用于为振动流量计产生驱动信号的计量电子装置及方法

专利名称：用于为振动流量计产生驱动信号的计量电子装置及方法
技术领域：
本发明涉及振动流量计，更具体而言涉及用于为振动流量计产生 驱动信号的计量电子装置及方法。
背景技术：
振动导管传感器，例如科里奥利(Coriolis)质量流量计和振动密 度计，通常通过检测容纳流动材料的振动导管的运动来操作。与导管 内的材料相关联的性质，例如质量流量、密度等，可以通过处理从与 导管相关联的运动换能器接收的测量信号而确定。振动材料填充系统 的振动模式通常受到该容纳导管及其中容纳的材料的组合质量、硬度 和阻尼特性的影响。典型的科里奥利质量流量计包括一个或更多导管，其直列式(inline) 连接在管道(pipeline)或其它传输系统中，并在该系统内传送例如流 体、浆料等材料。每个导管可以视为具有一组固有振动模式，包括例 如简单的弯曲、扭转、径向以及耦合模式。在典型的科里奥利质量流 量计测量应用中，当材料流经导管时，该导管被激励处于一种或更多 的振动模式，且在沿着该导管隔开的点处测量该导管的运动。激励通 常是由诸如机电装置的致动器提供，例如音圏型驱动器，其周期性地 扰动该导管。通过测量在换能器位置的运动之间的时间延迟或相位差， 可以确定质量流速。通常采用两个这种换能器(或拾取传感器)以测 量流动导管的振动响应，且这两个换能器通常位于致动器的上游和下 游位置。两个拾取传感器通过线缆连接到电子仪表设备(electronic instrumentation )。该仪表设备从两个拾取传感器接收信号并处理信号 以得到质量流速测量结果。除了产生流量测量结果外，流量计的电子装置(electronics)还必 须产生驱动信号。该驱动信号应该最优地在使得能够得到精确流动特 性测量结果的频率或该频率附近驱动该流量计的振动。此外，驱动信 号应使得该振动能够快速且可靠地启动。再者，驱动信号应使得可以 实现流量计的精确和及时的诊断操作。发明内容通过提供一种用于为振动流量计产生驱动信号的计量电子装置及 方法，解决了上述和其它问题并实现技术上的进步。根据本发明实施例，提供了 一种用于为振动流量计产生驱动信号的计量电子装置。该计量电子装置包括接口，用于从该振动流量计 接收传感器信号；以及处理系统，用以与该接口通信。该处理系统配 置成接收该传感器信号，将该传感器信号相位偏移基本90度以形成相 位偏移传感器信号，从该振动流量计的频率响应确定相位偏移值的， 并将该相位偏移值的与该传感器信号及该相位偏移传感器信号组合以 便产生驱动信号。该处理系统还配置成从该传感器信号和该相位偏移 传感器信号来确定传感器信号幅度Umplitiide),并基于该传感器信号 幅度来产生驱动信号幅度。该驱动信号相位基本上与传感器信号相位 相同。根据本发明实施例，提供了 一种用于为振动流量计产生驱动信号 的方法。该方法包括从该振动流量计接收传感器信号。该方法还包括 将该传感器信号相位偏移基本卯度以形成相位偏移传感器信号，从该 传感器信号和该相位偏移传感器信号来确定传感器信号幅度，以及基 于该传感器信号幅度来产生驱动信号幅度。该方法还包括产生包含 该驱动信号幅度的驱动信号。根据本发明实施例，提供了 一种用于为振动流量计产生驱动信号 的方法。该方法包括从该振动流量计接收传感器信号，将该传感器 信号相位偏移基本90度以形成相位偏移传感器信号，以及从该振动流 量计的频率响应确定相位偏移值的。该方法还包括将该相位偏移值的 与该传感器信号及该相位偏移传感器信号组合以便产生驱动信号。该 驱动信号相位基本上与传感器信号相位相同。根据本发明实施例，提供了 一种用于为振动流量计产生驱动信号 的方法。该方法包括从该振动流量计接收传感器信号，将该传感器 信号相位偏移基本90度以形成相位偏移传感器信号，从该振动流量计 的频率响应确定相位偏移值的，以及将该相位偏移值的与该传感器信 号及该相位偏移传感器信号组合以便产生驱动信号。该方法还包括 从该传感器信号和该相位偏移传感器信号来确定传感器信号幅度，以及基于该传感器信号幅度来产生驱动信号幅度。该驱动信号相位基本 上与传感器信号相位相同。在该计量电子装置的一方面中，该相位偏移是由希耳伯特(Hilbert)变换来执行。在该计量电子装置的另一方面中，该相位偏移值的包括补偿值。在该计量电子装置的再一方面中，确定该相位偏移值的包括将该 频率响应线性地关联到频率/相位关系以便生成该相位偏移值的。在该计量电子装置的又一方面中，确定该传感器信号幅度包括 接收代表该传感器信号的^c。sW项，从该相位偏移产生^sin^项，对该 爿cosW项和i亥爿sinW项求平方，以及求Jcos^平方项和爿sin加平方项之和 的平方根以便确定该传感器信号幅度。在该计量电子装置的又一方面中，产生该驱动信号幅度还包括 将该传感器信号幅度与幅度目标比较并缩放该传感器信号幅度，从而 产生该驱动信号幅度，其中缩放基于该传感器信号幅度和该幅度目标 的比较。在该计量电子装置的又一方面中，该处理系统还配置成在流量计 启动时使该驱动信号啁啾(chirp )。在该计量电子装置的又一方面中，该处理系统还配置成在流量 计启动时使该驱动信号啁啾，其中啁啾包括扫过两个或更多频率范围 直至该流量计启动。在该计量电子装置的又一方面中，该处理系统还配置成使该驱动 信号线性化。在该计量电子装置的又一方面中，该处理系统还配置成使用峰 值检测计算第二幅度，将该传感器信号幅度与该第二幅度比较，以及 如果该第二幅度高于该传感器信号幅度，检测拾取传感器上的宽带噪 声。在该方法的一方面中，该相位偏移由希耳伯特变换来执行。 在该方法的另一方面中，该方法还包括从该传感器信号和该相 位偏移传感器信号确定传感器信号幅度，基于该传感器信号幅度产生 驱动信号幅度，以及将该驱动信号幅度包含在该驱动信号内。在该方法的再一方面中，确定该传感器信号幅度包括接收代表 该传感器信号的」cos^项，从该相位偏移产生乂sin^项，对该^cos0,项和该^sin^项求平方,以及求v4cosW平方项和^sin^平方项之和的平方 根以便确定该传感器信号幅度。在该方法的又一方面中，产生该驱动信号幅度还包括将该传感 器信号幅度与幅度目标比较并缩放该传感器信号幅度，以便产生该驱 动信号幅度，其中缩放基于该传感器信号幅度和该幅度目标的比较。在该方法的又一方面中，该方法还包括接收代表该传感器信号 的JcosW项，从该相位偏移产生平方，求JcosW平方项和」sin加平方项之和的平方4艮以^更确定该传感器 信号幅度，基于该传感器信号幅度产生驱动信号幅度，以及将该驱动 信号幅度包含在该驱动信号内。在该方法的又一方面中，该方法还包括接收代表该传感器信号 的JcosW项，从该相位偏移产生爿sinW项，对该爿cosW项和该爿sin0/项求 平方，求^cos^平方项和^sinw平方项之和的平方才艮以《更确定该传感器 信号幅度，将该传感器信号幅度与幅度目标比较，缩放该传感器信号 幅度以便产生该驱动信号幅度，其中缩放基于该传感器信号幅度和该 幅度目标的比较，以及将该驱动信号幅度包含在该驱动信号内。