Измерительная электроника и способы для генерирования сигнала возбуждения для вибрационного расходомера

Измерительная электроника и способы для генерирования сигнала возбуждения для вибрационного расходомера

Иллюстрации

Показать все

Реферат

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение относится к вибрационному расходомеру, а более точно - к измерительной электронике и способам для генерирования сигнала возбуждения для вибрационного расходомера.

Вибрационные трубопроводные датчики, такие как массовые расходомеры Кориолиса и вибрационные плотномеры, типично работают, регистрируя перемещения вибрирующего трубопровода, который содержит в себе текучий материал. Свойства, ассоциативно связанные с материалом в трубопроводе, такие как массовый расход, плотность и тому подобное, могут определяться посредством обработки измерительных сигналов, принятых от преобразователей движения, связанных с трубопроводом. Формы колебаний вибрирующей заполненной материалом системы обычно находятся под влиянием объединенной массы, жесткости и характеристик демпфирования вмещающего трубопровода и содержащегося в нем материала.

Типичный массовый расходомер Кориолиса включает в себя один или более трубопроводов, которые соединены в линию в магистрали или транспортной системе и транспортируют материал, например флюиды, суспензии и тому подобное, в системе. Каждый трубопровод может рассматриваться в качестве имеющего набор форм свободных колебаний, в том числе, например, формы колебаний простого изгиба, торсионную, радиальную и связанную. В типичном применении кориолисова измерения массового расхода трубопровод возбуждается на одной или более форм колебаний, в то время как материал протекает через трубопровод, и движение трубопровода измеряется в точках, разнесенных по трубопроводу. Возбуждение типично обеспечивается исполнительным механизмом, например электромеханическим устройством, таким как возбудитель типа звуковой катушки, который периодически возмущает трубопровод. Удельный массовый расход может определяться измерением запаздывания или разности фаз между движениями в местоположениях преобразователей. Два таких преобразователя (или датчика измерителя) типично применяются для того, чтобы измерять колебательный ответный сигнал проточного трубопровода или трубопроводов, и типично расположены в положениях выше по потоку и ниже по потоку от исполнительного механизма. Два датчика измерителя присоединены к электронной измерительной аппаратуре проводкой. Измерительная аппаратура принимает сигналы от двух датчиков измерителей и обрабатывает сигналы для того, чтобы получать результат измерения удельного массового расхода.

В дополнение к генерированию измерений параметров потока электроника расходомера также должна генерировать сигнал возбуждения. Сигнал возбуждения должен оптимально возбуждать вибрацию расходомера на или около частоты, которая обеспечивает возможность точных измерений характеристик потока. В дополнение, сигнал возбуждения должен обеспечивать возможность быстрого и надежного запуска вибрации. Более того, сигнал возбуждения должен обеспечивать возможность точных и своевременных диагностических операций расходомера.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Вышеприведенные и другие задачи решаются, и прогресс в данной области техники достигается благодаря предоставлению измерительной электроники и способов для генерирования сигнала возбуждения для вибрационного расходомера.

Предложена измерительная электроника для генерирования сигнала возбуждения для вибрационного расходомера согласно варианту осуществления изобретения. Измерительная электроника содержит интерфейс для приема сигнала датчика от вибрационного расходомера и систему обработки данных, связанную с интерфейсом. Система обработки данных сконфигурирована для приема сигнала датчика, сдвига по фазе сигнала датчика по существу на 90 градусов для создания сдвинутого по фазе сигнала датчика, определения значения (θ) фазового сдвига по частотной характеристике вибрационного расходомера и объединения значения (θ) фазового сдвига с сигналом датчика и сдвинутым по фазе сигналом датчика для того, чтобы генерировать сигнал возбуждения. Система обработки данных дополнительно сконфигурирована для определения амплитуды сигнала датчика по сигналу датчика и сдвинутому по фазе сигналу датчика и генерирования амплитуды сигнала возбуждения на основании амплитуды сигнала датчика. Фаза сигнала возбуждения по существу идентична фазе сигнала датчика.

Предложен способ для генерирования сигнала возбуждения для вибрационного расходомера согласно варианту осуществления изобретения. Способ содержит этапы, на которых принимают сигнал датчика от вибрационного расходомера. Способ дополнительно содержит этап, на котором сдвигают по фазе сигнал датчика по существу на 90 градусов для создания сдвинутого по фазе сигнала датчика, определяют амплитуду сигнала датчика по сигналу датчика и сдвинутому по фазе сигналу датчика, и формируют амплитуду сигнала возбуждения на основании амплитуды сигнала датчика. Способ дополнительно содержит этап, на котором формируют сигнал возбуждения, включающий амплитуду сигнала возбуждения.

