(57)【要約】      （修正有）【課題】複数の流量計間のクロストーク・ノイズを除去する。【解決手段】流量計システム２００は、第１のバージョンの流量計信号を受け取り、流量計信号から流量計データを除去してノイズ信号を残すよう構成されたノイズ・パス・フィルタ２０３と、ノイズ・パス・フィルタ２０３からノイズ信号を受け取り、ノイズ信号のノイズ特性を測定するよう構成されたノイズ定量部２０４と、ノイズ定量部２０４からノイズ特性を受け取り、ノイズ特性に基づいて減衰値を生成するよう構成された減衰調整部２０５と、第２のバージョンの流量計信号を受け取り、減衰調整部２０５から減衰値を受け取るよう構成されたフィルタ・エレメント２０６であって、減衰値に基づいて第２のバージョンの流量計信号を減衰させて、フィルタ処理済みの流量計信号を生成するよう構成されたフィルタ・エレメント２０６とを具備する。【選択図】図２
2010060568.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流量計信号からノイズを除去する方法であって、
前記流量計信号を受け取る段階と、
前記流量計信号が実質的に静止状態である場合、大きな減衰値を前記流量計信号に適用して、フィルタ処理済みの流量計信号を生成する段階と、
前記流量計信号が遷移を経験している場合、小さな減衰値を前記流量計信号に適用して、フィルタ処理済みの流量計信号を生成する段階と、
を備える方法。
【請求項２】
減衰の前に、前記流量計信号を元の値から正規化された値へ正規化する段階と、
減衰段階のフィルタ処理済みの流量計信号を元の流量計信号の振幅へ戻す段階と、
を更に備える、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
第１のバージョンの流量計信号からノイズ信号を除去する段階と、
前記ノイズ信号を測定してノイズ特性を取得する段階と、
前記ノイズ特性から減衰値を決定する段階と、
を更に備え、前記減衰値が、前記流量計信号から前記ノイズ信号を実質的に除去して前記フィルタ処理済みの流量計信号を生成するよう選択される、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
第１のバージョンの前記流量計信号からノイズ信号を実質的に除去する段階と、
前記ノイズ信号を測定してノイズ特性を取得する段階と、
前記流量計信号から前記ノイズ信号を実質的に除去するよう選択された減衰値を前記ノイズ特性から決定する段階と、
第２のバージョンの前記流量計信号と前記フィルタ処理済みの流量計信号との間の誤差値を決定する段階と、
前記誤差値を前記減衰させる段階に与える段階と、
を備え、前記誤差値が減衰値の決定に含まれる、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記ノイズ信号が約０．０２５Ｈｚ〜約１．０Ｈｚの範囲内の周波数を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記ノイズ信号が周期的ノイズを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記ノイズ信号がクロストーク・ノイズを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記流量計信号がコリオリ流量計信号を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記ノイズ特性のゼロ・オフセットを最大流量値で割ってノイズ値を取得する段階と、
前記ノイズ値を所定の静止しきい値と比較する段階と、
前記ノイズ値が前記所定の静止しきい値よりも小さい場合、前記ノイズ値を用いて新たな減衰値を決定する段階と、
前記ノイズ値が前記所定の静止しきい値よりも小さくない場合、現在の減衰値を用いる段階と、
を更に備える、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
流量計信号からノイズを除去する方法であって、
前記流量計信号を受け取る段階と、
第１のバージョンの前記流量計信号から実質的にノイズ信号を除去する段階と、
前記ノイズ信号を測定してノイズ特性を取得する段階と、
前記流量計信号から前記ノイズ信号を実質的に除去するよう選択される減衰値を前記ノイズ特性から決定する段階と、
前記減衰値を用いて第２のバージョンの前記流量計信号から実質的にノイズを減衰させてフィルタ処理済みの流量計信号を生成する段階と、
を備える方法。
【請求項１１】
減衰前に前記流量計信号を元の値から正規化された値へ正規化する段階と、
減衰させる前記段階の前記フィルタ処理済みの流量計信号を元の流量計信号の振幅へ戻す段階と、
