專(zhuān)利名稱(chēng)：產(chǎn)生補(bǔ)償?shù)馁|(zhì)量流量估計(jì)的振動(dòng)管道及其方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種過(guò)程參數(shù)傳感器、運(yùn)行方法和計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，更具體地說(shuō)，涉及振動(dòng)管道參數(shù)傳感器、運(yùn)行方法及其計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品。
科里奧利效應(yīng)質(zhì)量流量計(jì)通常用于測(cè)量流經(jīng)管道的材料的質(zhì)量流量和其它的信息。實(shí)例性的科里奧利流量計(jì)公開(kāi)在授予給J.E.Smith等人的1978年8月29日的美國(guó)專(zhuān)利US4,109,524、1985年1月1日的US4,491,025和1982年2月11日的Re31,450。這些流量計(jì)通常包括具有直的或彎曲結(jié)構(gòu)的一個(gè)或更多個(gè)管道。每個(gè)管道具有一組振動(dòng)模式，例如包括簡(jiǎn)單的彎曲型、扭曲型、徑向型和耦合型。在典型的質(zhì)量流量計(jì)的應(yīng)用中，當(dāng)材料流經(jīng)管道時(shí)驅(qū)動(dòng)每個(gè)管道使其以一種自然模式諧振。組合的管道質(zhì)量和剛性特性和在該管道內(nèi)流動(dòng)的材料的特性影響填充有材料的振動(dòng)系統(tǒng)的振動(dòng)模式。
科里奧利流量計(jì)的典型部分是驅(qū)動(dòng)或激勵(lì)系統(tǒng)。運(yùn)行驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)以給管道施加周期性的作用力以使管道振蕩。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)通常包括安裝在流量計(jì)的管道上的至少一個(gè)致動(dòng)裝置。該致動(dòng)裝置包括大家公知的許多機(jī)電裝置中的一種，比如具有安裝在第一管道的磁體和以相對(duì)于該磁體反向安裝在第二管道的線(xiàn)盤(pán)的音圈設(shè)備。驅(qū)動(dòng)器通常給傳動(dòng)線(xiàn)圈施加周期性的驅(qū)動(dòng)信號(hào)比如正弦或方波驅(qū)動(dòng)信號(hào)。周期性的驅(qū)動(dòng)信號(hào)使致動(dòng)裝置以相反的周期性模式驅(qū)動(dòng)兩個(gè)管道。
當(dāng)實(shí)際上為“零”流量流經(jīng)被驅(qū)動(dòng)的流量計(jì)管道時(shí)，根據(jù)驅(qū)動(dòng)的振動(dòng)模式沿著管道的點(diǎn)相對(duì)于驅(qū)動(dòng)器趨于以大致相同的相位或“零流量”相位振動(dòng)。當(dāng)材料開(kāi)始從流量計(jì)的入口經(jīng)過(guò)管道并從流量計(jì)的出口流出時(shí)，材料流產(chǎn)生的科里奧利力感應(yīng)在沿著管道上空間間隔開(kāi)的點(diǎn)之間的相移，在管道的入口側(cè)的相位通常滯后于致動(dòng)裝置，而在管道的出口側(cè)的相位通常領(lǐng)先于致動(dòng)裝置。所感測(cè)的在管道上的兩個(gè)位置上相移與流經(jīng)管道的材料的質(zhì)量流率大致成比例。
然而不幸的是，應(yīng)用常規(guī)的相移或時(shí)間延遲方法的測(cè)量精度受到流量計(jì)結(jié)構(gòu)的非線(xiàn)性和非對(duì)稱(chēng)性的損害，并且還受到外部力源比如泵給流量計(jì)所施加的振動(dòng)的影響。例如，通過(guò)應(yīng)用能夠降低外部振動(dòng)源影響的平衡機(jī)械設(shè)計(jì)和應(yīng)用頻域?yàn)V波來(lái)消除與不希望的振動(dòng)相關(guān)的頻率分量來(lái)降低這些影響。然而，機(jī)械設(shè)計(jì)方法受到幾何因子的限制，而且在消除發(fā)生于所研究的諧振頻率比如用于激勵(lì)管道的驅(qū)動(dòng)頻率上或該頻率附近的振動(dòng)的不希望的振動(dòng)能量方面頻域?yàn)V波無(wú)效。
在質(zhì)量流率測(cè)量中所遇到的一種通常的誤差類(lèi)型是“零偏移”。如上所述，質(zhì)量流量測(cè)量通常涉及確定在傳感器管道結(jié)構(gòu)上的換能器所產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)信號(hào)之間的相位和時(shí)間差。零偏移表示在這些相位和時(shí)間差測(cè)量中的偏移或偏差，因此零質(zhì)量流率并不產(chǎn)生零相位或時(shí)間差。
為降低零偏移和誤差，常規(guī)的質(zhì)量流量計(jì)測(cè)量技術(shù)通常測(cè)量零偏差作為在受控制的零質(zhì)量流的情況下所測(cè)量的運(yùn)動(dòng)信號(hào)之間的相位或時(shí)間差。然后依據(jù)所測(cè)量的零流量相位或時(shí)間差補(bǔ)償在其它的流量情況下所產(chǎn)生的相位或時(shí)間差測(cè)量值以得到更精確的結(jié)果。
然而，這些技術(shù)具有潛在的缺點(diǎn)。處理溫度或傳感器安裝條件的變化可能使零偏移隨著時(shí)間漂移并導(dǎo)致測(cè)量誤差。為補(bǔ)償這種漂移，需要周期性地再測(cè)量零偏移。由于常規(guī)的零偏移補(bǔ)償技術(shù)要求材料流動(dòng)停止以產(chǎn)生并更新零偏移測(cè)量值，這就不方便。
根據(jù)前面的描述，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種質(zhì)量流量傳感器以及確定質(zhì)量流量的方法，這種傳感器和方法對(duì)在測(cè)量過(guò)程和安裝條件中的變化不敏感。
依據(jù)本發(fā)明通過(guò)方法、裝置以及計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品給出本發(fā)明的其它目的、特征和優(yōu)點(diǎn)，在這些方法、裝置以及計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品中，通過(guò)將質(zhì)量流量傳感器的振動(dòng)管道的運(yùn)動(dòng)分解為實(shí)簡(jiǎn)正模態(tài)分量來(lái)確定“剩余撓度”(即，實(shí)簡(jiǎn)正模式的非共振作用引起的繼續(xù)運(yùn)動(dòng))。估計(jì)與管道運(yùn)動(dòng)的至少一個(gè)實(shí)簡(jiǎn)正模式相關(guān)的實(shí)簡(jiǎn)正模態(tài)剩余撓度分量并用于產(chǎn)生經(jīng)剩余撓度補(bǔ)償?shù)馁|(zhì)量流量估計(jì)。
依據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，從表示在基本為零的質(zhì)量流情況下的管道運(yùn)動(dòng)的信號(hào)中估計(jì)實(shí)簡(jiǎn)正模態(tài)剩余撓度分量。依據(jù)相關(guān)的“動(dòng)態(tài)調(diào)零”的方面，確定兩個(gè)實(shí)簡(jiǎn)正剩余撓度分量，包括在零流量下所測(cè)量的“靜態(tài)”實(shí)簡(jiǎn)正模態(tài)剩余撓度分量和在非零質(zhì)量流下可測(cè)量的“動(dòng)態(tài)”實(shí)簡(jiǎn)正模態(tài)剩余撓度分量。結(jié)合兩種實(shí)簡(jiǎn)正模態(tài)剩余撓度分量以產(chǎn)生用于得到剩余撓度補(bǔ)償質(zhì)量流量估計(jì)的剩余撓度估計(jì)。因?yàn)楫?dāng)材料流經(jīng)該傳感器時(shí)可以估計(jì)動(dòng)態(tài)實(shí)簡(jiǎn)正模態(tài)剩余撓度分量，所以可以更新剩余撓度估計(jì)以補(bǔ)償在傳感器的結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)中的變化而不需要中斷流動(dòng)。
依據(jù)本發(fā)明的另一方面，確定在實(shí)簡(jiǎn)正模式下的振動(dòng)管的運(yùn)動(dòng)和頻率的函數(shù)關(guān)系。然后應(yīng)用所確定的函數(shù)并將實(shí)際的管道運(yùn)動(dòng)測(cè)量值例如在非零的質(zhì)量流率下的運(yùn)動(dòng)測(cè)量擬合到所確定的函數(shù)來(lái)估計(jì)與實(shí)簡(jiǎn)正模式相關(guān)的剩余實(shí)簡(jiǎn)正模態(tài)分量。例如，在所選擇的許多頻率下測(cè)量在實(shí)簡(jiǎn)正模式中的傳感器管道的運(yùn)動(dòng)的許多值，應(yīng)用這些值以確定實(shí)簡(jiǎn)正模式的模式比例以使能夠估計(jì)在實(shí)簡(jiǎn)正模式中在非共振頻率例如傳感器的激勵(lì)頻率下管道的運(yùn)動(dòng)。然后應(yīng)用這種剩余運(yùn)動(dòng)的測(cè)量值來(lái)產(chǎn)生流經(jīng)傳感器的質(zhì)量流量的剩余撓度補(bǔ)償估計(jì)。
本發(fā)明源于在質(zhì)量流量傳感器中剩余撓度是由傳感器結(jié)構(gòu)的各種振動(dòng)模式的非共振作用引起的。應(yīng)用實(shí)簡(jiǎn)正模態(tài)的分解技術(shù)，本發(fā)明能夠精確地測(cè)量與非共振實(shí)簡(jiǎn)正模態(tài)運(yùn)動(dòng)相關(guān)的管道運(yùn)動(dòng)，由此提供剩余撓度的精確測(cè)量以應(yīng)用于產(chǎn)生更精確的質(zhì)量流量測(cè)量。依據(jù)本發(fā)明某些方面，可以估計(jì)非共振管道運(yùn)動(dòng)但不要求在傳感器管道中的零質(zhì)量流量。
具體地說(shuō)，依據(jù)本發(fā)明通過(guò)估計(jì)與管道的運(yùn)動(dòng)的實(shí)簡(jiǎn)正模式相關(guān)的實(shí)簡(jiǎn)正模態(tài)剩余撓度分量來(lái)估計(jì)與在管道中所包含的材料相關(guān)的過(guò)程參數(shù)。接收表示管道運(yùn)動(dòng)的許多運(yùn)動(dòng)信號(hào)。從所接收的許多運(yùn)動(dòng)信號(hào)和所估計(jì)的實(shí)簡(jiǎn)正模態(tài)剩余撓度分量中產(chǎn)生質(zhì)量流量的剩余撓度補(bǔ)償估計(jì)。
依據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，以激勵(lì)頻率激勵(lì)管道。估計(jì)在該激勵(lì)頻率下與實(shí)簡(jiǎn)正模式相關(guān)的實(shí)簡(jiǎn)正模態(tài)剩余撓度分量。接收表示該管道響應(yīng)該激勵(lì)的運(yùn)動(dòng)的許多運(yùn)動(dòng)信號(hào)并從所接收的許多運(yùn)動(dòng)信號(hào)中確定在該激勵(lì)頻率下管道的運(yùn)動(dòng)。從在該激勵(lì)頻率下所確定的運(yùn)動(dòng)和所估計(jì)的實(shí)簡(jiǎn)正模態(tài)剩余撓度分量中產(chǎn)生質(zhì)量流量的剩余撓度補(bǔ)償估計(jì)。
依據(jù)本發(fā)明的另一方面，接收表示在基本為零的質(zhì)量流的情況下的管道運(yùn)動(dòng)的第一系列信號(hào)并對(duì)其進(jìn)行處理以將在基本為零的質(zhì)量流的情況管道的運(yùn)動(dòng)分解為許多實(shí)簡(jiǎn)正模態(tài)分量。從所分解的許多實(shí)簡(jiǎn)正模態(tài)分量中估計(jì)實(shí)簡(jiǎn)正模態(tài)剩余撓度分量。接收表示管道運(yùn)動(dòng)的第二系列運(yùn)動(dòng)信號(hào)并從所接收的第二系列運(yùn)動(dòng)信號(hào)和所估計(jì)的實(shí)簡(jiǎn)正模態(tài)剩余撓度分量中產(chǎn)生質(zhì)量流量的剩余撓度補(bǔ)償估計(jì)。
在物理坐標(biāo)域或模態(tài)坐標(biāo)域中進(jìn)行剩余撓度和質(zhì)量流量的估計(jì)。對(duì)第一系列運(yùn)動(dòng)信號(hào)進(jìn)行模式選通濾波以產(chǎn)生在基本為零的質(zhì)量流量的情況下管道運(yùn)動(dòng)的模式選通濾波表示，以及從管道運(yùn)動(dòng)的模式選通濾波表示中產(chǎn)生與實(shí)簡(jiǎn)正模式相關(guān)的剩余物理運(yùn)動(dòng)的估計(jì)。可替換的是，處理第一系列運(yùn)動(dòng)信號(hào)以估計(jì)在基本為零的質(zhì)量流量的情況下的剩余實(shí)簡(jiǎn)正模態(tài)。