Предложен способ для формирования сигнала возбуждения для вибрационного расходомера согласно варианту осуществления изобретения. Способ содержит этапы, на которых принимают сигнал датчика от вибрационного расходомера, сдвигают по фазе сигнал датчика по существу на 90 градусов для создания сдвинутого по фазе сигнала датчика, и определяют значение (θ) фазового сдвига по частотной характеристике вибрационного расходомера. Способ дополнительно содержит этап, на котором объединяют значение (θ) фазового сдвига с сигналом датчика и сдвинутым по фазе сигналом датчика, для того чтобы генерировать сигнал возбуждения. Фаза сигнала возбуждения по существу идентична фазе сигнала датчика.

Предложен способ для формирования сигнала возбуждения для вибрационного расходомера согласно варианту осуществления изобретения. Способ содержит этапы, на которых принимают сигнал датчика от вибрационного расходомера, сдвигают по фазе сигнал датчика по существу на 90 градусов для создания сдвинутого по фазе сигнала датчика, определяют значение (θ) фазового сдвига по частотной характеристике вибрационного расходомера и объединяют значение (θ) фазового сдвига с сигналом датчика и сдвинутым по фазе сигналом датчика, для того чтобы генерировать сигнал возбуждения. Способ дополнительно содержит этап, на котором определяют амплитуду сигнала датчика по сигналу датчика и сдвинутому по фазе сигналу датчика и генерируют амплитуду сигнала возбуждения на основании амплитуды сигнала датчика. Фаза сигнала возбуждения по существу идентична фазе сигнала датчика.

АСПЕКТЫ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В одном из аспектов измерительной электроники, сдвиг по фазе выполняется посредством преобразования Гильберта.

В еще одном аспекте измерительной электроники, значение (θ) фазового сдвига содержит значение компенсации.

В другом аспекте измерительной электроники, определение значения (θ) фазового сдвига содержит осуществление линейной корреляции частотной характеристики с отношением частота/фаза для того, чтобы вырабатывать значение (θ) фазового сдвига.

В другом аспекте измерительной электроники, определение амплитуды сигнала датчика содержит прием члена Acosωt, представляющего сигнал датчика, генерирование члена Asinωt из фазового сдвига, возведение в квадрат члена Acosωt и члена Asinωt и извлечение квадратного корня из суммы возведенного в квадрат члена Acosωt и возведенного в квадрат члена Asinωt, для того чтобы определять амплитуду сигнала датчика.

В другом аспекте измерительной электроники, генерирование амплитуды сигнала возбуждения дополнительно содержит сравнение амплитуды сигнала датчика с базой отсчета амплитуды и масштабирование амплитуды сигнала датчика, для того чтобы генерировать амплитуду сигнала возбуждения, причем масштабирование является основанным на сравнении амплитуды сигнала датчика с базой отсчета амплитуды.

В другом аспекте измерительной электроники, система обработки данных дополнительно сконфигурирована для осуществления частотной линейной модуляции сигнала возбуждения при вводе расходомера в действие.

В другом аспекте измерительной электроники, система обработки данных дополнительно сконфигурирована для осуществления частотной линейной модуляции сигнала возбуждения при вводе расходомера в действие, причем осуществление частотной линейной модуляции содержит ступенчатое качание частоты через два или более частотных диапазонов до тех пор, пока расходомер не запускается.

В другом аспекте измерительной электроники, система обработки данных дополнительно сконфигурирована для линеаризации сигнала возбуждения.

В другом аспекте измерительной электроники, система обработки данных дополнительно сконфигурирована для расчета второй амплитуды с использованием пикового детектирования, сравнения амплитуды сигнала датчика со второй амплитудой и детектирования широкополосного шума на датчике измерителя, если вторая амплитуда выше, чем амплитуда сигнала датчика.

В одном из аспектов способа, сдвиг по фазе выполняется посредством преобразования Гильберта.

В еще одном другом аспекте способа, способ дополнительно содержит определение амплитуды сигнала датчика по сигналу датчика и сдвинутому по фазе сигналу датчика, генерирование амплитуды сигнала возбуждения на основании амплитуды сигнала датчика и включение амплитуды сигнала возбуждения в сигнал возбуждения.

