(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
流量計（５）内を流れる流体物質中の流れ異常を検出するための計測器電子機器（２０）であって、
少なくとも第１のセンサ信号及び第２のセンサ信号を含む前記流体物質の振動応答を受信するためのインターフェイス（２０１）と、
前記インターフェイス（２０１）と通信し、前記インターフェイス（２０１）から前記振動応答を受信し、前記第１のセンサ信号から９０度の位相シフトを生成し、前記第１のセンサ信号と前記９０度の位相シフトとを使用して、瞬時周波数応答を生成し、前記瞬時周波数応答が異常プロファイルの範囲内にある場合に前記振動応答のシフトを検出し、前記検出の結果として異常状態を示し、当該異常状態が、固体異常，異質液体異常，又は、気体異常、を含むように構成された処理システム（２０３）と
を備える計測器電子機器（２０）。
【請求項２】
前記インターフェイス（２０１）は、前記センサ信号を２値化するように構成されたデジタイザを備える、請求項１に記載の計測器電子機器（２０）。
【請求項３】
前記処理システム（２０３）は、更に、前記受信するステップ、前記生成するステップ、前記比較するステップ、前記検出するステップ及び前記示すステップを繰り返し実行するように構成される、請求項１に記載の計測器電子機器（２０）。
【請求項４】
前記流量計（５）はコリオリ流量計（５）を含む、請求項１に記載の計測器電子機器（２０）。
【請求項５】
前記流量計（５）は振動密度計を含む、請求項１に記載の計測器電子機器（２０）。
【請求項６】
前記処理システム（２０３）は、更に、前記９０度の位相シフト、前記第１のセンサ信号及び前記第２のセンサ信号を使用して瞬時位相差応答を計算するように構成され、前記瞬時位相差応答が前記異常プロファイルと比較される、請求項１に記載の計測器電子機器（２０）。
【請求項７】
少なくとも前記第１のセンサ信号と前記９０度の位相シフトとを使用して瞬時センサ信号時間遅延応答を生成することを更に含み、前記瞬時センサ信号時間遅延応答が前記異常プロファイルと比較される、請求項１に記載の計測器電子機器（２０）。
【請求項８】
少なくとも前記第１のセンサ信号と前記９０度の位相シフトとを使用して質量流量応答を生成することを更に含み、前記質量流量応答が前記異常プロファイルと比較される、請求項１に記載の計測器電子機器（２０）。
【請求項９】
前記第１のセンサ信号と前記９０度の位相シフトとを使用して密度応答を生成することを更に含み、前記密度応答が前記異常プロファイルと比較される、請求項１に記載の計測器電子機器（２０）。
【請求項１０】
前記示すステップは、気泡異常を示すステップを含む、請求項１に記載の計測器電子機器（２０）。
【請求項１１】
前記示すステップは、異常アラーム状態を設定するステップを含む、請求項１に記載の計測器電子機器（２０）。
【請求項１２】
前記示すステップは、異常計数をインクリメントするステップを含む、請求項１に記載の計測器電子機器（２０）。
【請求項１３】
流量計内を流れる流体物質における流れ異常を検出するための方法であって、
少なくとも第１のセンサ信号と第２のセンサ信号とを含む振動応答を前記流量計から受信するステップと、
前記第１のセンサ信号から９０度の位相シフトを生成し、前記第１のセンサ信号と前記９０度の位相シフトとを使用して瞬時周波数応答を生成するステップと、
前記瞬時周波数応答を異常プロファイルと比較するステップと、
前記瞬時周波数応答が前記異常プロファイルの範囲内にある場合に前記振動応答のシフトを検出するステップと、
前記検出の結果として異常状態を示すステップであって、当該異常状態が、固体異常，異質液体異常，又は、気体異常、を含むものと
を含む方法。
【請求項１４】
更に、前記受信するステップ、前記生成するステップ、前記比較するステップ、前記検出するステップ及び前記示すステップを繰り返し実行するステップを含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記流量計はコリオリ流量計を含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１６】
前記流量計は振動密度計を含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１７】
前記９０度の位相シフト、前記第１のセンサ信号及び前記第２のセンサ信号を使用して瞬時位相差応答を計算するステップを更に含み、前記瞬時位相差応答が前記異常プロファイルと比較される、請求項１３に記載の方法。
【請求項１８】
少なくとも前記第１のセンサ信号と前記９０度の位相シフトとを使用して瞬時センサ信号時間遅延応答を生成するステップを更に含み、前記瞬時センサ信号時間遅延応答が前記異常プロファイルと比較される、請求項１３に記載の方法。
【請求項１９】
少なくとも前記第１のセンサ信号と前記９０度の位相シフトとを使用して質量流量応答を生成するステップを更に含み、前記質量流量応答が前記異常プロファイルと比較される、請求項１３に記載の方法。
【請求項２０】
前記第１のセンサ信号と前記９０度の位相シフトとを使用して密度応答を生成するステップを更に含み、前記密度応答が前記異常プロファイルと比較される、請求項１３に記載の方法。
【請求項２１】
前記示すステップは気泡異常を示すステップを含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項２２】
前記示すステップは、異常アラーム状態を設定するステップを含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項２３】
前記示すステップは、異常計数をインクリメントするステップを含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項２４】
流量計内を流れる流体物質中の流れ異常を検出するための方法であって、
少なくとも第１のセンサ信号と第２のセンサ信号とを含む振動応答を前記流量計から受信するステップと、
前記第１のセンサ信号から９０度の位相シフトを生成し、前記第１のセンサ信号と前記９０度の位相シフトとを使用して瞬時周波数応答を生成するステップと、
前記瞬時周波数応答を気体異常プロファイルと比較するステップと、
前記瞬時周波数応答が前記気体異常プロファイルの範囲内にある場合に前記振動応答のシフトを検出するステップと、
前記検出の結果として気泡計数をインクリメントするステップと
を含む方法。
【請求項２５】
更に、前記受信するステップ、前記生成するステップ、前記比較するステップ、前記検出するステップ及び前記示すステップを繰り返し実行するステップを含む、請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
前記流量計はコリオリ流量計を含む、請求項２４に記載の方法。
【請求項２７】
前記流量計は振動密度計を含む、請求項２４に記載の方法。
【請求項２８】
前記９０度の位相シフト、前記第１のセンサ信号及び前記第２のセンサ信号を使用して瞬時位相差応答を計算するステップを更に含み、前記瞬時位相差応答が前記異常プロファイルと比較される、請求項２４に記載の方法。
【請求項２９】
少なくとも前記第１のセンサ信号と前記９０度の位相シフトとを使用して瞬時センサ信号時間遅延応答を生成するステップを更に含み、前記瞬時センサ信号時間遅延応答が前記気体異常プロファイルと比較される、請求項２４に記載の方法。
【請求項３０】
少なくとも前記第１のセンサ信号と前記９０度の位相シフトとを使用して質量流量応答を生成するステップを更に含み、前記質量流量応答が前記気体異常プロファイルと比較される、請求項２４に記載の方法。
【請求項３１】
前記第１のセンサ信号と前記９０度の位相シフトとを使用して密度応答を生成するステップを更に含み、前記密度応答が前記気体異常プロファイルと比較される、請求項２４に記載の方法。
【請求項３２】
更に、異常アラーム状態を設定するステップを含む、請求項２４に記載の方法。
【請求項３３】
更に、異常計数をインクリメントするステップを含む、請求項２４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流量計内を流れる流体物質中の流れ異常を検出するための計測器電子機器及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