依據(jù)本發(fā)明所涉及的“動(dòng)態(tài)調(diào)零”方面，估計(jì)與在基本為零的質(zhì)量流量的情況下管道運(yùn)動(dòng)的第一實(shí)簡(jiǎn)正模式相關(guān)的第一實(shí)簡(jiǎn)正模態(tài)剩余撓度分量。估計(jì)與在非零的質(zhì)量流量的情況下管道運(yùn)動(dòng)的第二實(shí)簡(jiǎn)正模式相關(guān)的第二實(shí)簡(jiǎn)正模態(tài)剩余撓度分量。從所接收的第二系列運(yùn)動(dòng)信號(hào)、所估計(jì)的第一實(shí)簡(jiǎn)正模態(tài)剩余撓度分量和所估計(jì)的第二實(shí)簡(jiǎn)正模態(tài)剩余撓度分量中得出質(zhì)量流量的剩余撓度補(bǔ)償估計(jì)。第一實(shí)簡(jiǎn)正模式優(yōu)選比第二實(shí)簡(jiǎn)正模式與在管道中的材料流更相關(guān)。
依據(jù)本發(fā)明的另一方面，確定以頻率函數(shù)描述在實(shí)簡(jiǎn)正模式下管道運(yùn)動(dòng)的函數(shù)。確定表示在所選擇的頻率下振動(dòng)管道的運(yùn)動(dòng)的第一值。通過(guò)將第一值擬合到所確定函數(shù)中估計(jì)與實(shí)簡(jiǎn)正模式相關(guān)的實(shí)簡(jiǎn)正模態(tài)剩余撓度分量。接收表示管道運(yùn)動(dòng)的許多運(yùn)動(dòng)信號(hào)并從所接收的許多運(yùn)動(dòng)信號(hào)和所估計(jì)的實(shí)簡(jiǎn)正模態(tài)剩余撓度分量中得出質(zhì)量流量的剩余撓度補(bǔ)償估計(jì)。
在模態(tài)坐標(biāo)域?qū)嵤├?，通過(guò)確定將第一值與所確定的函數(shù)相關(guān)的比例變換并且從所確定的函數(shù)和所確定的比例變換中估計(jì)與實(shí)簡(jiǎn)正模式相關(guān)的實(shí)簡(jiǎn)正模態(tài)剩余撓度分量來(lái)估計(jì)實(shí)簡(jiǎn)正模態(tài)剩余撓度分量。在模態(tài)坐標(biāo)域中從所估計(jì)的實(shí)簡(jiǎn)正模態(tài)剩余撓度分量中得出質(zhì)量流量的剩余撓度補(bǔ)償估計(jì)。
在模式選通濾波的實(shí)施例中，從頻率響應(yīng)函數(shù)中估計(jì)與實(shí)簡(jiǎn)正模式相關(guān)的剩余物理運(yùn)動(dòng)。通過(guò)對(duì)所接收的許多運(yùn)動(dòng)信號(hào)進(jìn)行模式選通濾波以產(chǎn)生當(dāng)材料流流經(jīng)管道時(shí)管道運(yùn)動(dòng)的模式選通濾波表示并且從該模式選通濾波表示和所估計(jì)的剩余物理運(yùn)動(dòng)中得出質(zhì)量流量的剩余撓度補(bǔ)償估計(jì)而得出質(zhì)量流量的剩余撓度補(bǔ)償估計(jì)。
本發(fā)明還描述了產(chǎn)生在振動(dòng)管中的材料的剩余撓度補(bǔ)償質(zhì)量流量估計(jì)的相關(guān)的裝置以及計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品。
附

圖1所示為實(shí)例性的傳感器管道結(jié)構(gòu)。
附圖2-4所示為附圖1的實(shí)例性管道結(jié)構(gòu)的實(shí)簡(jiǎn)正模式的頻率響應(yīng)函數(shù)。
附圖5-6所示為依據(jù)本發(fā)明的振動(dòng)管參數(shù)傳感器的實(shí)施例。
附圖7-11所示為依據(jù)本發(fā)明產(chǎn)生質(zhì)量流量的剩余撓度補(bǔ)償估計(jì)的操作的流程圖和示意圖。
附圖12A-B所示為實(shí)例性的傳感器結(jié)構(gòu)的模式頻率響應(yīng)。
附圖13-16所示為依據(jù)本發(fā)明產(chǎn)生剩余撓度補(bǔ)償?shù)馁|(zhì)量流量估計(jì)的操作的流程圖和示意圖。
下文參考附圖全面描述本發(fā)明，在附圖中示出了本發(fā)明的實(shí)施例。在本領(lǐng)域中熟練的技術(shù)人員會(huì)理解到本發(fā)明可以不同的形式實(shí)施，并不局限于所示的實(shí)施例，提供這些實(shí)施例只是為了更完整地公開(kāi)本發(fā)明和完整地向本領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員表述本發(fā)明的范圍。在附圖中，相同的參考標(biāo)號(hào)總是表示相同的部件。
在此所描述的實(shí)施例中，處理表示傳感器管道運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)信號(hào)以將管道運(yùn)動(dòng)分解為許多實(shí)簡(jiǎn)正模態(tài)分量(real normal modalcomponent)。分解實(shí)簡(jiǎn)正模態(tài)可以以許多方式實(shí)施。例如，可以應(yīng)用模式選通濾波器以通過(guò)與一組所需的實(shí)簡(jiǎn)正相關(guān)的傳感器管道運(yùn)動(dòng)分量。雖然不需要明確地確定對(duì)應(yīng)于管道運(yùn)動(dòng)的模態(tài)響應(yīng)，但是模式選通濾波將管道的運(yùn)動(dòng)分解成為與相應(yīng)的實(shí)簡(jiǎn)正模式相對(duì)應(yīng)的分量?？商鎿Q的是，實(shí)簡(jiǎn)正模態(tài)運(yùn)動(dòng)即在許多單自由度(SDOF)系統(tǒng)的坐標(biāo)系中的運(yùn)動(dòng)都可以從運(yùn)動(dòng)信號(hào)中明確地估計(jì)并用于產(chǎn)生過(guò)程參數(shù)估計(jì)。1．概述A．傳感器管道的模態(tài)特性如在題為“應(yīng)用實(shí)簡(jiǎn)正模態(tài)分解的振動(dòng)管參數(shù)傳感器、方法和計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品”的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)(1998年申請(qǐng)，授予給本申請(qǐng)的受讓人)所描述，從具有相關(guān)的自然振動(dòng)頻率的一個(gè)或多個(gè)自然或?qū)嵑?jiǎn)正模式方面描述振動(dòng)結(jié)構(gòu)的特性比如科里奧利流量計(jì)管道的特性。通過(guò)特征向量和相關(guān)的特征值數(shù)學(xué)地描述這些實(shí)簡(jiǎn)正模式和相關(guān)的自然頻率，該特征向量在相對(duì)幅值但不是絕對(duì)值中是惟一的，并相對(duì)于結(jié)構(gòu)的質(zhì)量和剛性正交。應(yīng)用矢量的線(xiàn)性獨(dú)立組作為分解描述結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)的方程的變換。
具體地說(shuō)，結(jié)構(gòu)對(duì)激勵(lì)的響應(yīng)可以表示為成比例的模式的疊加，所述比例表示每種模式對(duì)結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的貢獻(xiàn)。根據(jù)激勵(lì)，一些模式的貢獻(xiàn)比另一些模式的貢獻(xiàn)大。一些模式可能是不希望的，因?yàn)樗鼈兊呢暙I(xiàn)能量處于所需的模式的諧振頻率，因此可能惡化在所需的模式的諧振頻率上獲得的測(cè)量值，比如在激勵(lì)頻率上所作的相位差測(cè)量。
假設(shè)傳感器管道結(jié)構(gòu)的阻尼可忽略并為零流量以實(shí)現(xiàn)完全的實(shí)自然或簡(jiǎn)正模式振動(dòng)，即在每種模式中結(jié)構(gòu)上的每個(gè)點(diǎn)都同時(shí)達(dá)到最大的位移。然而，具有不可忽略的阻尼和有材料流過(guò)的實(shí)際管道通常具有復(fù)雜的激勵(lì)響應(yīng)，即該結(jié)構(gòu)的點(diǎn)通常并不同時(shí)達(dá)到最大的幅值。即將該管道結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)描述為具有實(shí)分量和虛分量或說(shuō)幅值和相位分量的復(fù)模式。流動(dòng)材料所施加的科里奧利力使傳感器管道的運(yùn)動(dòng)變得復(fù)雜。
即使很復(fù)雜，管道的結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)還是可以描述為成比例的自然或“簡(jiǎn)正”模式的疊加。為表示復(fù)運(yùn)動(dòng)，在綜合實(shí)簡(jiǎn)正模式的各種組成部分中使用復(fù)比例系數(shù)。某些實(shí)簡(jiǎn)正模式與復(fù)模式的虛分量密切相關(guān)但與復(fù)模式的實(shí)分量明顯不相關(guān)。因此，這些實(shí)簡(jiǎn)正模式與在傳感器管道中的材料相對(duì)應(yīng)的科里奧利力更緊密地相關(guān)，由此提供與材料相關(guān)的參數(shù)例如質(zhì)量的精確的估計(jì)。
如在實(shí)施例中所示，根據(jù)實(shí)驗(yàn)分析3-英寸科里奧利流量計(jì)的雙曲線(xiàn)管。在附圖1中示出了該流量計(jì)的管道結(jié)構(gòu)的原理模型。測(cè)量在z方向上的速度的常規(guī)的速度換能器105A、105B、105C分別設(shè)置在管道組件10上的左邊、右邊和驅(qū)動(dòng)位置上。相應(yīng)的加速度計(jì)105D、105E分別放置在距右換能器位置附近的管道103A、103B的相應(yīng)的管道上，并將其設(shè)置成測(cè)量沿方向x上的橫向加速度。積分加速度計(jì)105D、105E的輸出以得出橫向絕對(duì)速度信息。
從運(yùn)動(dòng)換能器105A-E的輸出中構(gòu)造響應(yīng)矢量{xresponse} 這里斜交的橫向響應(yīng)是指相對(duì)于x和z軸45度方向的響應(yīng)。按下式確定實(shí)簡(jiǎn)正模態(tài)矩陣[φ]，即將物理運(yùn)動(dòng)矢量{xresponse}(在“物理”坐標(biāo)系中)與實(shí)簡(jiǎn)正模態(tài)運(yùn)動(dòng)矢量{η}(在“模態(tài)”坐標(biāo)系中)相關(guān)起來(lái)的實(shí)簡(jiǎn)正模態(tài)變換矩陣{xresponse}=[φ]{η},(2)實(shí)簡(jiǎn)正模態(tài)變換矩陣[φ]可以通過(guò)許多方法確定。例如，可以應(yīng)用在如下專(zhuān)利申請(qǐng)的所描述的試錯(cuò)法或反演技術(shù)1997年7月11日申請(qǐng)并轉(zhuǎn)讓給本申請(qǐng)的受讓人的申請(qǐng)?zhí)枮?8/890,785的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)和1998年1月25日申請(qǐng)并轉(zhuǎn)讓給本申請(qǐng)的受讓人的申請(qǐng)?zhí)枮?9/030,453的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)。
對(duì)于在附圖1中所描述的實(shí)例性的管道結(jié)構(gòu)，實(shí)簡(jiǎn)正模態(tài)變換矩陣[φ]通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定為 從左至右，實(shí)簡(jiǎn)正模態(tài)變換矩陣[φ]的列分別對(duì)應(yīng)于管道結(jié)構(gòu)10的第一異相彎曲模式、同相橫向模式、異相橫向模式、異相扭曲模式和第二異相彎曲模式。
可以應(yīng)用模態(tài)變換矩陣[φ]來(lái)將由運(yùn)動(dòng)矢量{xresponse}所表示的物理運(yùn)動(dòng)分解為實(shí)簡(jiǎn)正模態(tài)分量。例如，通過(guò)對(duì)方程式(2)左乘模態(tài)變換矩陣[φ]的逆陣，方程式(2)可以確定模態(tài)運(yùn)動(dòng)矢量{η}{η}=[φ]-1={xresponse},(4)對(duì)于附圖1所示的示例性的結(jié)構(gòu)，這里