在该方法的又一方面中，该方法还包括从该振动流量计的频率 响应确定相位偏移值的，将该相位偏移值的与该传感器信号及该相位 偏移传感器信号组合以便产生驱动信号相位，以及将该驱动信号相位 包含在该驱动信号内，其中该驱动信号相位基本上与传感器信号相位 相同。在该方法的又一方面中，该相位偏移值的包括补偿值。在该方法的又一方面中，确定该相位偏移值的包括将该频率响应 线性地关联到频率/相位关系以便生成该相位偏移值的。在该方法的又一方面中，该方法还包括将该频率响应线性地关 联到频率/相位关系以便生成该相位偏移值的，将该相位偏移值的与该 传感器信号及该相位偏移传感器信号组合以便产生驱动信号相位，以 及将该驱动信号相位包含在该驱动信号内，其中该驱动信号相位基本 上与传感器信号相位相同。在该方法的又一方面中，该方法还包括在该流量计启动时使该驱 动信号啁啾。在该方法的又一方面中，该方法还包括在流量计启动时使该驱动信号啁啾，其中啁啾包括扫过两个或更多的频率范围直至该流量计启 动。在该方法的又一方面中，该方法还包括使该驱动信号线性化。 在该方法的又 一 方面中，该方法还包括使用峰值检测计算第二幅 度，将该传感器信号幅度与该第二幅度比较，以及如果该第二幅度高 于该传感器信号幅度，检测拾取传感器上的宽带噪声。


在所有附图中，相同的参考标号表示相同的元件。图1示出包括计量组件和计量电子装置的科里奥利流量计。图2示出根据本发明实施例的计量电子装置。 图3示出根据本发明实施例的计量电子装置的驱动信号部分。 图4为根据本发明实施例的用于为振动流量计产生驱动信号的方 法的流程图。图5为根据本发明实施例的用于为振动流量计产生驱动信号的方 法的流程图。图6为根据本发明实施例的闭环数字驱动的方框图。 图7示出根据本发明实施例的输入调整块。图8示出阶数N-100的可调理想低通滤波器乘以汉宁(Hanning) 窗口的实施，以形成低通有限脉冲响应(FIR)滤波器。图9示出用以计算图8滤波器的滤波器系数的使能子系统。 图10示出根据本发明实施例的Calc Freq一Mag块。 图11示出才艮据本发明实施例的Hilbert Freq_Mag块。 图12示出根据本发明实施例的希耳伯特频率评估器块。 图13示出根据本发明实施例的驱动反馈控制系统块。 图14示出根据本发明实施例的群延迟补偿块。 图15示出根据本发明实施例的自动增益控制(AGC)块。 图16示出根据本发明实施例的比例积分(PI)控制器。 图17示出代表现有技术中的测流管(flow tube)操作的三个驱动 信号曲线图。图18示出根据本发明实施例的线性驱动控制方框图。 图19包括根据本发明实施例的线性驱动控制的曲线图。图20包括示出独立于线性驱动回路的设定点幅度的曲线图。
具体实施方式
图1至20及下述说明书描述了具体示例，以教导本领域技术人员 如何实现和利用本发明的最佳模式。出于教导发明原理的目的，对某 些常规方面进行了简化或省略。本领域技术人员将会理解落在本发明 的范围内的基于这些示例的变型。本领域技术人员将理解，下述特征 可以按各种方式组合以形成本发明的多个变型。因此，本发明不限于 下述具体示例，而是仅由权利要求及其等效来界定。图1示出包括计量组件IO和计量电子装置20的科里奥利流量计 5。计量组件10响应于加工材料(process material)的质量流速和密度。 计量电子装置20通过导线100连接到计量组件10以在通道26上提供 密度、质量流速和温度信息，以及与本发明无关的其它信息。尽管对 于所述技术领域的技术人员显而易见的是，本发明可以实践为振动管 密度计而无需科里奥利质量流量计所提供的附加测量能力，但是仍对 科里奥利流量计结构进行了描述。计量组件10包括一对歧管150和150，、具有法兰颈110和110， 的法兰103和103，、 一对平行测流管130和130，、驱动机构180、温度 传感器190以及一对速度传感器170L和170R。测流管130和130，具 有两个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，，这些入口支管和出口支管彼此相向地会聚在测流管 安装架120和120，。测流管130和130，沿其长度在两个对称位置弯曲， 且在其整个长度上基本上平行。撑板140和140，用于定义轴W和W，， 每个测流管在这些轴附近振动。测流管130和130，的侧支管131、 131，和134、 134，固定地附着到 测流管安装架120和120，，且这些安装架依次固定地附着到歧管150 和150，。这提供了贯穿科里奥利计量组件10的连续闭合材料通道。当具有孔102和102，的法兰103和103，通过入口端104和出口端 104，连接到输送正被测量的加工材料的加工线路(未示出)时，材料通 过法兰103内的管孔101进入计量组件的入口端104，被引导经过歧管 150达到具有表面121的测流管安装架120,在歧管150内，材料被分 流并穿过测流管130和130，被输送。在离开测流管130和130，时，加工材料在歧管150，内重新组合成单一流，且随后输送到出口端104，， 该出口端104，通过具有螺栓孔102，的法兰103，连接到加工线路(未示 出)。选择测流管130和130，并将其恰当地安装到测流管安装架120和 120，，以便分别相对于弯轴W—W和W，—W，具有基本相同的质量分布、 惯性力矩和杨氏模量。这些弯轴穿过撑板140和140，。由于测流管的 杨氏模量随温度而改变，且这种改变影响流量和密度的计算，所以将 电阻式温度检测器(RTD) 190安装到测流管130，，以连续地测量测流 管的温度。测流管的温度以及因此针对经过RTD给定流的该RTD两 端出现的电压是由经过该测流管的材料的温度来控制的。RTD两端出 现的温度相关电压由计量电子装置20以公知方法用于补偿由于测流管 温度的任何改变而引起的测流管130和130，的弹性模量的改变。RTD 通过导线195连接到计量电子装置20。测流管130和130，均由驱动器180沿相对于它们各自弯轴W和W， 的相反方向以被称为流量计的第一异相弯曲模式的模式来驱动。驱动 机构180可包括许多常见装置中的任何一种，例如安装至测流管130， 的磁体和安装到测流管130的反作用线圏，交流电流流过该线圏以用 于使两个测流管振动。由计量电子装置20经过导线185将适当的驱动 信号施加至驱动机构180上。计量电子装置20接收导线195上的RTD温度信号，以及分别出 现在导线165L和165R上的左、右速度信号。计量电子装置20生成出 现在导线185上的驱动信号，以驱动元件180和振动管130和130，。 计量电子装置20处理左、右速度信号和RTD信号，从而计算流过计 量组件10的材料的质量流速和密度。由计量电子装置20通过通道26 将该信息连同其它信息施加到使用装置29。图2示出根据本发明实施例的计量电子装置20。计量电子装置20 可包括接口 201和处理系统203。计量电子装置20从计量组件IO接收 第一和第二传感器信号，例如拾取/速度传感器信号。计量电子装置20可以作为质量流量计工作或者可以作为密度计工作，包括作为科里奥 利流量计工作。计量电子装置20处理该第一和第二传感器信号，以便 获得流过计量组件IO的流动材料的流动特性.例如，计量电子装置20 可以例如根据传感器信号确定相位差、频率、时间差(At)、密度、质量流速以及体积流速中的一种或多种。