專(zhuān)利名稱(chēng)：利用模式選擇性濾波技術(shù)的質(zhì)量流量測(cè)量方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及傳感器和相關(guān)方法，具體而言，涉及質(zhì)量流量測(cè)量方法和裝置。
背景技術(shù)：
許多傳感器應(yīng)用都涉及機(jī)械振動(dòng)或者其它運(yùn)動(dòng)的檢測(cè)。利用這種運(yùn)動(dòng)檢測(cè)技術(shù)的傳感器實(shí)例有科里奧利質(zhì)量流量計(jì)和振動(dòng)管密度計(jì)。這些裝置通常都有一個(gè)導(dǎo)管或者受到周期性驅(qū)動(dòng)的也就是振動(dòng)的其它容器。與導(dǎo)管或者容器內(nèi)所裝材料有關(guān)的質(zhì)量流量、密度之類(lèi)特性可以通過(guò)處理容器結(jié)構(gòu)上安裝的運(yùn)動(dòng)傳感器的信號(hào)來(lái)加以確定，因?yàn)樘畛淞瞬牧系恼駝?dòng)系統(tǒng)的振動(dòng)模式一般都會(huì)受到導(dǎo)管或者容器結(jié)構(gòu)的總質(zhì)量、剛性和阻尼特性和其中材料的影響。
典型的科里奧利質(zhì)量流量計(jì)系統(tǒng)中有一個(gè)或者多個(gè)導(dǎo)管，它們連接成一個(gè)管道，或者有其它輸送系統(tǒng)和輸送材料，例如流體、淤漿等等?？梢哉J(rèn)為每個(gè)導(dǎo)管都有一組自然振動(dòng)模式，例如有簡(jiǎn)單彎曲、扭轉(zhuǎn)、徑向和耦合模式。在典型的科里奧利質(zhì)量流量測(cè)量應(yīng)用中，當(dāng)材料流通過(guò)導(dǎo)管的時(shí)候會(huì)激勵(lì)導(dǎo)管，讓它以其自然振動(dòng)模式中的一個(gè)模式諧振，在導(dǎo)管的一些點(diǎn)上測(cè)量導(dǎo)管的運(yùn)動(dòng)。激勵(lì)通常都是通過(guò)一個(gè)激勵(lì)器，例如聲音線圈類(lèi)型驅(qū)動(dòng)器這種電動(dòng)機(jī)械裝置，來(lái)實(shí)現(xiàn)的，這樣的裝置會(huì)以周期性的方式擾動(dòng)導(dǎo)管。Smith的第4109524號(hào)美國(guó)專(zhuān)利、Smith等等的第4491025號(hào)美國(guó)專(zhuān)利和Smith的Re.31450描述了一些科里奧利質(zhì)量流量計(jì)的實(shí)例。
可惜，因?yàn)閷?dǎo)管結(jié)構(gòu)的非線性性和不對(duì)稱(chēng)性、與流量計(jì)連接的泵和壓縮機(jī)產(chǎn)生的力這樣的外力引起的運(yùn)動(dòng)以及因?yàn)榱鹘?jīng)流量計(jì)導(dǎo)管的材料的壓力產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)，傳統(tǒng)科里奧利質(zhì)量流量計(jì)的精度大打折扣。這些力的影響一般都是通過(guò)適當(dāng)?shù)牧髁坑?jì)設(shè)計(jì)來(lái)加以減輕，在這些設(shè)計(jì)中減小外部振動(dòng)的影響，也可以利用頻域?yàn)V波器，例如帶通濾波器，濾除運(yùn)動(dòng)信號(hào)中激勵(lì)頻率以外的分量，從而減小它們的影響。但是，機(jī)械濾波方法常常受到機(jī)械因素限制，例如受到材料限制、安裝方面的限制、重量限制、尺寸限制等等，并且頻域?yàn)V波在去除激勵(lì)頻率附近不需要的振動(dòng)分量的時(shí)候顯得不太有效。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，導(dǎo)管內(nèi)材料的質(zhì)量流量是通過(guò)對(duì)說(shuō)明導(dǎo)管內(nèi)運(yùn)動(dòng)情況的多個(gè)運(yùn)動(dòng)信號(hào)進(jìn)行模式選擇性濾波，產(chǎn)生多個(gè)模式選擇性濾波后的運(yùn)動(dòng)信號(hào)，從而使這些模式選擇性濾波后的運(yùn)動(dòng)信號(hào)能夠更好地代表導(dǎo)管的振動(dòng)運(yùn)動(dòng)，來(lái)進(jìn)行估計(jì)的。從多個(gè)模式選擇性濾波后的運(yùn)動(dòng)信號(hào)產(chǎn)生多個(gè)相位估計(jì)。從這些多個(gè)相位估計(jì)產(chǎn)生一個(gè)質(zhì)量流量估計(jì)。可以利用從多個(gè)模式選擇性濾波后的運(yùn)動(dòng)信號(hào)中的一個(gè)得到的相位基準(zhǔn)來(lái)估計(jì)這里的多個(gè)相位估計(jì)。
在本發(fā)明的一些實(shí)施方案中，對(duì)多個(gè)運(yùn)動(dòng)信號(hào)進(jìn)行模式變換，在模式坐標(biāo)域內(nèi)產(chǎn)生多個(gè)模式響應(yīng)信號(hào)。對(duì)這多個(gè)模式響應(yīng)信號(hào)進(jìn)行模式選擇性變換，產(chǎn)生多個(gè)模式選擇性濾波后的運(yùn)動(dòng)信號(hào)。在本發(fā)明的其它實(shí)施方案中，估計(jì)多個(gè)模式選擇性濾波后的運(yùn)動(dòng)信號(hào)的一個(gè)模式選擇性濾波后的運(yùn)動(dòng)信號(hào)的頻率。在估計(jì)出來(lái)的頻率的基礎(chǔ)之上產(chǎn)生正交的第一個(gè)和第二個(gè)基準(zhǔn)信號(hào)。從多個(gè)模式選擇性濾波后的運(yùn)動(dòng)信號(hào)以及第一個(gè)和第二個(gè)基準(zhǔn)信號(hào)產(chǎn)生多個(gè)相位估計(jì)。
在本發(fā)明的另外一些實(shí)施方案中，從多個(gè)相位估計(jì)產(chǎn)生多個(gè)時(shí)間差估計(jì)，從多個(gè)時(shí)間差估計(jì)產(chǎn)生質(zhì)量流量估計(jì)?？梢酝ㄟ^(guò)將多個(gè)相位估計(jì)除以模式頻率產(chǎn)生多個(gè)時(shí)間差值，從多個(gè)相位估計(jì)產(chǎn)生多個(gè)時(shí)間差估計(jì)。可以將多個(gè)零流量基準(zhǔn)時(shí)間差應(yīng)用于多個(gè)時(shí)間差值，產(chǎn)生多個(gè)時(shí)間差估計(jì)?？梢詮睦枚鄠€(gè)運(yùn)動(dòng)信號(hào)產(chǎn)生的模式運(yùn)動(dòng)信號(hào)估計(jì)模式頻率。還可以從模式頻率估計(jì)估計(jì)導(dǎo)管內(nèi)的材料的密度。
根據(jù)本發(fā)明的其它方面，可以利用多個(gè)運(yùn)動(dòng)信號(hào)之一作為時(shí)間基準(zhǔn)，產(chǎn)生相似的多個(gè)差估計(jì)，處理表示導(dǎo)管運(yùn)動(dòng)狀況的多個(gè)運(yùn)動(dòng)信號(hào)，估計(jì)將多個(gè)差估計(jì)與表示已知質(zhì)量流量情況下導(dǎo)管運(yùn)動(dòng)情況的相似的多個(gè)基準(zhǔn)差關(guān)聯(lián)起來(lái)的定標(biāo)函數(shù)的斜率參數(shù)，從而確定導(dǎo)管內(nèi)材料的質(zhì)量流量。
在本發(fā)明的一些實(shí)施方案中，產(chǎn)生包括多個(gè)基準(zhǔn)差的一個(gè)增廣矩陣。將這多個(gè)差估計(jì)乘以這個(gè)增廣矩陣的假逆，以確定這個(gè)斜率參數(shù)。在其它實(shí)施方案中，將這多個(gè)差估計(jì)乘以基準(zhǔn)時(shí)間差的假逆，以確定斜率參數(shù)。也可以對(duì)定標(biāo)參數(shù)進(jìn)行迭代估計(jì)，利用例如最小均方(LMS)估計(jì)程序確定斜率參數(shù)。
根據(jù)本發(fā)明的其它方面，所述裝置包括一個(gè)導(dǎo)管用來(lái)裝材料。將多個(gè)運(yùn)動(dòng)換能器與導(dǎo)管一起使用，產(chǎn)生表示導(dǎo)管運(yùn)動(dòng)狀況的多個(gè)運(yùn)動(dòng)信號(hào)。一個(gè)信號(hào)處理電路接收這多個(gè)運(yùn)動(dòng)信號(hào)，對(duì)這多個(gè)運(yùn)動(dòng)信號(hào)進(jìn)行模式選擇性濾波，產(chǎn)生多個(gè)模式選擇性濾波后運(yùn)動(dòng)信號(hào)，從而使模式選擇性濾波后運(yùn)動(dòng)信號(hào)能夠更好地表示與導(dǎo)管的振動(dòng)模式有關(guān)的運(yùn)動(dòng)。該信號(hào)處理電路從多個(gè)模式選擇性濾波后運(yùn)動(dòng)信號(hào)產(chǎn)生多個(gè)相位估計(jì)，從這多個(gè)相位估計(jì)產(chǎn)生一個(gè)質(zhì)量流量估計(jì)。這個(gè)信號(hào)處理電路能夠利用從多個(gè)模式選擇性濾波后運(yùn)動(dòng)信號(hào)之一得到的相位基準(zhǔn)產(chǎn)生多個(gè)相位估計(jì)。
根據(jù)本發(fā)明的另一些實(shí)施方案，所述裝置包括一個(gè)導(dǎo)管和與導(dǎo)管一起使用的多個(gè)運(yùn)動(dòng)換能器，產(chǎn)生表示導(dǎo)管運(yùn)動(dòng)狀況的多個(gè)運(yùn)動(dòng)信號(hào)。信號(hào)處理電路接收這多個(gè)運(yùn)動(dòng)信號(hào)，處理這多個(gè)運(yùn)動(dòng)信號(hào)，將多個(gè)運(yùn)動(dòng)信號(hào)中的一個(gè)用作時(shí)間基準(zhǔn)，產(chǎn)生相似的多個(gè)差估計(jì)。這個(gè)信號(hào)處理電路估計(jì)定標(biāo)函數(shù)的斜率參數(shù)，它將多個(gè)差估計(jì)與表示已知質(zhì)量流量運(yùn)動(dòng)狀況的相似的多個(gè)基準(zhǔn)差聯(lián)系起來(lái)，從估計(jì)出來(lái)的斜率參數(shù)和已知質(zhì)量流量產(chǎn)生質(zhì)量流量估計(jì)。該信號(hào)處理電路可以產(chǎn)生包括多個(gè)基準(zhǔn)差的一個(gè)增廣矩陣，并且可以將這多個(gè)差估計(jì)乘以這個(gè)增廣矩陣的一個(gè)的偽逆，以估計(jì)斜率參數(shù)。這個(gè)信號(hào)處理電路也可以將這多個(gè)差估計(jì)乘以基準(zhǔn)時(shí)間差的假逆來(lái)確定斜率參數(shù)。這一信號(hào)處理過(guò)程同樣可以以迭代方式估計(jì)定標(biāo)函數(shù)。
根據(jù)本發(fā)明的其它方面，估計(jì)導(dǎo)管內(nèi)材料的質(zhì)量流量的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品包括計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)媒介，上面有計(jì)算機(jī)可讀程序代碼，儲(chǔ)存在計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)媒介中。計(jì)算機(jī)可讀程序代碼包括進(jìn)行質(zhì)量流量估計(jì)的計(jì)算機(jī)可讀程序代碼，對(duì)表示導(dǎo)管運(yùn)動(dòng)狀況的多個(gè)運(yùn)動(dòng)信號(hào)進(jìn)行模式選擇性濾波，產(chǎn)生多個(gè)模式選擇性濾波后運(yùn)動(dòng)信號(hào)，從而使模式選擇性濾波后運(yùn)動(dòng)信號(hào)能夠更好地表示與導(dǎo)管振動(dòng)模式有關(guān)的運(yùn)動(dòng)狀況，從多個(gè)模式選擇性濾波后運(yùn)動(dòng)信號(hào)產(chǎn)生多個(gè)相位估計(jì)，從多個(gè)相位估計(jì)產(chǎn)生質(zhì)量流量估計(jì)。進(jìn)行質(zhì)量流量估計(jì)的計(jì)算機(jī)可讀的程序代碼可以利用從多個(gè)模式選擇性濾波后運(yùn)動(dòng)信號(hào)之一得到的相位基準(zhǔn)產(chǎn)生多個(gè)相位估計(jì)。例如，進(jìn)行質(zhì)量流量估計(jì)的計(jì)算機(jī)可讀的程序代碼可以估計(jì)多個(gè)模式選擇性濾波后運(yùn)動(dòng)信號(hào)的模式選擇性濾波后運(yùn)動(dòng)信號(hào)的頻率，在估計(jì)出來(lái)的頻率的基礎(chǔ)之上產(chǎn)生第一個(gè)和第二個(gè)基準(zhǔn)信號(hào)，從多個(gè)模式選擇性濾波后運(yùn)動(dòng)信號(hào)以及第一個(gè)和第二個(gè)基準(zhǔn)信號(hào)產(chǎn)生多個(gè)相位估計(jì)。
根據(jù)其它實(shí)施方案，用于質(zhì)量流量估計(jì)的計(jì)算機(jī)可讀程序代碼從多個(gè)相位估計(jì)產(chǎn)生多個(gè)時(shí)間差估計(jì)，從多個(gè)時(shí)間差估計(jì)產(chǎn)生質(zhì)量流量估計(jì)。用于質(zhì)量流量估計(jì)的計(jì)算機(jī)可讀程序代碼可以將模式變換應(yīng)用于多個(gè)運(yùn)動(dòng)信號(hào)，在模式坐標(biāo)域產(chǎn)生一個(gè)模式運(yùn)動(dòng)信號(hào)，從模式運(yùn)動(dòng)信號(hào)估計(jì)模式頻率，用估計(jì)出來(lái)的模式頻率從多個(gè)相位估計(jì)產(chǎn)生多個(gè)時(shí)間差估計(jì)。計(jì)算機(jī)可讀程序代碼還可以包括用于密度估計(jì)的計(jì)算機(jī)可讀程序代碼，從估計(jì)出來(lái)的模式頻率估計(jì)導(dǎo)管內(nèi)的材料密度。
根據(jù)本發(fā)明的其它方面，嵌入在計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)媒介中的計(jì)算機(jī)可讀程序代碼包括用于估計(jì)質(zhì)量流量的計(jì)算機(jī)可讀程序代碼，它將多個(gè)運(yùn)動(dòng)信號(hào)之一用作時(shí)間基準(zhǔn)，處理表示導(dǎo)管運(yùn)動(dòng)狀況的多個(gè)運(yùn)動(dòng)信號(hào)，產(chǎn)生相似的多個(gè)差估計(jì)，估計(jì)將多個(gè)差估計(jì)與表示已知質(zhì)量流量情況下導(dǎo)管運(yùn)動(dòng)狀況的相似的多個(gè)基準(zhǔn)差聯(lián)系起來(lái)的定標(biāo)函數(shù)的斜率參數(shù)，從估計(jì)出來(lái)的斜率參數(shù)和已知質(zhì)量流量產(chǎn)生質(zhì)量流量估計(jì)。用于估計(jì)質(zhì)量流量的計(jì)算機(jī)可讀的程序代碼可以產(chǎn)生包括多個(gè)基準(zhǔn)差的一個(gè)增廣矩陣，將多個(gè)差估計(jì)乘以這個(gè)增廣矩陣的假逆，以確定斜率參數(shù)。用于估計(jì)質(zhì)量流量的計(jì)算機(jī)可讀程序代碼也可以將多個(gè)差估計(jì)乘以基準(zhǔn)時(shí)間差的假逆，以確定斜率參數(shù)。用于估計(jì)質(zhì)量流量的計(jì)算機(jī)可讀程序代碼還可以以迭代方式估計(jì)定標(biāo)函數(shù)。
可以看出，一方面，本發(fā)明是一種裝置，它有多個(gè)運(yùn)動(dòng)換能器，與一種結(jié)構(gòu)一起，產(chǎn)生表示結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)狀況的多個(gè)運(yùn)動(dòng)信號(hào)；還是這樣一種裝置，它對(duì)表示結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)狀況的多個(gè)運(yùn)動(dòng)信號(hào)進(jìn)行濾波處理；以及產(chǎn)生多模式選擇性濾波后運(yùn)動(dòng)信號(hào)，從而使模式選擇性濾波后運(yùn)動(dòng)信號(hào)能夠更好地表示與這種結(jié)構(gòu)的振動(dòng)模式相關(guān)聯(lián)的運(yùn)動(dòng)狀況的一種裝置。
