用于平均流速的振动流量计和方法
【专利摘要】提供一种用于确定脉动流量的平均流速的振动流量计（5）。振动流量计（5）包括流量计组装件（10）和仪表电子装置（20），流量计组装件（10）包括至少两个拾取传感器（170L、170R）且配置成生成至少两个振动信号，以及仪表电子装置（20）配置成接收至少两个振动信号并生成流速测量信号，将流速测量信号分成一系列时间周期，其中每个时间周期包括在所述时间周期中大致居中的单个流量峰值，将每个时间周期的流速测量叠加以生成周期总和，以及将所述周期总和除以时间周期长度以生成周期平均流速，其中仪表电子装置（20）将序列的周期平均流速作为平均流速信号输出。
【专利说明】用于平均流速的振动流量计和方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及振动流量计和方法，更具体地来说，涉及用于确定平均流速的振动流量计和方法。
【背景技术】
[0002]振动管道传感器，如科式质量流量计和振动密度计，典型地通过检测包含流动材料的振动导管的运动来操作。可以通过处理从与导管关联的运动换能器接收测量信号来确定与导管中材料关联的属性，如质量流量、密度等。振动材料填充的系统的振动模式一般受包含导管和其中包含的材料的组合的质量、硬度和阻尼特征影响。
[0003]典型的科式质量流量计包括在管道或其他输送系统中内联式连接并在该系统中传送诸如，流体、浆料、乳化液等材料的一个或多个导管。每个导管可以视为具有一组自然振动模式，例如包括，简单弯曲、扭转、径向和耦合模式。在典型的科式质量流测量应用中，当材料流流经导管时，以一种或多种振动模式激励导管，并且在沿着导管间隔布置的点处测量导管的运动。激励典型地由促动器提供，该促动器例如机电装置(如音圈型驱动器)，其以周期性方式扰动导管。可以通过测量这些换能器位置处的运动之间的时间延迟或相位差来确定质量流流速。典型地采用两个此类换能器(或拾取传感器)以测量一个或多个流导管的振动响应，以及典型地将其设在促动器的上游和下游位置处。将这两个拾取传感器连接到电子仪器。该仪器从这两个拾取传感器接收信号，并处理这些信号以便尤其导出质量流流速测量。包括科式质量流量计和密度计的振动流量计因此采用为了测量流体而被振动的一个或多个流管。
[0004]往往所期望的是测量流动流体的流速。在流体恒定地流动的情况中，此类流速测量是直接简单的。但是在流量是脉动的情况中，如在泵运流量(pumped flow)中，则流速测量可能反映脉动流量的周期性特性，其中流速测量在振幅、时间上随流量而变化。
[0005]许多类型的泵将输出显著周期性的流量，并且由此该流量将根据泵的周期(或操作速度)脉动。例如，Texsteam 5000系列短冲程化学喷射泵具有10%的“开启”占空比的、低至每分钟5个冲程的冲程速率。
[0006]往往期望的，脉动流量的流速测量包括平均流速测量，而非瞬时流速测量。往往期望的，流速测量包括基本稳定且代表性流速测量值。往往期望的，流速测量不发生周期性地变化。流量计用户可能不希望或无法使用瞬时流速测量。
[0007]生成用于脉动流量的平均流速测量的一种复杂因素是脉动流量可能含有周期性逆向流量。另一种复杂因素是用户期望具有快速更新速率且不显著地或不可感知地滞后于实际流的平均流速测量。再者，在脉冲之间的周期变化的情况中，平均流速测量可能复杂化。
[0008]测量脉动流量的流速的一种现有技术解决方案是利用流量阻尼。这些流量阻尼包括软件滤波(典型地使用具有固定数量的滤波器系数的无限冲激响应(IIR)或有限冲激响应(FIR)滤波器)。滤波将使瞬时流速输出平滑，但是这对脉动流量周期是一般性且非适应性的(non-adaptive)。流量阻尼可能起作用以抑制周期性流量峰值，其中通过将流量峰值拉平且加宽而在一定程度上减小周期性。流量阻尼可能起作用以消除或减小负或逆向流量的突发。
[0009]但是，此类阻尼包含缺点。一个缺点是，此类阻尼可能造成具有显著变化的平均流速。变化的平均流速可能是因为流量阻尼对于脉动流量周期是非适应性的所致。另一个缺点是虽然阻尼可能降低平均流速变化，但是相对于可以根据本文论述的振动流量计和方法实现的平均流速测量，这样做使得平均流速测量延迟显著大于一个周期，。