を更に備える、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記第２のバージョンの前記流量計信号と前記フィルタ処理済みの流量計信号との間の誤差値を決定する段階と、
前記誤差値を前記減衰値を決定する前記段階に与える段階と、
を備え、前記誤差値が減衰値決定に含まれる、請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
減衰が、
前記流量計信号が実質的に静止状態にある場合、大きな減衰値を前記流量計信号に適用する段階と、
前記流量計信号が遷移を経験している場合、小さな減衰値を前記流量計信号に適用する段階と、
を更に備える、請求項１０に記載の方法。
【請求項１４】
フィルタ処理前に前記第１のバージョンの流量計信号をサンプリングする段階を更に備える、請求項１０に記載の方法。
【請求項１５】
前記ノイズ特性がノイズ振幅とゼロ・オフセットを含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１６】
前記ノイズ信号が約０．０２５Ｈｚ〜約１．０Ｈｚの範囲内の周波数を有する、請求項１０に記載の方法。
【請求項１７】
前記ノイズ信号が周期的ノイズを含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１８】
前記ノイズ信号がクロストーク・ノイズを含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１９】
前記流量計信号がコリオリ流量計信号を含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項２０】
前記ノイズ特性のゼロ・オフセットを最大流量値で割ってノイズ値を取得する段階と、
前記ノイズ値を所定の静止しきい値と比較する段階と、
前記ノイズ値が前記所定の静止しきい値よりの小さい場合、前記ノイズ値を用いて新たな減衰値を決定する段階と、
前記ノイズ値が前記所定の静止しきい値よりの小さくない場合、現在の減衰値を減衰段階に用いる段階と、
を更に備える、請求項１０に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流量計信号からノイズを除去する分野に関係し、特に、クロストーク・ノイズのような周期的ノイズの流量計信号からの除去に関する。
【背景技術】
【０００２】
流量計は流動物質の質量流量、密度その他の情報を測定するのに使用される。流動物質には、液体、気体、液体と気体の混合物、液体中に浮遊する固体、及び、気体と浮遊固体とを含む液体が含まれる。例えば、流動物質は石油及び石油製品の生産及び精製に広く用いられている。流量計は流量の測定により（即ち、流量計を通る質量流量を測定することにより）油井生産量を決定するのに使用することができ、流れの気体成分と液体成分との相対比率を決定するのにさえ使用できる。
【０００３】
生産又は処理の環境においては、同じ処理ラインに接続された、及び／又は１つの流量計の振動が他の流量計に到達するよう取り付けられた複数の流量計を備えるのが普通である。これは流量の測定の効率を上げる結果となるけれども、複数の流量計はクロストーク・ノイズの形で互いに干渉し合う。クロストークは、流量計相互間で、１つの流量計からの流量計信号が他の流量計の流量計信号に影響して悪化させるときの現象である。流量計環境におけるクロストーク・ノイズは通常は比較的大きく、典型的には１Ｈｚよりも遅い緩慢に動く信号である。クロストーク・ノイズは流量計信号の精度を下げ、極めて大きな表示誤差へ導くことがある。加えて、ノイズは他の要因や他の発生源に起因して生じ得る。
【０００４】
図１は、時間に関して取った流量計出力信号のグラフである。この図は流量計信号が他の流量計から如何に影響されるかを示している。図の期間１０１、１０３は、３個の流量計が出力を生成しており、２つの流量計が１つの流量計の出力にクロストーク・ノイズを生成しているときの流量計信号を示している。期間１０２は、１つの他の流量計のみが活動状態にあるときの流量計信号である。留意されるように、生成されるノイズはグラフ全体を通じて振幅及び周波数が変動する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来技術は、ハイパス・フィルタのような伝統的なフィルタリング技術の使用によってノイズ及びクロストーク・ノイズを処理することを試みた。しかし、クロストーク・ノイズと実際の流量計データとの間の周波数差が比較的小さいことに起因して、及び、流量計によって出力されるデータ信号の周波数が低いことに起因して、流量計データを劣化させることなくノイズを除去することは困難であった。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、流量計信号からノイズを除去することにより、上記問題を解決する。
