Система определения конфигурации сбоев цикла сигнала в расходомере (варианты), способ определения конфигурации сбоев цикла сигнала в расходомере и машиночитаемый носитель информации

Система определения конфигурации сбоев цикла сигнала в расходомере (варианты), способ определения конфигурации сбоев цикла сигнала в расходомере и машиночитаемый носитель информации

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к расходомерам с несколькими хордами. Более конкретно, изобретение описывает варианты систем и способ определения конфигурации сбоев цикла сигнала в акустическом расходомере и машиночитаемый носитель информации, который может использоваться для осуществления указанного способа или для работы указанных систем.

Уровень техники

Извлеченные из недр жидкие или газообразные углеводороды (например, сырая нефть, природный газ) транспортируются по трубопроводам. Желательно располагать средствами точного измерения количества транспортируемой текучей среды; особенно это важно, если это количество должно точно учитываться при переходе прав собственности от одного владельца к другому. Для измерения количества текучей среды, протекающей по трубопроводу, могут применяться ультразвуковые расходомеры, обеспечивающие достаточную точность, требуемую при переходе прав собственности.

В ультразвуковом расходомере ультразвуковые сигналы посылаются через объем текучей среды в направлениях вдоль потока и против потока текучей среды, расход которой измеряется. Одним из параметров, измеряемых при определении расхода текучей среды, является время (момент) поступления ультразвукового сигнала к преобразователю. Но из-за шумов, возникающих в системах, транспортирующих текучие среды, а также недостатков, свойственных электронным системам ультразвуковых расходомеров, трудной задачей в некоторых ситуациях для электроники расходомера является постоянный выбор одной и той же особенности принимаемого акустического сигнала, которая обозначает момент поступления сигнала (далее - "маркирующей особенности"). В частности, в некоторых ситуациях особенность ультразвукового сигнала, которая идентифицирована при приеме как маркирующая, может оказаться сдвинутой во времени на один или несколько циклов сигнала относительно настоящей (истинной) маркирующей особенности. Когда особенность, выбранная электроникой как маркирующая момент поступления ультразвукового сигнала, отличается от истинной маркирующей особенности, говорят, что произошел переход на другую фазу, перескок цикла или сбой цикла.

Ситуация дополнительно может усложняться тем, что во многих ультразвуковых расходомерах имеется группа пар преобразователей, и каждая пара преобразователей осуществляет передачу и прием ультразвуковых сигналов. Особенность, идентифицированная как маркер момента прихода ультразвукового сигнала при работе первой пары преобразователей, может оказаться сдвинутой на один или несколько циклов с упреждением истинной маркирующей особенности, а особенность, идентифицированная как маркер при работе второй парой преобразователей, может оказаться сдвинутой на один или несколько циклов с опозданием относительно истинной маркирующей особенности. Фактически для ультразвукового расходомера, имеющего четыре пары преобразователей, если рассматривать только случаи правильной идентификации маркирующей особенности, неправильной идентификации маркирующей особенности с перескоком на один цикл перед истинной маркирующей особенностью и с перескоком на один цикл после истинной маркирующей особенности (три возможности), то возможны 3⁴=81 различных комбинаций перескоков цикла (далее - "конфигураций сбоев цикла"). При столь большом числе возможных конфигураций сбоев цикла идентификация возникшей конфигурации сбоев цикла может оказаться трудной задачей, особенно при ограниченной вычислительной мощности электронных средств обработки сигналов.