【发明内容】
[0010]在本发明的一个方面中，一种用于确定脉动流量的平均流速的振动流量计包括: 流量计组装件，所述流量计组装件包括至少两个拾取传感器且配置成生成至少两个振
动信号；以及
仪表电子装置，所述仪表电子装置配置成接收所述至少两个振动信号并生成流速测量信号，将流速测量信号分成一系列时间周期，其中每个时间周期包括在该时间周期中大致居中的单个流量峰值，将每个时间周期的流速测量叠加(totalize)以生成周期总和，以及将周期总和除以时间周期长度以生成周期平均流速，其中仪表电子装置将一序列的周期平均流速作为平均流速信号输出。
[0011 ] 优选地，平均流速信号包括平均质量流速信号。
[0012]优选地，平均流速信号包括平均体积流速信号。
[0013]优选地，时间周期长度是大致固定的。
[0014]优选地，时间周期长度是适应性的。
[0015]优选地，仪表电子装置配置成确定流速测量信号中的周期性。
[0016]优选地，仪表电子装置配置成确定流速测量信号中的周期性，其中通过对流速测量信号执行离散傅立叶变换(DFT)来确定周期性。
[0017]优选地，仪表电子装置配置成确定流速测量信号中的周期性，其中通过扫描流速测量信号中的峰值来确定周期性。
[0018]优选地，仪表电子装置配置成确定流速测量信号中的周期性，其中通过扫描流速测量信号中的峰值来确定周期性，且所述扫描包括仪表电子装置将流速测量信号中的流量伪影与预定峰值振幅阈值、预定峰值宽度阈值或预定最小峰值间距阈值的其中一个或多个比较。
[0019]优选地，仪表电子装置配置成确定流速测量信号中的周期性，其中通过对流速测量信号执行开窗分析来确定周期性。
[0020]在本发明的一个方面中，一种用于确定脉动流量的平均流速的方法包括:
从振动流量计的两个或更多个拾取传感器接收两个或更多个振动响应信号，并生成流速测量信号；
将流速测量信号分成一系列时间周期，其中每个时间周期包含在该时间周期中大致居中的单个流量峰值；
将每个时间周期的流速测量叠加以生成周期总和；以及
将周期总和除以时间周期长度以生成周期平均流速，其中将一序列的周期平均流速作为平均流速信号输出。
[0021 ] 优选地，平均流速信号包括平均质量流速信号。
[0022]优选地，平均流速信号包括平均体积流速信号。
[0023]优选地，时间周期长度是大致固定的。
[0024]优选地，时间周期长度是适应性的。
[0025]优选地，将流速测量信号分成一系列时间周期包括，确定流速测量信号中的周期性。
[0026]优选地，将流速测量信号分成一系列时间周期包括，确定流速测量信号中的周期性，其中通过对流速测量信号执行离散傅立叶变换(DFT)来确定周期性。
[0027]优选地，将流速测量信号分成一系列时间周期包括，确定流速测量信号中的周期性，其中通过扫描流速测量信号中的峰值来确定周期性。
[0028]优选地，将流速测量信号分成一系列时间周期包括，确定流速测量信号中的周期性，其中通过扫描流速测量信号中的峰值来确定周期性，且所述扫描包括将流速测量信号中的流量伪影与预定峰值振幅阈值、预定峰值宽度阈值或预定最小峰值间距阈值的其中一个或多个比较。
[0029]优选地，将流速测量信号分成一系列时间周期包括，确定流速测量信号中的周期性，其中通过对流速测量信号执行开窗分析来确定周期性。
【专利附图】
【附图说明】
[0030]所有附图中，相同的附图标记表示相同的元件。附图不一定按比例绘制。
[0031]图1示出根据本发明的振动流量计。
[0032]图2示出根据本发明的实施例的振动流量计的仪表电子装置。
[0033]图3A-3C示出根据本发明的实施例、用于脉动流量的代表性处理步骤。
[0034]图4A-4E示出多种脉动流量的示例。
[0035]图5是根据本发明的实施例、用于确定脉动流量的平均流速的方法的流程图。【具体实施方式】
[0036]图1-5和下文的描述说明教导本领域技术人员如何实施和使用本发明的最佳模式的特定示例。为了教导本发明原理，将一些常规方面简化或省略。本领域技术人员将认识到落在本发明范围内的源自这些示例的变化。本领域技术人员将认识到下文描述的特征能够以多种方式组合以形成本发明的多个变化。因此，本发明不限于下文描述的特定示例，而仅由权利要求及其等效物限定。
