Вибрационный датчик и способ изменения вибрации в вибрационном датчике

Вибрационный датчик и способ изменения вибрации в вибрационном датчике

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к вибрационному датчику и способу изменения вибрации в вибрационном датчике.

Уровень техники

Постановка задачи

Вибрационные датчики, такие как вибрационные денситометры и вибрационные вискозиметры, работают посредством обнаружения движения вибрирующего элемента, который вибрирует в присутствие текучей среды, характеристики которой получают. Свойства, ассоциированные с текучей средой, такие как плотность, вязкость, температура и т.п., могут быть определены посредством обработки вибрационного сигнала или сигналов, принимаемых от одного или нескольких датчиков перемещения, связанных с вибрирующим элементом. На вибрацию вибрирующего элемента оказывает воздействие, в основном, суммарная масса, жесткость и характеристики демпфирования вибрирующего элемента в комбинации с текучей средой.

Вязкость текучей среды может измеряться посредством генерирования реакций на вибрационное воздействие на частотах ω1 и ω2, которые находятся выше и ниже резонансной частоты ω0 объединенных текучей среды и вибрационного датчика. На резонансной частоте ω0 разность ϕ0 фаз может составлять около 90 градусов. Две частотные точки ω1 и ω2 определяются как частоты возбуждения, когда фаза сигнала возбуждения и фаза вибрационного сигнала отличаются на разности φ1 и φ2 фаз соответственно. Разность φ1 фаз может определяться как точка, где разность фаз между фазой сигнала возбуждения и фазой вибрационного сигнала составляет около 135 градусов. Разность φ2 фаз может определяться как точка, где разность фаз между фазой сигнала возбуждения и фазой вибрационного сигнала составляет около 45 градусов.

Расстояние между этими двумя частотными точками ω1 и ω2 (т.е. разность частоты между ω1 и ω2) используется для определения члена Q, который пропорционален вязкости и может аппроксимироваться формулой:

вязкость≈Q=ω0/(ω2-ω1)(1)

Резонансная частота ω0 находится по центру между двумя частотными точками ω1 и ω2. Поэтому резонансная частота ω0 может определяться как:

ω0 ≈ 0,5 * (ω2 + ω1)

Частотные точки ω1 и ω2 определяются во время работы, когда элемент датчика взаимодействует с текучей средой, характеристики которой получают. Чтобы надлежащим образом определить частотные точки ω1 и ω2, система возбуждения известного уровня техники использует возбуждение по замкнутому циклу, возбуждая элемент датчика периодически изменяться между двумя точками разности фаз (φ1 и φ2) и регистрируя частоты ω1 и ω2 вибрации в этих точках. Посредством использования возбуждения по замкнутому циклу система возбуждения известного уровня техники гарантирует, что измерение разности фаз является стабильным, когда определяются частоты ω1 и ω2 вибрации.

Альтернативно частотные точки ω1 и ω2 определяются как точки половинной мощности, так как они содержат частотные точки, где мощность вибрационного сигнала имеет половину мощности резонансной частоты ω0, или где амплитуда A_half точки половинной мощности равна (A_half=A₀/√2). Член A₀ представляет собой амплитуду вибрационного сигнала на резонансной частоте ω0. Две частотные точки ω1 и ω2 также известны как точки 3дБ, где мощность вибрационного сигнала на 3 дБ ниже мощности на резонансной частоте.

Фиг.1 изображает вибрационный датчик известного уровня техники, содержащий элемент вибрационного датчика и процессор сигналов, соединенный с элементом датчика. Вибрационный датчик известного уровня техники включает в себя возбудитель для побуждения вибрации элемента датчика и датчик измерительного преобразователя, который создает вибрационный сигнал в ответ на вибрацию. Вибрационный сигнал является синусоидальным по своей природе. Процессор сигналов принимает вибрационный сигнал и обрабатывает вибрационный сигнал для генерирования одной или нескольких характеристик текучей среды или измерений текучей среды. Процессор сигналов определяет как частоту, так и амплитуду вибрационного сигнала. Частота и амплитуда вибрационного сигнала могут быть дополнительно обработаны для определения плотности текучей среды или могут быть обработаны для определения дополнительных или других характеристик текучей среды, таких как вязкость.