Раскрытие изобретения

Настоящее изобретение описывает систему определения конфигурации сбоев цикла сигнала, включающую расходомер, корпус расходомера, определяющий центральный канал и связанный с трубопроводом, по которому протекает текучая среда, по меньшей мере четыре пары преобразователей, связанных с корпусом расходомера и установленных с возможностью передачи акустических сигналов через центральный канал, процессор, механически связанный с корпусом расходомера и электрически связанный по меньшей мере с четырьмя парами преобразователей, и блок памяти, электрически связанный с процессором и хранящий программу, выполняемую процессором, причем процессор выполнен с возможностью измерения времени распространения акустических сигналов через центральный канал в течение первого периода измерений и определения конфигурации сбоев цикла при измерении времени распространения сигнала между по меньшей мере четырьмя парами преобразователей в течение первого периода измерений, при выполнении указанной программы. Процессор может быть выполнен с возможностью вычисления набора значений, характерных для определенной конфигурации сбоев цикла при обмене сигналами между по меньшей мере четырьмя парами преобразователей, и оценки набора значений для определения конфигурации сбоев цикла, при выполнении указанной программы. Также процессор может быть выполнен с возможностью выбора по меньшей мере одного значения из группы, включающей максимум и минимум из набора значений, при оценке указанного набора значений и выполнении программы. Процессор может быть выполнен с возможностью изменения параметров определения момента поступления сигнала по меньшей мере одной пары преобразователей в зависимости от конфигурации сбоев циклов, при сбое цикла по меньшей мере одной пары преобразователей, при выполнении программы. Программа может быть выполнена с возможностью отмены корректировки времени распространения в зависимости от конфигурации сбоев цикла. Процессор также может быть выполнен с возможностью дополнительной корректировки значения времени распространения для первого периода измерений, в зависимости от конфигурации сбоев цикла, при выполнении программы. Кроме того, процессор может быть выполнен с возможностью корректировки значения времени распространения для второго периода измерений, в зависимости от конфигурации сбоев цикла, при выполнении программы. Дополнительно процессор может быть выполнен с возможностью корректировки значения времени распространения для второго периода измерений, следующего за первым периодом измерений, при выполнении программы.

Другой вариант изобретения описывает систему определения конфигурации сбоев цикла сигнала, включающую расходомер, снабженный группой пар преобразователей, процессор, блок памяти, связанный с процессором и хранящий программу, выполняемую процессором, коммуникационный порт, связанный с процессором, причем процессор выполнен с возможностью приема измеренных значений расхода текучей среды от расходомера посредством коммуникационного порта и постоянного накопления текущих итоговых данных о потоке текучей среды через расходомер в течение определенного промежутка времени, приема от расходомера измеренных значений времени распространения акустических сигналов между группой пар преобразователей расходомера и определения конфигурации сбоев цикла при измерениях времени распространения сигналов, при выполнении указанной программы. Программа может быть выполнена с возможностью изменения параметров определения расходомером времени поступления сигнала по меньшей мере одной пары преобразователей в зависимости от конфигурации сбоев цикла. Дополнительно программа может быть выполнена с возможностью отмены корректировки результатов измеренного времени распространения. Программа может быть выполнена с возможностью корректировки значения измеренного времени распространения в зависимости от конфигурации сбоев цикла. Также программа может быть выполнена с возможностью корректировки значения измеренного времени распространения для второго периода измерений, следующего за первым периодом измерений, учитывающей конфигурацию сбоев цикла в первом периоде измерений. Кроме того, программа может быть выполнена с возможностью определения конфигурации сбоев цикла, вычисления набора значений, характерных для определенной конфигурации сбоев цикла и оценки набора значений для определения конфигурации сбоев цикла.

Также изобретение описывает способ определения конфигурации сбоев цикла сигнала в расходомере, включающий передачу акустических сигналов через текучую среду, протекающую через расходомер, снабженный группой пар преобразователей, и между соответствующими преобразователями группы пар преобразователей, измерение времени распространения акустических сигналов между соответствующими преобразователями группы пар преобразователей, вычисление набора значений погрешностей, в котором каждое значение погрешности характерно для конфигурации сбоев цикла при измерении времени распространения акустических сигналов, и определение конфигурации сбоев цикла, при котором по меньшей мере частично используют набор значений погрешностей. Способ может дополнительно включать изменение параметров определения момента поступления сигнала в зависимости от определенной конфигурации сбоев цикла. Кроме того, способ может дополнительно включать отмену корректировки измерения времени распространения. Также способ может дополнительно включать корректировку измеренного времени распространения акустических сигналов в зависимости от конфигурации сбоев цикла. Способ дополнительно включает корректировку измеренного времени распространения акустических сигналов для второго периода измерений времени распространения в зависимости от конфигурации сбоев цикла в первом периоде измерений времени распространения, предшествующем второму периоду измерений.

