(57)【要約】      （修正有）【課題】振動式センサに関し、特に合成期間出力信号を生成して現行の密度測定にて生じるプロセスノイズによる誤差を補償すること。【解決手段】駆動信号を用いて振動要素を振動させるステップと、振動要素から振動信号を受信するステップと、信号をフィルタリングするステップと、合成されフィルタリングされた信号を出力回路に入力するステップと、ＴＰＳig出力信号を生成するステップと、駆動信号と振動信号の位相差を測定するステップを含む。方法はまた、目標位相差と測定された位相差の間の位相誤差を決定するステップと、決定された位相誤差を用いて１以上の振動制御項(term)を計算するステップを含む。【選択図】図７
2020204621.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
信号を生成する方法であって、
メータ(６０１)から信号を受信するステップと、
信号をフィルタリング(６０８)するステップと、
フィルタリングされた信号を合成する(６１０)ステップと、
合成されフィルタリングされた信号(６０４)を出力回路に入力するステップと、
ＴＰＳig出力信号(６０６)を生成するステップを含む、方法。
【請求項２】
メータはフォーク密度センサ(６０１)である、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
フィルタリングするステップは、信号をゲインアップ(６０５)するステップである、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
フィルタリングするステップは、アナログ回路(６０５)を用いる、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
出力回路はＴＰＳig回路(６０６)である、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
ＴＰＳig回路(６０６)は、矩形波信号を付与する、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
矩形波信号は完全に合成される、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
センサからの信号は、アナログピックオフ(６０３)信号である、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
合成期間出力信号を生成する方法であって、
フォーク密度センサメータからピックオフ信号を受信するステップ(７０１)と、
ピックオフ信号をフィルタリングするステップ(７０２)と、
フィルタリングされたアナログ信号を合成して駆動信号を生成するステップ(７０４)と、
駆動信号を入力してＴＰＳig出力信号を生成するステップを含む、方法。
【請求項１０】
フィルタリングするステップは、信号をゲインアップ(７０４)するステップである、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
フィルタリングするステップ(７０２)は、アナログ回路を用いる、請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
出力回路はＴＰＳig回路である、請求項９に記載の方法。
【請求項１３】
ＴＰＳig回路は、矩形波信号を付与する、請求項９に記載の方法。
【請求項１４】
矩形波信号は完全に合成される、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
センサからの信号は、アナログピックオフ信号である、請求項９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
以下に記載された実施形態は、振動式センサに関し、特に合成期間出力信号を生成して現行の密度測定にて生じるプロセスノイズによる誤差を補償することに関する。
【背景技術】
【０００２】
振動式デンシトメータ及び振動式粘度計などの振動式センサは、特性を明らかにする流体の存在下で振動する振動要素の動きを検出することによって動作する。振動要素は、共振周波数または品質係数Ｑのような振動応答パラメータを有する振動応答を有する。振動要素の振動応答は、一般に、流体と組み合わせた振動要素の質量、剛性及び減衰特性の組み合わせによって影響される。密度、粘度、温度などの流体に関連する特性は、振動要素に関連する１つまたは複数の動作トランスデューサから受信した信号を処理することによって決定することができる。振動信号の処理は、振動応答パラメータを決定することを含む。