Процессор сигналов известного уровня техники генерирует сигнал возбуждения для возбудителя, используя схему возбуждения по замкнутому циклу. Сигнал возбуждения обычно основывается на принимаемом вибрационном сигнале, причем схема возбуждения по замкнутому циклу известного уровня техники обрабатывает принимаемый вибрационный сигнал для получения сигнала возбуждения. Сигнал возбуждения может основываться на частоте и амплитуде принимаемого вибрационного сигнала, причем принимаемый вибрационный сигнал содержит обратную связь, которая позволяет системе возбуждения известного уровня техники достигать целевой вибрации. Вибрационный датчик известного уровня техники возбуждает элемент датчика, используя возбуждение по замкнутому циклу и используя элемент обратной связи, причем возбуждение по замкнутому циклу изменяет шагами частоту возбуждения и контролирует элемент обратной связи до тех пор, пока не будет достигнута требуемая целевая точка. Требуемая конечная точка содержит разность (φ) фаз между сигналом возбуждения и результирующим сигналом измерительного преобразователя, достигая разности φ1 фаз или разности φ2 фаз.

Фиг.2 представляет собой блок-схему последовательности операций способа работы вибрационного датчика известного уровня техники для измерения вязкости текучей среды. Этапы 1-4 ниже определяют частоту первой частотной точки ω1, тогда как этапы 5-8 определяют частоту второй частотной точки ω2.

На этапе 1 заданное значение вибрации устанавливается на первую целевую разность φ1 фаз, и элемент датчика вибрирует с текущей частотой вибрации. Первая целевая разность φ1 фаз достигается изменением частоты сигнала возбуждения, начиная с текущей частоты вибрации. Текущая частота вибрации постепенно изменяется по замкнутому циклу и в соответствии с принимаемой обратной связью, такой как обратная связь, касающаяся разности между текущей разностью фаз и целевой разностью фаз. Частота вибрации шагами увеличивается или уменьшается с текущей частоты вибрации в зависимости от того, должна ли разность фаз увеличиваться или уменьшаться.

На этапе 2 текущая разность фаз сравнивается с первой целевой разностью φ1 фаз. Если первая целевая разность φ1 фаз была достигнута, тогда способ переходит на этап 4. В противном случае способ ответвляется на этап 3 до тех пор, пока не будет достигнута первая целевая разность φ1 фаз.

На этапе 3 выполняется ожидание. Поэтому способ зацикливается и ожидает до тех пор, пока не будет достигнуто заданное значение вибрации. Вибрационный датчик известного уровня техники поэтому ожидает достижения фактической вибрацией элемента датчика заданного значения вибрации. Вследствие работы возбуждения по замкнутому циклу элемент датчика не достигает вибрации с заданным значением вибрации до тех пор, пока не пройдет по меньшей мере известное время ожидания.

Ожидание может быть в течение фиксированного заданного времени или может изменяться по продолжительности. Окружающие условия могут потребовать более продолжительного времени, чем ожидаемое время, для достижения целевой разности фаз. Длительность ожидания может зависеть от различных факторов. Длительность ожидания может зависеть от протяженности до целевой разности фаз от начальной разности фаз. Длительность ожидания может зависеть от физических характеристик элемента датчика. Длительность ожидания может зависеть от сущности измеряемой текучей среды (включая плотность и/или вязкость текучей среды). Длительность ожидания может зависеть от мощности, доступной для вибрационного датчика известного уровня техники.

На этапе 4, когда достигается заданное значение вибрации, и разность фаз между сигналом датчика возбуждения и сигналом датчика измерительного преобразователя соответствует первой разности φ1 фаз, тогда регистрируется соответствующая первая частота ω1 вибрации. Первая частотная точка ω1 содержит частоту вибрации, которая генерирует первую целевую разность φ1 фаз. Первая частота ω1 вибрации может содержать частоту, на которой разность фаз между фазой сигнала возбуждения и фазой сигнала измерительного преобразователя составляет, например, около 135 градусов.

На этапе 5 заданное значение вибрации устанавливается на вторую целевую разность φ2 фаз, и элемент датчика вибрирует с текущей частотой вибрации. Вторая целевая разность φ2 фаз достигается посредством изменения частоты сигнала возбуждения, начиная с текущей частоты вибрации. Текущая частота вибрации постепенно изменяется по замкнутому циклу и в соответствии с принимаемой обратной связью, такой как обратная связь, касающаяся разности между текущей разностью фаз и целевой разностью фаз. Частота вибрации шагами увеличивается или уменьшается с текущей частоты вибрации в зависимости от того, должна ли разность фаз увеличиваться или уменьшаться. Следует понимать, что начальной частотой вибрации поэтому является текущая частота вибрации, которая содержит частоту вибрации, полученную выше на этапе 4.

