專利名稱：用于振蕩導(dǎo)管的使用固有模態(tài)分解的參數(shù)傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及過程參數(shù)傳感器、操作方法以及計算機程序產(chǎn)品，具體地說，本發(fā)明涉及振蕩導(dǎo)管參數(shù)傳感器、操作方法以及計算機程序產(chǎn)品。
科里奧利效應(yīng)質(zhì)量流量計通常用于測量流經(jīng)導(dǎo)管的物質(zhì)的質(zhì)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(jié)構(gòu)的導(dǎo)管。每個導(dǎo)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(zhì)量流量測定應(yīng)用中，當有物質(zhì)流經(jīng)導(dǎo)管時，每個導(dǎo)管都受驅(qū)按其固有波模中的一種以諧振的方式振蕩。所述導(dǎo)管的質(zhì)量和硬度特征與導(dǎo)管中流動的物質(zhì)的特征結(jié)合起來會影響與所述振蕩的填充有物質(zhì)的系統(tǒng)的振蕩波模。
科里奧利流量計的典型組件是驅(qū)動或觸發(fā)系統(tǒng)。該驅(qū)動系統(tǒng)能進行操作以便將周期性的物理力施加給導(dǎo)管，從而使導(dǎo)管振蕩。所述驅(qū)動系統(tǒng)一般包括至少一個啟動器，它安裝于流量計的導(dǎo)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(dǎo)管的磁體以及按與該磁體有相對向關(guān)系的方式安裝于第二導(dǎo)管的線圈。一驅(qū)動器通常將一周期性例如正弦或方波的驅(qū)動信號提供給上述啟動線圈。所述周期性驅(qū)動信號會使得啟動器按相反的周期圖形驅(qū)動所說的兩個導(dǎo)管。
在存在有有效的“零”流量流過受驅(qū)的流量計導(dǎo)管時，沿導(dǎo)管的點會根據(jù)受驅(qū)振動的波模的不同而相對驅(qū)動器按大致相同的相位或“零流量”相位振蕩。隨著物質(zhì)開始從流量計的入口經(jīng)由所述導(dǎo)管流出流量計的出口，源于物質(zhì)流的科里奧利力會導(dǎo)致沿導(dǎo)管的在空間上相間隔的點之間的相移，導(dǎo)管入口側(cè)的相位一般滯后于啟動器，而導(dǎo)管出口側(cè)的相位則一般超前于啟動器。導(dǎo)管的兩個位置之間產(chǎn)生的相移約與經(jīng)由導(dǎo)管的物質(zhì)的質(zhì)量流速成比例。
不幸的是，流量計結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)的振動會使得用通常相移或時間延遲法所獲得的測定結(jié)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(jié)構(gòu)以及用頻率域過濾法除掉與不應(yīng)有的振動相關(guān)的頻率分量，可以減少上述現(xiàn)象。但是，機械結(jié)構(gòu)法受限于幾何形狀上的考慮，頻率域過濾法在除掉在有關(guān)諧振頻率或幾乎在有關(guān)諧振頻率下例如在用于觸發(fā)所述導(dǎo)管的驅(qū)動頻率下出現(xiàn)的不想要振動能量時是效率低下的。
根據(jù)上述內(nèi)容，本發(fā)明的目的是提供振動導(dǎo)管參數(shù)傳感器、操作方法以及計算機程序產(chǎn)品，它們能在存在有外部振動的情況下精確地估算具有結(jié)構(gòu)非線性和非對稱性的傳感器導(dǎo)管中的過程參數(shù)。
用振動導(dǎo)管參數(shù)傳感器、操作方法以及計算機程序產(chǎn)品可以實現(xiàn)上述和其它目的、特征和優(yōu)點，在上述振動導(dǎo)管參數(shù)傳感器、操作方法以及計算機程序產(chǎn)品中，對表示振動導(dǎo)管運動的運動信號進行處理，以便將所述導(dǎo)管運動分解成多個實數(shù)固有模態(tài)分量，可根據(jù)這些分量來估算諸如質(zhì)量流量之類的過程參數(shù)。在本發(fā)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(dǎo)管運動的與一個或多個實數(shù)固有波模有關(guān)的分量，所述一個或多個實數(shù)固有波模例如是最好與科里奧利力相關(guān)的波模，而所述科里奧利力則與導(dǎo)管內(nèi)的物質(zhì)有關(guān)。然后，用例如通常的相位差技術(shù)根據(jù)上述輸出生成諸如質(zhì)量流量之類的過程參數(shù)的估算值。在本發(fā)明的另一個實施例中，根據(jù)所述多個運動信號來估算實數(shù)固有模態(tài)運動，并根據(jù)所估算出的實數(shù)固有模態(tài)運動的一個子集例如根據(jù)最好與科里奧利力相關(guān)的實數(shù)固有波模中的運動來估算過程參數(shù)。
由于將導(dǎo)管的運動分解成實數(shù)固有模態(tài)分量，故可以獲得過程參數(shù)的更為精確的估算值。例如，一波模濾過器可傳送導(dǎo)管運動的對應(yīng)于與科里奧利力緊密相關(guān)的實數(shù)固有波模的分量，同時減少導(dǎo)管運動的與外部噪音源相關(guān)的分量。因此，經(jīng)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(zhì)量流量之類的過程參數(shù)的精確估算值。與此相類似，估算出的與科里奧利力相關(guān)的選定波模的實數(shù)固有模態(tài)運動可用于生成過程參數(shù)的精確估算值，同時忽略源于其它來源的模態(tài)運動。
具體地說，依照本發(fā)明，用于確定過程參數(shù)的過程參數(shù)傳感器包括一配置成包含有物質(zhì)的導(dǎo)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(dǎo)管多個位置處運動的運動信號。一實數(shù)固有模態(tài)分解器對上述多個運動感受器進行響應(yīng)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(shù)固有模態(tài)分量。一過程參數(shù)估算器對上述實數(shù)固有模態(tài)分解器進行響應(yīng)并可進行操作以便根據(jù)上述實數(shù)固有模態(tài)分量中的一個實數(shù)固有模態(tài)分量來估算過程參數(shù)。
在本發(fā)明的一個實施例中，所述實數(shù)固有模態(tài)分解器包括一波模濾過器，它可進行操作以便根據(jù)所述多個運動信號來生成一輸出，該輸出能最佳地表示與導(dǎo)管的實數(shù)固有波模相關(guān)的運動的分量，而所述導(dǎo)管的實數(shù)固有波模則例如是最佳地與科里奧利力相關(guān)的實數(shù)固有波模。所述過程參數(shù)估算器可對上述波模濾過器進行響應(yīng)并且可進行操作以便根據(jù)前述輸出來估算過程參數(shù)。
在本發(fā)明的另一個實施例中，所述實數(shù)固有模態(tài)分解器包括一實數(shù)固有模態(tài)運動估算器，它可進行操作以便根據(jù)接收到的多個運動信號來估算實數(shù)固有模態(tài)運動。所述過程參數(shù)估算器可進行操作以便根據(jù)上述估算出的實數(shù)固有模態(tài)運動例如根據(jù)估算出的與科里奧利力緊密相關(guān)的一組實數(shù)固有波模的運動來估算過程參數(shù)。所述實數(shù)固有模態(tài)運動估算器可包括用于估算第一實際固有波模下的運動的裝置以及用于估算第二實際固有波模下的運動的裝置，所述第二實際固有波模最好與科里奧利力相關(guān)。所述過程參數(shù)估算器可包括這樣的裝置，它用于使估算出的第二實數(shù)固有波模下的運動相對估算出的第一實數(shù)固有波模下的運動規(guī)一化，以便生成第二實數(shù)固有波模下的運動的規(guī)范估算值?？稍O(shè)置這樣的裝置，它用于根據(jù)第二實數(shù)固有波模下的運動的規(guī)范估算值來估算過程參數(shù)。
依照本發(fā)明的方法方面，接收多個運動信號，這些信號表示包含有物質(zhì)的振動導(dǎo)管的多個位置處的運動。對接收到的多個運動信號進行處理，以便將所述運動分解成多個實數(shù)固有模態(tài)分量。根據(jù)上述多個實數(shù)固有模態(tài)分量中的一個實數(shù)固有模態(tài)分量來估算過程參數(shù)。
依照本發(fā)明的方法方面，可對運動信號進行處理以便生成一輸出，該輸出最佳地表示與振動導(dǎo)管的實數(shù)固有波模相關(guān)聯(lián)的運動分量。一波模濾過器可作用于上述多個運動信號以及根據(jù)經(jīng)過濾的輸出所估算出的過程參數(shù)。例如，可生成第一和第二經(jīng)過濾的信號，它們表示所述導(dǎo)管的相應(yīng)第一和第二位置處的運動。通過確定上述第一經(jīng)過濾的信號與第二經(jīng)過濾的信號之間的相位差并根據(jù)所確定的相位差來估算質(zhì)量流量，可以估算出過程參數(shù)。