Кроме того, изобретение описывает машиночитаемый носитель информации, на котором хранится программа для процессора, выполненного с возможностью при ее выполнении вычисления набора значений, каждое из которых характерно для конфигурации сбоев цикла при измерении времени распространения звукового сигнала через текучую среду в расходомере, определяет конфигурация сбоев цикла с учетом по меньшей мере частичным, указанного набора значений. Процессор может быть выполнен с возможностью изменения параметров определения момента поступления сигнала для по меньшей мере одной пары преобразователей, в зависимости от конфигурации сбоев цикла, при выполнении указанной программы. Также процессор может быть выполнен с возможностью корректировки значения времени распространения в зависимости от конфигурации сбоев цикла, при выполнении указанной программы. Кроме того, процессор может быть выполнен с возможностью корректировки значения времени распространения в последующем периоде измерений, в зависимости от конфигурации сбоев цикла в предшествующем периоде измерений, при выполнении указанной программы.

Краткое описание чертежей

Далее при подробном описании вариантов изобретения, взятых в качестве примеров, используются ссылки на следующие сопровождающие чертежи:

На фиг.1 показан вид сбоку в разрезе расходомера, соответствующего по меньшей мере некоторым вариантам осуществления;

На фиг.2 показано поперечное сечение расходомера, соответствующего по меньшей мере некоторым вариантам осуществления;

На фиг.3 показан вид сверху расходомера, соответствующего по меньшей мере некоторым вариантам осуществления;

На фиг.4 с целью объяснений показан пример полученного сигнала, в соответствии по меньшей мере с некоторыми вариантами осуществления;

На фиг.5 показаны электронные средства расходомера, в соответствии по меньшей мере с некоторыми вариантами осуществления;

На фиг.6 показана система, включающая вычислительное устройство для вычисления расхода текучей среды (далее - "вычислитель расхода"), в соответствии по меньшей мере с некоторыми вариантами осуществления; и

На фиг.7 показан способ, соответствующий способу определения конфигурации сбоев, в соответствии по меньшей мере с некоторыми вариантами осуществления.

Осуществление изобретения

Некоторые термины используются всюду далее в описании и формуле изобретения для обозначения конкретных компонент системы. Как известно специалистам в данной области, различные компании, производящие расходомеры, могут ссылаться на одинаковые компоненты, используя различные термины. В данном документе компоненты, отличающиеся по наименованию, но не по функциям, различаться не будут.

В следующем далее обсуждении и в формуле изобретения термины "включает" и "содержит" используются не в ограничительном смысле и поэтому должны пониматься как означающие следующее: "включает…, но этот перечень не является ограничивающим".

Кроме того, термины "соединение" и "связь" означают как непосредственные, так и опосредованные соединения или связи.

Так, если первое устройство соединено со вторым, то соединение может быть как непосредственным, так и опосредованным, осуществляемым через другие устройства и соединения.

Различные варианты осуществления разработаны применительно к ультразвуковым расходомерам с четырьмя хордами, по которым распространяется сигнал, и описание исходит из этого контекста. Но описанные системы и способы могут использоваться в любых акустических расходомерах с несколькими хордами (многолучевых), и следовательно, контекст разработки и описание не должны рассматриваться как ограничивающие область применения изобретения только ультразвуковыми расходомерами с четырьмя хордами.

