(57)【要約】      （修正有）【課題】流量計の取り付け条件、環境条件から生じる外力の影響を低減する。【解決手段】材料を収容するように構成された導管１０３を含むパラメータ・センサが制御される。導管に加えられる第１の励振が決定される。第１の励振に応答した導管の運動が決定される。導管に加えられる第２の励振が、決定された第１の励振と、第１の励振に応答した決定された運動と、導管の所望の運動と、導管の周波数応答とから決定される。特に、励振は反復的に決定されて導管に加えられ、励振された導管の運動を表す運動信号１０７は、質量流量推定値などのプロセス・パラメータ推定値を生成するよう処理される。【選択図】図１
2010019847.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
材料を収容するように構成された導管（１０３）を備えるパラメータ・センサ（１００）を制御する方法（２００）であって、
１つ以上の作動装置によって前記導管に加えられる第１の力励振を決定するステップ（２１０）と、
前記第１の力励振に応答した前記導管の運動を決定するステップ（２２０）と、
を備える方法において、
決定された前記第１の力励振と、前記第１の力励振に応答して決定された前記運動と、前記導管の所望の運動とから、前記導管に加えられる新しい力励振を決定するステップ（２３０）と、
前記新しい力励振を前記導管に加えるステップ（２４０）と、
を備えることを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、センサ及び関係する方法ならびにコンピュータ・プログラム製品に関し、より具体的には、振動導管を測定する装置、方法及びコンピュータ・プログラム製品に関する。
【背景技術】
【０００２】
コリオリ質量流量計などの振動導管センサは、通常、材料を収容する振動導管の運動を検出することによって動作する。導管の質量流量、密度など、導管の材料に関連する特性を、導管に関連付けられた運動変換器からの信号を処理することによって決定することが可能である。これは、振動する材料で充填されたシステムの振動モードが、一般に、導管及びその内部に収容された材料の組合せ質量、剛性及び減衰の特性によって影響を受けるからである。
【０００３】
典型的なコリオリ質量流量計は１つ又は複数の導管を備え、導管は、パイプライン又は他の輸送システムにおいて整列接続され、流体やスラリなどの材料をシステムにおいて運ぶ。各導管は、単純な曲げモード、ねじれモード、径方向モード及び結合モードなどを含む一組の固有振動モードを有すると見なすことが可能である。典型的なコリオリ質量流量測定の応用分野では、導管は、材料が導管を流れる際に、固有振動モードの１つで共振状態で励振され、導管の運動が導管に沿って間隔をおいて位置する点において測定される。励振は、典型的には、音声コイル型の駆動装置など、導管を周期的に摂動させる電気機械装置などの作動装置によって与えられる。質量流量は、変換器の位置における運動間の時間差又は位相差を測定することによって決定され得る。例示的なコリオリ質量流量計は、スミスへの米国特許第４，１０９，５２４号、スミスらへの第４，４９１，０２５号、及びスミスへのＲｅ．３１，４５０号に記載されている。
【発明の概要】
【０００４】
「発明が解決しようとする課題」
コリオリ質量流量計の精度は、導管構造の非線形性及び非対称性と、流量計に取り付けられているポンプ及びコンプレッサによって生成される力などの外力から生じる運動と、流量計の導管を流れる材料によって及ぼされる圧力から生じる運動とによって損なわれ得る。たとえば、取付け条件の変化から生じる不平衡コリオリ質量流量計に加えられる力の変化は、その性能に大きく影響を与え得る。これらの力の影響は、外部振動に由来する影響を低減するように平衡にされた流量計の設計を使用することによって、また、望ましくない運動成分を補償する信号処理技術を使用することによって、低減することができる。しかし、環境条件及び取付け条件の変化は、そのような技術により行われる測定に、偏り又は他の不正確さを依然として導入し得る。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の実施の形態によれば、材料を収容するように構成された導管を備えるパラメータ・センサが制御される。導管に加えられる第１の励振が決定される。第１の励振に応答した導管の運動が決定される。導管に加えられる第２の励振が、決定された第１の励振と、第１の励振に応答して決定された運動と、導管の所望の運動とから決定される。次いで、第２の励振が導管に加えられる。
【０００６】
特に、本発明の幾つかの実施の形態によれば、所望の運動は所定の周波数における所望の周期的運動を含む。第１の励振を決定することは、所定の周波数における第１の周期的励振を決定することを含む。第１の励振に応答した導管の運動を決定することは、第１の周期的励振に応答した所定の周波数における周期的運動を決定することを含む。第２の励振を決定することは、決定された第１の周期的励振と、第１の周期的励振に応答した所定の周波数における決定された周期的運動と、所望の周期的運動とから、導管に加えられる所定の周波数における第２の周期的励振を決定することを含む。第２の励振を加えることは、第２の周期的励振を導管に加えることを含む。
【０００７】
本発明の幾つかの実施の形態によれば、導管に加えられる第２の励振は、以前の決定された第１の励振と、第１の励振に応答して決定された運動と、導管の望ましい運動と、導管の周波数応答とから決定される。本発明の幾つかの実施の形態では、周波数応答は時間不変であると仮定される。本発明の他の実施の形態では、周波数応答は適応的に決定される。たとえば、周波数応答は、重み付けされた再帰最小２乗推定手順などの再帰最小２乗推定手順により決定することが可能である。
【０００８】
たとえば、幾つかの実施の形態では、周波数応答を適応的に決定することは、第１の推定された周波数応答を生成し、次いで、第１の推定された周波数応答と、決定された第１の励振と、第１の励振に応答して決定された導管の運動とから、第２の推定された周波数応答を生成することを含む。第２の励振を決定することは、決定された第１の励振と、所望の運動と、第１の励振に応答して決定された運動と、第１の推定された周波数応答及び第２の推定された周波数応答のうちの少なくとも一方とから、第２の励振を決定することを含む。特に、第１の推定された周波数応答は、第１の推定された逆周波数応答を含み得、第２の推定された周波数応答は、第２の推定された逆周波数応答を含み得、第２の励振は、決定された第１の励振と、所望の運動と、第１の励振に応答して決定された運動と、第１の推定された逆周波数応答及び第２の推定された逆周波数応答のうちの少なくとも一方とから決定され得る。
【０００９】
幾つかの実施の形態によれば、複数の駆動信号が、決定された第１の励振と、第１の励振に応答して決定された運動と、導管の望ましい運動と、周波数応答とに基づいて生成される。複数の駆動信号は、第２の励振を生成するために、導管に動作的に関連付けられた複数の作動装置に加えられる。所望の運動は所定の周波数における所望の周期的運動を含み得、所望の運動は、所定の周波数における所望の周期的運動のフェーザー表示によって表され得る。第１の励振を決定することは、所定の周波数における第１の周期的励振のフェーザー表示を生成することを含み得る。第１の励振に応答して導管の運動を決定することは、第１の励振に応答した所定の周波数における導管の運動のフェーザー表示を生成するために、第１の励振に応答した導管の運動を表す運動信号を処理することを含み得る。複数の駆動信号を生成することは、第１の周期的励振のフェーザー表示と、所望の運動のフェーザー表示と、第１の励振に応答した所定の周波数における導管の運動のフェーザー表示と、周波数応答とから、所定の周波数における第２の周期的励振のフェーザー表示を生成することと、第２の周期的励振のフェーザー表示から複数の駆動信号を生成することとを含み得る。
【００１０】
本発明の他の実施の形態によれば、導管に収容された材料に関連するプロセス・パラメータが決定される。導管は、新しい励振を反復して決定して導管に加えることによって、且つ、新しい励振が、以前に決定された励振と、以前に決定された励振に応答して決定された運動と、導管の所望の運動と、導管の周波数応答とに基づいて決定されるように、加えられた新しい励振に応答して運動を決定することによって励振される。励振された導管の運動を表す運動信号を処理し、質量流量などの質量流量パラメータなど、導管に収容された材料に関連するプロセス・パラメータの推定値が生成される。
【００１１】
導管は、所定の運動を近似するために導管の或る位置における運動が規制されるように励振され得る。たとえば、導管は、導管の実際の正規モードの所定の境界条件を近似するために導管の運動が規制されるよう励振され得る。運動信号は、パラメータ推定値を生成するために、所定の境界条件を仮定する手順により処理され得る。
【００１２】
本発明の他の実施の形態では、材料を収容するように構成された導管と、駆動信号に応答して導管を運動させるように動作する複数の作動装置と、導管の運動を表す運動信号を生成するように動作する複数の運動変換器とを含むパラメータ・センサを制御する装置が提供される。この装置は、運動変換器及び作動装置に結合されるように構成された形状制御回路を備える。形状制御回路は、第１の複数の駆動信号を複数の作動装置に加えて第１の励振を導管に加え、複数の運動変換器から受信した運動信号を処理して第１の励振に応答した導管の運動を決定し、第１の励振と、第１の励振に応答して決定された運動と、導管の所望の運動とに基づいて第２の複数の駆動信号を複数の作動装置に加え、それにより第２の励振を導管に加えるように動作する。形状制御回路は、導管の周波数応答を適応的に決定するように動作する周波数応答決定装置回路をさらに含み得、第１の励振と、第１の励振に応答して決定された運動と、導管の所望の運動と、決定された周波数応答とに基づいて、第２の複数の駆動信号を生成することができる。
【００１３】