依照本發(fā)明的另一個方法方面，可根據(jù)接收到的多個運動信號來估算實數(shù)固有模態(tài)運動即多個單一自由度(SDOF)系統(tǒng)中的運動。可根據(jù)所估算的實數(shù)固有模態(tài)運動來估算過程參數(shù)。例如，可估算出相應(yīng)第一和第二實數(shù)固有波模下的運動，而第二實數(shù)固有波模則最佳地與科里奧利力相關(guān)?？赏ㄟ^使估算出的第二實數(shù)固有波模下的運動相對估算出的第一實數(shù)固有波模下的運動規(guī)一化以便生成第二實數(shù)固有波模下的運動的規(guī)范估算值，從而估算出過程參數(shù)。可根據(jù)第二實數(shù)固有波模下的運動的規(guī)范估算值來估算過程參數(shù)。
依照本發(fā)明的其它方法方面，在導(dǎo)管內(nèi)觸發(fā)多個實數(shù)固有波模，接收多個運動信號，這些信號表示響應(yīng)上述觸發(fā)的運動，對所述多個運動信號進行處理，以便將所述導(dǎo)管運動分解成多個實數(shù)固有模態(tài)分量，可根據(jù)這些實數(shù)固有模態(tài)分量來估算過程參數(shù)。上述作用于導(dǎo)管的觸發(fā)可以是寬帶觸發(fā)，諸如是一系列基本上連貫的有不同頻率的觸發(fā)或者是通過例如流體結(jié)構(gòu)相互作用(FSI)轉(zhuǎn)換來自導(dǎo)管中物質(zhì)的能量而形成的觸發(fā)。
本發(fā)明用于估算過程參數(shù)的計算機程序產(chǎn)品包括第一計算機可讀程序代碼裝置，它用于對多個表示含有物質(zhì)的導(dǎo)管的運動的信號進行處理，以便將該運動分解成多個實數(shù)固有模態(tài)分量。第二計算機可讀程序代碼裝置根據(jù)上述多個實數(shù)固有模態(tài)分量的一個實數(shù)固有模態(tài)分量來估算過程參數(shù)。在一第一實施例中，所述第一計算機可讀程序代碼裝置包括這樣的計算機可讀程序代碼裝置，該裝置用于對上述多個運動信號進行處理，以便生成一輸出，它最佳地表示與振動導(dǎo)管的實數(shù)固有波模相關(guān)的運動分量。所述第二計算機可讀程序代碼裝置包括這樣的計算機可讀程序代碼裝置，該裝置用于根據(jù)上述輸出來估算過程參數(shù)。在另一個實施例中，所述計算機可讀程序代碼裝置包括這樣的計算機可讀程序代碼裝置，該裝置用于用于根據(jù)上述多個運動信號來估算實數(shù)固有模態(tài)運動。所述第二計算機可讀程序代碼裝置包括這樣的計算機可讀程序代碼裝置，該裝置用于根據(jù)所估算出的實數(shù)固有模態(tài)運動來估算與所述物質(zhì)有關(guān)的過程參數(shù)。從而，可以提供改進的過程參數(shù)估算值。


圖1示出了一示例性的過程參數(shù)傳感器導(dǎo)管結(jié)構(gòu)；圖2示出了本發(fā)明的過程參數(shù)傳感器的一個實施例；圖3示出了本發(fā)明的過程參數(shù)傳感器的另一個實施例；圖4示出了本發(fā)明的波模濾過器的一個示例性實施例；圖5示出了本發(fā)明的過程參數(shù)估算器的一個示例性實施例；圖6和7示出了依照本發(fā)明波模濾過方面的示例性操作；圖8-12示出了過程參數(shù)傳感器導(dǎo)管結(jié)構(gòu)的模態(tài)數(shù)量；圖13示出了本發(fā)明的過程參數(shù)傳感器的另一個實施例；圖14示出了本發(fā)明的實數(shù)固有模態(tài)運動估算器的一個示例性以下參照附圖更全面地說明本發(fā)明，附圖中示出了本發(fā)明的實施例。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)該注意，可用多種不同的形式來實現(xiàn)本發(fā)明，本發(fā)明不應(yīng)被看作只限于本文所述的實施例，相反，這些實施例是為了使所公開的內(nèi)容更全面和完整并將本發(fā)明的范圍完全地傳達給本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而提供的。在附圖中，相同的標號始終是指相同的部件。
以下的說明大部分都是指科里奧利流量計，在這種流量計中，就諸如流過振動導(dǎo)管的流體之類的物質(zhì)而言，可估算出物質(zhì)處理系統(tǒng)的過程參數(shù)例如質(zhì)量流速。但是，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)該認識到，本發(fā)明還可應(yīng)用于除串聯(lián)傳感器以外的振動導(dǎo)管過程參數(shù)傳感器。例如，本發(fā)明可應(yīng)用于包括一導(dǎo)管的抽樣式振動導(dǎo)管密度計，所述導(dǎo)管配置成含有從物質(zhì)處理系統(tǒng)中抽出的物質(zhì)的樣本。
在本文所述的實施例中，對表示傳感器導(dǎo)管的運動的運動信號進行處理，以便將該導(dǎo)管運動分解成多個實數(shù)固有模態(tài)分量?？砂炊喾N方式進行實數(shù)固有模態(tài)分的分解。例如，可用波模濾過器傳送傳感器導(dǎo)管運動的與一組預(yù)定實數(shù)固有波模相關(guān)的分量，同時減少該導(dǎo)管運動的與其它不應(yīng)有的實數(shù)固有波模相關(guān)的分量。盡管無需明確地確定與導(dǎo)管運動相對應(yīng)的模態(tài)響應(yīng)，但是，所述波模濾過會將導(dǎo)管運動“分解”成相應(yīng)的與相應(yīng)實數(shù)固有波模相關(guān)的分量。
另外，可根據(jù)運動信號明確地估算出實數(shù)固有模態(tài)運動即多個單自由度(SDOF)系統(tǒng)中的坐標系統(tǒng)中的運動，并且，該運動可用于生成過程參數(shù)估算值。例如，可用兩步處理法來實現(xiàn)波模濾過，所述兩步處理法包括用模態(tài)變換來將導(dǎo)管的運動變換成相應(yīng)的實數(shù)固有模態(tài)運動以及將有選擇的模態(tài)逆變換應(yīng)用于所述實際固本模態(tài)運動，以便生成經(jīng)過濾的輸出，該輸出最佳地表示所述導(dǎo)管運動的與一種或多種預(yù)定實數(shù)固有波模相關(guān)的分量?？蓪ι鲜鼋?jīng)過濾的輸出進行處理，以便用例如通常的相位差技術(shù)來估算過程參數(shù)。
依照本發(fā)明的另一個方面，可根據(jù)估算出的實數(shù)固有模態(tài)運動直接確定過程參數(shù)。例如，使與科里奧利力緊密相關(guān)的實數(shù)固有波模的實數(shù)固有模態(tài)運動相對另一種波模的實數(shù)固有模態(tài)運動規(guī)一化，以便生成一比例因子。該比例因子可用于估算質(zhì)量流量。
振動導(dǎo)管的模態(tài)行為以下就具有相關(guān)自然振動頻率的一種或多種自然波模說明諸如傳感器導(dǎo)管之類的振動結(jié)構(gòu)的行為?？稍跀?shù)學(xué)上用特征向量和相關(guān)特征值來描述所述波模和相關(guān)自然頻率，所述特征向量在相對數(shù)量上而不是在絕對數(shù)量上是唯一的并且與上述結(jié)構(gòu)的質(zhì)量和硬度相正交?？稍谧儞Q時將上述一組線性獨立的矢量用于分解的等式，這些等式描述了上述結(jié)構(gòu)的運動。具體地說，所述結(jié)構(gòu)對觸發(fā)的響應(yīng)可表示為成比例波模的疊加，所說的比例表示各波模對所述結(jié)構(gòu)的運動的貢獻。依照所述觸發(fā)的不同，某些波模會比其它波模有更多的貢獻。某些波模是不應(yīng)該有的，因為，這些波模會提供預(yù)定波模的諧振頻率下的能量，從而會使在諸如驅(qū)動頻率下獲取的相位差測定結(jié)果之類的在預(yù)定波模的諧振頻率下獲得的測定結(jié)果出錯。
通常的流量計一般使用了結(jié)構(gòu)和時間過濾，以減少不應(yīng)有的波模的影響。通常的結(jié)構(gòu)過濾技術(shù)包括利用諸如設(shè)計成能消除同相和異相的彎曲波模的支承條之類的機械特征，使用啟動器，這些啟動器設(shè)置成它們不太可能觸發(fā)不應(yīng)有的波模，以及，使用感受器，這些感受器設(shè)置成它們對不應(yīng)有的波模不太敏感。結(jié)構(gòu)過濾技術(shù)在減少不應(yīng)有的波模的能量方面是非常有效的，但會受限于幾何形狀和結(jié)構(gòu)限制。
時間過濾技術(shù)一般可根據(jù)時間域或頻率域參數(shù)改變感受器的信號。例如，典型的科里奧利流量計包括頻率域過濾器，這些過濾器設(shè)計成能消除與不應(yīng)有的波模顯著相關(guān)的頻率分量。但是，來自不應(yīng)有波模的非諧振能量會對預(yù)定波模諧振頻率下的能量產(chǎn)生顯著影響。由于頻率域過濾器一般在區(qū)分給定頻率下多個波模的貢獻時是無效的，故測定頻率下的不應(yīng)有波模的貢獻是過程參數(shù)測定結(jié)果中的錯誤的顯著來源。
可假定有可忽略不計的衰減和零流量的傳感器導(dǎo)管具有完全的實數(shù)自然或固有振動波模，也就是說，在每種波模中，所述結(jié)構(gòu)的每個點均能同時達到最大的位移。但是，帶有不可忽略不計的衰減以及從中流過的物質(zhì)的實際導(dǎo)管對觸發(fā)一般有復(fù)雜的響應(yīng)，也就是說，所述結(jié)構(gòu)上的點一般不同時達到最大振幅?？蓪⑸鲜鰧?dǎo)管結(jié)構(gòu)的運動描述為有實數(shù)和虛數(shù)分量或者有數(shù)量和相位分量的復(fù)數(shù)波模。流動的物質(zhì)所施加的科里奧利力會將這種復(fù)雜性引入傳感器導(dǎo)管的運動。