На фиг.1 показан ультразвуковой расходомер 101 для объяснения различных компонент расходомера и связей между ними. Измерительная муфта 100, выполненная с возможностью установки между секциями трубопровода, имеет заранее заданный размер и определяет центральный канал, по которому проходит текучая среда, расход которой измеряется. Выбранная для иллюстрации пара преобразователей 120 и 130 и соответствующе им корпуса 125 и 135 разнесены по длине муфты 100. Преобразователи 120 и 130 - акустические приемопередатчики, в частности ультразвуковые приемопередатчики, которые могут посылать и принимать акустические сигналы с частотами, превышающими примерно 20 кГц. Акустические сигналы могут генерироваться и приниматься пьезоэлектрическим элементом, имеющимся в каждом преобразователе. При генерации ультразвукового сигнала пьезоэлектрический элемент стимулируется синусоидальным электрическим сигналом, возбуждающим вибрацию элемента. При вибрации пьезоэлектрического элемента генерируется акустический сигнал, который распространяется через текучую среду, расход которой измеряется, к соответствующему преобразователю пары преобразователей. Симметричным образом, при воздействии акустического сигнала принимающий пьезоэлектрический элемент вибрирует, генерируя синусоидальный электрический сигнал, который считывается, преобразуется в цифровую форму и анализируется электронными средствами, связанными с расходомером.

Отрезок 110, называемый хордой, проходит между преобразователями 120 и 130 (выбранными для иллюстрации) под некоторым углом к оси 105. Длина хорды 110 равна расстоянию между фронтальной поверхностью преобразователя 120 и фронтальной поверхностью преобразователя 130. В точках 140 и 145 акустические сигналы, генерируемые преобразователями 120 и 130, проходят из текучей среды, протекающей через муфту 100, в кристалл датчика. Положение преобразователей 120 и 130 может быть задано углом Q, первым расстоянием L, равным расстоянию между преобразователями 120 и 130, вторым расстоянием X, равным расстоянию между точками 140 и 145, измеренным вдоль оси, и третьим расстоянием D, равным внутреннему диаметру трубы. В большинстве случаев расстояния D, Х и L точно определяются при изготовлении расходомера. Преобразователи, например 120 и 130, размещаются обычно на определенном расстоянии от точек 140 и 145 соответственно, независимо от размеров расходомера (то есть, размеров муфты). Текучая среда, например природный газ, протекает в направлении 150. Показан профиль 152 скоростей текущей среды. Векторы 153-158 скорости показывают, что скорость газа, протекающего через муфту 100, увеличивается при приближении к оси 105 муфты 100.

Сначала расположенный ниже по потоку текущей среды (далее - "нижний") преобразователь 120 генерирует ультразвуковой сигнал, распространяющийся в направлении расположенного выше по потоку (далее - "верхнего") преобразователя 130 и достигающий его. Через некоторое время верхний преобразователь 130 генерирует ответный ультразвуковой сигнал, распространяющийся в направлении нижнего преобразователя 120 и достигающий его. Таким образом, обмен ультразвуковыми сигналами 115 между преобразователями 120 и 130 вдоль хорды 110 можно сравнить с подачей бейсбольного мяча и его захватом ловушкой. При функционировании расходомера описанная последовательность действий может повторяться тысячи раз в минуту.

Время распространения ультразвукового сигнала 115 между преобразователями 120 и 130 частично зависит от того, в каком направлении распространяется ультразвуковой сигнал 115, - по потоку или против потока текучей среды. Время распространения ультразвукового сигнала по потоку (то есть, в том же направлении, в каком протекает текучая среда) меньше, чем время распространения против потока (то есть, в направлении, противоположном направлению потока текучей среды). Значения времени распространения сигнала по потоку и против потока могут использоваться для определения средней по всему пути прохождения сигнала скорости потока и скорости звука в текучей среде. При известных размерах поперечного сечения расходомера, через который проходит текучая среда, значение средней скорости текучей среды может использоваться для расчета объема текучей среды, проходящей через муфту 100.

В ультразвуковых расходомерах может быть предусмотрен один путь (луч) или несколько путей распространения акустических сигналов. На фиг.2 показано поперечное сечение одной стороны многолучевого ультразвукового расходомера. В ультразвуковом расходомере, показанном на фиг.2, используются четыре хорды А, В, С и D, расположенные на различных уровнях внутри муфты 100. Каждая хорда A-D соответствует паре преобразователей, поочередно работающих в качестве передатчика и приемника. Показан также корпус 160 управляющего электронного устройства (далее - контроллера), которое управляет получением и обработкой данных, соответствующих четырем хордам A-D. Четыре пары преобразователей, соответствующих хордам A-D, на фиг.2 не показаны.