本発明の他の実施の形態では、プロセス・パラメータ・センサは、材料を収容するように構成された導管と、導管に動作的に関連付けられた複数の作動装置と、導管に動作的に関連付けられた複数の運動変換器とを備える。センサは、複数の運動変換器から運動信号を受信して駆動信号を複数の作動装置に加えるように構成された形状制御回路をさらに備える。形状制御回路は、新しい励振を反復して決定して導管に加えることによって、且つ、新しい励振が、以前に決定された励振と、以前に決定された励振に応答して決定された運動と、導管の所望の運動とに基づいて決定されるように、加えられた新しい励振に応答した運動を決定することによって、導管を励振するように動作する。プロセス・パラメータ推定装置回路は複数の運動変換器から運動信号を受信するように構成され、受信された運動信号を処理して質量流量などの導管に収容された材料に関連するプロセス・パラメータの推定値を生成するように動作する。
【００１４】
本発明の他の実施の形態によれば、コンピュータ・プログラム製品が、材料を収容するように構成された導管と、導管に動作的に関連付けられた複数の作動装置と、導管に動作的に関連付けられた複数の運動変換器とを備えるパラメータ・センサを制御するために提供される。コンピュータ・プログラム製品は、コンピュータ読取り可能記憶媒体に具現されたコンピュータ読取り可能プログラム・コードを含む。コンピュータ読取り可能プログラム・コードは、運動変換器に応答して、導管に加えられた既知の第１の励振に応答した導管の運動を決定するためのプログラム・コードを含む。コンピュータ読取り可能プログラム・コードは、決定された運動のプログラム・コードに応答して、既知の第１の励振と、第１の励振に応答して決定された運動と、導管の所望の運動とから、導管に加えられる第２の励振を決定するためのプログラム・コードをさらに含む。コンピュータ読取り可能プログラム・コードは、複数の作動装置をして第２の励振を導管に加えさせるためのプログラム・コードをさらに含む。
【００１５】
本発明の一つの態様は、材料を収容するように構成された導管を備えるパラメータ・センサを制御する方法を含み、該方法は、
導管に加えられる第１の励振を決定するステップと、
第１の励振に応答した導管の運動を決定するステップと、
を備える方法であって、
決定された第１の励振と、第１の励振に応答して決定された運動と、導管の所望の運動とから、導管に加えられる第２の励振を決定するステップと、
第２の励振を導管に加えるステップと、
を備えることを特徴とする。
【００１６】
好ましくは、所望の運動は、所定の周波数における所望の周期的運動を含み、
第１の励振を決定することは、所定の周波数における第１の周期的励振を決定することを含み、
第１の励振に応答した導管の運動を決定することは、第１の周期的励振に応答した所定の周波数における周期的運動を決定することを含み、
第２の励振を決定することは、決定された第１の周期的励振と、第１の周期的励振に応答した所定の周波数における決定された周期的運動と、所望の周期的運動とから、導管に加えられる所定の周波数における第２の周期的励振を決定することを含み、
第２の励振を加えることは、第２の周期的励振を導管に加えることを含む。
【００１７】
好ましくは、該方法は、導管の周波数応答を決定することをさらに含み、第２の励振を決定することは、決定された第１の励振と、第１の励振に応答して決定された運動と、導管の所望の運動と、決定された周波数応答とから、第２の励振を決定することを含む。
【００１８】
好ましくは、周波数応答を決定することは、時間不変の周波数応答を仮定することを含む。
好ましくは、周波数応答を決定することは、周波数応答を適応的に決定することを含む。
【００１９】
好ましくは、周波数応答を適応的に決定することは、再帰最小２乗推定手順により周波数応答を決定することを含む。
好ましくは、再帰最小２乗推定手順により周波数応答を決定することは、重み付けされた再帰最小２乗推定手順により周波数応答を決定することを含む。
【００２０】
好ましくは、周波数応答を適応的に決定することは、
第１の推定された周波数応答を生成することと、
第１の推定された周波数応答と、決定された第１の励振と、第１の励振に応答した導管の決定された運動とから第２の推定された周波数応答を生成することと、
を含み、
第２の励振を決定することは、決定された第１の励振と、所望の運動と、第１の励振に応答して決定された運動と、第１の推定された周波数応答及び第２の推定された周波数応答のうちの少なくとも一方とから、第２の励振を決定することを含む。
【００２１】
好ましくは、第１の推定された周波数応答を生成することは、第１の推定された逆周波数応答を生成することを含み、
第２の推定された周波数応答を生成することは、第２の推定された逆周波数応答を生成することを含み、
決定された第１の励振と、所望の運動と、第１の励振に応答して決定された運動と、第１の推定された周波数応答及び第２の推定された周波数応答のうちの少なくとも一方とから第２の励振を決定することは、決定された第１の励振と、所望の運動と、第１の励振に応答して決定された運動と、第１の推定された逆周波数応答及び第２の推定された逆周波数応答のうちの少なくとも一方とから、第２の励振を決定することを含む。
【００２２】
好ましくは、第２の推定された周波数応答を生成することは、再帰最小２乗推定プロセスにより第１の周波数応答から第２の推定された周波数応答を生成することを含む。
好ましくは、再帰最小２乗推定プロセスにより第１の推定された周波数応答から第２の推定された周波数応答を生成することは、重み付けされた再帰最小２乗推定プロセスにより第１の推定された周波数応答から第２の推定された周波数応答を生成することを含む。
【００２３】
好ましくは、第２の励振を決定することは、決定された第１の励振と、第１の励振に応答して決定された運動と、導管の所望の運動とに基づいて、複数の駆動信号を生成することを含み、
第２の励振を加えることは、導管に動作的に関連付けられた複数の作動装置に第２の複数の駆動信号を加えて第２の励振を生成することを含む。
【００２４】
好ましくは、所望の運動は、
所定の周波数における所望の周期的運動を含み、
所望の運動は、所定の周波数における所望の周期的運動のフェーザー表示によって表され、
第１の励振を決定することは、所定の周波数における第１の周期的励振のフェーザー表示を生成することを含み、
第１の励振に応答した導管の運動を決定することは、第１の励振に応答した所定の周波数における導管の運動のフェーザー表示を生成するために、第１の励振に応答した導管の運動を表す運動信号を処理することを含み、
複数の駆動信号を生成することは、
第１の周期的励振のフェーザー表示と、所望の運動のフェーザー表示と、第１の励振に応答した所定の周波数における導管の運動のフェーザー表示と、導管の周波数応答とから、所定の周波数における第２の周期的励振のフェーザー表示を生成することと、
第２の周期的励振のフェーザー表示から複数の駆動信号を生成することと、
を含む。
【００２５】
本発明の他の態様は、導管に収容された材料に関連するプロセス・パラメータを決定する方法を包含し、該方法は、
新しい励振を反復して決定して導管に加えることによって、及び、新しい励振が、以前に決定された励振と、以前に決定された励振に応答して決定された運動と、導管の所望の運動と、導管の周波数応答とに基づいて決定されるように、加えられた新しい励振に応答した運動を決定することによって、導管を励振するステップと、
導管に収容された材料のプロセス・パラメータの推定値を生成するために、励振された導管の運動を表す運動信号を処理するステップと、
を備えることを特徴とする。
【００２６】
好ましくは、運動信号を処理することは、質量流量推定値を生成するために、運動信号を処理することを含む。
好ましくは、導管を励振することは、導管の或る位置における運動が、所定の運動を近似するために規制されるよう導管を励振することを含む。
【００２７】
好ましくは、導管を励振することは、導管の或る位置における運動がほぼゼロの運動に規制されるように導管を励振することを含む。
好ましくは、導管を励振することは、導管の実際の正規モードの所定の境界条件を近似するように導管の運動を規制することを含み、
運動信号を処理することは、所定の境界条件を仮定する手順により運動信号を処理することを含む。
【００２８】
好ましくは、所定の境界条件を仮定する手順により運動信号を処理することは、所定の境界条件を仮定する導管の運動の実際の正規モード特性から導出された校正係数により運動信号を処理することを含む。
【００２９】
好ましくは、導管を励振することは、導管の間隔をおいた第１及び第２の位置がほぼゼロの運動を呈するように、第１曲げモードにおいて直管を駆動することを含む。
好ましくは、導管を励振することは、第１の位置と第２の位置との間の管の位置に配置された第１の作動装置と、第１の位置の近傍に配置された第２の作動装置と、第２の位置の近傍に配置された第３作動装置とを駆動することを含む。
【００３０】
好ましくは、この方法は、周波数応答を決定することをさらに含む。
好ましくは、周波数応答を決定することは、時間不変の周波数応答を仮定することを含む。
【００３１】
好ましくは、周波数応答を決定することは、周波数応答を適応的に決定することを含む。
好ましくは、周波数応答を適応的に決定することは、再帰最小２乗推定手順により周波数応答を決定することを含む。
【００３２】
好ましくは、再帰最小２乗推定手順により周波数応答を決定することは、重み付けされた再帰最小２乗推定手順により周波数応答を決定することを含む。
本発明の他の態様は、材料を収容するように構成された導管と、駆動信号に応答して導管を運動させるように動作する複数の作動装置と、導管の運動を表す運動信号を生成するように動作する複数の運動変換器とを備えるパラメータ・センサを制御する装置を包含し、該装置は、
運動変換器及び作動装置に結合されるように構成され、且つ、第１の複数の駆動信号を複数の作動装置に加えて第１の励振を導管に加えるとともに、複数の運動変換器から受信した運動信号を処理して第１の励振に応答した導管の運動を決定するように動作する形状制御回路を備え、
前記形状制御回路が、
第１の励振と、第１の励振に応答して決定された運動と、導管の所望の運動とに基づいて、第２の複数の駆動信号を複数の作動装置に加え、それにより第２の励振を導管に加えるようにさらに構成されることを特徴とする。
【００３３】
好ましくは、形状制御回路は、第１の励振と、第１の励振に応答して決定された運動と、導管の所望の運動と、仮定された時間不変の周波数応答とに基づいて、第２の複数の駆動信号を生成するように動作する。
【００３４】
好ましくは、形状制御回路は、導管の周波数応答を適応的に決定するように動作する周波数応答決定装置を備え、形状制御回路は、第１の励振と、第１の励振に応答して決定された運動と、導管の所望の運動と、決定された周波数応答とに基づいて、第２の複数の駆動信号を複数の作動装置に加えるように動作する。