即使是復(fù)數(shù)的，也可將導(dǎo)管結(jié)構(gòu)的運動描述為成比例的自然或“固有”波模的疊加，因為，復(fù)數(shù)波模的實數(shù)和虛數(shù)部分按定義是線性獨立的。為了表示復(fù)雜運動，在組合上述組成的實數(shù)固有波模時使用復(fù)數(shù)比例系數(shù)。具體的實數(shù)固有波?？删o密地與復(fù)數(shù)波模的虛分量相關(guān)，并且明顯地不太與該復(fù)數(shù)波模的實數(shù)分量相關(guān)。因此，這些特定的實數(shù)固有波?？膳c這樣的科里奧利力更加緊密地相關(guān)，所述科里奧利力與傳感器導(dǎo)管中的物質(zhì)相關(guān)，從而所述特定的實數(shù)固有波模能提供這樣的信息，該信息用于生成與所述物質(zhì)相關(guān)的參數(shù)的精確估算值。
作為一個示例性實例，對雙彎管3英寸科里奧利流量計進行分析。圖1中示出了這種流量計的導(dǎo)管結(jié)構(gòu)的理論模型。定向成測定方向z上的速度的通常速度感受器105A、105B、105C分別位于導(dǎo)管組件10上的左側(cè)、驅(qū)動和右側(cè)位置。相應(yīng)的加速計105D、105E在靠近右側(cè)感受器位置處設(shè)置在導(dǎo)管103A、103B的相應(yīng)的一個上并且定向成能測定沿方向x的橫向加速度。將加速計105D、105E的輸出綜合起來以生成橫向絕對速度信息。
可根據(jù)運動感受器105A-E來形成響應(yīng)向量{xresponse} 其中，所述斜的橫向響應(yīng)是相對x和y軸45度方向的響應(yīng)。實數(shù)固有模態(tài)“過濾器”矩陣[φ]即使得物理運動向量{xresponse}與實數(shù)固有模態(tài)運動向量{η}相關(guān)的實數(shù)固有模態(tài)變換矩陣可定義成{xresponse}=[φ]{η} (2)可用多種技術(shù)來確定實數(shù)固有模態(tài)變換矩陣[φ]。例如，可如1997年7月11日提交的轉(zhuǎn)讓給本申請的受讓人的美國專利申請08/890785以及1998年2月25日提交的轉(zhuǎn)讓給本申請的受讓人的題為“用于振動導(dǎo)管過程參數(shù)傳感器的一般性模態(tài)空間驅(qū)動控制”的美國專利申請書所述那樣使用試錯或逆技術(shù)，本文引用了上述兩份申請書的全部內(nèi)容，就好象它們的文本在本申請文件中存在一樣。
就圖1的示例性導(dǎo)管結(jié)構(gòu)10而言，可用實驗的方式確定實數(shù)固有模態(tài)變換矩陣 所述實數(shù)固有模態(tài)變換矩陣[φ]的列從左至右分別表示第一異相彎曲波模、同相橫向波模、異相橫向波模、異相扭曲波模以及第二異相彎曲波模。
可用模態(tài)變換矩陣[φ]將運動向量{xresponse}所表示的物理運動分解成實數(shù)固有模態(tài)分量。例如，就模態(tài)運動向量{η}而言，可通過預(yù)先將等式(2)的兩邊乘以模態(tài)變換矩陣[φ]的逆來明確地求解等式(2){η}=[φ]-1{xresponse}(4)其中，就圖1的示例性結(jié)構(gòu)而言 正如本文詳細所述那樣，可直接用實數(shù)固有模態(tài)運動{η}來估算與上述導(dǎo)管結(jié)構(gòu)的一種或多種實數(shù)固有波模相關(guān)的過程參數(shù)，所述一種或多種實數(shù)固有波模例如是與科里奧利力相關(guān)的波模。另外，可用模態(tài)變換矩陣[φ]來確定一波模濾過器，它可應(yīng)用于物理運動{xresponse}，以生成一經(jīng)過濾的物理域響應(yīng)，該響應(yīng)最佳地包括與所述導(dǎo)管的一種或多種波模相關(guān)的物理運動{xresponse}的分量?？捎眠@種經(jīng)過濾的響應(yīng)來估算過程參數(shù)。
圖2示出了本發(fā)明振動導(dǎo)管參數(shù)傳感器5的示例性實施例。傳感器5包括導(dǎo)管組件10。導(dǎo)管組件10包括一入口凸緣101、一出口凸緣101′、一總管102以及第一和第二導(dǎo)管103A、104A。支承條106、106′將導(dǎo)管103A、103B連接起來。一啟動器104與導(dǎo)管103A、103B相連，啟動是104可進行操作以便響響驅(qū)動器20使導(dǎo)管103A、103B振動。多個運動感受器105A-E可進行操作以生成多個表示導(dǎo)管103A、103B的多個位置處的運動的運動信號即生成表示導(dǎo)管103A、103B的位移、速度或加速度的信號。運動感受器105A-E可包括諸如線圈式感受器、光學(xué)或或超聲運動傳感器、加速計、慣性速率傳感器以及其它裝置之類的多個裝置。導(dǎo)線100與啟動器104和運動感受器105A-E相連。
當把導(dǎo)管組件10插進物質(zhì)處理系統(tǒng)時。在該物質(zhì)處理系統(tǒng)中流動的物質(zhì)會通過入口凸緣101進入導(dǎo)管組件10。然后，所述物質(zhì)流過總管102，在總管中所述物質(zhì)被引進導(dǎo)管103A、103B。離開導(dǎo)管103A、103B之后，所述物質(zhì)會流回進總管102并通過出口凸緣101′離開儀表組件10。所述物質(zhì)在流經(jīng)導(dǎo)管103A、103B時會引發(fā)科里奧利力，該力會使導(dǎo)管103A、103B擾動。
啟動器104可沿相反的方向繞相應(yīng)的彎曲軸線W-W和W′-W′驅(qū)動導(dǎo)管103A、103B，從而導(dǎo)致導(dǎo)管組件10中的通常所稱的第一異相彎曲波模。啟動器104可包括諸如線性啟動器之類的多種周知裝置中的任何一種，所述線性啟動器包括安裝于第一導(dǎo)管103A的磁體以及安裝于第二導(dǎo)管103B的相對向的線圈。驅(qū)動器20通過驅(qū)動導(dǎo)線110提供的驅(qū)動信號所導(dǎo)致的交流電流會經(jīng)過上述線圈，以而產(chǎn)生使導(dǎo)管103A、103B振動的機械力。啟動器104所提供的觸發(fā)基本上是連貫的例如限于一狹窄的頻率范圍或者如以下詳細說明的那樣是寬帶的。
盡管圖2所示的參數(shù)傳感器5被顯示為包括一整體啟動器104，但是，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)該認識到，可用其它技術(shù)來使本發(fā)明的導(dǎo)管103A、103B振動。例如，可用諸如泵或壓縮機之類的動力源在導(dǎo)管組件10的外部形成寬帶觸發(fā)并例如通過凸緣101、101′之一將這種觸發(fā)傳給導(dǎo)管組件10。與此相類似，如以下詳細所述那樣，通過用流體結(jié)構(gòu)相互作用(FSI)機構(gòu)傳遞來自導(dǎo)管103A、103B中的物質(zhì)的能量，也可形成寬帶觸發(fā)。
實數(shù)固有模態(tài)分解器30對運動受感器105A-E進行響應(yīng)并能進行操作以便將導(dǎo)線111上的信號所代表的導(dǎo)管103A、103B的運動分解成多個實數(shù)固有模態(tài)分量35。過程參數(shù)估算器40對實數(shù)固有模態(tài)分解器30進行響應(yīng)并進行操作以便根據(jù)上述多個實數(shù)固有模態(tài)分量35生成過程參數(shù)的估算值45。正如本文所述那樣，實數(shù)固有模態(tài)分解器30以諸如對導(dǎo)管運動進行波模濾過或估算與導(dǎo)管運動相對應(yīng)的實數(shù)固有模態(tài)運動之類的多種方式對導(dǎo)管運動進行分解。
波模濾過依照本發(fā)明的一個方面，可將“波模濾過器”用于運動信號，以生成一表示導(dǎo)管運動的經(jīng)過濾形式的輸出，其中，減少了與不應(yīng)有波模相關(guān)聯(lián)的導(dǎo)管運動分量。所述波模濾過器表示實數(shù)固有模態(tài)變換與有選擇的逆實數(shù)固有模態(tài)變換的積，所述實數(shù)固有模態(tài)變換將導(dǎo)管運動映射成多個單自由度(SDOF)系統(tǒng)中的運動即實數(shù)固有模態(tài)運動，而所述有選擇的逆實數(shù)固有模態(tài)變換則將上述實數(shù)固有模態(tài)運動的選定部分即一組預(yù)定實數(shù)固有波模中的運動映射回物理域。
可用有選擇的逆實數(shù)固有模態(tài)變換矩陣[φ]將實數(shù)固有模態(tài)運動向量{η}轉(zhuǎn)換成經(jīng)過濾的運動向量{xfiltered}，其中，可消除與不應(yīng)有的實數(shù)固有模態(tài)相關(guān)的分量{xfiltered}=[φ*]{η} (6)就圖1的示例性結(jié)構(gòu)而言，可根據(jù)實數(shù)固有模態(tài)變換矩陣[φ]通過替換實數(shù)固有模態(tài)變換矩陣[φ]中那些與帶零的不應(yīng)有實數(shù)固態(tài)波模相關(guān)的元素來構(gòu)造有選擇的逆實數(shù)固有模態(tài)變換矩陣[φ*] 如等式(6)和(7)所示，通過用與帶零的實數(shù)固有模態(tài)變換矩陣[φ]相對應(yīng)的有選擇的逆實數(shù)固有模態(tài)變換矩陣[φ*]來替換固有模態(tài)變換矩陣[φ]中那些與帶零的不應(yīng)有實固態(tài)波模相關(guān)的元素，可以消除與不應(yīng)有的實數(shù)固有模態(tài)相對應(yīng)的導(dǎo)管運動向量{xresponse}的分量。但是，本技術(shù)的專家應(yīng)該認識到，可用有選擇的逆實數(shù)固有模態(tài)變換矩陣[φ*]的上述元表的非零值來消除所說的分量。