【０００３】
図１は振動要素と、該振動要素に結合されたメータ電子機器とを備える従来技術の振動式センサを示す。従来技術の振動式センサは、振動要素を振動させるためのドライバと、振動に応答して振動信号を生成するピックオフとを含む。振動信号は、一般的には連続した時間信号又はアナログ信号である。メータ電子機器は、振動信号を受信し、振動信号を処理して１以上の流体特性又は流体測定値を生成する。メータ電子機器は、振動信号の周波数と振幅の両方を決定する。振動信号の周波数と振幅は更に処理されて、流体の密度を決定する。
【０００４】
従来技術の振動式センサは、閉ループ回路を用いてドライバ用の駆動信号を付与する。駆動信号は一般的に受信した振動信号に基づく。従来技術の閉ループ回路は、振動信号又は振動信号のパラメータを駆動信号に修正し又は組み込む。例えば、駆動信号は、受信された振動信号が増幅され、変調され、または他の方法で修正された信号であってもよい。従って、受信された振動信号は、閉ループ回路が目標周波数を達成することを可能にするフィードバックを含む。フィードバックを用いて、閉ループ回路は駆動周波数を段階的に変更し、目標周波数に達するまで振動信号を監視する。
【０００５】
流体の粘度及び密度などの流体特性は、駆動信号と振動信号との間の位相差が１３５°及び４５°である周波数から決定され得る。第１のオフ共振位相差φ１及び第２のオフ共振位相差φ２として示されるこれらの所望の位相差は、半出力または３dBの周波数に対応する。第１のオフ共振周波数ω１は、第１のオフ共振位相差φ１が１３５°である周波数として規定される。第２のオフ共振周波数ω２は、第２のオフ共振位相差φ２が４５°である周波数として規定される。第２のオフ共振周波数ω２にて成される密度測定は、流体の粘度とは独立している。従って、第２のオフ共振位相差φ２が４５°でなされる密度測定は、他の位相差で成される密度測定よりも正確である。
【０００６】
第１及び第２のオフ共振位相差φ１、φ２は、一般に、測定前には分かっていない。従って、閉ループ回路は、上述したようなフィードバックを使用して、第１及び第２のオフ共振位相差φ１、φ２に段階的に接近しなければならない。閉ループ回路に関する段階的なアプローチは、振動応答パラメータを決定する際に遅延を引き起こし、従って、流体の粘度、密度、または他の特性を決定する際に遅延を引き起こす。そのような測定値を決定する際の遅延は、振動式センサの多くの用途では非常に高価になる可能性がある。
従って、位相誤差に基づいて振動式センサの振動を制御するニーズがある。また、閉ループ回路に関連する遅延無しに、第１及び第２のオフ共振位相差φ１、φ２に達する必要
がある。
【発明の概要】
【０００７】
本願は、プロセスノイズによって引き起こされる誤差を補償することによって振動式流量計の精度を改善するように構成されている。
位相誤差に基づき、振動要素の振動を制御する方法が付与される。実施形態に従って、方法は、駆動信号を用いて振動要素を振動させるステップと、振動要素から振動信号を受信するステップと、信号をフィルタリングするステップと、合成されフィルタリングされた信号を出力回路に入力するステップと、ＴＰＳig出力信号を生成するステップと、駆動信号と振動信号の位相差を測定するステップを含む。方法はまた、目標位相差と測定された位相差の間の位相誤差を決定するステップと、決定された位相誤差を用いて１以上の振動制御項(term)を計算するステップを含む。
【０００８】
振動要素の振動を制御するためにメータ電子機器を使用する方法が付与される。実施形態に従って、振動要素の振動を制御するのに用いられるメータ電子機器は、振動要素に連結された駆動回路を備え、該駆動回路は振動要素に駆動信号を付与するように構成される。メータ電子機器はまた、振動要素に連結された受信回路を備え、該受信回路は振動要素から振動信号を受信するように構成される。メータ電子機器は、駆動信号と振動信号の位相差を測定し、目標位相差と測定された位相差の間の位相誤差を決定し、決定された位相誤差を用いて１以上の振動制御項(term)を計算するように構成される。
【０００９】
発明の態様
本発明の一態様において、密度測定におけるプロセスノイズによって引き起こされる誤差を補償するための信号を生成する方法は、
メータから信号を受信するステップと、信号をフィルタリングするステップと、フィルタリングされた信号を合成するステップと、合成されフィルタリングされた信号を出力回路に入力するステップと、ＴＰＳig出力信号を生成するステップを含む。