[0037]图1示出根据本发明实施例的振动流量计5。振动流量计5包括流量计组装件10和仪表电子装置20。仪表电子装置20经由引线100连接到仪表组装件10且配置成通过通信路径26提供密度、质量流速、体积流速、总计的质量流量、温度或其他测量或信息的其中一种或多种的测量。在一些实施例中，振动流量计5可以包括科式流量计5。本领域技术人员应该显见到，该振动流量计可以包括任何方式的振动流量计，无论驱动器、拾取传感器、流导管的数量或振动的操作模式。此外，应该认识到振动流量计5可以备选地包括振动密度计。[0038]流量计组装件10包括一对法兰101和101’、歧管102和102’、驱动器104、拾取传感器105和105’和流导管103A和103B。驱动器104和拾取传感器105和105’连接到流导管103A和103B。
[0039]法兰101和101’附接到歧管102和102’。在一些实施例中，可以将歧管102和102’附接到间隔器106的相对两端。间隔器106保持歧管102和102’之间的间距，以便防止管道作用力传递到流导管103A和103B。当将流量计组装件10插入到载送正在测量的流量流体的管道(未示出)时，流量流体经由法兰101进入流量计组装件10，并通过入口歧管102，其中将总量的流量流体导向进入流量导管103A和103B，流经流量导管103A和103B，并往回流到出口歧管102’中，其中它经由法兰101’离开仪表组装件10。
[0040]流量流体可以包括液体。流量流体可以包括气体。流量流体可以包括多相流体，如包括包含混入气体和/或混入固体的液体。
[0041]选择流量导管103A和103B，并且适合地将其安装到入口歧管102和出口歧管102’以使之具有大致相同的质量分布、惯性矩和分别围绕弯曲轴W - W和W’ - W’的弹性模量。流量导管103A和103B从歧管102和102’以基本平行的方式向外延伸。
[0042]由驱动器104将流量导管103A和103B绕着各自的弯曲轴W和W’按相反方向驱动，振动流量计5的弯曲模式在此处称为第一异相。驱动器104可以包括多个公知的布置之一，如安装到流量导管103A的磁体和安装到流量导管103B的相对线圈。将交流电通过相对线圈以促使两个导管均振荡。通过仪表电子装置20经由引线110向驱动器104施加适合的驱动信号。可设想其他驱动器装置，且这些其他驱动器装置在说明书和权利要求的范围内。
[0043]仪表电子装置20分别在引线111和111’上接收传感器信号。仪表电子装置20在引线Iio上产生驱动信号，其促使驱动器104使得流量导管103A和103B振荡。可设想其他传感器装置，且这些其他传感器装置在说明书和权利要求的范围内。
[0044]仪表电子装置20处理来自拾取传感器105和105’的左速度信号和右速度信号，尤其用来计算流速。通信路径26提供允许仪表电子装置20与操作员实现接口或与其他电子系统实现接口的输入和输出装置。图1的描述仅作为振动流量计(如科式流量计)的操作的示例提供，而无意限制本发明的教导。
[0045]一个实施例中的仪表电子装置20配置成振动流管103A和103B。振动由驱动器104来执行。仪表电子装置20还从拾取传感器105和105’接收所得的振动信号。振动信号包括流管103A和103B的振动响应。仪表电子装置20处理振动响应并确定响应频率和/或相位差。仪表电子装置20处理振动响应并确定一个或多个流测量，包括质量流速和/或流量液体的密度。可设想其他振动响应特征和/或流量测量，并且这些其他振动响应和/或流量测量在说明书和权利要求的范围内。
[0046]在一个实施例中，流管103A和103B包括大致U形流管，如图所示。作为备选，在其他实施例中，流管可以包括大致Y形或直流管。可以使用另外的流量计形状和/或配置，并这些另外的流量计形状和/或配置在说明书和权利要求的范围内。