如前文提到的題為“應(yīng)用實(shí)簡(jiǎn)正模態(tài)分解的振動(dòng)管參數(shù)傳感器、方法和計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品”的專(zhuān)利申請(qǐng)所述，直接應(yīng)用實(shí)簡(jiǎn)正模態(tài)運(yùn)動(dòng){η}來(lái)估計(jì)與管道結(jié)構(gòu)的一種或多種實(shí)簡(jiǎn)正模式(例如與科里奧利力相關(guān)的模式)相關(guān)的過(guò)程參數(shù)?？商鎿Q的是，應(yīng)用模態(tài)變換矩陣[φ]來(lái)確定“模式選通濾波器”，將該“模式選通濾波器”應(yīng)用到物理運(yùn)動(dòng){xresponse}中以確定經(jīng)濾波的物理域響應(yīng)，該物理域響應(yīng)優(yōu)選包括與管道的一種或多種模式相關(guān)的物理運(yùn)動(dòng){xresponse}分量。應(yīng)用這種經(jīng)濾波的響應(yīng)來(lái)估計(jì)過(guò)程參數(shù)。
應(yīng)用有選擇性的逆實(shí)簡(jiǎn)正模態(tài)變換矩陣[φ’]將實(shí)簡(jiǎn)正模態(tài)運(yùn)動(dòng)矢量{η}變換到濾波的運(yùn)動(dòng)矢量{xfiltered}，在濾波的運(yùn)動(dòng)矢量{xfiltered}中將與不希望的實(shí)簡(jiǎn)正模式相關(guān)的分量衰減掉{xfiltered}=[φ’]{η},(6)對(duì)于附圖1所示的示例性的結(jié)構(gòu)，從實(shí)簡(jiǎn)正模態(tài)變換矩陣[φ]中如下構(gòu)造有選擇性的逆實(shí)簡(jiǎn)正模態(tài)變換矩陣[φ’]將與不希望的實(shí)簡(jiǎn)正模式相關(guān)的實(shí)簡(jiǎn)正模態(tài)變換矩陣[φ]的那些元素替換為零來(lái) 如在等式(6)和(7)中所示，通過(guò)應(yīng)用有選擇性的逆實(shí)簡(jiǎn)正模態(tài)變換矩陣[φ’]衰減了與不希望的實(shí)簡(jiǎn)正模式相關(guān)的管道運(yùn)動(dòng)矢量{xresponse}的分量，該有選擇性的逆實(shí)簡(jiǎn)正模態(tài)變換矩陣[φ’]對(duì)應(yīng)于以零替換與實(shí)簡(jiǎn)正模態(tài)變換矩陣[φ]的不希望的實(shí)簡(jiǎn)正模式相關(guān)的那些元素的實(shí)簡(jiǎn)正模態(tài)變換矩陣[φ]。然而，在本領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員會(huì)理解到對(duì)有選擇性的逆實(shí)簡(jiǎn)正模態(tài)變換矩陣[φ’]的這些元素應(yīng)用非零值也可以實(shí)現(xiàn)對(duì)這些分量的衰減。
綜合方程式(4)和(6):
{xfiltered}=[φ’][φ]-1{xresponse}=[Ψ]{xresponse},(8)這里模式選通濾波矩陣[Ψ]為=[φ’][φ]-1,(9)模式選通濾波器矩陣[Ψ]處理管道運(yùn)動(dòng)矢量{xresponse}以使經(jīng)濾波的輸出運(yùn)動(dòng)矢量{xfiltered}優(yōu)選表示與一個(gè)或多個(gè)所需的模式相關(guān)的管道運(yùn)動(dòng)矢量{xresponse}的分量。模式選通濾波矩陣[Ψ]還可以表示為[Ψ]=[φ][A][φ]-1, (10)這里[A]為一種非對(duì)角線(xiàn)上的元素為零的“對(duì)角線(xiàn)”矩陣，對(duì)應(yīng)于所需的模式的所選擇的對(duì)角線(xiàn)上的元素設(shè)置為1，例如， 對(duì)經(jīng)濾波的輸出{xfiltered}進(jìn)行處理以得到過(guò)程參數(shù)比如質(zhì)量流量的精確的估計(jì)。例如，依據(jù)常規(guī)的相位或時(shí)間差科里奧利測(cè)量技術(shù)對(duì)經(jīng)濾波的輸出{xfiltered}進(jìn)行處理，這種技術(shù)如描述在前文提到的題為“應(yīng)用實(shí)簡(jiǎn)正模態(tài)分解的振動(dòng)管參數(shù)傳感器、方法和計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品”的專(zhuān)利申請(qǐng)中。對(duì)于在附圖1所示的示例性的系統(tǒng)，應(yīng)用例如描述在Smith的美國(guó)專(zhuān)利RE31,450、Zolock的美國(guó)專(zhuān)利4,879,911以及Zolock的美國(guó)專(zhuān)利5,231,884中的零交叉或類(lèi)似的相位或時(shí)間差技術(shù)或應(yīng)用數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)或其它的計(jì)算設(shè)備在數(shù)字域中所實(shí)施的類(lèi)似的相位或時(shí)間差技術(shù)，通過(guò)確定在對(duì)應(yīng)于右和左換能器105A、105B的經(jīng)濾波的輸出{xfiltered}分量之間的相位差或時(shí)間差來(lái)實(shí)現(xiàn)這些。B．剩余撓度和零偏移通常激勵(lì)或“驅(qū)動(dòng)”科里奧利流量計(jì)以使在流量計(jì)的管道中的流體或其它材料產(chǎn)生科里奧利加速度。通常在傳感器管道結(jié)構(gòu)的振動(dòng)模式的諧振頻率或諧振頻率附近施加這種激勵(lì)，例如在所謂的“驅(qū)動(dòng)”或“激勵(lì)”模式的諧振頻率上。通常假設(shè)在傳感器管道的模式諧振頻率上所施加的周期性激勵(lì)產(chǎn)生單模態(tài)響應(yīng)，即限于驅(qū)動(dòng)或激勵(lì)模式的響應(yīng)。然而實(shí)際上激勵(lì)通常產(chǎn)生超過(guò)驅(qū)動(dòng)或激勵(lì)模式的附加實(shí)簡(jiǎn)正模式的運(yùn)動(dòng)。如上文所描述，不是驅(qū)動(dòng)模式的其它實(shí)簡(jiǎn)正模式的非諧振響應(yīng)對(duì)在驅(qū)動(dòng)模式頻率上的剩余撓度有貢獻(xiàn)，由此有助于測(cè)量比如相位的零偏移或在激勵(lì)頻率上所產(chǎn)生的時(shí)間差測(cè)量。
為實(shí)驗(yàn)地分析的三英寸的科里奧利流量計(jì)，確定諧振頻率在0和400赫茲之間的9種模式。附圖2示出了傳感器的左換能器的總的物理響應(yīng)210和第一種結(jié)構(gòu)的九種頻率響應(yīng)。如圖所示，有許多模式在激勵(lì)頻率ωd上存在非零響應(yīng)，這些模式的非共振響應(yīng)對(duì)在激勵(lì)頻率ωd上的剩余撓度有貢獻(xiàn)。特別要關(guān)注的是第一異相扭曲模式220，其具有大約325赫茲的諧振頻率。對(duì)于實(shí)驗(yàn)分析的傳感器，這種模式表示與在傳感器管道種材料的科里奧利加速度高度相關(guān)的一系列“流動(dòng)模式”中的一種。對(duì)于附圖2所示的響應(yīng)，這種扭曲模式在激勵(lì)頻率ωd上產(chǎn)生最大的剩余撓度。
附圖3所示的相位響應(yīng)對(duì)應(yīng)于附圖2的幅值響應(yīng)。剩余撓度可能影響響應(yīng)的相位，由此在用于估計(jì)質(zhì)量流量的相位或時(shí)間差測(cè)量中引入偏差或零偏移。如在附圖4所示，附圖4所示為在激勵(lì)頻率ωd附近的附圖3的放大的相位響應(yīng)，在左運(yùn)動(dòng)換能器信號(hào)的相位410和右運(yùn)動(dòng)換能器信號(hào)的相位420之間的差430在零流量上具有偏差，說(shuō)明了除了驅(qū)動(dòng)模式外的其它模式的非諧振作用對(duì)相位差測(cè)量的可能影響。Ⅱ．通過(guò)實(shí)簡(jiǎn)正模態(tài)分解確定剩余撓度通過(guò)分析，通過(guò)確定在激勵(lì)頻率上由這些非共振成分引起的管道響應(yīng)部分(即，通過(guò)估計(jì)對(duì)剩余撓度有貢獻(xiàn)的管道運(yùn)動(dòng)的“實(shí)簡(jiǎn)正模態(tài)剩余撓度分量”)來(lái)確定除了零流量下驅(qū)動(dòng)模式外的其它實(shí)簡(jiǎn)正模式的非共振的作用。然后依據(jù)許多不同的技術(shù)應(yīng)用所估計(jì)的實(shí)簡(jiǎn)正模態(tài)剩余撓度分量來(lái)產(chǎn)生質(zhì)量流量的剩余撓度補(bǔ)償估計(jì)。
附圖5所示為依據(jù)本發(fā)明的振動(dòng)管道參數(shù)傳感器5的示例性的實(shí)施例。傳感器5包括管道組件10。管道組件10包括入口法蘭101、出口法蘭101’、歧管102以及第一和第二管道103A和103B。連接到管道103A、103B的致動(dòng)裝置104，運(yùn)行致動(dòng)裝置104以響應(yīng)驅(qū)動(dòng)器120振動(dòng)管道103A、103B。運(yùn)行運(yùn)動(dòng)換能器105A、105B產(chǎn)生表示在管道103A、103B的許多位置上的運(yùn)動(dòng)的許多運(yùn)動(dòng)信號(hào)，例如表示管道103A、103B的位移、速度和加速度的信號(hào)。運(yùn)動(dòng)換能器105A、105B包括各種裝置比如線(xiàn)圈型的速度傳感器、光學(xué)或超聲運(yùn)動(dòng)傳感器、加速度計(jì)、慣性率傳感器等類(lèi)似的設(shè)備。導(dǎo)線(xiàn)100連接到致動(dòng)裝置104和運(yùn)動(dòng)換能器105A、105B。
當(dāng)管道組件10插入到材料處理系統(tǒng)時(shí)，在材料處理系統(tǒng)中流動(dòng)的材料通過(guò)入口法蘭101進(jìn)入到管道組件10。然后材料流經(jīng)歧管102，在歧管102中材料分別進(jìn)入管道103A、103B。在離開(kāi)管道103A、103B后，材料流回到歧管102并通過(guò)出口法蘭101’流出流量計(jì)組件10。當(dāng)材料流經(jīng)管道103A、103B時(shí)，它產(chǎn)生擾動(dòng)管道103A、103B的科里奧利力。
通過(guò)致動(dòng)裝置104在相反的方向上分別在它們的彎曲軸W-W和W’-W’周?chē)?qū)動(dòng)管道103A、103B，在管道組件10中產(chǎn)生通常被稱(chēng)為第一異相彎曲模式。致動(dòng)裝置104包括許多公知的裝置中的任何一種，比如包括安裝在第一管道103A上的磁體和安裝在第二管道103B上的相對(duì)的線(xiàn)圈的線(xiàn)性致動(dòng)裝置。驅(qū)動(dòng)器20通過(guò)驅(qū)動(dòng)引線(xiàn)110所提供的驅(qū)動(dòng)信號(hào)所感應(yīng)的交流電流流經(jīng)該線(xiàn)圈，產(chǎn)生振動(dòng)管道103A、103B的機(jī)械力。致動(dòng)裝置104所輸送的激勵(lì)可以是基本相干的例如限制在某一較窄的頻率范圍，或者可以是一種寬帶信號(hào)。
雖然在附圖5所示的參數(shù)傳感器5包括整體的致動(dòng)裝置104，在本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將會(huì)理解到依據(jù)本發(fā)明的管道103A、103B的振動(dòng)可以通過(guò)其它的技術(shù)實(shí)現(xiàn)。例如，通過(guò)這種泵源或壓縮機(jī)在管道組件10的外部產(chǎn)生寬帶激勵(lì)并通過(guò)例如一個(gè)法蘭101、101’將其傳輸?shù)焦艿澜M件10。類(lèi)似地，通過(guò)例如流體結(jié)構(gòu)相互作用(FSI)機(jī)理從在管道103A、103B中的材料中傳遞能量來(lái)產(chǎn)生寬帶激勵(lì)。
參數(shù)傳感器5包括實(shí)簡(jiǎn)正模態(tài)剩余撓度分量估計(jì)器30，該實(shí)簡(jiǎn)正模態(tài)剩余撓度分量估計(jì)器30從運(yùn)動(dòng)換能器105A、105B經(jīng)過(guò)導(dǎo)線(xiàn)111接收運(yùn)動(dòng)信號(hào)，運(yùn)行該估計(jì)器30估計(jì)管道103A-B的運(yùn)動(dòng)的實(shí)簡(jiǎn)正模態(tài)剩余撓度分量35。剩余撓度補(bǔ)償質(zhì)量流量估計(jì)器40響應(yīng)實(shí)簡(jiǎn)正模態(tài)剩余撓度分量估計(jì)器30，并從運(yùn)動(dòng)換能器105A、105B接收運(yùn)動(dòng)信號(hào)，運(yùn)行該剩余撓度補(bǔ)償質(zhì)量流量估計(jì)器40從運(yùn)動(dòng)信號(hào)和所估計(jì)的實(shí)簡(jiǎn)正模態(tài)剩余撓度分量35中產(chǎn)生質(zhì)量流量的剩余撓度補(bǔ)償質(zhì)量流量估計(jì)45。