В еще одном другом аспекте способа, определение амплитуды сигнала датчика содержит прием члена Acosωt, представляющего сигнал датчика, генерирование члена Asinωt из фазового сдвига, возведение в квадрат члена Acosωt и члена Asinωt и извлечение квадратного корня из суммы возведенного в квадрат члена Acosωt и возведенного в квадрат члена Asinωt, для того чтобы определять амплитуду сигнала датчика.

В еще одном другом аспекте способа, формирование амплитуды сигнала возбуждения дополнительно содержит сравнение амплитуды сигнала датчика с базой отсчета амплитуды и масштабирование амплитуды сигнала датчика, для того чтобы сформировать амплитуду сигнала возбуждения, причем масштабирование является основанным на сравнении амплитуды сигнала датчика с базой отсчета амплитуды.

В еще одном другом аспекте способа, способ дополнительно содержит прием члена Acosωt, представляющего сигнал датчика, генерирование члена Asinωt из фазового сдвига, возведение в квадрат члена Acosωt и члена Asinωt, извлечение квадратного корня из суммы возведенного в квадрат члена Acosωt и возведенного в квадрат члена Asinωt, для того чтобы определять амплитуду сигнала датчика, генерирование амплитуды сигнала возбуждения на основании амплитуды сигнала датчика и включение амплитуды сигнала возбуждения в сигнал возбуждения.

В еще одном другом аспекте способа, способ дополнительно содержит прием члена Acosωt, представляющего сигнал датчика, генерирование члена Asinωt из фазового сдвига, возведение в квадрат члена Acosωt и члена Asinωt, извлечение квадратного корня из суммы возведенного в квадрат члена Acosωt и возведенного в квадрат члена Asinωt, для того чтобы определять амплитуду сигнала датчика, сравнение амплитуды сигнала датчика с базой отсчета амплитуды, масштабирование амплитуды сигнала датчика, для того чтобы сформировать амплитуду сигнала возбуждения, причем масштабирование является основанным на сравнении амплитуды сигнала датчика с базой отсчета амплитуды, и включение амплитуды сигнала датчика в сигнал возбуждения.

В еще одном другом аспекте способа, способ дополнительно содержит определение значения (θ) фазового сдвига по частотной характеристике колебательного расходомера, объединение значения (θ) фазового сдвига с сигналом датчика и сдвинутым по фазе сигналом датчика, для того чтобы генерировать фазу сигнала возбуждения, и включение фазы сигнала возбуждения в сигнал возбуждения, при этом фаза сигнала возбуждения по существу идентична фазе сигнала датчика.

В еще одном другом аспекте способа, значение (θ) фазового сдвига содержит значение компенсации.

В еще одном другом аспекте способа, определение значения (θ) фазового сдвига содержит осуществление линейной корреляции частотной характеристики с отношением частота/фаза для того, чтобы вырабатывать значение (θ) фазового сдвига.

В еще одном другом аспекте способа, способ дополнительно содержит осуществление линейной корреляции частотной характеристики с отношением частота/фаза, для того чтобы вырабатывать значение (θ) фазового сдвига, объединение значения (θ) фазового сдвига с сигналом датчика и сдвинутым по фазе сигналом датчика, для того чтобы генерировать фазу сигнала возбуждения, и включение фазы сигнала возбуждения в сигнал возбуждения, при этом фаза сигнала возбуждения по существу идентична фазе сигнала датчика.

В еще одном другом аспекте способа, способ дополнительно содержит осуществление частотной линейной модуляции сигнала возбуждения при вводе расходомера в действие.

В еще одном другом аспекте способа, способ дополнительно содержит осуществление частотной линейной модуляции сигнала возбуждения при вводе расходомера в действие, причем осуществление частотной линейной модуляции содержит ступенчатое качание частоты через два или более частотных диапазонов до тех пор, пока расходомер не запускается.

В еще одном другом аспекте способа, способ дополнительно содержит линеаризацию сигнала возбуждения.

В еще одном другом аспекте способа, способ дополнительно содержит расчет второй амплитуды с использованием пикового детектирования, сравнение амплитуды сигнала датчика со второй амплитудой и регистрирование широкополосного шума на датчике перемещений, если вторая амплитуда выше, чем амплитуда сигнала датчика.

ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Один и тот же номер позиции на чертежах представляет идентичный элемент на всех чертежах.