這種裝置最好還包括一種裝置，用來(lái)從多個(gè)模式選擇性濾波后運(yùn)動(dòng)信號(hào)產(chǎn)生多個(gè)相位估計(jì)。
該裝置最好還包括一種裝置，用來(lái)從多個(gè)相位估計(jì)產(chǎn)生質(zhì)量流量估計(jì)。
該裝置最好還有一種裝置，用來(lái)在多個(gè)模式選擇性濾波后運(yùn)動(dòng)信號(hào)之間產(chǎn)生多個(gè)時(shí)間差估計(jì)；從多個(gè)時(shí)間差估計(jì)產(chǎn)生相關(guān)度量的一種裝置；以及從產(chǎn)生的相關(guān)度量確定質(zhì)量流量計(jì)系統(tǒng)狀態(tài)的一種裝置。
產(chǎn)生多個(gè)相位估計(jì)的裝置最好有一種裝置，利用從多個(gè)模式選擇性濾波后運(yùn)動(dòng)信號(hào)之一得到的相位基準(zhǔn)產(chǎn)生多個(gè)相位估計(jì)。
用于進(jìn)行模式選擇性濾波的這種裝置最好是有一種裝置用來(lái)對(duì)多個(gè)運(yùn)動(dòng)信號(hào)進(jìn)行模式變換，在模式坐標(biāo)域產(chǎn)生多個(gè)模式響應(yīng)信號(hào)；對(duì)多個(gè)模式響應(yīng)信號(hào)進(jìn)行模式選擇性變換，產(chǎn)生多個(gè)模式選擇性濾波后運(yùn)動(dòng)信號(hào)的裝置。
產(chǎn)生多個(gè)相位基準(zhǔn)的裝置最好是有一種裝置用來(lái)估計(jì)多個(gè)模式選擇性濾波后運(yùn)動(dòng)信號(hào)的一個(gè)模式選擇性濾波后運(yùn)動(dòng)信號(hào)的頻率；在估計(jì)出來(lái)的頻率的基礎(chǔ)之上產(chǎn)生正交的第一個(gè)和第二個(gè)基準(zhǔn)信號(hào)的裝置；以及從多個(gè)模式選擇性濾波后運(yùn)動(dòng)信號(hào)以及第一個(gè)和第二個(gè)基準(zhǔn)信號(hào)產(chǎn)生多個(gè)相位基準(zhǔn)的裝置。
從多個(gè)模式選擇性濾波后運(yùn)動(dòng)信號(hào)以及第一個(gè)和第二個(gè)基準(zhǔn)信號(hào)產(chǎn)生多個(gè)相位估計(jì)的裝置最好有一種裝置用來(lái)將模式選擇性濾波后運(yùn)動(dòng)信號(hào)乘以第一個(gè)和第二個(gè)基準(zhǔn)信號(hào)中相應(yīng)的那些個(gè)，產(chǎn)生模式選擇性濾波后運(yùn)動(dòng)信號(hào)相應(yīng)的實(shí)部分量和虛部分量；估計(jì)模式選擇性濾波后運(yùn)動(dòng)信號(hào)的實(shí)部分量和虛部分量之商的反正切，產(chǎn)生相位估計(jì)的裝置。
該裝置最好還有一種裝置，用來(lái)從多個(gè)相位估計(jì)產(chǎn)生多個(gè)時(shí)間差估計(jì)。
該裝置最好還有一種裝置，用來(lái)從多個(gè)時(shí)間差估計(jì)產(chǎn)生質(zhì)量流量估計(jì)。
從多個(gè)相位估計(jì)產(chǎn)生多個(gè)時(shí)間差估計(jì)的裝置最好還有一種裝置，用來(lái)將多個(gè)相位估計(jì)除以一個(gè)模式頻率，產(chǎn)生多個(gè)時(shí)間差值。
從多個(gè)相位估計(jì)產(chǎn)生多個(gè)時(shí)間差估計(jì)的裝置最好還有一種裝置，將多個(gè)零流量基準(zhǔn)時(shí)間差應(yīng)用于多個(gè)時(shí)間差值，產(chǎn)生多個(gè)時(shí)間差估計(jì)。
用于進(jìn)行模式選擇性濾波的裝置最好還包括一種裝置，對(duì)多個(gè)運(yùn)動(dòng)信號(hào)進(jìn)行模式變換，在模式坐標(biāo)域內(nèi)產(chǎn)生一個(gè)模式運(yùn)動(dòng)信號(hào)，以及從模式運(yùn)動(dòng)信號(hào)估計(jì)模式頻率的裝置。
這種裝置最好還有一種裝置用來(lái)從估計(jì)出來(lái)的模式頻率估計(jì)導(dǎo)管內(nèi)材料的密度。
這種裝置最好還有一種裝置用來(lái)估計(jì)將多個(gè)時(shí)間差估計(jì)與表示已知擾動(dòng)情況下所述結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的多個(gè)基準(zhǔn)時(shí)間差聯(lián)系起來(lái)的定標(biāo)函數(shù)的參數(shù)。
該裝置中的擾動(dòng)最好是質(zhì)量流量。
估計(jì)參數(shù)的裝置最好還有一種裝置，用來(lái)產(chǎn)生包括多個(gè)基準(zhǔn)時(shí)間差的一個(gè)增廣矩陣；以及一種裝置，用來(lái)將多個(gè)時(shí)間差估計(jì)乘以這個(gè)增廣矩陣的假逆，以確定所述參數(shù)。
估計(jì)參數(shù)的裝置最好還包括以迭代方式估計(jì)定標(biāo)函數(shù)的步驟。
以迭代方式估計(jì)參數(shù)的裝置最好還包括應(yīng)用最小均方(LMS)估計(jì)程序的步驟。
估計(jì)參數(shù)的裝置的前面最好有裝置用來(lái)處理表示已知擾動(dòng)情況下結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)狀況的多個(gè)運(yùn)動(dòng)信號(hào)，產(chǎn)生多個(gè)基準(zhǔn)時(shí)間差。
定標(biāo)函數(shù)的參數(shù)最好是一個(gè)斜率參數(shù)，還有一種裝置用來(lái)從斜率參數(shù)和已知的質(zhì)量流量產(chǎn)生質(zhì)量流量估計(jì)。
估計(jì)斜率參數(shù)的裝置最好還有一種裝置，用來(lái)將多個(gè)時(shí)間差估計(jì)乘以多個(gè)基準(zhǔn)時(shí)間差的假逆，以確定斜率參數(shù)。
定標(biāo)函數(shù)的參數(shù)最好是一個(gè)截距參數(shù)，還有一種裝置用來(lái)從截距參數(shù)確定系統(tǒng)狀態(tài)。
用于模式選擇性濾波的裝置前面最好有一個(gè)裝置用來(lái)從與所述結(jié)構(gòu)連接的多個(gè)運(yùn)動(dòng)換能器接收多個(gè)運(yùn)動(dòng)信號(hào)，其中確定系統(tǒng)狀態(tài)的裝置有一種裝置用來(lái)從截距參數(shù)確定運(yùn)動(dòng)換能器的狀態(tài)。
該裝置最好還有一種裝置用來(lái)從估計(jì)出來(lái)的模式頻率估計(jì)結(jié)構(gòu)中材料的密度。
該裝置最好還有一種裝置用來(lái)估計(jì)多個(gè)模式選擇性濾波后運(yùn)動(dòng)信號(hào)中第一個(gè)模式選擇性濾波后運(yùn)動(dòng)信號(hào)的頻率；以及一種裝置用來(lái)從多個(gè)模式選擇性濾波后運(yùn)動(dòng)信號(hào)的第二個(gè)模式選擇性濾波后運(yùn)動(dòng)信號(hào)和估計(jì)出來(lái)的頻率產(chǎn)生差估計(jì)。
產(chǎn)生差估計(jì)的裝置最好還有一種裝置用來(lái)在估計(jì)出來(lái)的頻率的基礎(chǔ)之上產(chǎn)生正交的第一個(gè)和第二個(gè)基準(zhǔn)信號(hào)；以及一種裝置用來(lái)從第二個(gè)模式選擇性濾波后運(yùn)動(dòng)信號(hào)以及第一個(gè)和第二個(gè)基準(zhǔn)信號(hào)產(chǎn)生差估計(jì)。
從第二個(gè)模式選擇性濾波后運(yùn)動(dòng)信號(hào)以及第一個(gè)和第二個(gè)基準(zhǔn)信號(hào)產(chǎn)生差估計(jì)的裝置最好還有一種裝置，用來(lái)從第二個(gè)模式選擇性濾波后運(yùn)動(dòng)信號(hào)以及第一個(gè)和第二個(gè)基準(zhǔn)信號(hào)產(chǎn)生相位估計(jì)；以及一種裝置用來(lái)從所述相位估計(jì)產(chǎn)生時(shí)間差估計(jì)。
從第二個(gè)模式選擇性濾波后運(yùn)動(dòng)信號(hào)以及第一個(gè)和第二個(gè)基準(zhǔn)信號(hào)產(chǎn)生相位估計(jì)的裝置最好還有一個(gè)裝置用來(lái)將第二個(gè)模式選擇性濾波后運(yùn)動(dòng)信號(hào)乘以第一個(gè)和第二個(gè)基準(zhǔn)信號(hào)，產(chǎn)生第二個(gè)模式選擇性濾波后運(yùn)動(dòng)信號(hào)相應(yīng)的實(shí)部分量和虛部分量；以及一個(gè)裝置用來(lái)估計(jì)第二個(gè)模式選擇性濾波后運(yùn)動(dòng)信號(hào)實(shí)部分量和虛部分量之商的反正切，產(chǎn)生相位估計(jì)。
可以看出，另一方面，本發(fā)明是一種裝置的工作方法，該方法包括估計(jì)結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)狀況的步驟，對(duì)表示結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)狀況的多個(gè)運(yùn)動(dòng)信號(hào)進(jìn)行模式選擇性濾波的步驟；以及產(chǎn)生表示與結(jié)構(gòu)的振動(dòng)模式相聯(lián)系的運(yùn)動(dòng)的多個(gè)模式選擇性濾波后運(yùn)動(dòng)信號(hào)的步驟。
該方法最好還包括從多個(gè)模式選擇性濾波后運(yùn)動(dòng)信號(hào)產(chǎn)生多個(gè)相位估計(jì)的步驟。
該方法最好還包括從多個(gè)相位估計(jì)產(chǎn)生質(zhì)量流量估計(jì)的步驟。
該方法最好還包括以下步驟從多個(gè)模式選擇性濾波后運(yùn)動(dòng)信號(hào)產(chǎn)生多個(gè)時(shí)間差估計(jì)；以及從多個(gè)時(shí)間差估計(jì)產(chǎn)生相關(guān)度量；和從產(chǎn)生的相關(guān)度量確定質(zhì)量流量計(jì)的系統(tǒng)狀況。
該方法中產(chǎn)生多個(gè)相位估計(jì)的步驟最好包括利用從多個(gè)模式選擇性濾波后運(yùn)動(dòng)信號(hào)之一得到的相位基準(zhǔn)產(chǎn)生多個(gè)相位估計(jì)的步驟。
該方法中應(yīng)用模式選擇性濾波器的步驟最好還包括以下步驟對(duì)多個(gè)運(yùn)動(dòng)信號(hào)進(jìn)行模式變換，在模式坐標(biāo)域內(nèi)產(chǎn)生多個(gè)模式響應(yīng)信號(hào)；對(duì)多個(gè)模式響應(yīng)信號(hào)進(jìn)行模式選擇性變換，產(chǎn)生多個(gè)模式選擇性濾波后運(yùn)動(dòng)信號(hào)。
該方法中產(chǎn)生多個(gè)相位估計(jì)的步驟最好還包括以下步驟估計(jì)多個(gè)模式選擇性濾波后運(yùn)動(dòng)信號(hào)的一個(gè)模式選擇性濾波后運(yùn)動(dòng)信號(hào)的頻率；根據(jù)估計(jì)出來(lái)的頻率產(chǎn)生正交的第一個(gè)和第二個(gè)基準(zhǔn)信號(hào)；從多個(gè)模式選擇性濾波后運(yùn)動(dòng)信號(hào)以及第一個(gè)和第二個(gè)基準(zhǔn)信號(hào)產(chǎn)生多個(gè)相位估計(jì)。
該方法中從多個(gè)模式選擇性濾波后運(yùn)動(dòng)信號(hào)以及第一個(gè)和第二個(gè)基準(zhǔn)信號(hào)產(chǎn)生多個(gè)相位估計(jì)的步驟最好有以下步驟將模式選擇性濾波后運(yùn)動(dòng)信號(hào)乘以第一個(gè)和第二個(gè)基準(zhǔn)信號(hào)中相應(yīng)的那些個(gè)，產(chǎn)生模式選擇性濾波后運(yùn)動(dòng)信號(hào)相應(yīng)的實(shí)部分量和虛部分量；估計(jì)模式選擇性濾波后運(yùn)動(dòng)信號(hào)的實(shí)部分量和虛部分量之商的反正切，產(chǎn)生相位估計(jì)的步驟。
該方法最好還有從多個(gè)相位估計(jì)產(chǎn)生多個(gè)時(shí)間差估計(jì)的步驟。
該方法最好還有從多個(gè)時(shí)間差估計(jì)產(chǎn)生質(zhì)量流量估計(jì)的步驟。
該方法中從多個(gè)相位估計(jì)產(chǎn)生多個(gè)時(shí)間差估計(jì)的步驟最好還有將多個(gè)相位估計(jì)除以一個(gè)模式頻率，產(chǎn)生多個(gè)時(shí)間差值的步驟。
該方法中從多個(gè)相位估計(jì)產(chǎn)生多個(gè)時(shí)間差估計(jì)的步驟最好還有將多個(gè)零流量基準(zhǔn)時(shí)間差應(yīng)用于多個(gè)時(shí)間差值，產(chǎn)生多個(gè)時(shí)間差估計(jì)的步驟。
從多個(gè)相位估計(jì)產(chǎn)生多個(gè)時(shí)間差估計(jì)的步驟最好還包括用多個(gè)零流量相位校正多個(gè)相位估計(jì)。
該方法中用于進(jìn)行模式選擇性濾波的步驟最好還包括對(duì)多個(gè)運(yùn)動(dòng)信號(hào)進(jìn)行模式變換，在模式坐標(biāo)域內(nèi)產(chǎn)生一個(gè)模式運(yùn)動(dòng)信號(hào)的步驟，該方法還包括從模式運(yùn)動(dòng)信號(hào)估計(jì)模式頻率的步驟。
該方法最好還有一個(gè)步驟用來(lái)從估計(jì)出來(lái)的模式頻率估計(jì)導(dǎo)管內(nèi)材料的密度。
該方法最好還有一個(gè)步驟用來(lái)估計(jì)將多個(gè)時(shí)間差估計(jì)與表示已知擾動(dòng)情況下所述結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的多個(gè)基準(zhǔn)時(shí)間差聯(lián)系起來(lái)的定標(biāo)函數(shù)的參數(shù)。
這個(gè)方法中的擾動(dòng)最好是質(zhì)量流量。
估計(jì)參數(shù)的方法最好還有一個(gè)步驟，用來(lái)產(chǎn)生包括多個(gè)基準(zhǔn)時(shí)間差的一個(gè)增廣矩陣；以及一個(gè)步驟用來(lái)將多個(gè)時(shí)間差估計(jì)乘以這個(gè)增廣矩陣的假逆，以確定所述參數(shù)。
該方法中估計(jì)參數(shù)的步驟最好還包括以迭代方式估計(jì)定標(biāo)函數(shù)的步驟。
該方法中以迭代方式估計(jì)參數(shù)的步驟最好還包括應(yīng)用最小均方(LMS)估計(jì)程序的步驟。
該方法申估計(jì)參數(shù)的步驟前面最好有步驟用來(lái)處理表示已知擾動(dòng)情況下結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)狀況的多個(gè)運(yùn)動(dòng)信號(hào)，產(chǎn)生多個(gè)基準(zhǔn)時(shí)間差。
該方法中定標(biāo)函數(shù)的參數(shù)最好是一個(gè)斜率參數(shù)，還有一個(gè)步驟用來(lái)從斜率參數(shù)和已知的質(zhì)量流量產(chǎn)生質(zhì)量流量估計(jì)。
該方法中估計(jì)斜率參數(shù)的步驟最好還有一個(gè)步驟，用來(lái)將多個(gè)時(shí)間差估計(jì)乘以多個(gè)基準(zhǔn)時(shí)間差的假逆，以確定斜率參數(shù)。
該方法中定標(biāo)函數(shù)的參數(shù)最好是一個(gè)截距參數(shù)，還有一個(gè)步驟用來(lái)從截距參數(shù)確定系統(tǒng)狀態(tài)。
該方法中用于模式選擇性濾波的步驟前面最好有一個(gè)步驟用來(lái)從與所述結(jié)構(gòu)連接的多個(gè)運(yùn)動(dòng)換能器接收多個(gè)運(yùn)動(dòng)信號(hào)，其中確定系統(tǒng)狀態(tài)的步驟有一個(gè)步驟用來(lái)從截距參數(shù)確定運(yùn)動(dòng)換能器的狀態(tài)。
該方法最好還有一個(gè)步驟用來(lái)從估計(jì)出來(lái)的模式頻率估計(jì)結(jié)構(gòu)中材料的密度。