如附圖6所示，實(shí)簡(jiǎn)正模態(tài)剩余撓度分量估計(jì)器30和剩余撓度補(bǔ)償質(zhì)量流量估計(jì)器40都可以應(yīng)用計(jì)算機(jī)50實(shí)現(xiàn)，例如微處理器、微控制器，數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)等實(shí)現(xiàn)。在附圖6所示的實(shí)施例中，實(shí)簡(jiǎn)正模態(tài)剩余撓度分量估計(jì)器30和剩余撓度補(bǔ)償質(zhì)量流量估計(jì)器40都包括接收運(yùn)動(dòng)信號(hào)的電路610，比如采樣器612，例如采樣保持器或類(lèi)似的電路，這種電路采樣運(yùn)動(dòng)信號(hào)并產(chǎn)生采樣并隨后通過(guò)模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(A/D)將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)值615。通過(guò)執(zhí)行在本領(lǐng)域中公知的許多電路來(lái)運(yùn)行采樣器612和A/D614，這些在此不需要更詳細(xì)地描述。在本領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員會(huì)理解到可以以許多方式處理運(yùn)動(dòng)信號(hào)606。例如，抗混迭濾波、后采樣濾波以及類(lèi)似的信號(hào)處理方法都可以使用。還應(yīng)該理解的是通常在附圖6中所示的接收裝置610可以應(yīng)用專(zhuān)用的硬件、在專(zhuān)用或通用的數(shù)據(jù)處理設(shè)備上運(yùn)行的微程序或軟件或兩者的結(jié)合來(lái)實(shí)施。例如，采樣和模擬到數(shù)字的轉(zhuǎn)換功能都可以與換能器105A、105B集成在一起。
計(jì)算機(jī)可以包括例如專(zhuān)用于線(xiàn)性代數(shù)計(jì)算的流水線(xiàn)DSP，比如Texas Instruments Inc出售的TMS320C4X系列DSP的DSP。設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)某绦虼a例如軟件和/或微程序和數(shù)據(jù)并存儲(chǔ)在例如存儲(chǔ)媒體60(比如隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)、電子可擦可編程序只讀存貯器(EEPROM)、磁盤(pán)等)中，計(jì)算機(jī)50提供從數(shù)字值615中計(jì)算剩余實(shí)簡(jiǎn)正模態(tài)分量估計(jì)35的裝置620和從數(shù)字值615中計(jì)算質(zhì)量流量的剩余撓度補(bǔ)償估計(jì)45的裝置630?？梢岳斫獾氖瞧渌挠?jì)算設(shè)備比如微控制器、微處理器、場(chǎng)可編程門(mén)陣列(FPGA)等類(lèi)似的設(shè)備均可使用。
附圖7所示為從表示包含有材料的管道的運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)信號(hào)中估計(jì)過(guò)程參數(shù)的操作700。估計(jì)與管道運(yùn)動(dòng)的實(shí)簡(jiǎn)正模式相關(guān)的實(shí)簡(jiǎn)正模態(tài)剩余撓度分量(塊710)。接收表示當(dāng)材料流經(jīng)管道時(shí)傳感器管道運(yùn)動(dòng)的許多運(yùn)動(dòng)信號(hào)(塊720)。然后從所接收的許多運(yùn)動(dòng)信號(hào)和所估計(jì)的實(shí)簡(jiǎn)正模態(tài)剩余撓度分量中得出質(zhì)量流量的剩余撓度補(bǔ)償估計(jì)(塊730)。
實(shí)簡(jiǎn)正模態(tài)剩余撓度分量估計(jì)和剩余撓度補(bǔ)償質(zhì)量流量估計(jì)可以以許多方式產(chǎn)生。依據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，從表示管道在基本為零的質(zhì)量流的情況下的運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)信號(hào)中估計(jì)實(shí)簡(jiǎn)正模態(tài)剩余撓度分量。依據(jù)相關(guān)的“動(dòng)態(tài)調(diào)零”方面，從表示管道在基本為零質(zhì)量流量的情況下管道運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)信號(hào)中估計(jì)與流量相關(guān)的實(shí)簡(jiǎn)正模式相關(guān)的第一實(shí)簡(jiǎn)正模態(tài)剩余撓度分量，從表示管道在非零質(zhì)量流量的情況下管道運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)信號(hào)中估計(jì)與流量相關(guān)的實(shí)簡(jiǎn)正模式相關(guān)的第二實(shí)簡(jiǎn)正模態(tài)剩余撓度分量，以及從第一和第二實(shí)簡(jiǎn)正模態(tài)剩余撓度分量中產(chǎn)生質(zhì)量流量的剩余撓度補(bǔ)償估計(jì)。通過(guò)在非零的流量的情況下的測(cè)量更新第二實(shí)簡(jiǎn)正模態(tài)剩余撓度分量，使其能夠產(chǎn)生精確的剩余撓度補(bǔ)償估計(jì)而不要求停止質(zhì)量流來(lái)進(jìn)行傳感器的重新校準(zhǔn)。
依據(jù)本發(fā)明的另一方面，估計(jì)實(shí)簡(jiǎn)正模態(tài)剩余撓度分量而不要求在沒(méi)有質(zhì)量流的情況下進(jìn)行測(cè)量。例如應(yīng)用極點(diǎn)估計(jì)技術(shù)確定除了驅(qū)動(dòng)模式以外的其它模式的頻率響應(yīng)函數(shù)或“脈沖函數(shù)”，例如描述與流量相關(guān)的扭曲模式的頻率響應(yīng)的函數(shù)。測(cè)量在除了激勵(lì)頻率以外的頻率模式的實(shí)際頻率響應(yīng)，可取的是在該模式的諧振頻率附近的頻率上。然后將所測(cè)量的值擬合到所確定的頻率響應(yīng)函數(shù)以估計(jì)模式的比例。然后應(yīng)用所估計(jì)的模式比例產(chǎn)生在該激勵(lì)頻率下這種模式的剩余撓度作用的估計(jì)。因?yàn)樵诜橇懔髁壳闆r下從管道運(yùn)動(dòng)信息中確定模式比例，所以不要求停止流動(dòng)以進(jìn)行傳感器校準(zhǔn)。
在此討論了產(chǎn)生實(shí)簡(jiǎn)正模態(tài)剩余撓度分量估計(jì)和從該估計(jì)中產(chǎn)生質(zhì)量流量的剩余撓度補(bǔ)償估計(jì)的各種技術(shù)。這些討論參考附圖5-16所示的示意圖和流程圖進(jìn)行?？梢岳斫獾氖窃诟綀D5-16的示意圖和流程圖中的通常塊或塊的結(jié)合可應(yīng)用計(jì)算機(jī)可讀程序代碼實(shí)施，例如在計(jì)算機(jī)或數(shù)據(jù)處理器比如在附圖6中所示的計(jì)算機(jī)50中運(yùn)行的數(shù)據(jù)和/或程序指令。如在此所使用的，計(jì)算機(jī)可讀程序代碼包括但并不限于運(yùn)行系統(tǒng)的指令(例如目標(biāo)代碼)、高級(jí)語(yǔ)言指令等，以及可以讀取、訪(fǎng)問(wèn)或連同這種程序指令應(yīng)用的數(shù)據(jù)。
程序代碼可以裝入到計(jì)算機(jī)上或類(lèi)似的數(shù)據(jù)處理裝置，這些裝置包括(但并不限于)微處理器、微控制器、數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)等。程序代碼和計(jì)算機(jī)相結(jié)合形成一種能夠?qū)崿F(xiàn)在所示的流程圖或示意圖中的一個(gè)或多個(gè)塊中所指定的功能。類(lèi)似地，程序代碼也可以裝入到計(jì)算機(jī)或數(shù)據(jù)處理設(shè)備中以便程序代碼和計(jì)算機(jī)能夠提供一種執(zhí)行在一個(gè)或多個(gè)塊所指定的功能的裝置。
程序代碼還可以存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)媒體中比如磁盤(pán)或磁帶、磁泡存儲(chǔ)器、可編程存儲(chǔ)設(shè)備比如電子可擦可編程序只讀存貯器(EEPROM)等。所存儲(chǔ)的程序代碼控制計(jì)算機(jī)訪(fǎng)問(wèn)存儲(chǔ)媒體以實(shí)現(xiàn)其功能，以使存儲(chǔ)在存儲(chǔ)媒體中的程序代碼形成一制造件，該制造件包括用于實(shí)現(xiàn)在流程圖或示意圖塊中所指定的功能的程序代碼的裝置。程序代碼還裝入到計(jì)算機(jī)以執(zhí)行一系列的操作步驟，由此執(zhí)行步驟以使程序代碼連同計(jì)算機(jī)一起執(zhí)行在流程圖或示意圖中的塊所指定的功能的步驟。因此，流程圖和示意圖的塊支持執(zhí)行特定的功能的裝置、執(zhí)行特定的功能的裝置組合、執(zhí)行特定的功能的步驟和計(jì)算機(jī)可讀程序碼裝置的組合，這些塊包含在計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)媒體中并用于執(zhí)行指定的功能。
還應(yīng)該理解的是，所示的流程圖和示意圖的每個(gè)塊和在流程圖和示意圖中的塊的組合都可以通過(guò)特定的硬件、在通用計(jì)算機(jī)上的軟件或微程序或這兩者的組合來(lái)實(shí)現(xiàn)。例如，通過(guò)專(zhuān)用集成電路(ASIC)、可編程的柵極陣列或類(lèi)似的專(zhuān)用設(shè)備或通過(guò)裝入在微處理器、微控制器、DSP或其它的通用的計(jì)算機(jī)設(shè)備上并執(zhí)行的程序指令和數(shù)據(jù)來(lái)實(shí)現(xiàn)流程圖和示意圖的塊的功能。在本領(lǐng)域中的熟練技術(shù)人員還會(huì)理解到雖然參考實(shí)施例是應(yīng)用微處理器、微控制器、DSP或其它的通用的計(jì)算機(jī)設(shè)備數(shù)字地實(shí)施，但是還可以應(yīng)用模擬計(jì)算機(jī)或處理元件比如模擬濾波器、模擬算術(shù)部件等實(shí)施流程圖和示意圖的功能。A．應(yīng)用驅(qū)動(dòng)模式濾波估計(jì)實(shí)簡(jiǎn)正模態(tài)剩余撓度分量依據(jù)本發(fā)明的第一方面，通過(guò)濾去引起“驅(qū)動(dòng)”或“激勵(lì)”模式的管道運(yùn)動(dòng)部分確定在所研究的頻率(例如傳感器的激勵(lì)頻率)下和除了驅(qū)動(dòng)模式以外的模式相關(guān)的在基本為零質(zhì)量流量的情況下剩余管道運(yùn)動(dòng)。然后應(yīng)用實(shí)簡(jiǎn)正模態(tài)剩余撓度分量產(chǎn)生在未知的質(zhì)量流率下的質(zhì)量流量的剩余撓度補(bǔ)償估計(jì)。在模態(tài)坐標(biāo)域中或在物理坐標(biāo)域中通過(guò)模式選通濾波實(shí)施驅(qū)動(dòng)模式濾波。
依據(jù)第一種技術(shù)，應(yīng)用模態(tài)域計(jì)算產(chǎn)生剩余撓度補(bǔ)償質(zhì)量流量估計(jì)。估計(jì)在除了驅(qū)動(dòng)模式以外的至少一種模式中在基本為零質(zhì)量流的情況下的剩余實(shí)簡(jiǎn)正模態(tài)運(yùn)動(dòng)。然后處理表示在隨后未知的質(zhì)量流量的情況下的傳感器管道運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)信號(hào)以估計(jì)在未知的質(zhì)量流量的情況下的管道的實(shí)簡(jiǎn)正模態(tài)運(yùn)動(dòng)。然后從在未知的質(zhì)量流量的情況下所估計(jì)的實(shí)簡(jiǎn)正模態(tài)運(yùn)動(dòng)中抽取在基本為零的質(zhì)量流量的情況下的剩余實(shí)簡(jiǎn)正模態(tài)運(yùn)動(dòng)以產(chǎn)生在未知質(zhì)量流量的情況下實(shí)簡(jiǎn)正模態(tài)管道運(yùn)動(dòng)的剩余撓度補(bǔ)償估計(jì)。然后應(yīng)用管道運(yùn)動(dòng)的剩余撓度補(bǔ)償估計(jì)以應(yīng)用模態(tài)域質(zhì)量流量估計(jì)技術(shù)產(chǎn)生質(zhì)量流量的剩余撓度補(bǔ)償估計(jì)。