此外，计量电子装置20可产生 驱动信号并将该驱动信号供应到计量组件10的驱动器180 (见图1 )。 再者，根据本发明可以确定其它流动特性。下面讨论这些确定。接口 201通过图1的导线IOO从速度传感器170L和170R其中之 一接收传感器信号。接口 201可以执行任何需要的或期望的信号调整， 例如任何形式的格式化、放大、緩冲等。备选地，部分或所有信号调 整可以在处理系统203内执行。此外，接口 201使得计量电子装置20 和外部装置之间可以通信。接口 201能够进行任何形式的电子、光学 或无线通信。在一个实施例中，接口 201可包括数字化器(未示出)，其中传感 器信号包括模拟传感器信号。该数字化器对该模拟传感器信号进行采 样和数字化，并产生数字传感器信号。该数字化器也可以执行任何需 要的抽选，其中对数字传感器信号进行抽选以便减小所需的信号处理 量并减小处理时间。处理系统203执行计量电子装置20的操作并处理来自流量计组件 10的流量测量结果。处理系统203执行一个或更多处理例程并由此处 理流量测量结果，从而产生一个或更多流动特性。处理系统203可包括通用计算机、微处理系统、逻辑电路或者某 种其它通用或定制的处理装置。处理系统203可以分布在多个处理装 置之中。处理系统203可包括任何形式的集成或独立的电子存储介质， 例如存储系统204。处理系统203处理传感器信号210,以便产生例如驱动信号。该驱 动信号供应至驱动器180，以使关联的测流管振动，例如图l的测流管 130和130，。在所示实施例中，处理系统203从传感器信号210以及从由该传 感器信号210生成的卯度相位偏移211来确定该驱动信号。处理系统 203可以从传感器信号210和相位偏移213至少确定驱动信号相位角和 驱动信号幅度。因此，第一或第二相位偏移传感器信号(例如上游或 下游拾取信号之一 )或者二者的组合，可以根据本发明由处理系统203 进行处理，以便产生该驱动信号。存储系统204可以存储流量计参数和数据、软件例程、固定值和 变化值。在一个实施例中，存储系统204包括由处理系统203执行的例程。在一个实施例中，存储系统204存储例如相位偏移例程220、信 号调整例程221、相位角例程222和幅度例程223。在一个实施例中，存储系统204存储用于操作例如科里奥利流量 计5的流量计的数据和变量。在一个实施例中，存储系统204存储变 量，例如从速度/拾取传感器170L和170R之一接收的传感器信号210， 并存储从传感器信号210产生的90度相位偏移211。此外，存储系统 204可以存储传感器信号相位212、驱动信号相位213、传感器信号幅 度214、驱动信号幅度215和幅度目标216。相位偏移例程220对输入信号，即对传感器信号210执行90度相 位偏移。在一个实施例中，相位偏移例程220实施希耳伯特变换(在 下文描述)。相位偏移例程220可以产生90度相位偏移211。信号调整例程221对传感器信号210执行信号调整。该信号调整 可包括任何形式的滤波、抽选等。信号调整例程221为可选例程。相位角例程222确定传感器信号210的传感器信号相位212。此外， 相位角例程222确定驱动信号相位213，其中驱动信号相位213基本上 与传感器信号相位212相同。相位角例程222因此可将传感器信号210 加上或减去相位偏移值的，从而匹配传感器信号210的相位。幅度例程223从传感器信号210确定传感器信号幅度214。此外， 幅度例程223确定驱动信号幅度215,其中驱动信号幅度215是基于传 感器信号幅度214。驱动信号幅度215可以大于或小于传感器信号幅度 214。在一个实施例中，将传感器信号幅度214与幅度目标216比较， 以确定驱动信号幅度215应放大或缩小的量。因此，幅度例程223确 定驱动信号的驱动信号幅度215。传感器信号相位212为传感器信号210的测量的或计算的相位角。 传感器信号相位212被确定，以便设置恰当的匹配驱动信号相位213。 驱动信号相位213因此基本上与传感器信号相位212系统。传感器信号幅度214为传感器信号210的测量的或计算的幅度。 该传感器信号幅度被确定，以便确定驱动信号幅度215。驱动信号幅度 215基于传感器信号幅度214，尽管驱动信号幅度215可以从传感器信 号幅度214导出。幅度目标216为针对流量计5的正常或优选操作的期望振动传感 器幅度。在一个实施例中，幅度目标216包括最小幅度阈值，其中如果传感器信号幅度214没有超过幅度目标216，则传感器信号幅度214 将被处理系统202放大。因此，如果传感器信号幅度214没有超过该 最小幅度阈值，则可以使驱动信号幅度215大于传感器信号幅度214。 备选地，幅度目标216可包括这样的幅度范围，其中驱动信号幅度215 包括传感器信号幅度214的放大或缩小型式。图3示出根据本发明实施例的计量电子装置20的驱动信号部分 300。驱动信号部分300可包括电路部件或者可以包括对计量电子装置 20接收的数据执行的处理动作。驱动信号部分300可包括例如调整块301、相位偏移块303以及处 理块305。传感器信号在调整块301内被接收。该传感器信号可包括计 量组件10的拾取传感器170L或170R，或者这两个信号的组合。调整 块301可执行任何形式的信号调整。例如，调整块301可执行滤波、 抽选等。相位偏移块303从调整块301接收该传感器信号，并将该传感器 信号相位偏移基本90度。经过偏移的传感器信号包括由(^cos加)项 代表的未偏移分量和由(」sin^ )项代表的相位偏移分量，其中o)是单 位为弧度的传感器频率(见下面的等式2)。在一个实施例中，相位偏移块303包括希耳伯特变换。该希耳伯 特变换通过将该传感器信号延迟等效于卯度的时间(或者波长周期的 四分之一)来执行该相位偏移操作。处理块305接收该传感器信号和该相位偏移传感器信号，并从这 两个输入产生驱动信号。处理块30S可产生等于(4^c。咖,+外项的驱动 信号输出(见下面的等式3)。相位偏移值的确定相位匹配且幅度^,包 括驱动信号幅度。处理块305因此可以确定驱动信号幅度和驱动信号 相位，其中处理块305将传感器信号的频率基本上维持在驱动信号频 率。优选地，处理块305将驱动信号的相位基本上锁定到传感器信号 的相位。这可通过相位偏移操作来达成，其中传感器信号的相位角可 以容易且快速地被确定。因此，该驱动信号相位角可以紧密地跟踪传 感器信号的相位角，其中驱动信号维持为与传感器信号成基本上线性 的关系。这使得计量电子装置20可以更精确地驱动流量计并使得计量 电子装置20可以在非均匀流动的情况下快速地调整驱动信号，该非均 匀流动例如为多相位流动、空-满-空分批、包含夹带空气的流动材料等。处理块305可以确定传感器信号相位角且可以控制驱动信号，以 便使驱动信号相位与传感器信号相位基本上对准。这是未采用来自传 感器信号的相位的任何反馈而达成的。因此，驱动信号的频率基本上 跟踪传感器信号的频率，而无需控制驱动信号频率。由于快速地确定 了驱动信号幅度和相位，所以本发明使得可以非常靠近谐振频率来驱 动流量计，其中谐振频率的改变基本上被瞬时地跟踪。