用於為振動流量計產生驅動信號的計量電子裝置及方法

2023-04-26 00:00:31 1

專利名稱：用於為振動流量計產生驅動信號的計量電子裝置及方法
技術領域：
本發明涉及振動流量計，更具體而言涉及用於為振動流量計產生 驅動信號的計量電子裝置及方法。
背景技術：
振動導管傳感器，例如科裡奧利(Coriolis)質量流量計和振動密 度計，通常通過檢測容納流動材料的振動導管的運動來操作。與導管 內的材料相關聯的性質，例如質量流量、密度等，可以通過處理從與 導管相關聯的運動換能器接收的測量信號而確定。振動材料填充系統 的振動模式通常受到該容納導管及其中容納的材料的組合質量、硬度 和阻尼特性的影響。典型的科裡奧利質量流量計包括一個或更多導管，其直列式(inline) 連接在管道(pipeline)或其它傳輸系統中，並在該系統內傳送例如流 體、漿料等材料。每個導管可以視為具有一組固有振動模式，包括例 如簡單的彎曲、扭轉、徑向以及耦合模式。在典型的科裡奧利質量流 量計測量應用中，當材料流經導管時，該導管被激勵處於一種或更多 的振動模式，且在沿著該導管隔開的點處測量該導管的運動。激勵通 常是由諸如機電裝置的致動器提供，例如音圏型驅動器，其周期性地 擾動該導管。通過測量在換能器位置的運動之間的時間延遲或相位差， 可以確定質量流速。通常採用兩個這種換能器(或拾取傳感器)以測 量流動導管的振動響應，且這兩個換能器通常位於致動器的上遊和下 遊位置。兩個拾取傳感器通過線纜連接到電子儀表設備(electronic instrumentation )。該儀表設備從兩個拾取傳感器接收信號並處理信號 以得到質量流速測量結果。除了產生流量測量結果外，流量計的電子裝置(electronics)還必 須產生驅動信號。該驅動信號應該最優地在使得能夠得到精確流動特 性測量結果的頻率或該頻率附近驅動該流量計的振動。此外，驅動信 號應使得該振動能夠快速且可靠地啟動。再者，驅動信號應使得可以 實現流量計的精確和及時的診斷操作。發明內容通過提供一種用於為振動流量計產生驅動信號的計量電子裝置及 方法，解決了上述和其它問題並實現技術上的進步。根據本發明實施例，提供了 一種用於為振動流量計產生驅動信號的計量電子裝置。該計量電子裝置包括接口，用於從該振動流量計 接收傳感器信號；以及處理系統，用以與該接口通信。該處理系統配 置成接收該傳感器信號，將該傳感器信號相位偏移基本90度以形成相 位偏移傳感器信號，從該振動流量計的頻率響應確定相位偏移值的， 並將該相位偏移值的與該傳感器信號及該相位偏移傳感器信號組合以 便產生驅動信號。該處理系統還配置成從該傳感器信號和該相位偏移 傳感器信號來確定傳感器信號幅度Umplitiide),並基於該傳感器信號 幅度來產生驅動信號幅度。該驅動信號相位基本上與傳感器信號相位 相同。根據本發明實施例，提供了 一種用於為振動流量計產生驅動信號 的方法。該方法包括從該振動流量計接收傳感器信號。該方法還包括 將該傳感器信號相位偏移基本卯度以形成相位偏移傳感器信號，從該 傳感器信號和該相位偏移傳感器信號來確定傳感器信號幅度，以及基 於該傳感器信號幅度來產生驅動信號幅度。該方法還包括產生包含 該驅動信號幅度的驅動信號。根據本發明實施例，提供了 一種用於為振動流量計產生驅動信號 的方法。該方法包括從該振動流量計接收傳感器信號，將該傳感器 信號相位偏移基本90度以形成相位偏移傳感器信號，以及從該振動流 量計的頻率響應確定相位偏移值的。該方法還包括將該相位偏移值的 與該傳感器信號及該相位偏移傳感器信號組合以便產生驅動信號。該 驅動信號相位基本上與傳感器信號相位相同。根據本發明實施例，提供了 一種用於為振動流量計產生驅動信號 的方法。該方法包括從該振動流量計接收傳感器信號，將該傳感器 信號相位偏移基本90度以形成相位偏移傳感器信號，從該振動流量計 的頻率響應確定相位偏移值的，以及將該相位偏移值的與該傳感器信 號及該相位偏移傳感器信號組合以便產生驅動信號。該方法還包括 從該傳感器信號和該相位偏移傳感器信號來確定傳感器信號幅度，以及基於該傳感器信號幅度來產生驅動信號幅度。該驅動信號相位基本 上與傳感器信號相位相同。在該計量電子裝置的一方面中，該相位偏移是由希耳伯特(Hilbert)變換來執行。在該計量電子裝置的另一方面中，該相位偏移值的包括補償值。在該計量電子裝置的再一方面中，確定該相位偏移值的包括將該 頻率響應線性地關聯到頻率/相位關係以便生成該相位偏移值的。在該計量電子裝置的又一方面中，確定該傳感器信號幅度包括 接收代表該傳感器信號的^c。sW項，從該相位偏移產生^sin^項，對該 爿cosW項和i亥爿sinW項求平方，以及求Jcos^平方項和爿sin加平方項之和 的平方根以便確定該傳感器信號幅度。在該計量電子裝置的又一方面中，產生該驅動信號幅度還包括 將該傳感器信號幅度與幅度目標比較並縮放該傳感器信號幅度，從而 產生該驅動信號幅度，其中縮放基於該傳感器信號幅度和該幅度目標 的比較。在該計量電子裝置的又一方面中，該處理系統還配置成在流量計 啟動時使該驅動信號啁啾(chirp )。在該計量電子裝置的又一方面中，該處理系統還配置成在流量 計啟動時使該驅動信號啁啾，其中啁啾包括掃過兩個或更多頻率範圍 直至該流量計啟動。在該計量電子裝置的又一方面中，該處理系統還配置成使該驅動 信號線性化。在該計量電子裝置的又一方面中，該處理系統還配置成使用峰 值檢測計算第二幅度，將該傳感器信號幅度與該第二幅度比較，以及 如果該第二幅度高於該傳感器信號幅度，檢測拾取傳感器上的寬帶噪 聲。在該方法的一方面中，該相位偏移由希耳伯特變換來執行。 在該方法的另一方面中，該方法還包括從該傳感器信號和該相 位偏移傳感器信號確定傳感器信號幅度，基於該傳感器信號幅度產生 驅動信號幅度，以及將該驅動信號幅度包含在該驅動信號內。在該方法的再一方面中，確定該傳感器信號幅度包括接收代表 該傳感器信號的」cos^項，從該相位偏移產生乂sin^項，對該^cos0,項和該^sin^項求平方,以及求v4cosW平方項和^sin^平方項之和的平方 根以便確定該傳感器信號幅度。在該方法的又一方面中，產生該驅動信號幅度還包括將該傳感 器信號幅度與幅度目標比較並縮放該傳感器信號幅度，以便產生該驅 動信號幅度，其中縮放基於該傳感器信號幅度和該幅度目標的比較。在該方法的又一方面中，該方法還包括接收代表該傳感器信號 的JcosW項，從該相位偏移產生平方，求JcosW平方項和」sin加平方項之和的平方4艮以^更確定該傳感器 信號幅度，基於該傳感器信號幅度產生驅動信號幅度，以及將該驅動 信號幅度包含在該驅動信號內。在該方法的又一方面中，該方法還包括接收代表該傳感器信號 的JcosW項，從該相位偏移產生爿sinW項，對該爿cosW項和該爿sin0/項求 平方，求^cos^平方項和^sinw平方項之和的平方才艮以《更確定該傳感器 信號幅度，將該傳感器信號幅度與幅度目標比較，縮放該傳感器信號 幅度以便產生該驅動信號幅度，其中縮放基於該傳感器信號幅度和該 幅度目標的比較，以及將該驅動信號幅度包含在該驅動信號內。