參考附圖8，通過(guò)應(yīng)用模態(tài)濾波器[φ]-1從物理坐標(biāo)域中在基本為零的質(zhì)量流量的情況下的管道運(yùn)動(dòng)表示{x}noflow中估計(jì)在基本為零的質(zhì)量流的情況下的實(shí)簡(jiǎn)正運(yùn)動(dòng){η}noflow:
{η}noflow=[φ]-1{x}noflow,(12)這里{η}noflow表示在基本為零質(zhì)量流的情況下模態(tài)響應(yīng)，{x}noflow表示在基本為零質(zhì)量流的情況下的物理量比如位移、速度等，例如通過(guò)從傳感器管道結(jié)構(gòu)相關(guān)的運(yùn)動(dòng)換能器中所接收的運(yùn)動(dòng)信號(hào)所表示的物理量。
應(yīng)用在與除了驅(qū)動(dòng)模式以外的其它模式相關(guān)的激勵(lì)頻率下的零流量的模態(tài)響應(yīng){η}noflow的實(shí)簡(jiǎn)正模態(tài)剩余撓度分量{ηresidual}noflow通過(guò)如下的方式產(chǎn)生在未知的質(zhì)量流量的情況下的質(zhì)量流量的剩余撓度補(bǔ)償估計(jì)從在未知的質(zhì)量流量的情況下的管道運(yùn)動(dòng)的物理域表示{x}flow中估計(jì)在未知的質(zhì)量流量的情況下的實(shí)簡(jiǎn)正模態(tài)運(yùn)動(dòng){η}flow并減去實(shí)簡(jiǎn)正模態(tài)剩余撓度分量{ηresidual}noflow以得到在未知的質(zhì)量流量的情況下的管道運(yùn)動(dòng)的剩余撓度補(bǔ)償估計(jì){η}flow,compensated:
{η}flow,compensated={η}flow-{ηresidual}noflow,(13)然后應(yīng)用在非零質(zhì)量流量的情況下實(shí)簡(jiǎn)正模態(tài)運(yùn)動(dòng)的剩余撓度補(bǔ)償估計(jì){η}flow,compensated并利用例如質(zhì)量流量估計(jì)器810產(chǎn)生質(zhì)量流量的剩余撓度補(bǔ)償估計(jì)45，該質(zhì)量流量估計(jì)器810用于從如在前文所提到的題為“應(yīng)用實(shí)簡(jiǎn)正模態(tài)分解的振動(dòng)管參數(shù)傳感器、方法和計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品”的專(zhuān)利申請(qǐng)中所描述的模態(tài)域坐標(biāo)中的實(shí)簡(jiǎn)正模態(tài)運(yùn)動(dòng)中直接估計(jì)質(zhì)量流量。
附圖9所示為應(yīng)用模態(tài)域計(jì)算產(chǎn)生剩余撓度補(bǔ)償質(zhì)量流量估計(jì)的示例性操作900。接收表示管道在基本為零的質(zhì)量流量的情況下的運(yùn)動(dòng)的許多運(yùn)動(dòng)信號(hào)(塊910)。從所接收的運(yùn)動(dòng)信號(hào)中估計(jì)在基本為零的質(zhì)量流量的情況下的剩余實(shí)簡(jiǎn)正模態(tài)運(yùn)動(dòng)(塊920)。然后接收表示管道在未知的質(zhì)量流量的情況下運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)信號(hào)(塊930)。從所接收的運(yùn)動(dòng)信號(hào)中估計(jì)在未知的質(zhì)量流量的情況下的剩余實(shí)簡(jiǎn)正模態(tài)運(yùn)動(dòng)(塊940)。然后從所估計(jì)的剩余實(shí)簡(jiǎn)正模態(tài)運(yùn)動(dòng)和所估計(jì)的在未知質(zhì)量流量的情況下的實(shí)簡(jiǎn)正模態(tài)運(yùn)動(dòng)中產(chǎn)生剩余撓度補(bǔ)償質(zhì)量流量估計(jì)(塊950)。
依據(jù)一種變型技術(shù)，在物理坐標(biāo)域中應(yīng)用模式選通濾波技術(shù)產(chǎn)生剩余撓度補(bǔ)償質(zhì)量流量估計(jì)。傳感器管道的運(yùn)動(dòng){x}可以看作由驅(qū)動(dòng)模式引起的物理運(yùn)動(dòng){xdrive}和由其它模式引起的剩余物理運(yùn)動(dòng){xresidual}之和{x}={xdrive}+{xresidual},(14)重新整理式(14)，{xresidual}={x}-{xdrive},(15)應(yīng)用反演技術(shù)，一般形式的模式選通濾波器矩陣[Ψ]為[Ψ]=[φ][A][φ]-1, (16)這里[A]是一種對(duì)角線(xiàn)矩陣，將其設(shè)計(jì)成通過(guò)如上文所描述的所選擇的模式，[φ]是模式形狀矩陣，其列對(duì)應(yīng)于模式形狀而行對(duì)應(yīng)于物理響應(yīng)的位置，[φ]-1是模態(tài)矩陣的廣義逆矩陣。
由驅(qū)動(dòng)模式引起的物理管道運(yùn)動(dòng)部分表示如下{xdrive}=[Ψ]drive{x}, (17)這里[Ψ]drive為設(shè)計(jì)成僅通過(guò)驅(qū)動(dòng)或激勵(lì)模式的模式選通濾波器。將方程式(16)和(17)代入方程式(15)，得{xresidual}=[I]-[Ψ]drive{x}(18)參考附圖10，通過(guò)下式從在未知流量的情況下的物理響應(yīng){x}flow和在基本為零的質(zhì)量流量的情況下的物理響應(yīng){x}noflow中估計(jì)在未知流量的情況下的物理運(yùn)動(dòng)的剩余撓度補(bǔ)償估計(jì){x}flow,compensated:
{x}flow,compensated={x}flow-([I]-[Ψ]drive){x}noflow,(19)因此，剩余撓度補(bǔ)償處理包含計(jì)算在基本為零的流量下的剩余撓度矢量和從在未知的流量的下的物理響應(yīng){x}flow中減去該矢量。然后利用剩余撓度補(bǔ)償估計(jì){x}flow,compensated即消除了剩余撓度相位差的響應(yīng)并應(yīng)用例如常規(guī)的質(zhì)量估計(jì)器1010應(yīng)用如在前文提到的題為“應(yīng)用實(shí)簡(jiǎn)正模態(tài)分解的振動(dòng)管參數(shù)傳感器、方法和計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品”的專(zhuān)利申請(qǐng)中所描述的相位測(cè)量技術(shù)產(chǎn)生質(zhì)量流量的估計(jì)45。
附圖11所示為依據(jù)這種基于模態(tài)濾波的技術(shù)產(chǎn)生剩余撓度補(bǔ)償質(zhì)量流量估計(jì)的示例性操作1100。接收表示管道在基本為零的質(zhì)量流量的情況下的運(yùn)動(dòng)信號(hào)(塊1110)。對(duì)所接收的信號(hào)按如上描述進(jìn)行模式選通濾波以估計(jì)在基本為零的質(zhì)量流量的情況下的剩余物理運(yùn)動(dòng)(塊1120)。然后接收表示管道在未知的質(zhì)量流量的情況下管道運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)信號(hào)(塊1130)。確定在未知的質(zhì)量流量的情況下的物理運(yùn)動(dòng)(塊1140)，并從所估計(jì)的剩余物理運(yùn)動(dòng)和所估計(jì)的在未知質(zhì)量流量的情況下的物理運(yùn)動(dòng)中產(chǎn)生剩余撓度補(bǔ)償質(zhì)量流量估計(jì)(塊1150)。B．動(dòng)態(tài)調(diào)零依據(jù)本發(fā)明的另一方面，估計(jì)兩個(gè)實(shí)簡(jiǎn)正模態(tài)剩余撓度分量并用其產(chǎn)生剩余撓度補(bǔ)償質(zhì)量流量估計(jì)。如上所述從表示在基本為零的質(zhì)量流量的情況下的運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)信號(hào)中產(chǎn)生第一實(shí)簡(jiǎn)正模態(tài)剩余撓度分量。在非零的質(zhì)量流量的情況下估計(jì)第二“動(dòng)態(tài)”實(shí)簡(jiǎn)正模態(tài)剩余撓度分量，由此當(dāng)應(yīng)用傳感器來(lái)更新傳感器的零偏移校準(zhǔn)時(shí)可以周期性地重新估計(jì)而不要求停止質(zhì)量流。應(yīng)用該第一和第二實(shí)簡(jiǎn)正模態(tài)剩余撓度分量來(lái)產(chǎn)生剩余撓度補(bǔ)償質(zhì)量流量估計(jì)。
本發(fā)明的本方面如下實(shí)現(xiàn)傳感器管道的實(shí)簡(jiǎn)正模式總可以分為“與流量較強(qiáng)相關(guān)”或“與流量較弱相關(guān)”。與流量較強(qiáng)相關(guān)的模式是那些具有對(duì)流經(jīng)傳感器管道的流率敏感的響應(yīng)的模式，而與流量較弱相關(guān)的模式是對(duì)流率非常不敏感的模式。與流量較弱相關(guān)的模式包括例如如上所描述的實(shí)驗(yàn)地分析的傳感器的橫向模式。
與流量較強(qiáng)相關(guān)的模式對(duì)在基本為零的流量下的剩余撓度有作用。在許多情況下，比較合理的是假設(shè)與流量較強(qiáng)相關(guān)的模式相應(yīng)的剩余撓度是時(shí)間的相對(duì)不變量，這意味著在流量模式中的變化可能不產(chǎn)生零漂移。然而，與流量較弱相關(guān)的模式可以對(duì)流率相對(duì)不敏感，但對(duì)邊界條件的變化敏感。當(dāng)這些模式變化時(shí)邊界條件的變化導(dǎo)致較短或較長(zhǎng)的零失調(diào)漂移。例如，邊界條件的變化可以造成如上所描述的示例性傳感器的橫向模式頻率的移動(dòng)，導(dǎo)致該模式對(duì)剩余撓度或零偏移的變化。
為了說(shuō)明，應(yīng)用如上所描述的三英寸傳感器的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，該傳感器的模態(tài)(或“模式形狀”)矩陣[φ]可以減小為3列，分別對(duì)應(yīng)于在125赫茲的驅(qū)動(dòng)(異相彎曲)模式、在132赫茲的同相橫向模式以及異相扭曲模式 模態(tài)矩陣[φ]的行對(duì)應(yīng)于右邊、驅(qū)動(dòng)和左邊的換能器位置以及如上所描述的隨后的斜交的和橫向的加速度計(jì)。
應(yīng)用N的實(shí)簡(jiǎn)正模式r的模態(tài)矩陣[φ]、模式比例系數(shù)Qr和極點(diǎn)λr來(lái)確定頻率響應(yīng)函數(shù)矩陣[H]H(jω)=Σr=1N[φr·Qr·φrTjω-λr+φr·Q*r·φTjω-λr*]---(20)]]>響應(yīng)矢量{x}可以從頻率響應(yīng)函數(shù)矩陣[H]和驅(qū)動(dòng)力{F}中計(jì)算，調(diào)用下式{x}=[H]{F}, (21)三種模式的模態(tài)響應(yīng)可以應(yīng)用模態(tài)濾波器提取，應(yīng)用例如反演法從模態(tài)矩陣[φ]中構(gòu)造該模態(tài)濾波器。附圖12A-B所示分別為示例性系統(tǒng)的物理響應(yīng)x和模態(tài)響應(yīng)ηbend,ηtwist,ηlateral的幅值和相位的頻率函數(shù)。
通過(guò)計(jì)算在左右換能器產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)信號(hào)之間的相位角度并除以激勵(lì)頻率ωd以確定時(shí)間差Δt來(lái)計(jì)算物理響應(yīng)的剩余撓度引起的時(shí)間延遲。對(duì)于在附圖12A-B中給定的數(shù)據(jù)Δt=∠(x1)-∠(x3)ωd=146nsec.]]>可以確定兩種不同的模式選通濾波器，包括第一模式選通濾波器和第二模式選通濾波器，該第一模式選通濾波器通過(guò)彎曲的和橫向的模式以產(chǎn)生物理響應(yīng)矢量{x}bl，而該第二模式選通濾波器通過(guò)彎曲的和扭曲的模式以產(chǎn)生物理響應(yīng)矢量{x}bt 和 這里{xbl(ωd)}、{xbt(ωd)}和{η(ωd)}分別是綜合的彎曲的和橫向的模式的物理響應(yīng)矢量、綜合的彎曲的和扭曲的模式的物理響應(yīng)矢量以及模態(tài)響應(yīng)矢量，所有這些都在激勵(lì)頻率ωd下得出。
計(jì)算實(shí)驗(yàn)分析的傳感器在零流量下的每個(gè)模式的帶通濾波的分量{xbl(ωd)}、{xbt(ωd)}的零偏移的作用Δtbl=∠(xbl1)-∠(xbl3)ωd=11nsec,]]>和Δtbt=∠(xbt1)-∠(xbt3)ωd=135nsec,]]>即，橫向模式響應(yīng)對(duì)應(yīng)于11納秒的零偏移，而扭曲模式的響應(yīng)對(duì)應(yīng)于135納秒的零偏移。