好ましくは、メータはフォーク密度センサである。
好ましくは、フィルタリングするステップは、信号をゲインアップするステップである。
好ましくは、フィルタリングするステップは、アナログ回路を用いる。
好ましくは、出力回路はＴＰＳig回路である。
好ましくは、ＴＰＳig回路は、矩形波信号を付与する。
好ましくは、矩形波信号は完全に合成される。
好ましくは、センサからの信号は、アナログピックオフ信号である。
【００１０】
本発明の他の態様において、合成期間出力信号を生成する方法は、
フォーク密度センサメータからピックオフ信号を受信するステップと、ピックオフ信号をフィルタリングするステップと、フィルタリングされたアナログ信号を合成して駆動信号を生成するステップと、駆動信号を入力してＴＰＳig出力信号を生成するステップを含む。
好ましくは、フィルタリングするステップは、信号をゲインアップする工程である。
好ましくは、フィルタリングするステップは、アナログ回路を用いる。
好ましくは、出力回路はＴＰＳig回路である。
好ましくは、ＴＰＳig回路は、矩形波信号を付与する。
好ましくは、矩形波信号は完全に合成される。
好ましくは、センサからの信号は、アナログピックオフ信号である。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
全ての図面を通して、同じ符号は同じ要素を表す。図面は必ずしも寸法通りでないこと
は理解されるべきである。
【図１】図１は、振動要素と、該振動要素に結合されたメータ電子機器とを備える従来技術の振動式センサを示す。
【図２】図２は、実施形態に従った振動式センサを示す。
【図３】図３は、実施形態に従った振動式センサを示す。
【図４】図４は、駆動回路のより詳細な表現を有する振動式センサのブロック図を示す。
【図５】図５は、フォークピックオフ、ＴＰＳig回路、駆動信号生成回路の間の関係を示すブロック図である。
【図６】図６は、改善されたフォークピックオフ、ＴＰＳig回路、駆動信号生成回路の間の関係を示すブロック図である。
【図７】図７は、期間信号を出力する方法内のステップのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１−図７及び以下の記述は特定の例を記載して、位相誤差に基づき振動式センサの振動を制御する実施形態の最良のモードを作り使用する方法を当業者に開示する。進歩性を有する原理を開示する目的で、いくつかの従来の態様は単純化されたか省略された。
当業者は、これらの例示から本発明の範囲内にある変形例を理解するだろう。当業者は、下記に述べられた特徴が種々の方法で組み合わされて、位相誤差に基づき振動式センサの振動を制御する多数の変形例を形成することを理解するだろう。その結果、本発明は、下記に述べられた特定の例にではなく特許請求の範囲とそれらの等価物によってのみ限定される。
【００１３】
図２は、実施形態に従った振動式センサ５を示す。振動式センサ５は、振動要素１０４とメータ電子機器２０を備え、振動要素１０４はリード１００によってメータ電子機器２０に連結されている。幾つかの実施形態において、振動式センサ５は振動歯センサ又はフォーク密度センサを備える(図３及び付随する説明を参照)。しかし、他の振動式センサが考えられ、それらは本記載及び請求の範囲の範囲内である。
【００１４】
振動式センサ５は、特性を明らかにすべき流体に少なくとも部分的に浸漬される。流体は液体又はガスである。或いは、流体は、取り込まれたガス、取り込まれた固体、複数の液体、多相流体、またはそれらの組み合わせを含む。いくつかの例示的な流体には、セメントスラリー、石油製品などが含まれる。振動式センサ５は、パイプ又は導管、タンク、コンテナ、または他の流体容器に取り付けることができる。振動式センサ５はまた、流体の流れを導くためのマニホールドまたは類似の構造体に取り付けることができる。しかし、他の取付け構成も考えられ、それらは本記載及び請求の範囲の範囲内である。
【００１５】
振動式センサ５は、流体測定を付与するように作動する。振動式センサ５は、流動性流体および非流動性流体を含む流体の流体密度及び流体粘度のうちの１つ以上を含む流体測定値を提供することができる。振動式センサ５は、流体質量流量、流体体積流量、及び／又は流体温度を含む流体測定値を付与する。このリストは網羅的ではなく、振動式センサ５は他の流体特性を測定または決定してもよい。
【００１６】