【００３５】
好ましくは、周波数応答決定装置回路は、再帰最小２乗推定手順により周波数応答を決定するように動作する。
好ましくは、周波数応答決定装置回路は、重み付けされた再帰最小２乗推定手順により周波数応答を決定するように動作する。
【００３６】
好ましくは、周波数応答決定装置回路は、第１の推定された周波数応答を生成するよう、且つ、第１の推定された周波数応答と、決定された第１の励振と、第１の励振に応答した導管の決定された運動とから第２の推定された周波数応答を生成するように動作し、
形状制御回路は、決定された第１の励振と、所望の運動と、第１の励振に応答して決定された運動と、第１の推定された周波数応答及び第２の推定された周波数応答のうちの少なくとも一方とから、第２の励振を決定するように動作する。
【００３７】
好ましくは、第１の推定された周波数応答は、第１の推定された逆周波数応答を含み、
第２の推定された周波数応答は、第２の推定された逆周波数応答を含み、
形状制御回路は、決定された第１の励振と、所望の運動と、第１の励振に応答して決定された運動と、第１の推定された逆周波数応答及び第２の推定された逆周波数応答のうちの少なくとも一方とから、第２の励振を決定するように動作する。
【００３８】
好ましくは、周波数応答決定装置回路は、再帰最小２乗推定プロセスにより第１の推定された周波数応答から第２の推定された周波数応答を生成するように動作する。
好ましくは、周波数応答決定装置回路は、重み付けされた再帰最小２乗推定プロセスにより第１の推定された周波数応答から第２の推定された周波数応答を生成するように動作する。
【００３９】
好ましくは、所望の運動は、所定の周波数における所望の周期的運動を含み、
所望の運動は、所定の周波数における所望の周期的運動のフェーザー表示によって表され、
第１の励振を決定することは、所定の周波数における第１の周期的励振のフェーザー表示を生成することを含み、
第１の励振に応答した導管の運動を決定することは、第１の励振に応答した所定の周波数における導管の運動のフェーザー表示を生成するために、第１の励振に応答した導管の運動を表す運動信号を処理することを含み、
複数の駆動信号を生成することは、
第１の周期的励振のフェーザー表示と、所望の運動のフェーザー表示と、第１の励振に応答した所定の周波数における導管の運動のフェーザー表示と、導管の周波数応答とから、所定の周波数における第２の周期的励振のフェーザー表示を生成することと、
第２の周期的励振のフェーザー表示から複数の駆動信号を生成することと、
を備える。
【００４０】
本発明の他の態様は、
材料を収容するように構成された導管と、
導管に動作的に関連付けられた複数の作動装置と、
導管に動作的に関連付けられた複数の運動変換器と、
複数の運動変換器から運動信号を受信して、駆動信号を複数の作動装置に加えるように構成された形状制御回路と、
を備え、
形状制御回路が、新しい励振を反復して決定して導管に加えることによって、及び、新しい励振が、以前に決定された励振と、以前に決定された励振に応答して決定された運動と、導管の所望の運動と、導管の周波数応答とに基づいて決定されるように、加えられた新しい励振に応答した運動を決定することによって、導管を励振するように動作し、
複数の運動変換器から運動信号を受信するように構成され、且つ、受信された運動信号を処理して、導管に収容された材料に関連するプロセス・パラメータの推定値を生成するように動作するプロセス・パラメータ推定装置回路と、
を備えることを特徴とするプロセス・パラメータ・センサを包含する。
【００４１】
好ましくは、プロセス・パラメータ推定装置回路は質量流量推定装置回路を備える。
好ましくは、形状制御回路は、導管の或る位置における運動が、所定の運動を近似するために規制されるよう導管を励振するように動作する。
【００４２】
好ましくは、形状制御回路は、導管の或る位置における運動がほぼゼロの運動に規制されるよう導管を励振するように動作する。
好ましくは、形状制御回路は、導管の実際の正規モードの所定の境界条件を近似するために導管の運動を規制するように動作し、
プロセス・パラメータ推定装置回路は、所定の境界条件を仮定する手順により、受信された運動信号を処理するように動作する。
【００４３】
好ましくは、プロセス・パラメータ推定装置回路は、所定の境界条件を仮定する導管の運動の実際の正規モード特性から導出された校正係数により運動信号を処理するように動作する。
【００４４】
好ましくは、導管はほぼ直線状の管を備え、形状制御回路は、管の間隔をおいた第１及び第２の位置がほぼゼロの運動を呈するよう、第１曲げモードにおいて管を駆動するように動作する。
【００４５】
好ましくは、形状制御回路は、第１の位置と第２の位置との間の位置に配置された第１の作動装置と、第１の位置の近傍に配置された第２の作動装置と、第２の位置の近傍に配置された第３作動装置とを駆動するように動作する。
【００４６】
好ましくは、周波数応答を適応的に決定するように動作する周波数応答決定装置回路を備え、形状制御回路は、新しい励振を反復して決定して導管に加えることによって、及び、新しい励振が、以前に決定された励振と、以前に決定された励振に応答して決定された運動と、導管の所望の運動と、決定された周波数応答とに基づいて決定されるように、加えられた新しい励振に応答した運動を決定することによって、導管を励振するように動作する。
【００４７】
好ましくは、周波数応答決定装置回路は、再帰最小２乗推定手順により周波数応答を決定するように動作する。
好ましくは、周波数応答決定装置回路は、重み付けされた再帰最小２乗推定手順により周波数応答を決定するように動作する。
【００４８】
本発明の他の態様は、材料を収容するように構成された導管と、導管に動作的に関連付けられた複数の作動装置と、導管に動作的に関連付けられた複数の運動変換器とを備えるパラメータ・センサを制御する装置を包含し、該装置は、
運動変換器に応答して、導管に加えられた既知の第１の励振に応答した導管の運動を決定する手段を備え、さらに、
運動を決定する手段に応答して、既知の第１の励振と、第１の励振に応答して決定された運動と、導管の所望の運動とから、導管に加える第２の励振を決定する手段と、
第２の励振を決定する手段に応答し、且つ、複数の作動装置に動作的に関連付けられていて作動装置をして第２の励振を導管に加えさせる手段と、
を備えることを特徴とする。
【００４９】
好ましくは、所望の運動は、所定の周波数における所望の周期的運動を含み、
既知の第１の励振は、所定の周波数における既知の周期的励振を含み、
第１の励振に応答して導管の運動を決定する手段は、第１の周期的励振に応答して所定の周波数における周期的運動を決定する手段を含み、
第２の励振を決定する手段は、既知の第１の周期的励振と、第１の周期的励振に応答した所定の周波数における決定された周期的運動と、所望の周期的運動とから、導管に加えられる所定の周波数における第２の励振を決定する手段を備え、
複数の作動装置をして第２の励振を加えさせる手段は、複数の作動装置をして第２の周期的励振を導管に加えさせる手段を備える。
【００５０】
好ましくは、この装置は導管の周波数応答を決定する手段をさらに備え、第２の励振を決定する手段は、既知の第１の励振と、第１の励振に応答して決定された運動と、導管の所望の運動と、決定された周波数応答とから第２の励振を決定する手段を備える。
【００５１】
好ましくは、周波数応答を決定する手段は、周波数応答を適応的に決定する手段を備える。
好ましくは、周波数応答を適応的に決定する手段は、再帰最小２乗推定手順により周波数応答を決定する手段を備える。
【００５２】
好ましくは、再帰最小２乗推定手順により周波数応答を決定する手段は、重み付けされた再帰最小２乗推定手順により周波数応答を決定する手段を備える。
好ましくは、周波数応答を適応的に決定する手段は、
第１の推定された周波数応答を生成する手段と、
第１の推定された周波数応答と、既知の第１の励振と、第１の励振に応答した導管の決定された運動とから、第２の推定された周波数応答を生成する手段と、
を備え、
第２の励振を決定する手段は、既知の第１の励振と、所望の運動と、第１の励振に応答して決定された運動と、第１の推定された周波数応答及び第２の推定された周波数応答のうちの少なくとも一方とから、第２の励振を決定する手段を備える。
【００５３】
好ましくは、第１の推定された周波数応答を生成する手段は、第１の推定された逆周波数応答を生成する手段を備え、
第２の推定された周波数応答を生成する手段は、第２の推定された逆周波数応答を生成する手段を備え、
既知の第１の励振と、所望の運動と、第１の励振に応答して決定された運動と、第１の推定された周波数応答及び第２の推定された周波数応答にのうちの少なくとも一方とから第２の励振を決定する手段は、既知の第１の励振と、所望の運動と、第１の励振に応答して決定された運動と、第１の推定された逆周波数応答及び第２の推定された逆周波数応答のうちの少なくとも一方とから、第２の励振を決定する手段を備える。
【００５４】
好ましくは、第２の推定された周波数応答を生成する手段は、再帰最小２乗推定プロセスにより第１の推定された周波数応答から第２の推定された周波数応答を生成する手段を備える。
【００５５】
好ましくは、再帰最小２乗推定プロセスにより第１の推定された周波数応答から第２の推定された周波数応答を生成する手段は、重み付けされた再帰最小２乗推定プロセスにより、第１の推定された周波数応答から第２の推定された周波数応答を生成する手段を備える。
【００５６】
好ましくは、第２の励振を決定する手段は、既知の第１の励振と、第１の励振に応答して決定された運動と、導管の所望の運動とに基づいて複数の駆動信号を生成する手段を備え、
複数の作動装置をして第２の励振を加えさせる手段は、第２の複数の駆動信号を複数の作動装置に加えて第２の励振を生成する手段を備える。
【００５７】
好ましくは、所望の運動は、所定の周波数における所望の周期的運動を含み、
所望の運動は、所定の周波数における所望の周期的運動のフェーザー表示によって表され、
既知の第１の励振は、所定の周波数における第１の周期的励振のフェーザー表示によって表され、
第１の励振に応答して導管の運動を決定する手段は、複数の運動変換器によって生成された運動信号を処理して第１の励振に応答した所定の周波数における導管の運動のフェーザー表示を生成する手段を備え、
複数の駆動信号を加える手段は、