【０００７】
本発明の実施の形態にしたがい、流量計フィルタ・システム（２００）が提供される。流量計フィルタ・システム（２００）は、第１のバージョンの流量計信号を受け取り、該流量計信号から流量計データを除去してノイズ信号を残すよう構成されたノイズ・パス・フィルタ（２０３）を備える。流量計フィルタ・システム（２００）は更に、ノイズ・パス・フィルタ（２０３）からノイズ信号を受け取り、該ノイズ信号のノイズ特性を測定するよう構成されたノイズ定量部（２０４）を備える。更に流量計フィルタ・システム（２００）は、ノイズ定量部（２０４）からノイズ特性を受け取り、ノイズ特性に基づいて減衰値を生成するよう構成された減衰調整部（２０５）を備える。更に流量計フィルタ・システム（２００）は、第２のバージョンの流量計信号を受け取り、減衰調整部（２０５）から減衰値を受け取るよう構成されたフィルタ・エレメント（２０６）であって、減衰値に基づいて第２のバージョンの流量計信号を減衰させて、フィルタ処理済みの流量計信号を生成するよう構成されたフィルタ・エレメント（２０６）を備える。
【０００８】
本発明の実施の形態にしたがって、流量計信号からノイズを除去する方法が提供される。この方法は、流量計信号を受け取る段階と、流量計信号が実質的に静止状態である場合、大きな減衰値を流量計信号に適用して、フィルタ処理済みの流量計信号を生成する段階と、流量計信号が遷移を経験している場合、小さな減衰値を流量計信号に適用して、フィルタ処理済みの流量計信号を生成する段階とを備える。
【０００９】
本発明の実施の形態にしたがって、流量計信号からノイズを除去する方法が提供される。この方法は、流量計信号を受け取る段階と、第１のバージョンの流量計信号から実質的にノイズ信号を除去する段階と、ノイズ信号を測定してノイズ特性を取得する段階と、流量計信号から前記ノイズ信号を実質的に除去するよう選択される減衰値をノイズ特性から決定する段階と、減衰値を用いて第２のバージョンの流量計信号から実質的にノイズを減衰させてフィルタ処理済みの流量計信号を生成する段階とを備える。
【００１０】
本発明の一つの側面は、減衰前に流量計信号を元の値から正規化された値へ正規化する段階と、減衰させる段階のフィルタ処理済みの流量計信号を元の流量計信号の振幅へ戻す段階とを備える。
【００１１】
本発明の他の側面においては、該方法は、第２のバージョンの流量計信号とフィルタ処理済みの流量計信号との間の誤差値を決定して誤差値を減衰値の決定に与え、誤差値は減衰値決定に含まれる。本発明の他の側面においては、ノイズ・パス・フィルタ及びフィルタ・エレメントはデジタル・フィルタを備える。本発明の他の側面においては、ノイズ・パス・フィルタ及びフィルタ・エレメントは有限インパルス応答（ＩＩＲ）デジタル・フィルタを備える。本発明の他の側面においては、ノイズ・パス・フィルタ及びフィルタ・エレメントは二次ＩＩＲデジタル・フィルタを備える。本発明の他の側面においては、減衰調整部はノイズ特性と減衰遅延係数に基づいて減衰値を生成するよう更に構成される。本発明の他の側面においては、流量計信号はコリオリ流量計信号を含む。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、時間に関して取った流量計出力信号のグラフである。
【図２】図２は、本発明の実施の形態に係る流量計フィルタ・システムである。
【図３】図３は、本発明の１つの実施の形態に係るノイズ・パス・フィルタのための大きさ及び位相応答を示す。
【図４】図４は、本発明の他の実施の形態に係る、流量計信号からノイズを除去する方法のフローチャートである。
【図５】図５は、本発明の実施の形態に係る、流量計信号からノイズを除去する方法のフローチャートである。
【図６】図６は、流量計信号からのノイズの減衰除去を示すグラフである。
【図７】図７は、本発明の実施の形態に係る減衰調整部の図である。
【図８】図８は、本発明の実施の形態に係る流量計フィルタ・システムにおいて実現され得る種々の減衰値のグラフである。
【図９】図９は、本発明の実施の形態に係る減衰値の徐々の変化を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図２〜図９及び以後の記述は、本発明の最良の形態を如何に製造し使用するかを当業者に教示するための、本発明の特定の例を示している。発明原理を教示するために、本発明の発明的特徴の中には簡単化されたり省略されたりするものがある。当業者はこれらの例の本発明の範囲内に入る変形を理解するであろう。また、当業者は、以下に記述する特徴が種々に組み合わされて発明の複数の変形を形成することを理解する。その結果、本発明は以下に記述する特定の例に限定されるものではなく、請求項及びその等価のものによってのみ限定される。