メータ電子機器２０は、リード１００を介して振動要素１０４に電力を供給することができる。メータ電子機器２０は、リード１００を介して振動要素１０４の動作を制御する。例えば、メータ電子機器２０は駆動信号を生成して、生成された駆動信号を振動要素１０４に付与し、該振動要素１０４は生成された駆動信号を用いて１以上の振動部品に振動を生成する。生成された駆動信号は、振動要素１０４の振幅及び振動周波数を制御することが出来る。生成された駆動信号はまた、振動期間及び／又は振動のタイミングを制御することが出来る。
【００１７】
メータ電子機器２０はまた、リード１００を介して振動要素１０４から振動信号を受信することが出来る。メータ電子機器２０は、振動信号を処理して、例えば密度測定値を生成する。メータ電子機器２０は、振動要素１０４から受信した振動信号を処理して、信号の周波数を決定する。更に又はこれに加えて、メータ電子機器２０は、振動信号を処理して、流体流量を決定すべく処理される粘度や信号間の位相差のような他の流体特性を決定する。理解されるように、位相差は一般的に度やラジアンのような空間的な単位にて測定され表されるが、時間ベースの単位のような適切な単位が用いられてもよい。時間ベースの単位が用いられると、位相差は当業者によって振動信号と駆動信号間の時間遅延と言及される。他の振動応答特性及び／又は流体測定値も考えられ、それらは本記載及び請求の範囲の範囲内である。
【００１８】
メータ電子機器２０はまた、通信リンク２６に連結される。メータ電子機器２０は、通信リンク２６を介して振動信号を通信する。メータ電子機器２０はまた、受信した振動信号を処理して１つまたは複数の測定値を生成することができ、通信リンク２６を介して測定値を通信することができる。さらに、メータ電子機器２０は、通信リンク２６を介して情報を受信することができる。例えば、メータ電子機器２０は、通信リンク２６を介してコマンド、更新値、動作値または動作値の変更、及び／又はプログラミングの更新または変更を受信することができる。
【００１９】
図３は、実施形態に従った振動式センサ５を示す。示された実施形態では、メータ電子機器２０は、図示の実施形態ではシャフト１１５によって振動要素１０４に結合されている。シャフト１１５は任意の所望の長さとすることができる。シャフト１１５は、少なくとも部分的に中空であってもよい。ワイヤまたは他の導体が、シャフト１１５を介してメータ電子機器２０と振動要素１０４との間を延びることができる。メータ電子機器２０は、受信回路１３４、インターフェース回路１３６、及び駆動回路１３８などの回路構成要素を含む。示された実施形態において、受信回路１３４及び駆動回路１３８は、振動要素１０４のリードに直接結合されている。或いは、メータ電子機器２０は、振動要素１０４とは別個の部品またはデバイスを備えることができ、受信回路１３４及び駆動回路１３８は、リード１００を介して振動要素１０４に結合される。
【００２０】
示された実施形態にて、振動式センサ５の振動要素１０４は音叉構造を含み、振動要素１０４は測定される流体に少なくとも部分的に浸漬される。振動要素１０４は、パイプ、導管、タンク、容器、マニホールド、または他の流体取扱い構造などの他の構造に固定することができるハウジング１０５を含む。ハウジング１０５は、振動要素１０４を保持し、一方、振動要素１０４は、少なくとも部分的に露出したままである。従って、振動要素１０４は流体に浸されるように構成されている。
【００２１】
図示の実施形態における振動要素１０４は、少なくとも部分的に流体内に延びるように構成された第１及び第２のくし歯１１２及び１１４を含む。第１及び第２のくし歯１１２及び１１４は、任意の所望の断面形状を有する細長い要素を含む。第１及び第２のくし歯１１２、１１４は、本来は少なくとも部分的に可撓性または弾性である。振動式センサ５は、さらに、圧電結晶素子を備え、くし歯に対応する第１及び第２のピエゾ素子１２２及び１２４を含む。第１及び第２のピエゾ素子１２２及び１２４は、夫々第１及び第２の歯１１２、１１４に隣接して配置される。第１及び第２のピエゾ素子１２２、１２４は、第１及び第２のくし歯１１２、１１４と接触し、機械的に相互作用するように構成される。
【００２２】
第１のピエゾ素子１２２は、第１のくし歯１１２の少なくとも一部と接触している。第１のピエゾ素子１２２はまた、駆動回路１３８に電気的に結合される。駆動回路１３８は、生成された駆動信号を第１のピエゾ素子１２２に供給する。第１のピエゾ素子１２２は
、生成された駆動信号を受けると伸縮する。その結果、第１のピエゾ素子１２２は、振動運動(破線参照)で第１のくし歯１１２を交互に変形させて左右に変位させ、周期的で往復的な方法で流体を乱す。
【００２３】