１９８５年１月１日にＪ．Ｅ．スミスらに発行された米国特許第４，４９１，０２５号及び１９８２年２月１１日のＪ．Ｅ．スミスへのＲｅ．３１，４５０で開示されているように、コリオリ質量流量計を使用して、パイプライン内を流れる物質の質量流量及び他の情報を測定することが知られている。これらの流量計は異なる構成の１つ又は複数の流管を有する。それぞれの導管形状は、例えば、単純な曲げモード、ねじれモード、放射モード及び結合モードを含む一組の固有振動モードを持つものとみなすことができる。典型的なコリオリ質量流量測定用途において、物質が導管内を流れるとき、導管形状は１つ又は複数の固有振動モードで励振され、導管の運動が、導管に沿って間隔をあけて並ぶ点において測定される。
【０００３】
物質充填系の振動モードは、一部には、流管の組合せ質量と流管内の物質とにより規定される。物質は流量計の入口側の接続パイプラインから流量計内に流れ込む。次いで、物質は１つ又は複数の流管内を通されてから流量計を出て、出口側に接続されているパイプラインに入る。
【０００４】
駆動装置は力を流管に加える。この力は流管を振動させる。流量計内を物質が流れない場合、流管に沿って置かれるすべての点は同一位相で振動する。物質が流管内を流れ始めると、コリオリの加速度により、流管に沿って置かれるそれぞれの点は、流管に沿って置かれる他の点に関して異なる位相を持つ。流管の入口側の位相は駆動装置より遅れるが、出口側の位相は駆動装置より進む。センサは流管上の異なる点に置かれ、異なる点における流管の運動を表す正弦波信号を発生する。２つのセンサ信号間の位相差は、１つ又は複数の流管を流れる物質の質量流量に比例する。従来技術による一つのアプローチでは、センサ信号の位相差を決定するために、離散フーリエ変換（ＤＦＴ）又は高速フーリエ変換（ＦＦＴ）が使用される。質量流量を求めるために、流管アセンブリの位相差と振動周波数応答とが使用される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来技術による一つのアプローチでは、振動駆動装置システムに送られる周波数を使用することなどにより、ピックオフ信号周波数を決定するために独立の基準信号が使用される。他の従来技術によるアプローチにおいては、ピックオフセンサにより生成される振動応答周波数を、当該周波数をノッチフィルタの中心に合わせることにより決定することができ、従来技術の流量計では、ノッチフィルタのノッチをピックオフセンサ周波数に保持しようと試みる。流量計内の流体物質が一様であって、結果として得られるピックオフ信号周波数が比較的安定している静止条件の下では、この従来技術はかなりうまく機能する。しかし、従来技術の位相測定は、流体物質が液体と固体を含む、又は液体流物質中に気泡が入っている２相流など、流体物質が一様でない場合に問題がある。このような状況では、従来技術で決定された周波数は急激に変動し得る。高速で大きな周波数変化という条件の期間には、ピックオフ信号がフィルタ帯域幅の外に出てしまい、位相及び周波数の測定が不正確になる可能性がある。これは、更に、流量計が空と満杯の状態を交互にとる繰り返し動作をする空−満杯−空のバッチングにおいて問題となる。また、センサの周波数が急激に動く場合、復調プロセスは、実際の又は測定された周波数に追いつけず、復調が不正な周波数で行われることになる。決定された周波数が正しくない又は不正確である場合に、密度、体積流量などのその後導かれた値も正しくなく、不正確であることは理解されるとおりである。更に、誤差は、その後の流量特性決定に混入し得る。
【０００６】
従来技術では、ピックオフ信号はノッチフィルタを実施するよう２値化され、デジタル的に操作される。ノッチフィルタは狭い帯域の周波数のみを受け付ける。したがって、ターゲット周波数が変化していると、ノッチフィルタは、一定期間、ターゲット信号を追跡できない場合がある。典型的には、デジタルノッチフィルタの実装は、変動するターゲット信号の追跡に１〜２秒を要する。従来技術では周波数を決定するのに時間を要するため、結果として、周波数及び位相の決定に誤差が含まれるだけでなく、誤差測定は、誤差及び／又は２相流が実際に発生するタイムスパンを超えるタイムスパンを包含する。これは、ノッチフィルタ実装の応答が比較的低速であることに起因する。
【０００７】
その結果、従来技術の流量計は、流量計内の流体物質の２相流においてピックオフセンサ周波数を正確に、迅速に又は十分に追跡又は決定することがきない。したがって、従来技術では、決定されたピックオフ周波数を使用して位相差を導くので、位相決定は同様に遅くて誤差を生じやすい。したがって、周波数決定の誤差が位相決定に混入する。その結果、周波数決定及び位相決定の際の誤差が増大し、質量流量を決定する際の誤差増大につながる。それに加えて、決定された周波数値を使用して質量流量及び密度値（密度は、１／周波数の平方にほぼ等しい）を決定するので、周波数決定の誤差が密度決定で繰り返され又は混入する。これは、更に、体積流量の決定についても当てはまる。その場合、体積流量は密度で割った質量流量に等しい。
【０００８】
多くの流体用途において、異常が流体物質中に混入される可能性がある。多相流は、典型的には、流れの中に複数の物質を含む。複数の物質は、望ましい場合もあれば、流体物質中の無用な物質又は部分（つまり、異常）を含む望ましくない場合もある。流体物質中の望ましい及び／又は望ましくない異常を検出して定量化できれば好都合であろう。異常検出は、そのような異常を効果的に取り除き又は予防することを可能にし、又は異常を望ましいレベルに抑えることを可能にする。
【０００９】
異常は、流体物質中に混入された気体の泡又は気泡を含み得る。例として、水中の気泡又は油井産出物中の天然ガスの泡がある。異常は流体物質中の異質液体を含み得る。例えば、水は油井産出物の原油中に存在し得る。異常は流体物質中の固体を含み得る。例えば、流体物質は、破損して取れたり、流体処理設備のパイプ、ポンプ、弁などから薄片として剥がれたりした金属片を含むことができる。理解されるとおり、流体物質中の異常は、上述の気体、液体及び固体の異常の組合せを含み得る。
【００１０】
異常は、とりわけ、誤った質量流量を流量計に生じさせる可能性がある。流動液体に異常が存在していても、流量計は流動液体の質量流量を正確に測定することが極めて望ましい。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
流体物質における流れの異常を検出するための計測器電子機器及び方法の実現を通して、上記及び他の問題が解決され、技術の進歩が達成される。
流量計内を流れる流体物質中の流れの異常を検出するための計測器電子機器が、本発明の一つの実施の形態により提供される。計測器電子機器は、少なくとも第１のセンサ信号と第２のセンサ信号とを含む流体物質の振動応答を受信するためのインターフェイス、及びインターフェイスと通信する処理システムを備える。処理システムは、インターフェイスから振動応答を受信し、第１のセンサ信号から９０度の位相シフトを生成し、少なくとも第１のセンサ信号と９０度の位相シフトとを使用して少なくとも１つの流量特性を生成するように構成される。処理システムは、更に、少なくとも１つの流量特性を少なくとも１つの異常プロファイルと比較し、少なくとも１つの流量特性が異常プロファイルの範囲内にある場合に振動応答のシフトを検出し、その検出の結果として異常状態を示すように構成される。
【００１２】
流量計内を流れる流体物質中の流れの異常を検出するための方法が、本発明の一つの実施の形態により提供される。この方法は、流量計から振動応答を受信するステップを含む。振動応答は、少なくとも第１のセンサ信号と第２のセンサ信号とを含む。この方法は、更に、第１のセンサ信号から９０度の位相シフトを生成するステップと、少なくとも第１のセンサ信号と９０度の位相シフトとを使用して少なくとも１つの流量特性を生成するステップとを含む。この方法は、更に、少なくとも１つの流量特性を少なくとも１つの異常プロファイルと比較するステップと、少なくとも１つの流量特性が異常プロファイルの範囲内にある場合に振動応答のシフトを検出するステップと、その検出の結果として異常状態を示すステップとを含む。
【００１３】
流量計内を流れる流体物質中の流れの異常を検出するための方法が、本発明の一つの実施の形態により提供される。この方法は、流量計から振動応答を受信するステップを含む。振動応答は、少なくとも第１のセンサ信号と第２のセンサ信号とを含む。この方法は、更に、第１のセンサ信号から９０度の位相シフトを生成するステップと、少なくとも第１のセンサ信号と９０度の位相シフトとを使用して少なくとも１つの流量特性を生成するステップとを含む。この方法は、更に、少なくとも１つの流量特性を少なくとも１つの気体異常プロファイルと比較するステップと、少なくとも１つの流量特性が気体異常プロファイルの範囲内にある場合に振動応答のシフトを検出するステップと、その検出の結果として気泡計数をインクリメントするステップとを含む。