Расположение четырех пар преобразователей легко понять, обратившись к фиг.3. На муфте 100 установлены четыре пары портов преобразователей. Каждая пара портов преобразователей соответствует одной хорде на фиг.2. Первая пара портов 125 и 135 преобразователей содержит преобразователи 120 и 130 (фиг.1), несколько заглубленные относительно поверхности муфты 100. Преобразователи установлены не перпендикулярно оси 105 муфты, а под определенным острым углом к ней. Другая пара портов 165 и 175 преобразователей (показаны лишь частично) и соответствующие им преобразователи установлены так, что хорды расположены, в общем, крестообразно относительно друг друга, но хорда между портами 165 и 175 находится на определенном расстоянии от хорды между портами 125 и 135. Аналогично, порты 185 и 195 преобразователей расположены в канале или муфте параллельно портам 165 и 175 преобразователей, но на другом уровне (то есть, на другом расстоянии от оси). На фиг.3 не показана явно четвертая пара преобразователей и портов преобразователей. При одновременном рассмотрении фиг.2 и 3 видно, что пары преобразователей размещаются так, что две верхние (на чертеже) пары преобразователей, соответствующие хордам А и В, расположены крестообразно, и две нижние пары преобразователей, соответствующих хордам С и D, также расположены крестообразно. Для каждой из хорд A-D может быть определена скорость потока, соответствующая хорде (далее - "хордальная скорость"). Комбинируя значения хордальных скоростей, можно определить среднюю скорость потока для канала в целом. По средней скорости потока можно определить количество текучей среды, прошедшей через муфту, то есть по трубопроводу.

На фиг.5 показан контроллер 200 ультразвукового расходомера, соответствующий по меньшей мере некоторым вариантам осуществления. Контроллер 200 может быть стационарно установлен в корпусе 160 контроллера, показанном на фиг.2, и корпус 160 контроллера может прикрепляться к муфте. Альтернативно, корпус 160 контроллера может быть установлен в непосредственной близости (то есть, в пределах нескольких футов) от муфты. Контроллер 200 включает процессор 202, связанный с блоком 204 памяти с произвольным доступом или запоминающим устройством с произвольным доступом (RAM, или ЗУПД), постоянным запоминающим устройством 206 (ROM, или ПЗУ) и коммуникационным портом 208. Процессор 202 - устройство, выполняющее программы решения задач, свойственных различным вариантам. ПЗУ 206 служит для постоянного хранения программ операционной системы и программ, необходимых для реализации различных вариантов. ЗУПД 204 представляет собой оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) процессора 202, и некоторые программы и/или структуры данных перед выполнением программ могут быть скопированы из ПЗУ 206 в ЗУПД 204. В альтернативных вариантах осуществления может осуществляться прямой доступ к группе программ и структур, хранимым в ПЗУ 206. Коммуникационный порт 208 - устройство, через которое расходомер связан с системами более высокого уровня, например с вычислителем расхода (который может интегрировать данные о расходе текучей среды, получаемые от группы расходомеров) и/или системой сбора данных. Хотя процессор 202, ЗУПД 204, ПЗУ 206 и коммуникационный порт 208 показаны как отдельные устройства, в альтернативных вариантах осуществления могут использоваться микроконтроллеры, в которых интегрированы процессорное ядро, ЗУПД, ПЗУ и коммуникационные порты.