在該方法的又一方面中，該方法還包括從該振動流量計的頻率 響應確定相位偏移值的，將該相位偏移值的與該傳感器信號及該相位 偏移傳感器信號組合以便產生驅動信號相位，以及將該驅動信號相位 包含在該驅動信號內，其中該驅動信號相位基本上與傳感器信號相位 相同。在該方法的又一方面中，該相位偏移值的包括補償值。在該方法的又一方面中，確定該相位偏移值的包括將該頻率響應 線性地關聯到頻率/相位關係以便生成該相位偏移值的。在該方法的又一方面中，該方法還包括將該頻率響應線性地關 聯到頻率/相位關係以便生成該相位偏移值的，將該相位偏移值的與該 傳感器信號及該相位偏移傳感器信號組合以便產生驅動信號相位，以 及將該驅動信號相位包含在該驅動信號內，其中該驅動信號相位基本 上與傳感器信號相位相同。在該方法的又一方面中，該方法還包括在該流量計啟動時使該驅 動信號啁啾。在該方法的又一方面中，該方法還包括在流量計啟動時使該驅動信號啁啾，其中啁啾包括掃過兩個或更多的頻率範圍直至該流量計啟 動。在該方法的又一方面中，該方法還包括使該驅動信號線性化。 在該方法的又 一 方面中，該方法還包括使用峰值檢測計算第二幅 度，將該傳感器信號幅度與該第二幅度比較，以及如果該第二幅度高 於該傳感器信號幅度，檢測拾取傳感器上的寬帶噪聲。


在所有附圖中，相同的參考標號表示相同的元件。圖1示出包括計量組件和計量電子裝置的科裡奧利流量計。圖2示出根據本發明實施例的計量電子裝置。 圖3示出根據本發明實施例的計量電子裝置的驅動信號部分。 圖4為根據本發明實施例的用於為振動流量計產生驅動信號的方 法的流程圖。圖5為根據本發明實施例的用於為振動流量計產生驅動信號的方 法的流程圖。圖6為根據本發明實施例的閉環數字驅動的方框圖。 圖7示出根據本發明實施例的輸入調整塊。圖8示出階數N-100的可調理想低通濾波器乘以漢寧(Hanning) 窗口的實施，以形成低通有限脈衝響應(FIR)濾波器。圖9示出用以計算圖8濾波器的濾波器係數的使能子系統。 圖10示出根據本發明實施例的Calc Freq一Mag塊。 圖11示出才艮據本發明實施例的Hilbert Freq_Mag塊。 圖12示出根據本發明實施例的希耳伯特頻率評估器塊。 圖13示出根據本發明實施例的驅動反饋控制系統塊。 圖14示出根據本發明實施例的群延遲補償塊。 圖15示出根據本發明實施例的自動增益控制(AGC)塊。 圖16示出根據本發明實施例的比例積分(PI)控制器。 圖17示出代表現有技術中的測流管(flow tube)操作的三個驅動 信號曲線圖。圖18示出根據本發明實施例的線性驅動控制方框圖。 圖19包括根據本發明實施例的線性驅動控制的曲線圖。圖20包括示出獨立於線性驅動迴路的設定點幅度的曲線圖。
具體實施方式
圖1至20及下述說明書描述了具體示例，以教導本領域技術人員 如何實現和利用本發明的最佳模式。出於教導發明原理的目的，對某 些常規方面進行了簡化或省略。本領域技術人員將會理解落在本發明 的範圍內的基於這些示例的變型。本領域技術人員將理解，下述特徵 可以按各種方式組合以形成本發明的多個變型。因此，本發明不限於 下述具體示例，而是僅由權利要求及其等效來界定。圖1示出包括計量組件IO和計量電子裝置20的科裡奧利流量計 5。計量組件10響應於加工材料(process material)的質量流速和密度。 計量電子裝置20通過導線100連接到計量組件10以在通道26上提供 密度、質量流速和溫度信息，以及與本發明無關的其它信息。儘管對 於所述技術領域的技術人員顯而易見的是，本發明可以實踐為振動管 密度計而無需科裡奧利質量流量計所提供的附加測量能力，但是仍對 科裡奧利流量計結構進行了描述。計量組件10包括一對歧管150和150，、具有法蘭頸110和110， 的法蘭103和103，、 一對平行測流管130和130，、驅動機構180、溫度 傳感器190以及一對速度傳感器170L和170R。測流管130和130，具 有兩個基本上直的入口支管(inlet leg )131和131，以及出口支管(outet leg) 134和134，，這些入口支管和出口支管彼此相向地會聚在測流管 安裝架120和120，。測流管130和130，沿其長度在兩個對稱位置彎曲， 且在其整個長度上基本上平行。撐板140和140，用於定義軸W和W，， 每個測流管在這些軸附近振動。測流管130和130，的側支管131、 131，和134、 134，固定地附著到 測流管安裝架120和120，，且這些安裝架依次固定地附著到歧管150 和150，。這提供了貫穿科裡奧利計量組件10的連續閉合材料通道。當具有孔102和102，的法蘭103和103，通過入口端104和出口端 104，連接到輸送正被測量的加工材料的加工線路(未示出)時，材料通 過法蘭103內的管孔101進入計量組件的入口端104，被引導經過歧管 150達到具有表面121的測流管安裝架120,在歧管150內，材料被分 流並穿過測流管130和130，被輸送。在離開測流管130和130，時，加工材料在歧管150，內重新組合成單一流，且隨後輸送到出口端104，， 該出口端104，通過具有螺栓孔102，的法蘭103，連接到加工線路(未示 出)。選擇測流管130和130，並將其恰當地安裝到測流管安裝架120和 120，，以便分別相對於彎軸W—W和W，—W，具有基本相同的質量分布、 慣性力矩和楊氏模量。這些彎軸穿過撐板140和140，。由於測流管的 楊氏模量隨溫度而改變，且這種改變影響流量和密度的計算，所以將 電阻式溫度檢測器(RTD) 190安裝到測流管130，，以連續地測量測流 管的溫度。測流管的溫度以及因此針對經過RTD給定流的該RTD兩 端出現的電壓是由經過該測流管的材料的溫度來控制的。RTD兩端出 現的溫度相關電壓由計量電子裝置20以公知方法用於補償由於測流管 溫度的任何改變而引起的測流管130和130，的彈性模量的改變。RTD 通過導線195連接到計量電子裝置20。測流管130和130，均由驅動器180沿相對於它們各自彎軸W和W， 的相反方向以被稱為流量計的第一異相彎曲模式的模式來驅動。驅動 機構180可包括許多常見裝置中的任何一種，例如安裝至測流管130， 的磁體和安裝到測流管130的反作用線圏，交流電流流過該線圏以用 於使兩個測流管振動。由計量電子裝置20經過導線185將適當的驅動 信號施加至驅動機構180上。計量電子裝置20接收導線195上的RTD溫度信號，以及分別出 現在導線165L和165R上的左、右速度信號。計量電子裝置20生成出 現在導線185上的驅動信號，以驅動元件180和振動管130和130，。 計量電子裝置20處理左、右速度信號和RTD信號，從而計算流過計 量組件10的材料的質量流速和密度。由計量電子裝置20通過通道26 將該信息連同其它信息施加到使用裝置29。圖2示出根據本發明實施例的計量電子裝置20。計量電子裝置20 可包括接口 201和處理系統203。計量電子裝置20從計量組件IO接收 第一和第二傳感器信號，例如拾取/速度傳感器信號。計量電子裝置20可以作為質量流量計工作或者可以作為密度計工作，包括作為科裡奧 利流量計工作。計量電子裝置20處理該第一和第二傳感器信號，以便 獲得流過計量組件IO的流動材料的流動特性.