[0047]图2示出根据本发明实施例的振动流量计5的仪表电子装置20。仪表电子装置20可以包括接口 201和处理系统203。仪表电子装置20从仪表组装件10接收第一和第二传感器信号，如拾取/加速度传感器信号。仪表电子装置20处理第一和第二传感器信号，以便获取流经仪表组装件10的流材料的流量特征。例如，仪表电子装置20可以根据这些传感器信号确定相位差、频率、时间差(At)、密度、质量流速和/或体积流速的其中一个或多个。仪表电子装置20可以生成流速测量信号223。仪表电子装置20可以生成大致平均流速信号238。此外，根据本发明，能够确定其他流量特征。
[0048]接口 201经由图1的引线100从加速度传感器170L和170R之一接收传感器信号。接口 201能够执行任何必要的或期望的信号调节，如任何方式的格式化、放大、缓冲等。作为备选，可以在处理系统203中执行信号调节的一些或全部。
[0049]此外，接口 201可以使能仪表电子装置20与外部装置之间通信。接口 201能够进行任何方式的电子、光或无线通信。
[0050]在一个实施例中，接口 201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。数字化器对模拟传感器信号采样并将其数字化，并产生数字传感器信号。接口 /数字化器还能够执行任何需要的降频采样，其中将数字传感器信号降频采样以便减少所需的信号处理量以及缩减处理时间。
[0051]处理系统203指引仪表电子装置20的操作，并处理来自流量计组装件10的流量测量。处理系统203执行一个或多个处理例行程序，并由此处理流量测量以便产生一个或多个流量特征。
[0052]处理系统203可以包括通用计算机、微处理器、逻辑电路或其他通用或定制处理装置。处理系统203可以分布在多个处理装置上。处理系统203可以包括任何方式的整体或独立电子存储介质，如存储系统204。
[0053]在所示的实施例中，处理系统203从流量计组装件10接收传感器信号，作为两个或更多个振动响应220至少临时存储传感器信号，以及根据这些两个或更多个振动响应220生成多种流量测量。处理系统203可以根据两个或更多个振动响应220生成流速测量信号223。流速测量信号223可以包括瞬时质量流速或瞬时体积流速。处理系统203可以根据流速测量信号223生成平均流速信号228。平均流速信号238可以包括平均质量流速或平均体积流速。处理系统203可以存储、显示、记录和/或传送流速测量信号223和平均流速信号238。
[0054]存储系统204可以存储处理系统203执行的例行程序。在一些实施例中，存储系统204存储用于生成流速测量信号223的流速例行程序214。在一些实施例中，存储系统204存储用于确定流量峰值、流量峰值位置和峰值间的时间跨度(即，周期)的周期性例行程序219。在一些实施例中，存储系统204存储平均例行程序216，平均例行程序216根据流速测量信号223生成平均流速信号238。
[0055]在一个实施例中，存储系统204可以存储用于操作振动流量计5的变量，以及可以存储仪表电子装置20生成的值。存储系统204可以存储根据流测量生成的流量特征。
[0056]存储系统204可以存储从速度/拾取传感器170L和170R接收的两个或更多个振动响应220。两个或更多个振动响应220可以包括两个或更多个序列的随时间变化的数字
测量值。
[0057]存储系统204可以存储时间周期长度227。时间周期长度227可以包括连续峰值之间(或连续正峰值或负峰值之间)的时间跨度，如当前流量峰值与前一个流量峰值之间的时间跨度。应该理解，时间周期长度227可以存储多于一个长度值，并且可以存储多个长度值。还应该理解，周期长度可以随流量中的改变而变化。
[0058]存储系统204可以存储周期总和231。周期总和231可以包括特定时间周期的流速振幅值的总和。应该理解，周期总和231可以存储对应于多于一个时间周期的多于一个总和。
[0059]存储系统204可以存储周期平均值235。周期平均值235包括对于特定时间周期计算的平均流速值。应该理解，周期平均值235可以存储对应于多于一个时间周期的多于一个平均值。
[0060]存储系统204可以存储平均流速信号238。平均流速信号238可以包一系列或序列的周期平均值。系列周期平均值是对于一系列的连续时间周期或窗口生成的。当按时间次序加上平均流速信号238时，该系列的周期平均值成为平均流速信号238。