因此，驱动信 号更快地响应于改变的流动条件。这也使得可以实施各种流量计诊断。 例如，驱动信号可以快速改变，以便评估流量校正因子(Flow Calibration Factor (FCF))，确定测流管硬度、检测测流管腐蚀/侵蚀， 检测测流管内的裂缝或瑕疵，确定测流管内部的流动材料涂层量等。处理块305可以确定传感器信号幅度，且可以基于该传感器信号 幅度来产生驱动信号幅度。处理块305可以将传感器信号幅度与幅度 目标(例如幅度设定点或者幅度操作范围)比较，且可以根据需要放 大或缩小该驱动信号。传感器信号(或者拾取信号，PO)可以用以下等式表示<formula>formula see original document page 18</formula>(1)其中c。s^项表示传感器信号的时变性质，且4"项表示传感器信号 的幅度。相位偏移块的相位偏移输出(PSO)可以用以下等式表示<formula>formula see original document page 18</formula> (2)其中(4>11—项表示传感器信号的相位偏移型式。使用该输出，处 理块305可以产生包括相位延迟调整项6的驱动信号输出，其中将相位 延迟调整项6加到传感器信号PO上或从传感器信号PO减去该相位延 迟调整项0。因此，该驱动信号包括<formula>formula see original document page 18</formula>(3) 通过恰当选择^值，(4^co如,+外项中的W + e可以基本上与传感器相位匹配。驱动信号幅度4 (可以从等式(2)导出，其中传感器信号幅度《可 根据以下等式确定<formula>formula see original document page 18</formula> (4)传感器信号幅度4,可以放大或缩小，以便产生驱动信号幅度^t。 图4为根据本发明实施例的用于为振动流量计产生驱动信号的方法的流程图400。在步骤401，接收传感器信号。该传感器信号可包括 拾取传感器的输出，该拾取传感器响应于流量计中一个或更多测流管 的振动而产生时变电子信号。在步骤402，使接收的传感器信号相位偏移约90度。在一个实施 例中，该相位偏移操作使用例如希耳伯特变换来执行。然而应理解，也可以采用其它相位偏移方法。除了表示传感器信号的^COS^项之外， 该相位偏移操作可以产生jsin^项。在步骤403，从传感器信号和90度相位偏移，即，使用(4sin —项 和(4 ,—项，来确定传感器信号幅度(见等式4)。在步骤404，使用传感器信号幅度来产生驱动信号幅度。该驱动 信号幅度基于该传感器信号幅度。然而，驱动信号幅度可以相对于该 传感器信号幅度放大或缩小。在一些实施例中，该缩放受约束，并且 可以由上与/或下缩放边界来限制该缩放。在步骤405，将驱动信号幅度包含在驱动信号内。因此，方法400 为驱动信号产生了快速且精确的幅度。上述方法可以迭代地和/或基本上连续地执行，以便基本上连续地 产生驱动信号幅度。该驱动信号幅度可以快速地确定，其中该驱动信 号幅度基本上瞬时地产生。图5为根据本发明实施例的用于为振动流量计产生驱动信号的方 法的流程图500。在步骤501，接收传感器信号，如前所述。在步骤502，使接收的传感器信号相位偏移基本卯度，如前所述。在步骤503，从振动流量计的频率响应来确定相位偏移值的。相 位偏移值的可包括补偿值，例如相位超前值(即，+6)或者相位延迟 值(即，-0)。可以通过将频率响应关联到频率/相位关系来确定该相 位偏移值的。在一个实施例中，该频率/相位关系包括经验获得的频率 到相位关系。例如，可以获得并存储若干频率到相位值，其中存储的 值用于导出或者插值所需的相位偏移值的。备选地，频率/相位关系包 括由预期相位和频率值形成的理论关系。在步骤504，将相位偏移值的与传感器信号(C4cos^)项)及相位 偏移传感器信号(C4sin —项)组合，以便产生驱动信号相位。在步骤505，将该驱动信号幅度包含在驱动信号内。如此，驱动 信号的相位基本上锁定在传感器信号的相位。上述方法可以迭代地和/或基本上连续地执行，从而基本上连续地 产生驱动信号相位，如前所述。该驱动信号幅度可以快速地确定，其 中该驱动信号幅度基本上瞬时地产生。应理解，方法400和方法500优选地可以组合以便既产生驱动信 号相位又产生驱动信号幅度。 一些实施例中该组合的方法400和500 产生完整驱动信号。图6为根据本发明实施例的闭环数字驱动600的方框图。该方框 图表示包含到本实施例的处理系统203中的各种功能，输出到驱动器放大器硬件(放大器未示出)的数字驱动位于图的 左上侧。驱动电流和驱动电压连同来自RTD电路的温度以及两个拾取 信号(LPO和RPO )从感测板输入到输入调整块601。输入调整块601 可以执行任意形式的滤波和抽选。数字驱动特征主要以两个块来实施，Calc Freq_Mag块611和驱 动反馈控制系统块613。所示的实施例中的Calc Freq_Mag块611使用 希耳伯特频率评估器，且可以使用单个或双幅度评估配置。驱动反馈 控制系统块613根据本发明产生驱动信号。输入调整块601可以执行滤波从而从拾取传感器信号中除去高频 分量，以保证闭合环路驱动激励了振动流量计的基本弯曲模式。特别 地，该滤波可以设计成从传感器信号除去二次谐波，且也可以从传感 器信号除去扭转模式频率。这可以使用可调低通滤波器来达成。滤波 器截止频率可以基于《，其为空气上(on air)的管周期。图7示出根据本发明实施例的输入调整块601 。图7另外示出输入 调整块601内可调低通滤波器的位置，且还示出输入调整块601不同 部分中使用的采样率。信号通过阶段1抽选块以基本率从左侧进入。 在一个实施例中，该基本率选择为约48kHz，使得编码器/解码器 (CODEC )被恰当地抗混叠(anti-aliased )。阶段1抽选将采样率降低 到约4kHz，且一直使用4kHz采样率直至可调低通滤波器。三个4kHz 拾取反馈信号作为LPO和RPO信号以及经过模式滤波的PO信号(用 ;/或eta表示)从输入调整块输出，该经过模式滤波的PO信号用于图 右下部标记为PO反馈的输出端处的驱动反馈。可以使用任意方法来开发模式滤波器。在一个实施例中，例如，简化模式滤波器向量{0.5;0.5}可以用于产生LPO和RPO信号的平均值。拾取信号在经过可调低通滤波器后以2kHz采样率被输出该输入 调整块外。两组拾取信号可选地经过缩放块，以将其转换成亳伏电平。 所有信号被缩放到恰当的固定点值，这是本领域技术人员所熟悉的技 术。以两个采样率得到的拾取信号被馈送到Calc Freq一Mag块611。图8示出了阶数N=100的可调理想低通滤波器乘以汉宁窗口的实 施，用以形成示于图7右侧的低通有限脉冲响应(FIR)滤波器。求滤 波器系数和N个緩冲样本的点乘，以产生经过低通滤波的输出。滤波 器系数在使能子系统中重新计算以在&改变的任何时刻给出恰当的截 止频率。图9示出了用以计算图8滤波器的滤波器系数的使能子系统。通 过最低信号链来从&计算归一化截止频率，其中&为在空气上的管周 期，单位为毫秒。管频率总是等于或小于空气频率，因此&是挑选用 于调整低通滤波器的参数的良好选择。