與流量相關(guān)的扭曲模式響應(yīng)通常與流量混淆，因此很難確定在流動(dòng)的情況下的由這種模式引起的零偏移。然而，與流量相關(guān)的扭曲模式通常與邊界條件去耦并可以認(rèn)為是時(shí)間的不變量。與流量較弱相關(guān)的橫向模式分量可以認(rèn)為對(duì)流率不敏感，但對(duì)邊界條件變化相當(dāng)大。
例如，如果由于邊界條件的改變引起橫向模式的振動(dòng)頻率降低4赫茲，則相應(yīng)的模態(tài)對(duì)零偏移的貢獻(xiàn)為Δtbl=∠(xbl1)-∠(xbl3)ωd=23nsec,]]>和Δtbt=∠(xbt1)-∠(xbt3)ωd=135nsec.]]>利用來(lái)自新的橫向模式頻率的影響總的零偏移為158納秒，即由于橫向模式的振動(dòng)頻率的變化造成了變化。由于橫向模式頻率移動(dòng)不影響扭曲模式，與扭曲模式的響應(yīng)相關(guān)的零偏移Δtbt為135納秒，即未變化。
可以明顯地看出，可以跟蹤與流量較弱相關(guān)的模式的變化以監(jiān)測(cè)邊界條件的變化。在非零的流量的情況下可以監(jiān)測(cè)與流量較弱相關(guān)的模式的變化，由此補(bǔ)償剩余撓度以動(dòng)態(tài)地更新而不需要流量停止。
附圖13所示為依據(jù)動(dòng)態(tài)調(diào)零的技術(shù)產(chǎn)生剩余撓度補(bǔ)償質(zhì)量流量估計(jì)的實(shí)例性操作1300。估計(jì)在基本為零的質(zhì)量流量的情況下的與流量較強(qiáng)相關(guān)的實(shí)簡(jiǎn)正模式(例如如上所描述的傳感器的扭曲模式)相關(guān)的第一實(shí)簡(jiǎn)正模態(tài)剩余撓度分量(塊1310)。估計(jì)在非零質(zhì)量流量的情況下的與流量較弱相關(guān)的模式(例如上文所描述的傳感器的橫向模式)相關(guān)的第二實(shí)簡(jiǎn)正模態(tài)剩余撓度分量(塊1320)。然后接受表示管道運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)信號(hào)(塊1330)，并應(yīng)用第一和第二實(shí)簡(jiǎn)正模態(tài)剩余撓度分量從該運(yùn)動(dòng)信號(hào)中估計(jì)剩余撓度補(bǔ)償質(zhì)量流量的估計(jì)(塊1340)。隨后，更新第二實(shí)簡(jiǎn)正模態(tài)剩余撓度分量(塊1320)，接受附加的運(yùn)動(dòng)信號(hào)(塊1330)以及應(yīng)用所更新的第二實(shí)簡(jiǎn)正模態(tài)剩余撓度分量從所接受的運(yùn)動(dòng)信號(hào)中產(chǎn)生新的剩余撓度補(bǔ)償質(zhì)量流量估計(jì)(塊1340)。可以理解的是應(yīng)用上文中參考附圖5-11所描述的技術(shù)和裝置在附圖13中所示的估計(jì)過(guò)程可以在模態(tài)域中或在物理域中執(zhí)行。
應(yīng)用該模式的預(yù)定的頻率響應(yīng)函數(shù)而不測(cè)量實(shí)際管道運(yùn)動(dòng)從理想模式的極點(diǎn)估計(jì)中計(jì)算特定的實(shí)簡(jiǎn)正模式例如上文描述的橫向模式的模態(tài)響應(yīng)。例如，不測(cè)量橫向模式的模態(tài)響應(yīng)，對(duì)于已知的力{F}應(yīng)用方程式(20)和(21)并設(shè)定r=2可以計(jì)算橫向模式的模態(tài)響應(yīng)估計(jì)。
通過(guò)估計(jì)振動(dòng)型比例估計(jì)實(shí)簡(jiǎn)正剩余運(yùn)動(dòng)依據(jù)本發(fā)明的另一方面，在除了給定的頻率(例如激勵(lì)頻率)以外的頻率上的實(shí)簡(jiǎn)正模式中的所測(cè)量的運(yùn)動(dòng)中估計(jì)在給定的頻率上的實(shí)簡(jiǎn)正模式相關(guān)的剩余撓度，在該激勵(lì)頻率上測(cè)量相位或時(shí)間差。例如，在激勵(lì)頻率附近的頻率上測(cè)量實(shí)簡(jiǎn)正模態(tài)運(yùn)動(dòng)，并應(yīng)用所測(cè)量的運(yùn)動(dòng)在激勵(lì)頻率上內(nèi)插剩余撓度。依據(jù)本發(fā)明，各種線(xiàn)性的、多項(xiàng)式的或其它的插值技術(shù)都可以使用以從在除了激勵(lì)頻率以外的頻率附近上所測(cè)量的實(shí)簡(jiǎn)正模態(tài)運(yùn)動(dòng)中產(chǎn)生在激勵(lì)頻率上的實(shí)簡(jiǎn)正模態(tài)運(yùn)動(dòng)估計(jì)。
依據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，應(yīng)用最小二乘法技術(shù)將在實(shí)簡(jiǎn)正模式中所測(cè)量的表示運(yùn)動(dòng)的數(shù)據(jù)擬合到所假設(shè)的應(yīng)用在其上響應(yīng)更容易測(cè)量的頻率上的測(cè)量值的頻率響應(yīng)或“脈沖”函數(shù)，對(duì)于所研究的模式r而言單自由度的頻率響應(yīng)或“脈沖”函數(shù)通常采用如下的形式Δr(ω)=ηrNr=kr(-jjω-λr+(-j)*jω-λr*),----(22)]]>這里λr為模式r的特征值，ηr表示在模式r中的運(yùn)動(dòng)，Nr為在模式r中的模態(tài)激勵(lì)，Kr為測(cè)量模態(tài)響應(yīng)Δr的標(biāo)量，以及*表示復(fù)共扼。從測(cè)量值中設(shè)定或估計(jì)特征值λr。例如，應(yīng)用許多公知的極點(diǎn)估計(jì)技術(shù)比如D.J.Ewing在“模態(tài)測(cè)試?yán)碚摵蛯?shí)踐”(John Wiley和Sons,Inc.(1984))中所描述的技術(shù)估計(jì)特征值λr。
特征值是一種具有表示模式r的阻尼的實(shí)部和表示模式r的衰減的自然頻率ωmr的虛部的復(fù)數(shù)。模式的阻尼很難測(cè)量，但是對(duì)于典型的科里奧利質(zhì)量流量計(jì)，可以認(rèn)為阻尼很低。假設(shè)忽略該阻尼Δr(ω)=ηrNr=κr(-jjω-jωmr+(-j)*jω+jωmr).]]>(23)
如上文所描述，與流量相關(guān)的模式的響應(yīng)比如附圖所示的實(shí)例性的傳感器的扭曲模式的響應(yīng)通常與流量混淆，這就使得很難測(cè)量在非零流量的情況下與在激勵(lì)頻率附近的模式相連的剩余撓度。然而，以{Δr}表示響應(yīng)流量高度相關(guān)的實(shí)簡(jiǎn)正模式的脈沖函數(shù)的矢量，應(yīng)用最小二乘方方法計(jì)算“比例矩陣”[k]，該“比例矩陣”[k]將在遠(yuǎn)離該激勵(lì)頻率的頻率下的流量相關(guān)的模式中的所測(cè)量運(yùn)動(dòng)關(guān)聯(lián)到脈沖函數(shù)矢量{Δr}。然后通過(guò)將比例變換[k]應(yīng)用到脈沖函數(shù)矢量{Δr}中應(yīng)用“比例矩陣”[k]產(chǎn)生由流量相關(guān)的模式引起的在激勵(lì)頻率下的精確的剩余撓度估計(jì)。
具體地說(shuō)，在非零流量的情況下以一個(gè)或多個(gè)所選擇的頻率ωs激勵(lì)管道結(jié)構(gòu)。雖然可以任意選擇這些選定頻率ωs，但是越遠(yuǎn)離該激勵(lì)(驅(qū)動(dòng))頻率ωd，通常通過(guò)該管道的質(zhì)量流使流量相關(guān)的模式的模態(tài)響應(yīng)變形更小。可取的是，用于估計(jì)模式r的所選擇的頻率ωs在模式r的諧振頻率ωmr的附近。
應(yīng)用在所選擇的頻率ωs下例如通過(guò)直接測(cè)量或從參數(shù)比如驅(qū)動(dòng)電流中推導(dǎo)出的已知的物理力{F}。通過(guò)如下的變換式可以將物理力{F}變換到模態(tài)激勵(lì){N}:
{N}=[φ]T{F} (24)通過(guò)如下的變換將對(duì)力{F}的物理響應(yīng){x}變換成模態(tài)響應(yīng){η}{η}=[φ]-1{x}(25)對(duì)于在許多所選擇的頻率[ωs]下獲得模式r的模態(tài)響應(yīng)矩陣[ηr(ωs)Nr]flow]]>，假設(shè)[ηr(ωs)Nr(ωs)]flow=[κ][Δ(λr,ωs)],------(26)]]>這里，[Δ(λr,ωs)]表示通過(guò)計(jì)算在許多所選擇的頻率ωs下的模式r的脈沖函數(shù)的矢量{Δr}產(chǎn)生的矩陣。解方程式(26)得比例矩陣[κ]=[ηr(ωS)N]flow[Δ(λr,ωs)]+,------(27)]]>這里+表示偽逆矩陣。
因此，在零流量下在頻率ω下的模態(tài)響應(yīng)[ηr(ω)Nr(ω)]noflow]]>即在頻率ω下的與流量相關(guān)的模式相連的運(yùn)動(dòng)可以通過(guò)下式估計(jì)(在模態(tài)域坐標(biāo)系中)[ηr(ω)Nr(ω)]≅[κ]{Δr(λr,ω)}=[ηr(ωs)Nr(ωs)]flow[Δr(λr,ωs)]+{Δr(λr,ω)}.------(28)]]>通常，通過(guò)在方程式(28)中設(shè)定ω=ωd，實(shí)現(xiàn)估計(jì)在激勵(lì)頻率ωd下與流量相關(guān)的模式相連的剩余撓度。
如上文所描述，確定流量相關(guān)的模式即扭曲模式的剩余撓度。然而，可以理解的是上文所描述的方法還可以應(yīng)用到更小的流量相關(guān)模式中。例如，與可忽略的流量相關(guān)的橫向模式比如所描述的附圖1的實(shí)例性的傳感器的模式相對(duì)應(yīng)的剩余撓度可以類(lèi)似從描述橫向模式的頻率響應(yīng)的脈沖函數(shù)中估計(jì)出來(lái)。
在給定頻率下剩余撓度補(bǔ)償實(shí)簡(jiǎn)正模態(tài)運(yùn)動(dòng)估計(jì)即用于補(bǔ)償與不希望的模式相連的剩余撓度的實(shí)簡(jiǎn)正模態(tài)運(yùn)動(dòng)可以通過(guò)測(cè)量在該給定頻率下的實(shí)簡(jiǎn)正模態(tài)運(yùn)動(dòng){η}flow并減去與不希望的模式相關(guān)的剩余實(shí)簡(jiǎn)正模態(tài)運(yùn)動(dòng){η}noflow得出。假設(shè)恒定的模態(tài)激勵(lì){N}，則通過(guò)下式給出剩余撓度補(bǔ)償實(shí)簡(jiǎn)正模態(tài)運(yùn)動(dòng){η}flow,compensated:
{η}flow,compensated={η}flow-{η}noflow,(29)然后應(yīng)用補(bǔ)償?shù)膶?shí)簡(jiǎn)正模態(tài)運(yùn)動(dòng)以與上文所描述的方式類(lèi)似的方式來(lái)產(chǎn)生在未知的流量下的剩余撓度補(bǔ)償?shù)馁|(zhì)量流量的估計(jì)。
在一些應(yīng)用中在物理坐標(biāo)系中可以更方便地確定剩余撓度。從模態(tài)坐標(biāo)域變換到物理坐標(biāo)域，在物理坐標(biāo)域中管道運(yùn)動(dòng)的剩余撓度補(bǔ)償估計(jì)表示如下{x(ω}}flow,compensated=[φ]{η(ω)}flow,compensated, (30)為補(bǔ)償與流量相關(guān)的模式的剩余撓度，例如{x(ω)}flow,compensated=[φ][Adrive][φ]-1{x(ω)}flow+[φ][Aflowmode][φ]-1{x(ω)}flow-(31)[φ][Aflowmode][φ]-1[x(ωs)][Δr(λr,ωs)]+{Δr(λr,ω)}，這里[Adrive]和[Aflowmode]都是對(duì)角線(xiàn)矩陣，并分別將其設(shè)計(jì)成通過(guò)驅(qū)動(dòng)模式和流量相關(guān)的模式。根據(jù)分別用于驅(qū)動(dòng)模式和流量相關(guān)模式的模式選通濾波器[Ψdrive]和[Ψflowmode]整理方程式(31)得{x(ω)}flow,compensated=[Ψdrive]{x(ω)}flow+[Ψflowmode]{x(ω)}flow-[Ψfloumode][x(ωs)][Δr(λr,ωs)]+{Δr(λr,ω)}.(32)附圖14說(shuō)明了產(chǎn)生剩余撓度補(bǔ)償質(zhì)量流量估計(jì)的實(shí)例性操作1400。確定描述在實(shí)簡(jiǎn)正模式下的傳感器管道的運(yùn)動(dòng)函數(shù)作為頻率函數(shù)(塊1410)。確定在所選擇的頻率即實(shí)簡(jiǎn)正模式的諧振頻率附近的頻率下表示管道運(yùn)動(dòng)的值(塊1420)。例如，接收表示在非零流量的情況下的傳感器管道運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)信號(hào)，由此在實(shí)簡(jiǎn)正模式的諧振頻率附近的許多所選擇的頻率下從所接收的信號(hào)中確定在實(shí)簡(jiǎn)正模式中的運(yùn)動(dòng)。然后例如應(yīng)用如上文所描述的最小二乘方的方法估計(jì)與實(shí)簡(jiǎn)正模式相關(guān)的實(shí)簡(jiǎn)正模態(tài)剩余撓度分量(塊1430)。然后接收表示在未知的質(zhì)量流量的情況下管道運(yùn)動(dòng)的許多運(yùn)動(dòng)信號(hào)(塊1440)，從所接收的運(yùn)動(dòng)信號(hào)和所估計(jì)的實(shí)簡(jiǎn)正模態(tài)剩余撓度分量中產(chǎn)生剩余撓度補(bǔ)償?shù)馁|(zhì)量流量估計(jì)(塊1450)。