例如，計量電子裝置20 可以例如根據傳感器信號確定相位差、頻率、時間差(At)、密度、質量流速以及體積流速中的一種或多種。此外，計量電子裝置20可產生 驅動信號並將該驅動信號供應到計量組件10的驅動器180 (見圖1 )。 再者，根據本發明可以確定其它流動特性。下面討論這些確定。接口 201通過圖1的導線IOO從速度傳感器170L和170R其中之 一接收傳感器信號。接口 201可以執行任何需要的或期望的信號調整， 例如任何形式的格式化、放大、緩衝等。備選地，部分或所有信號調 整可以在處理系統203內執行。此外，接口 201使得計量電子裝置20 和外部裝置之間可以通信。接口 201能夠進行任何形式的電子、光學 或無線通信。在一個實施例中，接口 201可包括數位化器(未示出)，其中傳感 器信號包括模擬傳感器信號。該數位化器對該模擬傳感器信號進行採 樣和數位化，並產生數字傳感器信號。該數位化器也可以執行任何需 要的抽選，其中對數字傳感器信號進行抽選以便減小所需的信號處理 量並減小處理時間。處理系統203執行計量電子裝置20的操作並處理來自流量計組件 10的流量測量結果。處理系統203執行一個或更多處理例程並由此處 理流量測量結果，從而產生一個或更多流動特性。處理系統203可包括通用計算機、微處理系統、邏輯電路或者某 種其它通用或定製的處理裝置。處理系統203可以分布在多個處理裝 置之中。處理系統203可包括任何形式的集成或獨立的電子存儲介質， 例如存儲系統204。處理系統203處理傳感器信號210,以便產生例如驅動信號。該驅 動信號供應至驅動器180，以使關聯的測流管振動，例如圖l的測流管 130和130，。在所示實施例中，處理系統203從傳感器信號210以及從由該傳 感器信號210生成的卯度相位偏移211來確定該驅動信號。處理系統 203可以從傳感器信號210和相位偏移213至少確定驅動信號相位角和 驅動信號幅度。因此，第一或第二相位偏移傳感器信號(例如上遊或 下遊拾取信號之一 )或者二者的組合，可以根據本發明由處理系統203 進行處理，以便產生該驅動信號。存儲系統204可以存儲流量計參數和數據、軟體例程、固定值和 變化值。在一個實施例中，存儲系統204包括由處理系統203執行的例程。在一個實施例中，存儲系統204存儲例如相位偏移例程220、信 號調整例程221、相位角例程222和幅度例程223。在一個實施例中，存儲系統204存儲用於操作例如科裡奧利流量 計5的流量計的數據和變量。在一個實施例中，存儲系統204存儲變 量，例如從速度/拾取傳感器170L和170R之一接收的傳感器信號210， 並存儲從傳感器信號210產生的90度相位偏移211。此外，存儲系統 204可以存儲傳感器信號相位212、驅動信號相位213、傳感器信號幅 度214、驅動信號幅度215和幅度目標216。相位偏移例程220對輸入信號，即對傳感器信號210執行90度相 位偏移。在一個實施例中，相位偏移例程220實施希耳伯特變換(在 下文描述)。相位偏移例程220可以產生90度相位偏移211。信號調整例程221對傳感器信號210執行信號調整。該信號調整 可包括任何形式的濾波、抽選等。信號調整例程221為可選例程。相位角例程222確定傳感器信號210的傳感器信號相位212。此外， 相位角例程222確定驅動信號相位213，其中驅動信號相位213基本上 與傳感器信號相位212相同。相位角例程222因此可將傳感器信號210 加上或減去相位偏移值的，從而匹配傳感器信號210的相位。幅度例程223從傳感器信號210確定傳感器信號幅度214。此外， 幅度例程223確定驅動信號幅度215,其中驅動信號幅度215是基於傳 感器信號幅度214。驅動信號幅度215可以大於或小於傳感器信號幅度 214。在一個實施例中，將傳感器信號幅度214與幅度目標216比較， 以確定驅動信號幅度215應放大或縮小的量。因此，幅度例程223確 定驅動信號的驅動信號幅度215。傳感器信號相位212為傳感器信號210的測量的或計算的相位角。 傳感器信號相位212被確定，以便設置恰當的匹配驅動信號相位213。 驅動信號相位213因此基本上與傳感器信號相位212系統。傳感器信號幅度214為傳感器信號210的測量的或計算的幅度。 該傳感器信號幅度被確定，以便確定驅動信號幅度215。驅動信號幅度 215基於傳感器信號幅度214，儘管驅動信號幅度215可以從傳感器信 號幅度214導出。幅度目標216為針對流量計5的正常或優選操作的期望振動傳感 器幅度。在一個實施例中，幅度目標216包括最小幅度閾值，其中如果傳感器信號幅度214沒有超過幅度目標216，則傳感器信號幅度214 將被處理系統202放大。因此，如果傳感器信號幅度214沒有超過該 最小幅度閾值，則可以使驅動信號幅度215大於傳感器信號幅度214。 備選地，幅度目標216可包括這樣的幅度範圍，其中驅動信號幅度215 包括傳感器信號幅度214的放大或縮小型式。圖3示出根據本發明實施例的計量電子裝置20的驅動信號部分 300。驅動信號部分300可包括電路部件或者可以包括對計量電子裝置 20接收的數據執行的處理動作。驅動信號部分300可包括例如調整塊301、相位偏移塊303以及處 理塊305。傳感器信號在調整塊301內被接收。該傳感器信號可包括計 量組件10的拾取傳感器170L或170R，或者這兩個信號的組合。調整 塊301可執行任何形式的信號調整。例如，調整塊301可執行濾波、 抽選等。相位偏移塊303從調整塊301接收該傳感器信號，並將該傳感器 信號相位偏移基本90度。經過偏移的傳感器信號包括由(^cos加)項 代表的未偏移分量和由(」sin^ )項代表的相位偏移分量，其中o)是單 位為弧度的傳感器頻率(見下面的等式2)。在一個實施例中，相位偏移塊303包括希耳伯特變換。該希耳伯 特變換通過將該傳感器信號延遲等效於卯度的時間(或者波長周期的 四分之一)來執行該相位偏移操作。處理塊305接收該傳感器信號和該相位偏移傳感器信號，並從這 兩個輸入產生驅動信號。處理塊30S可產生等於(4^c。咖,+外項的驅動 信號輸出(見下面的等式3)。相位偏移值的確定相位匹配且幅度^,包 括驅動信號幅度。處理塊305因此可以確定驅動信號幅度和驅動信號 相位，其中處理塊305將傳感器信號的頻率基本上維持在驅動信號頻 率。優選地，處理塊305將驅動信號的相位基本上鎖定到傳感器信號 的相位。這可通過相位偏移操作來達成，其中傳感器信號的相位角可 以容易且快速地被確定。因此，該驅動信號相位角可以緊密地跟蹤傳 感器信號的相位角，其中驅動信號維持為與傳感器信號成基本上線性 的關係。這使得計量電子裝置20可以更精確地驅動流量計並使得計量 電子裝置20可以在非均勻流動的情況下快速地調整驅動信號，該非均 勻流動例如為多相位流動、空-滿-空分批、包含夾帶空氣的流動材料等。處理塊305可以確定傳感器信號相位角且可以控制驅動信號，以 便使驅動信號相位與傳感器信號相位基本上對準。這是未採用來自傳 感器信號的相位的任何反饋而達成的。因此，驅動信號的頻率基本上 跟蹤傳感器信號的頻率，而無需控制驅動信號頻率。