【００１４】
発明の態様
計測器電子機器の一つの態様において、インターフェイスは、センサ信号を２値化するように構成されたデジタイザを備える。
【００１５】
計測器電子機器の他の態様では、処理システムは、更に、受信するステップ、生成するステップ、比較するステップ、検出するステップ及び示すステップを繰り返し実行するように構成される。
【００１６】
計測器電子機器の更に他の態様では、流量計はコリオリ流量計を含む。
計測器電子機器の更に他の態様では、流量計は振動密度計を含む。
計測器電子機器の更に他の態様においては、少なくとも１つの流量特性は周波数応答を含む。
【００１７】
計測器電子機器の更に他の態様では、少なくとも１つの流量特性は位相差応答を含み、処理システムは、更に、９０度の位相シフト、第１のセンサ信号及び第２のセンサ信号を使用して位相差応答を計算するように構成される。
【００１８】
計測器電子機器の更に他の態様では、少なくとも１つの流量特性は位相差応答を含み、処理システムは、更に、第２のセンサ信号から第２の９０度の位相シフトを生成し、９０度の位相シフト、第２の９０度の位相シフト、第１のセンサ信号及び第２のセンサ信号を使用して位相差応答を計算するように構成される。
【００１９】
計測器電子機器の更に他の態様では、少なくとも１つの流量特性はセンサ信号時間遅延応答を含む。
計測器電子機器の更に他の態様では、少なくとも１つの流量特性は質量流量応答を含む。
【００２０】
計測器電子機器の更に他の態様では、少なくとも１つの流量特性は密度応答を含む。
計測器電子機器の更に他の態様では、示すステップは、固体異常を示すステップを含む。
【００２１】
計測器電子機器の更に他の態様では、示すステップは、異質液体異常を示すステップを含む。
計測器電子機器の更に他の態様では、示すステップは、気体異常を示すステップを含む。
【００２２】
計測器電子機器の更に他の態様では、示すステップは、気泡異常を示すステップを含む。
計測器電子機器の更に他の態様では、示すステップは、異常アラーム状態を設定するステップを含む。
【００２３】
計測器電子機器の更に他の態様では、示すステップは、異常計数をインクリメントするステップを含む。
方法の他の態様において、この方法は、更に、受信するステップ、生成するステップ、比較するステップ、検出するステップ及び示すステップを繰り返し実行することを含む。
【００２４】
方法の他の態様では、流量計はコリオリ流量計を含む。
方法の更に他の態様では、流量計は振動密度計を含む。
方法の更に他の態様では、少なくとも１つの流量特性は更に周波数応答を含む。
【００２５】
方法の更に他の態様では、少なくとも１つの流量特性は更に位相差応答を含み、少なくとも１つの流量特性を生成するステップは、更に、９０度の位相シフト、第１のセンサ信号及び第２のセンサ信号を使用して位相差応答を計算するステップを含む。
【００２６】
方法の更に他の態様では、少なくとも１つの流量特性は位相差応答を含み、少なくとも１つの流量特性を生成するステップは、更に、第２のセンサ信号から第２の９０度の位相シフトを生成するステップと、９０度の位相シフト、第２の９０度の位相シフト、第１のセンサ信号及び第２のセンサ信号を使用して位相差応答を計算するステップとを含む。
【００２７】
方法の更に他の態様では、少なくとも１つの流量特性は更にセンサ信号時間遅延応答を含む。
方法の更に他の態様では、少なくとも１つの流量特性は更に質量流量応答を含む。
【００２８】
方法の更に他の態様では、少なくとも１つの流量特性は更に密度応答を含む。
方法の更に他の態様では、示すステップは、固体異常を示すステップを含む。
方法の更に他の態様では、示すステップは、異質液体異常を示すステップを含む。
【００２９】
方法の更に他の態様では、示すステップは、気体異常を示すステップを含む。
方法の更に他の態様では、示すステップは、気泡異常を示すステップを含む。
方法の更に他の態様では、示すステップは、異常アラーム状態を設定するステップを含む。
【００３０】
方法の更に他の態様では、示すステップは、異常計数をインクリメントするステップを含む。
同じ参照番号は、すべての図面上で同じ要素を表す。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の一つの例におけるコリオリ流量計を示す図である。
【図２】本発明の一つの実施の形態による計測器電子機器を示す図である。
【図３】本発明の一つの実施の形態によりコリオリ流量計でセンサ信号を処理する方法の流れ図である。
【図４】本発明の一つの実施の形態による計測器電子機器を示す図である。
【図５】本発明の一つの実施の形態によりコリオリ流量計で第１及び第２のセンサ信号を処理する方法の流れ図である。
【図６】本発明の一つの実施の形態による処理システムの一部のブロック図である。
【図７】本発明の一つの実施の形態によるヒルベルト変換ブロックの詳細を示す図である。
【図８】本発明の一つの実施の形態による分析ブロックの２つの独立分岐のブロック図である。
【図９】本発明の一つの実施の形態による分析ブロックの２つの独立分岐のブロック図である。
【図１０】通常状態での流量計のピックオフセンサ信号のパワースペクトル密度のグラフである。
【図１１】単一位相シフトの実施の形態によるヒルベルト変換ブロックを示す図である。
【図１２】単一位相シフトの実施の形態の分析ブロックを示す図である。
【図１３】それぞれの時間差（Δｔ）値が比較される、従来技術と比べた本発明のセンサ処理を示す図である。
【図１４】本発明の他の実施の形態による計測器電子機器を示す図である。
【図１５】周波数流量特性の上向きのスパイクが気泡などの流体物質中の異常を表す、時間に対する周波数応答のグラフである。
【図１６】時間遅延流量特性の下向きのスパイクが流体物質中の異常を表す、時間に対する時間遅延のグラフである。
【図１７】流体物質中の空気の空隙率が小さい場合の、時間に対する周波数応答を示す図である。
【図１８】水に混入空気を加えた場合の流体比重（ＳＧ）に対する駆動周波数のグラフである。
【図１９】１〜７のＳＧ範囲におけるＳＧに対する駆動周波数のグラフである。
【図２０】本発明の一つの実施の形態による流量計内を流れる流体物質での流れの異常を検出するための方法の流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
図１〜図２０及び以下の説明は、当業者に、本発明の最良の態様を作り、使用する方法を教示する特定の例を示している。発明の原理を教示するため、いくつかの従来の態様が簡略化され又は省略されている。当業者であれば、本発明の範囲内に入る例からの変更形態を理解することができる。当業者であれば理解するように、後述の特徴を様々な方法で組み合わせることにより、本発明の複数の変更形態を形成することができる。その結果、本発明は、後述の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物によってのみ限定される。
【００３３】
図１は、計測器アセンブリ１０及び計測器電子機器２０を備えるコリオリ流量計５を示す。計測器アセンブリ１０は加工材料の質量流量及び密度に応答する。計測器電子機器２０はリード線１００を介して計測器アセンブリ１０に接続され、経路２６により密度、質量流量及び温度情報を供給するとともに、本発明に関係しない他の情報も供給する。コリオリ流量計の構造が説明されるが、コリオリ質量流量計が備える追加の測定機能なしに本発明を振動管密度計として実現することも可能であることは当業者には明白であろう。
【００３４】
計測器アセンブリ１０は、一対のマニホールド１５０及び１５０’、フランジネック１１０及び１１０’を有するフランジ１０３及び１０３’、一対の平行流管１３０及び１３０’、駆動機構１８０、温度センサ１９０、並びに一対の速度センサ１７０Ｌ及び１７０Ｒを備える。流管１３０及び１３０’は、流管取り付けブロック１２０及び１２０’のところで互いに向かって合流する２つの本質的にまっすぐな入口脚１３１及び１３１’並びに出口脚１３４及び１３４’を備える。流管１３０及び１３０’は、その長さに沿って２つの対称的位置で曲がり、その長さ全体にわたって本質的に平行である。ブレースバー１４０及び１４０’は、それぞれの流管が振動する際の中心となる軸Ｗ及びＷ’を規定するために使用される。
【００３５】
流管１３０及び１３０’の側脚１３１、１３１’及び１３４、１３４’は、流管取り付けブロック１２０及び１２０’に固定される形で取り付けられ、これらのブロックは、次いで、マニホールド１５０及び１５０’に固定される形で取り付けされる。これは、コリオリ計測器アセンブリ１０を通る、連続的で閉じた材料経路を形成する。
