[發(fā)明專利]振動傳感器和方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910835634.1
• 申請日: 2013-04-03
• 公開（公告）號: CN110411560B
• 公開（公告）日: 2021-09-07
• 發(fā)明（設(shè)計）人: A.S.克拉維茨;C.B.麥卡納利
• 申請（專利權(quán)）人: 高準(zhǔn)公司
• 主分類號: G01H17/00
• 分類號: G01H17/00;G01N9/00;G01N11/16
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 劉春元

本發(fā)明涉及振動傳感器和方法，所述振動傳感器（5）包含被配置為產(chǎn)生振動信號的振動元件（104）和被耦合到振動元件（104）并且接收振動信號的計量器電子器件（20），其中計量器電子器件（20）包含：被耦合到振動元件（104）并且接收振動信號的增益級（150），其中增益級（150）以預(yù)定的增益放大振動信號以產(chǎn)生飽和的振動信號；和被耦合到增益級（150）的信號處理器（156），其中信號處理器（156）的第一輸入（161）接收所述飽和的振動信號并且從所述飽和的振動信號確定振動信號頻率，并且其中信號處理器（156）的第二輸入（162）接收振動信號并且從所述振動信號確定振動信號振幅。

本申請是申請?zhí)枮?01380075333.4、申請日為2013-04-03、發(fā)明名稱為“振動傳感器和方法”的發(fā)明專利申請的分案申請。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及振動傳感器和方法。

背景技術(shù)

諸如振動密度計和振動粘度計的振動傳感器典型地通過檢測在存在將被測量的流體材料的情況下振動的振動元件的運(yùn)動來操作。能夠通過處理從與振動元件相關(guān)聯(lián)的運(yùn)動換能器接收的測量信號來確定諸如密度、粘度、溫度等的與流體材料相關(guān)聯(lián)的屬性。振動元件系統(tǒng)的振動模式通常受振動元件和流體材料的組合的質(zhì)量、硬度和阻尼特性影響。

圖1示出現(xiàn)有技術(shù)振動傳感器，其中拾取傳感器產(chǎn)生對應(yīng)于感測的振動的電子振動信號。振動信號在本質(zhì)上將是大體正弦的。振動信號在測量或表征振動信號的信號處理器中被接收。在一些實施例中信號處理器可以包括編碼器-解碼器（即編解碼器）。信號處理器確定振動信號的頻率和振幅兩者。振動信號的頻率和振幅能夠被進(jìn)一步處理以確定相關(guān)聯(lián)的流體的密度，或能夠被處理以確定附加或其他流體特性。

此外，信號處理器可以為驅(qū)動器產(chǎn)生驅(qū)動信號。信號處理器可以處理振動信號以創(chuàng)建驅(qū)動信號。驅(qū)動信號可以具有預(yù)定的驅(qū)動振幅，其中所述預(yù)定的驅(qū)動振幅可以是固定的或變化的。驅(qū)動信號可以具有基于接收的振動信號的頻率和振幅的驅(qū)動頻率。驅(qū)動頻率可以包括在將要被表征的流體中振動的振動傳感器的諧振頻率，其中通過調(diào)整驅(qū)動頻率直到接收的振動信號的振幅大體處于最大值來確定所述諧振頻率。

然而，信號處理器可能具有有限的動態(tài)范圍并且可能不能夠準(zhǔn)確地和可靠地測量具有相對小的振幅的輸入信號的頻率。振動信號具有明顯大于典型立體編解碼器的可用動態(tài)范圍的動態(tài)振幅范圍。在叉形密度計量器的情況下，在最小拾取振幅到最大拾取振幅之間的動態(tài)范圍可以大于10000，而典型的立體編解碼器可以具有大約100的可用動態(tài)范圍以便在系統(tǒng)的頻率準(zhǔn)確性要求的情況下維持穩(wěn)定的閉環(huán)驅(qū)動。

現(xiàn)有技術(shù)振動傳感器可以包含在拾取傳感器和信號處理器之間的增益級。可以選擇由增益級實施的增益以便振動信號被放大以大體匹配信號處理器的動態(tài)范圍。然后可以更容易地和準(zhǔn)確地測量振動信號的頻率。

圖1中的現(xiàn)有技術(shù)振動傳感器具有缺點。由增益級進(jìn)行的振動信號的放大可以提高信號處理器將振動信號匹配到信號處理器的輸入并且量化振動信號頻率的能力，但是遺憾的是這消極地影響信號處理器量化振動信號振幅的能力。

圖2示出現(xiàn)有技術(shù)振動傳感器，其中增益級包括多個增益元件K₁-K_N，其中開關(guān)S₁-S_N選擇用于放大振動信號的增益元件。這個現(xiàn)有技術(shù)電路允許以多于單個增益因子放大振動信號。

然而切換增益的過程具有缺點。一個問題是必須在初始的操作期間（以及在緩動操作期間）動態(tài)地掃描增益以確保系統(tǒng)始終保持穩(wěn)定。另一個問題是從一個增益到下一個增益切換的動作創(chuàng)建振幅和頻率兩者的測量中的非線性，這能夠?qū)е掠涩F(xiàn)有技術(shù)振動傳感器產(chǎn)生的流體測量中的誤差。又一個問題是每個增益級具有與拾取器不同的相位關(guān)系，這必須被補(bǔ)償。為了維持這個相位關(guān)系，必須針對每個可用的增益級計算單獨的補(bǔ)償數(shù)字以確保傳感器總是在預(yù)測的測量點上操作，因為從一個增益到另一個增益的同相線性化的任何誤差將導(dǎo)致測量誤差的另一個源。

發(fā)明內(nèi)容