测试，如上面所述的，于是泄漏探测系统80 前进至第二阶段测试，在此处进行更精确的泄漏测试。在该阶段中，在128 处起动定时器。此外，在130处泄漏探测系统80检查分配单元15是否请 求潜水泵12，并且在132处也检查磁致伸縮传感器66的适当操作。此外， 在134处，泄漏探测系统80检查以确保活塞42已到达它的低或最底部位 置。如果分配单元15请求泵12，在136处放弃测试，并且在138处泄漏探 测系统返回至正常操作。如果磁致伸縮传感器66不适当地工作，在140处 向操作者报告故障，并且在142处放弃测试。在144处泄漏探测系统80然 后返回至正常操作。如果活塞42己经到达它的低位置，然后在146处记录 无结论的测试，并且在148处泄漏探测系统80返回至正常操作。
如果潜水泵12不被请求，磁致伸縮传感器66适当地工作，并且还没 有到达活塞42的低位置，在150处泄漏探测系统80然后收集和分析活塞 42的位置数据，以便确定管道线路14中的体积改变。为此，数据可被发送 至中央控制74，在此处，根据基于数据被配置成识别管道线路14中的泄漏 的预先编程的算法分析数据。该算法不是本发明的一部分，而是可以用于 引出关于管道线路14中的泄漏的结论。该算法的一个结果是数据表示管道 线路174中泄漏的存在。在152处表示这种结果。在这种情况中，在154 处禁止潜水泵12，并且在156处泄漏被报告至操作者。在158处泄漏探测 系统80然后另外返回至正常操作。该算法的另一个结果是管道线路14是 紧密的，并且没有泄漏存在，如在160处示出的。在这种情况中，在162 处紧密的管线被报告至操作者，并且在164处泄漏探测系统80返回至正常 操作。然而该算法的另一结果是数据是无结论的。在这种情况中，泄漏探 测系统80返回至166，以便继续测试过程。如果在定时器终止之前，还没 有达到测试的结论，在168处记录无结论的测试，并且在170处泄漏探测 系统80返回至正常操作。
在通过各个优选实施例的说明已经描述了本发明的同时，并且在已经 以一些细节描述了这些实施例的同时，申请人并不试图约束或以任何方式 将权利要求的范围限制至这种细节。附加的优点和修改容易地对于本领域 熟练技术人员显而易见。可以单独或以多个组合利用本发明的不同特征，取决于使用者的需要和选择(
权利要求
1、一种用于探测液体体积中体积变化的器具，包括外壳，限定了其中的内部孔；活塞，布置在该内部孔中，并且沿该内部孔可移动，该内部孔和活塞限定可扩张的腔室；偏压件，用于相对于该内部孔中的运动偏压该活塞；液体通道，从液体体积延伸至该可扩张的腔室；以及磁致伸缩传感器，包括磁致伸缩波导；磁体，可操作地连接至该活塞，以与其一起运动，并且处于与所述磁致伸缩波导可操作的关系；以及脉冲和探测设备，用于探测该磁体沿该磁致伸缩波导的位置。
2、 如权利要求l的器具，其中所述偏压件选自下面一组恒定刚度弹 簧、可变刚度弹簧、重物、电磁体、永磁体、流体源和密封的气穴。
3、 如权利要求2的器具，其中该流体源是气动或液压源中的一个。
4、 如权利要求l的器具，其中该偏压件在液体体积中施加流体压力， 该液体体积随着该内部孔内的活塞的运动而改变。
5、 如权利要求l的器具，其中该偏压件在液体体积中施加流体压力， 该液体体积随着该内部孔内的活塞的运动而保持相对恒定。
6、 如权利要求1的器具，其中该偏压件被布置在与该可扩张的腔室相 对的活塞的一侧上。
7、 如权利要求1的器具，进一步包括布置在与该可扩张的腔室相对的 活塞的一侧上的排气口。
8、 如权利要求1的器具，其中该活塞进一步包括至少一个密封件，该密封件沿着该活塞的外周，适于与该外壳的内部孔形成密封。
9、 如权利要求l的器具，进一步包括定位在该内部孔中并且在近和远端部之间延伸的中空轴，在该中空轴内定位的磁致伸縮波导，其中该活塞包括中央通道，该中央通道用于接收从那里通过的该中空轴，并且该活塞在该内部孔内沿着该中空轴移动。