在一个实施例中，将20Hz加上 与《对应的空气频率作为截止频率。备选地，可以基于驱动频率动态 地调整截止频率。滤波器的增益在该截止频率之前就开始衰减，因此 20Hz因子提供了余量，以使得滤波器增益在空气频率处为1。为了保证所有传感器的启动，使得默认的&值为可能连接到的任 何传感器的最高频率。如此，当用户未为实际传感器提出合适的&时， 传感器仍将启动。图IO示出根据本发明实施例的CalcFreq—Mag块611。两组拾取 信号(即，"eta and PO high in，，和"eta and PO low in，，输入)用于计算 两组独立的幅度。在4kHz信号的上部的峰值检测块1001可用于基于 例如峰值检测器来计算信号幅度。下部的Hilbert Freq_Mag块1002对 2kHz信号使用希耳伯特信号处理方法以计算幅度评估，该幅度评估与 在驱动频率的正弦幅度更加关联。可由多路复用器(MUX)选择和输 出任一幅度计算结果。这两个分叉的幅度方法允许计量电子装置20对噪声拾取信号作 出反应。如果峰值检测幅度类似于希耳伯特幅度，则噪声水平是可接 受的。如果峰值检测幅度高于希耳伯特幅度，则在拾取传感器信号上 存在宽带噪声。在这种情况下，计量电子装置20可以判定使用哪个幅 度信号，可以设置警告标志或误差条件，和/或可以重新缩放任何前置 放大增益值。图11示出根据本发明实施例的Hilbert Freq_Mag块1002。希耳 伯特变换将输入信号在相位上偏移90度。图中右侧顶部的数字滤波器 块实施该希耳伯特滤波。数字滤波器块的输出为相位偏移输入信号(即 Re信号)。可变整数延迟块将未滤波信号偏移FIR希耳伯特滤波器的 阶数(order)的一半。结果为两个信号，未滤波延迟输入信号(同相 分量Im)和偏移卯度的输入信号(正交分量Re)，延迟是由于FIR希 耳伯特滤波器引起。两个信号随后组合成复数。复数的幅值 (magnitude)为正弦幅度，其为驱动控制相关的量。也可以从该复数 计算频率，该频率在下文详述。注意，计算了幅值和频率，以及所有 三个信号LPO、 RPO和 的正交(quadrature)项。频率和幅值信号 可以根据需要被抽选到较低采样率，通常低至约500Hz，以用于驱动 控制。该频率另外用于密度和流量计算。图12示出根据本发明实施例的希耳伯特频率评估器块U01。在希 耳伯特频率评估器块1101中，从右侧接收I和Q信号。该信号被延迟 一个采样，并取该信号的复数共轭。原始复数和时间延迟共轭的点乘 得到角度介于这两个向量之间的复数。在采样时间dt内扫过这两个向 量之间的角度。将该角度除以采样时间(和2;r)得到频率。<formula>formula see original document page 22</formula>希耳伯特补偿滤波器用于平滑频率评估。取该频率的绝对值，这 是因为角度函数会返回负数。对于希耳伯特频率评估器块1101 (以及Hilbert Freq—Mag块1002 )的信号处理，数字驱动600可使用PRO或 LPO频率。再参考图6， eta I和Q信号转到流量测量，频率转到流量和密度 测量，如上所述。较低采样率的频率和幅值以及在4kHz采样率的反馈 信号被馈送到驱动反馈控制系统向量613,图13示出根据本发明实施例的驱动反馈控制系统块613。应注意， 驱动反馈控制系统块613可包括不止一个采样率。在所示实施例中， 驱动反馈控制系统块613中采用三个采样率。在所示实施例中，这三 个采样率为用于频率和幅值评估的500Hz采样率、用于反馈信号的4kHz采样率、以及8kHz的输出采样率。AGC块1301有三个输入。频率和幅值评估被用于计算实际峰值 到峰值毫伏/Hz，毫伏/Hz为幅度的单位。第二输入为驱动目标，或者 i殳定点，mV/Hz。最后输入为标称电流输入。AGC块1301具有两个输出。第一输出为使能跳动启动(Enable Kickstart)输出。第二输出为回路增益(Loop Gain )输出，该输出乘 以反馈以产生驱动信号。驱动反馈支路从三个可能的选择(LPO、 RPO和7)中选择/;，即模式滤波拾取信号。/7项为在闭合回路驱动频率， 且具有变化幅度的正弦信号，该变化幅度依赖于实际传感器的幅度。 该变化幅度与乘法块组合产生非线性响应，即，提供取决于幅度的不同控制授权。将7/除以其幅度产生在正确频率但是具有单位幅度的正弦曲线。单位幅度消除了任何非线性。由于该反馈的采样率高于回路增 益，所以回路增益在乘法块之前使用采样率转变块，以保证信号兼容 性。乘法块的输出为在正确频率和幅度的驱动信号，但是由于经过 DSP硬件和软件的群延迟而具有不正确的相位。可以通过若干方式实 施对于群延迟的校正。然而，此处提供的新颖方法在计算上是有效的。 驱动信号首先传递到希耳伯特滤波器块1302，与图11中类似(如上所 述)，但是工作于4kHz且具有更小的滤波器阶数，以节约用于这个要 求较低的应用的处理器带宽。输出为与正确幅度和频率正交的两个驱 动信号。正交驱动信号连同驱动频率一起从希耳伯特滤波器块1302被 传递到群延迟补偿(Group Delay Compensation )块1303。图14示出根据本发明实施例的群延迟补偿块1303。在以前 (one-time)的离线方式中，实验地使用偏移和斜率来表征经过DSP 的群延迟。备选地，电流放大器中的电流传感硬件可以提供在线计算 该群延迟补偿的选项。补偿群延迟所需的相位延迟为频率的函数，如 上所述。利用实验上确定的斜率和偏移，在群延迟补偿块1303内使用 输入频率来计算所需的群延迟补偿(即相位偏移值的)。驱动正交信号 随后乘以所需相位延迟补偿的正弦和余弦并被求和。求和块的输出得 到驱动信号，该驱动信号具有正确的相位、频率和幅度，从而以谐振 来驱动该传感器。返回参考图13，驱动信号被馈送到图左侧的开关。在正常操作中，该开关驱动信号传递使其经过数模转换器(DAC)和电流放大器并最 后到达驱动器180 (见图1)。然而，在所示实施例中，AGC块内包含 有使能跳动启动特征的逻辑。因此，当拾取幅度降低到设定点的特定 百分比时，或者低于特定绝对值时，AGC块内的逻辑可以断定(assert) "使能跳动启动"信号，切换到跳动启动模式。在跳动启动模式中，能 量从在图左上部的啁啾块注入。啁啾块以开环方式输出信号，该输出 信号接近最大电流幅值。该啁啾扫过若干不同频率范围直至传感器"启 动"，这是由超过跳动启动目标的拾取幅度所限定的。该频率范围基于 驱动频率的最近的先前值；与&对应的频率和与比相应&密度高若干 倍的密度对应的频率的频率范围；以及覆盖传感器的广范围的宽范围。 这些各种范围保证即使不正确的传感器参数被输入计量电子装置20 时，该传感器仍将启动，例如，该电子装置使用主复位而被初始化。无论是在正常驱动还是跳动启动模式中，开关的输出经过插值或 升采样(upsample)滤波器，通常到8kHz。该驱动信号在8kHz被更 新，在编解码器(DAC)的最后输出采样率为48kHz。本领域技术人 员将理解，输入、反馈、更新和输出采样率的选择是基于性能要求和 处理器带宽之间的折衷。采样率的具体选择可以针对选定的硬件并针 对所需的性能来优化。