[發明專利]用于振蕩導管的使用固有模態分解的參數傳感器

有效

• 申請號: 99808623.1
• 申請日: 1999-06-23
• 公開（公告）號: CN1309762A
• 公開（公告）日: 2001-08-22
• 發明（設計）人: T·J·昆寧哈姆;D·F·諾爾門;G·E·帕夫拉斯;S·J·舍利
• 申請（專利權）人: 微動公司
• 主分類號: G01F1/84
• 分類號: G01F1/84
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司
• 代理人: 王岳,王忠忠

本發明涉及過程參數傳感器、操作方法以及計算機程序產品，具體地說，本發明涉及振蕩導管參數傳感器、操作方法以及計算機程序產品。

科里奧利效應質量流量計通常用于測量流經導管的物質的質量流量及其它信息。J.E.Smith等人的1978年8月29日的美國專利4109524號、1985年1月1日的美國專利4491025號以及1982年2月11日的美國專利Re31450號中公開了示例性的科里奧利流量計。這些流量計一般包括一個或多個具有平直或彎曲結構的導管。每個導管均可被看作是具有一組振蕩波模，例如包括簡單彎曲、扭曲、徑向和耦合波模。在典型的質量流量測定應用中，當有物質流經導管時，每個導管都受驅按其固有波模中的一種以諧振的方式振蕩。所述導管的質量和硬度特征與導管中流動的物質的特征結合起來會影響與所述振蕩的填充有物質的系統的振蕩波模。

科里奧利流量計的典型組件是驅動或觸發系統。該驅動系統能進行操作以便將周期性的物理力施加給導管，從而使導管振蕩。所述驅動系統一般包括至少一個啟動器，它安裝于流量計的導管。該啟動器可包括諸如音圈裝置之類的多種公知機電裝置中的一種，所述音圈帶有一安裝于第一導管的磁體以及按與該磁體有相對向關系的方式安裝于第二導管的線圈。一驅動器通常將一周期性例如正弦或方波的驅動信號提供給上述啟動線圈。所述周期性驅動信號會使得啟動器按相反的周期圖形驅動所說的兩個導管。

在存在有有效的“零”流量流過受驅的流量計導管時，沿導管的點會根據受驅振動的波模的不同而相對驅動器按大致相同的相位或“零流量”相位振蕩。隨著物質開始從流量計的入口經由所述導管流出流量計的出口，源于物質流的科里奧利力會導致沿導管的在空間上相間隔的點之間的相移，導管入口側的相位一般滯后于啟動器，而導管出口側的相位則一般超前于啟動器。導管的兩個位置之間產生的相移約與經由導管的物質的質量流速成比例。

不幸的是，流量計結構的非線性和不對稱性以及通過諸如泵之類的外部源引入流量計結構的振動會使得用通常相移或時間延遲法所獲得的測定結果的精確性打折扣。例如用能減少外部振動作用的平衡機械結構以及用頻率域過濾法除掉與不應有的振動相關的頻率分量，可以減少上述現象。但是，機械結構法受限于幾何形狀上的考慮，頻率域過濾法在除掉在有關諧振頻率或幾乎在有關諧振頻率下例如在用于觸發所述導管的驅動頻率下出現的不想要振動能量時是效率低下的。

根據上述內容，本發明的目的是提供振動導管參數傳感器、操作方法以及計算機程序產品，它們能在存在有外部振動的情況下精確地估算具有結構非線性和非對稱性的傳感器導管中的過程參數。

用振動導管參數傳感器、操作方法以及計算機程序產品可以實現上述和其它目的、特征和優點，在上述振動導管參數傳感器、操作方法以及計算機程序產品中，對表示振動導管運動的運動信號進行處理，以便將所述導管運動分解成多個實數固有模態分量，可根據這些分量來估算諸如質量流量之類的過程參數。在本發明的一個實施例中，使一波模濾過器作用于上述運動信號，以形成一輸出，該輸出最佳地表示所述導管運動的與一個或多個實數固有波模有關的分量，所述一個或多個實數固有波模例如是最好與科里奧利力相關的波模，而所述科里奧利力則與導管內的物質有關。然后，用例如通常的相位差技術根據上述輸出生成諸如質量流量之類的過程參數的估算值。在本發明的另一個實施例中，根據所述多個運動信號來估算實數固有模態運動，并根據所估算出的實數固有模態運動的一個子集例如根據最好與科里奧利力相關的實數固有波模中的運動來估算過程參數。

由于將導管的運動分解成實數固有模態分量，故可以獲得過程參數的更為精確的估算值。例如，一波模濾過器可傳送導管運動的對應于與科里奧利力緊密相關的實數固有波模的分量，同時減少導管運動的與外部噪音源相關的分量。因此，經過濾的輸出很少會因噪音和振動而出錯，從而可最佳地用于生成諸如質量流量之類的過程參數的精確估算值。與此相類似，估算出的與科里奧利力相關的選定波模的實數固有模態運動可用于生成過程參數的精確估算值，同時忽略源于其它來源的模態運動。

具體地說，依照本發明，用于確定過程參數的過程參數傳感器包括：一配置成包含有物質的導管；以及，多個運動感受器，它們能進行操作以生成多個表示導管多個位置處運動的運動信號。一實數固有模態分解器對上述多個運動感受器進行響應并能進行操作以便對所述多個運動信號進行處理，從而將由上述多個運動信號所表示的運動分解成多個實數固有模態分量。一過程參數估算器對上述實數固有模態分解器進行響應并可進行操作以便根據上述實數固有模態分量中的一個實數固有模態分量來估算過程參數。