將等式(4)和(6)結(jié)合起來{xfiltered}=[φ*][φ]-1{xresponse}=[φ]{xresponse}(8)其中，波模濾過器矩陣[φ]是由下式給出的[φ]=[φ*][φ]-1(9)波模濾過器矩陣[φ]對導(dǎo)管運動向量{xresponse}進行處理，因此，經(jīng)過濾的輸出運動向量{xfiltered}最佳地表示導(dǎo)管運動向量{xresponse}的與一種或多種預(yù)定波模相關(guān)的分量。波模濾過器矩陣[φ]還可由下式生成[φ]=[φ][A][φ]-1其中，[A]是這樣的矩陣，其對角線以外的元素是零，與預(yù)定波模相對應(yīng)的對角線元素置為1，例如， 對經(jīng)過濾的輸出{xfiltered}進行處理，以生成諸如質(zhì)量流量之類的過程參數(shù)的精確估算值。例如，可根據(jù)通常的相位或時間差科里奧利測定技術(shù)對經(jīng)過濾的輸出{xfiltered}進行處理。就圖1所示的示例性系統(tǒng)而言，做到這一點的方法是例如用諸如授予Smith的美國專利RE31450、授予Zolock的美國專利4879911以及授予Zolock的美國專利5231884所述之類的零交叉或者類似的用數(shù)字信號處理器(DSP)或類似數(shù)字計算設(shè)備的相位或時間差技術(shù)通過確定與右和左感受器105A、105C相對應(yīng)的經(jīng)過濾的輸出的分量之間的相位差。從而，可用附加感受器105B、105D、105E所提供的信息過濾掉導(dǎo)管運動的與例如不應(yīng)有的橫向波模相關(guān)的分量。
可有意地將運動信號所表示的傳感器導(dǎo)管上的位置的數(shù)量選定成超過將導(dǎo)管運動所分解成的實數(shù)固有模態(tài)分量的數(shù)量。在這種情況下，所述實數(shù)固有模態(tài)變換矩陣和所述有選擇的逆實數(shù)固有模態(tài)變換矩陣具有多于列的行。因此，在計算等式(9)的波模濾過器矩陣時使用實數(shù)固有模態(tài)變換矩陣的通用的逆。通過這種方式，所述運動信號會提供一超定的信息源，以便將導(dǎo)管運動分解成給定數(shù)量的實數(shù)固有波模。因此，可對根據(jù)這種超定信息估算出的過程參數(shù)在空間上進行積分，以提供可能更精確的估算值。轉(zhuǎn)讓給本申請受讓人并與本申請書同時提交的題為“改進型振動導(dǎo)管參數(shù)傳感器以及用空間積分的操作的方法”的美國專利申請書中說明了上述空間積分。
圖3示出了示例性參數(shù)傳感器5，該傳感器實現(xiàn)了本發(fā)明的波模濾過。實數(shù)固有模態(tài)分解器30包括一波模濾過器330，它可對運動感受器105A-E進行響應(yīng)。波模濾過器30可通過生成一經(jīng)過濾的輸出35而將感受器105A-E生成的運動信號所表示的導(dǎo)管103a、103B的運動分解成多個實數(shù)固有模態(tài)分量，經(jīng)過濾的輸出35最佳地表示導(dǎo)管103A、103B的運動的與多種實數(shù)固有波模中的一種或多種相關(guān)的一個或多個分量，而所述多種實數(shù)固有波模則例如是與包含在導(dǎo)管103A、103B中的物質(zhì)所施加的科里奧利力相關(guān)的實數(shù)固有波模。
圖4示出了波模濾過器330和過程參數(shù)估算器40的一個示例性實施例。例如是取樣和保存或類似電路的取樣器432提供了這樣的裝置，它用于接收運動感受器的運動信號431、對運動信號431進行取樣并根據(jù)上述信號生成樣本433，以便以后由模數(shù)轉(zhuǎn)換器(A/D)434轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號值435。取樣器433和A/D434的詳細操作可由本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員所周知的多種電路來執(zhí)行，因此無需在本文中作更詳細地說明。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)該認識到，可用多種方式來處理運動信號431。例如，可使用去假頻過濾、后取樣過濾以及類似的信號處理。還應(yīng)認識到，一般地說，可用專用硬件、固件或在專用或通用數(shù)據(jù)處理裝置上運行的軟件或它們的組合來實現(xiàn)圖3所示的接收和轉(zhuǎn)換裝置。例如，可使取樣和模數(shù)轉(zhuǎn)換功能包括在感受器105A-E內(nèi)。
波模濾過器330部分可包括在計算機50例如微處理器、微控制器、數(shù)字信號處理器(DSP)或類似裝置內(nèi)。計算機50可例如包括諸如德州儀器公司出售的TMS320C4X系列的DSP之類的專門適用于線性代數(shù)計算的流水線DSP。使計算機50配置有適當?shù)某绦虼a例如軟件和/或固件以及例如存儲在諸如隨機存取存儲器(RAM)、電可擦除可編程只讀存儲器(EEPROM)、磁盤或類似裝置之類的存儲介質(zhì)60內(nèi)的數(shù)據(jù)，計算機50可提供這樣的裝置436，它用于根據(jù)數(shù)字值435生成表示傳感器導(dǎo)管運動的運動向量437。波模濾過器330包括這樣的裝置438，它用于使運動向量437乘以一波模濾過器矩陣，以生成一經(jīng)過濾的運動向量35，它最佳地表示導(dǎo)管運動向量的與一種或多種預(yù)定波模相關(guān)的分量。
也可在計算機50中實現(xiàn)過程參數(shù)估算器40。通過例如實現(xiàn)為在計算機50上運行的軟件或固件，過程參數(shù)估算器40可經(jīng)過濾的運動向量35來計算過程參數(shù)的估算值45例如計算出估算的質(zhì)量流速。例如，如圖5所示，過程參數(shù)估算器40可包括用于確定經(jīng)過濾的輸出35的分量之間的相位差的裝置542以及用于根據(jù)所確定的相位差來估算質(zhì)量流量的裝置544。
圖6示出了本發(fā)明波模濾過方面的用于估算過程參數(shù)的操作600?？山邮斩鄠€運動信號，它們表示包含有來自物質(zhì)處理系統(tǒng)的物質(zhì)的振動導(dǎo)管的多個位置處的運動(框610)。對接收到的信號進行處理，以便通過生成一輸出而將所述導(dǎo)管運動分解成多種實數(shù)固有波模下的運動，所述輸出最佳地表示導(dǎo)管運動的與實數(shù)固有波模相關(guān)的分量，而所述實數(shù)固有波模則最佳地與經(jīng)過導(dǎo)管的物質(zhì)所施加的科里奧利力相關(guān)的波模(框620)。根據(jù)上述輸出來估算過程參數(shù)(框630)。
圖7示出了本發(fā)明另一個波模濾過方面的用于估算過程參數(shù)的操作700。接收運動信號(框710)，并對其進行處理以生成表示傳感器導(dǎo)管運動的運動向量(框720)。所述運動向量乘以有選擇的逆實數(shù)固有模態(tài)變換矩陣，以生成一經(jīng)過濾的運動向量，該向量最佳地表示所述運動向量的與一個或多種實數(shù)固有波模相關(guān)的分量(框730)。根據(jù)經(jīng)過濾的運動向量來估算過程參數(shù)(框740)。
應(yīng)該認識到，可用計算機可讀程序代碼例如在諸如圖4所示計算機之類的計算機或數(shù)據(jù)處理器上運行的程序指令和/或數(shù)據(jù)來實現(xiàn)圖6和7中所示的框及框的組合。正如本文中所使用的那樣，計算機可讀程序代碼包括但不限于諸如操作系統(tǒng)命令(例如目標碼)、高層語言指令等之類的內(nèi)容以及可連同上述程序指令一道讀取、訪問或以其它方式使用的數(shù)據(jù)。
所述程序代碼可裝載進計算機或類似的數(shù)據(jù)處理設(shè)備，所述計算機或類似的數(shù)據(jù)處理設(shè)備包括但不限于微處理器、微控制器、數(shù)字信號處理器(DSP)等。所述程序代碼與計算機的組合可提供這樣的設(shè)備，它可進行操作以便實現(xiàn)所述流程圖的框中所指定的功能。與此相似，所述程序代碼可裝載進計算機或數(shù)據(jù)處理設(shè)備，因此，該程序代碼和計算機可提供用于執(zhí)行流程圖中的框中所指定的功能的裝置。
所述程序代碼還可存儲在諸如磁盤或磁帶、磁泡存儲器、可編程存儲器如電可擦除可編程只讀存儲器(EEPROM)或類似裝置之類的計算機可讀存儲介質(zhì)內(nèi)。所存儲的程序代碼可使訪問所述存儲介質(zhì)的計算機發(fā)揮功能，因此，存儲在存儲介質(zhì)內(nèi)的程序代碼構(gòu)成了包括用于實現(xiàn)流程圖框中指定的功能的程序代碼裝置在內(nèi)的產(chǎn)品。所述程序代碼還可裝載進計算機，以便執(zhí)行一系列操作步驟，從而進行處理，因此，所述程序代碼可連同計算機提供用于實現(xiàn)流程圖框中指定的功能的步驟。因此，流程圖的框支持可進行操作以便執(zhí)行指定的功能的裝置、用于執(zhí)行指定功能的裝置的組合、執(zhí)行指定功能的步驟的組合以及包括在計算機可讀存儲介質(zhì)內(nèi)用于執(zhí)行指定功能的計算機可讀程序代碼裝置。
還應(yīng)認識到，一般地說，可用專用硬件、在通用計算機上執(zhí)行的軟件或固件或它們的組合來實現(xiàn)流程圖的各個框和流程圖中框的組合。例如，可用應(yīng)用程序?qū)Ｓ眉呻娐?ASIC)、可編程序門陣列或類似的專用設(shè)備或者通過裝載到并由微處理器、微控制器、DSP或其它通用計算設(shè)備執(zhí)行的程序指令和數(shù)據(jù)來實現(xiàn)流程圖的框的功能。