具体滤波器实施，包括滤波器阶数、截止频率 等被设计成与所选择的采样率匹配。应理解，采样率、滤波器阶数、 截止频率等仅仅作为示例给出，权利要求不受任何所给出的示例的限 制。图15示出根据本发明实施例的自动增益控制(AGC)块1301。 AGC接收实际mV/Hz位移幅度(包含所有6个幅度)和设定点位移(单 位为mV/Hz)作为输入。AGC块1301具有两个输出，使能跳动启动 输出和回路增益输出。在AGC块1301的第一部分中，对输入求比率以给出位移百分比， 即，当实际位移等于设定点时，实际比率位移为l.O。这种缩放有助于 线性化用于各种幅度设定点的控制回路。六个比率幅度(针对LPO、 RPO和/z的峰值检测/Hilbert)被馈送到幅度检查诊断块1501。该块进 行检查，以确保所有六个幅度产生接近1.0的相容的数，且如果差值超 过特定的预置百分比则设置警报或误差标志。该块还检测是否传感器 过冲设定点达~110%。如果如此，则该块将过冲信息馈送到跳动启动/过冲逻辑块。跳动启动/过冲逻辑块确定传感器幅度为低或者超过过冲阈值。如 果幅度为低，则跳动启动信号被断定。如果使能该跳动启动或者如果 幅度过冲，则该块还发送复位信号至PI控制器，如下所述。在mV/Hz比率块，选择用于幅度控制的信号。例如，选择LPO 和RPO峰值检测。备选地，可以形成变元，以选择Hilbert LPO和RPO 幅度或者模式幅度。在另一备选中，mV/Hz块可包括基于噪声差值等 执行选择的逻辑。在任一情况下，LPO和RPO的最大值被选择用于控制。开关的输出被馈送到跳动启动/过冲逻辑块，且还被馈送到差值 块。由于设定点现在规一化到1，因此误差仅仅为实际信号与l之间的 差值。误差信号被馈送到PI离散块，以确定回路增益。PI离散块的输 出可以馈送到求和器，其中将标称驱动电流与PI块的输出求和。在一 个实施例中，实施默认为0的标称驱动电流。饱和块控制来自求和输 出的最大和最小输出电流，以得到最后回路增益。电流放大器可以采用线性放大器。输出电流例如可以基本上是正 弦的，例如直至其到达电流极限。放大器可以在4个象限操作，即， 可以沿正方向和负方向驱动和吸收电流。这允许驱动控制在过冲时或 者当大量流动噪声激励测流管时制动该测流管。图16示出根据本发明实施例的比例积分(PI)控制器。误差信号 从AGC块1301接收到端口 2内。下面的支路将该误差乘以比例增益P 并将其传递到最后求和块的一个节点。在正常操作中，即，当未断定积分器复位信号时，使用简单离散积分器，其中新信号被加到先前的 积分器输出信号。该新信号首先乘以积分增益I。随后该新信号乘以采 样时间，这使得积分器响应与采样时间不相关。依照标准控制器设计 良好实践，使用"抗积分饱和(anti-windup )"块来使积分器输出饱和。 这个特征避免了该积分在误差信号平均不为零的情况下(例如，在混 入空气的情形中将发生的情况)时积分到无穷大。在一个实施例中，当跳动启动开启或者当测流管过冲该高幅度水 平时，积分器复位信号为高。在这些情况下，将积分器输出设置为零。 在第一种情况下，当测流管正尝试启动时，积分器并不开始积分饱和 (windup )，以便最小化过冲。为辅助这一点，使用延迟断开(off-delay )来维持积分器断开，同时测流管达到幅度。与积分器不得不回到去饱和(wind backdown )相比，测流管过冲时的复位4吏得控制系统驱动测 流管幅度更快地减小。当测流管例如由于混入空气而在一段时间内被 高度阻尼且该衰减突然撤除(例如使空气停止时)，则这个特征急剧地 削减过冲。在没有该复位特征的情况下，当测流管被阻尼时，该积分 器将会处于全电流极限。然后当移除了该阻尼时，该积分器将会一直 放出全电流并且然后按照其时间常数向下积分直到较小值。在没有对 过沖复位的特征的情况下，测流管将处于太高的幅度明显更长的时间。图17包括两个驱动信号曲线图，其代表现有技术中测流管操作。 该图示出与现有技术的非线性驱动控制方法相关联的一些问题。图中 上部的曲线图示出的是，标准的非线性控制回路需要几秒来启动测流 管运动，随后存在巨大的过冲，之后长时间緩慢接近设定点幅度。底 部的曲线图示出了类似的曲线，但是这里的初始化条件为大于设定点 的幅度，这触发了该驱动截止。这些曲线图为传统Ziegler-Nichols调 谐处理的一部分。注意，在驱动停止之后，启动的时间比初始启动时间长得多。这 种情况中某些涉及流量计传感器有时很长的时间常数(见下文)。緩慢 的启动之后是过冲，这是非线性驱动系统的特点。尽管调谐PID回路 可以加速启动并最小化过沖，不过这种调谐最多只能补偿非线性系统 的一个条件。最终造成这样的驱动控制回路，其对于例如噪声气流、 迟滞流/双相流、或者驱动器和拾取设计改变的扰动不那么鲁棒。典型流量计驱动控制回路在两个方面是非线性的。第一，最明显 的非线性在于反馈速度乘以增益的事实。依据定义，这种乘法是非线 性的。此外，作为被乘数之一的拾取响应依赖于传感器动力学，使得依赖于非线性传感器。第二非线性略微不明显。线性传感器响应的标准等式由下面给出， <formula>formula see original document page 26</formula> (12)其中H为频率响应函数，D为动态矩阵，x为响应，F为力。这些等式通常不考虑但却是一个重要假设的是，这些等式是在标 称工作点附近被线性化的事实。线性系统的等式更精确地表述为<formula>formula see original document page 26</formula> (13) 其中下标。是指标称位移和标称力。由于标准控制回路不是标称力或标称幅度的原因，所以传感器的响应以及整个反馈控制系统的响应为该 设定点的函数。标称力和幅度当然依赖于流量计结构的质量、硬度和阻尼，以及驱动和拾取线圈的BL灵敏度系数。一些实施例中的计量电子装置和方法在反馈控制回路中包括有改 变，以线性化该系统。存在两个用于线性化该系统的步骤，以解决上 述非线性。任一步骤(或二者)可以有利地用于本发明的改进的驱动 反馈系统。结果得到了鲁棒地控制该驱动的线性控制回路。此外，本 发明线性化该控制回路，同时自动地解决传感器动力学中的任何差异， 使得该设计对于任何给定传感器设计都是鲁棒的。第一线性化通过强制响应为一而除去乘法非线性。存在许多方法 来达成这一点，例如，使用校正因子或旋转因子，转换成单位方波用 于数字方波驱动等。下面示出的方法使用已经计算的幅度信号来将反 馈归一化为一。即使仍有乘法操作，乘以l并不增加非线性。图18示出根据本发明实施例的线性驱动控制方框图1800。在图 中，拾取反馈在图中底部的"PO归一化(PONorm)"块中通过幅度被 归一化。注意，通过这种方法自动地解决了任何传感器动力学的变动。 第二线性化基于设定点添加标称力。幅度设定点乘以"标称增益"块， 并在"总增益"块中被加到比例-积分-微分(PID)增益。将标称增益输 出加到PID增益，这得到了提供实质上零阻尼的传感器系统，即，该 传感器系统是边际(marginally)稳定的。在控制方面，该线性化系统 不是"下垂的"，即，当系统到达设定点是时，PID输出为零。不需要 误差来产生标称力。