На этапе 6 текущая разность фаз сравнивается со второй целевой разностью φ2 фаз. Если была достигнута вторая целевая разность φ2 фаз, тогда способ переходит на этап 8. В противном случае способ ответвляется на этап 7 до тех пор, пока не будет достигнута вторая целевая разность φ2 фаз.

На этапе 7 выполняется ожидание. Следовательно, способ зацикливается и ожидает до тех пор, пока не будет достигнуто заданное значение вибрации. Вследствие работы возбуждения по замкнутому циклу элемент датчика не достигает вибрации с заданным значением вибрации до тех пор, пока не пройдет по меньшей мере известное время ожидания, как описано выше.

На этапе 8, когда достигается заданное значение вибрации, и разность фаз между сигналом датчика возбуждения и сигналом датчика измерительного преобразователя соответствует второй разности φ2 фаз, тогда регистрируется соответствующая вторая частотная точка ω2. Вторая частотная точка ω2 содержит частоту вибрации, которая генерирует вторую целевую разность φ2 фаз. Вторая частотная точка ω2 может содержать частоту, на которой разность фаз между фазой сигнала возбуждения и фазой сигнала измерительного преобразователя составляет, например, около 45 градусов.

Фиг.3 представляет собой график реакции на вибрационное воздействие по замкнутому циклу вибрационного датчика известного уровня техники на фиг.1. Вертикальная ось представляет частоту (ω) вибрации, и горизонтальная ось представляет время (t). Можно видеть, что вибрационный датчик известного уровня техники попеременно вибрирует с первой частотной точкой ω1 и затем со второй частотной точкой ω2, причем эта схема многократно повторяется. Следует понимать, что первая и вторая частотные точки ω1 и ω2 не являются обязательно постоянными. Первая и вторая частоты ω1 и ω2 вибрации могут меняться вследствие изменений текучей среды, характеристики которой получают, например, посредством вибрационного датчика.

Вследствие конструкции с замкнутым циклом узла возбуждения вибрационного датчика известного уровня техники можно видеть, что фактическая частота вибрации меняется плавно и непрерывно, но медленно. Каждое изменение частоты возбуждения требует завершения периода T_CL времени замкнутого цикла, вследствие обратной связи, используемой для достижения целевой разности фаз. В результате вибрационный камертонный датчик известного уровня техники не может измерять быстрые изменения ω1 и ω2 и поэтому не может измерять быстрые изменения вязкости текучей среды, характеристики которой получают. Кроме того, даже когда период T_CL времени небольшой, можно видеть, что период T_CL времени повторяется и поэтому будет суммироваться и оказывать влияние на работу вибрационного датчика известного уровня техники.

Сущность изобретения

В одном аспекте изобретения вибрационный датчик содержит:

вибрационный элемент, выполненный с возможностью генерирования вибрационного сигнала; и

схему приемника, которая принимает вибрационный сигнал от вибрационного элемента; и

схему возбуждения, соединенную со схемой приемника и вибрационным элементом и генерирующую сигнал возбуждения, который побуждает вибрацию вибрационного элемента, причем схема возбуждения побуждает вибрацию вибрационного элемента, начиная с заданной первой частоты и по разомкнутому циклу для достижения первой целевой разности φ1 фаз для текучей среды, характеристики которой получают, и определяет соответствующую первую частотную точку ω1, вибрирует вибрационный элемент, начиная с заданной второй частоты и по разомкнутому циклу для достижения второй целевой разности φ2 фаз, и определяет соответствующую вторую частотную точку ω2, и определяет вязкость текучей среды, характеристики которой получают, используя первую частотную точку ω1 и вторую частотную точку ω2.

Предпочтительно, что вибрационный датчик многократно выполняет этапы вибрирования и определения.

Предпочтительно, что заданная первая частота содержит первую частотную точку ω1_time=(t-1) предыдущего момента времени, и заданная вторая частота содержит вторую частотную точку ω2_time=(t-1) предыдущего момента времени.