第１の周期的励振のフェーザー表示と、所望の運動のフェーザー表示と、第１の励振に応答した所定の周波数における導管の運動のフェーザー表示と、導管の周波数応答とから、所定の周波数における第２の周期的励振のフェーザー表示を生成する手段と、
第２の周期的励振のフェーザー表示から複数の駆動信号を生成する手段と、
を備える。
【００５８】
本発明の他の態様は、材料を収容するように構成された導管と、導管に動作的に関連付けられた複数の作動装置と、導管に動作的に関連付けられた複数の運動変換器とを備えるパラメータ・センサを制御するためのコンピュータ・プログラム製品を包含し、該コンピュータ・プログラム製品は、コンピュータ読取り可能記憶媒体に具現されたコンピュータ読取り可能プログラム・コードを含み、
該コンピュータ読取り可能プログラム・コードは、運動変換器に応答して、導管に加えられた既知の第１の励振に応答して導管の運動を決定するためのプログラム・コードを含み、
前記コンピュータ・プログラム製品は、
運動を決定するためのプログラム・コードに応答して、既知の第１の励振と、第１の励振に応答して決定された運動と、導管の所望の運動とから、導管に加えられる第２の励振を決定するためのプログラム・コードと、
複数の作動装置をして第２の励振を導管に加えさせるためのプログラム・コードと、
を含むことを特徴とする。
【００５９】
好ましくは、所望の運動は、所定の周波数の所望の周期的運動を含み、
既知の第１の励振は、所定の周波数の既知の第１の周期的励振を含み、
第１の励振に応答した導管の運動を決定するためのプログラム・コードは、第１の周期的励振に応答した所定の周波数における周期的運動を決定するためのプログラム・コードを含み、
第２の励振を決定するためのプログラム・コードは、既知の第１の周期的励振と、第１の周期的励振に応答した所定の周波数における決定された周期的運動と、所望の周期的運動とから、導管に加えられる所定の周波数における第２の周期的励振を決定するためのプログラム・コードを含み、
複数の作動装置に第２の励振を加えさせるためのプログラム・コードは、複数の作動装置をして第２の周期的励振を導管に加えさせるためのプログラム・コードを含む。
【００６０】
好ましくは、コンピュータ読取り可能プログラム・コードは、導管の周波数応答を決定するためのプログラム・コードをさらに含み、第２の励振を決定するためのプログラム・コードは、既知の第１の励振と、第１の励振に応答して決定された運動と、導管の所望の運動と、決定された周波数応答とから第２の励振を決定するためのプログラム・コードを含む。
【００６１】
好ましくは、周波数応答を決定するためのプログラム・コードは、周波数応答を適応的に決定するためのプログラム・コードを含む。
好ましくは、周波数応答を適応的に決定するためのプログラム・コードは、再帰最小２乗推定手順により周波数応答を決定するためのプログラム・コードを含む。
【００６２】
好ましくは、再帰最小２乗推定手順により周波数応答を決定するためのプログラム・コードは、重み付けされた再帰最小２乗推定手順により周波数応答を決定するためのプログラム・コードを含む。
【００６３】
好ましくは、周波数応答を適応的に決定するためのプログラム・コードは、
第１の推定された周波数応答を生成するためのプログラム・コードと、
第１の推定された周波数応答と、既知の第１の励振と、第１の励振に応答した導管の決定された運動とから、第２の推定された周波数応答を生成するためのプログラム・コードと、
を含み、
第２の励振を決定するためのプログラム・コードは、既知の第１の励振と、所望の運動と、第１の励振に応答して決定された運動と、第１の推定された周波数応答及び第２の推定された周波数応答のうちの少なくとも一方とから、第２の励振を決定するためのプログラム・コードを含む。
【００６４】
好ましくは、第１の推定された周波数応答を生成するためのプログラム・コードは、第１の推定された逆周波数応答を生成するためのプログラム・コードを含み、
第２の推定された周波数応答を生成するためのプログラム・コードは、第２の推定された逆周波数応答を生成するためのプログラム・コードを含み、
既知の第１の励振と、所望の運動と、第１の励振に応答して決定された運動と、第１の推定された周波数応答及び第２の推定された周波数応答のうちの少なくとも一方とから第２の励振を決定するためのプログラム・コードは、既知の第１の励振と、所望の運動と、第１の励振に応答して決定された運動と、第１の推定された逆周波数応答及び第２の推定された逆周波数応答のうちの少なくとも一方とから、第２の励振を決定するためのプログラム・コードを含む。
【００６５】
好ましくは、第２の推定された周波数応答を生成するためのプログラム・コードは、再帰最小２乗推定プロセスにより第１の推定された周波数応答から第２の推定された周波数応答を生成するためのプログラム・コードを含む。
【００６６】
好ましくは、再帰最小２乗推定プロセスにより第１の推定された周波数応答から第２の推定された周波数応答を生成するためのプログラム・コードは、重み付けされた再帰最小２乗推定プロセスにより第１の推定された周波数応答から第２の推定された周波数応答を生成するためのプログラム・コードを含む。
【００６７】
好ましくは、所望の運動は、所定の周波数における所望の周期的運動を含み、
所望の運動は、所定の周波数における所望の周期的運動のフェーザー表示によって表され、
既知の第１の励振は、所定の周波数における第１の周期的励振のフェーザー表示によって表され、
第１の励振に応答した導管の運動を決定するためのプログラム・コードは、導管の運動を表す運動信号を処理して、第１の励振に応答した所定の周波数における導管の運動のフェーザー表示を生成するためのプログラム・コードを含み、
複数の作動装置をして第２の励振を加えさせるためのプログラム・コードは、第１の周期的励振のフェーザー表示と、所望の運動のフェーザー表示と、第１の励振に応答した所定の周波数における導管の運動のフェーザー表示と、導管の周波数応答とから、所定の周波数における第２の周期的励振のフェーザー表示を生成するためのプログラム・コードを含む。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本発明の実施の形態に係るパラメータ・センサを示す概略図である。
【図２】本発明の実施の形態に係るパラメータ・センサ導管を励振する例示的な動作を示すフローチャートである。
【図３】本発明の実施の形態に係るパラメータ・センサ導管を励振する例示的な動作を示すフローチャートである。
【図４】本発明の実施の形態に係るパラメータ・センサ導管を励振する例示的な動作を示すフローチャートである。
【図５】本発明の実施の形態に係るパラメータ・センサの制御アーキテクチャを示す概略図である。
【図６】本発明の他の実施の形態に係るパラメータ・センサを示す概略図である。
【図７】本発明の他の実施の形態に係るパラメータ・センサを示す概略図である。
【図８】本発明の他の実施の形態に係る例示的なパラメータ・センサの動作を示すフローチャートである。
【図９】本発明の実施の形態に係る、励振フェーザー信号から励振信号を生成する装置を示す概略図である。
【図１０】本発明の実施の形態に係る、応答フェーザー信号を生成する装置を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００６９】
以下、本発明の実施の形態が図示されている添付の図面を参照して、本発明を一層完全に記述する。しかし、本発明は、多くの異なる形態で実現することが可能であり、本明細書において述べる実施の形態に限定されると見なされるべきではない。むしろ、これらの実施の形態は、本開示が完璧且つ完全であって本発明の範囲を当業者に完全に伝達するために提供されている。図面を通じて、同じ参照符号は同じ要素を指す。当業者であれば理解するように、本発明は、システム（装置）、方法又はコンピュータ・プログラム製品として実現することが可能である。
【００７０】
本明細書において記述する本発明の実施の形態は、機械的に調整された釣り合い梁などを必要としない単一の実質的に直線状の導管を使用するコリオリ質量流量計に関する。本発明は、そのような応用分野において特に有利であり得る。しかし、当業者なら理解するように、本発明は、機械式釣り合い梁を含む従来の湾曲管構造及び直管構造を含む他の形式の流量計構造と共に使用することができる。
【００７１】
当業者は理解するように、本発明は、装置及び／又は方法及び／又はコンピュータ・プログラム製品として実現することが可能である。本発明は、ハードウェアにおいて、また、ハードウェア態様とソフトウェア態様との組合せで、実施することが可能である。さらに、本発明は、媒体に具現されたコンピュータ使用可能プログラム・コードを有するコンピュータ使用可能記憶媒体を含むコンピュータ・プログラム製品の形態を取ることも可能である。半導体メモリ素子（ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭなど）、ハードディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、光記憶装置及び磁気記憶装置を含む任意の適切なコンピュータ読取り可能媒体を使用することが可能である。
【００７２】
本発明の動作を実施するためのコンピュータ・プログラム・コードは、ジャバ（登録商標）又はＣ＋＋などのオブジェクト指向プログラミング言語、及び／又は「Ｃ」などの手順プログラミング言語で書くことが可能である。プログラム・コードは、マイクロコントローラ、マイクロプロセッサ、もしくはデジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）などの単一のコンピュータ又はデータ処理装置上で実行することができ、又は、電子回路ボード、シャーシ若しくは組立て品の内部にある直列又は並列のデータバスを介して通信する、或いはローカル・エリア・ネットワーク（ＬＡＮ）、ワイド・エリア・ネットワーク（ＷＡＮ）、インターネットなどのデータ通信網の一部を形成する複数のデータ処理装置などの複数の装置上で実行することができる。
【００７３】