由於快速地確定 了驅動信號幅度和相位，所以本發明使得可以非常靠近諧振頻率來驅 動流量計，其中諧振頻率的改變基本上被瞬時地跟蹤。因此，驅動信 號更快地響應於改變的流動條件。這也使得可以實施各種流量計診斷。 例如，驅動信號可以快速改變，以便評估流量校正因子(Flow Calibration Factor (FCF))，確定測流管硬度、檢測測流管腐蝕/侵蝕， 檢測測流管內的裂縫或瑕疵，確定測流管內部的流動材料塗層量等。處理塊305可以確定傳感器信號幅度，且可以基於該傳感器信號 幅度來產生驅動信號幅度。處理塊305可以將傳感器信號幅度與幅度 目標(例如幅度設定點或者幅度操作範圍)比較，且可以根據需要放 大或縮小該驅動信號。傳感器信號(或者拾取信號，PO)可以用以下等式表示formula see original document page 18(1)其中c。s^項表示傳感器信號的時變性質，且4"項表示傳感器信號 的幅度。相位偏移塊的相位偏移輸出(PSO)可以用以下等式表示formula see original document page 18 (2)其中(4>11—項表示傳感器信號的相位偏移型式。使用該輸出，處 理塊305可以產生包括相位延遲調整項6的驅動信號輸出，其中將相位 延遲調整項6加到傳感器信號PO上或從傳感器信號PO減去該相位延 遲調整項0。因此，該驅動信號包括formula see original document page 18(3) 通過恰當選擇^值，(4^co如,+外項中的W + e可以基本上與傳感器相位匹配。驅動信號幅度4 (可以從等式(2)導出，其中傳感器信號幅度《可 根據以下等式確定formula see original document page 18 (4)傳感器信號幅度4,可以放大或縮小，以便產生驅動信號幅度^t。 圖4為根據本發明實施例的用於為振動流量計產生驅動信號的方法的流程圖400。在步驟401，接收傳感器信號。該傳感器信號可包括 拾取傳感器的輸出，該拾取傳感器響應於流量計中一個或更多測流管 的振動而產生時變電子信號。在步驟402，使接收的傳感器信號相位偏移約90度。在一個實施 例中，該相位偏移操作使用例如希耳伯特變換來執行。然而應理解，也可以採用其它相位偏移方法。除了表示傳感器信號的^COS^項之外， 該相位偏移操作可以產生jsin^項。在步驟403，從傳感器信號和90度相位偏移，即，使用(4sin —項 和(4 ,—項，來確定傳感器信號幅度(見等式4)。在步驟404，使用傳感器信號幅度來產生驅動信號幅度。該驅動 信號幅度基於該傳感器信號幅度。然而，驅動信號幅度可以相對於該 傳感器信號幅度放大或縮小。在一些實施例中，該縮放受約束，並且 可以由上與/或下縮放邊界來限制該縮放。在步驟405，將驅動信號幅度包含在驅動信號內。因此，方法400 為驅動信號產生了快速且精確的幅度。上述方法可以迭代地和/或基本上連續地執行，以便基本上連續地 產生驅動信號幅度。該驅動信號幅度可以快速地確定，其中該驅動信 號幅度基本上瞬時地產生。圖5為根據本發明實施例的用於為振動流量計產生驅動信號的方 法的流程圖500。在步驟501，接收傳感器信號，如前所述。在步驟502，使接收的傳感器信號相位偏移基本卯度，如前所述。在步驟503，從振動流量計的頻率響應來確定相位偏移值的。相 位偏移值的可包括補償值，例如相位超前值(即，+6)或者相位延遲 值(即，-0)。可以通過將頻率響應關聯到頻率/相位關係來確定該相 位偏移值的。在一個實施例中，該頻率/相位關係包括經驗獲得的頻率 到相位關係。例如，可以獲得並存儲若干頻率到相位值，其中存儲的 值用於導出或者插值所需的相位偏移值的。備選地，頻率/相位關係包 括由預期相位和頻率值形成的理論關係。在步驟504，將相位偏移值的與傳感器信號(C4cos^)項)及相位 偏移傳感器信號(C4sin —項)組合，以便產生驅動信號相位。在步驟505，將該驅動信號幅度包含在驅動信號內。如此，驅動 信號的相位基本上鎖定在傳感器信號的相位。上述方法可以迭代地和/或基本上連續地執行，從而基本上連續地 產生驅動信號相位，如前所述。該驅動信號幅度可以快速地確定，其 中該驅動信號幅度基本上瞬時地產生。應理解，方法400和方法500優選地可以組合以便既產生驅動信 號相位又產生驅動信號幅度。 一些實施例中該組合的方法400和500 產生完整驅動信號。圖6為根據本發明實施例的閉環數字驅動600的方框圖。該方框 圖表示包含到本實施例的處理系統203中的各種功能，輸出到驅動器放大器硬體(放大器未示出)的數字驅動位於圖的 左上側。驅動電流和驅動電壓連同來自RTD電路的溫度以及兩個拾取 信號(LPO和RPO )從感測板輸入到輸入調整塊601。輸入調整塊601 可以執行任意形式的濾波和抽選。數字驅動特徵主要以兩個塊來實施，Calc Freq_Mag塊611和驅 動反饋控制系統塊613。所示的實施例中的Calc Freq_Mag塊611使用 希耳伯特頻率評估器，且可以使用單個或雙幅度評估配置。驅動反饋 控制系統塊613根據本發明產生驅動信號。輸入調整塊601可以執行濾波從而從拾取傳感器信號中除去高頻 分量，以保證閉合環路驅動激勵了振動流量計的基本彎曲模式。特別 地，該濾波可以設計成從傳感器信號除去二次諧波，且也可以從傳感 器信號除去扭轉模式頻率。這可以使用可調低通濾波器來達成。濾波 器截止頻率可以基於《，其為空氣上(on air)的管周期。圖7示出根據本發明實施例的輸入調整塊601 。圖7另外示出輸入 調整塊601內可調低通濾波器的位置，且還示出輸入調整塊601不同 部分中使用的採樣率。信號通過階段1抽選塊以基本率從左側進入。 在一個實施例中，該基本率選擇為約48kHz，使得編碼器/解碼器 (CODEC )被恰當地抗混疊(anti-aliased )。階段1抽選將採樣率降低 到約4kHz，且一直使用4kHz採樣率直至可調低通濾波器。三個4kHz 拾取反饋信號作為LPO和RPO信號以及經過模式濾波的PO信號(用 ;/或eta表示)從輸入調整塊輸出，該經過模式濾波的PO信號用於圖 右下部標記為PO反饋的輸出端處的驅動反饋。可以使用任意方法來開發模式濾波器。在一個實施例中，例如，簡化模式濾波器向量{0.5;0.5}可以用於產生LPO和RPO信號的平均值。拾取信號在經過可調低通濾波器後以2kHz採樣率被輸出該輸入 調整塊外。兩組拾取信號可選地經過縮放塊，以將其轉換成亳伏電平。 所有信號被縮放到恰當的固定點值，這是本領域技術人員所熟悉的技 術。以兩個採樣率得到的拾取信號被饋送到Calc Freq一Mag塊611。圖8示出了階數N=100的可調理想低通濾波器乘以漢寧窗口的實 施，用以形成示於圖7右側的低通有限脈衝響應(FIR)濾波器。求濾 波器係數和N個緩衝樣本的點乘，以產生經過低通濾波的輸出。濾波 器係數在使能子系統中重新計算以在&改變的任何時刻給出恰當的截 止頻率。圖9示出了用以計算圖8濾波器的濾波器係數的使能子系統。通 過最低信號鏈來從&計算歸一化截止頻率，其中&為在空氣上的管周 期，單位為毫秒。