根據(jù)估算出的模態(tài)運動來估算過程參數(shù)依照本發(fā)明的另一個方面，可根據(jù)估算出的實數(shù)固有模態(tài)運動即根據(jù)包括多個單自由度(SDOF)系統(tǒng)的傳感器導(dǎo)管類型的運動的估算值直接估算諸如質(zhì)量流量之類的過程參數(shù)。如上所述，可將復(fù)數(shù)波模表示為用復(fù)數(shù)比例系數(shù)確定比例的實數(shù)固有波模的疊加{φcomplex}=[φ]{α} (10)其中，{φcomplex}是復(fù)數(shù)波模向量。[φ]是用于復(fù)數(shù)波模向量{φcomplex}構(gòu)成的實數(shù)固有波模向量的矩陣，{α}是通常的復(fù)數(shù)比例系數(shù)的向量。
在科里奧利流量計中，用與在傳感器導(dǎo)管中流動的流體相關(guān)的科里奧利加速度使傳感器導(dǎo)管的運動成為復(fù)數(shù)的。因此，用于復(fù)數(shù)流動波模的虛數(shù)部分的比例系數(shù)與流速成比例并且能提供用于確定流速的信息。但是，{α}的數(shù)量會受實數(shù)固有模態(tài)運動的絕對數(shù)量的影響，所述實數(shù)固有模態(tài)運動的絕對數(shù)量如上所述可以是任意的。圖8和10示出了比例系數(shù)α1的實數(shù)分量(Re[α1])m1、(Re[α1])m2，所述實數(shù)分量1對應(yīng)于相應(yīng)第一和第二絕對模態(tài)數(shù)量m1、m2下的第一異相彎曲波模，圖9和11就圖1所示的3英寸雙管科里奧利流量計示出了比例系數(shù)α2的虛數(shù)分量(1m[α2])m1、(1m[α2])m2，所述虛數(shù)分量對應(yīng)于模態(tài)數(shù)量m1、m2下的一定質(zhì)量流速范圍內(nèi)的第一輸出相位扭曲波模。正如在圖8和10中可以看到的那樣，用于第一比例系數(shù)α1的實數(shù)分量(Re[α1])m1、(Re[α1])m2一般與流速無關(guān)，而圖9和11則示出了第二比例系數(shù)α2的虛數(shù)分量(1m[α2])m1、(1m[α2])m2基本上以線性的方式與流速有關(guān)。但是，第一比例系數(shù)α1的實數(shù)分量(Re[α1])m1、(Re[α1])m2和第二比例系數(shù)α2的虛數(shù)分量(1m[α2])m1、(1m[α2])m2均與絕對模態(tài)數(shù)量有關(guān)。
本發(fā)明的一個方面源于這樣的情況由于表示復(fù)數(shù)運動的實數(shù)固有波模的相對數(shù)量是不變的(假定沒有結(jié)構(gòu)的變化)，故可通過使α2的虛數(shù)分量1m[α2]相對α1的實數(shù)分量Re[α1]規(guī)一化，可以進行以對絕對模態(tài)數(shù)量不敏感的扭曲波模比例系數(shù)α2為基礎(chǔ)的流量測定。如圖12所示，使圖9的虛數(shù)分量(1m[α2])m2的曲線相對實數(shù)分量(Re[α1])m2規(guī)一化會形成用于規(guī)一化的虛數(shù)分量(1m[α2])m2,normalized的曲線，該曲線基本上與用于虛數(shù)分量(1m[α2])m1的曲線相同，從而說明了α2的規(guī)一化虛數(shù)分量一般對波模絕對數(shù)量是不敏感的。
就上述示例性3英寸科里奧利傳感器而言，通過確定第一異相扭曲波模比例系數(shù)的規(guī)一化虛數(shù)分量并除以周知的流速，可以確定該周知流速下的流速校準因子Kcalkcal=(Im[a2]Re[a1])knownrateknown---(11)]]>為了確定未知的質(zhì)量流速，rateknown，確定第一異相扭曲波模比例系數(shù)的與該未知流速相對應(yīng)的規(guī)一化虛數(shù)分量，并將該分量乘以校準因子Kcalrateunknown=1kcal(Im[a2]Re[a1])unknown---(12)]]>等式(10)移項{α}=[φ]-1{φcomplex} (13)等式(13)的形式與等式(4)的形式相類似。通過類比，所述導(dǎo)管運動向量對應(yīng)于單模復(fù)數(shù)運動向量，而所述比例系數(shù)向量則對應(yīng)于實數(shù)固有模態(tài)運動向量。因此，可通過確定估算出的用于導(dǎo)管扭曲和彎曲波模的模態(tài)響應(yīng)之比，可估算出用于示例性3英寸科里奧利傳感器的質(zhì)量流量。
上述技術(shù)可以一般化。例如，通過用與科里奧利力相關(guān)的波模的比例系數(shù)的組合可實現(xiàn)較高階的估算，而所述比例系數(shù)則相對一個或多個與這樣的波模相關(guān)的比例系數(shù)是規(guī)一化的，所述波模例加與作用于傳感器導(dǎo)管的觸發(fā)相關(guān)。就示例性的彎管3英寸科里奧利儀表而言，包括使用分別與較高階的扭曲和彎曲波模相關(guān)的系數(shù)。
上述技術(shù)還可應(yīng)用于不同的導(dǎo)管結(jié)構(gòu)。就示例性3英寸雙管科里奧利傳感器所述的彎曲波模和扭曲波模一般可被分別分成對稱的波模和非對稱的波模。一般地說，通過限定與傳感器導(dǎo)管的流動軸線相垂直的對稱平面，對稱波?？杀硎具@樣的波模，其中，對稱平面第一面上的運動可被對稱平面第二面上的運動所反射。例如，圖1的U形科里奧利傳感器導(dǎo)管的彎曲波模相對所示的y-z平面是對稱的。非對稱波模則表示這樣的波模，其中，對稱平面第一面上的運動表示該對稱平面第二面上的運動的反射和相位旋轉(zhuǎn)。例如，圖1的U形傳感器導(dǎo)管的扭曲波模相對圖1的y-z平面是非對稱的。直管軟件有相類似的對稱和非對稱波模。因此，本發(fā)明還可推廣至使用一個或多個直管的參數(shù)傳感器，并且，一般地說可推廣至使用多種導(dǎo)管結(jié)構(gòu)的傳感器。
如以上就波模濾過而言，可將傳感器導(dǎo)管上的位置的數(shù)量選定成超過實數(shù)固有模態(tài)運動估算方面的數(shù)量。這就意味著所述實數(shù)固有模態(tài)變換矩陣[φ]具有多于列的行。為了能估算出實數(shù)固有模態(tài)運動[η]，使用實數(shù)固有模態(tài)變換矩陣[φ]的一般性逆[φ]+，即{η}=[φ]+{xresponse} (14)因此，在空間上對實數(shù)固有模運動的最終估算值進行積分，所述運動信號可提供超定信息源，以便將導(dǎo)管運動{xresponse}分解成實數(shù)固有模態(tài)運動{η}。
圖13示出了一示例性參數(shù)傳感器5，它用于直接根據(jù)實數(shù)固有模態(tài)運動進行過程參數(shù)估算。實數(shù)固有模態(tài)分解器30包括一實數(shù)固有模態(tài)運動估算器1130，它可對多個運動感受器105A-E所產(chǎn)生的運動信號進行響應(yīng)。實數(shù)固有模態(tài)運動估算器1130通過產(chǎn)生實數(shù)固有模態(tài)運動35的估算值而對由前述運動所表示的導(dǎo)管103A、103B的運動進行分解。過程參數(shù)估算器40根據(jù)估算出的實數(shù)固有模態(tài)運動35來生成估算出的過程參數(shù)45。
圖14示出了實數(shù)固有模態(tài)運動估算器1330的示例性實施例。實數(shù)固有模態(tài)運動估算器1330可包括在計算機50例如微處理器、微控制器、數(shù)字信號處理器(DSP)或類似裝置中。例如，計算機50可包括諸如德州儀器公司出售的TMS320C4X系列中的DSP中的一種之類的專門適用于線性代數(shù)計算的流水線DSP。使計算機50配置有適當?shù)某绦虼a例如軟件和/或固件以及例如存儲在諸如隨機存取存儲器(RAM)、電可擦除可編程只讀存儲器(EEPROM)、磁盤或類似裝置之類的存儲介質(zhì)60內(nèi)的數(shù)據(jù)，計算機50可提供這樣的裝置1438，它用于使運動向量437乘以一模態(tài)變換矩陣，以便生成估算出的實數(shù)固有模態(tài)運動向量35。還可在計算機50內(nèi)實現(xiàn)過程參數(shù)估算器40。通過例加實現(xiàn)為在計算機50上運行的軟件或固件，過程參數(shù)估算器40可計算出過程參數(shù)的估算值45，例如根據(jù)估算出的實數(shù)固有模態(tài)運動向量35計算出質(zhì)量流速。
如圖15所示，實數(shù)固有模態(tài)運動估算器1330可包括用于生成第一實數(shù)固有波模下的運動的估算值1533的裝置1532以及用于生成第二實數(shù)固有波模下的運動的估算值1535的裝置1534。例如，就諸如圖1所示的雙U形管流量計而言，所述第一和第二波?？煞謩e對應(yīng)于前述第一異相彎曲波模和第一異相扭曲波模。過程參數(shù)估算器40可包括這樣的裝置1542，該裝置用于使第二實數(shù)固有模態(tài)運動1535相對第一實數(shù)固有模態(tài)運動1533規(guī)一化，以便生成第二實數(shù)固有波模下的運動的規(guī)一化估算值1543。用于估算過程參數(shù)的裝置1544可對規(guī)一化裝置1542進行響應(yīng)，以便根據(jù)規(guī)一化的估算值1543來生成估算出的過程參數(shù)45。如圖所示，估算出的模態(tài)響應(yīng)1533、1535可反饋給驅(qū)動器28，以便有選擇地觸發(fā)一種或多種選定的實數(shù)固有波模，如前述專利申請書“用于振動導(dǎo)管過程參數(shù)傳感器的一般性模態(tài)空間驅(qū)動控制”所述。