【００１４】
流量計フィルタ・システム・・・図２
図２は、本発明の実施の形態に係る流量計フィルタ・システム２００である。流量計フィルタ・システム２００は１つ以上の流量計から流量計信号を受け取り、流量計信号におけるノイズを除去する。流量計は、コリオリ流量計、タービン流量計、磁気流量計等を含む任意の形式の流量計を含む。図示の実施の形態に係る流量計フィルタ・システム２００はノーマライザ２０１、スケーラー２０２、ノイズ・パス・フィルタ２０３、ノイズ定量部２０４、減衰調整部２０５、フィルタ・エレメント２０６を備える。理解されるように、他の流量計フィルタ・システム構成を想定することができ、図示の実施の形態は例として提供されている。
【００１５】
ノーマライザ２０１は流量計信号及び最大流量値を受け取り、また、フィルタ・エレメント２０６に接続される出力を有する。ノイズ・パス・フィルタ２０３は流量計信号（即ち、第１のバージョンの流量計信号）を受け取り、また、ノイズ定量部２０４に接続される出力を有する。ノイズ定量部２０４はノイズ・パス・フィルタ２０３の出力を受け取り、また、減衰調整部２０５に接続される最大ノイズ出力及びゼロ・オフセット出力を有する。減衰調整部２０５は最大流量値を受け取り、ノイズ定量部２０４から出力される最大ノイズ出力及びゼロ・オフセット出力を受け取り、フィルタ・エレメント２０６から出力される誤差値を受け取る。減衰調整部２０５は減衰値出力を有する。フィルタ・エレメント２０６は、ノーマライザ２０１から出力される正規化された流量計信号（即ち、第２のバージョンの流量計信号）と、減衰調整部２０５から出力される減衰値を受け取り、ノイズが減衰されたフィルタ処理済みの流量計信号と誤差値を出力する。スケーラー２０２はフィルタ・エレメント２０６から出力されるフィルタ処理済みの流量計信号を受け取り、また最大流量値を受け取って、スケーリングされたフィルタ処理済みの流量計信号を出力する。
【００１６】
動作において、流量計信号は流量計フィルタ・システム２００に入力される。流量計フィルタ・システム２００はノイズのノイズ特性を測定し、ノイズ特性から減衰値を決定してフィルタ・エレメント２０６に入力する。フィルタ・エレメント２０６は減衰値にしたがって流量計信号を減衰させる。典型的には、クロストーク・ノイズのようなノイズは、流量計データ出力よりも周波数／応答時間が短いので、フィルタ・エレメント２０６によって減衰されてしまう。したがって、流量計フィルタ・システム２００は流量計データに実質的に影響することなく又は劣化させることなくノイズを除去する。
【００１７】
クロストーク・ノイズを除去することに加えて、流量計フィルタ・システム２００は物理的移動や振動のような他の発生源からの外部ノイズをも最小にすることができる。例えば、正変位ポンプは測定中の流量に周期的振動を加える。場合によっては、平均流量信号を測定して報告するために周期的ノイズを除去することが有益である。
【００１８】
減衰とは、周波数に基づいて信号の振れの変化を阻止することを意味する。減衰は、ノイズ信号が流量計信号よりも速い速度で変化しているときにノイズ信号を除去するのに使うことができる。したがって、減衰は、流量計信号に重畳されたノイズ信号を除去することができる。減衰値は例えば表から選択することができる。選択はノイズ振幅範囲（後述の表１及びそれに関連する記述を参照されたい）のような１つ以上の入力に基づいて行うことができる。デジタル・フィルタの実施形態においては、減衰値をフィルタ係数で表すことができる。
【００１９】
しかし、流量の変化が発生したときに減衰が流量計信号に悪影響し又は劣化させるのを防ぐために、流量計信号の遷移期間では減衰値が小さいように選択することができる。遷移は流量データにおける比較的大きくて急な変化である。例えば、遷移は、流量計がオンラインで又はオフラインで取られるとき、流量計を通過する流動物質の量がかなり変化するとき、液体流動物質に気体の泡やポケットが存在するとき等に発生し得る。一つの実施の形態においては、流量計フィルタ・システム２００の応答時間は遷移期間には短縮される。したがって、遷移が経過して流量計信号が再び実質的に静止状態になる（安定する）まで、ノイズは小さいレベルで減衰される。流量計信号が静止状態になると、減衰値は増大され得る。したがって、本発明に係る減衰はノイズ信号の大部分又は全部を最適に除去するために動的に制御される。
【００２０】