Предпочтительно, что схема возбуждения содержит возбуждение по замкнутому циклу, которое генерирует сигнал возбуждения для достижения целевой разности фаз и начинается с текущей частоты вибрации, и возбуждение по разомкнутому циклу, которое генерирует сигнал возбуждения для достижения целевой разности фаз и начинается с заданной первой или второй частоты.

Предпочтительно, что побуждение вибрации вибрационного элемента вибрационного датчика по разомкнутому циклу содержит установку схемой возбуждения заданного значения вибрации на первую целевую разность φ1 фаз, вибрацию схемой возбуждения вибрационного элемента по разомкнутому циклу и с заданной первой частотой, сравнение схемой возбуждения текущей первой разности фаз с первой целевой разностью φ1 фаз и ожидание до тех пор, пока текущая первая разность фаз не станет, по существу, равной первой целевой разности φ1 фаз, если текущая первая разность фаз равна первой целевой разности φ1 фаз, тогда регистрацию схемой возбуждения соответствующей первой частотной точки ω1, причем достижение первой целевой разности φ1 фаз генерирует первую частотную точку ω1 в вибрационном элементе, установку схемой возбуждения заданного значения вибрации на вторую целевую разность φ2 фаз, побуждение вибрации схемой возбуждения вибрационного элемента по разомкнутому циклу и с заданной второй частотой, сравнение схемой возбуждения текущей второй разности фаз со второй целевой разностью φ2 фаз и ожидание до тех пор, пока текущая вторая разность фаз не станет, по существу, равной второй целевой разности φ2 фаз, и, если текущая вторая разность фаз равна второй целевой разности φ2 фаз, тогда регистрацию схемой возбуждения соответствующей второй частотной точки ω2, причем достижение второй целевой разности φ2 фаз генерирует вторую частотную точку ω2 в вибрационном элементе.

Предпочтительно, что схема возбуждения дополнительно выполнена с возможностью побуждения вибрации вибрационного элемента по замкнутому циклу для достижения первой целевой разности φ1 фаз для текучей среды, характеристики которой получают, и определения соответствующей первой частотной точки ω1, причем вибрация начинается на текущей частоте вибрации, и вибрации вибрационного элемента по замкнутому циклу для достижения второй целевой разности φ2 фаз для текучей среды, характеристики которой получают, и определения соответствующей второй частотной точки ω2, причем вибрация начинается на текущей частоте вибрации.

Предпочтительно, что схема возбуждения выбирает работу по разомкнутому циклу, если текучая среда, характеристики которой получают, является, по существу, стабильной.

Предпочтительно, что схема возбуждения дополнительно выполнена с возможностью побуждения вибрации вибрационного элемента, начиная с заданной первой частоты и по разомкнутому циклу для приближения к первой целевой разности φ1 фаз для текучей среды, характеристики которой получают, вибрации вибрационного элемента по замкнутому циклу для достижения первой целевой разности φ1 фаз и определения соответствующей первой частотной точки ω1, побуждения вибрации вибрационного элемента, начиная с заданной второй частоты и по разомкнутому циклу для приближения ко второй целевой разности φ2 фаз для текучей среды, характеристики которой получают, вибрации вибрационного элемента по замкнутому циклу для достижения второй целевой разности φ2 фаз и определения соответствующей второй частотной точки ω2, и определения вязкости текучей среды, характеристики которой получают, используя первую частотную точку ω1 и вторую частотную точку ω2.

Предпочтительно, что схема приемника подсоединена к схеме возбуждения, причем схема приемника подает амплитуду вибрационного сигнала и частоту вибрационного сигнала на схему возбуждения, причем схема возбуждения генерирует сигнал возбуждения для вибрационного элемента, используя амплитуду вибрационного сигнала и частоту вибрационного сигнала.

Предпочтительно, что вибрационный датчик содержит вибрационный камертонный датчик, и вибрационный элемент содержит конструкцию камертонного типа.

В одном аспекте изобретения способ изменения вибрации в вибрационном датчике содержит:

побуждение вибрации вибрационного элемента вибрационного датчика, начиная с заданной первой частоты и по разомкнутому циклу для достижения первой целевой разности φ1 фаз для текучей среды, характеристики которой получают, и определение соответствующей первой частотной точки ω1;

побуждение вибрации вибрационного элемента, начиная с заданной второй частоты и по разомкнутому циклу для достижения второй целевой разности φ2 фаз, и определение соответствующей второй частотной точки ω2; и

определение вязкости текучей среды, характеристики которой получают, используя первую частотную точку ω1 и вторую частотную точку ω2.