管頻率總是等於或小於空氣頻率，因此&是挑選用 於調整低通濾波器的參數的良好選擇。在一個實施例中，將20Hz加上 與《對應的空氣頻率作為截止頻率。備選地，可以基於驅動頻率動態 地調整截止頻率。濾波器的增益在該截止頻率之前就開始衰減，因此 20Hz因子提供了餘量，以使得濾波器增益在空氣頻率處為1。為了保證所有傳感器的啟動，使得默認的&值為可能連接到的任 何傳感器的最高頻率。如此，當用戶未為實際傳感器提出合適的&時， 傳感器仍將啟動。圖IO示出根據本發明實施例的CalcFreq—Mag塊611。兩組拾取 信號(即，"eta and PO high in，，和"eta and PO low in，，輸入)用於計算 兩組獨立的幅度。在4kHz信號的上部的峰值檢測塊1001可用於基於 例如峰值檢測器來計算信號幅度。下部的Hilbert Freq_Mag塊1002對 2kHz信號使用希耳伯特信號處理方法以計算幅度評估，該幅度評估與 在驅動頻率的正弦幅度更加關聯。可由多路復用器(MUX)選擇和輸 出任一幅度計算結果。這兩個分叉的幅度方法允許計量電子裝置20對噪聲拾取信號作 出反應。如果峰值檢測幅度類似於希耳伯特幅度，則噪聲水平是可接 受的。如果峰值檢測幅度高於希耳伯特幅度，則在拾取傳感器信號上 存在寬帶噪聲。在這種情況下，計量電子裝置20可以判定使用哪個幅 度信號，可以設置警告標誌或誤差條件，和/或可以重新縮放任何前置 放大增益值。圖11示出根據本發明實施例的Hilbert Freq_Mag塊1002。希耳 伯特變換將輸入信號在相位上偏移90度。圖中右側頂部的數字濾波器 塊實施該希耳伯特濾波。數字濾波器塊的輸出為相位偏移輸入信號(即 Re信號)。可變整數延遲塊將未濾波信號偏移FIR希耳伯特濾波器的 階數(order)的一半。結果為兩個信號，未濾波延遲輸入信號(同相 分量Im)和偏移卯度的輸入信號(正交分量Re)，延遲是由於FIR希 耳伯特濾波器引起。兩個信號隨後組合成複數。複數的幅值 (magnitude)為正弦幅度，其為驅動控制相關的量。也可以從該複數 計算頻率，該頻率在下文詳述。注意，計算了幅值和頻率，以及所有 三個信號LPO、 RPO和 的正交(quadrature)項。頻率和幅值信號 可以根據需要被抽選到較低採樣率，通常低至約500Hz，以用於驅動 控制。該頻率另外用於密度和流量計算。圖12示出根據本發明實施例的希耳伯特頻率評估器塊U01。在希 耳伯特頻率評估器塊1101中，從右側接收I和Q信號。該信號被延遲 一個採樣，並取該信號的複數共軛。原始複數和時間延遲共軛的點乘 得到角度介於這兩個向量之間的複數。在採樣時間dt內掃過這兩個向 量之間的角度。將該角度除以採樣時間(和2;r)得到頻率。formula see original document page 22希耳伯特補償濾波器用於平滑頻率評估。取該頻率的絕對值，這 是因為角度函數會返回負數。對於希耳伯特頻率評估器塊1101 (以及Hilbert Freq—Mag塊1002 )的信號處理，數字驅動600可使用PRO或 LPO頻率。再參考圖6， eta I和Q信號轉到流量測量，頻率轉到流量和密度 測量，如上所述。較低採樣率的頻率和幅值以及在4kHz採樣率的反饋 信號被饋送到驅動反饋控制系統向量613,圖13示出根據本發明實施例的驅動反饋控制系統塊613。應注意， 驅動反饋控制系統塊613可包括不止一個採樣率。在所示實施例中， 驅動反饋控制系統塊613中採用三個採樣率。在所示實施例中，這三 個採樣率為用於頻率和幅值評估的500Hz採樣率、用於反饋信號的4kHz採樣率、以及8kHz的輸出採樣率。AGC塊1301有三個輸入。頻率和幅值評估被用於計算實際峰值 到峰值毫伏/Hz，毫伏/Hz為幅度的單位。第二輸入為驅動目標，或者 i殳定點，mV/Hz。最後輸入為標稱電流輸入。AGC塊1301具有兩個輸出。第一輸出為使能跳動啟動(Enable Kickstart)輸出。第二輸出為迴路增益(Loop Gain )輸出，該輸出乘 以反饋以產生驅動信號。驅動反饋支路從三個可能的選擇(LPO、 RPO和7)中選擇/;，即模式濾波拾取信號。/7項為在閉合迴路驅動頻率， 且具有變化幅度的正弦信號，該變化幅度依賴於實際傳感器的幅度。 該變化幅度與乘法塊組合產生非線性響應，即，提供取決於幅度的不同控制授權。將7/除以其幅度產生在正確頻率但是具有單位幅度的正弦曲線。單位幅度消除了任何非線性。由於該反饋的採樣率高於迴路增 益，所以迴路增益在乘法塊之前使用採樣率轉變塊，以保證信號兼容 性。乘法塊的輸出為在正確頻率和幅度的驅動信號，但是由於經過 DSP硬體和軟體的群延遲而具有不正確的相位。可以通過若干方式實 施對於群延遲的校正。然而，此處提供的新穎方法在計算上是有效的。 驅動信號首先傳遞到希耳伯特濾波器塊1302，與圖11中類似(如上所 述)，但是工作於4kHz且具有更小的濾波器階數，以節約用於這個要 求較低的應用的處理器帶寬。輸出為與正確幅度和頻率正交的兩個驅 動信號。正交驅動信號連同驅動頻率一起從希耳伯特濾波器塊1302被 傳遞到群延遲補償(Group Delay Compensation )塊1303。圖14示出根據本發明實施例的群延遲補償塊1303。在以前 (one-time)的離線方式中，實驗地使用偏移和斜率來表徵經過DSP 的群延遲。備選地，電流放大器中的電流傳感硬體可以提供在線計算 該群延遲補償的選項。補償群延遲所需的相位延遲為頻率的函數，如 上所述。利用實驗上確定的斜率和偏移，在群延遲補償塊1303內使用 輸入頻率來計算所需的群延遲補償(即相位偏移值的)。驅動正交信號 隨後乘以所需相位延遲補償的正弦和餘弦並被求和。求和塊的輸出得 到驅動信號，該驅動信號具有正確的相位、頻率和幅度，從而以諧振 來驅動該傳感器。返回參考圖13，驅動信號被饋送到圖左側的開關。在正常操作中，該開關驅動信號傳遞使其經過數模轉換器(DAC)和電流放大器並最 後到達驅動器180 (見圖1)。然而，在所示實施例中，AGC塊內包含 有使能跳動啟動特徵的邏輯。因此，當拾取幅度降低到設定點的特定 百分比時，或者低於特定絕對值時，AGC塊內的邏輯可以斷定(assert) "使能跳動啟動"信號，切換到跳動啟動模式。在跳動啟動模式中，能 量從在圖左上部的啁啾塊注入。啁啾塊以開環方式輸出信號，該輸出 信號接近最大電流幅值。該啁啾掃過若干不同頻率範圍直至傳感器"啟 動"，這是由超過跳動啟動目標的拾取幅度所限定的。該頻率範圍基於 驅動頻率的最近的先前值；與&對應的頻率和與比相應&密度高若干 倍的密度對應的頻率的頻率範圍；以及覆蓋傳感器的廣範圍的寬範圍。 這些各種範圍保證即使不正確的傳感器參數被輸入計量電子裝置20 時，該傳感器仍將啟動，例如，該電子裝置使用主復位而被初始化。無論是在正常驅動還是跳動啟動模式中，開關的輸出經過插值或 升採樣(upsample)濾波器，通常到8kHz。該驅動信號在8kHz被更 新，在編解碼器(DAC)的最後輸出採樣率為48kHz。本領域技術人 員將理解，輸入、反饋、更新和輸出採樣率的選擇是基於性能要求和 處理器帶寬之間的折衷。採樣率的具體選擇可以針對選定的硬體並針 對所需的性能來優化。