【００３６】
穴１０２及び１０２’を有するフランジ１０３及び１０３’が、入口端１０４及び出口端１０４’を介して、測定されている加工材料を運ぶ加工ライン（図に示されていない）に接続された場合、材料は、フランジ１０３内のオリフィス１０１を介して計測器の端部１０４に入り、マニホールド１５０を通って、表面１２１を有する流管取り付けブロック１２０に導かれる。マニホールド１５０内で材料は分割され、流管１３０及び１３０’に通される。流管１３０及び１３０’から出た後、加工材料はマニホールド１５０’内で単一の流れに再びまとめられ、これ以降、ボルト穴１０２’を有するフランジ１０３’により加工ライン（図示せず）に接続された出口端１０４’に送られる。
【００３７】
流管１３０及び１３０’が選択され、曲げ軸Ｗ−Ｗ’及びＷ’−Ｗ’に関して実質的に同じ質量分布と慣性モーメントとヤング率とをそれぞれ有するように、流管取り付けブロック１２０及び１２０’に適宜取り付けられる。これらの曲げ軸はブレースバー１４０及び１４０’を通る。流管のヤング率は温度により変化するので、また、この変化は流れ及び密度の計算に影響を及ぼすため、抵抗温度検出器（ＲＴＤ）１９０が流管１３０’に取り付けられ、流管の温度を連続的に測定する。流管の温度、したがって、流れる所定の電流についてＲＴＤ間に現れる電圧は、流管を通過する物質の温度により決まる。流管温度の変化による流管１３０及び１３０’の弾性率の変化を補正するよう、ＲＴＤ間に現れる温度依存電圧が、計測器電子機器２０によりよく知られている方法で使用される。ＲＴＤはリード線１９５により計測器電子機器２０に接続される。
【００３８】
両方の流管１３０及び１３０’は、駆動装置１８０により、それぞれの曲げ軸Ｗ及びＷ’に関して対向方向に、流量計の第１の位相ずれ曲げモードと呼ばれるモードで駆動される。この駆動機構１８０は、流管１３０’に取り付けられた磁石と、流管１３０に取り付けられて両方の流管を振動させるために交流が流される対向するコイルなどの多くのよく知られている配列のうちの１つを含むことができる。好適な駆動信号が、リード線１８５を介して計測器電子機器２０により駆動機構１８０に加えられる。
【００３９】
計測器電子機器２０は、リード線１９５上でＲＴＤ温度信号を受け取るとともに、リード線１６５Ｌ及び１６５Ｒ上に現れる左及び右速度信号を受け取る。計測器電子機器２０は、リード１８５上に現れる駆動信号を出力して要素１８０を駆動し、管１３０及び１３０’を振動させる。計測器電子機器２０は、左右の速度信号及びＲＴＤ信号を処理して、計測器アセンブリ１０を通る物質の質量流量及び密度を計算する。この情報は、他の情報とともに、経路２６上で計測器電子機器２０により利用手段２９に与えられる。
【００４０】
図２は、本発明の一つの実施の形態による計測器電子機器２０を示す。計測器電子機器２０はインターフェイス２０１及び処理システム２０３を備えることができる。計測器電子機器２０は、ピックオフ／速度センサ信号などの第１及び第２のセンサ信号を計測器アセンブリ１０から受信する。計測器電子機器２０は第１及び第２のセンサ信号を処理して、計測器アセンブリ１０内を流れる流体物質の流量特性を求める。例えば、計測器電子機器２０は、例えば、センサ信号から位相差、周波数、時間差（Δｔ）、密度、質量流量及び体積流量のうちの１つ又は複数を決定することができる。それに加えて、他の流量特性も、本発明により決定することができる。この決定については後述する。
【００４１】
位相差決定及び周波数決定は、従来技術におけるそのような決定よりもずっと高速であり、また正確で信頼性が高い。一つの実施の形態では、位相差決定及び周波数決定は、周波数基準信号を必要とすることなく、１つのセンサ信号のみの位相シフトから直接導かれる。これにより、流量特性を計算するために要する処理時間が短縮されて好都合である。他の実施の形態では、位相差は両方のセンサ信号の位相シフトから導かれるが、周波数は１つの位相シフト信号のみから導かれる。これにより、両流量特性の精度が高まり、また両流量特性を従来技術よりもかなり速く決定できる。
【００４２】
従来技術の周波数決定方法は、典型的には実行に１〜２秒を要する。対照的に、本発明による周波数決定は、５０ミリ秒（ｍｓ）という短時間で実行できる。処理システムの種類及び構成、振動応答のサンプリング速度、フィルタサイズ、デシメーション率などに応じて、いっそう高速な周波数決定が考えられる。５０ｍｓの周波数決定速度においては、本発明による計測器電子機器２０は、従来技術に比べて約４０倍高速であり得る。
【００４３】
インターフェイス２０１は、図１のリード線１００を介して速度センサ１７０Ｌ及び１７０Ｒのうちの一方からセンサ信号を受信する。インターフェイス２０１は、任意の形の出力書式設定、増幅、バッファリングなど、必要な又は望ましい信号調整を実行できる。代りに、信号調整の一部又は全部は処理システム２０３において実行できる。
【００４４】
それに加えて、インターフェイス２０１は、計測器電子機器２０と外部デバイスとの間の通信を可能にすることができる。インターフェイス２０１は任意の形態の電子通信、光通信又は無線通信を利用できる。
【００４５】
一つの実施の形態におけるインターフェイス２０１はデジタイザ２０２と結合され、センサ信号はアナログセンサ信号を含む。デジタイザ２０２はアナログセンサ信号をサンプリングし、デジタル化してデジタルセンサ信号を出力する。デジタイザ２０２は、更に、必要なデシメーションも実行することができ、その場合、必要な信号処理量を減らして処理時間を短縮するために、デジタルセンサ信号はデシメートされる。デシメーションについては後述する。
【００４６】
処理システム２０３は計測器電子機器２０の動作を行い、流量計アセンブリ１０からの流量測定結果を処理する。処理システム２０３は１つ又は複数の処理ルーチンを実行し、それにより、流量測定結果を処理して１つ又は複数の流量特性を出力する。
【００４７】
処理システム２０３は、汎用コンピュータ、マイクロプロセシングシステム、論理回路或いは他の任意の汎用の又はカスタマイズされた処理デバイスを備えることができる。処理システム２０３は複数の処理デバイスに分散させることができる。処理システム２０３は、記憶装置システム２０４などの、任意の形の一体型の又は独立の電子記憶媒体を備えることができる。
【００４８】
処理システム２０３はセンサ信号２１０を処理し、センサ信号２１０から１つ又は複数の流量特性を決定する。１つ又は複数の流量特性は、例えば、位相差、周波数、時間差（Δｔ）、質量流量及び／又は流体物質の密度を含むことができる。
【００４９】
図示されている実施の形態においては、処理システム２０３は、２つのセンサ信号２１０及び２１１並びに単一のセンサ信号位相シフト２１３から流量特性を決定する。処理システム２０３は、２つのセンサ信号２１０及び２１１並びに単一の位相シフト２１３から少なくとも位相差と周波数とを決定することができる。その結果、本発明による処理システム２０３によって、（上流及び下流のピックオフ信号のうちの１つのような）第１の位相シフトセンサ信号又は第２の位相シフトセンサ信号が処理され、流体物質について位相差、周波数、時間差（Δｔ）及び／又は質量流量を決定することができる。
【００５０】
記憶装置システム２０４は、流量計パラメータ及びデータ、ソフトウェアルーチン、定数値並びに変数値を格納することができる。一つの実施の形態では、記憶装置システム２０４は処理システム２０３により実行されるルーチンを含む。一つの実施の形態においては、記憶装置システム２０４は、位相シフトルーチン２１２、位相差ルーチン２１５、周波数ルーチン２１６、時間差（Δｔ）ルーチン２１７及び流量特性ルーチン２１８を格納する。
【００５１】
一つの実施の形態では、記憶装置システム２０４は、コリオリ流量計５を動作させるために使用される変数を格納する。一つの実施の形態における記憶装置システム２０４は、速度／ピックオフセンサ１７０Ｌ及び１７０Ｒから受け取った第１のセンサ信号２１０及び第２のセンサ信号２１１などの変数を格納する。それに加えて、記憶装置システム２０４は、流量特性を決定するために生成される９０度位相シフト２１３を格納することができる。
【００５２】
一つの実施の形態においては、記憶装置システム２０４は、流量測定結果から得られた１つ又は複数の流量特性を格納する。一つの実施の形態の記憶装置システム２０４は、位相差２２０、周波数２２１、時間差（Δｔ）２２２、質量流量２２３、密度２２４及び体積流量２２５などの流量特性を格納するが、これらはすべてセンサ信号２１０から決定される。
【００５３】
位相シフトルーチン２１２は、入力信号つまりセンサ信号２１０に９０度位相シフトを実行する。一つの実施の形態の位相シフトルーチン２１２はヒルベルト変換（後述）を実行する。