Предпочтительно, что способ многократно выполняет этапы вибрации и определения.

Предпочтительно, что заданная первая частота содержит первую частотную точку ω1_time=(t-1) предыдущего момента времени, и заданная вторая частота содержит вторую частотную точку ω2_time=(t-1) предыдущего момента времени.

Предпочтительно, что побуждение вибрации вибрационного элемента по разомкнутому циклу содержит установку заданного значения вибрации на первую целевую разность φ1 фаз, побуждение вибрации вибрационного элемента по разомкнутому циклу и с заданной первой частотой, сравнение текущей первой разности фаз с первой целевой разностью φ1 фаз и ожидание до тех пор, пока текущая первая разность фаз не станет, по существу, равной первой целевой разности φ1 фаз, если текущая первая разность фаз равна первой целевой разности φ1 фаз, тогда регистрацию соответствующей первой частотной точки ω1, причем достижение первой целевой разности φ1 фаз генерирует первую частотную точку ω1 в вибрационном элементе, установку заданного значения вибрации на вторую целевую разность φ2 фаз, побуждение вибрации вибрационного элемента по разомкнутому циклу и с заданной второй частотой, сравнение текущей второй разности фаз со второй целевой разностью φ2 фаз и ожидание до тех пор, пока текущая вторая разность фаз, по существу, не станет равной второй целевой разности φ2 фаз, и, если текущая вторая разность фаз равна второй целевой разности φ2 фаз, тогда регистрацию соответствующей второй частотной точки ω2, причем достижение второй целевой разности φ2 фаз генерирует вторую частотную точку ω2 в вибрационном элементе.

Предпочтительно, что способ дополнительно содержит предварительные этапы побуждения вибрации вибрационного элемента по замкнутому циклу для достижения первой целевой разности φ1 фаз для текучей среды, характеристики которой получают, и определения соответствующей первой частотной точки ω1, причем вибрация начинается на текущей частоте вибрации, и вибрации вибрационного элемента по замкнутому циклу для достижения второй целевой разности φ2 фаз для текучей среды, характеристики которой получают, и определения соответствующей второй частотной точки ω2, причем вибрация начинается с текущей частотой вибрации.

Предпочтительно, что способ выбирает работу по разомкнутому циклу, если текучая среда, характеристики которой получают, является, по существу, стабильной.

Предпочтительно, что способ содержит побуждение вибрации вибрационного элемента, начиная с заданной первой частотой и по разомкнутому циклу для приближения к первой целевой разности φ1 фаз для текучей среды, характеристики которой получают, побуждение вибрации вибрационного элемента по замкнутому циклу для достижения первой целевой разности φ1 фаз и определение соответствующей первой частотной точки ω1, побуждение вибрации вибрационного элемента, начиная с заданной второй частоты и по разомкнутому циклу для приближения ко второй целевой разности φ2 фаз для текучей среды, характеристики которой получают, побуждение вибрации вибрационного элемента по замкнутому циклу для достижения второй целевой разности φ2 фаз и определение соответствующей второй частотной точки ω2 и определение вязкости текучей среды, характеристики которой получают, используя первую частотную точку ω1 и вторую частотную точку ω2.

Предпочтительно, что вибрационный датчик содержит вибрационный камертонный датчик, и вибрационный элемент содержит конструкцию камертонного типа.

Краткое описание чертежей

Одинаковые ссылочные позиции представляют одинаковые элементы на всех чертежах. Чертежи приведены необязательно в масштабе.

Фиг.1 изображает вибрационный датчик известного уровня техники, содержащий элемент вибрационного датчика и процессор сигналов, соединенный с элементом датчика.

Фиг.2 представляет собой блок-схему последовательности операций способа работы вибрационного датчика известного уровня техники для измерения вязкости текучей среды.

Фиг.3 представляет собой график реакции на вибрационное воздействие замкнутого цикла вибрационного датчика известного уровня техники на фиг.1.

Фиг.4 изображает вибрационный датчик согласно варианту осуществления изобретения.