尽管标称增益为传感器动力学的函数，但是控制 系统现在不依赖于传感器。因此， 一組优化的PID增益将适用于非常 宽范围的传感器。在下垂很严重的标准控制系统中，误差乘以比例增益加上积分误 差乘以积分增益被用于给出标称力。结果，下垂正是传感器的质量、 硬度和阻尼的函数。该方法的关键在于标称增益值。可以通过许多不同方法找到该值。 在基于模式的自表征传感器方法中，最小增益不过是测量的阻尼值。 简化诊断方法可以用于产生正确值。标称增益可以在启动时对驱动器 进行简单的"ping"以及执行快速和未加工的系统ID来识别。标称增益 可以位于基于例如频率、测量的驱动频率响应函数(FRF)或RTD电阻的查找表内。获得测量增益的一种容易的备选方式为使用零标称增益来启动 传感器，且在该误差被标准PID回路最小化之后，将PID增益数转换 到标称增益并复位该PID积分器输出。采用这种方案，PID增益偏离零的任何变动都将表明由于传感器 改变、安装或者流体条件而引起的系统改变。PID增益的短时间或长 时间变动可以是筒单有效的诊断。图19包括根据本发明实施例的线性驱动控制的曲线图。该图示出 的是，线性化减小了启动和恢复时间，加速了系统响应，并使PID增 益对于幅度是不变的。该图表明，根据本发明的改进将提高在诸如双 相流的棘手流体上的传感器性能。图19表明，第一线性化急剧地减小启动过冲并减小为了达到设定 点幅度所需的时间。使用两种线性化使得基本上没有过冲并且启动快 得多。图19的底部曲线表明，第一线性化减小恢复时间。使用两种线 性化消除任何恢复时间。在该线性化回路中，无需任何"条件(if)"语 句即可实现这种性能提高。图20包括示出独立于线性化回路的设定点幅度的曲线图。幅度增 加和减小5倍时，，线性化控制回路表现出优于标准控制回路的类似的 显著改进的性能。显著改进的性能，例如响应更快、过冲/下沖更少、 启动/恢复更快等，将转化为棘手流体上的更佳驱动性能。驱动回路的 改进的性能及线性化也将使得对传感器几何结构、驱动器和拾取的设 计者的约束更少。如果需要，可以根据任一上述实施例来采用根据本发明的计量电 子装置和方法，从而提供若干优点。本发明提供了精确的驱动信号. 本发明提供了一种用于任何形式拾取传感器的驱动信号。本发明基本 上瞬时地确定驱动信号。本发明提供了一种快速和精确地跟踪传感器 信号的驱动信号。本发明提供了对改变的流动条件更快速的驱动信号 响应。本发明提供了 一种检测和跟踪流材料内的流异常的驱动信号。本发明提供了一种驱动信号，其中驱动信号相位基本上被锁定与 传感器信号相位同相。本发明提供了一种驱动信号，其中驱动信号相 位基本上被锁定同相而不使用反馈。本发明提供了一种驱动信号，其 不控制(或不需要控制)输出频率值。本发明提供了一种快速相位补偿，其可以有利地与快速频率确定 相耦合。本发明将驱动信号的电流要求最小化。本发明提供了一种对 混入空气条件和对空-满-空操作的更佳的测流管响应。本发明使得更接 近谐振频率驱动流量计。本发明使得可以更精确地表征传感器信号上 的噪声。本发明使得可以高度精确地实施流量计诊断。
权利要求
1.一种用于为振动流量计(5)产生驱动信号的计量电子装置(20)，包括接口(201)，用于从所述振动流量计(5)接收传感器信号(210)；以及处理系统(203)，与所述接口(201)通信，并配置成接收所述传感器信号(210)，使所述传感器信号(210)相位偏移基本90度以形成相位偏移传感器信号，从所述振动流量计(5)的频率响应确定相位偏移值(θ)，将所述相位偏移值(θ)与所述传感器信号(210)及所述相位偏移传感器信号组合以产生驱动信号相位(213)，从所述传感器信号(210)和所述相位偏移传感器信号来确定传感器信号幅度(214)，并基于所述传感器信号幅度(214)来产生驱动信号幅度(215)，其中所述驱动信号相位(213)基本与传感器信号相位(212)相同。
2. 如权利要求1所述的计量电子装置(20)，其中所述相位偏移通 过希耳伯特变换来执行。
3. 如权利要求1所述的计量电子装置(20)，其中所述相位偏移值的 包括补偿值。
4. 如权利要求1所述的计量电子装置(20)，其中确定所述相位偏 移值的包括将所述频率响应线性地关联到频率/相位关系以生成所述相 位偏移值的。
5. 如权利要求1所述的计量电子装置(20)，其中确定所述传感器 信号幅度(214)包括接收代表所述传感器信号(210)的」c。sw项； 从所述相位偏移产生^sin w项；cos6^项和所述^4sinW 项求平方；以及 求^4cos0,平方项和Jsin^平方项之和的平方才艮，以确定所述传感器信 号幅度(214)。
6. 如权利要求1所述的计量电子装置(20)，其中产生所述驱动信 号幅度(215)还包括将所述传感器信号幅度(214)与幅度目标(216)比较；以及 缩放所述传感器信号幅度(214)以产生所述驱动信号幅度(215)， 所述缩放基于所述传感器信号幅度(214)和所述幅度目标(216)的比较。
7. 如权利要求1所述的计量电子装置(20),还包括在所述流量计 (5)启动时使所述驱动信号啁啾。
8. 如权利要求1所述的计量电子装置(20)，还包括在所述流量计 (5)启动时使所述驱动信号啁啾，所述啁啾包括扫过两个或更多的频率范围直至所述流量计(5)启动。
9. 如权利要求1所述的计量电子装置(20)，还包括使所述驱动信 号线性化。
10. 如权利要求l所述的计量电子装置(20)，还包括 使用峰值检测计算第二幅度；将所述传感器信号幅度(214)与所述第二幅度比较；以及 如果所述第二幅度高于所述传感器信号幅度(214),检测拾取传感 器上的宽带噪声。
11. 一种用于为振动流量计(5)产生驱动信号的方法，所述方法包括从所述振动流量计(5)接收传感器信号(210); 使所述传感器信号(210)相位偏移基本90度以形成相位偏移传感 器信号；从所述传感器信号(210)和所述相位偏移传感器信号来确定传感器 信号幅度(214);基于所述传感器信号幅度(214 )来产生驱动信号幅度(215 );以及 产生包含所述驱动信号幅度(215)的驱动信号。
12. 如权利要求ll所述的方法，其中所述相位偏移通过希耳伯特变 换来执行。
13. 如权利要求ll所述的方法，确定所述传感器信号幅度(214)包括接收代表所述传感器信号(210)的^cos^项； 从所述相位偏移产生^sin w项； 对所述爿COS0, 项和所述」 sin^ 项求平方；以及求爿cos^平方项和」sinW平方项之和的平方才艮以确定所述传感器信 号幅度(214)。
14. 如权利要求ll所述的方法，产生所述驱动信号幅度(215)还包括将所述传感器信号幅度(214)与幅度目标(216)比较；以及 缩放所述传感器信号幅度(214)以产生所述驱动信号幅度(215)，所述缩放基于所述传感器信号幅度(214)和所述幅度目标(216)的比较。
15. 如权利要求ll所述的方法，还包括 从所述振动流量计(5)的频率响应确定相位偏移值的； 将所述相位偏移值的与所述传感器信号(210)及所述相位偏移传感器信号组合以产生驱动信号相位(213);以及将所述驱动信号相位(213)包含在所述驱动信号内，其中所述驱动 信号相位(213)基本与传感器信号相位(212)相同。