[0061]存储系统204可以存储预定峰值振幅阈值226。峰值振幅阈值226可以包括将流速伪影判断为流量峰值所需的最小流速振幅。
[0062]存储系统204可以存储预定峰值宽度阈值228。峰值宽度阈值228可以包括将流速伪影判断为流量峰值所需的最小峰值宽度。作为附加或备选，峰值宽度阈值228可以包括将流速伪影判断为流量峰值所需的最大峰值宽度。在另一个备选中，峰值宽度阈值228可以包括将流速伪影判断为流量峰值所必须满足的峰值宽度范围。
[0063]存储系统204可以存储预定最小峰值间距233。预定最小峰值间距233包括连续或相邻流量峰值之间的最小时间间距(time-wise spacing)。在一些实施例中，必须将当前流量峰值与前一个峰值间隔开预定最小峰值间距233，才能将其判断为用于取均值目的的流量峰值。这可以阻止多个峰值被判断为下一个流量峰值，如图4C的图形的中心处示出的多个峰值。
[0064]仪表电子装置20在执行流速例行程序214时，配置成生成平均流速信号。仪表电子装置20在执行流速例行程序214时，还可以执行周期性例行程序219和/或取均值例行程序216。仪表电子装置20在执行流速例行程序214时，配置成接收指示两个振动信号，并生成流速测量信号，将流速测量信号分成一系列时间周期，其中每个时间周期包括在该时间周期中大致居中的单个流量峰值，将每个时间周期的流速测量叠加以生成周期总和，以及将周期总和除以时间周期长度以生成周期平均流速。最终，仪表电子装置20将一序列的周期平均流速作为平均流速信号来输出。在一些实施例中，平均流速信号包括平均质量流速信号。作为备选，平均流速信号可以包括平均体积流速信号。
[0065]在一些实施例中，时间周期长度可以是固定或大致恒定的。作为备选，时间周期长度可以适应性的，并且可以随正在测量的流量改变而改变。
[0066]在一些实施例中，仪表电子装置20可以配置成确定流速测量信号中的周期性。可以通过对流速测量信号执行离散傅立叶变换(DFT)来确定周期性。可以使用DFT来产生频域频谱，其中流量峰值的周期性可以根据该频谱来确定。
[0067]在一个实施例中，可以通过扫描流速测量信号中的峰值来确定周期性。该扫描可以包括将信号振幅、宽度和间隔与预定值或范围比较。在一些实施例中，该扫描可以包括仪表电子装置20将流速测量信号中的流量伪影与预定峰值振幅阈值226、预定峰值宽度阈值228或预定最小峰值间距阈值233的其中一个或多个比较。仅满足预定值的流量伪影才被判断为确定的流量峰值。以此方式，较小的流量异常，如图4E中的小尖峰，将不会被判断为流量峰值。此类较小的流量异常可能影响取均值过程，因为将流速测量信号分成非常短持续时间的时间周期中，使得处理时间更长以及处理负荷更大。
[0068]可以通过对流速测量信号执行开窗分析来确定周期性。开窗分析包括使用多个时间窗口或滑动窗口来处理流速测量信号。在开窗中，周期性地将窗口移到下一个位置，并处理窗口边界内的信号以生成振幅峰值指示。然后，将窗口移到下一个位置，并重复处理。可以处理窗口的内容以确定最大振幅或能量内容的时间点。这些窗口可以重叠或可以不同的。该处理可以生成每个窗口的最大信号振幅的指示，其中一系列的窗口将生成可允许确定流速测量信号中的所有可界定流量峰值的信息。
[0069]图3A-3C示出根据本发明的实施例、用于脉动流量的代表性处理步骤。图3A示出代表性脉动流量，其包含不同振幅的流量峰值以及位于变化时间间隔处的流量峰值。图3A还包括流速测量信号。前三个流量峰值按时间周期长度L2间隔开。后四个流量峰值按时间周期长度L1间隔开。最后两个流量峰值按时间周期长度L2间隔开。第一、第二和第九个流量峰值具有3的振幅。第三个峰值具有4的振幅。第四个、第六个、第七个和第八个流量峰值具有2的振幅。第五个流量峰值具有I的振幅。
[0070]图3B示出确定了周期性并将信号分成一系列时间周期之后的图3A的流量。应该注意每个流量峰值在其时间周期中大致居中。第一个、第二个和第八个时间周期或窗口 1、W2和W8具有长度L2。第三个、第四个、第五个、第六个和第七个时间周期W3-W7具有长度U。