以下、本発明について、本発明の実施の形態による方法、装置（システム）及びコンピュータ・プログラム製品のフローチャート図及び／又はブロック図を参照して記述する。理解されるように、フローチャート図及び／又はブロック図のブロック、並びにフローチャート図及び／又はブロック図でのブロックの組合せは、コンピュータ・プログラム・コード（命令）によって実施され得る。これらのコンピュータ・プログラム・コードは、マシンを作るために汎用コンピュータ、専用コンピュータ又は他のプログラム可能データ処理装置のプロセッサに提供され、それにより、コンピュータ又は他のプログラム可能データ処理装置のプロセッサを介して実行される命令は、フローチャート及び／又はブロック図の１つ又は複数のブロックにおいて指定された機能を実施する手段を創出する。これらのコンピュータ・プログラム製品は、コンピュータ又は他のプログラム可能データ処理装置に特定の方式で機能するように命令することができるコンピュータ読取り可能記憶媒体（磁気ディスク、半導体メモリ、コード磁気メモリなど）において実現することも可能であり、それにより、コンピュータ読取り可能メモリに記憶されているコンピュータ・プログラムは、フローチャート及び／又はブロック図の１つ又は複数のブロックにおいて指定された機能を実施する命令手段を含む１つの製品を生成する。一連の動作ステップをコンピュータ又は他のプログラム可能装置上で実施させてコンピュータ実施プロセスを生成するために、コンピュータ・プログラム・コードをコンピュータ又は他のプログラム可能データ処理装置にロードすることも可能であり、それにより、コンピュータ又は他のプログラム可能装置上で実行されるコードは、フローチャート及び／又はブロック図の１つ又は複数のブロックにおいて指定された機能を実施するステップを提供する。
【００７４】
概観
以下の議論は、本発明の実施の形態による装置、方法及びコンピュータ・プログラム製品をサポートする基本的・理論的な記述を提供する。理解されるように、本発明の範囲はこの理論的な説明に限定されるものではない。たとえば、以下の議論は計算動作を記述する。これらの動作は、本発明の理解を容易にするために、特定のシーケンス及び構成で提示されているが、理解されるように、計算動作は本発明の範囲内において並べ直したり、異なる方式で組み合わせたり、修正したりすることが可能である。したがって、さらに理解されるように、本発明は、一般に、本明細書において記述する特定の計算動作だけでなく、等価な動作も含む。
【００７５】
典型的なコリオリ質量流量計は、たとえばパイプラインなどから材料を受け取るようになされた直線状、湾曲状又は他の構成を有する導管を含む。導管は、典型的には、コイル型の駆動装置などの１つ又は複数の作動装置を使用して励振（振動）される。コイル型の速度センサ又は変位センサなどの運動変換器が典型的には導管に取り付けられ、材料が導管を流れる際の導管の運動を表す信号を生成する。これらの運動信号は、典型的には、位相差又は時間差（「Δｔ」）の測定値などの、導管の間隔をおいた位置の相対運動の測定値を生成するために処理され、この測定値を使用して質量流量が推定される。
【００７６】
流量センサ「システム」が正弦波によって駆動され、次の励振変化の前に定常状態に到達した場合、システムの行動は周波数応答によって記述することができる。一般に、直管型コリオリ質量流量計は典型的には直管状導管の第１曲げモードの共振周波数又はその近傍にある駆動周波数において駆動されるので、駆動周波数のみにおける周波数応答を考慮することに限定することによって、さらに簡単化され得る。駆動周波数において、振動システムは、行列式
【００７７】
【数１】
2010019847.tif 000003
【００７８】
として周波数領域において表される。なお、ｆｋは、導管の位置に加えられた周期的励振（力など）を表す励振フェーザー（excitation phasor）のベクトルであり、ｖｋ＋１は、励振に応答した導管の位置における導管の運動（速度など）を表す応答フェーザー（response phasor）のベクトルであり、Ｈは周波数応答行列である。たとえば、正弦波駆動信号を励振フェーザー・ベクトルｆｋから合成し、該信号を力をセンサ導管に加える作動装置に印加することができ、システムが安定した後、加えられた力に応答して生成された運動信号を処理して応答フェーザー・ベクトルｖｋ＋１を生成し得る。周波数応答行列Ｈは、駆動周波数におけるシステムの周波数応答の「スライス」と見なし得る。
【００７９】
応答フェーザー・ベクトルｖｋ＋１を目標応答フェーザー・ベクトルｖＴに近付けさせる励振フェーザー・ベクトルｆｋは、式
【００８０】
【数２】
2010019847.tif 000004
【００８１】
の解として決定される。式（２）の解
【００８２】
【数３】
2010019847.tif 000005
【００８３】
は、
【００８４】
【数４】
2010019847.tif 000006
【００８５】
を使用して計算することができる。周波数応答行列Ｈが正方行列であってフル・ランクである場合、式（３）の解は実行可能である。
コリオリ質量流量計は一般に著しく時間変化する。すなわち、流体密度、流体若しくは周囲の温度、取付け又は他の要因と共に変化するシステム周波数応答を有する。しかし、周波数応答が時間不変であると仮定することができる程度に周波数応答Ｈのそのような変化が些少であると想定し、ある所与の時間に周波数応答Ｈ０を測定し、この測定された周波数応答Ｈ０を使用して励振ベクトルを計算することができる。すなわち、
【００８６】
【数５】
2010019847.tif 000007
【００８７】
となる。Ｈ０を使用して励振フェーザー・ベクトルｆｋを計算することにより、設定点ｖＴからの応答ベクトルｖの偏差を得ることができる。しかし、実際の周波数応答と想定したＳ周波数応答Ｈ０との差が小さいと、推定された応答に大きな偏差が生じる。
【００８８】
時間不変の周波数応答を仮定する別の方法は、近似Ｈ０と実際の周波数応答との一層良好な一致を維持するように、周波数応答推定Ｈ０を連続的に更新することである。たとえば、式（４）を反復して解く。この反復解を求めるために、まず、エラー・ベクトルｅのノルムＬを形成する。このとき、
【００８９】
【数６】
2010019847.tif 000008
【００９０】
が成り立つ。ノルムＬは、エラー・ベクトルｅの共役転置とエラー・ベクトルｅ自体とのベクトル積である。これは、複素数の励振フェーザー・ベクトルｆの実数の負ではないスカラー値の関数である。これはｆの式（４）の解に対する近さの尺度である。最適化問題、すなわち、
【００９１】
【数７】
2010019847.tif 000009
【００９２】
を解くことは、式（４）の解が存在する場合、式（４）を解くことと等価であると見なされる。
この二次最適化問題は勾配降下反復技法で解くことができる。励振フェーザー・ベクトルの初期推定値（推測値）ｆｋを使用して、
【００９３】
【数８】
2010019847.tif 000010
【００９４】
によって励振フェーザー・ベクトルの新しい推定値ｆｋ＋１を生成することができる。推定値｛ｆｋ，ｆｋ＋１，ｆｋ＋２，・・・｝の数列は、ｆに関するＬの勾配▽ｆに沿って段階的に変わる。勾配▽ｆは、Ｌ面上でのｆの最も急激な増大の方向である。複素ベクトルの議論では、勾配▽ｆは
【００９５】
【数９】
2010019847.tif 000011
【００９６】
として定義される。目的関数Ｌを展開して
【００９７】
【数１０】
2010019847.tif 000012
【００９８】
を得、勾配▽ｆを評価すると、
【００９９】
【数１１】
2010019847.tif 000013
【０１００】
を得る。
勾配▽ｆは、現励振ベクトルの推測値ｆｋにおいて評価される。式（１１）においてｆをｆｋで置き換えて、式（８）に代入すると、
【０１０１】
【数１２】
2010019847.tif 000014
【０１０２】
が求まる。数列｛ｆｋ，ｆｋ＋１，ｆｋ＋２，・・・｝が収束するならば、ｋ→∞につれて、
【０１０３】
【数１３】
2010019847.tif 000015
【０１０４】
が成り立つ。ｋ→∞の際の数列｛ｆｋ，ｆｋ＋１，ｆｋ＋２，・・・｝の限界値は、式（４）の解と見され得る。式（１２）はμ及びＨ０の値に依存して収束又は発散し得る。
式（１２）の安定性に対する簡単なテストが存在する。式（１２）を標準的な形態に再構成すると、
【０１０５】
【数１４】
2010019847.tif 000016
【０１０６】
を得る。行列の固有値、すなわち
【０１０７】
【数１５】
2010019847.tif 000017
【０１０８】
の全てが複素平面上の単位円の内部にある場合、反復は一般に安定であり、数列｛ｆｋ，ｆｋ＋１，ｆｋ＋２，・・・｝は収束して、限界において式（４）の解を生成する。
反復が安定ではあるが極めて緩慢に収束する場合には、解は限られた値となり得る。反復ステップのサイズμはユーザによって設定され得る自由パラメータであり、その選択は一般に反復の収束速度に影響する。μが最適収束速度に対して選択された場合、収束速度は、
【０１０９】
【数１６】
2010019847.tif 000018
【０１１０】
によって制限される。ただし、ｒは、行列
【０１１１】
【数１７】
2010019847.tif 000019
【０１１２】
の条件数である。条件数は行列の最大固有値と最小固有値との比である。すなわち、
【０１１３】
【数１８】
2010019847.tif 000020
【０１１４】
が成り立つ。
もし
【０１１５】
【数１９】
2010019847.tif 000021
【０１１６】
の固有値の広がりが大きい場合、収束は一般に緩慢である。比が１に近い場合、収束は一般に一層迅速である。たとえば、ｒ＝１．１の場合、式（１６）によって、目的関数Ｌは反復の各ステップにおいて少なくとも１／４４１だけ低減される。
【０１１７】
システムによっては、
【０１１８】
【数２０】
2010019847.tif 000022
【０１１９】
の条件数は大きく、その結果、式（１４）の収束は緩慢となる。収束速度を上げるために、式（５）における元のエラー・ベクトルに重み付け行列Ｐを乗算すると、
【０１２０】
【数２１】
2010019847.tif 000023
【０１２１】
となる。重み付けエラーのノルムを最小にしても、式（４）の正しい解が依然として生成される。しかし、重み付け行列Ｐの選択は、反復の安定性及び収束速度を低下させることができる。
【０１２２】
重み付けられたエラー・ベクトルを使用すると、式（１４）の反復は、
【０１２３】
【数２２】
2010019847.tif 000024
【０１２４】
となる。ここで、行列
【０１２５】
【数２３】
2010019847.tif 000025
【０１２６】
の固有値の広がりによって、収束速度が決定される。重み付け行列Ｐの望ましい選択は、
【０１２７】
【数２４】
2010019847.tif 000026
【０１２８】