Фиг.5 изображает вибрационный датчик согласно варианту осуществления изобретения.

Фиг.6 представляет собой блок-схему последовательности операций способа изменения вибрации в вибрационном датчике согласно варианту осуществления изобретения.

Фиг.7 представляет собой график объединенной реакции на вибрационное воздействие замкнутого цикла и разомкнутого цикла вибрационного датчика.

Осуществление изобретения

Фиг.4-7 и последующее описание изображают конкретные примеры, чтобы предложить идею специалисту в данной области техники как выполнить и использовать наилучший вариант осуществления изобретения. С целью предложения обладающих признаками изобретения принципов некоторые обычные аспекты были упрощены или опущены. Для специалиста в данной области техники понятны варианты из этих примеров, которые подпадают под объем изобретения. Для специалиста в данной области техники понятно, что описанные ниже признаки могут быть объединены различным образом для образования многочисленных вариантов изобретения. В результате изобретение не ограничивается конкретными примерами, описанными ниже, но только формулой изобретения и ее эквивалентами.

Фиг.4 изображает вибрационный датчик 5 согласно варианту осуществления изобретения. Вибрационный датчик 5 может содержать вибрационный элемент 104 и измерительную электронику 20, причем вибрационный элемент 104 соединен с измерительной электроникой 20 посредством проводника или проводников 100. В некоторых вариантах осуществления вибрационный датчик 5 может содержать вибрационный камертонный датчик или вилочный датчик плотности (см. фиг.5 и сопровождающее описание). Однако другие вибрационные датчики предполагаются и находятся в пределах объема описания и формулы изобретения.

Вибрационный датчик 5 может быть, по меньшей мере частично, погружен в текучую среду, характеристики которой получают. Например, вибрационный датчик 5 может быть установлен в трубе или трубопроводе. Вибрационный датчик 5 может быть установлен в баке или контейнере или конструкции для удержания текучей среды. Вибрационный датчик 5 может быть установлен в коллекторе или подобной конструкции для направления потока текучей среды. Однако другие монтажные устройства предполагаются и находятся в пределах объема описания и формулы изобретения.

Текучая среда может содержать жидкость. Текучая среда может содержать газ. Альтернативно текучая среда может содержать многофазную текучую среду, такую как жидкость, которая включает в себя увлеченный газ, увлеченные твердые частицы, многочисленные жидкости или их комбинации.

Вибрационный датчик 5 может работать для обеспечения измерений текучей среды. Вибрационный датчик 5 может обеспечивать измерения текучей среды, включая одно или несколько из плотности текучей среды и вязкости текучей среды для текучей среды, включая протекающие или непротекающие текучие среды. Вибрационный датчик 5 может обеспечивать измерения текучей среды, включая расход жидкой массы, расход жидкого объема и/или температуры текучей среды. Это перечисление не является исчерпывающим и вибрационный датчик 5 может измерять или определять другие характеристики текучей среды.

Измерительная электроника 20 может подавать электрическую энергию на вибрационный элемент 104 по проводнику или проводникам 100. Измерительная электроника 20 может управлять работой вибрационного элемента 104 по проводнику или проводникам 100. Например, измерительная электроника 20 может генерировать сигнал возбуждения и подавать сигнал возбуждения на вибрационный элемент 104, причем вибрационный элемент 104 генерирует вибрацию в одном или нескольких вибрационных компонентах, используя сигнал возбуждения. Сигнал возбуждения может управлять амплитудой вибрации. Сигнал возбуждения может управлять частотой вибрации. Сигнал возбуждения может управлять длительностью вибрации и/или временными соотношениями вибрации.

Измерительная электроника 20 может принимать вибрационный сигнал или сигналы от вибрационного элемента 104 по проводнику или проводникам 100. Измерительная электроника 20 может обрабатывать вибрационный сигнал или сигналы, чтобы генерировать, например, измерение плотности. Следует понимать, что другие или дополнительные измерения могут генерироваться из вибрационного сигнала или сигналов.