[0071]应该注意，在所示的示例中，时间周期W3和W7与相邻周期W2和W8不是连续的。但是，在需要的情况下，可以将它们配置成扩展到相邻窗口评2和w8。作为备选，这些周期可以重叠。
[0072]图3C包括根据流速测量信号导出的平均流速信号。图3B的周期W1-W9中的每个流量峰值已被对应的周期平均值替代。应该注意，图3B与图3C之间的箭头表示根据图3A-图3B所示的流速测量信号产生图3C的平均流速信号中的处理延迟。
[0073]在本示例中，已将周期胃5中的流量峰值判断为没有足够的振幅包括用于取均值目的的流量峰值。例如，可以已将振幅值与峰值振幅阈值226比较，并且小于该阈值。因此，时间周期W5可以具有O的周期平均值，如图所示。作为备选，可以在邻近周期W4和W6的其中之一或二者中包含时间周期W5中的流速伪影(但是偏离周期的中心)。
[0074]在另一个备选中，周期性处理可以将流速伪影与峰值振幅阈值226比较，并判断小峰值不够大以包含周期端点，因此，该小峰值将被包括在前一个周期W4中或下一个周期\。
[0075]周期W8的周期平均值示出为小于周期W7的周期平均值，即使周期W8中的流量峰值的振幅与周期W7中的流量峰值振幅相同。这是因为周期W8具有长度L2,长度L2大于周期胃7的长度Lp
[0076]相似地，周期W3中的周期平均值大于周期W2的周期平均值。这是由于周期W3中的峰值振幅比周期W2中的更大，以及周期W3中的周期长度比周期W2中的更短。
[0077]图4A-4E显示多种脉动流量的示例。图4A示出包括有规律间隔的流量测量峰值的脉动流量测量的示例。在本示例中，流量峰值大致完全相同，且以大致规律且可预测的周期性间距处出现。因此，为此流速测量波形生成平均流速将是直接简单的。
[0078]图4B包括脉动流量，其中第二脉冲位于早期(与上面和下面的波形比较)。这种从一个峰值到下一个峰值的周期性的变化将影响平均流速值。根据取均值过程，在现有技术中测量时，如果在固定的周期上取均值，则这种非周期(off-period)流量峰值可能产生经历大跃变的平均流速输出值。例如，第二脉冲可能与第一脉冲取均值，从而产生第一周期中伪影性地升高的平均值，以及在后面的时间周期中随后伪影性地降低的平均值。
[0079]图4C包括脉动流量，其中峰值不是同一的。在一些情况中，峰值可能包括局部下陷或可能包括多个局部峰。这可能使得确定脉动流量的周期性复杂化。
[0080]图4D包括脉动流量，其中峰值包括低于水平(或零流量振幅)轴的下陷的部分。这些流测量下陷包括逆向流或负流的实例。再者，负流可能使得确定脉动流量的周期性的过程复杂化。再者，负流可能使得取均值在本质上不均匀和粗略。
[0081]图4E包括脉动流量，其中在周期流量峰值之间出现额外的峰值。这是由于流量计环境所致，包括阀门的开启或关闭，泵的反馈或调整、非泵的原因所致的压力涌浪或下降或其他原因。如果将小尖峰判断为流量峰值，则此类尖峰的不规则性质可能不当地影响平均值，且因此影响信号的周期性。
[0082]图5示出根据本发明实施例、用于确定脉动流量的平均流速的方法的流程图500。在步骤501中，振动流量计生成流速测量信号。振动流量计使用两个或更多个振动信号以生成流速测量信号。可以处理这两个或更多个振动信号以确定一个或多个振动流管上的两个或更多个间隔开的拾取传感器位置之间的相位差，正如本领域中公知的。使用相位差生成流速测量信号。此外，还可以在生成流速测量信号时使用其他值、常数或数据，正如本领域中公知的。流速测量信号将随时间变化，并且将大致瞬时地跟踪通过仪表的流材料的流量。
[0083]在步骤502中，周期性处理确定流量峰值和所确定的流量峰值之间的时间周期。然后，将流速测量信号分成确定序列的时间周期(参见图3B)。这些时间周期可以是大致均匀的，但是可以根据流的周期性而变化。这些时间周期可以重叠或可以大致不同。这些时间周期可以包括与可界定的流量峰值之间的时序间隔对应的长度周期。流量峰值可以包括正峰值或负峰值。通过确定信号的周期性和流量峰值之间的时间跨度，并且根据流量峰值周期将流速测量信号取均值，所产生的周期平均值更具脉动流量的代表性。再者，所产生的周期平均值可以包括对于变化长度的流量峰值周期计算的平均值。