第２のピエゾ素子１２４は、流体内の第２のくし歯１１４の変形に対応する振動信号を生成する受信回路１３４に結合されるとして示されている。第２のくし歯１１４の移動により、対応する電気振動信号が第２のピエゾ素子１２４によって生成される。第２のピエゾ素子１２４は、振動信号をメータ電子機器２０に送信する。メータ電子機器２０は、インターフェース回路１３６を含む。
【００２４】
インターフェース回路１３６は、外部デバイスと通信するように構成され得る。インターフェース回路１３６は、１つまたは複数の振動測定信号を通信し、決定された流体特性を１つまたは複数の外部デバイスに伝達することができる。メータ電子機器２０は、振動信号の周波数および振動信号の振幅などの振動信号の特性をインターフェース回路１３６を介して送信することができる。メータ電子機器２０は、とりわけ、流体の密度及び／又は粘度などの流体測定値をインターフェース回路１３６を介して送信することができる。他の流体測定値も考えられ、それらは本記載及び請求の範囲の範囲内である。更に、インターフェース回路１３６は、例えば測定値を生成するためのコマンド及びデータを含む外部装置からの通信を受信することができる。幾つかの実施形態では、受信回路１３４は駆動回路１３８に結合され、受信回路１３４は駆動回路１３８に振動信号を提供する。
【００２５】
駆動回路１３８は、振動要素１０４の駆動信号を生成する。駆動回路１３８は、生成された駆動信号の特性を修正することができる。駆動回路１３８は開ループ駆動を含む。開ループ駆動は、駆動回路１３８によって使用されて、駆動信号を生成し、生成された駆動信号を振動要素１０４(例えば、第１のピエゾ素子１２２)に供給する。幾つかの実施形態にて、開ループ駆動は駆動信号を生成して、初期周波数ωiで開始する目標位相差Φtを達成する。図４を参照して以下に詳細に記載するように、開ループ駆動は振動信号からのフィードバックに基づいて動作しない。
【００２６】
図４は、振動式センサ５のブロック図を示し、駆動回路１３８がより詳細に表される。振動式センサ５は、駆動回路１３８とともに示されている。受信回路１３４及びインターフェース回路１３６は、明瞭化のために示されない。駆動回路１３８は、開ループ駆動部１４７に結合されたアナログ入力フィルタ１３８a及びアナログ出力フィルタ１３８bを含む。アナログ入力フィルタ１３８aは、振動信号をフィルタリングし、アナログ出力フィ
ルタ１３８bは、生成された駆動信号をフィルタリングする。
【００２７】
開ループ駆動部１４７は、位相検出器１４７bに結合されたアナログ/デジタル変換器１４７aを含む。位相検出器１４７bは、信号発生器１４７cに結合される。第１のピエゾ素
子１２２と第２のピエゾ素子１２４とを含む振動要素１０４も示されている。開ループ駆動部１４７は、信号をサンプリングし、処理し、生成する１つまたは複数のコードまたはプログラムを実行するように構成されたデジタル信号プロセッサを用いて実施することができる。加えてまたはこれに代えて、開ループ駆動部１４７は、デジタル信号プロセッサなどに結合された電子回路で実施することができる。
【００２８】
第１のピエゾ素子１２２によって与えられる振動信号は、アナログ入力フィルタ１３８aに送られる。アナログ入力フィルタ１３８aは、振動信号がアナログ/デジタル変換器１
４７aによってサンプリングされる前に振動信号をフィルタリングする。示された実施形
態において、アナログ入力フィルタ１３８aは、開ループ駆動部１４７のサンプルレート
の約半分であるカットオフ周波数を有するローパスフィルタで構成することができるが、任意の適切なローパスフィルタを使用することができる。ローパスフィルタは、誘導子、
コンデンサ、抵抗器などの受動部品によって提供することができるが、演算増幅器フィルタなどの分散型またはディスクリートの任意の適切な部品を使用することができる。
【００２９】
アナログ/デジタル変換器１４７aは、フィルタリングされた振動信号をサンプリングしてサンプリングされた振動信号を形成することができる。アナログ/デジタル変換器１４
７aは、生成された駆動信号を第２のチャンネル(図示せず)を介してサンプリングするこ
ともできる。サンプリングは如何なる適切なサンプリング方法でもあり得る。理解されるように、アナログデジタル変換器１４７aによってサンプリングされた生成された駆動信
号は、振動信号に関連するノイズを有していない。生成された駆動信号は、位相検出器１４７bに供給される。
【００３０】
位相検出器１４７bは、サンプリングされた振動と生成された駆動信号の位相を比較す