Измерительная электроника 20 может обрабатывать вибрационный сигнал или сигналы, принимаемые от вибрационного элемента 104, для определения частоты сигнала или сигналов. Частота может содержать резонансную частоту текучей среды. Резонансная частота может использоваться для определения плотности текучей среды. Кроме того или в дополнение измерительная электроника может обрабатывать вибрационный сигнал или сигналы для определения других характеристик текучей среды, таких как вязкость или сдвиг фазы между сигналами, которые могут обрабатываться для определения, например, расхода текучей среды. Другие характеристики реакции на вибрационное воздействие и/или измерения текучей среды предполагаются и находятся в пределах объема описания и формулы изобретения.

Измерительная электроника 20 может быть дополнительно соединена с линией 26 связи. Измерительная электроника 20 может передавать вибрационный сигнал по линии 26 связи. Измерительная электроника 20 может обрабатывать принимаемый вибрационный сигнал для генерирования значения или значений измерения и может передавать значение или значения измерения по линии 26 связи.

Кроме того, измерительная электроника 20 может принимать информацию по линии 26 связи. Измерительная электроника 20 может принимать команды, обновления, функциональные значения или изменения функциональных значений и/или обновления или изменения программирования по линии 26 связи.

Фиг.5 изображает вибрационный датчик 5 согласно варианту осуществления изобретения. Вибрационный датчик 5 в изображенном варианте осуществления содержит вибрационный камертонный датчик 5, включающий в себя измерительную электронику 20, соединенную с вибрационным элементом 104 посредством стержня 115 в изображенном варианте осуществления. Стержень 115 может быть любой требуемой длины. Стержень 115 может быть по меньшей мере частично,полым, и провода или другие проводники могут проходить между измерительной электроникой 20 и вибрационным элементом 104 по стержню 115.

Измерительная электроника 20 может включать в себя схемные компоненты, такие как схему 134 приемника, схему 138 возбуждения и схему 136 интерфейса в изображенном варианте осуществления.

В изображенном варианте осуществления схема 134 приемника и схема 138 возбуждения непосредственно соединены с проводниками вибрационного элемента 104 в изображенном варианте осуществления. Альтернативно измерительная электроника 20 может содержать отдельный компонент или устройство от вибрационного элемента 104, причем схема 134 приемника и схема 138 возбуждения соединены с вибрационным элементом 104 посредством проводника или проводников 100, как показано на фиг.4.

Вибрационный элемент 104 вибрационного датчика 5 в изображенном варианте осуществления содержит конструкцию 104 камертонного типа, причем вибрационный элемент 104 по меньшей мере частично погружен в измеряемую текучую среду. Вибрационный элемент 104 включает в себя корпус 105, который может быть прикреплен к другой конструкции, такой как труба, трубопровод, бак, резервуар, коллектор или любой другой конструкции для транспортировки и хранения текучей среды. Корпус 105 поддерживает вибрационный элемент 104, когда вибрационный элемент 104 остается по меньшей мере частично открытым. Вибрационный элемент 104 поэтому выполнен с возможностью погружения в текучую среду.

Вибрационный элемент 104 в изображенном варианте осуществления включает в себя первую и вторую ножку 112 и 114, которые выполнены так, что проходят по меньшей мере частично в текучую среду. Первая и вторая ножки 112 и 114 содержат удлиненные элементы, которые могут иметь любую требуемую форму поперечного сечения. Первая и вторая ножки 112 и 114 могут быть по меньшей мере частично гибкими или упругими по своей сущности.

Вибрационный датчик 5 дополнительно включает в себя соответствующие первый и второй пьезоэлементы 122 и 124, которые содержат элементы пьезоэлектрического кристалла. Первый и второй пьезоэлементы 122 и 124 располагаются рядом с первой и второй ножками 112 и 114 соответственно. Первый и второй пьезоэлементы 122 и 124 выполнены с возможностью соприкосновения и механического взаимодействия с первой и второй ножками 112 и 114.

Первый пьезоэлемент 122 может соприкасаться с по меньшей мере участком первой ножки 112. Первый пьезоэлемент 122 может быть электрически соединен со схемой 138 возбуждения, причем схема 138 возбуждения подает изменяющийся во времени сигнал возбуждения на первый пьезоэлемент 122. Первый пьезоэлемент 122 может расширяться и сжиматься, когда он подвергается действию изменяющегося во времени сигнала возбуждения. В результате первый пьезоэлемент 122 может попеременно деформироваться и смещать первую ножку 112 из стороны в сторону колебательным движением (смотрите пунктирные линии), возмущая текучую среду периодическим, возвратно-поступательным образом.