【００５４】
位相差ルーチン２１５は、単一の９０度位相シフト２１３を使用して位相差を決定する。位相差を計算するために、追加の情報も使用できる。一つの実施の形態の位相差は、第１のセンサ信号２１０、第２のセンサ信号２１１及び９０度位相シフト２１３から計算される。決定された位相差は記憶装置システム２０４の位相差２２０に格納できる。位相差は、９０度位相シフト２１３から決定される場合、従来技術に比べてかなり高速に計算され、求められる。これは、大きな流量を有し又は多相流が生じる流量計用途では重大な差をもたらし得る。それに加えて、位相差はセンサ信号２１０又は２１１の周波数に無関係に決定され得る。更に、位相差は周波数と無関係に決定されるので、位相差の誤差成分は、周波数決定の誤差成分を含まない、つまり、位相差測定における複合誤差はない。その結果、位相差誤差は従来技術の位相差に比べて低減される。
【００５５】
周波数ルーチン２１６は、９０度位相シフト２１３から周波数（第１のセンサ信号２１０又は第２のセンサ信号２１１により示されるような周波数）を決定する。決定された周波数は記憶装置システム２０４の周波数２２１に格納できる。周波数は、単一の９０度位相シフト２１３から決定される場合、従来技術に比べてかなり高速に計算され、求められる。これは、大きな流量を有し又は多相流が生じる流量計用途では重大な差をもたらし得る。
【００５６】
時間差（Δｔ）ルーチン２１７は、第１のセンサ信号２１０と第２のセンサ信号２１１との間の時間差（Δｔ）を決定する。時間差（Δｔ）は記憶装置システム２０４の時間差（Δｔ）２２２に格納できる。時間差（Δｔ）は、実質的に、決定された周波数により除算された決定された位相を含み、したがって、質量流量を決定するために使用される。
【００５７】
流量特性ルーチン２１８は、１つ又は複数の流量特性を決定することができる。流量特性ルーチン２１８は、例えば、これらの追加の流量特性を得るために、決定された位相差２２０及び決定された周波数２２１を使用することができる。例えば、質量流量又は密度などのこれらの決定に関して、追加の情報が必要とされることは理解されるとおりである。流量特性ルーチン２１８は、時間差（Δｔ）２２２から、したがって、位相差２２０及び周波数２２１から質量流量を決定することができる。質量流量を決定する公式は、チトロウらの米国特許第５，０２７，６６２号に掲載されており、参照により本明細書に援用される。質量流量は、計測器アセンブリ１０内の流体物質の質量流量に関係する。同様に、流量特性ルーチン２１８は、更に、密度２２４及び／又は体積流量２２５も決定することができる。決定された質量流量、密度及び体積流量は、それぞれ、記憶装置システム２０４の質量流量２２３、密度２２４及び体積２２５に格納されることができる。それに加えて、計測器電子機器２０により流量特性を外部デバイスに送信できる。
【００５８】
図３は、本発明の一つの実施の形態によりコリオリ流量計でセンサ信号を処理する方法の流れ図３００である。ステップ３０１で、第１及び第２のセンサ信号が受信される。第１のセンサ信号は、上流又は下流のピックオフセンサ信号を含むことができる。
【００５９】
ステップ３０２で、センサ信号を調整することができる。一つの実施の形態において、調整は、雑音及び不要な信号を取り除くフィルタ処理を含むことができる。一つの実施の形態では、フィルタ処理は、コリオリ流量計５の予想基本周波数を中心とするバンドパスフィルタ処理を含むことができる。それに加えて、増幅、バッファリングなどの他の調整操作を実行できる。センサ信号がアナログ信号を含む場合、このステップは、更に、デジタルセンサ信号を出力するために実行される任意の形のサンプリング、デジタル化及びデシメーションを含むことができる。
【００６０】
ステップ３０３において、単一の９０度位相シフトが発生する。９０度位相シフトはセンサ信号の９０度位相シフトを含む。９０度位相シフトは、任意の形の位相シフト機構又は演算により実行できる。一つの実施の形態では、デジタルセンサ信号に作用するヒルベルト変換を使用して９０度位相シフトが実行される。
【００６１】
ステップ３０４において、単一の９０度位相シフトを使用して位相差が計算される。位相差を計算するために、追加の情報も使用できる。一つの実施の形態の位相差は、第１のセンサ信号、第２のセンサ信号及び単一の９０度位相シフトから決定される。位相差は、振動する計測器アセンブリ１０内のコリオリ効果に起因して見られる応答信号つまりピックオフセンサにおける位相差を含む。
【００６２】
その結果得られる位相差は、計算に周波数値を必要とすることなく決定される。その結果得られる位相差は、周波数を使用して計算される位相差よりもかなり速く求めることができる。その結果得られる位相差は、周波数を使用して計算される位相差よりもかなり高い精度を有する。
【００６３】
ステップ３０５で、周波数が計算される。有利なことに、本発明による周波数は９０度位相シフトから計算される。一つの実施の形態における周波数では、９０度位相シフト及びその９０度位相シフトが導き出される、対応するセンサ信号を使用する。周波数は、第１のセンサ信号と第２のセンサ信号とのうちの１つの振動応答周波数である（２つのセンサ信号の周波数は動作期間には実質的に同一である）。周波数は、駆動装置１８０が発生する振動に対する１つ又は複数の流管の振動周波数応答を含む。
【００６４】
こうして導き出された周波数は、独立の周波数基準信号を必要とすることなく得られる。周波数は、従来技術よりもかなり高速な動作において、単一の９０度位相シフトから求められる。その結果得られる周波数は、従来技術で計算される周波数よりもかなり高い精度を有する。
【００６５】
ステップ３０６において、流体物質の質量流量が計算される。質量流量は、ステップ３０４及び３０５で計算された、結果として得られる位相差と結果として得られる周波数とから計算される。それに加えて、質量流量計算は位相差及び周波数から時間差（Δｔ）を計算することができ、時間差（Δｔ）は、最終的には、質量流量を計算するために使用される。
【００６６】
ステップ３０７で、密度を適宜決定することができる。密度は流量特性の１つとして決定することができ、例えば周波数から決定できる。ステップ３０８で、体積流量を適宜決定することができる。体積流量は流量特性の１つとして決定することができ、例えば、質量流量及び密度から決定できる。
【００６７】
図４は、本発明の一つの実施の形態による計測器電子機器２０を示す図である。図２と共通の要素は、同じ参照番号を共有する。
この実施の形態の計測器電子機器２０は、第１のセンサ信号２１０及び第２のセンサ信号２１１を含む。処理システム２０３は、第１及び第２の（デジタル）センサ信号２１０及び２１１を処理し、それらの信号から１つ又は複数の流量特性を決定する。前述のように、１つ又は複数の流量特性は、流体物質に対する位相差、周波数、時間差（Δｔ）、質量流量、密度及び／又は体積流量を含むことができる。
【００６８】
図示されている実施の形態では、処理システム２０３は、外部周波数測定を必要とすることなく、また外部周波数基準信号を必要とすることなく、２つのセンサ信号２１０及び２１１のみから流量特性を決定する。処理システム２０３は、２つのセンサ信号２１０及び２１１から少なくとも位相差及び周波数を決定する。
【００６９】
すでに説明したように、記憶装置システム２０４は、位相シフトルーチン２１２、位相差ルーチン２１５、周波数ルーチン２１６、時間差（Δｔ）ルーチン２１７及び流量特性ルーチン２１８を格納する。記憶装置システム２０４は、第１のセンサ信号２１０及び第２のセンサ信号２１１を格納する。記憶装置システム２０４は、更に、流量特性を決定するよう、センサ信号から発生した第１の９０度位相シフト２１３及び第２の９０度位相シフトを格納する。すでに説明したように、記憶装置システム２０４は、位相差２２０、周波数２２１、時間差（Δｔ）２２２、質量流量２２３、密度２２４及び体積流量２２５を格納する。
【００７０】
位相シフトルーチン２１２は、第１のセンサ信号２１０及び第２のセンサ信号２１１を含む入力信号に対し９０度位相シフトを実行する。一つの実施の形態の位相シフトルーチン２１２はヒルベルト変換（後述）を実行する。
【００７１】