圖16示出了本發(fā)明一個方面的用于估算過程參數(shù)的操作1600。接收表示傳感器導(dǎo)管運動的多個運動信號(框1610)。對所述運動信號進行處理，以便通過估算多個實數(shù)固有波模下的運動而將導(dǎo)管運動分解成多種實數(shù)固有波模(框1620)。根據(jù)上述估算出的實數(shù)固有模態(tài)運動來估算過程參數(shù)(框1630)。
圖17示出了本發(fā)明另一個方面的用于估算過程參數(shù)的操作1700。接收表示傳感器導(dǎo)管運動的多個運動信號(框1710)，并據(jù)此生成一運動向量(框1720)。所述運動向量乘以一模態(tài)變換矩陣，以生成一實數(shù)固有模態(tài)運動向量，該向量表示與所述導(dǎo)管運動相對應(yīng)的實數(shù)固有模態(tài)運動(框1730)。相對所述實數(shù)固有模態(tài)運動向量的與第二波模相對應(yīng)的分量規(guī)范該實數(shù)固有模態(tài)運動向量的與第一波模相對應(yīng)的分量(框1740)，所述第一波模例如是與傳感器導(dǎo)管中的物質(zhì)所施加的科里奧利力相關(guān)的波模，而所述第二波模則例加是諸如驅(qū)動波模之類的基本上與科里奧利力不相關(guān)的波模。根據(jù)估算出的波模響應(yīng)的規(guī)一化分量來估算諸如質(zhì)量流量之類的過程參數(shù)(框1750)。
應(yīng)該認識到，可用計算機可讀程序代碼例如在諸如圖14所示計算機之類的計算機或數(shù)據(jù)處理器上運行的程序指令和/或數(shù)據(jù)來實現(xiàn)圖16和17中所示的框及框的組合。正如本文中所使用的那樣，計算機可讀程序代碼包括但不限于諸如操作系統(tǒng)命令(例如目標碼)、高層語言指令等之類的內(nèi)容以及可連同上述程序指令一道讀取、訪問或以其它方式使用的數(shù)據(jù)。
所述程序代碼可裝載進計算機或類似的數(shù)據(jù)處理設(shè)備，所述計算機或類似的數(shù)據(jù)處理設(shè)備包括但不限于微處理器、微控制器、數(shù)字信號處理器(DSP)等。所述程序代碼與計算機的組合可提供這樣的設(shè)備，它可進行操作以便實現(xiàn)所述流程圖的框中所指定的功能。與此相似，所述程序代碼可裝載進計算機或數(shù)據(jù)處理設(shè)備，因此，該程序代碼和計算機可提供用于執(zhí)行流程圖的框中所指定的功能的裝置。
所述程序代碼還可存儲在諸如磁盤或磁帶、磁泡存儲器、可編程存儲器如電可擦除可編程只讀存儲器(EEPROM)或類似裝置之類的計算機可讀存儲介質(zhì)內(nèi)。所存儲的程序代碼可使訪問所述存儲介質(zhì)的計算機發(fā)揮功能，因此，存儲在存儲介質(zhì)內(nèi)的程序代碼構(gòu)成了包括用于實現(xiàn)流程圖框中指定的功能的程序代碼裝置在內(nèi)的產(chǎn)品。所述程序代碼還可裝載進計算機，以便執(zhí)行一系列操作步驟，從而實現(xiàn)一次處理，因此，所述程序代碼可連同計算機提供用于實現(xiàn)流程圖框中指定的功能的步驟。因此，流程圖的框支持可進行操作以便執(zhí)行指定的功能的裝置、用于執(zhí)行指定功能的裝置的組合、執(zhí)行指定功能的步驟的組合以及包括在計算機可讀存儲介質(zhì)內(nèi)用于執(zhí)行指定功能的計算機可讀程序代碼裝置。
還應(yīng)認識到，一般地說，可用專用硬件、在通用計算機上執(zhí)行的軟件或固件或它們的組合來實現(xiàn)流程圖的各個框和流程圖中框的組合。例如，可用應(yīng)用程序?qū)Ｓ眉呻娐?ASIC)、可編程序門陣列或類似的專用設(shè)備或者通過裝載到并由微處理器、微控制器、DSP或其它通用計算設(shè)備執(zhí)行的程序指令和數(shù)據(jù)來實現(xiàn)流程圖的框的功能。
寬帶觸發(fā)本發(fā)明的實數(shù)固有模態(tài)分解可使用寬帶觸發(fā)。事實上，寬帶觸發(fā)是應(yīng)有的，因為，對預(yù)定和不應(yīng)有的實數(shù)固有波模進行觸發(fā)可以提供更多的完整信息，以便標識預(yù)定的實數(shù)模態(tài)響應(yīng)并據(jù)此生成精確的參數(shù)估算值。所述寬帶觸發(fā)可包括但不局限于隨機或頻率掃描觸發(fā)?？赏ㄟ^一個或多個在操作上與傳感器導(dǎo)管相關(guān)的啟動器例如通過按不同的頻率使一系列基本上連貫的觸發(fā)作用于傳感器導(dǎo)管來提供頻率掃描觸發(fā)?？赏ㄟ^一個或多個使用例如寬帶啟動器驅(qū)動信號或有預(yù)定持續(xù)時間的脈沖的啟動器來使隨機掃描觸發(fā)作用于導(dǎo)管。還可通過作用于傳感器導(dǎo)管的隨機環(huán)境力例如通過轉(zhuǎn)換來自包含在傳感器導(dǎo)管的物質(zhì)的能量例如流體結(jié)構(gòu)相互作用(FSI)或者通過以其它方式從泵、壓縮機或類似裝置傳給所述導(dǎo)管結(jié)構(gòu)的振動來提供寬帶觸發(fā)。
業(yè)已用Micro Motion,Inc生產(chǎn)的以被動方式即在沒有來自啟動器的觸發(fā)的情況下進行操作的雙管CFM300型科里奧利流量計研究了用諸如FSI所提供的外部觸發(fā)的寬帶觸發(fā)的功效。圖18A和18B分別示出了與每分鐘200磅和每分鐘600磅質(zhì)量流速時的傳感器的實數(shù)固有波模相對應(yīng)的頻率下的振幅。正如從這些附圖中看到的那樣，所述與第一異相扭曲波模1801A、1801B和第二異相彎曲波模1802A、1802B相對應(yīng)的頻率下的振幅隨質(zhì)量流量而變，從而說明了外部寬帶觸發(fā)可以提供用于導(dǎo)管運動的實數(shù)固有模態(tài)分解的信息，以便依照諸如以上詳細說明的實數(shù)固有模態(tài)分解技術(shù)來確定諸如質(zhì)量流量之類的過程參數(shù)。
使用諸如FSI之類的外部振動源所提供的寬帶觸發(fā)的能力允許構(gòu)建出“被動”式振動導(dǎo)管傳感器即不包括啟動器的傳感器。這種被動式傳感器在能量有限的應(yīng)用中或在驅(qū)動能量有安全上的考慮的應(yīng)用中例如在爆炸性或易燃環(huán)境里的應(yīng)用中有特別的優(yōu)點。
結(jié)論正如本文所述的那樣，可用傳感器導(dǎo)管對觸發(fā)的響應(yīng)的實數(shù)固有模態(tài)分解來生成過程參數(shù)的估算值。將所述導(dǎo)管響應(yīng)分解成實數(shù)固有模態(tài)分量例如多種實數(shù)固有波模下的運動或者導(dǎo)管運動與這種實數(shù)固有波模相關(guān)的分量。然后用所述實數(shù)固有模態(tài)分量生成諸如質(zhì)量流量、密度、粘度等之類的過程參數(shù)的估算值。
由于將所述導(dǎo)管響應(yīng)分解成了實數(shù)固有分量，故可通過忽略、消除、減少或以其它方式過濾掉不與科里奧利力相關(guān)的實數(shù)固有模態(tài)分量而過濾掉來自諸如泵振動和流體擾動之類來源的影響。通過這種方式，可以獲得這樣的參數(shù)估算值，這些參數(shù)估算值可能比用通常技術(shù)獲得的估算值更加精確。
而且，由于本發(fā)明的傳感器可對波模作出區(qū)分，故不需要單模態(tài)或近單模態(tài)觸發(fā)。事實上，可僅用環(huán)境觸發(fā)來觸發(fā)傳感器導(dǎo)管。因此，可以構(gòu)建出“被動式”參數(shù)傳感器即僅包括運動感受器但不包括啟動器的傳感器，這種結(jié)構(gòu)在爆炸性環(huán)境或在能耗是重要的考慮因素的應(yīng)用中有特別的優(yōu)點。
本發(fā)明的實數(shù)固有模態(tài)分解可用于改進通常的參數(shù)傳感器的效率。例如，可通過提供額外的運動感受器來改進通常的彎管科里奧利流量計，所述運動感受器能生成運動信號，這些信號可用波模濾過器來加以處理，從而提供在模態(tài)上經(jīng)過濾的信號，以供通常的相位差科里奧利測定法使用。還可例如通過用基于DSP的傳感器電子組件來代替通常的科里奧利測定電子裝置而更新通常的流量計，所述傳感器電子組件可實現(xiàn)一實數(shù)固有模態(tài)運動估算器以及一能根據(jù)估算出的實數(shù)固有響應(yīng)來直接計算質(zhì)量流量或其它過程參數(shù)的過程參數(shù)估算器。除通常的直管和彎管傳感器以外，本發(fā)明所使用的模態(tài)分解在有非通常的例如非對稱或非平衡的導(dǎo)管幾何形狀的傳感器中也是最佳的。
本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)該認識到，本發(fā)明的技術(shù)可與其它技術(shù)相結(jié)合，以形成改進型的過程參數(shù)技術(shù)。例如，本文所述的實數(shù)固有模態(tài)分解技術(shù)所提供的空間上的過濾可與頻率域過濾相結(jié)合，以實現(xiàn)時空過濾。由于本發(fā)明適于線性代數(shù)計算，故可連同本發(fā)明一道通過生成運動信號而提供空間積分，所述運動信號能提供用于多個位置的信息，所述多個位置超過將導(dǎo)管運動所分解成的實數(shù)固有模態(tài)分量的數(shù)量。因此，可如上述美國專利申請書“改進型振動導(dǎo)管參數(shù)傳感器以及用空間積分的操作的方法”所述那樣，提供一超定的信息源，以便將導(dǎo)管運動分解成給定數(shù)量的實數(shù)固有波模。