Процессор 202, далее, соединяется с несколькими управляемыми им устройствами, чтобы обеспечить передачу/прием акустических сигналов через текучую среду, расход которой измеряется. В частности, процессор 202 соединен с приводным механизмом 210 преобразователей, приемником 212 и двумя мультиплексорами 214 и 216 линиями 218 и 220 управления соответственно. В некоторых вариантах осуществления приводной механизм 210 преобразователей содержит схемы генератора и усилителя. Приводной механизм 210 преобразователей в этих вариантах осуществления генерирует исходный сигнал, усиливает его до мощности, достаточной для управления преобразователями, и обеспечивает согласование сопротивлений относительно преобразователей. В других вариантах приводной механизм преобразователей принимает сигнал (переменный ток выбранной частоты) от процессора 202, усиливает его и обеспечивает согласование сопротивлений относительно преобразователей. Приемник 212 также быть выполнен во многих различных формах. В некоторых вариантах осуществления приемник 212 - это аналого-цифровой преобразователь, который получает на входе имеющий форму волны аналоговый сигнал, созданный преобразователем и являющийся представлением принятого акустического сигнала, а также преобразует этот сигнал в цифровую форму. В некоторых случаях приемник 212 может фильтровать и/или усиливать сигнал до или после его преобразования в цифровую форму. Цифровая версия полученного сигнала может затем передаваться процессору 202 для идентификации маркирующей особенности сигнала (что обсуждается ниже более подробно). В дополнительных вариантах приемник 212 может полностью или частично выполнять идентификацию маркирующей особенности сигнала.

Процессор 202, выполняя программу, выборочно управляет мультиплексорами 214 и 216, поддерживая связь преобразователей каждой пары 222 преобразователей с приводным механизмом 210 преобразователей (для управления преобразователем при возбуждении акустического сигнала) и с приемником 212 (для приема электрического сигнала, созданного преобразователем по акустическому сигналу). В некоторых вариантах процессор 202 в течение периода измерений длительностью 1 секунда заставляет каждую пару преобразователей послать приблизительно 30 акустических сигналов в направлении против потока и 30 акустических сигналов - в направлении по потоку. Могут использоваться также группы акустических сигналов, посылаемых по потоку и против потока, содержащие большее или меньшее число акустических сигналов для каждой пары преобразователей, а также более длительные или менее длительные периоды измерений.

Продолжая рассматривать фиг.5, сосредоточим внимание на паре 222А преобразователей, которая будет служить представителем всех пар 222 преобразователей. Для целей данного обсуждения преобразователь 224 будет рассматриваться как передатчик, а преобразователь 226 - как приемник, однако при реальном функционировании системы преобразователи поочередно меняются ролями. Под управлением процессора 202 приводной механизм 210 преобразователей связан через мультиплексоры 214 и 216 с преобразователем 224. Электрический сигнал, сгенерированный и/или усиленный приводным механизмом 210 преобразователей, воздействует на пьезоэлектрический элемент преобразователя 224 и возбуждает его колебания, а преобразователь 224, в свою очередь, генерирует акустический сигнал. Акустический сигнал распространяется от преобразователя 224 к преобразователю 226 в потоке текучей среды, расход которой измеряется. Для лучшего восприятия изображения взаимное расположение преобразователей пары 222А, находящихся на одной оси, на фиг.5 не показано, но при функционировании преобразователи пары расположены, в общем, на одной оси, как показано на фиг.1. В течение времени распространения акустического сигнала между преобразователем 224 и преобразователем 226 процессор 202 изменяет конфигурацию мультиплексоров 214 и 216, устанавливая связь между преобразователем 226 и приемником 212. Преобразователь 226 принимает акустический сигнал, и электрический сигнал, соответствующий полученному акустическому сигналу, поступает к приемнику 212. Процессор 202 отмечает время, когда приводной механизм 210 преобразователей выдает команду генерации ведущего сигнала, и процессор 202, анализируя сигнал, полученный приемником 212, отмечает момент, когда в сигнале обнаруживается выбранная маркирующая особенность.

Общее время, измеряемое процессором 202, включает не только время распространения через текучую среду акустического сигнала между преобразователями 224 и 226 (выбранными в качестве примера), но и задержки при прохождении электрических сигналов через контроллер 200 и связанные с ним соединения (например, задержки при прохождении сигнала через мультиплексоры 214 и 216 и по линиям, соединяющим мультиплексор 216 с преобразователями). При реализации различных вариантов задержки сигналов заранее известны или же могут быть определены, и следовательно, учтены при определении фактического времени распространения. Для различных вариантов представляет интерес выбор особенности полученного сигнала, маркирующей момент поступления акустического сигнала.