該方法最好還有一個(gè)步驟用來(lái)估計(jì)多個(gè)模式選擇性濾波后運(yùn)動(dòng)信號(hào)中第一個(gè)模式選擇性濾波后運(yùn)動(dòng)信號(hào)的頻率；以及一個(gè)步驟用來(lái)從多個(gè)模式選擇性濾波后運(yùn)動(dòng)信號(hào)的第二個(gè)模式選擇性濾波后運(yùn)動(dòng)信號(hào)和估計(jì)出來(lái)的頻率產(chǎn)生差估計(jì)。
該方法中產(chǎn)生差估計(jì)的步驟最好還有一個(gè)步驟用來(lái)在估計(jì)出來(lái)的頻率的基礎(chǔ)之上產(chǎn)生正交的第一個(gè)和第二個(gè)基準(zhǔn)信號(hào)；以及一個(gè)步驟用來(lái)從第二個(gè)模式選擇性濾波后運(yùn)動(dòng)信號(hào)以及第一個(gè)和第二個(gè)基準(zhǔn)信號(hào)產(chǎn)生差估計(jì)。
該方法中從第二個(gè)模式選擇性濾波后運(yùn)動(dòng)信號(hào)以及第一個(gè)和第二個(gè)基準(zhǔn)信號(hào)產(chǎn)生差估計(jì)的步驟最好還有一個(gè)步驟，用來(lái)從第二個(gè)模式選擇性濾波后運(yùn)動(dòng)信號(hào)以及第一個(gè)和第二個(gè)基準(zhǔn)信號(hào)產(chǎn)生相位估計(jì)；以及一個(gè)步驟用來(lái)從所述相位估計(jì)產(chǎn)生時(shí)間差估計(jì)。
該方法中從第二個(gè)模式選擇性濾波后運(yùn)動(dòng)信號(hào)以及第一個(gè)和第二個(gè)基準(zhǔn)信號(hào)產(chǎn)生相位估計(jì)的步驟最好還有一個(gè)步驟用來(lái)將第二個(gè)模式選擇性濾波后運(yùn)動(dòng)信號(hào)乘以第一個(gè)和第二個(gè)基準(zhǔn)信號(hào)，產(chǎn)生第二個(gè)模式選擇性濾波后運(yùn)動(dòng)信號(hào)相應(yīng)的實(shí)部分量和虛部分量；以及一個(gè)步驟用來(lái)估計(jì)第二個(gè)模式選擇性濾波后運(yùn)動(dòng)信號(hào)實(shí)部分量和虛部分量之商的反正切，產(chǎn)生相位估計(jì)。
術(shù)語(yǔ)模式選擇性濾波器模式選擇性濾波器在物理-模式-物理域內(nèi)工作，只將需要的模式傳送給信號(hào)處理鏈路的其余部分。模式通過(guò)濾波器有一個(gè)模式濾波器，一個(gè)選擇矩陣以及將模式信息轉(zhuǎn)換回物理域的一個(gè)矩陣(通常都是利用模式形狀矩陣，Φ，或者它的某個(gè)子集)。
模式選擇矩陣對(duì)角陣，對(duì)應(yīng)于所需模式的位置上的元素等于1。
模式形狀矩陣縮減到所需物理位置的模式矩陣；模式域到物理域的變換。
振動(dòng)模式結(jié)構(gòu)的獨(dú)一無(wú)二特性，可以用它來(lái)說(shuō)明結(jié)構(gòu)如何對(duì)力做出響應(yīng)(運(yùn)動(dòng))。用數(shù)學(xué)術(shù)語(yǔ)來(lái)表示就是結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方程矩陣(有時(shí)叫做動(dòng)力學(xué)矩陣)的一個(gè)本征矢量。
相位估計(jì)兩個(gè)正弦信號(hào)之間的差別(用弧度或者度表示)。任意正弦信號(hào)都可以分解成3個(gè)常數(shù)幅度、相位和頻率，它們就能夠給定任意時(shí)刻t的信號(hào)值。傳感器信號(hào)幾乎就可以表示為正弦信號(hào)，它們都有一個(gè)共同的頻率、幅度和相位。傳感器信號(hào)之間的相位差正比于流量。
相關(guān)度量相關(guān)度量描述的是輸出量(例如運(yùn)動(dòng)、能量、δt等等)與輸入量(例如力、能量、流量等等)之間相關(guān)的程度?？梢杂糜诖_認(rèn)被測(cè)和/或計(jì)算出來(lái)的值之間的假定關(guān)系(例如質(zhì)量流量正比于時(shí)間延遲)是否成立。從相關(guān)良好變成相關(guān)很差就可能意味著假定的關(guān)系不再成立，例如是因?yàn)閭鞲衅靼l(fā)生了故障。相關(guān)不好也可能是因?yàn)橛衅渌芰勘蛔⑷朐撓到y(tǒng)，而在初始設(shè)置或者標(biāo)定的時(shí)候這個(gè)系統(tǒng)中沒(méi)有該能量。例如，在驅(qū)動(dòng)器中能量輸入只有驅(qū)動(dòng)力的實(shí)驗(yàn)室條件下工作得很好的科里奧利傳感器，在空氣注入引起的噪聲流量的影響下可能給出錯(cuò)誤的流量測(cè)量結(jié)果，因?yàn)榇藭r(shí)顯然存在其它能量。此時(shí)，相關(guān)度量，比如估計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)差，就可以說(shuō)明系統(tǒng)發(fā)生了變化。
模式變換坐標(biāo)系統(tǒng)從物理域到模式域的變換，定義為x＝Φη，其中η是模式座標(biāo)。模式坐標(biāo)是可以被看成定義某些事情，然后再看它是不是一個(gè)有用定義的那些數(shù)學(xué)思想之一。。也可以被看成和在x-y平面內(nèi)定義一個(gè)圓，它要求x和y都改變，到使用極坐標(biāo)r和θ一樣簡(jiǎn)單的一件事情，其中只有θ必須改變。到新坐標(biāo)的變換能夠使這一系統(tǒng)的描述更加簡(jiǎn)單。
正交的第一個(gè)和第二個(gè)基準(zhǔn)信號(hào)解調(diào)正弦信號(hào)的一種標(biāo)準(zhǔn)方法。解調(diào)是已知信號(hào)頻率的時(shí)候，估計(jì)任一正弦信號(hào)幅度和相位的一種方法。凹口濾波器給出傳感器信號(hào)的頻率估計(jì)。從頻率估計(jì)產(chǎn)生相同頻率的兩個(gè)正弦信號(hào)，它們互相相差90度(正交的含義，相位相差90度)，通常都是單位幅度。
定標(biāo)函數(shù)將信號(hào)乘以一個(gè)常數(shù)，或者常矢量。
增廣矩陣增廣一個(gè)矩陣就是給指定矩陣增加一些行或者列。用來(lái)將未知矩陣與已知常數(shù)合并，全面地描述問(wèn)題，也就是給矩陣增加1、0構(gòu)成的行或者列(。用斜率參數(shù)來(lái)增廣截距參數(shù)是一種標(biāo)準(zhǔn)的最小平方曲線擬合技術(shù)。
斜率和截距參數(shù)等式y(tǒng)＝mx+b是直線的一個(gè)參數(shù)表示。m是斜率參數(shù)，b是截距參數(shù)。
增廣矩陣的偽逆從數(shù)學(xué)上來(lái)講，一條直線完全可以用兩個(gè)點(diǎn)來(lái)表示。但是，任意兩個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)的參數(shù)同時(shí)有未知的噪聲分量。用2個(gè)點(diǎn)來(lái)表示一條直線會(huì)給這條直線帶來(lái)估計(jì)噪聲。用許多組數(shù)據(jù)點(diǎn)能夠平均掉現(xiàn)實(shí)世界中的噪聲，從而得到斜率和截距參數(shù)更好、噪聲更小的估計(jì)。用一條直線擬合有大量噪聲的許多點(diǎn)的一種方法是采用最小二乘技術(shù)。最小二乘技術(shù)的原理是使所有數(shù)據(jù)點(diǎn)偏離擬合直線的距離的和最小。假逆是進(jìn)行最小二乘擬合處理的一種高效、標(biāo)準(zhǔn)方法。在假逆中采用增廣矩陣能夠在一次計(jì)算中同時(shí)找到斜率和截距參數(shù)。增廣假逆的矩陣能夠使最佳的擬合直線具有非零的截距參數(shù)，也就是說(shuō)，它不必通過(guò)原點(diǎn)。


圖1是彎管流量傳感器結(jié)構(gòu)的一個(gè)原理示意圖。
圖2是直管流量傳感器結(jié)構(gòu)的一個(gè)原理示意圖。
圖3是說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方案中質(zhì)量流量估計(jì)裝置的原理示意圖。
圖4說(shuō)明本發(fā)明其它實(shí)施方案中的信號(hào)處理電路。
圖5說(shuō)明本發(fā)明其它實(shí)施方案中的質(zhì)量流量估計(jì)裝置。
圖6說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方案中的質(zhì)量流量和密度估計(jì)裝置。
圖7說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方案中產(chǎn)生相位估計(jì)的裝置。
圖8說(shuō)明本發(fā)明的其它實(shí)施方案中產(chǎn)生相位估計(jì)的裝置。
圖9說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方案中產(chǎn)生時(shí)間差估計(jì)的裝置。
圖10是說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方案中如何估計(jì)質(zhì)量流量的一個(gè)流程圖。
圖11是本發(fā)明的其它實(shí)施方案中估計(jì)質(zhì)量流量的流程圖。
圖12和13是本發(fā)明的質(zhì)量流量估計(jì)過(guò)程中的波形圖。
圖14是本發(fā)明的實(shí)施方案中以迭代方式估計(jì)質(zhì)量流量定標(biāo)矢量的流程圖。
圖15是本發(fā)明的實(shí)施方案中產(chǎn)生相位估計(jì)的流程圖。
圖16是本發(fā)明的其它實(shí)施方案中估計(jì)質(zhì)量流量的流程圖。
圖17是本發(fā)明的實(shí)施方案中產(chǎn)生差估計(jì)的流程圖。
圖18是本發(fā)明的實(shí)施方案中估計(jì)質(zhì)量流量的流程圖。
圖19是本發(fā)明的實(shí)施方案中估計(jì)密度的流程圖。
圖20A、20B和21～27是說(shuō)明本發(fā)明中系統(tǒng)變化的示例性影響的波形圖。
圖28～30是本發(fā)明的實(shí)施方案中監(jiān)視系統(tǒng)狀態(tài)和補(bǔ)償系統(tǒng)變化的流程圖。
具體實(shí)施例方式
下面將參考說(shuō)明本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方案的附圖，更加詳細(xì)地介紹本發(fā)明。但是，本發(fā)明還可以用許多其它形式來(lái)實(shí)現(xiàn)，不應(yīng)該理解為局限于這里給出的實(shí)施方案；相反，給出這些實(shí)施方案的目的是讓這一介紹更加全面、更加完整，將本發(fā)明的范圍全部告訴本領(lǐng)域中的技術(shù)人員。在整個(gè)說(shuō)明中相似的數(shù)字指相似的部件。如同本領(lǐng)域中的技術(shù)人員會(huì)明白的一樣，本發(fā)明可以作為系統(tǒng)(裝置)、方法或者計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品來(lái)實(shí)現(xiàn)。
這里描述的本發(fā)明的實(shí)施方案涉及科里奧利質(zhì)量流量計(jì)。但是本領(lǐng)域中的技術(shù)人員會(huì)明白這里描述的本發(fā)明一般都能夠被用于確定各種機(jī)械結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，因此本發(fā)明的裝置和方法不限于科里奧利質(zhì)量流量計(jì)。
如同本領(lǐng)域中的技術(shù)人員所明白的一樣，本發(fā)明可以作為裝置和/或方法和/或計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品。因此，本發(fā)明可以用硬件或者用硬件和軟件的結(jié)合來(lái)實(shí)現(xiàn)。除此以外，本發(fā)明還可以采取包括上面有計(jì)算機(jī)可讀程序代碼的計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)媒介的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品的形式?？梢圆捎糜?jì)算機(jī)可讀任何媒介，包括半導(dǎo)體存儲(chǔ)器裝置(例如RAM、ROM、EEPROM等等)，硬盤(pán)，CD-ROM，光存儲(chǔ)裝置和磁存儲(chǔ)裝置。
用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的計(jì)算機(jī)程序代碼可以用面向目標(biāo)的編程語(yǔ)言編寫(xiě)，比如Java或者C++，和/或過(guò)程程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，比如“C.”?？梢杂靡慌_(tái)計(jì)算機(jī)或者數(shù)據(jù)處理裝置來(lái)執(zhí)行程序代碼，例如用一個(gè)微控制器、微處理器或者數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)，也可以用多個(gè)裝置來(lái)執(zhí)行，例如，在多個(gè)數(shù)據(jù)處理裝置上執(zhí)行，這些裝置通過(guò)電路板、機(jī)箱或者組合上的串行或者并行數(shù)據(jù)總線，或者是它們形成數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)的一部分，比如局域網(wǎng)(LAN)、廣域網(wǎng)(WAN)或者因特網(wǎng)。
下面參考本發(fā)明的實(shí)施方案中的流程圖和/或方法框圖、裝置(系統(tǒng))和計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品來(lái)介紹本發(fā)明。顯然，流程圖和/或框圖的每個(gè)框，以及流程圖和/或框圖中框的組合，都可以用計(jì)算機(jī)程序代碼(指令)來(lái)實(shí)現(xiàn)?？梢詫⑦@些計(jì)算機(jī)程序代碼提供給通用計(jì)算機(jī)、專(zhuān)用計(jì)算機(jī)或者其它可編程數(shù)據(jù)處理裝置的處理器，形成一臺(tái)機(jī)器，從而使通過(guò)計(jì)算機(jī)或者其它可編程數(shù)據(jù)處理裝置的處理器執(zhí)行的指令實(shí)現(xiàn)流程圖和/或框圖的框說(shuō)明的功能。
這些計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品還可以用計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)媒介來(lái)實(shí)現(xiàn)(例如磁盤(pán)或者半導(dǎo)體存儲(chǔ)器，代碼磁存儲(chǔ)器之類(lèi))，它們能夠讓計(jì)算機(jī)或者其它可編程數(shù)據(jù)處理裝置按照特定的方式工作，從而使計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)器中儲(chǔ)存的計(jì)算機(jī)程序能夠成為一個(gè)產(chǎn)品，其中包括指令裝置，實(shí)現(xiàn)流程圖和/或框圖中的框說(shuō)明的功能。
還可以將計(jì)算機(jī)程序代碼載入計(jì)算機(jī)或者其它可編程數(shù)據(jù)處理裝置，在計(jì)算機(jī)或者其它可編程裝置上執(zhí)行一系列的步驟，使得計(jì)算機(jī)或者其它可編程裝置上執(zhí)行的這些代碼能夠?qū)崿F(xiàn)流程圖和/或框圖中的框說(shuō)明的功能。
振動(dòng)導(dǎo)管的模式特征科里奧利質(zhì)量流量計(jì)導(dǎo)管這種結(jié)構(gòu)的振動(dòng)特征可以用具有對(duì)應(yīng)自然振動(dòng)頻率的一個(gè)或者多個(gè)自然模式來(lái)描述。從數(shù)學(xué)上講，這些模式和對(duì)應(yīng)的自然頻率可以用本征矢量和對(duì)應(yīng)的本征值來(lái)描述，這些本征矢量的相對(duì)幅度是獨(dú)一無(wú)二的，但是絕對(duì)幅度則不是這樣，關(guān)于結(jié)構(gòu)的質(zhì)量和剛性正交。這一組線性獨(dú)立的矢量可以被用作到描述結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的去耦方程的變換。具體而言，這種結(jié)構(gòu)對(duì)激勵(lì)的響應(yīng)可以被表示成定標(biāo)模式的疊加，定標(biāo)表示每個(gè)模式對(duì)結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的貢獻(xiàn)。隨著激勵(lì)的不同，一些模式的貢獻(xiàn)可能比其它模式多一些。一些模式是不受歡迎的，因?yàn)樗鼈儠?huì)在所需模式的諧振頻率上消耗能量，因此，它們會(huì)破壞對(duì)所需模式諧振頻率的測(cè)量，比如，會(huì)破壞在驅(qū)動(dòng)頻率上的相位差測(cè)量。