である。式（２１）を式（１９）に代入すると、
【０１２９】
【数２５】
2010019847.tif 000027
【０１３０】
を得る。Ｐのこの選択が望ましいのは、全ての次元に沿って迅速な収束へ導くことができるからである。実際、μ＝１である場合、収束は単一のステップで生じ得る。
収束特性が改良されても、励振を識別する問題は依然としてモデリング・エラーに敏感であり得る。特に、推定された周波数応答が不正確である場合、励振
【０１３１】
【数２６】
2010019847.tif 000028
【０１３２】
を実際のシステムに適用すると、設定点に整合しない、すなわち
【０１３３】
【数２７】
2010019847.tif 000029
【０１３４】
の応答を生じ得る。
式（１２）は、
【０１３５】
【数２８】
2010019847.tif 000030
【０１３６】
のように再構成することができる。励振フェーザー・ベクトルｆｋがステップｋにおいて実際のシステムに適用されると、
【０１３７】
【数２９】
2010019847.tif 000031
【０１３８】
が成り立ち、ｖｋ＋１をステップｋ＋１において測定することができる。モデリング・エラーが小さい、すなわち
【０１３９】
【数３０】
2010019847.tif 000032
【０１４０】
と仮定して、式（２４）を式（２３）に代入すると、励振パターンの反復は
【０１４１】
【数３１】
2010019847.tif 000033
【０１４２】
となる。ただし、括弧内の項は、ステップｋ＋１における所望の応答からの測定システム応答の偏差である。式（２５）によって表された反復プロセスが収束する場合、励振パターンは、周波数応答モデルＨ０が完全には正確でないとしても、測定された応答ｖｋ＋１が所望の応答ｖＴに近付くようになされる。
【０１４３】
エラー・ベクトルを行列Ｐによって重み付けすることにより、式（２３）は
【０１４４】
【数３２】
2010019847.tif 000034
【０１４５】
となり、式（２５）は
【０１４６】
【数３３】
2010019847.tif 000035
【０１４７】
となる。式（２１）を使用して
【０１４８】
【数３４】
2010019847.tif 000036
【０１４９】
と設定すると、
【０１５０】
【数３５】
2010019847.tif 000037
【０１５１】
が成り立つ。式（２４）を用いて収束を検査するよう再構成すると、
【０１５２】
【数３６】
2010019847.tif 000038
【０１５３】
が求まる。この反復は、
【０１５４】
【数３７】
2010019847.tif 000039
【０１５５】
の固有値が単位円の内部に含まれるならば安定である。反復の収束速度は、
【０１５６】
【数３８】
2010019847.tif 000040
【０１５７】
の固有値の広がりによって決定され得る。モデリング・エラーが小さければ小さいほど、近似は良好になり、
【０１５８】
【数３９】
2010019847.tif 000041
【０１５９】
が成り立つ。一般に、近似が良好であればあるほど、固有値の広がりは密になり、収束は迅速に行われる。モデリング・エラーが反復を発散させるのに足るほど大きい場合、式（１６）によって予測された速度よりも小さい収束速度を回復するように、ステップ・サイズμ＜１．０が選択される。
【０１６０】
上述した反復プロセスの収束は、システムの周波数応答モデルが正確であるならば、極めて迅速（例えば、ほんの数ステップ）であり得る。本発明の態様によれば、流体特性又は取付け構造の変化などのシステム変化がある場合、モデリング・エラーを低減するように、センサ導管システムの周波数応答モデルが反復して更新されるとともに、推定された応答ベクトルの所望の応答への望ましい収束が維持される。
【０１６１】
力適応の式（２８）では、新しい力の推定値を計算するために、周波数応答の逆のモデルが使用される。本発明の幾つかの実施の形態によれば、周波数応答モデルの更新は最小２乗推定手順による逆周波数応答Ｑ、すなわち
【０１６２】
【数４０】
2010019847.tif 000042
【０１６３】
の反復的な決定を含む。逆周波数応答Ｑは、行列式
【０１６４】
【数４１】
2010019847.tif 000043
【０１６５】
を解くことによって決定することができる。ただし、Ｑは未知の行列であり、［ｆｋ−Ｎ，・・・，ｆｋ−２，ｆｋ−１，ｆｋ］はＮステップにわたって列方向に積み重ねられた、測定された励振フェーザー・ベクトルであり、［ｖｋ−Ｎ＋１，・・・，ｖｋ−１，ｖｋ，ｖｋ＋１］は、Ｎステップにわたって列方向に積み重ねられた、測定された応答フェーザー・ベクトルである。そこで、
【０１６６】
【数４２】
2010019847.tif 000044
【０１６７】
と定義し、式（３４）を書き直すと、
【０１６８】
【数４３】
2010019847.tif 000045
【０１６９】
を得る。式（３７）の最小２乗解は
【０１７０】
【数４４】
2010019847.tif 000046
【０１７１】
となる。これは、Ｑを一度に１行ずつ考察することによって示すことができる。エラー行ベクトル
【０１７２】
【数４５】
2010019847.tif 000047
【０１７３】
を形成すると、２乗されたエラーは、ｑｉに関して
【０１７４】
【数４６】
2010019847.tif 000048
【０１７５】
の勾配▽ｑｉがゼロのとき、すなわち
【０１７６】
【数４７】
2010019847.tif 000049
【０１７７】
のとき最小である。式（４１）における添字ｉに関して行を積み重ねると、式（３８）が求まる。行列ＶＶＨは解が存在するようにフル・ランクでなければならない。これは、システム逆モデルを計算するのに十分なデータが収集される前に必要とされるステップの最小数Ｎに対する制約である。
【０１７８】
式（３８）はＱを計算するには厄介である。励振データ行列Ｆ及び応答データ行列Ｖは時間と共に線形に成長し、行列の逆は、一般に、実時間で実施するのには望ましくない演算である。初期の励振データ及び応答データを使用して逆周波数応答Ｑを初期推定した後であれば、以前に収集されたデータの全部を必ずしも再処理することなく、新しい励振ベクトル及び応答ベクトルを使用して逆周波数応答Ｑを更新することができる。ステップｋでの逆周波数応答Ｑｋは
【０１７９】
【数４８】
2010019847.tif 000050
【０１８０】
と表される。ステップｋ＋１での逆周波数応答の新しい推定値を生成するために、励振ベクトルｆｋ及び応答ベクトルｖｋ＋１をＦ及びＶにそれぞれ追加する。そうすると、ステップｋ＋１での逆周波数応答Ｑｋ＋１は、
【０１８１】
【数４９】
2010019847.tif 000051
【０１８２】
で表される。式（４３）は、「新しい」逆周波数応答の推定値Ｑｋ＋１を「古い」逆周波数応答の推定値Ｑｋに対する修正として計算することができるように操作され得る。これにより、「古い」励振データ及び応答データ、すなわち、ステップｋ＋１より前のステップでのデータを保存する必要性をなくすことができる。
【０１８３】
表記を簡単にするために、
【０１８４】
【数５０】
2010019847.tif 000052
【０１８５】
と定義する。新しいデータｖｋ＋１をベクトルＶに追加すると、
【０１８６】
【数５１】
2010019847.tif 000053
【０１８７】
となる。式（４４）と（４５）とを組み合わせると、
【０１８８】
【数５２】
2010019847.tif 000054
【０１８９】
が求まり、式（４６）を式（４３）に代入すると、
【０１９０】
【数５３】
2010019847.tif 000055
【０１９１】
を得る。式（４７）を展開すると、
【０１９２】
【数５４】
2010019847.tif 000056
【０１９３】
となる。式（４８）は初期データ行列Ｆ及びＶを含む。第１項ＦＶＨをステップｋ及びステップｋ＋１のみの項の関数として表すために、
【０１９４】
【数５５】
2010019847.tif 000057
【０１９５】
と書くことにする。したがって、式（４４）及び（４６）を用いると、
【０１９６】
【数５６】
2010019847.tif 000058
【０１９７】
となる。式（４５）のＧｋを分離して式（５０）に代入すると、
【０１９８】
【数５７】
2010019847.tif 000059
【０１９９】
となり、式（５１）を展開すると、
【０２００】
【数５８】
2010019847.tif 000060
【０２０１】
となる。式（５２）を式（４８）に代入すると、
【０２０２】
【数５９】
2010019847.tif 000061
【０２０３】
が求まる。
式（５３）は
【０２０４】
【数６０】
2010019847.tif 000062
【０２０５】
のように簡単化できる。式（５４）は、前のステップｋにおいて生成された推定値Ｑｋとステップｋの励振データｆｋ及び応答データｖｋとから、ステップｋ＋１における逆周波数応答の推定値Ｑｋ＋１を生成する再帰プロセスを表す。
【０２０６】
この再帰法を直接使用すると、システム逆モデルを改善することができるが、行列Ｇｋ＋１を反転させるのを回避することは可能である。式（４６）の両辺を反転させると、
【０２０７】
【数６１】
2010019847.tif 000063
【０２０８】
となる。行列反転補助定理を適用すると、
【０２０９】
【数６２】
2010019847.tif 000064
【０２１０】
が求まる。実際には、
【０２１１】
【数６３】
2010019847.tif 000065
【０２１２】
はスカラー量であり、したがって、行列の逆は、スカラー量の除算に帰することができ、式（５６）は、
【０２１３】
【数６４】
2010019847.tif 000066
【０２１４】
のように書くことができる。ここで、
【０２１５】
【数６５】
2010019847.tif 000067
【０２１６】
と定義する。式（５７）を書き直すと、
【０２１７】
【数６６】
2010019847.tif 000068
【０２１８】
を得る。式（５４）を書き直すと、
【０２１９】
【数６７】
2010019847.tif 000069
【０２２０】
となる。式（６０）から分かるように、ステップｋ＋１の逆周波数応答の更新された推定値Ｑｋ＋１は、ステップｋについての前の推定値Ｑｋと、ステップｋの励振ｆｋと、励振ｆｋに対する応答ｖｋ＋１と、ステップｋの係数Ｐｋとから生成される。
【０２２１】