На фиг.4 показан пример полученного сигнала 300 в виде функции времени; пример позволяет обсудить выбор конкретной особенности сигнала, маркирующей момент поступления сигнала. В частности, в полученном сигнале 300 имеется участок 302 первого изменения, за которым следуют четыре прохождения 304, 306, 308 и 310 сигнала через нуль в отрицательном направлении. В соответствии по меньшей мере с некоторыми вариантами осуществления, в качестве маркирующей особенности можно выбрать второе прохождение 306 через нуль в отрицательном направлении. Но пример, показанный на фиг.3, является идеализированным. На практике наличие акустических шумов в потоке текучей среды, расход которой измеряется, и недостатки способов преобразования электрической энергии в акустическую (и наоборот) затрудняют идентификацию конкретного прохождения через нуль. Поэтому при определенных условиях процессор 202 может ошибочно идентифицировать определенное прохождение через нуль как маркирующую особенность. Неправильная идентификация определенного прохождения через нуль как маркирующей особенности будет называться перескоком цикла, или сбоем цикла. Например, из-за шумов и других помех и/или недостатков процессор 202 может ошибочно идентифицировать определенное прохождение 304 через нуль как маркирующую особенность. Для целей данного раскрытия будем называть отрицательным сбоем цикла ошибочную идентификацию в качестве маркирующей особенности такого прохождения через нуль, которое предшествует истинной маркирующей особенности. В других случаях из-за шума и/или других помех и недостатков процессор 202 может ошибочно идентифицировать в качестве маркирующей особенности прохождение 308 через нуль или прохождение 310 через нуль. Для целей данного раскрытия будем называть положительным сбоем цикла ошибочную идентификацию как маркирующей особенности такого прохождения через нуль, которое следует за истинной маркирующей особенностью.

Как сказано выше, одним из параметров, представляющих интерес при расчете расхода текущей среды, проходящей через ультразвуковой расходомер, является время распространения акустического сигнала между двумя преобразователями пары преобразователей. Особенность, идентифицируемая как маркирующая момент поступления акустического сигнала, играет важную роль при определении времени распространения сигнала. Например (см. фиг.4), если имеет место отрицательный сбой цикла (например, выбрано прохождение 304 через нуль, а не прохождение 306), то измеренное время распространения будет на один период акустического сигнала (то есть, длительность полного цикла) меньшим, чем фактическое время распространения сигнала. Аналогично, если имеет место положительный сбой на один цикл (например, если выбрано прохождение 308 через нуль), то измеренное время распространения окажется на один период акустического сигнала большим, чем фактическое время распространения. Для иллюстрации рассмотрим группу преобразователей, работающих на частоте 125 кГц, при которой длительность периода акустического сигнала составляет приблизительно 8 микросекунд. Таким образом, отрицательный сбой на один цикл уменьшит измеренное время распространения приблизительно на 8 мкс, а положительный сбой на один цикл увеличит измеренное время распространения приблизительно на 8 мкс. Хотя эти различия невелики, они неблагоприятно сказываются на оценке времени распространения.

Чтобы проверять, имел ли место сбой цикла, была построена функция η, которая сравнивает измеренные скорости звука (непосредственно связанные с измеряемым временем распространения) для двух хорд различной длины и вырабатывает определенное значение, по которому можно определить, имел ли место сбой цикла. В частности, функция η может иметь следующую форму:

где L_A и L_B - длины хорд А и В соответственно, c_B и c_A - измеренные скорости звука для хорд В и А соответственно. Аналогичные функции η могут быть определены для пар хорд В и D, С и А и С и D. Если никакой сбой цикла не имеет места, то скорость звука для всех хорд должна быть одинаковой, и значение функции η, в идеальном случае, должно быть равно нулю. На практике акустический шум, электрические и другие помехи/недостатки могут сделать значение η ненулевым, но оно все же будет малым, если не произошел сбой цикла. С другой стороны, если для какой-либо из хорд, взятых для сравнения, имел место сбой цикла, то измеренная скорость звука для этой хорды соответствующим образом изменится, и η примет относительно большое ненулевое значение (по сравнению со значением η в отсутствии сбоев цикла). Таким образом, большое значение η указывает на то, что имел место сбой цикла по меньшей мере для одной из двух хорд, для которых было рассчитано значение η, а величина и знак η показывают, отрицательным или положительным был сбой цикла. Величина η выражается одним числом, хотя и основана на информации, относящейся к двум хордам. Если значение η указывает на наличие сбоя цикла, то трудно определить, имел ли место сбой цикла на одной хорде или на обеих хордах, а также был ли сбой цикла положительным или отрицательным для каждой из хорд. Проблема еще более осложняется, если рассматривается расходомер с четырьмя хордами, который мы взяли в качестве примера.