具體濾波器實施，包括濾波器階數、截止頻率 等被設計成與所選擇的採樣率匹配。應理解，採樣率、濾波器階數、 截止頻率等僅僅作為示例給出，權利要求不受任何所給出的示例的限 制。圖15示出根據本發明實施例的自動增益控制(AGC)塊1301。 AGC接收實際mV/Hz位移幅度(包含所有6個幅度)和設定點位移(單 位為mV/Hz)作為輸入。AGC塊1301具有兩個輸出，使能跳動啟動 輸出和迴路增益輸出。在AGC塊1301的第一部分中，對輸入求比率以給出位移百分比， 即，當實際位移等於設定點時，實際比率位移為l.O。這種縮放有助於 線性化用於各種幅度設定點的控制迴路。六個比率幅度(針對LPO、 RPO和/z的峰值檢測/Hilbert)被饋送到幅度檢查診斷塊1501。該塊進 行檢查，以確保所有六個幅度產生接近1.0的相容的數，且如果差值超 過特定的預置百分比則設置警報或誤差標誌。該塊還檢測是否傳感器 過衝設定點達~110%。如果如此，則該塊將過衝信息饋送到跳動啟動/過衝邏輯塊。跳動啟動/過衝邏輯塊確定傳感器幅度為低或者超過過衝閾值。如 果幅度為低，則跳動啟動信號被斷定。如果使能該跳動啟動或者如果 幅度過衝，則該塊還發送復位信號至PI控制器，如下所述。在mV/Hz比率塊，選擇用於幅度控制的信號。例如，選擇LPO 和RPO峰值檢測。備選地，可以形成變元，以選擇Hilbert LPO和RPO 幅度或者模式幅度。在另一備選中，mV/Hz塊可包括基於噪聲差值等 執行選擇的邏輯。在任一情況下，LPO和RPO的最大值被選擇用於控制。開關的輸出被饋送到跳動啟動/過衝邏輯塊，且還被饋送到差值 塊。由於設定點現在規一化到1，因此誤差僅僅為實際信號與l之間的 差值。誤差信號被饋送到PI離散塊，以確定迴路增益。PI離散塊的輸 出可以饋送到求和器，其中將標稱驅動電流與PI塊的輸出求和。在一 個實施例中，實施默認為0的標稱驅動電流。飽和塊控制來自求和輸 出的最大和最小輸出電流，以得到最後迴路增益。電流放大器可以採用線性放大器。輸出電流例如可以基本上是正 弦的，例如直至其到達電流極限。放大器可以在4個象限操作，即， 可以沿正方向和負方向驅動和吸收電流。這允許驅動控制在過衝時或 者當大量流動噪聲激勵測流管時制動該測流管。圖16示出根據本發明實施例的比例積分(PI)控制器。誤差信號 從AGC塊1301接收到埠 2內。下面的支路將該誤差乘以比例增益P 並將其傳遞到最後求和塊的一個節點。在正常操作中，即，當未斷定積分器復位信號時，使用簡單離散積分器，其中新信號被加到先前的 積分器輸出信號。該新信號首先乘以積分增益I。隨後該新信號乘以採 樣時間，這使得積分器響應與採樣時間不相關。依照標準控制器設計 良好實踐，使用"抗積分飽和(anti-windup )"塊來使積分器輸出飽和。 這個特徵避免了該積分在誤差信號平均不為零的情況下(例如，在混 入空氣的情形中將發生的情況)時積分到無窮大。在一個實施例中，當跳動啟動開啟或者當測流管過衝該高幅度水 平時，積分器復位信號為高。在這些情況下，將積分器輸出設置為零。 在第一種情況下，當測流管正嘗試啟動時，積分器並不開始積分飽和 (windup )，以便最小化過衝。為輔助這一點，使用延遲斷開(off-delay )來維持積分器斷開，同時測流管達到幅度。與積分器不得不回到去飽和(wind backdown )相比，測流管過衝時的復位4吏得控制系統驅動測 流管幅度更快地減小。當測流管例如由於混入空氣而在一段時間內被 高度阻尼且該衰減突然撤除(例如使空氣停止時)，則這個特徵急劇地 削減過衝。在沒有該復位特徵的情況下，當測流管被阻尼時，該積分 器將會處於全電流極限。然後當移除了該阻尼時，該積分器將會一直 放出全電流並且然後按照其時間常數向下積分直到較小值。在沒有對 過沖復位的特徵的情況下，測流管將處於太高的幅度明顯更長的時間。圖17包括兩個驅動信號曲線圖，其代表現有技術中測流管操作。 該圖示出與現有技術的非線性驅動控制方法相關聯的一些問題。圖中 上部的曲線圖示出的是，標準的非線性控制迴路需要幾秒來啟動測流 管運動，隨後存在巨大的過衝，之後長時間緩慢接近設定點幅度。底 部的曲線圖示出了類似的曲線，但是這裡的初始化條件為大於設定點 的幅度，這觸發了該驅動截止。這些曲線圖為傳統Ziegler-Nichols調 諧處理的一部分。注意，在驅動停止之後，啟動的時間比初始啟動時間長得多。這 種情況中某些涉及流量計傳感器有時很長的時間常數(見下文)。緩慢 的啟動之後是過衝，這是非線性驅動系統的特點。儘管調諧PID迴路 可以加速啟動並最小化過沖，不過這種調諧最多只能補償非線性系統 的一個條件。最終造成這樣的驅動控制迴路，其對於例如噪聲氣流、 遲滯流/雙相流、或者驅動器和拾取設計改變的擾動不那麼魯棒。典型流量計驅動控制迴路在兩個方面是非線性的。第一，最明顯 的非線性在於反饋速度乘以增益的事實。依據定義，這種乘法是非線 性的。此外，作為被乘數之一的拾取響應依賴於傳感器動力學，使得依賴於非線性傳感器。第二非線性略微不明顯。線性傳感器響應的標準等式由下面給出， formula see original document page 26 (12)其中H為頻率響應函數，D為動態矩陣，x為響應，F為力。這些等式通常不考慮但卻是一個重要假設的是，這些等式是在標 稱工作點附近被線性化的事實。線性系統的等式更精確地表述為formula see original document page 26 (13) 其中下標。是指標稱位移和標稱力。由於標準控制迴路不是標稱力或標稱幅度的原因，所以傳感器的響應以及整個反饋控制系統的響應為該 設定點的函數。標稱力和幅度當然依賴於流量計結構的質量、硬度和阻尼，以及驅動和拾取線圈的BL靈敏度係數。一些實施例中的計量電子裝置和方法在反饋控制迴路中包括有改 變，以線性化該系統。存在兩個用於線性化該系統的步驟，以解決上 述非線性。任一步驟(或二者)可以有利地用於本發明的改進的驅動 反饋系統。結果得到了魯棒地控制該驅動的線性控制迴路。此外，本 發明線性化該控制迴路，同時自動地解決傳感器動力學中的任何差異， 使得該設計對於任何給定傳感器設計都是魯棒的。第一線性化通過強制響應為一而除去乘法非線性。存在許多方法 來達成這一點，例如，使用校正因子或旋轉因子，轉換成單位方波用 於數字方波驅動等。下面示出的方法使用已經計算的幅度信號來將反 饋歸一化為一。即使仍有乘法操作，乘以l並不增加非線性。圖18示出根據本發明實施例的線性驅動控制方框圖1800。在圖 中，拾取反饋在圖中底部的"PO歸一化(PONorm)"塊中通過幅度被 歸一化。注意，通過這種方法自動地解決了任何傳感器動力學的變動。 第二線性化基於設定點添加標稱力。幅度設定點乘以"標稱增益"塊， 並在"總增益"塊中被加到比例-積分-微分(PID)增益。將標稱增益輸 出加到PID增益，這得到了提供實質上零阻尼的傳感器系統，即，該 傳感器系統是邊際(marginally)穩定的。在控制方面，該線性化系統 不是"下垂的"，即，當系統到達設定點是時，PID輸出為零。不需要 誤差來產生標稱力。儘管標稱增益為傳感器動力學的函數，但是控制 系統現在不依賴於傳感器。