位相差ルーチン２１５は、第１の９０度位相シフト２１３及び第２の９０度位相シフト２１４を使用して位相差を決定する。位相差を計算するために、追加の情報も使用できる。一つの実施の形態の位相差は、第１のセンサ信号２１０、第２のセンサ信号２１１、第１の９０度位相シフト２１２及び第２の９０度位相シフト２１３から計算される。すでに説明したように、決定された位相差は、記憶装置システム２０４の位相差２２０に格納できる。位相差は、第１及び第２の９０度位相シフトを使用して決定される場合、従来技術に比べてかなり高速に計算され、求められる。これは、大きな流量を有し又は多相流が生じる流量計用途では重大な差をもたらし得る。それに加えて、位相差は、センサ信号２１０及び２１１の周波数に無関係に決定され得る。更に、位相差は周波数と無関係に決定されるので、位相差の誤差成分は、周波数決定の誤差成分の悪影響を受けない、つまり、位相差測定における複合誤差はない。その結果、位相差誤差は、従来技術の位相差に比べて低減される。
【００７２】
周波数ルーチン２１６は、第１の９０度位相シフト２１３及び第２の９０度位相シフト２１４から周波数（第１のセンサ信号２１０又は第２のセンサ信号２１１により示されるような周波数）を決定する。前述のように、決定された周波数は記憶装置システム２０４の周波数２２１に格納できる。周波数は、第１及び第２の９０度位相シフトを使用して決定される場合、従来技術に比べてかなり高速に計算され、求められる。これは、大きな流量を有し又は多相流が生じる流量計用途では重大な差をもたらし得る。
【００７３】
時間差（Δｔ）ルーチン２１７は、第１のセンサ信号２１０と第２のセンサ信号２１１との間の時間差（Δｔ）を決定する。前述のように、時間差（Δｔ）は記憶装置システム２０４の時間差（Δｔ）２２２に格納できる。時間差（Δｔ）は、実質的に、決定された周波数により除算された決定された位相を含み、したがって、質量流量を決定するために使用される。
【００７４】
流量特性ルーチン２１８は、前述のように、質量流量、密度及び／又は体積流量のうちの１つ又は複数から決定できる。
図５は、本発明の一つの実施の形態によりコリオリ流量計で第１及び第２のセンサ信号を処理する方法の流れ図５００である。ステップ５０１で、第１のセンサ信号が受信される。一つの実施の形態では、第１のセンサ信号は上流又は下流のピックオフセンサ信号を含む。
【００７５】
ステップ５０２で、第２のセンサ信号が受信される。一つの実施の形態では、第２のセンサ信号は下流又は上流のピックオフセンサ信号（つまり、第１のセンサ信号の反対）を含む。
【００７６】
ステップ５０３において、センサ信号を調整することができる。一つの実施の形態において、調整は、雑音及び不要な信号を取り除くフィルタ処理を含むことができる。前述のように、一つの実施の形態では、フィルタ処理はバンドパスフィルタ処理を含むことができる。それに加えて、増幅、バッファリングなどの他の調整操作を実行できる。センサ信号がアナログ信号を含む場合、このステップは、更に、デジタルセンサ信号を出力するために実行される任意の形のサンプリング、デジタル化及びデシメーションを含むことができる。
【００７７】
ステップ５０４において、第１の９０度位相シフトが生成される。第１の９０度位相シフトは第１のセンサ信号の９０度位相シフトを含む。９０度位相シフトは任意の形の機構又は演算により実行できる。一つの実施の形態では、デジタルセンサ信号に作用するヒルベルト変換を使用して、９０度位相シフトが実行される。
【００７８】
ステップ５０５において、第２の９０度位相シフトが生成される。第２の９０度位相シフトは第２のセンサ信号の９０度位相シフトを含む。第１の９０度位相シフトの場合のように、９０度位相シフトは任意の形の機構又は演算により実行できる。
【００７９】
ステップ５０６において、第１の９０度位相シフト及び第２の９０度位相シフトを使用して、第１のセンサ信号と第２のセンサ信号との間の位相差が計算される。位相差を計算するために、追加の情報も使用できる。一つの実施の形態では、位相差は、第１のセンサ信号、第２のセンサ信号、第１の９０度位相シフト及び第２の９０度位相シフトから決定される。位相差は、振動する計測器アセンブリ１０内のコリオリ効果に起因して見られる応答信号、つまり２つのピックオフセンサにおける位相差を含む。
【００８０】
その結果得られる位相差は、計算において周波数値を必要とすることなく決定される。その結果得られる位相差は、周波数を使用して計算される位相差よりもかなり速く求めることができる。その結果得られる位相差は、周波数を使用して計算される位相差よりもかなり高い精度を有する。
【００８１】
ステップ５０７で、周波数が計算される。有利なことに、本発明による周波数は、第１の９０度位相シフト及び第２の９０度位相シフトから計算される。一つの実施の形態における周波数では、９０度位相シフト及びその９０度位相シフトが導き出される、対応するセンサ信号を使用する。周波数は、第１のセンサ信号と第２のセンサ信号とのうちの１つの振動応答周波数である（２つのセンサ信号の周波数は動作期間には実質的に同一である）。周波数は、駆動装置１８０が発生する振動に対する１つ又は複数の流管の振動周波数応答を含む。
【００８２】
こうして導き出された周波数は、独立の周波数基準信号を必要とすることなく得られる。周波数は、従来技術よりもかなり高速な動作において、単一の９０度位相シフトから求められる。その結果得られる周波数は、従来技術で計算される周波数よりも高い精度を有する。
【００８３】
ステップ５０８で、流体物質の質量流量が計算される。質量流量は、ステップ５０６及び５０７で計算された、結果として得られる位相差と結果として得られる周波数とから計算される。それに加えて、質量流量計算は位相差及び周波数から時間差（Δｔ）を計算することができ、時間差（Δｔ）は質量流量を計算するために最終的に使用される。
【００８４】
ステップ５０９において、前述のように、密度を適宜決定することができる。ステップ５１０において、前述のように、体積流量を適宜決定することができる。
図６は、本発明の一つの実施の形態による処理システム２０３の一部のブロック図６００である。図において、ブロックは処理回路又は処理アクション／ルーチンを表している。ブロック図６００は、ステージ１フィルタブロック６０１、ステージ２フィルタブロック６０２、ヒルベルト変換ブロック６０３及び分析ブロック６０４を含む。ＬＰＯ及びＲＰＯ入力は、左ピックオフ信号入力及び右ピックオフ信号入力を含む。ＬＰＯ又はＲＰＯは、第１のセンサ信号を含むことができる。
【００８５】
一つの実施の形態において、ステージ１フィルタブロック６０１及びステージ２フィルタブロック６０２は、処理システム２０３において実施されるデジタル有限インパルス応答（ＦＩＲ）多相デシメーションフィルタを含む。これらのフィルタは、一方又は両方のセンサ信号をフィルタ処理又はデシメートし、フィルタ処理及びデシメートが同じ時間に且つ同じデシメーションレートで実行される最適な方法を提供する。代りに、ステージ１フィルタブロック６０１及びステージ２フィルタブロック６０２は、無限インパルス応答（ＩＩＲ）フィルタ又は他の好適なデジタルフィルタ或いはフィルタプロセスを含むことができる。しかし、他のフィルタ処理プロセス及び／又はフィルタ処理の実施の形態が考えられ、本記述及び請求項の範囲内にあることは理解されるとおりである。
【００８６】
図７は、本発明の一つの実施の形態によるヒルベルト変換ブロック６０３の詳細を示す。図示されている実施の形態では、ヒルベルト変換ブロック６０３はＬＰＯ分岐７００及びＲＰＯ分岐７１０を含む。ＬＰＯ分岐７００はＬＰＯフィルタブロック７０２に並列のＬＰＯ遅延ブロック７０１を含む。同様に、ＲＰＯ分岐は、ＲＰＯフィルタブロック７１２と並列のＲＰＯ遅延ブロック７１１を含む。ＬＰＯ遅延ブロック７０１及びＲＰＯ遅延ブロック７１１はサンプリング遅延を導入する。したがって、ＬＰＯ遅延ブロック７０１及びＲＰＯ遅延ブロック７１１は、ＬＰＯフィルタブロック７０２及びＲＰＯフィルタブロック７１２によってフィルタ処理されるＬＰＯ及びＲＰＯデジタル信号サンプルよりも時間的に後の方にあるＬＰＯ及びＲＰＯデジタル信号サンプルを選択する。ＬＰＯフィルタブロック７０２及びＲＰＯフィルタブロック７１２は、入力されたデジタル信号サンプルに対し９０度位相シフトを実行する。
【００８７】
ヒルベルト変換ブロック６０３は、位相測定を行う第１のステップである。ヒルベルト変換ブロック６０３は、フィルタ処理されてデシメートされたＬＰＯ及びＲＰＯ信号を受信し、ヒルベルト変換を実行する。ヒルベルト変換は、９０度位相シフトバージョンのＬＰＯ及びＲＰＯ信号を出力する。つまり、ヒルベルト変換は、元の同相（Ｉ）信号成分の直角（Ｑ）成分を出力する。ヒルベルト変換ブロック６０３の出力は、元の同相（Ｉ）信号成分ＬＰＯ  Ｉ及びＲＰＯ  Ｉとともに、新しい直角（Ｑ）成分ＬＰＯ  Ｑ及びＲＰＯ  Ｑを提供する。
【００８８】
ヒルベルト変換ブロック６０３への入力は、
【００８９】
【数１】
0005497117.tif 000002
【００９０】
のように表すことができる。ヒルベルト変換を使用すると、出力は