る。図５に関連して以下に詳細に記載するように、位相検出器１４７bは、２つの信号間
の位相差を検出するために信号をサンプリングし、処理し、生成する、１つ以上のコードまたはプログラムを実行するように構成されたプロセッサであってもよい。図４の実施形態を尚参照して、この比較により、サンプリングされた振動信号とサンプリングされた生成駆動信号との間の位相差Φmが測定される。
【００３１】
測定された位相差Φmは、目標位相差Φtと比較される。目標位相差Φtは振動信号と生
成された駆動信号の間の所望の位相差である。例えば、目標位相差Φtが約４５°である
実施形態では、測定された位相差Φmが４５°と同じ又は約４５°であれば、測定された
位相差Φmと目標位相差Φtとの間の差は、ゼロである。しかし、代替の実施形態ではあらゆる適切な目標位相差Φtが用いられる。測定された位相差Φmと目標位相差Φtとの比較
を用いて、位相検出器１４７bはコマンド周波数ωcを生成する。
【００３２】
コマンド周波数ωcは、駆動信号を生成するために使用することができる。これに加え
てまたは代替的に、測定された位相差Φmと目標位相差Φtとの比較から決定されない初期周波数ωiを使用することができる。初期周波数ωiは、最初に生成される駆動信号を形成するために使用される予め選択された周波数とすることができる。最初に生成された駆動信号は、前述のようにサンプリングされ、サンプリングされた振動信号と比較される。サンプリングされた最初に生成された駆動信号とサンプリングされた振動信号との間の比較を使用して、コマンド周波数ωcが生成され得る。コマンド周波数ωc及び初期周波数ωi
は、１秒当たりのラジアンの単位を有するが、例えばヘルツ(Ｈz)のような任意の適切な
単位を使用することができる。コマンド周波数ωc及び初期周波数ωiは信号発生器１４７cに供給される。
【００３３】
信号発生器１４７cは、位相検出器１４７bからのコマンド周波数ωcを受信し、生成さ
れた駆動信号にコマンド周波数ωcと同じ周波数を提供することができる。生成された駆
動信号は、上述したように、アナログ/デジタル変換器１４７aに送られる。生成された駆動信号は、アナログ出力フィルタ１３８bを介して第１のピエゾ素子１２２にも送られる
。更に又はこれに代えて、他の実施形態では、生成された駆動信号を他の構成要素に送ることができる。
【００３４】
前述の如く、振動要素１０４は駆動信号による振動応答を有する。振動応答は共振周波数ω0、品質係数Ｑ等のような振動応答パラメータを有し、これらは測定される流体の種
々の特性を計算するのに用いられる。振動応答及び例示的な振動応答パラメータ、ならびに振動応答パラメータが流体の特性を計算するために如何に使用されるかについては、以下でより詳細に説明する。
【００３５】
図５は、現行のフォーク密度生成物のブロック図５００を示す。フォーク密度センサ５
０１は、フォークメータ上に位置する少なくとも１つのセンサの集合体である。フォークメータは、流体が存在しないときのフォークの共振周波数を、測定される流体に浸漬されたときのフォークの周波数と比較することによって、流体の密度を決定するために使用される。フォークメータはフィードバックループの一部であり、第１の接触部５０２によってピックオフ回路５０３に接続される。ピックオフ回路５０３は、アナログゲイン/フィ
ルタリング回路５０５及び合成期間出力信号回路５０６(以下、ＴＰＳigと呼ぶ)に分岐５０４する。ピックオフ回路５０３はまた、アナログ-デジタル変換器に接続され、該アナ
ログ-デジタル変換器は、デジタルフィルタリングデバイス５０８、デジタル位相コント
ローラ５０９、及び駆動信号合成回路５１０からなるデジタル信号プロセッサ５０７(以
下、CODEC/DSP507と呼ぶ)に接続される。CODEC/DSP５０７は、フォークメータからの信号を分析し、信号５０７をデジタル的にフィルタリングし、信号５０９の位相を調整し、合成駆動信号を生成する。合成された駆動信号は駆動回路５１１に送られ、駆動回路５１１は駆動信号とも呼ばれる駆動力を供給する。
【００３６】
期間出力信号はフォーク密度センサ５０１からの信号を処理することにより生成される。アナログ手段を使用してピックオフに由来する信号をフィルタリングし及び取得するこの現在の方法は、フォーク密度計が使用される多くの状況でうまく機能する。しかし、大量のプロセスノイズが存在する状況で問題が発生することがある。
【００３７】