На Фиг.1 показан расходомер Кориолиса, содержащий измерительную сборку и измерительную электронику.

На Фиг.2 показана измерительная электроника согласно варианту осуществления изобретения.

На Фиг.3 показан узел сигнала возбуждения измерительной электроники согласно варианту осуществления изобретения.

На Фиг.4 - блок-схема последовательности операций способа для генерирования сигнала возбуждения для колебательного расходомера согласно варианту осуществления изобретения.

На Фиг.5 - блок-схема последовательности операций способа для генерирования сигнала возбуждения для колебательного расходомера согласно варианту осуществления изобретения.

На Фиг.6 - структурная схема цифрового возбуждения с замкнутым контуром согласно варианту осуществления изобретения.

На Фиг.7 показан блок приведения в нужное состояние входного сигнала согласно варианту осуществления изобретения.

На Фиг.8 показана реализация настраиваемого идеального фильтра нижних частот порядка N=100, размноженного с окном Хенинга для создания фильтра нижних частот с конечной импульсной характеристикой (КИХ, FIR).

На Фиг.9 показана задействованная подсистема для расчета коэффициентов для фильтра по Фиг.8.

На Фиг.10 показан блок расчета частоты-амплитуды согласно варианту осуществления изобретения.

На Фиг.11 показан блок частоты-амплитуды Гильберта согласно варианту осуществления изобретения.

На Фиг.12 показан блок оценки частоты Гильберта согласно варианту осуществления изобретения.

На Фиг.13 показан блок системы управления возбуждением с обратной связью согласно варианту осуществления изобретения.

На Фиг.14 показан блок компенсации групповой задержки согласно варианту осуществления изобретения.

На Фиг.15 показан блок автоматической регулировки усиления (АРУ, AGC) согласно варианту осуществления изобретения.

На Фиг.16 показан пропорционально-интегральный (ПИ, PI) регулятор согласно варианту осуществления изобретения.

Фиг.17 включает в себя три графика сигнала возбуждения, которые представляют работу расходомерной трубки в предшествующем уровне техники.

На Фиг.18 показана структурная схема линеаризованного управления возбуждением согласно варианту осуществления изобретения.

Фиг.19 содержит графики линеаризованного управления возбуждением согласно варианту осуществления изобретения.

Фиг.20 содержит графики, которые показывают независимость амплитуды заданного значения линеаризованного контура возбуждения.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

На Фиг.1-20 и в последующем описании описаны отдельные примеры для обучения специалистов в данной области техники, каким образом реализовать и использовать наилучший вариант осуществления изобретения. Для цели изучения обладающих признаками изобретения принципов, некоторые традиционные аспекты были упрощены или опущены. Специалисты в данной области техники должны принимать во внимание варианты из этих примеров, которые подпадают под объем изобретения. Специалисты в данной области техники должны принимать во внимание, что признаки, описанные ниже, могут комбинироваться различными способами для формирования многочисленных вариантов изобретения. Как результат, изобретение не ограничено отдельными примерами, описанными ниже, а только формулой изобретения и ее эквивалентами.

На Фиг.1 показан расходомер 5 Кориолиса, содержащий измерительную сборку 10 и измерительную электронику 20. Измерительная сборка 10 реагирует на удельный массовый расход и плотность технологического материала. Измерительная электроника 20 присоединена к измерительной сборке 10 посредством провода 100 для предоставления информации о плотности, удельном массовом расходе и температуре через цепь 26, а также другой информации, не относящейся к настоящему изобретению. Описана конструкция расходомера Кориолиса, хотя специалистам в данной области техники очевидно, что настоящее изобретение могло бы быть осуществлено на практике в качестве вибрационного трубчатого плотномера без дополнительной возможности измерения, предусмотренной массовым расходомером Кориолиса.

Измерительная сборка 10 включает в себя пару патрубков 150 и 150', фланцы 103 и 103', имеющие горловины 110 и 110' фланцев, пару параллельных расходомерных трубок 130 и 130', механизм 180 возбуждения, датчик 190 температуры и пару датчиков 170L и 170R скорости. Расходомерные трубки 130 и 130' содержат два по существу прямых впускных колена 131 и 131' и выпускных колена 134 и 134', которые сходятся по направлению друг к другу на блоках 120 и 120' монтажа расходомерной трубки. Расходомерные трубки 130 и 130' согнуты на двух симметричных участках по своей длине и по существу параллельны по всей своей длине. Планки 140 и 140' ребер жесткости служат для определения осей W и W', около которых вибрирует каждая расходомерная трубка.