16. 如权利要求ll所述的方法，还包括将所述频率响应线性地关联到频率/相位关系以生成相位偏移值的； 将所述相位偏移值的与所述传感器信号(210)及所述相位偏移传感器信号组合以产生驱动信号相位(213);以及将所述驱动信号相位(213)包含在所述驱动信号内，其中所述驱动信号相位(213)基本上等于传感器信号相位(212)。
17. 如权利要求11所述的方法，还包括在所述流量计(5)启动时 使所述驱动信号啁啾。
18. 如权利要求11所述的方法，还包括在所述流量计(5)启动时 使所述驱动信号啁啾，所述啁啾包括扫过两个或更多的频率范围直至所 述流量计(5)启动。
19. 如权利要求ll所述的方法，还包括使所述驱动信号线性化。
20. 如权利要求ll所述的方法，还包括 使用峰值检测计算第二幅度；将所述传感器信号幅度(214)与所述第二幅度比较；以及 如果所述第二幅度高于所述传感器信号幅度(214),检测拾取传感 器上的宽带噪声。
21. —种用于为振动流量计(5)产生驱动信号的方法，所述方法包括从所述振动流量计(5)接收传感器信号(210); 使所述传感器信号(210)相位偏移基本卯度以形成相位偏移传感器信号；从所述振动流量计(5)的频率响应确定相位偏移值的；以及 将所述相位偏移值的与所述传感器信号(210)及所述相位偏移传感器信号组合以产生驱动信号，其中所述驱动信号相位(213)基本上与传感器信号相位(212)相同。
22. 如权利要求21所述的方法，其中所述相位偏移通过希耳伯特变 换来执行。
23. 如权利要求21所述的方法，其中所述相位偏移值的包括补偿值。
24. 如权利要求21所述的方法，其中确定所述相位偏移值的包括将 所述频率响应线性地关联到频率/相位关系，以形成所述相位偏移值的。
25. 如权利要求21所述的方法，还包括从所述传感器信号(210)和所述相位偏移传感器信号来确定传感器 信号幅度(214);基于所述传感器信号幅度(214 )来产生驱动信号幅度(215 );以及 将所述驱动信号幅度(215)包含在所述驱动信号内。
26. 如权利要求21所述的方法，还包括 接收代表所述传感器信号(210)的^(cosw项； 从所述相位偏移产生』sinw项； 对所述爿COSfiJ, 项和所述j sin^ 项求平方；求爿cos^平方项和^sin^平方项之和的平方才艮以确定所述传感器4言 号幅度(214);基于所述传感器信号幅度(214 )来产生驱动信号幅度(215);以及 将所述驱动信号幅度(215)包含在所述驱动信号内。
27. 如权利要求21所述的方法，其中产生所述驱动信号幅度(215) 还包括:接收代表所述传感器信号(210)的」cosw项； 从所述相位偏移产生^sin w项； 对所述爿COSffl, 项和所述j 项求平方；求爿cosW平方项和^sin加平方项之和的平方4艮以确定所述传感器信 号幅度(214)，将所述传感器信号幅度(214)与幅度目标(216)比较； 缩放所述传感器信号幅度(214)以产生所述驱动信号幅度(215)，所述缩放基于所述传感器信号幅度(214)和所述幅度目标(216)的比 较；以及将所述驱动信号幅度(215)包含在所述驱动信号内。
28. 如权利要求21所述的方法，还包括在所述流量计(5)启动时 使所述驱动信号啁嗽。
29. 如权利要求21所述的方法，还包括在所述流量计(5)启动时 使所述驱动信号啁嗽，所述啁啾包括扫过两个或更多的频率范围直至所 述流量计(5)启动。
30. 如权利要求21所述的方法，还包括使所述驱动信号线性化。
31. 如权利要求25所述的方法，还包括 使用峰值检测计算第二幅度；将所述传感器信号幅度(214)与所述第二幅度比较；以及 如果所述第二幅度高于所述传感器信号幅度(214),检测拾取传感 器上的宽带噪声。
32. —种用于为振动流量计(5)产生驱动信号的方法，所述方法包括从所述振动流量计(5)接收传感器信号(210); 使所述传感器信号(210)相位偏移基本90度以形成相位偏移传感 器信号；从所述振动流量计(5)的频率响应确定相位偏移值的；将所述相位偏移值的与所述传感器信号(210)及所述相位偏移传感 器信号组合以产生驱动信号；从所述传感器信号(210)和所述相位偏移传感器信号来确定传感器 信号幅度(214);以及基于所述传感器信号幅度(214)来产生驱动信号幅度(215)，其中 所述驱动信号相位(213)基本上与传感器信号相位(212)相同。
33. 如权利要求32所述的方法，其中所述相位偏移通过希耳伯特变 换来执行。
34. 如权利要求32所述的方法，其中所述相位偏移值的包括补偿值。
35. 如权利要求32所述的方法，其中确定所述相位偏移值的包括将 所述频率响应线性地关联到频率/相位关系以形成所述相位偏移值的。
36. 如权利要求32所述的方法，其中确定所述传感器信号幅度(214)包括接收代表所述传感器信号(210)的^cos^项； 从所述相位偏移产生^sinW项； 对所述爿COS0, 项和所述j sine / 项求平方；以及求」cos0,平方项和v4sin^平方项之和的平方才艮，以确定所述传感器信 号幅度(214)。
37. 如权利要求32所述的方法，产生所述驱动信号幅度(215)还 包括将所述传感器信号幅度(214)与幅度目标(216)比较；以及 缩放所述传感器信号幅度(214)以产生所述驱动信号幅度(215)，所述缩放基于所述传感器信号幅度(214)和所述幅度目标(216)的比较。
38. 如权利要求32所述的方法，还包括在所述流量计(5)启动时 使所述驱动信号啁啾。
39. 如权利要求32所述的方法，还包括在所述流量计(5)启动时 使所述驱动信号啁湫，所述啁嗽包括扫过两个或更多的频率范围直至所 述流量计(5)启动。
40. 如权利要求32所述的方法，还包括使所述驱动信号线性化。
41. 如权利要求32所述的方法，还包括 使用峰值检测计算第二幅度；将所述传感器信号幅度(214)与所述第二幅度比较；以及 如果所述第二幅度高于所述传感器信号幅度(214)，检测拾取传感 器上的检测宽带噪声。
全文摘要
根据本发明实施例，提供了一种用于为振动流量计(5)产生驱动信号的计量电子装置(20)。该计量电子装置包括接口(201)和处理系统(203)。该处理系统配置成通过该接口接收传感器信号(210)，使传感器信号(210)相位偏移基本90度以形成相位偏移传感器信号，从振动流量计的频率响应确定相位偏移值，将相位偏移值与传感器信号(210)及相位偏移传感器信号组合以产生驱动信号相位(213)。该处理系统还配置成从传感器信号(210)和相位偏移传感器信号来确定传感器信号幅度(214)，并基于传感器信号幅度(214)来产生驱动信号幅度(215)，其中驱动信号相位(213)基本上与传感器信号相位(212)相同。
文档编号G01F1/84GK101268342SQ200680034627
公开日2008年9月17日 申请日期2006年9月13日 优先权日2005年9月20日
发明者C·B·麦卡纳利, T·J·坎宁安, W·M·曼斯菲尔德 申请人:微动公司