[0084]这些时间周期配置成使得它们优选地每个时间周期仅包括一个流量峰值或流量峰值组。作为备选，这些时间周期可以配置成使得它们仅包括振幅大于预定大小阈值的一个流量峰值或流量峰值组。
[0085]这些时间周期配置成使得它们优选地关于特定流量峰值或流量峰值组大致居中。通过使每个流量峰值在对应的时间周期中居中，所产生的周期平均值更具脉动流量的代表性。
[0086]周期性过程可能要求流量伪影满足预定峰值振幅阈值226。可以将流量峰值与预定峰值振幅阈值226比较，以便确定流量峰值是否包含用于取均值目的的峰值。可以将超出预定峰值振幅阈值226的流量峰值判断为包括确定的流量峰值。该判断可以包括仅对预定峰值振幅阈值226执行判断，或可以将该判断与判断流量伪影的其他方面组合，包括峰值宽度和峰值间距，如下文论述的。
[0087]周期性处理可要求流量伪影满足预定峰值振幅阈值228。预定峰值宽度阈值228可以包括最小峰值宽度。预定峰值宽度阈值228还可以包括最大峰值宽度。再者，预定峰值宽度阈值228可以包括峰值宽度范围，其中仅在例如流量伪影满足峰值宽度范围的情况下，才将流量伪影判断为确定的流量峰值。
[0088]周期性处理可要求流量伪影满足预定最小峰值间距233。预定最小峰值间距233包括连续或邻接流量峰值之间的最小时间间距。周期性处理可要求当前流量峰值应与前一个峰值间隔开预定最小峰值间距233，才能将其判断为用于取均值目的的流量峰值。这可以防止多个峰值(如图4C中的图形中心处示出的多个峰值)判断为下一个流量峰值。
[0089]可设想其他周期性特征，且这些其他周期性特征在说明书和权利要求的范围内。相似地，可设想其他信号峰值特征，且这些其他信号峰值特征在说明书和权利要求的范围内。
[0090]可以使用如先前论述的离散傅立叶变换(DFT)来确定周期性。可以通过如先前论述的扫描峰值来确定周期性。可以通过如先前论述的开窗分析来确定周期性。
[0091]在步骤503中，将每个时间周期的流速测量加和，从而产生特定时间周期的周期总和。可以任何适合的方式将流速测量叠加。例如，在流速测量包括数字信号的情况中，叠加可以包括将特定窗口的一系列振幅值或按时间的二进制值(time-wise bin value)求和。
[0092]在步骤504中，将每个周期总和除以对应的时间周期长度。该除法产生该时间周期的周期平均流速。由此产生的每个周期平均流速将滞后于实际流量。但是，在一些实施例中，每个周期平均流速可以有利地滞后于实际流量仅大约一个时间周期。因此，如果需要的话，可以通过减小时间周期长度来更改平均流速信号至实际流体流量的同步。但是，在时间周期长度适应性地更改以跟踪可界定流量峰值之间的间距的情况中，时间周期长度将自行地减小，其中流量峰值的频率/间距增加/其中流量峰值的间距减小。结果是平均流速信号的相对粗略度或精细度将适应性地根据脉动流量的改变而改变。
[0093]在步骤505中，输出平均流速信号。平均流速信号包括一序列的周期平均流速。该序列的周期平均流速包括流动流体的平均流速，其中该平均流速大致与流量的改变同步。
[0094]如果需要的话，可以根据这些实施例的任一实施例来采用根据本发明的振动流量计和方法以便提供若干优点。根据这些实施例的任一实施例的振动流量计和方法可以更好地处理脉动流量。根据这些实施例的任一实施例的振动流量计和方法可以生成更精确和可靠的平均流速。根据这些实施例的任一实施例的振动流量计和方法可以生成快速地更新的平均流速。根据这些实施例的任一实施例的振动流量计和方法可以生成最小滞后于瞬时流速的平均流速。
[0095]上文实施例的详细描述不是发明人可设想且在本发明范围内的所有实施例的穷举性描述。实际上，本领域技术人员将认识到可以显而易见地将上文描述的实施例的某些元件组合或省略来构建又一些实施例，并且此类又一些实施例落在本发明范围和教导内。本领域普通技术人员还将显见到，可以将上文描述的实施例整体地或部分地组合来构件在本发明的范围和教导内的其他实施例。相应地，本发明的范围应由所附权利要求确定。
【权利要求】