本発明の他の態様によれば、重み付けされた再帰最小２乗推定プロセスを用いて、周波数応答を適応的に推定することができる。システム逆モデルの更新の際、忘却係数λ∈（０，１）を導入し、古いデータを現データよりも軽く重み付けすることができる。上述した手順と同様の手順に従うと、
【０２２２】
【数６８】
2010019847.tif 000070
【０２２３】
を得る。忘却係数の典型的な値はλ＝０．９５である。完全な重み付けされた再帰最小２乗推定プロセスは、
【０２２４】
【数６９】
2010019847.tif 000071
【０２２５】
として記述することができる。式（７８）は、更新された励振フェーザー・ベクトルｆｋ＋１の計算のためのＱｋの使用を示しているが、更新された励振フェーザー・ベクトルｆｋ＋１の式において、Ｑｋ、Ｑｋ＋１又はその導関数又はその組合せを使用することができる。シミュレーションは、収束がＱｋ＋１を使用するときの方が迅速であるが、Ｑｋを使用するときの方が安定であることを示している。
【０２２６】
例示的なセンサ装置及び動作
図１は、本発明の実施の形態によるパラメータ・センサ１００を示す。センサ１００は導管１０３を備え、導管１０３は、それを流れる流体などの材料を収容するように構成される。コリオリ型の流量センサと共に通常使用されるコイル型の駆動装置などの複数の作動装置１０６が導管１０３に動作的に関連付けられる。特に、作動装置１０６は、該作動装置１０６に加えられる駆動信号１０９に応答して導管１０３に励振を加えるように動作する。また、複数の運動変換器１０５が導管に動作的に関連付けられ、作動装置１０６によって付与された励振や導管１０３を流れる材料の流れに関連する励振ばかりでなく、取付けやパイプライン接続などの外部源から導管１０３に付与され得る他の励振に応答する導管１０３の運動を表す運動信号１０７を生成する。
【０２２７】
センサ１００は、運動信号１０７を受信し且つ駆動信号１０９を生成するように動作するセンサ電子機器１１０をさらに備える。特に、センサ電子機器１１０は、たとえば式（２８）又は（７８）を参照して上述したような方式で、運動信号１０７から駆動信号１０９を生成するように動作する形状制御回路１１２を備える。説明を明瞭にするために、運動信号１０７からパラメータ推定値を生成するための回路などの、パラメータ・センサ電子機器１１０の他の可能性な構成要素は図示されていない。
【０２２８】
センサ電子機器１１０は幾つかの異なる方式で実現することが可能である。たとえば、センサ電子機器１１０は、センサ１００の他の部分と統合された方式で実装された電子回路を含み得る。代わりに、センサ電子機器１１０の全て又は一部は別々に実装され、及び／又は、プロセス制御回路などの他の電子回路と一体化され得る。理解されるように、一般に、センサ電子機器は、専用ハードウェア、専用計算ハードウェア又は汎用計算ハードウェア上で実行されるソフトウェアもしくはファームウェア、あるいはその組合せを使用して実施することが可能である。
【０２２９】
図２〜４は、本発明の実施の形態による、図１のパラメータ・センサ１００などのパラメータ・センサを制御するための動作を示す。理解されるように、図２〜４の動作は、図１のセンサ電子機器１１０などの電子回路において実施することが可能である。たとえば、図２〜４の動作は、マイクロプロセッサ又は他の計算装置上で実行されるコンピュータ・プログラム・コードを使用して実施され得る。
【０２３０】
図２を参照すると、図１のセンサ導管１０３などのセンサ導管に加えられる第１の励振が、たとえばフェーザー又は力の他の表示の形態で決定される（ブロック２１０）。第１の励振に応答した導管の運動が、導管の運動のフェーザー又は他の表示を生成するために、たとえば、図１の運動信号１０７などの運動信号を処理することによって決定される（ブロック２２０）。次いで、導管に印加される第２の励振が、たとえば式（２８）又は（７８）を参照して上述したように、決定された第１の励振と、導管の所望の運動と、第１の励振に応答した決定された運動と、導管の周波数応答とから決定される（ブロック２３０）。次いで、決定された第２の励振が導管に加えられる（ブロック２４０）。
【０２３１】
特に、図３に示す本発明の実施の形態によれば、センサ導管の制御を反復プロセスとして実施することが可能である。そのようなプロセスによる動作３００は、センサ導管に印加される励振を決定することを含む（ブロック３１０）。決定された励振に応答した導管の運動が決定され（ブロック３２０）、導管に印加される新しい励振が、決定された励振と、決定された励振に応答した運動と、導管の所望の運動と、導管の周波数応答とから決定される（ブロック３３０）。次いで、この新しく決定された励振が導管に印加され（ブロック３４０）、新たに印加された励振に応答した運動が決定され、導管に加えられる他の励振を決定する際に使用される（ブロック３２０〜３４０）。所望の収束条件が存在するならば、これらの動作（ブロック３２０〜３４０）の反復により、上述したように、導管の実際の運動を所望の運動に近付けさせる。
【０２３２】
図４に示す本発明の実施の形態の動作４００によれば、式（７８）を参照して記述されたように、運動制御動作と関連して周波数応答を適応的に生成することにより、性能の改善を達成することが可能である。周波数応答推定値（たとえば、ステップｋの推定された逆周波数応答Ｑｋ）が決定される（ブロック４１０）。励振に応答した導管の運動と導管に印加される励振とが決定される（ブロック４２０、４３０）。新しい周波数応答推定値（たとえば、ステップｋ＋１の逆周波数応答推定値Ｑｋ＋１）が、以前に生成された周波数応答推定値と、決定された励振と、決定された励振に応答して決定された運動とから生成される（ブロック４４０）。導管に加えられる新しい励振が、以前に決定された励振と、以前に決定された励振に応答して決定された運動と、導管の所望の運動と、新しく生成された推定された周波数応答及び／又は以前に生成された推定された周波数応答とから決定される（ブロック４５０）。この励振は導管に加えられ（ブロック４６０）、動作は、（好ましい収束条件を仮定して）所望の運動になるよう導管の運動を駆動するために、反復的に進行される（ブロック４７０、４３０〜４６０）。
【０２３３】
図５は、本発明の実施の形態によるパラメータ・センサ５００の構成要素を示す。パラメータ・センサ５００は、材料を収容するように構成された導管５０３を備える。作動装置５０６及び運動変換器５０５が導管５０３に動作的に関連付けられる。制御装置回路５１０は、集積回路メモリ、磁気メモリ媒体、光記憶媒体などの記憶媒体と共に、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）又は他の計算装置などのプロセッサ５３０を備える。アナログ・デジタル（Ａ／Ｄ）変換及び信号処理回路５４０は、運動変換器５０５によって生成された運動信号５０７を処理して、プロセッサ５３０によって処理するための適切なデジタル形態にする。理解されるように、回路５４０は、たとえば、増幅器、エイリアス除去フィルタ及び／又は他の信号処理回路を備え得る。デジタル・アナログ（Ｄ／Ａ）及び信号処理回路５２０は、プロセッサ５３０によって生成されたデジタル信号から、作動装置５０６を駆動するための適切なアナログ駆動信号５０９を生成する。理解されるように、回路５２０は、たとえば、再構成フィルタ、電力増幅器及び／又は他の信号処理回路を備え得る。
【０２３４】
プロセッサ５３０は、応答フェーザー決定装置回路５３１と、減算回路５３２と、励振フェーザー決定装置回路５３３と、周波数応答決定装置回路５３５と、駆動信号生成装置回路５３４とを含む駆動制御ループ構成要素を実現する。応答フェーザー決定装置回路５３１は、たとえば、図１０を参照して以下で記述する復調によって、周期的基準信号５３７を使用してＡ／Ｄ回路５４０によって生成されるデジタル信号から、回路の周期的運動を表す応答フェーザー・ベクトルｖを生成するように動作する。
【０２３５】
減算回路５３２は、応答フェーザー・ベクトルｖから基準応答フェーザー・ベクトルｖτを減算してエラー・ベクトルを決定するが、このエラー・ベクトルは励振フェーザー決定装置回路５３３に伝達される。励振フェーザー決定装置回路５３３は、周波数応答推定値Ｑに基づいてエラー・ベクトルから励振ベクトルｆを生成する。周波数応答決定装置回路５３５は、応答フェーザー決定装置回路５３１によって生成された応答ベクトルｖと、励振ベクトル決定装置回路５３３によって生成された励振ベクトルｆとから、適応的に周波数応答推定値を生成する。駆動信号生成装置回路５３４は、たとえば図９を参照して以下で記述する変調によって、基準信号５３７にしたがって、決定された励振ｆからデジタル駆動信号を生成する。
【０２３６】
理解されるように、制御装置５１０は幾つかの異なるタイプの電子回路を使用して実現することが可能である。たとえば、上述したように、制御装置５１０の構成要素の多くはマイクロプロセッサ又は他の高度に集積された計算装置において実現することが可能であり、応答フェーザー決定装置５３１、励振フェーザー決定装置５３３などの構成要素は、計算装置上で実行されるように構成された１つ又は複数のソフトウェア（又はファームウェア）ルーチン、オブジェクト、又は他のモジュラ構成体の形態で実現される。たとえば、これらの構成要素は、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、ＤＳＰ又は他のデータ処理回路上で実行されるように構成され、マスワークス社（マサチューセッツ州ナティック）によって提供されるシムリンク（Ｓｉｍｕｌｉｎｋ）（登録商標）及びリアルタイム・ワークショップ（Ｒｅａｌ−Ｔｉｍｅ  Ｗｏｒｋｓｈｏｐ）（登録商標）の製品などのシミュレーション及び実時間信号処理設計ソフトウェアを使用して生成されたプログラム・コードとして実現することが可能である。しかし、理解されるように、これらの構成要素の機能は、個別のデジタル・ハードウェアにおいて、又はアナログ（連続領域）で等価な処理機能を実施するアナログ回路において実現することが可能である。更に理解されるように、プロセッサ５３０及び変換器回路５２０、５４０の機能は、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）など、１つ又は複数の装置において一体化され得る。理解されるように、制御装置５１０の構成要素は、一般に、専用ハードウェア、専用もしくは汎用の計算装置上で実行されるソフトウェアもしくはファームウェア、又はその組合せを使用して実現することが可能であり、また、制御装置５１０の機能は、作動装置５０６及び変換器５０５の近傍に配置されるように構成された電子機器パッケージなどの単一のユニットにおいて一体化され、あるいは、遠隔プロセス制御機器などの遠隔に配置された機器に配置され得る。