傳統(tǒng)的科里奧利質(zhì)量流量計(jì)通常都是利用結(jié)構(gòu)和時(shí)間濾波技術(shù)來(lái)減少不需要的模式的影響。傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)濾波技術(shù)包括利用一些機(jī)械部件，比如用來(lái)消除同相和正交彎曲模式的斜拉桿，放置的位置使得它們不容易激勵(lì)起不需要的模式的激勵(lì)器，以及放置的位置使得它們對(duì)不需要的模式不敏感的換能器。對(duì)于減少不需要的模式的能量，結(jié)構(gòu)濾波技術(shù)非常有效，但是它在幾何和制造方面受到限制。
時(shí)間濾波技術(shù)一般都要改變換能器信號(hào)的時(shí)域或者頻域參數(shù)。例如，典型的科里奧利質(zhì)量流量計(jì)可以包括用來(lái)消除與不需要的模式明顯相關(guān)聯(lián)的頻率分量的頻域?yàn)V波器。但是，不需要的模式的非共振能量對(duì)所需模式諧振頻率上的能量有顯著貢獻(xiàn)。因?yàn)轭l域?yàn)V波器一般都不能很好地區(qū)分給定頻率上多個(gè)模式的貢獻(xiàn)，因此，被測(cè)頻率上不需要的模式的貢獻(xiàn)會(huì)成為過(guò)程參數(shù)測(cè)量中一個(gè)很大的誤差來(lái)源。
可以假設(shè)阻尼和零流量可以忽略的傳感器導(dǎo)管結(jié)構(gòu)具有純真實(shí)自然或者正常振動(dòng)模式，也就是說(shuō)，在每個(gè)模式中，結(jié)構(gòu)的每一點(diǎn)都同時(shí)達(dá)到它的最大差。但是不能忽略阻尼，以及有材料流經(jīng)的真實(shí)導(dǎo)管對(duì)激勵(lì)的響應(yīng)一般都是復(fù)的，也就是說(shuō)，不是結(jié)構(gòu)的所有點(diǎn)都同時(shí)達(dá)到最大值。導(dǎo)管結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)可以被描述為具有實(shí)部分量和虛部分量，或者幅度和相位分量，的復(fù)模式。流經(jīng)的材料產(chǎn)生的科里奧利力使得傳感器導(dǎo)管的運(yùn)動(dòng)從數(shù)學(xué)上來(lái)講是復(fù)的。
即使是復(fù)數(shù)的，也可以將導(dǎo)管結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)描述成定標(biāo)自然(“正?！被蛘摺皢巫杂啥?SDOF)”)模式的疊加，因?yàn)榘凑斩x，復(fù)模式的實(shí)部和虛部是線性獨(dú)立的。為了表示復(fù)運(yùn)動(dòng)，可以結(jié)合實(shí)正交模式采用復(fù)定標(biāo)系數(shù)。特定的實(shí)正交模式可以與復(fù)模式的虛部分量密切相關(guān)，而與復(fù)模式的實(shí)部分量關(guān)系不那么大。因此，這些特定的實(shí)正交模式可以與傳感器導(dǎo)管中的材料產(chǎn)生的科里奧利力的關(guān)系更加密切，因而能夠?yàn)楫a(chǎn)生材料的精確參數(shù)估計(jì)提供信息。
在圖1中畫(huà)出了一種科里奧利質(zhì)量流量計(jì)傳感器100的一個(gè)概念模型。運(yùn)動(dòng)傳感器105A、105B、105C、105D(例如速度換能器)用來(lái)監(jiān)測(cè)傳感器100的第一個(gè)和第二個(gè)彎曲導(dǎo)管103A、103B的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，當(dāng)材料108流經(jīng)導(dǎo)管103A、103B的時(shí)候，激勵(lì)器106振動(dòng)它們，運(yùn)動(dòng)換能器105A、105B、105C、105D產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)信號(hào)109。圖2所示的“直管”科里奧利流量計(jì)傳感器200有一個(gè)導(dǎo)管203用來(lái)容納來(lái)自管道207的材料208，該管道207通過(guò)法蘭盤(pán)202與傳感器200連接。在包圍導(dǎo)管203的外殼204中，激勵(lì)器激勵(lì)導(dǎo)管203。運(yùn)動(dòng)換能器205A、205B、205C、205D(例如速度換能器，加速度計(jì)或者其它運(yùn)動(dòng)傳感裝置)都排列在導(dǎo)管203上。運(yùn)動(dòng)換能器205A、205B、205C、205D產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)信號(hào)209，表示導(dǎo)管203因?yàn)槎鄠€(gè)力F的作用而產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)，例如，這些力有激勵(lì)器206產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)力，流經(jīng)的材料208產(chǎn)生的科里奧利力，材料208產(chǎn)生的壓力，以及其它外力，例如管道207產(chǎn)生的力，與管道207連接的泵、壓縮機(jī)和其它設(shè)備(圖中沒(méi)有畫(huà)出)產(chǎn)生，通過(guò)法蘭202傳遞給導(dǎo)管203的力。
對(duì)于圖1和2所示的那種流量計(jì)結(jié)構(gòu)，可以從結(jié)構(gòu)上的換能器產(chǎn)生的信號(hào)構(gòu)建響應(yīng)矢量x，例如從圖1和圖2所示的運(yùn)動(dòng)換能器105A、105B、105C、105D、205A、205B、205C、205D產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)信號(hào)109、209。例如，可以對(duì)運(yùn)動(dòng)信號(hào)采樣，產(chǎn)生響應(yīng)矢量x的運(yùn)動(dòng)信號(hào)值x1、x2、...、xn。實(shí)正交模式矩陣Φ，也就是將物理運(yùn)動(dòng)矢量與表示多個(gè)自然(SDOF)模式的模式運(yùn)動(dòng)矢量η聯(lián)系起來(lái)的本征值矩陣，可以寫(xiě)成x＝Φη (1)模式矩陣Φ可以用多種技術(shù)來(lái)確定。例如，可以采用反復(fù)試驗(yàn)或者反演技術(shù)，就象轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人，1997年7月11日提交的第08/890785號(hào)美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)所描述的一樣，在這里將它全部引入作為參考。
示例性的質(zhì)量流量計(jì)根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，用選擇性的模式濾波技術(shù)來(lái)產(chǎn)生模式選擇性濾波后運(yùn)動(dòng)信號(hào)，然后用它們來(lái)產(chǎn)生相位估計(jì)，再用這些信號(hào)估計(jì)來(lái)產(chǎn)生質(zhì)量流量估計(jì)。下面將介紹本發(fā)明中這一方面的示例性實(shí)施方案，特別是采用圖2所示傳感器200那種“直管”傳感器的實(shí)施方案。但是本領(lǐng)域中的技術(shù)人員會(huì)明白，本發(fā)明也能應(yīng)用于彎曲導(dǎo)管結(jié)構(gòu)，比如圖1所示傳感器100中使用的那種，以及質(zhì)量流量計(jì)、密度計(jì)之類(lèi)使用的容納材料的其它結(jié)構(gòu)。本領(lǐng)域中的技術(shù)人員還會(huì)明白，本發(fā)明也能應(yīng)用于確定多種其它結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)特性。
圖3畫(huà)出了本發(fā)明的實(shí)施方案中的一個(gè)質(zhì)量流量估計(jì)裝置300。裝置300有一個(gè)容納材料的導(dǎo)管203，流量計(jì)傳感器200的運(yùn)動(dòng)換能器，以及信號(hào)處理電路301，它從運(yùn)動(dòng)換能器205A、205B、205C、205D產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)信號(hào)305產(chǎn)生質(zhì)量流量估計(jì)。圖2和3中用相似的數(shù)字來(lái)表示傳感器200中相似的部件，因此不再重復(fù)圖2中的描述。
信號(hào)處理電路301有一個(gè)模式選擇性濾波器310，用來(lái)接收運(yùn)動(dòng)信號(hào)305，有選擇地通過(guò)運(yùn)動(dòng)信號(hào)305的一個(gè)或者多個(gè)分量，產(chǎn)生多個(gè)模式選擇性濾波后運(yùn)動(dòng)信號(hào)315。最好根據(jù)傳感器200的模式特性來(lái)設(shè)計(jì)模式選擇性濾波器310，就象1998年7月16日提交的第09/116410號(hào)美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)所介紹的一樣，在這里將它的內(nèi)容全部引入作為參考。信號(hào)處理電路301還有一個(gè)相位估計(jì)器320，它響應(yīng)模式選擇性濾波后運(yùn)動(dòng)信號(hào)315，產(chǎn)生多個(gè)相位估計(jì)325。信號(hào)處理電路301還有一個(gè)質(zhì)量流量估計(jì)器330，它響應(yīng)相位估計(jì)器320，從多個(gè)相位估計(jì)325產(chǎn)生質(zhì)量流量估計(jì)335。
圖4說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方案中模式選擇性濾波器410、相位估計(jì)器420和質(zhì)量流量估計(jì)器430的一種示例性實(shí)施方案。多個(gè)運(yùn)動(dòng)信號(hào)405a，例如從速度或者與導(dǎo)管或者其它材料容器連接的其它運(yùn)動(dòng)換能器輸出的模擬信號(hào)，用一個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器440進(jìn)行采樣和數(shù)字化，產(chǎn)生多個(gè)數(shù)字運(yùn)動(dòng)信號(hào)405b。用一個(gè)數(shù)字模式選擇性濾波器410處理數(shù)字運(yùn)動(dòng)信號(hào)405b，產(chǎn)生多個(gè)模式選擇性濾波后數(shù)字運(yùn)動(dòng)信號(hào)415。數(shù)字相位估計(jì)器420從多個(gè)模式選擇性濾波后數(shù)字運(yùn)動(dòng)信號(hào)415產(chǎn)生多個(gè)數(shù)字相位估計(jì)425。數(shù)字質(zhì)量流量估計(jì)器430從多個(gè)數(shù)字相位估計(jì)425產(chǎn)生一個(gè)數(shù)字質(zhì)量流量估計(jì)435。如圖所示，模式選擇性濾波器410、相位估計(jì)器420和質(zhì)量流量估計(jì)器430可以用數(shù)據(jù)處理器450，例如計(jì)算機(jī)(例如微處理器、微控制器、數(shù)字信號(hào)處理器或者其它計(jì)算裝置)和有關(guān)存儲(chǔ)媒介(例如半導(dǎo)體存儲(chǔ)器、磁存儲(chǔ)器和/或光存儲(chǔ)器)的結(jié)合，執(zhí)行的計(jì)算機(jī)可讀程序代碼實(shí)現(xiàn)。
圖5畫(huà)出了本發(fā)明的其它實(shí)施方案中的一個(gè)示例性質(zhì)量流量估計(jì)裝置500。裝置500有一個(gè)容納材料的導(dǎo)管203，以及與直管傳感器200的運(yùn)動(dòng)換能器205A、205B、205C、205D連接，就象參考圖2所介紹的一樣，與參考圖2所作描述相同的地方不再詳細(xì)介紹。信號(hào)處理電路501有一個(gè)模式選擇性濾波器510，用來(lái)接收傳感器200產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)信號(hào)505，有選擇地通過(guò)運(yùn)動(dòng)信號(hào)505中的一個(gè)或者多個(gè)分量，產(chǎn)生多個(gè)模式選擇性濾波后運(yùn)動(dòng)信號(hào)515。模式選擇性濾波器510還被用來(lái)產(chǎn)生至少一個(gè)模式運(yùn)動(dòng)信號(hào)517，也就是在導(dǎo)管203的至少一個(gè)自然(SDOF)模式給出的模式域中導(dǎo)管203的運(yùn)動(dòng)的至少一個(gè)信號(hào)。模式選擇性濾波器510最好是按照傳感器200的模式特性來(lái)設(shè)計(jì)，就象1998年7月16日提交的第09/116410號(hào)美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)所介紹的一樣。
信號(hào)處理電路501還有一個(gè)相位估計(jì)器520，它響應(yīng)模式選擇性濾波器510，從多個(gè)模式選擇性濾波后運(yùn)動(dòng)信號(hào)515產(chǎn)生多個(gè)相位估計(jì)525。信號(hào)處理電路501還有一個(gè)質(zhì)量流量估計(jì)器530，它響應(yīng)相位估計(jì)器520，用模式頻率估計(jì)器540產(chǎn)生的至少一個(gè)模式頻率估計(jì)545，從多個(gè)相位估計(jì)525產(chǎn)生一個(gè)質(zhì)量流量估計(jì)535。模式頻率估計(jì)器540根據(jù)至少一個(gè)模式運(yùn)動(dòng)信號(hào)517產(chǎn)生至少一個(gè)模式頻率估計(jì)545。信號(hào)處理電路501還有一個(gè)密度估計(jì)器550，它根據(jù)至少一個(gè)模式頻率估計(jì)545，產(chǎn)生一個(gè)密度估計(jì)555。
圖6畫(huà)出了本發(fā)明中實(shí)施方案里的一個(gè)裝置600，它根據(jù)多個(gè)運(yùn)動(dòng)信號(hào)605，估計(jì)質(zhì)量流量和密度。裝置600有一個(gè)模式選擇性濾波器610，一個(gè)相位估計(jì)器620，一個(gè)質(zhì)量流量估計(jì)器630，一個(gè)模式頻率估計(jì)器640和一個(gè)密度估計(jì)器650。模式選擇性(或者“模式通過(guò)式”)濾波器610有一個(gè)模式變換612，將多個(gè)運(yùn)動(dòng)信號(hào)605變換成多個(gè)模式運(yùn)動(dòng)信號(hào)613，用多個(gè)自然模式表示運(yùn)動(dòng)，就象上面參考等式(1)和前面提到的1998年7月16日提交的第09/116410號(hào)美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)所介紹的一樣。模式選擇性濾波器610還有一個(gè)模式選擇性變換614，它有選擇地將多個(gè)模式運(yùn)動(dòng)信號(hào)613變換出模式域，產(chǎn)生模式選擇性濾波后運(yùn)動(dòng)信號(hào)615，它經(jīng)過(guò)了濾波，原始運(yùn)動(dòng)信號(hào)615中與一個(gè)或者多個(gè)需要的模式有關(guān)的分量能夠通過(guò)，而與不需要的自然模式有關(guān)的分量則不能通過(guò)。1998年7月16日提交的第09/116410號(hào)美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)也介紹了這樣的模式選擇性變換。模式運(yùn)動(dòng)信號(hào)613被傳遞給模式頻率估計(jì)器640，產(chǎn)生一個(gè)或者多個(gè)模式頻率估計(jì)645。