因此， 一組優化的PID增益將適用於非常 寬範圍的傳感器。在下垂很嚴重的標準控制系統中，誤差乘以比例增益加上積分誤 差乘以積分增益被用於給出標稱力。結果，下垂正是傳感器的質量、 硬度和阻尼的函數。該方法的關鍵在於標稱增益值。可以通過許多不同方法找到該值。 在基於模式的自表徵傳感器方法中，最小增益不過是測量的阻尼值。 簡化診斷方法可以用於產生正確值。標稱增益可以在啟動時對驅動器 進行簡單的"ping"以及執行快速和未加工的系統ID來識別。標稱增益 可以位於基於例如頻率、測量的驅動頻率響應函數(FRF)或RTD電阻的查找表內。獲得測量增益的一種容易的備選方式為使用零標稱增益來啟動 傳感器，且在該誤差被標準PID迴路最小化之後，將PID增益數轉換 到標稱增益並復位該PID積分器輸出。採用這種方案，PID增益偏離零的任何變動都將表明由於傳感器 改變、安裝或者流體條件而引起的系統改變。PID增益的短時間或長 時間變動可以是筒單有效的診斷。圖19包括根據本發明實施例的線性驅動控制的曲線圖。該圖示出 的是，線性化減小了啟動和恢復時間，加速了系統響應，並使PID增 益對於幅度是不變的。該圖表明，根據本發明的改進將提高在諸如雙 相流的棘手流體上的傳感器性能。圖19表明，第一線性化急劇地減小啟動過衝並減小為了達到設定 點幅度所需的時間。使用兩種線性化使得基本上沒有過衝並且啟動快 得多。圖19的底部曲線表明，第一線性化減小恢復時間。使用兩種線 性化消除任何恢復時間。在該線性化迴路中，無需任何"條件(if)"語 句即可實現這種性能提高。圖20包括示出獨立於線性化迴路的設定點幅度的曲線圖。幅度增 加和減小5倍時，，線性化控制迴路表現出優於標準控制迴路的類似的 顯著改進的性能。顯著改進的性能，例如響應更快、過衝/下沖更少、 啟動/恢復更快等，將轉化為棘手流體上的更佳驅動性能。驅動迴路的 改進的性能及線性化也將使得對傳感器幾何結構、驅動器和拾取的設 計者的約束更少。如果需要，可以根據任一上述實施例來採用根據本發明的計量電 子裝置和方法，從而提供若干優點。本發明提供了精確的驅動信號. 本發明提供了一種用於任何形式拾取傳感器的驅動信號。本發明基本 上瞬時地確定驅動信號。本發明提供了一種快速和精確地跟蹤傳感器 信號的驅動信號。本發明提供了對改變的流動條件更快速的驅動信號 響應。本發明提供了 一種檢測和跟蹤流材料內的流異常的驅動信號。本發明提供了一種驅動信號，其中驅動信號相位基本上被鎖定與 傳感器信號相位同相。本發明提供了一種驅動信號，其中驅動信號相 位基本上被鎖定同相而不使用反饋。本發明提供了一種驅動信號，其 不控制(或不需要控制)輸出頻率值。本發明提供了一種快速相位補償，其可以有利地與快速頻率確定 相耦合。本發明將驅動信號的電流要求最小化。本發明提供了一種對 混入空氣條件和對空-滿-空操作的更佳的測流管響應。本發明使得更接 近諧振頻率驅動流量計。本發明使得可以更精確地表徵傳感器信號上 的噪聲。本發明使得可以高度精確地實施流量計診斷。
權利要求
1.一種用於為振動流量計(5)產生驅動信號的計量電子裝置(20)，包括接口(201)，用於從所述振動流量計(5)接收傳感器信號(210)；以及處理系統(203)，與所述接口(201)通信，並配置成接收所述傳感器信號(210)，使所述傳感器信號(210)相位偏移基本90度以形成相位偏移傳感器信號，從所述振動流量計(5)的頻率響應確定相位偏移值(θ)，將所述相位偏移值(θ)與所述傳感器信號(210)及所述相位偏移傳感器信號組合以產生驅動信號相位(213)，從所述傳感器信號(210)和所述相位偏移傳感器信號來確定傳感器信號幅度(214)，並基於所述傳感器信號幅度(214)來產生驅動信號幅度(215)，其中所述驅動信號相位(213)基本與傳感器信號相位(212)相同。
2. 如權利要求1所述的計量電子裝置(20)，其中所述相位偏移通 過希耳伯特變換來執行。
3. 如權利要求1所述的計量電子裝置(20)，其中所述相位偏移值的 包括補償值。
4. 如權利要求1所述的計量電子裝置(20)，其中確定所述相位偏 移值的包括將所述頻率響應線性地關聯到頻率/相位關係以生成所述相 位偏移值的。
5. 如權利要求1所述的計量電子裝置(20)，其中確定所述傳感器 信號幅度(214)包括接收代表所述傳感器信號(210)的」c。sw項； 從所述相位偏移產生^sin w項；cos6^項和所述^4sinW 項求平方；以及 求^4cos0,平方項和Jsin^平方項之和的平方才艮，以確定所述傳感器信 號幅度(214)。
6. 如權利要求1所述的計量電子裝置(20)，其中產生所述驅動信 號幅度(215)還包括將所述傳感器信號幅度(214)與幅度目標(216)比較；以及 縮放所述傳感器信號幅度(214)以產生所述驅動信號幅度(215)， 所述縮放基於所述傳感器信號幅度(214)和所述幅度目標(216)的比較。
7. 如權利要求1所述的計量電子裝置(20),還包括在所述流量計 (5)啟動時使所述驅動信號啁啾。
8. 如權利要求1所述的計量電子裝置(20)，還包括在所述流量計 (5)啟動時使所述驅動信號啁啾，所述啁啾包括掃過兩個或更多的頻率範圍直至所述流量計(5)啟動。
9. 如權利要求1所述的計量電子裝置(20)，還包括使所述驅動信 號線性化。
10. 如權利要求l所述的計量電子裝置(20)，還包括 使用峰值檢測計算第二幅度；將所述傳感器信號幅度(214)與所述第二幅度比較；以及 如果所述第二幅度高於所述傳感器信號幅度(214),檢測拾取傳感 器上的寬帶噪聲。
11. 一種用於為振動流量計(5)產生驅動信號的方法，所述方法包括從所述振動流量計(5)接收傳感器信號(210); 使所述傳感器信號(210)相位偏移基本90度以形成相位偏移傳感 器信號；從所述傳感器信號(210)和所述相位偏移傳感器信號來確定傳感器 信號幅度(214);基於所述傳感器信號幅度(214 )來產生驅動信號幅度(215 );以及 產生包含所述驅動信號幅度(215)的驅動信號。
12. 如權利要求ll所述的方法，其中所述相位偏移通過希耳伯特變 換來執行。
13. 如權利要求ll所述的方法，確定所述傳感器信號幅度(214)包括接收代表所述傳感器信號(210)的^cos^項； 從所述相位偏移產生^sin w項； 對所述爿COS0, 項和所述」 sin^ 項求平方；以及求爿cos^平方項和」sinW平方項之和的平方才艮以確定所述傳感器信 號幅度(214)。
14. 如權利要求ll所述的方法，產生所述驅動信號幅度(215)還包括將所述傳感器信號幅度(214)與幅度目標(216)比較；以及 縮放所述傳感器信號幅度(214)以產生所述驅動信號幅度(215)，所述縮放基於所述傳感器信號幅度(214)和所述幅度目標(216)的比較。
15. 如權利要求ll所述的方法，還包括 從所述振動流量計(5)的頻率響應確定相位偏移值的； 將所述相位偏移值的與所述傳感器信號(210)及所述相位偏移傳感器信號組合以產生驅動信號相位(213);以及將所述驅動信號相位(213)包含在所述驅動信號內，其中所述驅動 信號相位(213)基本與傳感器信號相位(212)相同。