ノーマライザ２０１は、入力された最大流量値に基づいて、流量計信号を正規化された流量計信号へ変換する。最大流量値は流量計信号の上限であり、流量計の形式又は流動物質の種類等にしたがって設定された校正プロセスによって決定される値であり得る。最大流量値は一定であっても、時間変動して変化するものでもよい。最大流量値を用いて、ノーマライザ２０１は流量信号入力を最大流量値を上回らないよう正規化する。これは、流量計フィルタ・システム２００が任意の形式の流量計及び任意の流量計信号レベルで使用可能であるように、即ち、流量計フィルタ・システム２００が流量計の形式と流動状態から独立であるように行うことができる。一つの実施の形態においては、正規化は式
正規化された流量＝流量計信号／最大流量値        （１）
にしたがって行うことができる。
【００２１】
スケーラー２０２はノーマライザ２０１を補完するものである。スケーラー２０２はフィルタ・エレメント２０６から正規化されたフィルタ処理済み流量計信号を受け取り、該信号を入力された流量計信号と実質的に同じ振幅へ戻す。これはフィルタ処理済み出力に最大流量値を乗算することによってなされる。最大流量値による乗算は、ノーマライザ２０１において流量計信号を最大流量値で割る処理の補完である。
【００２２】
ノイズ・パス・フィルタ２０３は正規化されていない流量計信号（第２のバージョン）を受け取り、ノイズ信号のみを通過させる（即ち、流量計データを阻止する）。ノイズ・パス・フィルタ２０３の目的は、流量計信号に存在する任意のクロストーク・ノイズの大きさを決定することである。ノイズ・パス・フィルタ２０３は、例えばハイパス・フィルタ又はバンドパス・フィルタとして実現される、約０．０２５Ｈｚ〜約１Ｈｚの範囲の周波数を実質的に通過させる任意のフィルタであり得る。一つの実施の形態においては、ノイズ・パス・フィルタ２０３は交流結合フィルタ（即ちアナログ・フィルタ）を備える。他の実施の形態においては、ノイズ・パス・フィルタ２０３は無有限インパルス応答（ＩＩＲ）デジタル・フィルタ（二次ＩＩＲデジタル・フィルタを含む）を備える。
【００２３】
ノイズ・パス・フィルタ２０３は、０．０２５Ｈｚよりも高い周波数に対して１の利得とゼロの位相とを提供するよう選択されたフィルタ係数を有することが好ましい。一つの実施の形態においては、ノイズ・パス・フィルタ２０３は
【００２４】
【数１】
2010060568.tif 000003
【００２５】
によって表される伝達関数を有する。ただし、Ｚ変換変数Ｚ−１は時間（ｔ−１）における過去の出力であり、Ｚ変換変数Ｚ−２は時間（ｔ−２）における過去の出力であり、数値０．９９９３、１．９９８６等はフィルタ係数である。Ｚ変換変数は
Ｚ＝ｅ―ｊω        （３）
を表すために普通は用いられる。
【００２６】
理解されるように、上で与えられた数値のフィルタ係数は例示のために提供される例にすぎず、本発明は上記の値に限定されるものではない。フィルタ係数はフィルタ形式、ノイズを発生するフィルタの数、流動条件、環境条件等にしたがって変動し得る。
【００２７】
ノイズ・パス・フィルタの大きさ及び位相のグラフ・・・図３
図３は、本発明の一つの実施の形態に係るノイズ・パス・フィルタ２０３の振幅応答及び位相応答を示している。ここに示す例においては、周波数は値１に正規化されている。周波数範囲の低い方の端部でのノイズ・パス・フィルタ２０３の応答が主な関心事であるため、デジタル・フィルタの実施の形態においては、入力信号のサンプリング率を調節することによってノイズ・パス・フィルタ２０３の特性を改善することができる。理想的には、ノイズ・パス・フィルタ２０３はノイズ信号成分を減衰させてはならず、０．０２５Ｈｚより高い周波数において０ｄＢの大きさと零度の位相シフトとを持つノイズ成分を出力する。２０Ｈｚのサンプリング率の場合、実際のデジタル・フィルタの実施における０．２０Ｈｚノイズ信号の出力振幅は約−０．２２ｄＢで測定された。５Ｈｚのサンプリング率の場合には、振幅は約０．０４１ｄＢで測定され、かなりの改善を示した。しかしながら、サンプリング率が低くなっていくことのマイナス面は、応答時間の遅れが大きくなることである。したがって、サンプリング率は、校正期間又は動作期間に設定できる調整可能なパラメータである。
【００２８】
再び図２を参照すると、ノイズ定量部２０４はノイズ・パス・フィルタ２０３によって出力されたノイズ信号を測定して、ノイズ信号のノイズ特性を生成する。一つの実施の形態においては、ノイズ定量部２０４はノイズ信号の最大ノイズ・レベルとゼロ・オフセット（即ち、平均ノイズ含有量のゼロからのずれ）とを測定する。ゼロ・オフセット又は平均ノイズ含有量は、ノイズ・パス・フィルタ２０３が実質的に一定な（即ち、静止）状態（図８及びその関連の記述を参照されたい）に落ち着いたかどうかのインジケータとして働く。
【００２９】