プロセスノイズは、モデル化されていない任意の数の外乱入力のシステムダイナミックスによって引き起こされ得る。プロセスノイズは、内部源から発する可能性があり、パラメータノイズ、熱ノイズ、入力ノイズ、熱ＥＭＦ、誘電吸収、オーディオ音ノイズなどを含むことができるが、これらに限定されない。プロセスノイズはまた、外部ノイズ源から発生する可能性があり、電界結合、誘導結合、無線周波数結合、接地ループ、同相除去ノイズ、ケーブルノイズ、ノイズフィルタリングなどを含み得るが、これらに限定されない。
【００３８】
高レベルのプロセスノイズは、ピックオフ信号内で重大且つ一貫した構成要素になるように増大する可能性がある。このようなプロセスノイズの状況により、入力信号がもはやフローコンピュータによって首尾よく測定されない程度にＴＰＳig出力にジッタが生じる(jittery)可能性がある。
【００３９】
ピックオフで発生するプロセスノイズは、フォーク位相誤差制御で大きな懸念事項である。米国特許出願62/094,217号で開示されたフォーク密度メータ技術により、フォーク密度メータがフォークを首尾よく駆動し、そのようなフォーク密度メータが以前は動作しなかったプロセスノイズ状態で密度をデジタル的に測定することができる。米国特許出願62/094,217号の技術は、ピックオフ内の実際のノイズを解決しない。このノイズはＴＰＳig回路に供給されて、フローコンピュータの時間測定を失わせる。
【００４０】
高ノイズ用途下で、ＴＰＳig出力をフローコンピュータで一貫して測定するには、信号がＴＰＳig出力回路に供給される前にアナログ信号からのノイズを除去する必要がある。ＴＰＳig出力に使用される信号を合成することにより、実際のピックオフ信号上のあらゆるプロセスノイズは、フローコンピュータ測定に伝搬することが不可能になる。期間出力は、駆動信号に結びつけることによって生成されてもよい。
【００４１】
図６は、改善された実施形態をブロック図６００として示す。フォーク密度センサ６０１は、第１の接触部６０２によってピックオフ回路６０３に接続されている。ピックオフ回路６０３は、CODEC/DSP６０７及び駆動信号合成回路６１０にも接続され、該CODEC/DSP６０７は、デジタルフィルタリングデバイス６０８、デジタル位相コントローラ６０９を備えている。CODEC/DSP６０７は更に駆動回路６１１に接続され、第２の接触部６１２はフ
ォーク密度センサ６０１に接続される。
【００４２】
現行の実施形態と改善された実施形態との違いは、第１の実施形態５００では分岐５０４は、ピックオフ回路５０３とCODEC/DSP５０７の間で生じるが、第２の実施形態６００
では分岐はCODEC/DSP６０７と駆動回路６１１との間で生じる。
【００４３】
図７は、ユーザがＴＰＳig出力メータを介して、生のセンサ時間を受信するためのフォーク密度オプションを示す。期間信号の生成は、フォーク密度センサメータ６０１から生じるアナログピックオフ信号で開始される(ステップ７０１)。信号は、フォーク密度センサメータ６０１から来て、フィルタに送られ、ここでフィルタリングされる(ステップ７
０２)。信号は次に駆動信号合成回路に送られる(ステップ７０３)。次に、ＴＰＳig信号
は、アナログゲイン/フィルタリング回路に送られ、そこでゲインアップされる(ステップ７０４)。「ゲインアップ」はここでは、電源から信号にエネルギーを加えることによっ
て、信号の電力または振幅を増加させる回路の能力を指す。ＴＰＳig出力回路は、メータの発振周波数を表す方形波信号を出力して提供する(ステップ７０５)。この信号は、フローコンピュータによって測定され(ステップ７０６)、該フローコンピュータはこの信号の期間(時間周期)を他のプロセスパラメータとともに使用して、フォークの先端(prong)(以下、フォーク歯と称する)が挿入される流体の密度を計算する(ステップ７０７)。
【００４４】
復習の為に、処理ステップは以下の如くである。
１．メータ上のセンサ６０１から振動を得る。
２．CODEC/DSP６０７を通して信号を送信する。
３．合成された駆動信号６１０を生成する。
４．合成された駆動信号を取り出し、該駆動信号をアナログゲイン/フィルタ６０５に送
る。
５．ＴＰＳig信号６０６を出力する。
【００４５】
本出願の実施モードは、駆動信号の合成回路の使用による。合成回路は、フォーク密度送信器に関連付けられたアナログゲイン/フィルタリング回路によって入力として使用さ
れる入力信号を生成する。米国特許出願62/094,217号において、フォーク合成化駆動信号は、フォーク密度メータの振動周波数を制御する信号である。本願において、駆動信号はアナログゲイン/フィルタ回路への入力信号として用いられて、フォーク密度メータの発