Второй пьезоэлемент 124 может быть соединен со схемой 134 приемника, которая создает изменяющийся во времени сигнал реакции на вибрационное воздействие, соответствующий деформациям второй ножки 114 в текучей среде. Движение второй ножки 114 поэтому может вызывать соответствующий электрический вибрационный сигнал, генерируемый вторым пьезоэлементом 124. Второй пьезоэлемент 124 передает вибрационный сигнал на измерительную электронику 20. Измерительная электроника 20 обрабатывает вибрационный сигнал и может измерять амплитуду вибрационного сигнала и/или частоту вибрационного сигнала вибрационного сигнала.

Измерительная электроника 20 может включать в себя схему 136 интерфейса. Схема 136 интерфейса может быть выполнена с возможностью выполнения связи с внешними устройствами. Схема 136 интерфейса может передавать вибрационный измерительный сигнал или сигналы и может передавать определенные характеристики текучей среды на одно или несколько внешних устройств. Измерительная электроника 20 может передавать характеристики вибрационного сигнала посредством схемы 136 интерфейса, такие как частота вибрационного сигнала и/или амплитуда вибрационного сигнала вибрационного сигнала. Измерительная электроника 20 может передавать измерения текучей среды посредством схемы 136 интерфейса, между прочим, такие как плотность и/или вязкость текучей среды. Другие измерения текучей среды предполагаются и находятся в пределах объема описания и формулы изобретения. Кроме того, схема 136 интерфейса может принимать связь от внешних устройств, включая команды и данные, например, для генерирования значений измерения.

В некоторых вариантах осуществления схема 134 приемника подсоединена ко схеме 138 возбуждения, причем схема 134 приемника подает амплитуду вибрационного сигнала и частоту вибрационного сигнала на схему 138 возбуждения, причем схема 138 возбуждения генерирует сигнал возбуждения для вибрационного элемента 104, используя амплитуду вибрационного сигнала и частоту вибрационного сигнала.

Схема 138 возбуждения может принимать вибрационный сигнал и может генерировать сигнал возбуждения из вибрационного сигнала и может модифицировать характеристики вибрационного сигнала, чтобы генерировать сигнал возбуждения. Вибрационный элемент 104, в основном, поддерживается на резонансной частота, когда на него воздействует окружающая текучая среда. Вибрационный элемент 104 обычно поддерживается на резонансной частоте схемой 138 возбуждения. Схема 138 возбуждения может модифицировать вибрационный сигнал для получения требуемого вибрационного возмущающего воздействия в текучей среде. Схема 138 возбуждения дополнительно может модифицировать вибрационный сигнал для компенсации длины проводников между измерительной электроникой 20 и вибрационным элементом 104 и/или для компенсации, например, других потерь в вибрационном сигнале.

Схема 138 возбуждения может включать в себя возбуждение 143 по замкнутому циклу и возбуждение 147 по разомкнутому циклу. Любое одно из возбуждения 143 по замкнутому циклу или возбуждения 147 по разомкнутому циклу может использоваться схемой 138 возбуждения для генерирования сигнала возбуждения и подачи сигнала возбуждения на вибрационный элемент 104 (т.е. на первый пьезоэлемент 122).

Возбуждение 143 по замкнутому циклу генерирует сигнал возбуждения по замкнутому циклу, причем возбуждение 143 по замкнутому циклу использует вибрационный сигнал, принимаемый от вибрационного элемента 104 (т.е. от второго пьезоэлемента 124) для генерирования сигнала возбуждения. Возбуждение 143 по замкнутому циклу поэтому работает на основе обратной связи и алгоритма обратной связи. Обратная связь содержит разность между текущей вибрацией и заданной целевой вибрацией. Сигнал возбуждения плавно и непрерывно изменяется возбуждением 143 по замкнутому циклу до тех пор, пока вибрационный сигнал (т.е. обратная связь) не достигнет целевой вибрации. Поэтому если задается первая частотная точка ω1, возбуждение 143 по замкнутому циклу шагами изменяет от текущей частоты ω2 вибрации до тех пор, пока не будет достигнута в конечном счете целевая вибрация с частотой ω1.

В некоторых вариантах осуществления схема 138 возбуждения содержит возбуждение 143 по замкнутому циклу, которое генерирует сигнал возбуждения для достижения целевой р