10、 如权利要求9的器具，其中该活塞进一步包括至少一个密封件，该密封件沿着该中央通道，适于与该中空轴形成密封。
11、 如权利要求l的器具，其中该活塞被配置成有浮力的浮体。
12、 如权利要求1的器具，其中该磁致伸縮波导和该磁体被布置在与该可扩张的腔室相对的该活塞的一侧上。
13、 一种分配系统，包括罐，用于保持液体；分配单元，用于分配液体；流体管道线路，提供该罐和该分配单元之间的流体连通；单向阀，布置在该流体管道线路中，该阀和该分配单元之间的该流体管道线路的一部分限定液体体积；以及泄漏探测器，与该流体管道线路流体连通，并且适于探测该液体体积中的体积变化，该泄漏探测器包括外壳，限定了其中的内部孔；活塞，布置在该内部孔中，并且沿该内部孔可移动，该内部孔和活塞限定可扩张的腔室；偏压件，用于相对于该内部孔中的运动偏压该活塞；液体通道，从液体体积延伸至可扩张的腔室；以及磁致伸縮传感器，包括磁致伸縮波导；磁体，可操作地连接至该活塞，以与其一起运动，并且处于与所述磁致伸縮波导可操作的关系；以及脉冲和探测设备，用于探测该磁体沿该磁致伸縮波导的位置。
14、 如权利要求13的分配系统，其中所述偏压件选自下面一组恒定刚度弹簧、可变刚度弹簧、重物、电磁体、永磁体、流体源和密封的气穴。
15、 如权利要求14的分配系统，其中该流体源是气动或液压源中的一个。
16、 权利要求13的分配系统，其中该泄漏探测器不阻碍流过该流体管道线路的流体。
17、 权利要求13的分配系统，进一步包括中央控制，该中央控制用于分析来自该磁致伸縮传感器的位置数据和确定在流体管道线路中是否存在泄漏。
18、 一种探测液体体积中的变化的方法，包括.-将该液体体积中的液体暴露于可扩张的腔室器具，该器具包括具有内部孔的外壳和响应于该液体体积中的变化而沿着该内部孔可移动的活塞；以及在该活塞运动时，通过引起磁致伸縮波导或接近该磁致伸縮波导可操作地布置的磁体中的一个的相对运动，磁致伸縮地检测该液体体积中的变化，以及从代表响应于该液体体积中的体积变化的活塞移动的运动中获得数据。
19、 如权利要求18的方法，进一步包括相对于该液体体积中的体积变化偏压该活塞的运动。
20、 如权利要求19的方法，其中偏压该活塞的运动由偏压件引起，该偏压件选自下面一组恒定刚度弹簧、可变刚度弹簧、重物、电磁体、永磁体、流体源和密封的气穴。
21、 如权利要求19的方法，其中偏压该活塞的运动包括在该液体体积中施加流体压力，其随着该内部孔中的该活塞的运动而变化。
22、 如权利要求19的方法，偏压该活塞的运动包括在该液体体积中施加流体压力，其随着该内部孔中的该活塞的运动而保持相对恒定。
23、 如权利要求118的方法，进一步包括在具有通流截面积的液体传输线路内输送液体；以及将来自该液体传输线路的液体暴露于可扩张的腔室，而不限制该液体传输线路的通流截面积。
全文摘要
一种用于探测液体体积中的体积变化的泄漏探测器(20)，包括在外壳(30)中布置的偏压活塞(42)和从液体体积延伸至通过外壳(30)和活塞(42)限定的可扩张腔室(41)的液体通道(38)。泄漏探测器(20)进一步包括有包括磁致伸缩波导(68)的磁致伸缩传感器(66)，可操作地耦合至活塞(42)并随其可移动的磁体(70)，以及用于检测磁体(70)沿着磁致伸缩波导(68)的位置的脉冲和检测设备。使用探测器(20)的方法包括暴露可扩张的腔室(41)至来自液体体积的液体，并且通过引起波导(68)和磁体(70)之间的相对移动而磁致伸缩地检测液体体积中的变化，以便获得表示响应于液体体积中的体积变化的活塞运动的数据。
文档编号G01M3/28GK101467019SQ200780009595
公开日2009年6月24日 申请日期2007年1月17日 优先权日2006年1月19日
发明者I·贾维 申请人:特拉华资本组成公司