附圖15所示為在模態(tài)坐標(biāo)域中產(chǎn)生質(zhì)量流量的剩余撓度補(bǔ)償估計(jì)的應(yīng)用中估計(jì)剩余實(shí)簡(jiǎn)正模態(tài)運(yùn)動(dòng)的操作1500。確定描述在實(shí)簡(jiǎn)正模式中運(yùn)動(dòng)的脈沖函數(shù)(塊1510)。接收表示管道運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)信號(hào)(塊1520)。處理所接收的運(yùn)動(dòng)信號(hào)以產(chǎn)生表示在許多所選擇的頻率下管道運(yùn)動(dòng)的第一系列值(塊1530)。例如，第一系列值描述在該模式的諧振頻率附近的許多所選擇的頻率下的流量相關(guān)的模式中的運(yùn)動(dòng)。在許多所選擇的頻率下計(jì)算所確定的脈沖函數(shù)以產(chǎn)生第二系列值(塊1540)。然后從第一和第二系列值中例如應(yīng)用方程式(27)確定模式比例變換(塊1550)。然后從比例變換和脈沖函數(shù)中確定在所研究的頻率例如激勵(lì)頻率下的剩余實(shí)簡(jiǎn)正模態(tài)運(yùn)動(dòng)(塊1560)，并利用它例如應(yīng)用參考附圖9所描述的技術(shù)來(lái)產(chǎn)生剩余撓度補(bǔ)償質(zhì)量流量估計(jì)(塊1570)。
附圖16所示為在物理坐標(biāo)域中產(chǎn)生剩余撓度補(bǔ)償質(zhì)量流量估計(jì)的實(shí)例性的操作1600。確定描述在實(shí)簡(jiǎn)正模式例如流量相關(guān)模式或其它模式中的運(yùn)動(dòng)的脈沖函數(shù)(塊1610)。接收表示管道運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)信號(hào)例如表示在非零的質(zhì)量流量的情況下的管道運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)信號(hào)(塊1620)。處理所接收的運(yùn)動(dòng)信號(hào)以產(chǎn)生表示在許多所選擇的頻率下管道運(yùn)動(dòng)的第一系列值(塊1630)。在許多所選擇的頻率下計(jì)算所確定的脈沖函數(shù)以產(chǎn)生第二系列值(塊1640)。在所研究的頻率例如激勵(lì)頻率下計(jì)算脈沖函數(shù)(塊1650)，將模式選通濾波器應(yīng)用到在所研究的頻率下第一系列值、第二系列值和脈沖函數(shù)值的乘積中以根據(jù)方程式(32)產(chǎn)生在該研究的頻率下剩余物理運(yùn)動(dòng)估計(jì)(塊1660)。然后利用所估計(jì)的剩余物理運(yùn)動(dòng)并應(yīng)用例如參考附圖11所描述的技術(shù)來(lái)產(chǎn)生剩余撓度補(bǔ)償質(zhì)量流量估計(jì)(塊1670)。Ⅲ．結(jié)論依據(jù)本發(fā)明，通過(guò)將質(zhì)量流量傳感器的振動(dòng)管道的運(yùn)動(dòng)分解為實(shí)簡(jiǎn)正模態(tài)分量來(lái)確定“剩余撓度”即由于實(shí)簡(jiǎn)正模式的非諧振的影響引起的繼續(xù)運(yùn)動(dòng)。估計(jì)與管道運(yùn)動(dòng)的至少一種實(shí)簡(jiǎn)正模式相關(guān)的實(shí)簡(jiǎn)正模態(tài)剩余撓度分量并應(yīng)用它來(lái)產(chǎn)生剩余撓度補(bǔ)償質(zhì)量流量估計(jì)。
從表示在基本為零的質(zhì)量流量的情況下的管道運(yùn)動(dòng)的信號(hào)中估計(jì)實(shí)簡(jiǎn)正模態(tài)剩余撓度分量。該估計(jì)可以在模態(tài)坐標(biāo)域中執(zhí)行或在物理坐標(biāo)域中通過(guò)應(yīng)用模式選通濾波來(lái)執(zhí)行。實(shí)簡(jiǎn)正模態(tài)剩余撓度分量包括從表示傳感器管道在基本為零的質(zhì)量流量的情況下的運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)信號(hào)中估計(jì)的第一分量和第二“動(dòng)態(tài)”分量，該第二“動(dòng)態(tài)”分量可以從表示管道在非零的質(zhì)量流量的情況下的運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)信號(hào)中產(chǎn)生。在非零的流量的情況下可以動(dòng)態(tài)地更新第二分量。
依據(jù)本發(fā)明的另一方面，確定描述振動(dòng)管道在實(shí)簡(jiǎn)正模式中的運(yùn)動(dòng)作為頻率函數(shù)即頻率響應(yīng)函數(shù)或脈沖函數(shù)的函數(shù)。應(yīng)用該函數(shù)通過(guò)將實(shí)際管道運(yùn)動(dòng)的測(cè)量擬合到該函數(shù)來(lái)估計(jì)與實(shí)簡(jiǎn)正模式相關(guān)的剩余實(shí)簡(jiǎn)正模態(tài)分量，例如通過(guò)測(cè)量在許多所選擇的頻率下在實(shí)簡(jiǎn)正模式中傳感器管道的許多運(yùn)動(dòng)值并應(yīng)用最小二乘方技術(shù)確定實(shí)簡(jiǎn)正模式的模式比例。應(yīng)用該模式比例產(chǎn)生實(shí)簡(jiǎn)正模態(tài)剩余撓度分量的估計(jì)。
依據(jù)本發(fā)明所應(yīng)用的實(shí)簡(jiǎn)正模態(tài)分解技術(shù)能夠提供更精確的剩余撓度估計(jì)。例如更精確的剩余撓度估計(jì)可以改善在相位或時(shí)間差類(lèi)型的質(zhì)量流量測(cè)量中對(duì)零偏移的補(bǔ)償。此外，依據(jù)本發(fā)明的一些方面，可以不要求在傳感器管道中的零質(zhì)量流量而進(jìn)行剩余撓度估計(jì)。
本發(fā)明的附圖和說(shuō)明書(shū)公開(kāi)本發(fā)明的實(shí)施例。雖然是應(yīng)用特定的方式進(jìn)行描述，但是它們可以應(yīng)用在通用的傳感器中而不受特定的目的的限制?？梢灶A(yù)計(jì)的是在本領(lǐng)域中熟練的技術(shù)人員可以在如下的權(quán)利要求所限定的范圍內(nèi)設(shè)計(jì)或使用等價(jià)的實(shí)施例。
權(quán)利要求
1．一種估計(jì)流經(jīng)在過(guò)程參數(shù)測(cè)量裝置中的振動(dòng)管道的材料的過(guò)程參數(shù)的方法，所說(shuō)的方法包括如下的步驟(710)估計(jì)與所說(shuō)的管道的實(shí)簡(jiǎn)正模式運(yùn)動(dòng)相關(guān)的實(shí)簡(jiǎn)正模態(tài)剩余撓度分量；(720)接收表示所說(shuō)的管道在沿著所說(shuō)的管道的不同的點(diǎn)上的運(yùn)動(dòng)的許多運(yùn)動(dòng)信號(hào)；以及(730)從所說(shuō)的許多運(yùn)動(dòng)信號(hào)和所說(shuō)的實(shí)簡(jiǎn)正模態(tài)剩余撓度分量中產(chǎn)生所說(shuō)的過(guò)程參數(shù)的剩余撓度補(bǔ)償估計(jì)。
2．權(quán)利要求1所述的方法，其中所說(shuō)的實(shí)簡(jiǎn)正模態(tài)剩余撓度分量包括在基本為零的流量的情況下的實(shí)簡(jiǎn)正模態(tài)運(yùn)動(dòng)和在未知的質(zhì)量流量情況的實(shí)簡(jiǎn)正模態(tài)情況，所說(shuō)的估計(jì)所說(shuō)的實(shí)簡(jiǎn)正模態(tài)剩余撓度分量的步驟(710)包括如下的步驟(910)接收表示所說(shuō)的管道在基本為零的質(zhì)量流量的情況下的運(yùn)動(dòng)的第一系列運(yùn)動(dòng)信號(hào)；(920)從所說(shuō)的第一系列運(yùn)動(dòng)信號(hào)中估計(jì)在所說(shuō)的基本為零的質(zhì)量流量的情況下所說(shuō)的剩余實(shí)簡(jiǎn)正模態(tài)運(yùn)動(dòng)；(930)接收表示所說(shuō)的管道在未知的質(zhì)量流量的情況下的運(yùn)動(dòng)的第二系列運(yùn)動(dòng)信號(hào)；(940)從所說(shuō)的第二系列運(yùn)動(dòng)信號(hào)中估計(jì)在所說(shuō)的未知的質(zhì)量流量的情況下所說(shuō)的剩余實(shí)簡(jiǎn)正模態(tài)運(yùn)動(dòng)。
3．權(quán)利要求2所述的方法，其中所說(shuō)的估計(jì)所說(shuō)的過(guò)程參數(shù)的步驟(730)包括如下的步驟(950)從在所說(shuō)的基本為零的流量的情況下所說(shuō)的剩余實(shí)簡(jiǎn)正模態(tài)運(yùn)動(dòng)和在所說(shuō)的未知的質(zhì)量流量情況下所說(shuō)的剩余實(shí)簡(jiǎn)正模態(tài)運(yùn)動(dòng)中產(chǎn)生所說(shuō)的過(guò)程參數(shù)的所說(shuō)的剩余撓度補(bǔ)償估計(jì)。
4．權(quán)利要求1所述的方法，其中所說(shuō)的估計(jì)所說(shuō)的實(shí)簡(jiǎn)正模態(tài)剩余撓度分量的步驟(710)包括如下的步驟(1110)接收表示所說(shuō)的管道在基本為零的質(zhì)量流量的情況下的運(yùn)動(dòng)的第一系列運(yùn)動(dòng)信號(hào)；(1120)對(duì)所說(shuō)的第一系列運(yùn)動(dòng)信號(hào)進(jìn)行模式選通濾波以估計(jì)在所說(shuō)的基本為零的質(zhì)量流量的情況下剩余物理運(yùn)動(dòng)；(1130)接收表示所說(shuō)的管道在未知的質(zhì)量流量的情況下的運(yùn)動(dòng)的第二系列運(yùn)動(dòng)信號(hào)；以及(1140)估計(jì)在所說(shuō)的未知的質(zhì)量流量的情況下的物理運(yùn)動(dòng)。
5．權(quán)利要求4所述的方法，其中所說(shuō)的估計(jì)所說(shuō)的過(guò)程參數(shù)的步驟(730)包括如下的步驟從所說(shuō)的物理運(yùn)動(dòng)和所說(shuō)的剩余物理運(yùn)動(dòng)的許多運(yùn)動(dòng)信號(hào)中產(chǎn)生所說(shuō)的過(guò)程參數(shù)的所說(shuō)的剩余撓度補(bǔ)償估計(jì)。
6．權(quán)利要求1所述的方法，其中所說(shuō)的估計(jì)所說(shuō)的實(shí)簡(jiǎn)正模態(tài)剩余撓度分量的步驟(710)包括如下的步驟(1310)估計(jì)在基本為零的質(zhì)量流量的情況下與流量相關(guān)的實(shí)簡(jiǎn)正模式相應(yīng)的第一實(shí)簡(jiǎn)正模態(tài)剩余撓度分量；以及(1320)估計(jì)在未知的質(zhì)量流量的情況下與流量相關(guān)的模式相應(yīng)的第二實(shí)簡(jiǎn)正模態(tài)剩余撓度分量。
7．權(quán)利要求6所述的方法，其中所說(shuō)的估計(jì)所說(shuō)的過(guò)程參數(shù)的步驟(730)包括如下的步驟(1340)從所說(shuō)的所接收的許多運(yùn)動(dòng)信號(hào)、所說(shuō)的第一實(shí)簡(jiǎn)正模態(tài)剩余撓度分量和所說(shuō)的第二實(shí)簡(jiǎn)正模態(tài)剩余撓度分量中產(chǎn)生所說(shuō)的過(guò)程參數(shù)的剩余撓度補(bǔ)償估計(jì)。