Боковые колена 131, 131' и 134, 134' расходомерных трубок 130 и 130' зафиксированы на блоках 120 и 120' монтажа расходомерных трубок, а эти блоки, в свою очередь, зафиксированы на патрубках 150 и 150'. Это обеспечивает непрерывный замкнутый тракт материала через измерительную сборку 10 Кориолиса.

Когда фланцы 103 и 103', имеющие отверстия 102 и 102', присоединены через впускной конец 104 и выпускной конец 104' к технологической линии (не показана), которая переносит технологический материал, который подвергается измерению, материал, который входит в конец 104 измерителя через отверстие 101 во фланце 103, проводится через патрубок 150 в блок 120 монтажа расходомерной трубки, имеющий поверхность 121. В пределах патрубка 150 материал разделяется и направляется через расходомерные трубки 130 и 130'. После выхода из расходомерных трубок 130 и 130', технологический материал повторно объединяется в единый поток в патрубке 150', а после этого направляется к выходному концу 104', присоединенному фланцем 103', имеющим болтовые отверстия 102', к технологической линии (не показана).

Расходомерные трубки 130 и 130' выбираются и надлежащим образом устанавливаются на блоки 120 и 120' монтажа расходомерных трубок, с тем чтобы иметь по существу одинаковое распределение масс, моменты инерции и модуль Юнга вокруг осей W--W и W'--W' изгиба, соответственно. Эти оси изгиба проходят через планки 140 и 140' ребер жесткости. Поскольку модуль Юнга расходомерных трубок меняется в зависимости от температуры, и это изменение затрудняет расчет расхода и плотности, резистивный термодатчик (RTD) 190 установлен на расходомерную трубке 130', чтобы непрерывно измерять температуру расходомерной трубки. Температура расходомерной трубки, а следовательно, напряжение, появляющееся на выводах RTD для заданного тока, проходящего через него, обусловлены температурой материала, проходящего через расходомерную трубку. Зависимое от температуры напряжение, появляющееся на выводах RTD, используется, широко известным способом, измерительной электроникой 20 для компенсации изменения модуля упругости расходомерных трубок 130 и 130', обусловленного любыми изменениями температуры расходомерной трубки. RTD присоединен к измерительной электронике 20 проводом 195.

Обе расходомерные трубки 130 и 130' приводятся в движение возбудителем 180 в противоположных направлениях около своих соответственных осей W и W' изгиба, чем показана первая несинфазная форма колебаний изгиба расходомера. Этот механизм 180 возбуждения может содержать любую из многочисленных широко известных компоновок, таких как магнит, установленный на расходомерную трубку 130', и противостоящая катушка, установленная на расходомерную трубку 130, и через которую пропускается переменный ток для вибрации обеих расходомерных трубок. Подходящий сигнал возбуждения подается измерительной электроникой 20 через провод 185 в механизм 180 возбуждения.

Измерительная электроника 20 принимает сигнал температуры RTD по проводу 195, а также левый и правый сигналы скорости, появляющиеся на проводах 165L и 165R, соответственно. Измерительная электроника 20 вырабатывает сигнал возбуждения, появляющийся на проводе 185, чтобы приводить в действие элемент 180 и заставлять колебаться трубки 130 и 130'. Измерительная электроника 20 обрабатывает левый и правый сигналы скорости и сигнал RTD, чтобы вычислять удельный массовый расход и плотность материала, проходящего через измерительную сборку 10. Эта информация, наряду с другой информацией, подается измерительной электроникой 20 через цепь 26 на средство 29 использования.

На Фиг.2 показана измерительная электроника 20 согласно варианту осуществления изобретения. Измерительная электроника 20 может включать в себя интерфейс 201 и систему 203 обработки данных. Измерительная электроника 20 принимает сигналы первого и второго датчиков из измерительной сборки 10, такие как сигналы датчика измерителя/скорости. Измерительная электроника 20 может работать как массовый расходомер или может работать как плотномер, включая работу в качестве расходомера Кориолиса. Измерительная электроника 20 обрабатывает сигналы первого и второго датчиков для того, чтобы получать характеристики потока проточного материала, протекающего через измерительную сборку 10. Например, измерительная электроника 20 может определять одно или более из разности фаз, частоты, разновременности (∆t), плотности, удельного массового расхода и удельного объемного расхода, например, по сигналам датчиков. В дополнение, измерительная электроника 20 может формировать сигнал возбуждения и подавать сигнала возбуждения на возбудитель 180 измерительной сборки 10 (см. Фиг.1). Более того, другие характеристики потока могут определяться согласно изобретению. Эти определения обсуждены ниже.