【００９１】
【数２】
0005497117.tif 000003
【００９２】
となる。元の項とヒルベルト変換の出力とを組み合わせると、
【００９３】
【数３】
0005497117.tif 000004
【００９４】
が得られる。
図８及び９は、本発明の一つの実施の形態による分析ブロック６０４の２つの独立分岐のブロック図である。分析ブロック６０４は、周波数、微分位相及びデルタＴ（Δｔ）測定の最終ステージである。図８は、同相（Ｉ）成分及び直角（Ｑ）成分から位相差を決定する第１の分岐を含む位相部分６０４ａである。図９は、単一のセンサ信号の同相（Ｉ）成分及び直角（Ｑ）成分から周波数を決定する周波数部分６０４ｂである。単一のセンサ信号は、図示されているように、ＬＰＯ信号を含むことができ、又は代りに、ＲＰＯ信号を含むことができる。
【００９５】
図８の実施の形態では、分析ブロック６０４の位相部分６０４ａは、結合ブロック８０１ａ及び８０１ｂ、共役ブロック８０２、複素乗算ブロック８０３、フィルタブロック８０４及び位相角ブロック８０５を含む。
【００９６】
結合ブロック８０１ａ及び８０１ｂは、センサ信号の同相（Ｉ）成分及び直角（Ｑ）成分を受け取り、次へ送る。共役ブロック８０２はセンサ信号（ここではＬＰＯ信号）に複素共役を実行し、負の虚数信号を形成する。複素乗算ブロック８０３はＲＰＯ信号とＬＰＯ信号とを乗算し、以下の式（８）を実施する。フィルタブロック８０４は上述のＦＩＲフィルタなどのデジタルフィルタを実施する。フィルタブロック８０４は、センサ信号の同相（Ｉ）成分及び直角（Ｑ）成分から高調波分を取り除き、更には信号をデシメートするために使用される多相デシメーションフィルタを含むことができる。フィルタ係数は、例えば、１／１０のデシメーションなどの、入力された信号のデシメーションを行うように選択することができる。位相角ブロック８０５は、ＬＰＯ信号及びＲＰＯ信号の同相（Ｉ）成分及び直角（Ｑ）成分から位相角を決定する。位相角ブロック８０５は、以下に示される式（１１）を実施する。
【００９７】
図８に示されている位相部分６０４ａは、以下の式、すなわち
【００９８】
【数４】
0005497117.tif 000005
【００９９】
を実施する。ただし、
【０１００】
【数５】
0005497117.tif 000006
【０１０１】
はＬＰＯの複素共役である。
【０１０２】
【数６】
0005497117.tif 000007
【０１０３】
と仮定すると
【０１０４】
【数７】
0005497117.tif 000008
【０１０５】
を得る。その結果得られる微分位相角は、
【０１０６】
【数８】
0005497117.tif 000009
【０１０７】
となる。
図９は、本発明による分析ブロック６０４の周波数部分６０４ｂのブロック図である。周波数部分６０４ｂは、左又は右のピックオフ信号（ＬＰＯ又はＲＰＯ）に作用し得る。図示されている実施の形態の周波数部分６０４ｂは、結合ブロック９０１、複素共役ブロック９０２、サンプリングブロック９０３、複素乗算ブロック９０４、フィルタブロック９０５、位相角ブロック９０６、定数ブロック９０７及び除算ブロック９０８を含む。
【０１０８】
すでに説明したように、結合ブロック９０１は、センサ信号の同相（Ｉ）成分及び直角（Ｑ）成分を受け取り、次へ送る。共役ブロック９０２は、センサ信号、ここではＬＰＯ信号に複素共役を実行し、負の虚数信号を形成する。遅延ブロック９０３はサンプリング遅延を周波数部分６０４ｂに導入し、したがって、時間的に古いデジタル信号サンプルを選択する。この古いデジタル信号サンプルは複素乗算ブロック９０４内の現在のデジタル信号と乗算される。複素乗算ブロック９０４はＬＰＯ信号とＬＰＯ共役信号とを乗算し、以下の式（１２）を実施する。フィルタブロック９０５はすでに説明したＦＩＲフィルタなどのデジタルフィルタを実施する。フィルタブロック９０５は、センサ信号の同相（Ｉ）成分及び直角（Ｑ）成分から高調波分を取り除き、更には信号をデシメートするために使用される多相デシメーションフィルタを含むことができる。フィルタ係数は、例えば、１／１０のデシメーションなどの、入力された信号のデシメーションを行うように選択することができる。位相角ブロック９０６は、ＬＰＯ信号の同相（Ｉ）成分及び直角（Ｑ）成分から位相角を決定する。位相角ブロック９０６は、以下の式（１３）の一部を実施する。定数ブロック９０７は、式（１４）に示されているように、２πで割ったサンプル速度ＦＳを含む係数を与える。除算ブロック９０８は式（１４）の除算を実行する。
【０１０９】
周波数部分６０４ｂは、以下の式、すなわち
【０１１０】
【数９】
0005497117.tif 000010
【０１１１】
を実施する。したがって、２つの連続するサンプルの間の角度は、
【０１１２】
【数１０】
0005497117.tif 000011
【０１１３】
となり、これは左ピックオフの角周波数である。Ｈｚへ変換すると、
【０１１４】
【数１１】
0005497117.tif 000012
【０１１５】
となる。ただし、「Ｆｓ」はヒルベルト変換ブロック６０３の速度である。前述の例では、「Ｆｓ」は約２ｋＨｚである。
図１０は、通常状態での流量計におけるピックオフセンサ信号のパワースペクトル密度のグラフである。流量計の基本周波数はグラフの最も高いスパイクであり、約１３５Ｈｚに位置する。図は、更に、周波数スペクトルの複数の他の大きなスパイクのあることも示している（第１の非基本モードは、基本モードの周波数の約１．５倍の周波数のねじりモードである）。これらのスパイクは流量計の高調波周波数を含み、更に、他の望ましくないセンサモード（つまり、ねじりモード、二次曲げモードなど）を含む。
【０１１６】
図１１は、単一位相シフトの実施の形態による代替のヒルベルト変換ブロック６０３’を示す。この実施の形態では、ヒルベルト変換ブロック６０３’はＬＰＯ分岐１１００及びＲＰＯ分岐１１１０を含む。ＬＰＯ分岐１１００はフィルタブロック７０２と並列の遅延ブロック７０１を含む。この実施の形態のＲＰＯ分岐１１１０は遅延ブロック７０１のみを含む。前のように、遅延ブロック７０１はサンプリング遅延を導入する。前のように、フィルタブロック７０２は、入力されたデジタル信号サンプルに対し９０度位相シフトを実行する。代りに、ヒルベルト変換ブロック６０３’はＲＰＯ信号だけを位相シフトすることも可能であることは理解されるとおりである。
【０１１７】
この処理の実施の形態では、周波数と位相差とを求めるために、ただ１つのセンサ信号のヒルベルト変換／位相シフトを使用する（図２〜図３を参照）。これにより、位相測定を実行するために必要な計算量が著しく低減され、質量流量を求めるために必要な計算量が著しく低減される。
【０１１８】
この実施の形態では、ヒルベルト変換ブロック６０３’の出力は、左右のセンサ信号の両方ではなく、いずれか一方の直角（Ｑ）成分を与える。以下の例では、ＬＰＯ信号が位相シフトされる。すなわち
【０１１９】
【数１２】
0005497117.tif 000013
【０１２０】
となる。ヒルベルト変換を使用すると、出力は
【０１２１】
【数１３】
0005497117.tif 000014
【０１２２】
となる。ＬＰＯの元の項とヒルベルト変換の出力（つまり、９０度位相シフト）とを組み合わせると、
【０１２３】
【数１４】
0005497117.tif 000015
【０１２４】
が得られる。ただし、ＲＰＯは同じままである。すなわち、
【０１２５】
【数１５】
0005497117.tif 000016
【０１２６】
である。
図１２は、単一位相シフトの実施の形態の分析ブロック６０４ａ’を示す。この実施の形態の分析ブロック６０４ａ’は、１つの結合ブロック８０１、複素乗算ブロック８０３、ローパスフィルタブロック１２０１及び位相角ブロック８０５を含む。この実施の形態の分析ブロック６０４ａ’は、以下の式、すなわち
【０１２７】
【数１６】
0005497117.tif 000017
【０１２８】
を実施する。
ローパスフィルタブロック１２０１は、複素乗算ブロック８０３により出力される高周波成分を取り除くローパスフィルタを備える。ローパスフィルタブロック１２０１は、任意の形態のローパスフィルタ演算を実施することができる。乗算の結果は２つの項を生成する。（−ωｔ＋ωｔ＋φ）項が結合して簡単化され、位相のみのφ項（ＤＣ結果）が得られる。これは（−ωｔ）項と（ωｔ）項とが互いに相殺し合うからである。（ωｔ＋ωｔ＋φ）は周波数の２倍であり、（２ωｔ＋φ）項に簡単化される。結果は２つの項の和なので、高い周波数（２ωｔ＋φ）項を取り除くことができる。ここで注目する信号はＤＣ項のみである。高い周波数（２ωｔ＋φ）項は、ローパスフィルタを使用して結果から除去できる。ローパスフィルタのカットオフ周波数は、０から２ωまでのどの位置にあってもよい。