模式選擇性濾波后運(yùn)動(dòng)信號(hào)615被傳遞給相位估計(jì)器620，利用從多個(gè)運(yùn)動(dòng)信號(hào)605得到的相位基準(zhǔn)產(chǎn)生多個(gè)相位估計(jì)625。例如，如同下面參考圖7所介紹的一樣，可以從一個(gè)或者多個(gè)模式選擇性濾波后運(yùn)動(dòng)信號(hào)615得到相位基準(zhǔn)。另外，還可以從模式頻率估計(jì)器640用一個(gè)或者多個(gè)模式運(yùn)動(dòng)信號(hào)613產(chǎn)生的一個(gè)或者多個(gè)模式頻率估計(jì)645得到相位基準(zhǔn)。
將相位估計(jì)625傳遞給質(zhì)量流量估計(jì)器630，它有一個(gè)時(shí)間差估計(jì)器632和一個(gè)空間積分器634。利用模式頻率估計(jì)器640產(chǎn)生的一個(gè)或者多個(gè)模式頻率估計(jì)645，時(shí)間差估計(jì)器632從多個(gè)相位估計(jì)625產(chǎn)生多個(gè)時(shí)間差估計(jì)633。時(shí)間差估計(jì)器640還可以用零流量基準(zhǔn)時(shí)間差631，也就是零質(zhì)量流量條件下的時(shí)間差值，在其它質(zhì)量流量速率下會(huì)破壞測(cè)量，產(chǎn)生修正了這種“零偏移”的時(shí)間差。如同下面將描述的一樣，可以由模式頻率估計(jì)器640產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)模式頻率的一個(gè)估計(jì)，可以用估計(jì)出來(lái)的這個(gè)驅(qū)動(dòng)模式頻率除相位估計(jì)，得到未修正的時(shí)間差估計(jì)。然后可以用零流量基準(zhǔn)時(shí)間差631(例如通過(guò)從中減去)修正未修正的時(shí)間差估計(jì)，產(chǎn)生時(shí)間差估計(jì)633。
將時(shí)間差估計(jì)器632產(chǎn)生的時(shí)間差估計(jì)633提供給空間積分器634。如同下面詳細(xì)介紹的一樣，空間積分器634可以決定將多個(gè)時(shí)間差估計(jì)633與對(duì)應(yīng)于已知質(zhì)量流量的多個(gè)基準(zhǔn)時(shí)間差637聯(lián)系起來(lái)的一個(gè)定標(biāo)矢量函數(shù)的斜率參數(shù)?？梢噪S后用這個(gè)斜率參數(shù)從已知質(zhì)量流量產(chǎn)生質(zhì)量流量估計(jì)635。
同樣如同在圖6所說(shuō)明的一樣，質(zhì)量估計(jì)器650也可以用模式頻率估計(jì)645產(chǎn)生要確定其質(zhì)量流量的材料的密度估計(jì)。密度估計(jì)器650可以用類(lèi)似于從非模式選擇性濾波后換能器信號(hào)產(chǎn)生密度估計(jì)655的那些技術(shù)，比如Buttler等等的第56871000號(hào)美國(guó)專(zhuān)利(1997年11月11日發(fā)布)以及Arunachalam等等的第5295084號(hào)美國(guó)專(zhuān)利(1994年3月15日發(fā)布)所描述的那些技術(shù)，在這里將它們?nèi)恳胱鳛閰⒖?。例如，根?jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方案，可以用模式頻率估計(jì)替換前面的專(zhuān)利使用的傳統(tǒng)頻率估計(jì)來(lái)產(chǎn)生密度估計(jì)。
圖7～9說(shuō)明實(shí)現(xiàn)圖6所示各種分量的示例性結(jié)構(gòu)。應(yīng)該明白，圖6中和圖7～9所示結(jié)構(gòu)中的模式選擇性濾波器610、相位估計(jì)器620、質(zhì)量流量估計(jì)器630、模式頻率估計(jì)器640都可以在數(shù)字域中實(shí)現(xiàn)，例如，作為微處理器、微控制器、DSP或者其它計(jì)算裝置中運(yùn)行的可執(zhí)行模塊、子程序、目標(biāo)碼和/或其它類(lèi)型的軟件和/或固件。在這種方式中，模式運(yùn)動(dòng)信號(hào)613、模式選擇性濾波后運(yùn)動(dòng)信號(hào)615和相位估計(jì)633這樣的“信號(hào)”可以包括計(jì)算階段產(chǎn)生，對(duì)它們進(jìn)行計(jì)算實(shí)現(xiàn)上述功能的數(shù)字信號(hào)值的矢量。但是應(yīng)該明白，總的來(lái)說(shuō)，這些信號(hào)中的全部或者部分可以是數(shù)字的，也可以是模擬的，對(duì)它們所進(jìn)行的操作可以用專(zhuān)用數(shù)字硬件和/或相似的模擬硬件進(jìn)行。
圖7給出了本發(fā)明的實(shí)施方案中相位估計(jì)器700的一個(gè)實(shí)例。相位估計(jì)器700有一個(gè)頻率估計(jì)器710，用來(lái)估計(jì)多個(gè)模式選擇性濾波后運(yùn)動(dòng)信號(hào)7011、7012、...、701n的一個(gè)模式選擇性濾波后運(yùn)動(dòng)信號(hào)7011的頻率。頻率估計(jì)器710產(chǎn)生一個(gè)頻率估計(jì)715，提供給正交性基準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器720，產(chǎn)生第一個(gè)和第二個(gè)(例如正弦和余弦)基準(zhǔn)信號(hào)725a、725b，它們的頻率為估計(jì)出來(lái)的頻率，相位互相正交。例如，頻率估計(jì)器710可以是一個(gè)數(shù)字自適應(yīng)陷波濾波器，可以用它來(lái)確定頻率估計(jì)715，正交基準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器720可以用“旋轉(zhuǎn)”函數(shù)產(chǎn)生正交基準(zhǔn)信號(hào)725a、725b，其方式類(lèi)似于1999年6月28日提交，標(biāo)題是“振動(dòng)導(dǎo)管上傳感器信號(hào)的多速率數(shù)字信號(hào)處理器”，轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人的第09/344840號(hào)美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)所介紹的方式，在這里將它全部引入作為參考。但是應(yīng)該明白，還可以采用其它技術(shù)來(lái)產(chǎn)生頻率估計(jì)715和/或正交基準(zhǔn)信號(hào)725a、725b，包括用于產(chǎn)生正交相位和正交基準(zhǔn)信號(hào)的其它數(shù)字和模擬信號(hào)處理技術(shù)。例如，不是從圖7所示的模式選擇性濾波后信號(hào)產(chǎn)生頻率估計(jì)715，而是頻率估計(jì)是一個(gè)模式頻率估計(jì)，比如圖6所示的模式頻率估計(jì)器640產(chǎn)生的一個(gè)或者多個(gè)模式頻率估計(jì)。
將第一個(gè)和第二個(gè)相位基準(zhǔn)信號(hào)725a、725b應(yīng)用于多個(gè)相位計(jì)算器730、7302、...、730n，它們中間對(duì)應(yīng)的那些從模式選擇性濾波后運(yùn)動(dòng)信號(hào)7011、7012、...、701n中對(duì)應(yīng)的那些產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的相位估計(jì)7351、7352...、735n。然后用歸一化器740相對(duì)于相位估計(jì)7351歸一化相位估計(jì)7352、...、735n，產(chǎn)生多個(gè)歸一化的相位估計(jì)7451、7452、...、745n。然后用歸一化的相位估計(jì)7451、7452、...、745n估計(jì)質(zhì)量流量，如同前面參考圖6所介紹的一樣。
再一次參考圖6，模式頻率估計(jì)器640可以利用類(lèi)似于上面參考圖7所介紹的那些頻率估計(jì)技術(shù)。例如，標(biāo)題為“振動(dòng)導(dǎo)管上傳感器信號(hào)的多速率數(shù)字信號(hào)處理器”的第09/344840號(hào)美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)所描述的確定頻率的自適應(yīng)陷波濾波技術(shù)可以被用于為至少一個(gè)模式運(yùn)動(dòng)信號(hào)617產(chǎn)生至少一個(gè)頻率估計(jì)645。
在圖8中給出利用合成正交(例如正弦和余弦)基準(zhǔn)信號(hào)725a、725b解調(diào)模式選擇性濾波后運(yùn)動(dòng)信號(hào)701j的示例性計(jì)算操作。用每一個(gè)正交基準(zhǔn)信號(hào)725a、725b分別乘以模式選擇性濾波后運(yùn)動(dòng)信號(hào)701j，產(chǎn)生信號(hào)的實(shí)部分量和虛部分量805b、805a。然后，反正切計(jì)算器810計(jì)算實(shí)部分量和虛部分量805b、805a的反正切，產(chǎn)生相位估計(jì)735j。最好是在提供給反正切計(jì)算器810之前對(duì)實(shí)部分量和虛部分量805b、805a進(jìn)行濾波，從而衰減掉信號(hào)805b、805a中的非直流分量。
圖9畫(huà)出了本發(fā)明的實(shí)施方案中產(chǎn)生修正時(shí)差估計(jì)633的示例性計(jì)算結(jié)構(gòu)。將相位估計(jì)625的一個(gè)矢量除以估計(jì)出來(lái)的模式頻率645，最好是與驅(qū)動(dòng)模式有關(guān)的一個(gè)或者多個(gè)頻率。然后通過(guò)減去零流量基準(zhǔn)時(shí)差631的一個(gè)對(duì)應(yīng)矢量，修正得到的時(shí)差915的矢量，產(chǎn)生修正時(shí)差估計(jì)633的一個(gè)矢量?？梢酝ㄟ^(guò)從上面介紹的相位估計(jì)7351、7352、...、735n減去與零流量有關(guān)的一個(gè)相位值矢量，從而得到類(lèi)似的修正。
時(shí)差估計(jì)的空間積分根據(jù)本發(fā)明的其它方面，可以用“空間積分”程序處理上面描述的修正時(shí)差估計(jì)這樣的時(shí)差估計(jì)，產(chǎn)生質(zhì)量流量估計(jì)。根據(jù)下面將介紹的本發(fā)明的各種實(shí)施方案，可以用多種技術(shù)來(lái)確定將未知質(zhì)量流量的時(shí)差估計(jì)與已知質(zhì)量流量的基準(zhǔn)時(shí)差聯(lián)系起來(lái)的斜率參數(shù)，包括閉合形式的假逆技術(shù)和迭代技術(shù)?？梢杂眠@種斜率參數(shù)來(lái)產(chǎn)生未知質(zhì)量流量的估計(jì)。
如同上面提到的1998年7月16日提交的第09/116410號(hào)美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)所介紹的一樣，可以確定對(duì)于已知質(zhì)量流量Fc是插值矢量Ye，通過(guò)標(biāo)量乘，可以用這個(gè)基準(zhǔn)時(shí)差矢量Ye表示未知質(zhì)量流量，也就是說(shuō)，未知質(zhì)量流量的時(shí)差估計(jì)矢量Xe可以用一個(gè)標(biāo)量系數(shù)a(以后叫做“斜率參數(shù)”)乘以基準(zhǔn)時(shí)差矢量Ye來(lái)產(chǎn)生。為了確定未知質(zhì)量流量，將已知的質(zhì)量流量Fc乘以斜率參數(shù)a。基準(zhǔn)時(shí)差矢量Ye和時(shí)差估計(jì)矢量Xc之間的關(guān)系為Xe＝aYe+b (2)重新調(diào)整等式(2)得到
其中增廣矩陣Z是通過(guò)在基準(zhǔn)時(shí)差矢量Ye上加上一列1得到的。可以通過(guò)事先將時(shí)差估計(jì)矢量Xe乘以增廣矩陣Z的假逆W來(lái)求解等式(3)得到定標(biāo)矢量cc＝Z-1Xe＝WXc(4)其中的逆矩陣運(yùn)算符(-1)被用于表示假逆。求解矢量c，然后將Fc乘以矢量c的斜率參數(shù)，就能夠得到質(zhì)量流量的估計(jì)。
圖10和11是說(shuō)明本發(fā)明的各種實(shí)施方案中從多個(gè)時(shí)差估計(jì)產(chǎn)生質(zhì)量流量估計(jì)的示例性操作的一個(gè)流程圖。本領(lǐng)域中的技術(shù)人員會(huì)明白，這些流程圖中的操作可以用計(jì)算機(jī)指令來(lái)實(shí)現(xiàn)。這些指令可以在計(jì)算機(jī)上執(zhí)行，也可以在其它數(shù)據(jù)處理裝置上執(zhí)行，比方說(shuō)圖4所示的數(shù)據(jù)處理器450，用它來(lái)形成一種裝置(系統(tǒng))，完成圖示操作。計(jì)算機(jī)指令也可以作為計(jì)算機(jī)可讀媒介上的計(jì)算機(jī)可讀程序代碼儲(chǔ)存起來(lái)，例如儲(chǔ)存在集成電路存儲(chǔ)器、磁盤(pán)、磁帶之類(lèi)上，它們能夠讓計(jì)算機(jī)或者其它數(shù)據(jù)處理裝置進(jìn)行圖示操作，從而得到裝置完成圖示操作。計(jì)算機(jī)可讀程序代碼也可以在計(jì)算機(jī)或者其它數(shù)據(jù)處理裝置上執(zhí)行，讓這個(gè)裝置進(jìn)行計(jì)算機(jī)能夠進(jìn)行的處理。因此，圖10和11支持裝置(系統(tǒng))、計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品和方法來(lái)進(jìn)行圖示操作。
圖10說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方案中沿著上述行從時(shí)差估計(jì)矢量Xe產(chǎn)生質(zhì)量流量估計(jì)的操作1000。確定(框1010)包括已知質(zhì)量流量Fc用一列1增廣后的基準(zhǔn)時(shí)差估計(jì)矢量Ye的增廣矩陣Z的一個(gè)假逆W?？梢耘紶柕卮_定以此增廣矩陣Z和假逆矩陣W，例如在校準(zhǔn)的時(shí)候，以減少計(jì)算負(fù)擔(dān)。江時(shí)差估計(jì)矢量Xe乘以假逆矩陣W，產(chǎn)生定標(biāo)矢量c，包括斜率參數(shù)a和截距參數(shù)b(框1020)。然后將斜率參數(shù)a乘以已知質(zhì)量流量Fc，產(chǎn)生質(zhì)量流量估計(jì)(框1030)。應(yīng)該指出，可以對(duì)質(zhì)量流量估計(jì)進(jìn)行進(jìn)一步的處理，例如，可以將質(zhì)量流量估計(jì)與一段時(shí)間內(nèi)得到的其它質(zhì)量流量估計(jì)一起做平均，產(chǎn)生濾波后的質(zhì)量流量度量(框1040)。也可以監(jiān)視截距參數(shù)b，例如，以檢測(cè)系統(tǒng)變化(框1050)。
下面將說(shuō)明監(jiān)視矢量c的截距參數(shù)b有幾個(gè)好處。但是，必須計(jì)算截距參數(shù)b，以便產(chǎn)生質(zhì)量流量估計(jì)。等式(2)可以被重新寫(xiě)成Xc＝Y(jié)ea (5)沒(méi)有用任何截?cái)鄥?shù)b。等式(5)可以被看作將時(shí)差估計(jì)矢量Xe的形狀與基準(zhǔn)時(shí)差估計(jì)矢量Ye的形狀相匹配，而不考慮相位歸一化，的一種嘗試。如果時(shí)差估計(jì)矢量Yc和基準(zhǔn)時(shí)差估計(jì)矢量Xe是任意歸一化的，等式(5)就能夠工作，如果所有相位都在確定時(shí)差估計(jì)Xe以前用基準(zhǔn)相位進(jìn)行歸一化，就能得到更好的結(jié)果。為了求解斜率參數(shù)a，可以采用以下關(guān)系a＝Y(jié)e-1Xe(6)圖11說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方案中產(chǎn)生質(zhì)量流量估計(jì)而沒(méi)有確定截距參數(shù)b所進(jìn)行的操作1100。確定已知質(zhì)量流量Fc的基準(zhǔn)時(shí)差矢量Ye的假逆Ye-1(框1110)?？梢耘紶柕赜?jì)算一次假逆Ye-1，例如在校準(zhǔn)的時(shí)候，以減少計(jì)算負(fù)擔(dān)。將時(shí)間差估計(jì)Xe乘以假逆Ye-1，以確定斜率參數(shù)a(框1120)。然后用已知質(zhì)量流量Fc乘以斜率參數(shù)a，產(chǎn)生質(zhì)量流量估計(jì)(方框1130)。顯然可以對(duì)質(zhì)量流量估計(jì)進(jìn)行進(jìn)一步的處理，例如可以將質(zhì)量流量估計(jì)與一段時(shí)間內(nèi)的其它質(zhì)量流量估計(jì)進(jìn)行平均，產(chǎn)生濾波后質(zhì)量流量度量(方框1140)。