【０２３７】
図９は、図５の作動装置５０６などの作動装置を駆動するために使用され得る励振信号９４５を生成する回路９００の例示的な実施態様を示す。励振フェーザー・ベクトル信号ｆが実数成分及び虚数成分決定装置回路９１０に加えられ、この実数成分及び虚数成分決定回路９１０はフェーザー・ベクトル信号ｆの実数成分を表す第１の信号Ｒｅ｛ｆ｝と虚数成分を表す第２の信号Ｉｍ｛ｆ｝とを生成する。実数成分信号Ｒｅ｛ｆ｝及び虚数成分信号Ｉｍ｛ｆ｝はそれぞれの乗算器回路９２０、９３０に印加され、Ｒｅ｛ｆ｝はＩ正弦波基準信号ＲｅｆＩと、Ｉｍ｛ｆ｝はＱ（直角位相）正弦波基準信号ＲｅｆＱと乗算される。乗算器回路９２０、９３０によって生成された信号９２５、９３５は加算回路９４０によって加算され、励振信号９４５を生成する。
【０２３８】
ここで図１０を参照すると、応答フェーザー・ベクトル信号ｖを生成するための回路１０００は、第１のヒルベルト変換器回路１０１０及び第２のヒルベルト変換器回路１０２０を備え、回路１０１０は、たとえば図５の変換器回路５４０によって生成された運動信号を処理し、回路１０２０は、図９のＩ基準信号ＲｅｆＩなどの正弦波基準信号を処理する。運動信号から導出された信号１０１５は、除算装置回路１０３０において、基準信号から導出された信号１０２５によって除算される。次いで、除算装置回路１０３０の出力１０３５は低域通過フィルタ１０４０によってフィルタリングされて応答フェーザー信号ｖを生成する。
【０２３９】
理解されるように、図９の回路９００及び図１０の回路１０００は幾つかの異なる方式で実現することが可能である。たとえば、回路９００、１０００の様々な機能ブロックは、前述したシムリンク（登録商標）のシミュレーション環境において標準的な及び／又は特注の信号処理モデルから構築され、次いで、回路９００、１０００の機能ブロックの機能の動作を実施するように構成された実行可能コードを生成するよう、上述のリアルタイム・ワークショップ（登録商標）ソフトウェアを使用して処理される。
【０２４０】
図６はパラメータ・センサ６００を示しており、本発明の実施の形態にしたがって形状制御をパラメータ（質量流量など）推定値とどのように一体化するかを示している。パラメータ・センサ６００は、材料を収容するように構成された導管６０３と、動作的に関連付けられた作動装置６０６及び運動変換器６０５とを備える。変換器６０５によって生成された運動信号６０７はセンサ電子機器６１０に伝達される。センサ電子機器６１０は、運動信号６０７の全て又は幾つかを受信するように構成され且つそれらの運動信号からプロセス・パラメータの推定値を生成するように動作するパラメータ推定装置回路６１２を備える。たとえば、パラメータ推定装置回路６１２は、従来のやり方で導出された校正係数、又は、本願と同時に出願され且つ参照によって完全に本明細書に組み込まれる「材料収容導管の正規モード動的特性を用いた、質量流量校正係数を生成するための装置、方法及びコンピュータ・プログラム製品」という名称の、ノーメンの米国特許出願第０９／９４１，４６２号明細書に記載されたモード推定技術を使用して導出された校正係数を使用して、運動信号６０７間の時間差又は位相関係から質量流量推定値を生成する質量流量推定装置回路を備え得る。また、センサ電子機器６１０は形状制御回路６１４を備え、形状制御回路６１４は、式（２８）及び（７８）を参照して上述したように、本発明にしたがって形状制御技術を使用して運動信号６０７から駆動信号６０９を生成するように動作する。
【０２４１】
理解されるように、図６のセンサ６００のアーキテクチャは様々な異なるセンサ構成に適用可能である。たとえば、図６のアーキテクチャは、直管構成及び湾曲管構成を含む広範な導管の構成に適用可能である。また、図６のアーキテクチャは、導管６０３、作動装置６０６、変換器６０５及び電子機器６１０の様々な異なる構成に適用可能である。たとえば、図６のアーキテクチャは、導管６０３、作動装置６０６、変換器６０５及び電子機器６１０がパイプライン又は他の材料運搬インフラストラクチャにおいて接続されるよう設計された一体型ユニットに組み合わされた従来のコリオリ質量流量計の構成に適用可能である。しかし、理解されるように、図６のアーキテクチャは、「クランプオン」構成などを含む他の構成にも関係し、クランプオン構成においては、パイプ又は他の導管の既存の区画がセンサ導管６０３として使用され、作動装置６０６、変換器６０５及び電子機器６１０はパラメータ・センサを形成するように既存のパイプラインに取り付けられ又は組み合わされる。
【０２４２】
図７は、本発明の実施の形態に係る例示的な直管型のセンサ７００を示す。センサ７００は材料を収容するように構成された導管７０３を備える。導管７０３はケース７０４によって囲まれ且つそれに取り付けられ、第１のフランジ及び第２のフランジ７０２においてパイプに取り付けられるように構成される。相対作動装置７０６Ａが導管７０３とケース７０４との間に配置され、ケース７０４に対する導管７０３の運動を誘起するように動作する。相対運動変換器７０５Ａは、ケース７０４に関する導管７０３の相対運動を感知するように動作する。音声コイル型の慣性作動装置などの第１の慣性作動装置及び第２の慣性作動装置が、フランジ７０２の近傍でケース７０４と組み合わされるように配置される。ケース７０４がフランジ７０２の近傍において導管７０３と堅く連結されているとすると、慣性作動装置７０６はフランジ７０３の近傍で導管７０３に力を加えるように動作する。第１の慣性運動変換器及び第２の慣性運動変換器７０６Ｂは、フランジ７０２の近傍におけるケース７０４の、したがって導管７０３の運動を測定するように動作する。
【０２４３】
運動変換器７０５Ａ、７０５Ｂは運動信号７０７を生成し、センサ電子機器７１０に伝達する。相対運動変換器７０５Ａによって生成された運動信号などの運動信号７０７の全て又は幾つかは質量流量推定装置回路などのパラメータ推定装置回路７１２によって受信され、この回路７１２は受信した運動信号を処理して質量流量などのプロセス・パラメータの推定値を生成する。
【０２４４】
運動信号７０７の全て又は幾つかは形状制御回路７１４によって受信され、回路７１４は受信した運動信号を処理して作動装置７０６Ａ、７０６Ｂの駆動信号を生成する。たとえば、形状制御回路７１４は、導管７０３が第１曲げモードでの所定の周波数において振動してフランジ７０２の近傍の運動がほぼゼロの速度に規制されるよう、導管７０３を駆動するように動作する。そのように規制された運動を使用して、パラメータ推定装置回路７１２によって生成されるパラメータ推定値の精度を下げ得る偏りの影響を最小限に抑えることができる。たとえば、上述した「材料収容導管の正規モード動的特性を用いた、質量流量校正係数を生成するための装置、方法及びコンピュータ・プログラム製品」という名称の特許出願第０９／９４１，４６２号に記載されているように、そのような規制された運動は、正規モードに対して仮定された境界条件に関して予測される校正係数を用いるパラメータ・センサには特に望ましい。
【０２４５】
図８は、本発明の実施の形態による例示的なパラメータ・センサの動作８００を示す。センサ導管は、一連の励振を反復的に決定して導管に加えることによって、及び、励振に応答した運動を決定することによって励振される。この場合、各励振は、以前に加えられた励振と、以前に加えられた励振に対する応答（たとえば、応答設定点フェーザー・ベクトル）と、導管システムの周波数応答とから決定される（ブロック８１０）。周波数応答は、たとえば式（２８）を参照して上述したように一定であると仮定され、又は、たとえば式（７８）を参照して上述したように適応的に決定される。励振される導管の運動を表す運動信号が処理されて質量流量推定値などのプロセス・パラメータ推定値が生成される（ブロック８２０）。図７を参照して上で議論したように、パラメータ推定値は、励振が導管の周期的運動を所定のパターンに規制する場合（たとえば、第１曲げモードなどの導管の実際の正規モードに対する所定の境界条件に規制する場合）に精度の改善を達成する技術を含む幾つかの異なる技術を使用して生成される。
【０２４６】
図７のセンサ７００のような直管型センサに対する行動シミュレーションを、周波数応答モデルの適応的更新をする場合としない場合とについて実施した。特に、これらの手順の収束が、表１にまとめたように、質量流量計の典型的な動作範囲にわたる流れ及び取付け条件の組について調査された。
【０２４７】
【表１】
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【０２４８】
表１では、励振ベクトルの初期推測値は、ステップｋ＝０において
【０２４９】
【数７０】
2010019847.tif 000073
【０２５０】
であり、応答設定点は
【０２５１】
【数７１】
2010019847.tif 000074
【０２５２】
であって、これは、センサ管が１．０インチ／秒で駆動され、左右のフランジ運動がゼロに駆動されることを意味する。完全収束は
【０２５３】
【数７２】
2010019847.tif 000075
【０２５４】
のときステップｋとして定義された。Ｌのこの減少に到達するために必要な反復ステップの数が表１に記録されている。
表１の第５列は、式（２８）によって上で記述したように、周波数応答の適応的推定のない場合に応答フェーザーが設定点へ収束するステップの数を示している。表１の第６列は、応答フェーザーが式（７８）の手順を使用して設定点へ収束するステップの数を示す。表１から明らかなように、収束は、周波数応答の適応的推定がある場合の方が緩慢である。しかし、温度の「最悪の場合の」条件下での収束は、オンライン・モード適応のある場合の方がオンライン・モード適応のない場合よりも良好であるように見える。
【０２５５】
図及び明細書において本発明の典型的な実施の形態が開示された。特定の用語が使用されているが、それらは、限定のためではなく、一般的且つ説明のためのみに使用されており、本発明の範囲は特許請求の範囲に記述されている。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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