Комбинации сбоев цикла на всех хордах расходомера для целей данного описания и формулы изобретения будем называть конфигурациями сбоев цикла при приеме сигнала. Конфигурации сбоев цикла включают случай, когда ни на одной из хорд не произошел сбой цикла. Число возможных конфигураций сбоев цикла равно числу особенностей, которые могут быть идентифицированы как маркирующие, возведенному в степень, показатель которой равен числу хорд. Например, если рассматривать только особенности, которые могут быть идентифицированы как маркирующие, то отсутствие сбоя цикла, сбой на один цикл до истинной маркирующей особенности и сбой на один цикл после истинной маркирующей особенности дают три возможности, и если в расходомере используются четыре хорды, то при приеме возможны 3⁴=81 различные конфигурации сбоев цикла. Если, кроме того, учитывается и возможность сбоя на два цикла после истинной маркирующей особенности, то для расходомера с четырьмя хордами при приеме возможны 4⁴=256 различных конфигураций сбоев цикла.

Хотя вычисление по данным для двух хорд значения η, выполняемое с целью лишь установить наличие или отсутствие сбоев цикла, является относительно простым, каждое отдельное значение η не идентифицирует хорды, на которых произошел сбой цикла, и для определения конфигурации сбоев цикла для всей группы хорд необходимо выполнить группу вычислений η. Время, требуемое для вычисления значений η для всех возможных конфигураций сбоев цикла, может оказаться слишком большим для процессора ограниченной мощности, имеющегося в ультразвуковом расходомере. Кроме того, возможность получения ненулевых значений η, обусловленных шумом (даже при отсутствии сбоев цикла), требует задания определенных пороговых значений, с которыми должны сравниваться значения η при определении наличия или отсутствия сбоев цикла; такие пороговые значения могут быть выбраны ошибочно. Чтобы устранить указанные недостатки, свойственные определению конфигурации сбоев цикла, вычисляют (в различных вариантах) набор функций погрешностей, и каждая функция погрешностей является характерной для конкретной конфигурации сбоев цикла. Оценивая значения функций погрешностей, можно определить конфигурацию сбоев цикла. Описание далее переходит к построению определенной функции погрешностей, применимой по меньшей мере в некоторых вариантах осуществления.

Вывод выражения для функции погрешностей, выбранной в качестве примера, основан на зависимости вычислений скорости звука от сбоев цикла. В частности, скорость звука, измеренная для конкретной хорды ультразвукового расходомера, может принять такую форму

где с - скорость звука, L - длина хорды, Т_Up - время распространения сигнала против потока, Т_Dn - время распространения сигнала по потоку. Погрешности в значении измеренной скорости звука, вызванные погрешностями в оценке времени распространения, описываются выражением

где Δc - погрешность в значении измеренной скорости звука, а ΔT_Up и ΔT_Dn - погрешности в значениях времени распространения в направлении против потока и по потоку соответственно. По сравнению с погрешностями в оценке времени распространения, обусловленными сбоями цикла, разность между временем распространения сигнала в направлении против потока и по потоку относительно мала. Таким образом, значения времени распространения против потока и по потоку могут быть аппроксимированы, с целью учета вычислительных погрешностей в скорости звука, вызванных сбоем цикла, следующим образом: T_Up≅T_Dn≅L/c. Использование аппроксимации, предполагающей, что значения времени распространения против потока и по потоку приблизительно равны, позволяет упростить выражение 3 таким образом