振周波数と同じ周波数で振動する一貫した低ノイズのＴＰＳig出力信号を生成することができる。本願の重要な利点は、信号が位相コントローラによって完全にデジタル的に合成されることである。これにより、フォーク密度計のピックオフに現れる可能性のある実際の如何なるプロセスノイズも、ＴＰＳig出力に伝搬されることが出来ない。
【００４６】
上記の実施形態の詳細な記述は、本発明の範囲内にある発明者らによって熟考された全ての実施形態の完全な記述ではない。実際に当業者は、さらに実施形態を作成するために上記実施形態のある要素が種々に組み合わせられるかもしれないし除去されるかもしれないことを認識している、そしてそのような、さらなる実施形態は現在の記述の範囲及び開示の範囲内にある。本発明の範囲及び開示内にある追加の実施形態を作成するために、上記実施形態の全部或いは一部が組み合わせられるかもしれないことも当業者には明白である。
【図１】
2020204621.tif 000003
【図２】
2020204621.tif 000004
【図３】
2020204621.tif 000005
【図４】
2020204621.tif 000006
【図５】
2020204621.tif 000007
【図６】
2020204621.tif 000008
【図７】
2020204621.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】令和2年9月11日(2020.9.11)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
信号を生成する方法であって、
フォーク密度センサ(６０１)から信号を受信するステップと、
信号をフィルタリング(６０８)するステップと、
フィルタリングされた信号に基づいて、フィルタリングされた信号を合成する(６１０)ステップと、
合成されフィルタリングされた信号(６０４)を出力回路に入力するステップと、
出力回路(６０６)を用いて、合成期間出力信号を生成するステップであって、合成期間出力信号は前記フォーク密度センサ(６０１)からの信号の周波数と同じ周波数を有するステップを含む、方法。
【請求項２】
フィルタリングするステップは、信号をゲインアップ(６０５)するステップである、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
フィルタリングするステップは、アナログ回路(６０５)を用いる、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
出力回路は合成期間出力信号回路(６０６)である、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
合成期間出力信号回路(６０６)は、矩形波信号を付与する、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
矩形波信号は完全に合成される、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
センサからの信号は、アナログピックオフ(６０３)信号である、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
信号を生成する方法であって、
フォーク密度センサメータからピックオフ信号を受信するステップ(７０１)と、
ピックオフ信号をフィルタリングするステップ(７０２)と、
フィルタリングされたアナログ信号を合成して駆動信号を生成するステップ(７０４)と、
駆動信号を入力して合成期間出力信号を生成するステップであって、合成期間出力信号はフォーク密度センサメータからの信号の周波数と同じ周波数を有するステップを含む、方法。
【請求項９】
フィルタリングするステップは、信号をゲインアップ(７０４)するステップである、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
フィルタリングするステップ(７０２)は、アナログ回路を用いる、請求項８に記載の方法。
【請求項１１】
出力回路は合成期間出力信号回路である、請求項８に記載の方法。
【請求項１２】
合成期間出力信号回路は、矩形波信号を付与する、請求項８に記載の方法。
【請求項１３】
矩形波信号は完全に合成される、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
センサからの信号は、アナログピックオフ信号である、請求項８に記載の方法。
【外国語明細書】
2020204621000001.pdf