Интерфейс 201 принимает сигнал датчика от одного из датчиков 170L и 170R скорости через провода 100 по Фиг.1. Интерфейс 201 может выполнять любое необходимое или желательное приведение сигналов в нужное состояние, такое как любой способ форматирования, усиления, буферизации и т.п.В качестве альтернативы, некоторые или все из приведений сигналов в нужное состояние могут выполняться в системе 203 обработки данных. В дополнение, интерфейс 201 может обеспечивать возможность связи между измерительной электроникой 20 и внешними устройствами. Интерфейс 201 может быть обеспечен любой способ электронной, оптической или беспроводной связи.

Интерфейс 201, в одном из вариантов осуществления, может включать в себя дискретизатор (не показан), при этом сигнал датчика содержит аналоговый сигнал датчика. Дискретизатор производит выборку и оцифровывает аналоговый сигнал датчика, и вырабатывает цифровой сигнал датчика. Дискретизатор также может выполнять любое необходимое прореживание, при этом цифровой сигнал датчика прореживают для того, чтобы сократить объем требуемой сигнальной обработки и уменьшить время обработки.

Система 203 обработки данных управляет операциями измерительной электроники 20 и обрабатывает измерения параметров потока из сборки 10 расходомера. Система 203 обработки данных выполняет одну или более процедур обработки и, в силу этого, обрабатывает измерения параметров потока, для того чтобы выводить одну или более характеристик потока.

Система 203 обработки данных может содержать компьютер общего применения, микропроцессорную систему, логическую схему или некоторое другое устройство обработки общего применения или изготовленное по специальным требованиям заказчика. Система 203 обработки данных может быть распределена между многочисленными устройствами обработки. Система 203 обработки данных может включать в себя любой вид интегрального или независимого электронного запоминающего носителя, такого как система 204 хранения.

Система 203 обработки обрабатывает сигнал 210 датчика, для того чтобы, среди прочего, генерировать сигнал возбуждения. Сигнал возбуждения подается на возбудитель 180, для того чтобы вызывать вибрацию связанной расходомерной трубки или трубок, таких как расходомерные трубки 130 и 130' по Фиг.1.

В показанном варианте осуществления, система 203 обработки данных определяет сигнал возбуждения по сигналу 210 датчика и по девяностоградусному фазовому сдвигу 211, который вырабатывается из сигнала 210 датчика. Система 203 обработки данных может определять по меньшей мере фазовый угол сигнала возбуждения и амплитуду сигнала возбуждения по сигналу 210 датчика и фазовому сдвигу 213. Как результат, либо первый или второй сдвинутый по фазе сигнал датчика (такой как один из сигналов датчиков измерителя выше по потоку или ниже по потоку), либо комбинация этих двух может обрабатываться системой 203 обработки данных согласно изобретению, для того чтобы генерировать сигнал возбуждения.

Система 204 хранения может хранить параметры расходомера и данные, процедуры программного обеспечения, постоянные значения и переменные значения. В одном из вариантов осуществления, система 204 хранения включает в себя процедуры, которые выполняются системой 203 обработки данных. В одном из вариантов осуществления, система 204 хранения хранит процедуру 220 фазового сдвига, процедуру 221 приведения сигнала в нужное состояние, процедуру 222 фазового угла и процедуру 223 амплитуды среди прочих процедур.

В одном из вариантов осуществления, система 204 хранения хранит данные и переменные, используемые для эксплуатации расходомера, такого как расходомер 5 Кориолиса. Система 204 хранения, в одном из вариантов осуществления, хранит переменные, такие как сигнал 210 датчика, которые принимаются с одного из датчиков 170L и 170R скорости/измерителя, и хранит 90-градусный фазовый сдвиг 211, который генерируется из сигнала 210 датчика. В дополнение, система 204 хранения может хранить фазу 212 сигнала датчика, фазу 213 сигнала возбуждения, амплитуду 214 сигнала датчика, амплитуду 215 сигнала возбуждения и базу 216 отсчета амплитуды.