本發(fā)明的附圖和說明書公開了本發(fā)明的實施例。盡管使用了專門術(shù)語，但這些術(shù)語僅在一般和說明性的意義上使用，而不是為了進行限定。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以制造、使用或銷售以逐字或內(nèi)容等價方式在本發(fā)明所附權(quán)利要求范圍內(nèi)實現(xiàn)的另種實施例。
權(quán)利要求
1.一種根據(jù)多個表示導(dǎo)管(103A-103B)的運動的運動信號來估算物質(zhì)的過程參數(shù)(45)的設(shè)備(5)，該設(shè)備(5)包括一實數(shù)固有模態(tài)分解器(30)，它從與導(dǎo)管(103A-103B)相關(guān)的運動感受器(105A-105D)中接收所說的多個運動信號并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(shù)固有模態(tài)分量(35)；以及一過程參數(shù)估算器(40)，它對上述多個實數(shù)固有模態(tài)分量(35)的生成進行響應(yīng)并根據(jù)上述多個實數(shù)固有模態(tài)分量(35)中的一個實數(shù)固有模態(tài)分量來估算過程參數(shù)(45)。
2.如權(quán)利要求1的設(shè)備(5)，其特征在于，所述實數(shù)固有模態(tài)分解器(30)包括一波模濾過器(330)，它可進行操作以便根據(jù)所述多個運動信號來生成一輸出，該輸出能最佳地表示與導(dǎo)管(103A-103B)的實數(shù)固有波模相關(guān)聯(lián)的運動分量；以及所述過程參數(shù)估算器(40)對上述波模濾過器所產(chǎn)生的輸出進行響應(yīng)并且根據(jù)前述輸出來估算過程參數(shù)。
3.如權(quán)利要求2的設(shè)備(5)，其特征在于，所述波模濾過器(330)進行操作以最佳地傳送導(dǎo)管運動的與實數(shù)固有波模相關(guān)聯(lián)的分量。
4.如權(quán)利要求2的設(shè)備(5)，其特征在于，所述波模濾過器(330)表示實數(shù)固有模態(tài)變換與有選擇的逆實數(shù)固有模態(tài)變換的積，所述實數(shù)固有模態(tài)變換將物理域中的運動映射成多個單自由度(SDOF)系統(tǒng)中的運動，而所述有選擇的逆實數(shù)固有模態(tài)變換則將上述多個單自由度系統(tǒng)中預(yù)定一組內(nèi)的運動映射成物理域中的運動。
5.如權(quán)利要求2的設(shè)備，其特征在于，所述波模濾過器(330)進行操作以生成一優(yōu)先表示導(dǎo)管運動的與實數(shù)固有波模相關(guān)的分量的輸出，所述實數(shù)固有波模最佳地與科里奧利力相關(guān)，該科里奧利力則與所述導(dǎo)管中的物質(zhì)相關(guān)。
6.如權(quán)利要求2的設(shè)備(5)，其特征在于，所述過程參數(shù)估算器(40)包括一質(zhì)量流量估算器(544)。
7.如權(quán)利要求2的設(shè)備(5)，其特征在于，所述設(shè)備還包括這樣的裝置(436)，它用于對接收到的運動信號進行處理，以生成運動向量(437)，并且，所述波模濾過器包括這樣的裝置(438)，它用于使上述運動向量乘以一波模濾過器矩陣，以生成一經(jīng)過濾的運動向量。
8.如權(quán)利要求2的設(shè)備(5)，其特征在于所述波模濾過器(330)進行操作，以表示導(dǎo)管(103A-103B)的第一位置處的運動的第一經(jīng)過濾的信號以及表示導(dǎo)管(103A-103B)的第二位置處的運動的第二經(jīng)過濾的信號；以及所述過程參數(shù)估算器(40)包括用于確定所述第一經(jīng)過濾的信號與第二經(jīng)過濾的信號之間相位差的裝置(542)；以及對上述相位差的確定進行響應(yīng)以便根據(jù)所確定的相位差來估算質(zhì)量流量的裝置(544)。
9.如權(quán)利要求1的設(shè)備(5)，其特征在于所述實數(shù)固有模態(tài)分解器(30)包括一實數(shù)固有模態(tài)運動估算器(1330)，它可進行操作以便根據(jù)接收到的多個運動信號來估算實數(shù)固有模態(tài)運動；以及所述過程參數(shù)估算器(40)可進行操作以便根據(jù)估算出的實數(shù)固有模態(tài)運動來估算過程參數(shù)(35)。
10.如權(quán)利要求9的設(shè)備(5)，其特征在于，所述實數(shù)固有模態(tài)運動估算器(1330)可進行操作，以便將實數(shù)固有模態(tài)變換作用于接收到的多個運動信號，從而生成實數(shù)固有模態(tài)運動的估算值。
11.如權(quán)利要求9的設(shè)備(5)，其特征在于所述實數(shù)固有模態(tài)運動估算器(1330)包括用于生成運動向量的裝置(436)；以及用于使運動向量乘以實數(shù)固有模態(tài)變換以便生成實數(shù)固有模態(tài)運動向量的裝置(1438)；以及所述過程參數(shù)估算器(40)包括這樣的裝置，它用于根據(jù)上述實數(shù)固有模態(tài)運動向量來估算過程參數(shù)(35)。
12.如權(quán)利要求9的設(shè)備(5)，其特征在于所述實數(shù)固有模態(tài)運動估算器(1330)可進行操作以便估算出多種實數(shù)固有波模下的運動；以及所述過程參數(shù)估算器(40)可進行操作以便根據(jù)估算出的用于多種實數(shù)固有波模的一個子集的運動來估算過程參數(shù)。
13.如權(quán)利要求12的設(shè)備(5)，其特征在于所述實數(shù)固有模態(tài)運動估算器(1330)包括用于估算出第一實數(shù)固有波模下的運動的裝置(1532)；以及用于估算出第二實數(shù)固有波模下的運動的裝置(1534)，所述第二實數(shù)固有波模最佳地與科里奧利力相關(guān)；以及所述過程參數(shù)估算器(40)包括裝置(1542)，它用于使估算出的第二實數(shù)固有波模下的運動相對估算出的第一實數(shù)固有波模下的運動規(guī)一化，以便生成第二實數(shù)固有波模下的運動的規(guī)范估算值；以及用于根據(jù)第二實數(shù)固有波模下的運動的規(guī)一化估算值來估算過程參數(shù)的裝置(1544)。
14.如權(quán)利要求13的設(shè)備(5)，其特征在于，所述用于規(guī)一化的裝置(1542)包括這樣的裝置，它用于使估算出的第二實數(shù)固有波模下的運動的虛數(shù)分量相對估算出的第一實數(shù)固有波模下的運動的實數(shù)分量規(guī)一化。
15.如權(quán)利要求14的設(shè)備(5)，其特征在于，所述用于估算第一實數(shù)固有波模下的運動的裝置(1544)包括這樣的裝置，它用于估算實數(shù)固有波模下的運動，而所述實數(shù)固有波模則最佳地與作用于所述導(dǎo)管的觸發(fā)相關(guān)。
16.如權(quán)利要求13的設(shè)備(5)，其特征在于，所述過程參數(shù)估算器(40)包括這樣的裝置，它用于根據(jù)第二實數(shù)固有波模下的運動的規(guī)一化估算值、周知的質(zhì)量流量以及有該周知質(zhì)量流量時第二實數(shù)固有波模下的運動的預(yù)定規(guī)范估算值來估算過程參數(shù)。
17.如權(quán)利要求16的設(shè)備(5)，其特征在于，所述過程參數(shù)估算器(40)包括用于估算質(zhì)量流的裝置。
18.如權(quán)利要求13的設(shè)備(5)，其特征在于所述用于估算第一實數(shù)固有波模下的運動的裝置(1532)包括用于估算對稱波模下的運動的裝置；所述用于估算第二實數(shù)固有波模下的運動的裝置(1534)包括用于估算非對稱波模下的運動的裝置；所述用于規(guī)一化的裝置(1542)包括這樣的裝置，它用于確定所述非對稱波模下的估算出的運動的虛數(shù)分量與所述對稱波模下的估算出的運動的實數(shù)分量之比；以及所述用于根據(jù)第二實數(shù)固有波模下的運動的規(guī)化化估算值來估算過程參數(shù)的裝置(1544)包括這樣的裝置，它用于根據(jù)上述確定的比率來估算過程參數(shù)。
19.如權(quán)利要求18的設(shè)備(5)，其特征在于，所述用于根據(jù)上述確定的比率來確定過程參數(shù)的裝置(1544)包括這樣的裝置，它用于根據(jù)所確定的比率、周知的質(zhì)量流量以及與該周知質(zhì)量流量相對應(yīng)的預(yù)定比率來估算過程參數(shù)。
20.如權(quán)利要求19的設(shè)備(5)，其特征在于，所述用于根據(jù)前述確定的比率來估算過程參數(shù)的裝置包括用于估算質(zhì)量流量的裝置。
21.如權(quán)利要求1的設(shè)備，其特征在于，所述多個運動信號表示一超定信息源，以便將前述導(dǎo)管的運動分解成上述多個實數(shù)固有模態(tài)分量。
22.一種估算過程參數(shù)(45)的方法(600)，該方法包括下列步驟從與包括物質(zhì)的振動導(dǎo)管(103A-103B)相關(guān)的多個運動感受器(105A-105E)中接收(620)多個運動信號，這些信號表示上述振動導(dǎo)管的多個位置處的運動；對接收到的多個運動信號進行處理(630)，以便將所述運動分解成多個實數(shù)固有模態(tài)分量；根據(jù)上述多個實數(shù)固有模態(tài)分量中的一個實數(shù)固有模態(tài)分量來估算(640)過程參數(shù)。