一つの実施の形態におけるノイズ定量部２０４はサンプル期間にわたってノイズ・データを累算し、サンプル期間でのノイズ特性を測定する。これは、ノイズを正確に特徴付けるために、及び、ノイズ異常が特徴付けに不当に影響するのを防ぐために行うことができる。最も遅いと予測されるノイズ信号は少なくとも０．０２５Ｈｚ（４０秒の波期間を与える）として規定されるので、少なくとも４０秒のデータを含む平均ノイズ含有量を計算することは重要である。
【００３０】
減衰調整部２０５は流量計信号からノイズを減衰させるのに用いられる減衰値を生成する。減衰調整部２０５の目的は、そのときのノイズ・レベルとそのときの流量変動とに基づいてフィルタ・エレメント２０６の減衰値を適応的に変えることである。減衰調整部２０５はノイズ定量部２０４からのノイズ特性と、最大流量値と、フィルタ・エレメント２０６により生成された誤差値とを入力として受け取る。誤差値は、正規化された流量計信号から如何に完全にノイズが減衰されているかに関するフィードバックを含む。減衰調整部はゼロ・オフセットを最大流量値で割って、ノイズ信号がゼロの周辺に実質的に集中しているかどうかを決定する（即ち、減衰調整部２０５は平均ノイズ含有量が所定の静止状態しきい値よりも小さいかどうかを決定する）。減衰調整部２０５の一つの実施の形態は図７に関係して詳細に検討する。
【００３１】
一つの実施の形態における減衰調整部２０５は入力されたノイズと誤差値を減衰値表への入力として用いて、適切な減衰値を調べる。以下の表Ｉは減衰値表の一つの実施の形態の例である。
【００３２】
【表１】
2010060568.tif 000004
【００３３】
ただし、ＮＣはノイズ・フロアである正規化ノイズ・データ定数であり、ＲＣは所定のスケーリング定数である。所定のスケーリング定数ＲＣはオプションであり、表に対してグローバルなスケーリング変更を行うために含まれ得る。正規化された誤差値はルックアップ・テーブルと比較されて減衰値が決定される。
【００３４】
一つの実施の形態における減衰調整部２０５は、そのときの減衰値から新たな減衰値へ徐々に変化させることができ、減衰値の完全な変化を急激に行うことはない。低速減衰値から高速減衰値への迅速な遷移を許容することは重要であるが、減衰調整部２０５が低速減衰値へ戻る速さを制限することも重要である。新たな減衰値の方が先の減衰値よりも高速である（すなわち、減衰値が小さい）ならば、新たな減衰値はフィルタ・エレメント２０６へ直送される。しかし、新たな減衰値の方が先の減衰値よりも低速である（即ち、減衰値が大きい）ならば、出力される減衰値は新たな減衰値へと緩慢に徐々に変化する（図７及びその関連の記述を参照されたい）。
【００３５】
フィルタ・エレメント２０６は減衰値を受け取り、正規化された流量計信号を減衰させる。一つの実施の形態におけるフィルタ・エレメント２０６は二次フィルタを備える。他の実施に形態においては、フィルタ・エレメント２０６は二次ＩＩＲデジタル・フィルタを含むＩＩＲデジタル・フィルタを備える。アナログ・フィルタに対してデジタル・フィルタを使用する利点は、デジタル・フィルタは動作期間に動的に制御できることである。したがって、流量計信号に影響を与えることなくノイズを最適に除去するために減衰量を変えることができる。一つの実施の形態においては、フィルタ・エレメント２０６は
【００３６】
【数２】
2010060568.tif 000005
【００３７】
の伝達関数を有する二次ＩＩＲデジタル・フィルタを備える。ただし、ｔは時間サンプル値であり、Ｕｔは現在の入力サンプルであり、Ｘｔは現在の入力サンプルＵｔと以前のＸ値Ｘｔ−１とから決定され、Ｙｔは現在の入力サンプルＵｔ、計算された値Ｘｔ及び以前の出力値Ｙｔから決定される。上記のようなデジタル・フィルタは例えばデジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）のような処理システムにおいて実現され得る。
【００３８】
流量計フィルタリング方法・・・図４
図４は、本発明の実施の形態に係る、流量計信号からノイズを除去する方法のフローチャート４００である。ステップ４０１で流量計信号が受信される。流量計信号は、該信号の正規化を含む任意の方法で前処理されてよい。ステップ４０２において、流量計信号が実質的に静止状態にあるならば、この方法はステップ４０３へ分岐し、そうでなければステップ４０４へ分岐する。
【００３９】
ステップ４０３において、流量計信号は実質的に静止状態であるから、大きな減衰値が流量計信号に適用される。流量計信号は比較的ゆっくりと変化しているので、大量の減衰を適用しても流量計信号における流量計データに影響せず、流量計信号のノイズ成分のみが大きな減衰によって減衰される。ステップ４０４においては、流量計信号は値の急速な又は大きな変化を経験しているので、小さな減衰値が流量計信号に適用される。こうして、流量計信号のノイズ成分が実質的に除去されるが、流量計データには影響がない。