圖12和13說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方案中科里奧利質(zhì)量流量計(jì)原型的測(cè)試結(jié)果，它說(shuō)明計(jì)算截距參數(shù)b并不是產(chǎn)生質(zhì)量流量估計(jì)所必需的。具體而言，圖12和13說(shuō)明利用上述假逆方法中對(duì)應(yīng)的那些方法(也就是分別計(jì)算和沒(méi)有計(jì)算截距參數(shù)b)在感興趣的時(shí)間段內(nèi)(大約10到30秒)產(chǎn)生的質(zhì)量流量估計(jì)說(shuō)明與用其它裝置獲得的所述時(shí)間段內(nèi)試驗(yàn)性的質(zhì)量流量速率測(cè)量結(jié)果同樣相符。
根據(jù)本發(fā)明的其它實(shí)施方案，可以用迭代技術(shù)而不是用上面的偽逆技術(shù)來(lái)求解矢量c。可以給出誤差等式L(k)＝Xe(k)-Zc(k-1)(7)和有關(guān)的費(fèi)用函數(shù)J＝1/2L2(8)可以用梯度方法來(lái)找到解，它將費(fèi)用函數(shù)J減小到需要的程度，梯度由下式給出∂J∂c=-LZ.-----(9)]]>按照梯度接近費(fèi)用函數(shù)J最小值的時(shí)候可以采用較小的步長(zhǎng)。在第k步，用以下關(guān)系產(chǎn)生矢量c(k)的新估計(jì)
c(k)=c(k-1)-γ∂J∂c=c(k-1)+γLZ,-------(10)]]>其中矢量c(k-1)表示前面k-1次迭代產(chǎn)生的結(jié)果，γ是這一過(guò)程的自適應(yīng)速率。反復(fù)計(jì)算，直到費(fèi)用函數(shù)J減小到預(yù)定程度。γ應(yīng)該大于零，小于2，以確保收斂。γ的值一般都會(huì)影響收斂速率和迭代過(guò)程對(duì)噪聲的敏感程度。一般而言，γ值越大，收斂越快；但是，γ很大會(huì)增大對(duì)噪聲的敏感性。γ的最佳值可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)確定，它的典型值是0.1。
等式(10)表示參數(shù)估計(jì)的最小均方(LMS)法。也可以按照以下方式采用這種自適應(yīng)方法的潛在更加堅(jiān)固的歸一化最小均方(NLMS)法c(k)=c(k-1)-γZTL(k)α+||Z||22,-------(11)]]>其中0＜γ＜2 (12)其中a是一個(gè)常數(shù)，如果Z的模接近0，就用它來(lái)減小數(shù)字不穩(wěn)定的可能性。為了讓等式(11)收斂，應(yīng)該滿足等式(12)。a最好是一個(gè)很小的正值，可以根據(jù)試驗(yàn)來(lái)選擇。
圖14說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方案中的操作1400，在其中沿著上述線以迭代方式計(jì)算定標(biāo)矢量c。產(chǎn)生時(shí)差估計(jì)矢量Xe(方框1410)。產(chǎn)生初始定標(biāo)矢量估計(jì)c(k)(方框1420)。初始值c(k)可以是例如0，也可以是從前面的Xe值產(chǎn)生的定標(biāo)矢量c的最終估計(jì)。假設(shè)不同流量度量之間流量速率變化不大，那么后一種選擇能夠提高收斂速度，定標(biāo)矢量c的前面的估計(jì)值應(yīng)該接近要計(jì)算的新值。例如用等式(7)和(8)計(jì)算有關(guān)的誤差L(k)和費(fèi)用函數(shù)J(k)(方框1440)。如果費(fèi)用函數(shù)J(k)小于一個(gè)預(yù)定值，就說(shuō)明可以產(chǎn)生定標(biāo)矢量估計(jì)c(k)的一個(gè)可以接受的精度，以及質(zhì)量流量的一個(gè)估計(jì)(方框1450、1455)，產(chǎn)生新的時(shí)差估計(jì)矢量Xe(方框1410)。如果不是，就利用例如等式(10)或者等式(11)產(chǎn)生定標(biāo)矢量c(k)的一個(gè)更新估計(jì)(方框1460、1470)，計(jì)算新誤差和費(fèi)用函數(shù)值(方框1430、1440)。
本領(lǐng)域中的技術(shù)人員會(huì)明白，本發(fā)明還可以采用圖14所描述的那些以外的操作。例如，應(yīng)該明白，許多計(jì)算可以合并起來(lái)或者加以改變。還應(yīng)該明白，除了上面介紹的LMS和NLMS技術(shù)以外，還有許多不同的迭代技術(shù)可以被用來(lái)求解等式(3)。
圖15～19是本發(fā)明中各種實(shí)施方案的示例性操作流程圖。本領(lǐng)域中的技術(shù)人員會(huì)明白，可以用計(jì)算機(jī)指令來(lái)實(shí)現(xiàn)這些流程。這些指令可以在計(jì)算機(jī)上或者在其它數(shù)據(jù)處理裝置上執(zhí)行，比如在圖4所示的數(shù)據(jù)處理器450上，形成一個(gè)裝置(系統(tǒng))來(lái)執(zhí)行所示操作。計(jì)算機(jī)指令也可以作為計(jì)算機(jī)可讀程序代碼儲(chǔ)存在計(jì)算機(jī)可讀媒介上，例如，集成電路存儲(chǔ)器，磁盤(pán)，磁帶之類(lèi)，這些指令能夠讓計(jì)算機(jī)或者其它數(shù)據(jù)處理裝置進(jìn)行所示操作，從而形成一個(gè)裝置完成所示操作。計(jì)算機(jī)可讀程序代碼也可以在計(jì)算機(jī)或者其它數(shù)據(jù)處理裝置上執(zhí)行，從而形成裝置完成計(jì)算機(jī)過(guò)程。因此，圖15～19支持裝置(系統(tǒng))、計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品和方法來(lái)進(jìn)行所述操作。
根據(jù)圖15所示的本發(fā)明的實(shí)施方案，產(chǎn)生與結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)有關(guān)的相位估計(jì)的操作1500包括對(duì)表示結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的多個(gè)運(yùn)動(dòng)信號(hào)進(jìn)行模式選擇性濾波，利用例如參考圖6所介紹的那些技術(shù)，產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的多個(gè)模式選擇性濾波后運(yùn)動(dòng)信號(hào)(方框1510)。然后從這多個(gè)模式選擇性濾波后運(yùn)動(dòng)信號(hào)產(chǎn)生多個(gè)相位估計(jì)(方框1520)。
在圖16所示本發(fā)明的實(shí)施方案中示例性的質(zhì)量流量估計(jì)操作1600里，對(duì)表示導(dǎo)管運(yùn)動(dòng)的多個(gè)運(yùn)動(dòng)信號(hào)進(jìn)行模式選擇性濾波，產(chǎn)生多個(gè)模式選擇性濾波后運(yùn)動(dòng)信號(hào)(方框1610)。然后從多個(gè)模式選擇性濾波后運(yùn)動(dòng)信號(hào)產(chǎn)生多個(gè)相位估計(jì)(方框1620)，用于產(chǎn)生質(zhì)量流量估計(jì)(方框1630)。
在圖17所示本發(fā)明的其它實(shí)施方案中的示例性的差估計(jì)操作1700中，對(duì)表示結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的多個(gè)運(yùn)動(dòng)信號(hào)進(jìn)行模式選擇性濾波，產(chǎn)生多個(gè)模式選擇性濾波后運(yùn)動(dòng)信號(hào)(方框1710)。利用例如上面參考圖7所描述的自適應(yīng)陷波濾波操作，確定第一個(gè)模式選擇性濾波后運(yùn)動(dòng)信號(hào)的頻率(方框1720)。然后利用例如參考圖7介紹的解調(diào)操作，從第二個(gè)模式選擇性濾波后運(yùn)動(dòng)信號(hào)產(chǎn)生一個(gè)差估計(jì)，例如相位差估計(jì)和/或時(shí)間差估計(jì)(方框1730)。
圖18說(shuō)明本發(fā)明的其它實(shí)施方案中產(chǎn)生質(zhì)量流量估計(jì)的操作1800。對(duì)表示導(dǎo)管運(yùn)動(dòng)狀況的多個(gè)運(yùn)動(dòng)信號(hào)進(jìn)行處理，產(chǎn)生多個(gè)差估計(jì)，例如，時(shí)間差估計(jì)或者相位差估計(jì)(方框1810)。然后估計(jì)將多個(gè)差估計(jì)與對(duì)應(yīng)于已知質(zhì)量流的多個(gè)差估計(jì)聯(lián)系起來(lái)的斜率參數(shù)(方框1820)，從估計(jì)出來(lái)的斜率參數(shù)和已知的質(zhì)量流量產(chǎn)生質(zhì)量流量估計(jì)(方框1830)。這些操作可以用例如參考圖10和11所介紹的操作實(shí)現(xiàn)。
在圖19所示本發(fā)明的其它實(shí)施方案中的示例性密度估計(jì)操作1900中，對(duì)表示容納材料的容器運(yùn)動(dòng)狀況的多個(gè)運(yùn)動(dòng)信號(hào)進(jìn)行模式變換，在容器的至少一個(gè)振動(dòng)模式給出的模式域內(nèi)產(chǎn)生至少一個(gè)模式運(yùn)動(dòng)信號(hào)(方框1910)。然后從這至少一個(gè)模式運(yùn)動(dòng)信號(hào)確定至少一個(gè)模式頻率(方框1920)，從這至少一個(gè)模式頻率估計(jì)確定容器中材料的密度(方框1930)，例如如同參考圖6所介紹的一樣。
監(jiān)視空間截距或者其它相關(guān)度量來(lái)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)狀態(tài)如同前面參考圖10和11所介紹的一樣，雖然定標(biāo)矢量c的截距參數(shù)b對(duì)于質(zhì)量流量估計(jì)而言不是必不可少的，但是它對(duì)于監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的變化卻是有幫助的，比如運(yùn)動(dòng)換能器故障。安裝條件變化等等。截距參數(shù)的潛在用途在圖20A～20B和21中說(shuō)明。圖20A～20B用圖形方式說(shuō)明大約20秒，運(yùn)動(dòng)換能器發(fā)生故障的時(shí)候，計(jì)算出來(lái)的質(zhì)量流量速率和空間截距參數(shù)的仿真變化，特定換能器的故障是通過(guò)消除換能器產(chǎn)生的時(shí)間差估計(jì)矢量中的對(duì)應(yīng)元素來(lái)仿真的。如圖20A所示，換能器的損失在計(jì)算出來(lái)的質(zhì)量流量速率中產(chǎn)生變化，它有可能被錯(cuò)誤地解釋成質(zhì)量流量速率發(fā)生了變化。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，可以將截距參數(shù)的變化用來(lái)啟動(dòng)故障修正程序。例如，如圖20A和20B所示，可以通過(guò)去掉對(duì)應(yīng)于發(fā)生故障的換能器對(duì)應(yīng)的那一行來(lái)重新計(jì)算增廣矩陣Z的假逆W，然后用來(lái)產(chǎn)生新的質(zhì)量流量估計(jì)。如圖20A所示，在大約40秒，對(duì)質(zhì)量流量估計(jì)進(jìn)行這樣的修正的時(shí)候，能夠提高精度。具體地說(shuō)，對(duì)于圖示實(shí)例，進(jìn)行這樣的修正能夠使誤差為0.5％，而不進(jìn)行這樣的修正，誤差就會(huì)達(dá)到4％。
如圖21所示，它說(shuō)明一組5個(gè)運(yùn)動(dòng)換能器中每一個(gè)換能器發(fā)生故障的時(shí)候的截距參數(shù)值，可以用截距參數(shù)的突變來(lái)發(fā)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)換能器的故障，僅僅是質(zhì)量流量的變化通常都不會(huì)出現(xiàn)這種現(xiàn)象。其它系統(tǒng)變化，比方說(shuō)安裝或者其它條件的變化，也可以用截距參數(shù)的變化來(lái)發(fā)現(xiàn)。具體而言，圖22說(shuō)明給一個(gè)科里奧利質(zhì)量流量計(jì)原型的結(jié)構(gòu)增加了阻尼以后，它的截距參數(shù)的變化。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，截距參數(shù)是可以用來(lái)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)變化的各種不同相關(guān)度量中的一種。總的來(lái)說(shuō)，一旦計(jì)算出定標(biāo)矢量c，就可以用上面的等式(3)來(lái)得到時(shí)間差矢量Xest，它是“被測(cè)”時(shí)間差矢量Xe(按照上述方式產(chǎn)生的)一個(gè)最小平方擬合XeXest＝Zc(13)可以將預(yù)測(cè)出來(lái)的時(shí)間差Xest矢量與被測(cè)時(shí)間差估計(jì)矢量Xe進(jìn)行比較，產(chǎn)生能夠用于各種目的的一個(gè)相關(guān)度量。這一比較可以偶爾進(jìn)行，或者在每次計(jì)算質(zhì)量流量的時(shí)候進(jìn)行。
在本發(fā)明的實(shí)施方案中，可以從預(yù)測(cè)出來(lái)的時(shí)間差矢量Xest產(chǎn)生相關(guān)系數(shù)r，用來(lái)檢測(cè)系統(tǒng)變化。相關(guān)系數(shù)r是+1和-1之間的一個(gè)無(wú)量綱標(biāo)量，它利用一個(gè)量X，這個(gè)量等于時(shí)間差估計(jì)Xe的平均X-=mean(Xe)=Σi=1NXeiN,------(14)]]>其中N是數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)，例如運(yùn)動(dòng)換能器信號(hào)的數(shù)量。可以將相關(guān)系數(shù)r定義為說(shuō)明的變化與總變化的一個(gè)比值r=±explainedvariationtotalvariation=±Σ(Xest-X-)2Σ(Xe-X-)2.-----(15)]]>圖23說(shuō)明如何應(yīng)用這個(gè)相關(guān)系數(shù)，特別是如何用它來(lái)檢測(cè)換能器故障。在0～15秒的第一個(gè)時(shí)間段利用換能器#1～#5產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)信號(hào)產(chǎn)生的時(shí)間差估計(jì)矢量Xe估計(jì)質(zhì)量流量。然后通過(guò)消除對(duì)應(yīng)于一個(gè)運(yùn)動(dòng)換能器(#2)從15到30秒的時(shí)間段內(nèi)對(duì)應(yīng)的運(yùn)動(dòng)信號(hào)值來(lái)擾動(dòng)隨后產(chǎn)生的時(shí)間差估計(jì)矢量Xe，模擬這一段時(shí)間內(nèi)換能器的故障。然通過(guò)讓#2號(hào)換能器的運(yùn)動(dòng)信號(hào)值加倍，擾動(dòng)45～60秒這段時(shí)間內(nèi)時(shí)間差估計(jì)矢量Xe，模擬換能器的增益變化或者“有噪聲的”換能器信號(hào)。如圖23所示，消除#2號(hào)換能器輸入的時(shí)候，質(zhì)量流量估計(jì)減小了大約20lbm/min，運(yùn)動(dòng)信號(hào)輸入加倍的時(shí)候，增加大約15lbm/min。