1.一种用于确定脉动流量的平均流速的振动流量计(5),所述振动流量计(5)包括: 流量计组装件(10)，所述流量计组装件包括至少两个拾取传感器(170L、170R)且配置成生成至少两个振动信号；以及 仪表电子装置(20)，所述仪表电子装置配置成接收所述至少两个振动信号并生成流速测量信号，将所述流速测量信号分成一系列时间周期，其中每个时间周期包括在所述时间周期中大致居中的单个流量峰值，将每个时间周期的流速测量叠加以生成周期总和，以及将所述周期总和除以时间周期长度以生成周期平均流速，其中所述仪表电子装置(20)将一序列的周期平均流速作为平均流速信号输出。
2.如权利要求1所述的振动流量计(5)，其中所述平均流速信号包括平均质量流速信号。
3.如权利要求1所述的振动流量计(5)，其中所述平均流速信号包括平均体积流速信号。
4.如权利要求1所述的振动流量计(5)，其中所述时间周期长度是大致固定的。
5.如权利要求1所述的振动流量计(5)，其中所述时间周期长度是适应性的。
6.如权利要求1所 述的振动流量计(5)，其中所述仪表电子装置(20)配置成确定所述流速测量信号中的周期性。
7.如权利要求1所述的振动流量计(5)，其中所述仪表电子装置(20)配置成确定所述流速测量信号中的周期性，其中通过对所述流速测量信号执行离散傅立叶变换(DFT)来确定所述周期性。
8.如权利要求1所述的振动流量计(5)，其中所述仪表电子装置(20)配置成确定所述流速测量信号中的周期性，其中通过扫描所述流速测量信号中的峰值来确定所述周期性。
9.如权利要求1所述的振动流量计(5)，其中所述仪表电子装置(20)配置成确定所述流速测量信号中的周期性，其中通过扫描所述流速测量信号中的峰值来确定所述周期性，且所述扫描包括所述仪表电子装置(20)将所述流速测量信号中的流量伪影与预定峰值振幅阈值(226)、预定峰值宽度阈值(228)或预定最小峰值间距阈值(233)的其中一个或多个比较。
10.如权利要求1所述的振动流量计(5)，其中所述仪表电子装置(20)配置成确定所述流速测量信号中的周期性，其中通过对所述流速测量信号执行开窗分析来确定所述周期性。
11.一种用于确定脉动流量的平均流速的方法，所述方法包括: 从振动流量计的两个或更多个拾取传感器接收两个或更多个振动响应信号，并生成流速测量信号； 将所述流速测量信号分成一系列时间周期，其中每个时间周期包含在所述时间周期中大致居中的单个流量峰值； 将每个时间周期的流速测量叠加以生成周期总和；以及 将所述周期总和除以时间周期长度以生成周期平均流速，其中将一序列的周期平均流速作为平均流速信号输出。
12.如权利要求11所述的方法，其中所述平均流速信号包括平均质量流速信号。
13.如权利要求11所述的方法，其中所述平均流速信号包括平均体积流速信号。
14.如权利要求11所述的方法，其中所述时间周期长度是大致固定的。
15.如权利要求11所述的方法，其中所述时间周期长度是适应性的。
16.如权利要求11所述的方法，其中将所述流速测量信号分成一系列时间周期包括，确定所述流速测量信号中的周期性。
17.如权利要求11所述的方法，其中将所述流速测量信号分成一系列时间周期包括，确定所述流速测量信号中的周期性，其中通过对所述流速测量信号执行离散傅立叶变换(DFT)来确定所述周期性。
18.如权利要求11所述的方法，其中将所述流速测量信号分成一系列时间周期包括，确定所述流速测量信号中的周期性，其中通过扫描所述流速测量信号中的峰值来确定所述周期性。
19.如权利要求11所述的方法，其中将所述流速测量信号分成一系列时间周期包括，确定所述流速测量信号中的周期性，其中通过扫描所述流速测量信号中的峰值来确定所述周期性，且所述扫描包括将所述流速测量信号中的流量伪影与预定峰值振幅阈值、预定峰值宽度阈值或预定最小峰值间距阈值的其中一个或多个比较。
20.如权利要求11所述的方法，其中将所述流速测量信号分成一系列时间周期包括，确定所述流速测量信号中的周期性，其中通过对所述流速测量信号执行开窗分析来确定所述周期性。
【文档编号】G01F1/84GK103946677SQ201180073557
【公开日】2014年7月23日 申请日期:2011年9月19日 优先权日:2011年9月19日
【发明者】P.J.海斯 申请人:微动公司