【００４０】
流量計フィルタリング方法・・・図５
図５は、本発明の他の実施の形態に係る、流量計信号からノイズを除去する方法のフローチャート５００である。ステップ５０１で流量計信号が受信される。ステップ５０２において、実質的に純粋なノイズ信号を取得するために、流量計データが第１のバージョンの流量計信号から除去される。測定を実行してノイズを特徴付け、流量計信号からノイズを動的に減衰させる。例えば、前述のハイパス・フィルタ又はバンドパス・フィルタによってデータを除去することができる。
【００４１】
ステップ５０３において、ノイズを測定し、それによってノイズ特性を取得する。ノイズ特性は、前述のとおり、最大ノイズ振幅とゼロ・オフセットとを含むことができる。理解されるように、ノイズ特性は動的であって時間に関して変わることができる。例えば、ノイズ特性は他の流量計が処理ラインに接続されてクロストーク・ノイズを生成しているときに普通は変化する。しかし、例えばポンプ環境からの環境ノイズのような他のノイズ発生源も想定される。
【００４２】
ステップ５０４において、そのときのノイズ特性から減衰値が決定される。減衰値は、流量計信号からノイズを実質的に除去するが流量計信号には実質的な影響を与えない減衰量を表す。ステップ５０５において、減衰値と流量計信号とがフィルタ・エレメント２０６に入力され、フィルタ・エレメント２０６は減衰値を用いてノイズを減衰させる。加えて、そのときの減衰値から新たな減衰値へ減衰を徐々に変化させることができる。
【００４３】
減衰効果のグラフ・・・図６
図６は、流量計信号からのノイズの減衰除去を表すグラフである。このグラフは流量計信号６０１とノイズ信号６０２を含む。この図から分かるように、ノイズ信号６０２が減衰されると、流量計信号６０１は矩形波で近似することができる。時間６０５において段状の変化が発生すると、フィルタ・システムの応答時間が急速応答時間フィルタへ変わる。この期間に、フィルタ処理された信号は元の流量計信号に一層よく類似するようになり、最終的にフィルタ・システム２００は大きく減衰された信号へ戻る。
【００４４】
減衰調整部・・・図７
図７は、本発明の実施の形態に係る減衰調整部２０５の図である。この実施の形態における減衰調整部２０５は絶対値ブロック７０１、７０３、積ブロック７０２、７０６、スイッチ・ブロック７０４、７１０、単位遅延ブロック（例えば、１／Ｚ単位遅延ブロック）７０５、７１２、インターフェース７０７、減衰値ブロック７０８、リレーショナル・オペレータ・ブロック７０９及び減衰遅延係数ブロック７１１を備える。減衰調整部２０５は前述のように誤差、最大ノイズ、最大流量及びゼロ・オフセットの入力を含み、減衰値を出力する。
【００４５】
積ブロック７０２はゼロ・オフセットを最大流量値で割ってノイズ値を生成する。ノイズ値は平均ノイズ含有量を表しており、ノイズ信号からゼロまでの距離を示す。このノイズ値が所定の静止しきい値よりも小さいならば、ノイズ・レベルは実質的に静止状態にあると決定され、したがって十分精確なので、減衰値ルックアップ・ブロック７０８で使用される。
【００４６】
絶対値ブロック７０１、７０３はそれぞれの入力の絶対値を取る。絶対値ブロック７０３は正のノイズ値をスイッチ・ブロック７０４へ出力し、絶対値ブロック７０１は正の誤差値をインターフェース７０７へ出力する。
【００４７】
スイッチ・ブロック７０４は最大ノイズ値、ノイズ値、及び単位遅延ブロック７０５によって生成された単位遅延を受け取る。スイッチ・ブロック７０４はノイズ値が最大ノイズ値よりも小さい場合にノイズ値を出力し、そうでなければ最大ノイズ値を出力するように構成されている。加えて、スイッチ・ブロック７０４はノイズ値又は最大ノイズ値を出力していないときに（単位遅延ブロック７０５からの）以前のスイッチ出力を出力することができる。スイッチ・ブロック７０４の出力は単位遅延ブロック７０５及び積ブロック７０６の入力に接続される。
【００４８】
また、積ブロック７０６はノイズ値と最大流量値とを受け取る。積ブロック７０６は最大流量値をノイズ値で割って、正規化されたノイズ値を生成し、インターフェース７０７へ出力する。インターフェース７０７は正規化された誤差信号と正規化されたノイズ値とを減衰値ルックアップ・ブロック７０８へ伝える。一つの実施の形態におけるインターフェース７０７は正規化された誤差信号と正規化されたノイズ信号とを多重化してベクトル・フォーマットを作る。この場合、減衰値ルックアップ・ブロック７０８は単一の入力を受け取る。
【００４９】