利用標(biāo)準(zhǔn)的流量測(cè)量技術(shù)，很難說(shuō)清楚這種變化是因?yàn)橘|(zhì)量流量發(fā)生了變化還是發(fā)生了測(cè)量故障。但是，按照上面參考截距參數(shù)所描述的方式，可以用相關(guān)系數(shù)r來(lái)檢測(cè)這種系統(tǒng)變化。如圖24所示，它說(shuō)明在圖23所示的同一段時(shí)間段內(nèi)，相關(guān)系數(shù)r的特性，相關(guān)系數(shù)r可以說(shuō)明發(fā)生了故障(消掉了的)或者有噪聲的運(yùn)動(dòng)信號(hào)的情況下，值發(fā)生較大的變化。
估計(jì)的誤差是能夠用于檢測(cè)系統(tǒng)狀態(tài)的另一個(gè)相關(guān)度量。估計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)誤差Sx，y可以表示為sx,y=Σ(Xe-Xest)2N-----(16)]]>如圖25所示，它說(shuō)明圖23和24所示時(shí)間段內(nèi)誤差的標(biāo)準(zhǔn)誤差Sx，y的特性，估計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)誤差Sx，y對(duì)于上面描述的系統(tǒng)變化會(huì)發(fā)生很大的改變(采樣定理表明對(duì)于數(shù)量不多的換能器輸入(例如6個(gè))，通過(guò)將分母中的N換成N-2能夠得到更高的精度)。
還可以利用誤差估計(jì)度量的其它特性來(lái)確定故障來(lái)源，比如發(fā)生了故障的特定換能器到底是哪一個(gè)?？梢詫⒐烙?jì)的標(biāo)準(zhǔn)誤差看成類(lèi)似于這一組數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)偏差，也就是說(shuō)，可以說(shuō)在99.7％的時(shí)間內(nèi)，時(shí)間差估計(jì)的估計(jì)誤差在預(yù)測(cè)的時(shí)間差矢量Xest的標(biāo)準(zhǔn)誤差估計(jì)Sx，y的3倍以內(nèi)。因此，可以檢查相應(yīng)換能器時(shí)間差估計(jì)的估計(jì)誤差，檢查它們是否在估計(jì)標(biāo)準(zhǔn)誤差預(yù)先確定的倍數(shù)范圍之內(nèi)(例如3倍以內(nèi))。這樣的測(cè)試可以表示為以下不等式Xest-K*sx，y≤Xe≤Xest+K*sx，y’(17)整理以后得到-K*sx，y≤Xe-Xest≤+K*sx，y(18)例如，為了找出發(fā)生了故障的換能器，將等式(17)和(18)的判據(jù)應(yīng)用于時(shí)間差估計(jì)的每個(gè)矢量的每個(gè)分量。與發(fā)生了故障的換能器有關(guān)的時(shí)間差估計(jì)Xe的誤差(Xe-Xest)可能是估計(jì)標(biāo)準(zhǔn)誤差的許多倍。這一點(diǎn)在圖26中說(shuō)明，其中畫(huà)出了一組換能器中發(fā)生了故障的2號(hào)換能器的誤差(Xe-Xest)與這一組的估計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)偏差之間的關(guān)系(為了方便，將它們的值減去一個(gè)標(biāo)稱(chēng)矢量而歸一化)。如圖所示，2號(hào)換能器的誤差完全在這一組中估計(jì)誤差的邊界以外(在圖中它大約是±0.07，在圖26這樣的圖中太小看不出來(lái))。
一旦找出發(fā)生了故障的換能器，就還有可能進(jìn)一步修正利用它計(jì)算出來(lái)的質(zhì)量流量速率。例如，可以通過(guò)刪除與發(fā)生了故障的換能器有關(guān)的那一行來(lái)重新調(diào)整增廣矩陣Z。然后可以通過(guò)計(jì)算調(diào)整后增廣矩陣Z的逆，形成新的假逆矩陣W。然后就能夠通過(guò)預(yù)先將與發(fā)生了故障的換能器有關(guān)的行消除了以后的時(shí)間差估計(jì)矢量Xe乘以新的假逆矩陣W來(lái)估計(jì)質(zhì)量流量速率。圖27說(shuō)明如何修正質(zhì)量流量速率估計(jì)。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，流量計(jì)裝置可以監(jiān)視截距參數(shù)、相關(guān)系數(shù)、估計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)誤差或者其它相關(guān)度量來(lái)檢測(cè)系統(tǒng)狀態(tài)。例如，檢測(cè)到截距參數(shù)發(fā)生了很大變化的時(shí)候，就能夠找出發(fā)生故障的換能器，就能夠重新計(jì)算模式選擇性濾波器和/或這個(gè)裝置用來(lái)產(chǎn)生差估計(jì)的假逆矩陣，以補(bǔ)償發(fā)生了故障的換能器。同樣，與特定換能器有關(guān)的時(shí)間差估計(jì)的誤差超出了估計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)誤差的范圍的時(shí)候，就能夠被用來(lái)檢測(cè)換能器的故障，觸發(fā)修正程序。
圖28說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方案中檢測(cè)系統(tǒng)狀態(tài)所進(jìn)行的操作2800。產(chǎn)生多個(gè)差估計(jì)，例如上面描述的時(shí)間差估計(jì)X。(方框2810)。計(jì)算相關(guān)度量，比如截距參數(shù)、相關(guān)系數(shù)或者估計(jì)的誤差(方框2820)。然后從計(jì)算出來(lái)的相關(guān)度量確定系統(tǒng)狀態(tài)(方框2830)。
圖29說(shuō)明本發(fā)明的其它實(shí)施方案中的示例性操作2900。產(chǎn)生時(shí)間差估計(jì)矢量Xe(方框2910)。計(jì)算相關(guān)度量，比如截距參數(shù)、相關(guān)系數(shù)或者估計(jì)誤差(方框2920)。如果相關(guān)度量中的變化滿足預(yù)定判據(jù)，就找出發(fā)生了故障的換能器(方框2930、2940)。找出了發(fā)生故障的換能器以后，就去掉增廣矩陣Z中的適當(dāng)元素，可以重新計(jì)算假逆矩陣W，用于隨后的質(zhì)量流量和其它計(jì)算(方框2950、2960、2910)。這樣就能夠從隨后的質(zhì)量流量估計(jì)中排除掉發(fā)生了故障的換能器的輸入。
還可以根據(jù)相關(guān)度量采取其它修正措施。例如，在圖30所示本發(fā)明的實(shí)施方案中的示例性操作3000中，監(jiān)視截距參數(shù)(方框3010)，如果截距參數(shù)的變化符合預(yù)定判據(jù)，這個(gè)裝置就能夠重新計(jì)算它用來(lái)產(chǎn)生質(zhì)量流量估計(jì)的模式選擇性濾波器(方框3020、3030)?？梢允褂酶鞣N變化判據(jù)，比如截距參數(shù)與初始值的最大偏差，預(yù)定時(shí)間段內(nèi)截距參數(shù)的平均偏差，等等。
本領(lǐng)域中的技術(shù)人員會(huì)明白，本發(fā)明可以用上面描述的實(shí)施方案以外的多種其它方式進(jìn)行。例如，這里描述的計(jì)算可以是單獨(dú)的計(jì)算，也可以結(jié)合進(jìn)得到等價(jià)結(jié)果的一個(gè)或者多個(gè)計(jì)算中去?？偟膩?lái)說(shuō)，這里介紹的功能可以用數(shù)字和/或模擬信號(hào)處理技術(shù)實(shí)現(xiàn)。本領(lǐng)域中的技術(shù)人員還會(huì)明白，雖然本發(fā)明可以用于科里奧利質(zhì)量流量計(jì)這樣的裝置，或者應(yīng)用于這些裝置所采用的方法，但是本發(fā)明還可以應(yīng)用于用來(lái)與流量計(jì)或者傳感器裝置一起使用的裝置之中，比如過(guò)程控制裝置中。還應(yīng)該明白，本發(fā)明還可以應(yīng)用于磁盤(pán)、集成電路存儲(chǔ)器、磁帶、磁泡存儲(chǔ)器之類(lèi)的計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)媒介上計(jì)算機(jī)可讀指令或者程序代碼這種形式的商品中。這樣的計(jì)算機(jī)程序指令可以用計(jì)算機(jī)或者其它數(shù)據(jù)處理器來(lái)執(zhí)行，響應(yīng)導(dǎo)管或者其它容器之類(lèi)結(jié)構(gòu)上運(yùn)動(dòng)換能器提供的運(yùn)動(dòng)信號(hào)。
在附圖和說(shuō)明中，公開(kāi)了本發(fā)明的典型的優(yōu)選實(shí)施方案，雖然采用了具體術(shù)語(yǔ)，但是只是用于一般性的和說(shuō)明性的目的，而不是對(duì)本發(fā)明進(jìn)行限制，本發(fā)明的范圍在下面的權(quán)利要求中給出。
權(quán)利要求
1.一種裝置，包括能夠產(chǎn)生表示結(jié)構(gòu)(100)運(yùn)動(dòng)狀況的多個(gè)運(yùn)動(dòng)信號(hào)(109)的一種裝置(105A～D)；能夠?qū)Ρ硎窘Y(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)狀況的多個(gè)運(yùn)動(dòng)信號(hào)進(jìn)行濾波的一種裝置(310)；和產(chǎn)生多個(gè)模式選擇性濾波后運(yùn)動(dòng)信號(hào)(315)，從而使得這些模式選擇性濾波后運(yùn)動(dòng)信號(hào)能夠很好地表示結(jié)構(gòu)振動(dòng)模式運(yùn)動(dòng)情況的一種裝置。
2.權(quán)利要求1所述的裝置，還包括一種裝置(320)，用來(lái)從多個(gè)模式選擇性濾波后運(yùn)動(dòng)信號(hào)產(chǎn)生多個(gè)相位估計(jì)(325)。
3.權(quán)利要求2所述的裝置，還包括一種裝置(330)，用來(lái)從多個(gè)相位估計(jì)產(chǎn)生質(zhì)量流量估計(jì)(335)。
4.權(quán)利要求1所述的裝置，還包括產(chǎn)生多個(gè)模式選擇性濾波后運(yùn)動(dòng)信號(hào)之間的多個(gè)時(shí)差估計(jì)(633)的一種裝置(632)；和從多個(gè)時(shí)差估計(jì)產(chǎn)生相關(guān)度量的一種裝置(634)；和從產(chǎn)生的相關(guān)度量確定質(zhì)量流量計(jì)系統(tǒng)狀態(tài)的一種裝置(450)。
5.權(quán)利要求2所述的裝置，其中產(chǎn)生多個(gè)相位估計(jì)的裝置包括一種裝置(620)，用來(lái)利用從多個(gè)模式選擇性濾波后運(yùn)動(dòng)信號(hào)之一得到的相位基準(zhǔn)產(chǎn)生多個(gè)相位估計(jì)。
6.權(quán)利要求1所述的裝置，其中的模式選擇性濾波裝置包括對(duì)多個(gè)運(yùn)動(dòng)信號(hào)進(jìn)行模式變換，在模式坐標(biāo)域產(chǎn)生多個(gè)模式響應(yīng)信號(hào)的一種裝置(612)；和對(duì)多個(gè)模式響應(yīng)信號(hào)進(jìn)行模式選擇性變換，產(chǎn)生多個(gè)模式選擇性濾波后運(yùn)動(dòng)信號(hào)的一種裝置(614)。
7.權(quán)利要求2所述的裝置，其中產(chǎn)生多個(gè)相位估計(jì)的裝置包括估計(jì)多個(gè)模式選擇性濾波后運(yùn)動(dòng)信號(hào)的一個(gè)模式選擇性濾波后運(yùn)動(dòng)信號(hào)頻率的一種裝置(710)；在估計(jì)出來(lái)的頻率的基礎(chǔ)之上產(chǎn)生正交的第一個(gè)和第二個(gè)基準(zhǔn)信號(hào)的一種裝置(720)；和從多個(gè)模式選擇性濾波后運(yùn)動(dòng)信號(hào)以及第一個(gè)和第二個(gè)基準(zhǔn)信號(hào)產(chǎn)生多個(gè)相位估計(jì)的一種裝置(740)。
8.權(quán)利要求7所述的裝置，其中從多個(gè)模式選擇性濾波后運(yùn)動(dòng)信號(hào)以及第一個(gè)和第二個(gè)基準(zhǔn)信號(hào)產(chǎn)生多個(gè)相位估計(jì)的裝置包括將模式選擇性濾波后運(yùn)動(dòng)信號(hào)乘以第一個(gè)和第二個(gè)基準(zhǔn)信號(hào)中相應(yīng)的那些，產(chǎn)生模式選擇性濾波后運(yùn)動(dòng)信號(hào)相應(yīng)的實(shí)部分量和虛部分量的一種裝置(725)；和估計(jì)模式選擇性濾波后運(yùn)動(dòng)信號(hào)的實(shí)部分量和虛部分量之商的反正切，產(chǎn)生相位估計(jì)的一種裝置(810)。
9.權(quán)利要求2所述的裝置，還包括一種裝置(632)，用來(lái)從多個(gè)相位估計(jì)產(chǎn)生多個(gè)時(shí)間差估計(jì)。
10.權(quán)利要求9所述的裝置，還包括一種裝置(630)，用來(lái)從多個(gè)時(shí)間差估計(jì)產(chǎn)生質(zhì)量流量估計(jì)。
11.權(quán)利要求9所述的裝置，其中從多個(gè)相位估計(jì)產(chǎn)生多個(gè)時(shí)間差估計(jì)的裝置包括一種裝置(530)，用來(lái)將多個(gè)相位估計(jì)除以模式頻率產(chǎn)生多個(gè)時(shí)間差值。
12.權(quán)利要求11所述的裝置，其中從多個(gè)相位估計(jì)產(chǎn)生多個(gè)時(shí)間差估計(jì)的裝置還包括裝置(632)用來(lái)將多個(gè)零流量基準(zhǔn)時(shí)間差應(yīng)用于多個(gè)時(shí)間差估計(jì)產(chǎn)生多個(gè)時(shí)間差估計(jì)。
13.權(quán)利要求11所述的裝置，其中進(jìn)行模式選擇性濾波的裝置包括對(duì)多個(gè)運(yùn)動(dòng)信號(hào)進(jìn)行模式變換，在模式坐標(biāo)域產(chǎn)生模式運(yùn)動(dòng)信號(hào)的一種裝置(612)；和從模式運(yùn)動(dòng)信號(hào)估計(jì)模式頻率的一種裝置(640)。
14.權(quán)利要求13所述的裝置，還包括一種裝置(650)，用于從估計(jì)出來(lái)的模式頻率估計(jì)導(dǎo)管內(nèi)材料的密度。
15.權(quán)利要求9所述的裝置，還包括一種裝置用來(lái)估計(jì)將多個(gè)時(shí)間差估計(jì)與表示已知擾動(dòng)條件下結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的多個(gè)基準(zhǔn)時(shí)間差聯(lián)系起來(lái)的定標(biāo)函數(shù)的參數(shù)。
16.權(quán)利要求15所述的裝置，其中的擾動(dòng)是質(zhì)量流量。
17.權(quán)利要求15所述的裝置，其中估計(jì)參數(shù)的裝置包括產(chǎn)生包括多個(gè)基準(zhǔn)時(shí)間差的增廣矩陣的一種裝置；和將多個(gè)時(shí)間差估計(jì)乘以增廣矩陣的假逆，確定參數(shù)的一種裝置。
18.權(quán)利要求15所述的裝置，其中估計(jì)參數(shù)的裝置包括以迭代方式估計(jì)定標(biāo)函數(shù)的步驟。
19.權(quán)利要求18所述的裝置，其中以迭代方式估計(jì)參數(shù)的裝置包括應(yīng)用最小均方(LMS)估計(jì)程序的步驟。
20.權(quán)利要求15所述的裝置，其中估計(jì)參數(shù)的裝置前面有裝置用來(lái)處理表示已知擾動(dòng)情況下結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)狀況的多個(gè)運(yùn)動(dòng)信號(hào)，產(chǎn)生多個(gè)基準(zhǔn)時(shí)間差。
21.權(quán)利要求16所述的裝置，其中的定標(biāo)函數(shù)參數(shù)是一個(gè)斜率參數(shù)，還有一種裝置(630)用來(lái)從斜率參數(shù)和已知質(zhì)量流量產(chǎn)生質(zhì)量流量估計(jì)。