Процедура 220 фазового сдвига выполняет 90-градусный фазовый сдвиг над входным сигналом, то есть над сигналом 210 датчика. Процедура 220 фазового сдвига, в одном из вариантов осуществления, реализует преобразование Гильберта (обсуждено ниже). Процедура 220 фазового сдвига может генерировать 90-градусный фазовый сдвиг 211.

Процедура 221 приведения сигнала в нужное состояние выполняет приведение сигнала в нужное состояние над сигналом 210 датчика. Приведение сигнала в нужное состояние может включать в себя любой вид фильтрации, прореживания и т.п. Процедура 221 приведения сигнала в нужное состояние является необязательной процедурой.

Процедура 222 фазового угла определяет фазу 212 сигнала датчика у сигнала 210 датчика. В дополнение, процедура 222 фазового угла определяет фазу 213 сигнала возбуждения, при этом фаза 213 сигнала возбуждения по существу идентична фазе 212 сигнала датчика. Процедура 222 фазового угла, поэтому, может прибавлять или вычитать значение (θ) фазового угла к сигналу 210 датчика, для того чтобы согласовывать фазу сигнала 210 датчика.

Процедура 223 амплитуды определяет амплитуду 214 сигнала датчика у сигнала 210 датчика. В дополнение, процедура 223 амплитуды определяет амплитуду 215 сигнала возбуждения, при этом амплитуда 215 сигнала возбуждения основана на амплитуде 214 сигнала датчика. Амплитуда 215 сигнала датчика может быть большей или меньшей, чем амплитуда 214 сигнала датчика. В одном из вариантов осуществлении, амплитуду 214 сигнала датчика сравнивают с базой 216 амплитуды, для того чтобы определять величину, на которую амплитуда 215 сигнала возбуждения должна быть увеличена или уменьшена в масштабе. Поэтому процедура 223 амплитуды определяет амплитуду 215 сигнала возбуждения для сигнала возбуждения.

Фаза 212 сигнала датчика является измеренным или рассчитанным фазовым углом сигнала 210 датчика. Фаза 212 сигнала датчика определяется для того, чтобы устанавливать надлежащую согласующуюся фазу 213 сигнала возбуждения. Фаза 213 сигнала возбуждения, поэтому, по существу идентична фазе 212 сигнала датчика.

Амплитуда 214 сигнала датчика является измеренной или рассчитанной амплитудой сигнала 210 датчика. Амплитуда сигнала датчика определяется для того, чтобы определять амплитуду 215 сигнала возбуждения. Амплитуда 215 сигнала возбуждения основана на амплитуде 214 сигнала датчика, хотя амплитуда 215 сигнала возбуждения может отклоняться от амплитуды 214 сигнала датчика.

База 216 отсчета амплитуды является требуемой амплитудой вибрационного датчика для нормальной или предпочтительной работы расходомера 5. В одном из вариантов осуществления, база 216 отсчета амплитуды содержит пороговое значение минимальной амплитуды, при этом амплитуда 214 сигнала датчика будет увеличиваться системой 202 обработки данных, если амплитуда 214 сигнала датчика не превышает базу 216 отсчета амплитуды. Поэтому амплитуда 215 сигнала возбуждения может делаться большей, чем амплитуда 214 сигнала датчика, если амплитуда 214 сигнала датчика не превышает это пороговое значение минимальной амплитуды. В качестве альтернативы, база 216 отсчета амплитуды может содержать динамический диапазон, при этом амплитуда 215 сигнала возбуждения содержит увеличенный в масштабе или уменьшенный в масштабе вариант амплитуды 214 сигнала датчика.

Фиг.3 показывает узел 300 сигнала возбуждения измерительной электроники 20 согласно варианту осуществления изобретения. Узел 300 сигнала возбуждения может содержать схемные компоненты или может содержать действия обработки, выполняемые над данными, принятыми измерительной электроникой 20.

Узел 300 сигнала возбуждения, среди прочего, может включать в себя блок 301 приведения в нужное состояние, блок 303 фазового сдвига и блок 305 обработки. Сигнал датчика принимается в блоке 301 приведения в нужное состояние. Сигнал датчика может содержать либо сигнал 170L или 170R датчика смещения измерительной сборки 10, либо сочетание этих двух сигналов. Блок 301 приведения в нужное состояние может выполнять любой вид приведения сигналов в нужное состояние. Например, блок 301 приведения в нужное состояние может выполнять фильтрацию, прореживание и т.п.