8．權(quán)利要求1所述的方法，其中所說(shuō)的估計(jì)所說(shuō)的實(shí)簡(jiǎn)正模態(tài)剩余撓度分量的步驟(710)包括如下的步驟(1410)確定描述在實(shí)簡(jiǎn)正模式中管道運(yùn)動(dòng)作為頻率函數(shù)的函數(shù)；(1420)確定表示在所選擇的頻率下所說(shuō)的管道運(yùn)動(dòng)的值；以及(1430)通過(guò)將所說(shuō)的值擬合到所說(shuō)的函數(shù)中估計(jì)所說(shuō)的實(shí)簡(jiǎn)正剩余撓度分量。
9．權(quán)利要求1所述的方法，其中所說(shuō)的估計(jì)所說(shuō)的實(shí)簡(jiǎn)正模態(tài)剩余撓度分量的步驟(710)包括如下的步驟(1510)確定描述在實(shí)簡(jiǎn)正模式中管道運(yùn)動(dòng)作為頻率函數(shù)的函數(shù)。
10．權(quán)利要求9所述的方法，其中所說(shuō)的估計(jì)所說(shuō)的過(guò)程參數(shù)的步驟(730)包括如下的步驟(1530)在許多所選擇的頻率下產(chǎn)生表示實(shí)簡(jiǎn)正模態(tài)運(yùn)動(dòng)的第一系列值；(1540)計(jì)算在模式諧振頻率附近的所說(shuō)的許多所選擇頻率下的所說(shuō)的函數(shù)以產(chǎn)生第二系列值；(1550)從所說(shuō)的第一系列值和所說(shuō)的第二系列值中確定模式比例變換；(1560)從所說(shuō)的模式比例變換和所說(shuō)的函數(shù)中估計(jì)在驅(qū)動(dòng)頻率下的剩余實(shí)簡(jiǎn)正模態(tài)運(yùn)動(dòng)；以及(1570)從在所說(shuō)的驅(qū)動(dòng)頻率下的所說(shuō)的所估計(jì)的剩余實(shí)簡(jiǎn)正模態(tài)運(yùn)動(dòng)中產(chǎn)生所說(shuō)的剩余撓度補(bǔ)償過(guò)程參數(shù)。
11．權(quán)利要求9所述的方法，其中所說(shuō)的估計(jì)所說(shuō)的過(guò)程參數(shù)的步驟(730)包括如下的步驟(1630)產(chǎn)生表示所說(shuō)的管道在許多所選擇的頻率下的物理運(yùn)動(dòng)的第一矩陣；(1640)計(jì)算在模式諧振頻率附近的所說(shuō)的許多所選擇頻率下的所說(shuō)的函數(shù)以產(chǎn)生第二矩陣；(1650)計(jì)算在所說(shuō)的驅(qū)動(dòng)頻率下的所說(shuō)的第二矩陣；(1660)對(duì)所說(shuō)的第一矩陣、所說(shuō)的第二矩陣以及所說(shuō)的函數(shù)的所說(shuō)的估計(jì)的乘積進(jìn)行模式選通濾波以產(chǎn)生在驅(qū)動(dòng)頻率下所說(shuō)的剩余物理運(yùn)動(dòng)的估計(jì)；以及(1670)在所說(shuō)的驅(qū)動(dòng)頻率下從所說(shuō)的剩余物理運(yùn)動(dòng)的所說(shuō)的估計(jì)中產(chǎn)生所說(shuō)的過(guò)程參數(shù)的所說(shuō)的估計(jì)。
12．一種裝置(5)，用于產(chǎn)生流經(jīng)在所說(shuō)的裝置中的振動(dòng)管道(103A-103B)的材料的過(guò)程參數(shù)的估計(jì)，所說(shuō)的裝置包括振動(dòng)所說(shuō)的管道的驅(qū)動(dòng)器(104)；在至少兩個(gè)不同的位置上測(cè)量所說(shuō)的管道運(yùn)動(dòng)并產(chǎn)生表示所說(shuō)的運(yùn)動(dòng)的信號(hào)的傳感器(105A-105B)；從所說(shuō)的傳感器(105A-105B)接收信號(hào)并估計(jì)與所說(shuō)的管道(103A-103B)的實(shí)簡(jiǎn)正模式相關(guān)的實(shí)簡(jiǎn)正模態(tài)剩余分量的實(shí)簡(jiǎn)正模態(tài)剩余撓度分量估計(jì)器(30)；響應(yīng)所說(shuō)的實(shí)簡(jiǎn)正模態(tài)剩余分量并從所說(shuō)的信號(hào)和所說(shuō)的實(shí)簡(jiǎn)正模態(tài)分量中產(chǎn)生剩余撓度補(bǔ)償過(guò)程參數(shù)的剩余撓度補(bǔ)償質(zhì)量流量估計(jì)器(40)。
13．權(quán)利要求12所述的裝置，其中所說(shuō)的實(shí)簡(jiǎn)正模態(tài)剩余撓度分量估計(jì)器(30)包括裝置(910)，用于接收表示所說(shuō)的管道在基本為零的質(zhì)量流量的情況下的運(yùn)動(dòng)的第一系列運(yùn)動(dòng)信號(hào)；裝置(920)，用于從所說(shuō)的第一系列運(yùn)動(dòng)信號(hào)中估計(jì)在所說(shuō)的基本為零的質(zhì)量流量的情況下所說(shuō)的剩余實(shí)簡(jiǎn)正模態(tài)運(yùn)動(dòng)；裝置(930)，用于接收表示所說(shuō)的管道在未知的質(zhì)量流量的情況下的運(yùn)動(dòng)的第二系列運(yùn)動(dòng)信號(hào)；裝置(940)，用于從所說(shuō)的第二系列運(yùn)動(dòng)信號(hào)中估計(jì)在所說(shuō)的未知的質(zhì)量流量的情況下所說(shuō)的剩余實(shí)簡(jiǎn)正模態(tài)運(yùn)動(dòng)；
14．權(quán)利要求13所述的裝置，其中所說(shuō)的剩余撓度補(bǔ)償質(zhì)量流量估計(jì)器(40)包括裝置(950)，用于從在所說(shuō)的基本為零的流量的情況下的所說(shuō)的剩余實(shí)簡(jiǎn)正模態(tài)運(yùn)動(dòng)和在所說(shuō)的未知的質(zhì)量流量情況的所說(shuō)的剩余實(shí)簡(jiǎn)正模態(tài)運(yùn)動(dòng)中產(chǎn)生所說(shuō)的過(guò)程參數(shù)的所說(shuō)的剩余撓度補(bǔ)償估計(jì)。
15．權(quán)利要求12所述的裝置，其中所說(shuō)的實(shí)簡(jiǎn)正模態(tài)剩余撓度分量估計(jì)器(30)包括裝置(1110)，用于接收表示在基本為零的質(zhì)量流量的情況下所說(shuō)的管道的運(yùn)動(dòng)的第一系列運(yùn)動(dòng)信號(hào)；裝置(1120)，用于對(duì)所說(shuō)的第一系列運(yùn)動(dòng)信號(hào)進(jìn)行模式選通濾波以估計(jì)在所說(shuō)的基本為零的質(zhì)量流量的情況下的剩余物理運(yùn)動(dòng)；裝置(1130)，用于接收表示所說(shuō)的管道在未知的質(zhì)量流量的情況下的運(yùn)動(dòng)的第二系列運(yùn)動(dòng)信號(hào)；以及裝置(1140)，用于估計(jì)在所說(shuō)的未知的質(zhì)量流量的情況下的物理運(yùn)動(dòng)。
16．權(quán)利要求15所述的裝置，其中所說(shuō)的剩余撓度補(bǔ)償質(zhì)量流量估計(jì)器(40)包括從所說(shuō)的剩余物理運(yùn)動(dòng)和所說(shuō)的物理運(yùn)動(dòng)的許多運(yùn)動(dòng)信號(hào)中產(chǎn)生所說(shuō)的過(guò)程參數(shù)的所說(shuō)的剩余撓度補(bǔ)償估計(jì)的裝置。
17．權(quán)利要求12所述的裝置，其中所說(shuō)的實(shí)簡(jiǎn)正模態(tài)剩余撓度分量估計(jì)器(30)包括裝置(1310)，用于估計(jì)在基本為零的質(zhì)量流量的情況下與流量相關(guān)的實(shí)簡(jiǎn)正模式相應(yīng)的第一實(shí)簡(jiǎn)正模態(tài)剩余撓度分量；以及裝置(1320)，用于估計(jì)在未知的質(zhì)量流量的情況下與流量相關(guān)的實(shí)簡(jiǎn)正模式相應(yīng)的第二實(shí)簡(jiǎn)正模態(tài)剩余撓度分量。
18．權(quán)利要求17所述的裝置，其中所說(shuō)的剩余撓度補(bǔ)償質(zhì)量流量估計(jì)器(40)包括裝置(1340)，用于從所說(shuō)的所接收的許多運(yùn)動(dòng)信號(hào)、所說(shuō)的第一實(shí)簡(jiǎn)正模態(tài)剩余撓度分量和所說(shuō)的第二實(shí)簡(jiǎn)正模態(tài)剩余撓度分量中產(chǎn)生所說(shuō)的過(guò)程參數(shù)的剩余撓度補(bǔ)償估計(jì)。
19．權(quán)利要求12所述的裝置，其中所說(shuō)的實(shí)簡(jiǎn)正模態(tài)剩余撓度分量估計(jì)器(30)包括裝置(1410)，用于確定描述在實(shí)簡(jiǎn)正模式中管道運(yùn)動(dòng)作為頻率函數(shù)的函數(shù)；裝置(1420)，用于確定表示在所選擇的頻率下所說(shuō)的管道運(yùn)動(dòng)的值；以及裝置(1430)，用于通過(guò)將所說(shuō)的值擬合到所說(shuō)的函數(shù)中估計(jì)所說(shuō)的實(shí)簡(jiǎn)正剩余撓度分量。
20．權(quán)利要求19所述的裝置，其中所說(shuō)的實(shí)簡(jiǎn)正模態(tài)剩余撓度分量估計(jì)器(30)包括裝置(1510)，用于確定描述在實(shí)簡(jiǎn)正模式中管道運(yùn)動(dòng)作為頻率函數(shù)的函數(shù)。
21．權(quán)利要求20所述的裝置，其中所說(shuō)的剩余撓度補(bǔ)償質(zhì)量流量估計(jì)器(40)包括裝置(1530)，用于在許多所選擇的頻率下產(chǎn)生表示實(shí)模態(tài)運(yùn)動(dòng)的第一系列值；裝置(1540)，用于計(jì)算在模式諧振頻率附近的所說(shuō)的許多所選擇頻率下的所說(shuō)的函數(shù)以產(chǎn)生第二系列值；裝置(1550)，用于從所說(shuō)的第一系列值和所說(shuō)的第二系列值中確定模式比例變換；裝置(1560)，用于從所說(shuō)的模式比例變換和所說(shuō)的函數(shù)中估計(jì)在驅(qū)動(dòng)頻率下的剩余實(shí)簡(jiǎn)正模態(tài)運(yùn)動(dòng)；以及裝置(1570)，用于從在所說(shuō)的驅(qū)動(dòng)頻率下的所說(shuō)的所估計(jì)的剩余實(shí)簡(jiǎn)正模態(tài)運(yùn)動(dòng)中產(chǎn)生所說(shuō)的剩余撓度補(bǔ)償過(guò)程參數(shù)。
22．權(quán)利要求20所述的裝置，其中所說(shuō)的剩余撓度補(bǔ)償質(zhì)量流量估計(jì)器(40)包括裝置(1630)，用于產(chǎn)生表示所說(shuō)的管道在許多所選擇的頻率下的物理運(yùn)動(dòng)的第一矩陣；裝置(1640)，用于計(jì)算在模式諧振頻率附近的所說(shuō)的許多所選擇頻率下的所說(shuō)的函數(shù)以產(chǎn)生第二矩陣；裝置(1650)，用于計(jì)算在所說(shuō)的驅(qū)動(dòng)頻率下所說(shuō)的第二矩陣；裝置(1660)，用于對(duì)所說(shuō)的第一矩陣、所說(shuō)的第二矩陣以及所說(shuō)的函數(shù)的所說(shuō)的估計(jì)的乘積進(jìn)行模式選通濾波以產(chǎn)生在驅(qū)動(dòng)頻率下所說(shuō)的剩余物理運(yùn)動(dòng)的估計(jì)；以及裝置(1670)，用于在所說(shuō)的驅(qū)動(dòng)頻率下從所說(shuō)的剩余物理運(yùn)動(dòng)的所說(shuō)的估計(jì)中產(chǎn)生所說(shuō)的過(guò)程參數(shù)的所說(shuō)的估計(jì)。
全文摘要
通過(guò)估計(jì)與管道運(yùn)動(dòng)的實(shí)簡(jiǎn)正模式相連的實(shí)簡(jiǎn)正模態(tài)剩余撓度分量來(lái)估計(jì)與包含在管道中的材料相關(guān)的過(guò)程參數(shù)。接收表示管道運(yùn)動(dòng)的許多運(yùn)動(dòng)信號(hào)。從所接收的許多運(yùn)動(dòng)信號(hào)和所估計(jì)的實(shí)簡(jiǎn)正模態(tài)剩余撓度分量中產(chǎn)生剩余撓度補(bǔ)償質(zhì)量流量估計(jì)。本發(fā)明還包含相關(guān)的裝置和計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品。
文檔編號(hào)G01F1/84GK1311853SQ99809350
公開(kāi)日2001年9月5日 申請(qǐng)日期1999年7月14日 優(yōu)先權(quán)日1998年8月5日
發(fā)明者T·J·庫(kù)寧哈姆, D·F·諾爾門(mén), S·J·舍利 申請(qǐng)人:微動(dòng)公司