22.權(quán)利要求21所述的裝置，其中估計(jì)斜率參數(shù)的裝置(634)包括裝置用來(lái)將多個(gè)時(shí)間差估計(jì)乘以多個(gè)基準(zhǔn)時(shí)間差的假逆，以確定斜率參數(shù)。
23.權(quán)利要求15所述的裝置，其中的定標(biāo)函數(shù)參數(shù)是一個(gè)截距參數(shù)，還有一個(gè)裝置用來(lái)從截距參數(shù)確定系統(tǒng)狀態(tài)。
24.權(quán)利要求23所述的裝置，其中的模式選擇性濾波裝置前面有裝置用來(lái)從與結(jié)構(gòu)有關(guān)的多個(gè)運(yùn)動(dòng)換能器接收多個(gè)運(yùn)動(dòng)信號(hào)，其中確定系統(tǒng)狀態(tài)的裝置有一個(gè)裝置用來(lái)從截距參數(shù)確定運(yùn)動(dòng)換能器的狀態(tài)。
25.權(quán)利要求13所述的裝置，還包括裝置(650)用來(lái)從估計(jì)出來(lái)的模式頻率估計(jì)結(jié)構(gòu)中材料的密度。
26.權(quán)利要求1所述的裝置，還包括估計(jì)多個(gè)模式選擇性濾波后運(yùn)動(dòng)信號(hào)的第一個(gè)模式選擇性濾波后運(yùn)動(dòng)信號(hào)頻率的裝置(640)；和從多個(gè)模式選擇性濾波后運(yùn)動(dòng)信號(hào)的第二個(gè)模式選擇性濾波后運(yùn)動(dòng)信號(hào)和估計(jì)出來(lái)的頻率產(chǎn)生差估計(jì)的裝置。
27.權(quán)利要求26所述的裝置，其中產(chǎn)生差估計(jì)的裝置包括在估計(jì)出來(lái)的頻率的基礎(chǔ)之上產(chǎn)生正交的第一個(gè)和第二個(gè)基準(zhǔn)信號(hào)的裝置(720)；和從第二個(gè)模式選擇性濾波后運(yùn)動(dòng)信號(hào)以及第一個(gè)和第二個(gè)基準(zhǔn)信號(hào)產(chǎn)生差估計(jì)的裝置。
28.權(quán)利要求27所述的裝置，其中從第二個(gè)模式選擇性濾波后運(yùn)動(dòng)信號(hào)以及第一個(gè)和第二個(gè)基準(zhǔn)信號(hào)產(chǎn)生差估計(jì)的裝置包括從第二個(gè)模式選擇性濾波后運(yùn)動(dòng)信號(hào)以及第一個(gè)和第二個(gè)基準(zhǔn)信號(hào)產(chǎn)生相位估計(jì)的裝置；和從相位估計(jì)產(chǎn)生時(shí)間差估計(jì)的裝置。
29.權(quán)利要求28所述的裝置，其中從第二個(gè)模式選擇性濾波后運(yùn)動(dòng)信號(hào)以及第一個(gè)和第二個(gè)基準(zhǔn)信號(hào)產(chǎn)生相位估計(jì)的裝置包括將第二個(gè)模式選擇性濾波后運(yùn)動(dòng)信號(hào)乘以第一個(gè)和第二個(gè)基準(zhǔn)信號(hào)產(chǎn)生第二個(gè)模式選擇性濾波后運(yùn)動(dòng)信號(hào)實(shí)部分量和虛部分量的裝置；和估計(jì)第二個(gè)模式選擇性濾波后運(yùn)動(dòng)信號(hào)實(shí)部和虛部分量之商的反正切，產(chǎn)生相位估計(jì)的裝置。
30.讓權(quán)利要求1所述的裝置工作起來(lái)的一種方法，該方法包括估計(jì)結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的步驟；對(duì)表示結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)狀況的多個(gè)運(yùn)動(dòng)信號(hào)進(jìn)行模式選擇性濾波的步驟；和產(chǎn)生多個(gè)模式選擇性濾波后運(yùn)動(dòng)信號(hào)表示結(jié)構(gòu)振動(dòng)模式運(yùn)動(dòng)狀況的步驟。
31.權(quán)利要求30所述的方法，還包括一個(gè)步驟，用來(lái)從多個(gè)模式選擇性濾波后運(yùn)動(dòng)信號(hào)產(chǎn)生多個(gè)相位估計(jì)。
32.權(quán)利要求31所述的方法，還包括一個(gè)步驟，用來(lái)從多個(gè)相位估計(jì)產(chǎn)生質(zhì)量流量估計(jì)。
33.權(quán)利要求31所述的方法，還包括以下步驟從多個(gè)模式選擇性濾波后運(yùn)動(dòng)信號(hào)產(chǎn)生多個(gè)時(shí)差估計(jì)；和從多個(gè)時(shí)差估計(jì)產(chǎn)生相關(guān)度量；和從產(chǎn)生的相關(guān)度量確定質(zhì)量流量計(jì)系統(tǒng)的狀態(tài)。
34.權(quán)利要求31所述的方法，其中產(chǎn)生多個(gè)相位估計(jì)的步驟包括一個(gè)步驟，用來(lái)利用從多個(gè)模式選擇性濾波后運(yùn)動(dòng)信號(hào)之一得到的相位基準(zhǔn)產(chǎn)生多個(gè)相位估計(jì)。
35.權(quán)利要求30所述的方法，其中的模式選擇性濾波步驟包括以下步驟對(duì)多個(gè)運(yùn)動(dòng)信號(hào)進(jìn)行模式變換，在模式坐標(biāo)域產(chǎn)生多個(gè)模式響應(yīng)信號(hào)；和對(duì)多個(gè)模式響應(yīng)信號(hào)進(jìn)行模式選擇性變換，產(chǎn)生多個(gè)模式選擇性濾波后運(yùn)動(dòng)信號(hào)。
36.權(quán)利要求31所述的方法，其中產(chǎn)生多個(gè)相位估計(jì)的步驟包括以下步驟估計(jì)多個(gè)模式選擇性濾波后運(yùn)動(dòng)信號(hào)的一個(gè)模式選擇性濾波后運(yùn)動(dòng)信號(hào)頻率；在估計(jì)出來(lái)的頻率的基礎(chǔ)之上產(chǎn)生正交的第一個(gè)和第二個(gè)基準(zhǔn)信號(hào)；和從多個(gè)模式選擇性濾波后運(yùn)動(dòng)信號(hào)以及第一個(gè)和第二個(gè)基準(zhǔn)信號(hào)產(chǎn)生多個(gè)相位估計(jì)。
37.權(quán)利要求36所述的方法，其中從多個(gè)模式選擇性濾波后運(yùn)動(dòng)信號(hào)以及第一個(gè)和第二個(gè)基準(zhǔn)信號(hào)產(chǎn)生多個(gè)相位估計(jì)的步驟包括將模式選擇性濾波后運(yùn)動(dòng)信號(hào)乘以第一個(gè)和第二個(gè)基準(zhǔn)信號(hào)中相應(yīng)的那些，產(chǎn)生模式選擇性濾波后運(yùn)動(dòng)信號(hào)相應(yīng)的實(shí)部分量和虛部分量；和估計(jì)模式選擇性濾波后運(yùn)動(dòng)信號(hào)實(shí)部分量和虛部分量之商的反正切，產(chǎn)生相位估計(jì)。
38.權(quán)利要求31所述的方法，還包括一個(gè)步驟，用來(lái)從多個(gè)相位估計(jì)產(chǎn)生多個(gè)時(shí)間差估計(jì)。
39.權(quán)利要求38所述的方法，還包括一個(gè)步驟，用來(lái)從多個(gè)時(shí)間差估計(jì)產(chǎn)生質(zhì)量流量估計(jì)。
40.權(quán)利要求38所述的方法，其中從多個(gè)相位估計(jì)產(chǎn)生多個(gè)時(shí)間差估計(jì)的步驟包括一個(gè)步驟，用來(lái)將多個(gè)相位估計(jì)除以模式頻率產(chǎn)生多個(gè)時(shí)間差值。
41.權(quán)利要求40所述的方法，其中從多個(gè)相位估計(jì)產(chǎn)生多個(gè)時(shí)間差估計(jì)的步驟還包括步驟用來(lái)將多個(gè)零流量基準(zhǔn)時(shí)間差應(yīng)用于多個(gè)時(shí)間差估計(jì)產(chǎn)生多個(gè)時(shí)間差估計(jì)。
42.權(quán)利要求40所述的方法，其中從多個(gè)相位估計(jì)產(chǎn)生多個(gè)時(shí)間差估計(jì)的步驟包括用多個(gè)零流量相位值修正多個(gè)相位估計(jì)。
43.權(quán)利要求40所述的方法，其中進(jìn)行模式選擇性濾波的步驟包括對(duì)多個(gè)運(yùn)動(dòng)信號(hào)進(jìn)行模式變換，在模式坐標(biāo)域產(chǎn)生模式運(yùn)動(dòng)信號(hào)，該方法還包括從模式運(yùn)動(dòng)信號(hào)估計(jì)模式頻率的步驟。
44.權(quán)利要求43所述的方法，還包括一個(gè)步驟，用于從估計(jì)出來(lái)的模式頻率估計(jì)導(dǎo)管內(nèi)材料的密度。
45.權(quán)利要求38所述的方法，還包括一個(gè)步驟用來(lái)估計(jì)將多個(gè)時(shí)間差估計(jì)與表示已知擾動(dòng)條件下結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的多個(gè)基準(zhǔn)時(shí)間差聯(lián)系起來(lái)的定標(biāo)函數(shù)的參數(shù)。
46.權(quán)利要求45所述的方法，其中的擾動(dòng)是質(zhì)量流量。
47.權(quán)利要求45所述的方法，其中估計(jì)參數(shù)的步驟包括以下步驟產(chǎn)生包括多個(gè)基準(zhǔn)時(shí)間差的增廣矩陣；和將多個(gè)時(shí)間差估計(jì)乘以增廣矩陣的假逆以確定參數(shù)。
48.權(quán)利要求45所述的方法，其中估計(jì)參數(shù)的步驟包括以迭代方式估計(jì)定標(biāo)函數(shù)的步驟。
49.權(quán)利要求48所述的方法，其中以迭代方式估計(jì)參數(shù)的步驟包括應(yīng)用最小均方(LMS)估計(jì)程序的步驟。
50.權(quán)利要求45所述的方法，其中估計(jì)參數(shù)的步驟前面有步驟用來(lái)處理表示已知擾動(dòng)情況下結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)狀況的多個(gè)運(yùn)動(dòng)信號(hào)，產(chǎn)生多個(gè)基準(zhǔn)時(shí)間差。
51.權(quán)利要求46所述的方法，其中的定標(biāo)函數(shù)參數(shù)是一個(gè)斜率參數(shù)，還有一個(gè)步驟用來(lái)從斜率參數(shù)和已知質(zhì)量流量產(chǎn)生質(zhì)量流量估計(jì)。
52.權(quán)利要求51所述的方法，其中估計(jì)斜率參數(shù)的步驟包括步驟用來(lái)將多個(gè)時(shí)間差估計(jì)乘以多個(gè)基準(zhǔn)時(shí)間差的假逆，以確定斜率參數(shù)。
53.權(quán)利要求45所述的方法，其中的定標(biāo)函數(shù)參數(shù)是一個(gè)截距參數(shù)，還有一個(gè)步驟用來(lái)從截距參數(shù)確定系統(tǒng)狀態(tài)。
54.權(quán)利要求53所述的方法，其中的模式選擇性濾波步驟前面有步驟用來(lái)從與結(jié)構(gòu)有關(guān)的多個(gè)運(yùn)動(dòng)換能器接收多個(gè)運(yùn)動(dòng)信號(hào)，其中確定系統(tǒng)狀態(tài)的步驟有一個(gè)步驟用來(lái)從截距參數(shù)確定運(yùn)動(dòng)換能器的狀態(tài)。
55.權(quán)利要求43所述的方法，還包括步驟用來(lái)從估計(jì)出來(lái)的模式頻率估計(jì)結(jié)構(gòu)中材料的密度。
56.權(quán)利要求30所述的方法，還包括以下步驟估計(jì)多個(gè)模式選擇性濾波后運(yùn)動(dòng)信號(hào)的第一個(gè)模式選擇性濾波后運(yùn)動(dòng)信號(hào)的頻率；和從多個(gè)模式選擇性濾波后運(yùn)動(dòng)信號(hào)的第二個(gè)模式選擇性濾波后運(yùn)動(dòng)信號(hào)和估計(jì)出來(lái)的頻率產(chǎn)生差估計(jì)的一個(gè)步驟。
57.權(quán)利要求56所述的方法，其中產(chǎn)生差估計(jì)的步驟包括以下步驟在估計(jì)出來(lái)的頻率的基礎(chǔ)之上產(chǎn)生正交的第一個(gè)和第二個(gè)基準(zhǔn)信號(hào)；和從第二個(gè)模式選擇性濾波后運(yùn)動(dòng)信號(hào)以及第一個(gè)和第二個(gè)基準(zhǔn)信號(hào)產(chǎn)生差估計(jì)。
58.權(quán)利要求57所述的方法，其中從第二個(gè)模式選擇性濾波后運(yùn)動(dòng)信號(hào)以及第一個(gè)和第二個(gè)基準(zhǔn)信號(hào)產(chǎn)生差估計(jì)的步驟包括以下步驟從第二個(gè)模式選擇性濾波后運(yùn)動(dòng)信號(hào)以及第一個(gè)和第二個(gè)基準(zhǔn)信號(hào)產(chǎn)生相位估計(jì)；和從相位估計(jì)產(chǎn)生時(shí)間差估計(jì)。
59.權(quán)利要求58所述的方法，其中從第二個(gè)模式選擇性濾波后運(yùn)動(dòng)信號(hào)以及第一個(gè)和第二個(gè)基準(zhǔn)信號(hào)產(chǎn)生相位估計(jì)的步驟包括以下步驟將第二個(gè)模式選擇性濾波后運(yùn)動(dòng)信號(hào)乘以第一個(gè)和第二個(gè)基準(zhǔn)信號(hào)產(chǎn)生第二個(gè)模式選擇性濾波后運(yùn)動(dòng)信號(hào)實(shí)部分量和虛部分量；和估計(jì)第二個(gè)模式選擇性濾波后運(yùn)動(dòng)信號(hào)實(shí)部和虛部分量之商的反正切，產(chǎn)生相位估計(jì)。
全文摘要
通過(guò)對(duì)表示導(dǎo)管(100)運(yùn)動(dòng)狀況的多個(gè)運(yùn)動(dòng)信號(hào)(109)進(jìn)行模式選擇性濾波，產(chǎn)生多個(gè)模式選擇性濾波后運(yùn)動(dòng)信號(hào)(315)，使這些模式選擇性濾波后運(yùn)動(dòng)信號(hào)能夠很好地表示與導(dǎo)管振動(dòng)模式有關(guān)的運(yùn)動(dòng)狀況，從而估計(jì)導(dǎo)管內(nèi)材料的質(zhì)量流量。從多個(gè)模式選擇性濾波后運(yùn)動(dòng)信號(hào)產(chǎn)生多個(gè)相位估計(jì)(325)。從多個(gè)相位估計(jì)產(chǎn)生質(zhì)量流量估計(jì)(335)。可以利用從多個(gè)模式選擇性濾波后運(yùn)動(dòng)信號(hào)之一得到的相位基準(zhǔn)(620)估計(jì)多個(gè)相位估計(jì)。在一些實(shí)施方案中，估計(jì)多個(gè)模式選擇性濾波后運(yùn)動(dòng)信號(hào)的模式選擇性濾波后運(yùn)動(dòng)信號(hào)的頻率(710)。在估計(jì)出來(lái)的頻率的基礎(chǔ)之上產(chǎn)生正交的第一個(gè)和第二個(gè)基準(zhǔn)信號(hào)(720)。從多個(gè)模式選擇性濾波后運(yùn)動(dòng)信號(hào)以及第一個(gè)和第二個(gè)基準(zhǔn)信號(hào)產(chǎn)生多個(gè)相位估計(jì)(740)?？梢詮亩鄠€(gè)相位估計(jì)產(chǎn)生多個(gè)時(shí)間差估計(jì)b，從多個(gè)時(shí)間差估計(jì)產(chǎn)生質(zhì)量流量估計(jì)(630)?？梢岳脧哪Ｊ竭x擇性濾波后運(yùn)動(dòng)信號(hào)估計(jì)出來(lái)的模式頻率，除多個(gè)相位估計(jì)，從多個(gè)相位估計(jì)產(chǎn)生多個(gè)時(shí)間差估計(jì)。本發(fā)明可以用方法或者裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)。
文檔編號(hào)G01F1/84GK1502036SQ02805059
公開(kāi)日2004年6月2日 申請(qǐng)日期2002年2月8日 優(yōu)先權(quán)日2001年2月16日
發(fā)明者T·J·坎寧哈姆, D·L·坎貝爾, T·D·夏普, T J 坎寧哈姆, 坎貝爾, 夏普 申請(qǐng)人:微動(dòng)公司