23.如權(quán)利要求22的方法(600)，其特征在于，所述處理步驟(630)包括這樣的步驟對運動信號進行處理以便生成一輸出，該輸出最佳地表示與上述振動導(dǎo)管的實數(shù)固有波模相關(guān)聯(lián)的運動分量；以及所述用于估算的步驟(640)包括這樣的步驟根據(jù)上述輸出來估算過程參數(shù)。
24.如權(quán)利要求23的方法(600)，其特征在于，所述處理步驟(630)包括這樣的步驟使一波模濾過器(330)作用于上述多個運動信號。
25.如權(quán)利要求24的方法(600)，其特征在于，所述波模濾過器(330)表示實數(shù)固有模態(tài)變換與有選擇的逆實數(shù)固有模態(tài)變換的積，所述實數(shù)固有模態(tài)變換將物理域中運動映射成多個單自由度(SDOF)系統(tǒng)中的運動，而所述有選擇的逆實數(shù)固有模態(tài)變換則將上述多個單自由度系統(tǒng)內(nèi)的選定的一組中的運動映射成物理域中的運動。
26.如權(quán)利要求24的方法，其特征在于，所述處理步驟(620)包括這樣的步驟生成一最佳地表示導(dǎo)管運動的與實數(shù)固有波模相關(guān)的分量的輸出，所述實數(shù)固有波模則最佳地與科里奧利力相關(guān)。
27.如權(quán)利要求24的方法(600)，其特征在于，所述估算步驟(630)包括估算量流量這樣的步驟。
28.如權(quán)利要求24的方法(600)，其特征在于，所述處理步驟(610)包括下列步驟對接收到的多個運動信號進行處理(720)，以生成運動向量；以及使上述運動向量乘以(730)一波模濾過器矩陣，以生成一經(jīng)過濾的運動向量。
29.如權(quán)利要求24的方法，其特征在于所述處理步驟(620)包括這樣的步驟生成表示所述導(dǎo)管的第一位置處的運動的第一經(jīng)過濾的信號以及表示所述導(dǎo)管的第二位置處的運動的第二經(jīng)過濾的信號；以及所述估算步驟(630)包括下列步驟確定所述第一經(jīng)過濾的信號與第二經(jīng)過濾的信號之間的相位差；以及根據(jù)所確定的相位差來估算出質(zhì)量流量。
30.如權(quán)利要求23的方法(600)，其特征在于所述處理步驟(620)包括這樣的步驟(1620)根據(jù)接收到的多個運動信號來估算實數(shù)固有模態(tài)運動；以及所述估算過程參數(shù)的步驟(630)包括這樣的步驟(1630)根據(jù)估算出的實數(shù)固有模態(tài)運動來估算與前述物質(zhì)相關(guān)的過程參數(shù)。
31.如權(quán)利要求30的方法(600)，其特征在于，所述估算實數(shù)固有模態(tài)運動的步驟(1620)包括這樣的步驟將實數(shù)固有模態(tài)變換作用于接收到的多個運動信號，從而生成實數(shù)固有模態(tài)運動的估算值。
32.如權(quán)利要求31的方法(600)，其特征在于所述估算實數(shù)固有模態(tài)運動的步驟(1620)包括這樣的步驟根據(jù)前述多個運動信號生成(1720)運動向量；以及使運動向量乘以(1730)實數(shù)固有模態(tài)變換矩陣以便生成實數(shù)固有模態(tài)運動向量；以及所述估算過程參數(shù)的步驟(1630)包括這樣的步驟(1750)根據(jù)上述實數(shù)固有模態(tài)運動向量來估算出過程參數(shù)。
33.如權(quán)利要求30的方法(600)，其特征在于所述估算實數(shù)固有模態(tài)運動的步驟(1620)包括估算出用于多種實數(shù)固有波模的實數(shù)固有模態(tài)運動的步驟；以及所述估算過程參數(shù)的步驟(1630)包括根據(jù)估算出的多種實數(shù)固有波模的一個子集的實數(shù)固有模態(tài)運動來估算過程參數(shù)的步驟。
34.如權(quán)利要求33的方法(600)，其特征在于所述估算實數(shù)固有模態(tài)運動的步驟(1620)包括這樣的步驟估算出第一實數(shù)固有波模下的運動；以及估算出第二實數(shù)固有波模下的運動，所述第二實數(shù)固有波模最佳地與科里奧利力相關(guān)；以及所述估算過程參數(shù)的步驟(1630)包括這樣的步驟使估算出的第二實數(shù)固有波模下的運動相對估算出的第一實數(shù)固有波模下的運動規(guī)一化(1740)，以便生成第二實數(shù)固有波模下的運動的規(guī)范估算值；以及根據(jù)第二實數(shù)固有波模下的運動的規(guī)一化估算值來估算出(1750)過程參數(shù)。
35.如權(quán)利要求34的方法(600)，其特征在于，所述規(guī)一化的步驟(1740)包括這樣的步驟使估算出的第二實數(shù)固有波模下的運動的虛數(shù)分量相對估算出的第一實數(shù)固有波模下的運動的實數(shù)分量規(guī)一化。
36.如權(quán)利要求34的方法(600)，其特征在于，所述接收多個運動信號的步驟(610)包括這樣的步驟接收上述多個運動信號，同時使觸發(fā)作用于前述導(dǎo)管；所述用于估算第一實數(shù)固有波模下的運動的步驟(630)包括這樣的步驟估算實數(shù)固有波模下的運動，所述實固有數(shù)波模最佳地與作用于所述導(dǎo)管的觸發(fā)相關(guān)。
37.如權(quán)利要求34的方法，其特征在于，所述估算過程參數(shù)的步驟(630)包括這樣的步驟(1750)根據(jù)第二實數(shù)固有波模下的運動的規(guī)一化估算值、周知的質(zhì)量流量以及有該周知質(zhì)量流量時第二實數(shù)固有波模下的運動的預(yù)定規(guī)范估算值來估算過程參數(shù)。
38.如權(quán)利要求37的方法，其特征在于，所述估算過程參數(shù)的步驟包括估算質(zhì)量流量的步驟。
39.如權(quán)利要求34的方法(600)，其特征在于所述估算第一實數(shù)固有波模下的運動的步驟包括估算對稱波模下的運動的步驟；所述估算第二實數(shù)固有波模下的運動的步驟包括估算非對稱波模下的運動的步驟；所述規(guī)一化的步驟(1740)包括這樣的步驟確定所述非對稱波模下的估算出的運動的虛數(shù)分量與所述對稱波模下的估算出的運動的實數(shù)分量之比；以及所述根據(jù)第二實數(shù)固有波模下的運動的規(guī)化化估算值來估算過程參數(shù)的步驟(1750)包括這樣的步驟根據(jù)上述確定的比率來估算過程參數(shù)。
40.如權(quán)利要求39的方法(600)，其特征在于，所述估算過程參數(shù)的步驟(630)包括這樣的步驟根據(jù)所確定的比率、周知的質(zhì)量流量以及與該周知質(zhì)量流量相對應(yīng)的預(yù)定比率來估算過程參數(shù)。
41.如權(quán)利要求40的方法(600)，其特征在于，所述用于根據(jù)前述確定的比率來估算過程參數(shù)的步驟(630)包括估算質(zhì)量流量的步驟。
42.如權(quán)利要求22的方法(600)，其特征在于，所述位置的數(shù)量超過分解的實數(shù)固有模態(tài)分量，因此，所述多個運動信號表示一超定信息源，以便將前述導(dǎo)管的運動分解成上述多個實數(shù)固有模態(tài)分量。
43.如權(quán)利要求22的方法(600)，其特征在于，所述接收步驟(610)的前面是這樣的步驟觸發(fā)前述導(dǎo)管中的多個實數(shù)固有波模，并且，所述接收步驟包括這樣的步驟響應(yīng)上述觸發(fā)而接收表示運動的多個運動信號。
44.如權(quán)利要求43的方法，其特征在于，所述觸發(fā)步驟包括這樣的步驟使一寬帶觸發(fā)作用于前述導(dǎo)管。
45.如權(quán)利要求43的方法，其特征在于，所述觸發(fā)步驟包括這樣的步驟提供一系列有不同頻率的基本上連貫的觸發(fā)。
46.如權(quán)利要求43的方法，其特征在于，所述觸發(fā)步驟包括這樣的步驟轉(zhuǎn)換來自前述導(dǎo)管中的物質(zhì)的能量，以便觸發(fā)多種實數(shù)固有波模。
全文摘要
接收多個運動信號,這些信號表示包含有物質(zhì)的振動導(dǎo)管的多個位置處的運動。對接收到的多個運動信號進行處理,以便將所述運動分解成多個實數(shù)固有模態(tài)分量。根據(jù)上述多個實數(shù)固有模態(tài)分量中的一個實數(shù)固有模態(tài)分量來估算過程參數(shù)。可通過提供一波模濾過器而對上述運動信號進行處理,以便生成一輸出,該輸出最佳地表示與振動導(dǎo)管的實數(shù)固有波模相關(guān)聯(lián)的運動分量。可用通常的相位差技術(shù)根據(jù)上述經(jīng)過濾的輸出來估算過程參數(shù)。根據(jù)接收到的多個運動信號來估算實數(shù)固有模態(tài)運動,并且,根據(jù)所估算的實數(shù)固有模態(tài)運動來估算過程參數(shù)。例如,可估算出相應(yīng)第一和第二實數(shù)固有波模下的運動,而第二實數(shù)固有波模則最佳地與科里奧利力相關(guān)。
文檔編號G01F1/84GK1309762SQ99808623
公開日2001年8月22日 申請日期1999年6月23日 優(yōu)先權(quán)日1998年7月16日
發(fā)明者T·J·昆寧哈姆, D·F·諾爾門, G·E·帕夫拉斯, S·J·舍利 申請人:微動公司