減衰値ルックアップ・ブロック７０８は正規化された誤差信号と正規化されたノイズ入力とから減衰値を生成する。一つの実施の形態においては、減衰値ルックアップ・ブロック７０８はテーブル・ルックアップを実施し、図２と関連して先に検討した表１のような減衰値を取得する。減衰値ルックアップ・ブロック７０８はリレーショナル・オペレータ・ブロック７０９に対して減衰値を出力する。
【００５０】
減衰調整部２０５の最終段（即ち、要素７０９〜７１２）は減衰値を変えることができる速度を制御する。リレーショナル・オペレータ・ブロック７０９は減衰値ルックアップ・ブロック７０８から出力された新たな減衰値を、減衰調整部２０５の出力において利用可能な現在の減衰値と比較する。リレーショナル・オペレータ・ブロック７０９は新たな減衰値の方が現在の減衰値よりも小さいかどうかを示すリレーショナル出力を生成する。
【００５１】
スイッチ・ブロック７１０には、新たな減衰値、現在の減衰値及びリレーショナル出力が入力される。スイッチ・ブロック７１０は、リレーショナル出力に依存して、新たな減衰値又は現在の減衰値を選択して出力するよう構成されている。新たな減衰値の方が現在の減衰値よりも小さいとき、スイッチ・ブロック７１０は新たな減衰値を直接に出力に与える。しかし、新たな減衰値の方が現在の減衰値よりも大きい場合には、スイッチ・ブロック７１０は新たな減衰値を減衰値遅延係数７１１及び単位遅延７１２を通過させ、新たな減衰値に遅延係数を乗算することによって減衰値出力を現在の減衰値から新たな減衰値へ徐々に変化させる。減衰値遅延係数７１１に対してスイッチ・ブロック７１０は選択した減衰値を出力する。
【００５２】
減衰値遅延係数７１１は減衰率を規定し、減衰調整部２０５が新たな減衰値へ徐々に変化する速さを制御する。一つの実施の形態における減衰値遅延係数７１１は１よりも僅かに大きい数である。減衰値遅延係数７１１の出力は単位遅延７１２に入力される。
【００５３】
単位遅延７１２は減衰値を所定の遅延期間だけ遅延させる。所定の遅延期間は一定値であってよく、例えば表から取得され得る。単位遅延７１２の出力は減衰調整部２０５の減衰値出力である。したがって、減衰調整部２０５はノイズ特性及び減衰値遅延係数７１１に基づいて減衰値を生成する。
【００５４】
減衰値のグラフ・・・図８
図８は、本発明の実施の形態に係る流量計フィルタ・システム２００において導入することができる種々の減衰値のグラフである。同図は、種々の減衰値に対して、正規化された流量を時間に関して示している。所望の減衰量ばかりでなく所望のノイズ減衰を達成するために必要な期間に基づいて減衰値を選択することができることが分かる。例えば、減衰値１は減衰値２５６よりもずっと速い応答を有する。
【００５５】
減衰値漸変のグラフ・・・図９
図９は、本発明の実施の形態に係る減衰値の徐々の変化を示すグラフである。直線９００は所望の減衰値であるが、曲線９０１は時間とともに徐々に変化している減衰値である。減衰率は、所定に期間にわたって開始点から目標減衰値まで徐々に変化するよう選択することができる。
【００５６】
有利なことに、本発に係る流量計フィルタリングは、クロストーク・ノイズを含むノイズを流量計信号から除去することを可能にする。フィルタリングは流量計信号における流量計データを劣化させることなく達成できる。加えて、フィルタリングは流量計データのデータ遷移に対応する。
【００５７】
本発明が提供する別の利点は大きさである。低周波数用のアナログ・フィルタは、典型的には、物理的に大きなコンポーネントを必要とする。前述の幾つかの実施の形態に係るデジタル・フィルタによる実施は、物理的に小さなコンポーネントによって一層最適なフィルタリングを達成する。実施の形態によっては、流量計フィルタ・システム２００は例えば特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）において実施可能である。
【００５８】
アナログ・フィルタに対するデジタル・フィルタの他の利点は、デジタル・フィルタは動作期間に動的に制御可能であることである。フィルタリングはノイズ条件及び流量条件又はレベルにしたがって動的に制御可能である。したがって、減衰量を、流量計データ信号に影響することなく最適にノイズを除去するよう、変えることができる。これは一定量フィルタリングが実行されるアナログ・フィルタ手法とは対照的である。こうした一定量フィルタリング手法は、データ信号及びノイズ信号が予測可能であり正常動作するときに有効なだけである。
【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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