Блок 303 фазового сдвига принимает сигнал датчика от блока 301 приведения в нужное состояние и сдвигает по фазе сигнал датчика по существу на 90 градусов. Сдвинутый сигнал датчика содержит несдвинутую составляющую, представленную членом (Acosωt) и сдвинутую по фазе составляющую, представленную членом (Asinωt), где ω является частотой датчика в радианах (см. уравнение 2, приведенное ниже).

В одном из вариантов осуществления, блок 303 сдвига фазы содержит преобразование Гильберта. Преобразование Гильберта выполняет операцию сдвига по фазе задерживанием сигнала датчика на время, эквивалентное 90 градусам (или одной четверти периода волны).

Блок 305 обработки принимает сигнал датчика и сдвинутый по фазе сигнал датчика и формирует сигнал возбуждения из этих двух входных сигналов. Блок 305 обработки может формировать выход сигнала возбуждения, равный члену (A_outcos(ωt+θ) (см. уравнение 3, приведенное ниже). Значение (θ) фазового сдвига определяет фазовый синхронизм, а амплитуда A_out содержит амплитуду сигнала возбуждения. Поэтому блок 305 обработки может определять как амплитуду сигнала возбуждения, так и фазу сигнала возбуждения, при этом блок 305 обработки по существу удерживает частоту сигнала датчика на частоте сигнала возбуждения. Преимущественно, блок 305 обработки по существу синхронизирует фазу сигнала возбуждения по фазе сигнала датчика. Это делается возможным операцией сдвига по фазе, при этом фазовый угол сигнала датчика может определяться легко и быстро. Как результат, фазовый угол сигнала возбуждения может очень точно отслеживать фазовый угол сигнала датчика, при этом сигнал возбуждения удерживается в по существу линейном соотношении с сигналом датчика. Это дает измерительной электронике 20 возможность более точно возбуждать расходомер и дает измерительной электронике 20 возможность быстро настраивать сигнал возбуждения в условиях неравномерного потока, такого как многофазные потоки, дозирование типа «пустой-полный-пустой», проточные материалы, включающие в себя вовлеченный воздух и т.п.

Блок 305 обработки может определять фазовый угол сигнала датчика и может управлять сигналом возбуждения, для того чтобы по существу выравнивать фазу сигнала возбуждения по фазе сигнала датчика. Это делается без какой бы то ни было обратной связи по фазе сигнала датчика. Как результат, частота сигнала возбуждения по существу отслеживает частоту сигнала датчика, без необходимости регулировать частоту сигнала возбуждения. Так как амплитуда и фаза сигнала возбуждения определяются быстро, изобретение дает расходомеру возможность возбуждаться очень близко к резонансной частоте, при этом изменения в резонансной частоте отслеживаются по существу мгновенно. Как результат, сигнал возбуждения быстрее реагирует на изменение характеристик потока. Это также дает возможность реализации различной диагностики расходомера. Например, сигнал возбуждения может быстро меняться, для того чтобы оценивать коэффициент калибровки расхода (FCF), определять жесткость расходомерной трубки, выявлять трещины или дефекты в расходомерной трубке, определять величину покрывающего слоя проточного материала внутри расходомерной трубки и т.п.

Блок 305 обработки может определять амплитуду сигнала датчика и может формировать амплитуду сигнала возбуждения на основании амплитуды сигнала датчика. Блок 305 обработки может сравнивать амплитуду сигнала датчика с базой отсчета амплитуды (например, такой как заданное значение амплитуды или рабочий диапазон амплитуды) и может увеличивать масштаб или уменьшать масштаб сигнала возбуждения по необходимости.

Сигнал датчика (или сигнал датчика измерителя, PO) может быть представлен уравнением:

где член cosωt означает изменяющуюся во времени сущность сигнала датчика, а член A_in представляет амплитуду сигнала датчика. Сдвинутый по фазе выходной сигнал (PSO) блока фазового сдвига может быть представлен уравнением:

где член (A_insinωt) представляет сдвинутый по фазе вариант сигнала датчика. С использованием этого выходного сигнала, блок 305 может генерировать выход сигнала возбуждения, который включает в себя член θ корректировки фазовой задержки, где член θ корректировки фазовой задержки прибавляется к или вычитается из сигнала PO датчика. Как результат, сигнал возбуждения содержит:

Сигнал возбуждения