16. 如權利要求ll所述的方法，還包括將所述頻率響應線性地關聯到頻率/相位關係以生成相位偏移值的； 將所述相位偏移值的與所述傳感器信號(210)及所述相位偏移傳感器信號組合以產生驅動信號相位(213);以及將所述驅動信號相位(213)包含在所述驅動信號內，其中所述驅動信號相位(213)基本上等於傳感器信號相位(212)。
17. 如權利要求11所述的方法，還包括在所述流量計(5)啟動時 使所述驅動信號啁啾。
18. 如權利要求11所述的方法，還包括在所述流量計(5)啟動時 使所述驅動信號啁啾，所述啁啾包括掃過兩個或更多的頻率範圍直至所 述流量計(5)啟動。
19. 如權利要求ll所述的方法，還包括使所述驅動信號線性化。
20. 如權利要求ll所述的方法，還包括 使用峰值檢測計算第二幅度；將所述傳感器信號幅度(214)與所述第二幅度比較；以及 如果所述第二幅度高於所述傳感器信號幅度(214),檢測拾取傳感 器上的寬帶噪聲。
21. —種用於為振動流量計(5)產生驅動信號的方法，所述方法包括從所述振動流量計(5)接收傳感器信號(210); 使所述傳感器信號(210)相位偏移基本卯度以形成相位偏移傳感器信號；從所述振動流量計(5)的頻率響應確定相位偏移值的；以及 將所述相位偏移值的與所述傳感器信號(210)及所述相位偏移傳感器信號組合以產生驅動信號，其中所述驅動信號相位(213)基本上與傳感器信號相位(212)相同。
22. 如權利要求21所述的方法，其中所述相位偏移通過希耳伯特變 換來執行。
23. 如權利要求21所述的方法，其中所述相位偏移值的包括補償值。
24. 如權利要求21所述的方法，其中確定所述相位偏移值的包括將 所述頻率響應線性地關聯到頻率/相位關係，以形成所述相位偏移值的。
25. 如權利要求21所述的方法，還包括從所述傳感器信號(210)和所述相位偏移傳感器信號來確定傳感器 信號幅度(214);基於所述傳感器信號幅度(214 )來產生驅動信號幅度(215 );以及 將所述驅動信號幅度(215)包含在所述驅動信號內。
26. 如權利要求21所述的方法，還包括 接收代表所述傳感器信號(210)的^(cosw項； 從所述相位偏移產生』sinw項； 對所述爿COSfiJ, 項和所述j sin^ 項求平方；求爿cos^平方項和^sin^平方項之和的平方才艮以確定所述傳感器4言 號幅度(214);基於所述傳感器信號幅度(214 )來產生驅動信號幅度(215);以及 將所述驅動信號幅度(215)包含在所述驅動信號內。
27. 如權利要求21所述的方法，其中產生所述驅動信號幅度(215) 還包括:接收代表所述傳感器信號(210)的」cosw項； 從所述相位偏移產生^sin w項； 對所述爿COSffl, 項和所述j 項求平方；求爿cosW平方項和^sin加平方項之和的平方4艮以確定所述傳感器信 號幅度(214)，將所述傳感器信號幅度(214)與幅度目標(216)比較； 縮放所述傳感器信號幅度(214)以產生所述驅動信號幅度(215)，所述縮放基於所述傳感器信號幅度(214)和所述幅度目標(216)的比 較；以及將所述驅動信號幅度(215)包含在所述驅動信號內。
28. 如權利要求21所述的方法，還包括在所述流量計(5)啟動時 使所述驅動信號啁嗽。
29. 如權利要求21所述的方法，還包括在所述流量計(5)啟動時 使所述驅動信號啁嗽，所述啁啾包括掃過兩個或更多的頻率範圍直至所 述流量計(5)啟動。
30. 如權利要求21所述的方法，還包括使所述驅動信號線性化。
31. 如權利要求25所述的方法，還包括 使用峰值檢測計算第二幅度；將所述傳感器信號幅度(214)與所述第二幅度比較；以及 如果所述第二幅度高於所述傳感器信號幅度(214),檢測拾取傳感 器上的寬帶噪聲。
32. —種用於為振動流量計(5)產生驅動信號的方法，所述方法包括從所述振動流量計(5)接收傳感器信號(210); 使所述傳感器信號(210)相位偏移基本90度以形成相位偏移傳感 器信號；從所述振動流量計(5)的頻率響應確定相位偏移值的；將所述相位偏移值的與所述傳感器信號(210)及所述相位偏移傳感 器信號組合以產生驅動信號；從所述傳感器信號(210)和所述相位偏移傳感器信號來確定傳感器 信號幅度(214);以及基於所述傳感器信號幅度(214)來產生驅動信號幅度(215)，其中 所述驅動信號相位(213)基本上與傳感器信號相位(212)相同。
33. 如權利要求32所述的方法，其中所述相位偏移通過希耳伯特變 換來執行。
34. 如權利要求32所述的方法，其中所述相位偏移值的包括補償值。
35. 如權利要求32所述的方法，其中確定所述相位偏移值的包括將 所述頻率響應線性地關聯到頻率/相位關係以形成所述相位偏移值的。
36. 如權利要求32所述的方法，其中確定所述傳感器信號幅度(214)包括接收代表所述傳感器信號(210)的^cos^項； 從所述相位偏移產生^sinW項； 對所述爿COS0, 項和所述j sine / 項求平方；以及求」cos0,平方項和v4sin^平方項之和的平方才艮，以確定所述傳感器信 號幅度(214)。
37. 如權利要求32所述的方法，產生所述驅動信號幅度(215)還 包括將所述傳感器信號幅度(214)與幅度目標(216)比較；以及 縮放所述傳感器信號幅度(214)以產生所述驅動信號幅度(215)，所述縮放基於所述傳感器信號幅度(214)和所述幅度目標(216)的比較。
38. 如權利要求32所述的方法，還包括在所述流量計(5)啟動時 使所述驅動信號啁啾。
39. 如權利要求32所述的方法，還包括在所述流量計(5)啟動時 使所述驅動信號啁湫，所述啁嗽包括掃過兩個或更多的頻率範圍直至所 述流量計(5)啟動。
40. 如權利要求32所述的方法，還包括使所述驅動信號線性化。
41. 如權利要求32所述的方法，還包括 使用峰值檢測計算第二幅度；將所述傳感器信號幅度(214)與所述第二幅度比較；以及 如果所述第二幅度高於所述傳感器信號幅度(214)，檢測拾取傳感 器上的檢測寬帶噪聲。
全文摘要
根據本發明實施例，提供了一種用於為振動流量計(5)產生驅動信號的計量電子裝置(20)。該計量電子裝置包括接口(201)和處理系統(203)。該處理系統配置成通過該接口接收傳感器信號(210)，使傳感器信號(210)相位偏移基本90度以形成相位偏移傳感器信號，從振動流量計的頻率響應確定相位偏移值，將相位偏移值與傳感器信號(210)及相位偏移傳感器信號組合以產生驅動信號相位(213)。該處理系統還配置成從傳感器信號(210)和相位偏移傳感器信號來確定傳感器信號幅度(214)，並基於傳感器信號幅度(214)來產生驅動信號幅度(215)，其中驅動信號相位(213)基本上與傳感器信號相位(212)相同。
文檔編號G01F1/84GK101268342SQ200680034627
公開日2008年9月17日 申請日期2006年9月13日 優先權日2005年9月20日
發明者C·B·麥卡納利, T·J·坎寧安, W·M·曼斯菲爾德 申請人:微動公司