[发明专利]非侵入式传感器系统

说明书

一种非侵入式传感器系统包括设置在过程中以测量不同的输入过程现象的传感器阵列以及使用经验模型来分析传感器测量值以产生未由该传感器阵列中的任意一个传感器直接测量的另一个过程现象的估计值的逻辑单元。该传感器阵列中的传感器可以是非侵入式传感器，该非侵入式传感器以侵入式或非侵入式的方式测量输入过程现象但是关于输出过程现象是非侵入式的，因为这些传感器中的任意一个都没有直接接触表现该输出过程现象的过程流体或过程元素。传感器阵列中的传感器可以是用于产生过程中的不同或相同位置处的特定过程现象的测量值的任意类型的传感器。

技术领域

本专利整体涉及用于采集并且分析过程设备和控制系统性能数据的系统和方法，并且具体涉及用于实现过程中的增强型非侵入式传感器系统以用于监视、维护和/或控制活动的系统和方法。

背景技术

如在化工、石油或其他过程中使用的那些过程工厂监视、维护和控制系统一般包括一个或多个过程控制器和经由模拟、数字或组合的模拟/数字总线可通信地耦接到至少一个主机或操作员工作站、维护工作站并且耦接到一个或多个现场设备的输入/输出(I/O)设备。现场设备可以是例如阀、阀定位器、开关和发射器(例如温度、压强和流速传感器)，其执行过程中的过程控制功能，如出于任意原因监视过程变量或其他物理现象、执行控制功能如打开或关闭阀、测量过程变量等等。过程控制器、监视和维护应用接收用于指示由现场设备做出的测量的信号，处理该信息以实现监视、控制或维护例程，并且生成控制信号、维护指令或其他信号，以通过总线或其他通信线路被发送到操作员或现场设备，以例如监视过程、控制过程的操作或执行维护任务。这样，过程控制器、监视应用和维护应用可以使用现场设备经由总线和/或其他通信链路执行并且协调监视、控制和维护策略。类似地，监视和维护应用可以认识到工厂中的问题并且协调工厂中的维护活动，如修理设备、测试设备、检测执行情况较差的设备、实现校准和其他维护程序等等。

可以使得来自现场设备和控制器的过程信息对于由操作员或维护工作站(例如基于处理器的系统)所执行的一个或多个应用(即软件例程、程序等等)可用，以使得操作员或维护人员能够执行关于过程的希望的功能，如(例如经由图形用户接口)查看过程的当前状态、评估过程、(例如经由可视对象图)修改过程的操作、调谐或校准设备等等。许多过程工厂仪器系统还包括一个或多个应用站(例如工作站)，其一般是使用个人计算机、膝上电脑等等实现的并且其经由局域网(LAN)可通信地耦接到过程控制系统中的控制器、操作员站和其他系统。每个应用站可以包括图形用户接口，该图形用户接口显示过程控制信息、监视信息和维护信息，其包括过程变量的值、与过程关联的质量参数的值、过程故障检测信息和/或过程和设备状态信息。

在任意情况中，传感器(又被称为发射器或过程控制设备)通常设置在过程工厂中的任意位置处，以测量不同的过程参数或过程现象，如温度、压强、液体流量、液体液位等等。在其他情况中，可以在不同的位置从过程取得采样并且可以离线测试或分析这些采样以确定其他类型的过程现象，如PH水平、黏性等等。通常，传感器或发射器将测量或确定的过程参数值提供或发送给网络中的控制例程、维护例程或设备、用户接口或其他设备，以用于处理和/或显示。

由于过程工厂的复杂性，过程工厂一般需要做出大量测量来确保过程安全并且提供足够的过程控制和监视信息给工厂系统和操作/维护人员。通常，可以在越多的测量点处获得越多的信息，则可以越好地操作工厂。然而，使用更多仪器的一个障碍在于总安装成本。这些成本包括与更多测量设备的使用相关联的购买价格、安装成本和系统整合成本。如果可以降低这些成本，则用户可以承担更多仪器。

并且，在如今的过程工厂中使用和安装的大部分传感器本质上是侵入式的，因为这些传感器必须使它们的一些元件被物理地设置在、连接到或者接触表现出将被传感器测量的物理现象的过程流体或其他过程元素。就这点而言，在许多工厂情况中，当构造或安装工厂设备时，仅足够地安装过程参数测量设备例如传感器是实际可行或可能的。在其他情况中，在工厂中的特定点处安装传感器可能需要工厂设备的重大成本的重大改造。在其他情况中，不能将传感器放置在传感器可以接触并且因此测量过程流体或过程设备的位置处，其中，将要测量该位置处的现象。