【０１２９】
フィルタ処理後、結果は
【０１３０】
【数１７】
0005497117.tif 000018
【０１３１】
になる。したがって、微分位相角は、
【０１３２】
【数１８】
0005497117.tif 000019
【０１３３】
となる。
２つのピックオフ信号ではなく、１つのピックオフ信号のヒルベルト変換をとることにより、有利なことに、コリオリ質量流量計における位相及び周波数の推定を実行するのに必要な計算負荷が低減される。したがって、位相及び周波数は、２つのセンサ信号を使用するが唯一つの９０度位相シフトを使用して決定され得る。
【０１３４】
図１３は、それぞれの時間差（Δｔ）値が比較される、従来技術と比べた本発明のセンサ処理を示す。グラフは、気体流（つまり、例えば気泡）を含む流体物質を示す。この条件の下で、流れ雑音は、位相及び周波数の計算速度の故に、新しいアルゴリズムにおいて実質的に低減される。グラフから、発明により求められた結果は、従来技術（Δｔ）の測定結果に反映される大きなピークと谷を示さないことがわかる。
【０１３５】
図１４は、本発明の他の実施の形態による計測器電子機器２０を示す。この実施の形態の計測器電子機器２０は、すでに説明したように、インターフェイス２０１、デジタイザ２０２、処理システム２０３及び記憶装置システム２０４を備えることができる。インターフェイス２０１は、すでに説明したように、少なくとも第１のセンサ信号と第２のセンサ信号とを含む流体物質の振動応答を受信する。この実施の形態の処理システム２０３は、インターフェイス２０１から振動応答を受信し、第１のセンサ信号から９０度の位相シフトを生成し、少なくとも第１のセンサ信号と９０度の位相シフトとを使用して少なくとも１つの流量特性を生成するように構成される。第１のセンサ信号は、すでに説明したように、計測器アセンブリ１０からの任意のピックオフセンサ信号を含むことができる。処理システム２０３は、更に、少なくとも１つの流量特性を少なくとも１つの異常プロファイルと比較し、少なくとも１つの流量特性が異常プロファイル内に入る場合に振動応答のシフトを検出し、その検出の結果として異常状態を示すように構成される。
【０１３６】
理解されるとおり、この図の計測器電子機器２０は上述の様々な他のコンポーネント及び／又はルーチンを含むことができる。他の実施の形態と共通のコンポーネント及び／又はルーチンは、共通参照番号を共有する。
【０１３７】
計測器電子機器２０は計測器アセンブリ１０と通信することができ、計測器アセンブリ１０は、少なくとも１つの周波数応答を生成する任意の形の流量計を備えることができる。一つの実施の形態では、計測器アセンブリ１０はコリオリ流量計を備える。他の実施の形態では、計測器アセンブリ１０は振動密度計を備える。
【０１３８】
この実施の形態の計測器電子機器２０は処理ルーチンを格納して実行することができる。一つの実施の形態の処理ルーチンは、振動応答処理ルーチン１４０１、異常検出ルーチン１４０２、異常指示ルーチン１４０３及び異常アラームルーチン１４０４を備える。処理システム２０３は、すでに説明したルーチンなどの他のルーチンを含むことができることは理解されるとおりである。
【０１３９】
計測器電子機器２０は変数及び作業値を含むことができる。この実施の形態の計測器電子機器２０は、振動応答１４１０、１つ又は複数の異常プロファイル１４１１、異常状態１４１２、異常アラーム１４１３及び異常計数１４１４を含む。理解されるとおり、処理システム２０３は、すでに説明した変数などの他の変数を含むことができる。
【０１４０】
動作において、計測器電子機器２０は、計測器アセンブリ１０から受信した振動応答を処理する（図１を参照）。振動応答は、計測器電子機器２０により実質的に連続的に受信されて処理される、時間とともに変化する電子信号を含むことができる。振動応答は、ピックオフセンサ１７０Ｌ及び１７０Ｒからの信号などの第１及び第２のセンサ信号を含むことができる。計測器電子機器２０は振動応答を処理して１つ又は複数の流量特性を得ることができる。１つ又は複数の流量特性は、例えば、周波数応答、センサ信号間の位相差、密度、質量流量、体積流量などを含むことができる。他の流量特性も考えられ、本記述及び請求項の範囲内にある。任意の決定された流量特性を含む振動応答や更に駆動利得は、流量計内を流れる流体物質中の異常を検出するために使用することができる。
【０１４１】
上述の単一の又は２つの位相シフトを使用して決定される場合、従来技術とは対照的に、流量特性を迅速に求めることができる。更に、流量特性は実質的に瞬時に決定され得る。他の流量特性は、周波数及び位相差を使用して決定できる。流量特性の決定は推定流量特性を提供することができる。有利なことに、ほぼ瞬時の流量特性決定を、本発明による異常検出などの他の決定において利用できる。流量特性を実質的に瞬時に決定できるため、流体物質中の異常を迅速且つ正確に検出できる。
【０１４２】
異常は、流体物質中に混入された気体／空気及び／又は気泡を含み得る。異常は流体物質中の異質液体を含み得る。異常は流体物質中の固体を含み得る。異常は２相又は多相の流体物質を含み得る。
【０１４３】
異常が計測器アセンブリ１０内を通ると、流量特性は変化する。重大な異常が流量計内を移動するとき、異常の密度／比重が流体物質の密度／比重と異なる場合には、計測器は周波数の瞬時シフトと質量流量の対応する瞬時シフトとを経験する。計測器アセンブリ１０の周波数は、流体物質の密度の低下（例えば、混入空気が存在する場合など）とともに増大し得る。逆に、計測器アセンブリ１０の周波数は、高い密度が存在する場合（例えば、金属片又は他の固体が通過する場合など）に減少し得る。同様に、密度が特徴的に減少する場合には、流体物質の密度を使用して気泡などの異常を検出することができる。気泡の場合、流量計の周波数は流体の密度の低下とともに高くなり、質量流量は気泡の質量が小さいために減少する。それに加えて、そのような異常を検出するために、位相差及び／又は時間遅延を使用することができる。
【０１４４】
図１５は、周波数流量特性の上向きのスパイクが気泡などの流体物質中の異常を表す、時間に対する周波数応答のグラフである。この例の流体物質は水である。計測器アセンブリ１０は、流体物質として水で満たされた場合、約１３２Ｈｚの共振周波数を示す。空気で満たされた計測器アセンブリ１０は約１５８Ｈｚの共振周波数を示す。このグラフから、計測器アセンブリ１０がほとんど水で満たされていることが分かる。しかし、周波数スパイクにより示されるように、グラフの期間にわたって１５個の気泡が計測器アセンブリ１０を通過している。それぞれのスパイクの幅は約１００ミリ秒であり、この１００ミリ秒は、気泡が計測器アセンブリ１０内を通るのに要する時間である。平均周波数は流体流の平均密度と相関する。したがって、周波数の変化は、多相流体物質流の瞬時密度に関係し得る。
【０１４５】
図１６は、時間遅延流量特性の下向きのスパイクがやはり流体物質中の異常を表す、時間に対する時間遅延のグラフである。平均時間遅延は流体流の平均質量流量に対応する。気泡が計測器アセンブリ１０内を通るときの時間遅延の変化（つまり、２つのセンサの間の時間遅延の減少）に留意されたい。時間遅延の変化は多相流体流の瞬時質量流量に関係付けられ、流体物質中の異常の検出に使用できる。
【０１４６】
図１７は、流体物質中の空気の空隙率が小さい場合の時間に対する周波数応答を示す図である。空隙率が図１５の場合より低くても、流量は同じであり、気泡が計測器アセンブリ１０内を通るのに約１００ｍｓを要する。このグラフから、６個の気泡が計測器アセンブリ１０内を通過したことがわかる。
【０１４７】
図１８は、混入空気を含む水についての流体比重（ＳＧ）に対する駆動周波数のグラフである。グラフにおいて、空気に対するＳＧの値はゼロであるが、水のＳＧ値は１である。この図から、流体物質と流体物質中の異常とを区別するために比重を使用できることがわかる。
【０１４８】
図１９は、１〜７のＳＧ範囲におけるＳＧに対する駆動周波数のグラフである。固体は水のＳＧに比べて大きな比重を有する（つまり、固体のＳＧ値は１よりも大きい）。例えば、鋼鉄は７程度のＳＧを有する。ＳＧ＝７の流体の駆動周波数は、典型的には、約８３Ｈｚである。したがって、流体物質と異なる密度を有する固体が計測器内を通った場合、計測器電子機器２０により検出できる周波数に変化が生じる。流体物質としての水及び異常物質としての鋼鉄の場合、計測器は、異常がなければ、１３２Ｈｚで動作する。周波数流量特性は、鋼鉄という固体が計測器アセンブリ１０を通った場合、８３Ｈｚに向かって下降する。
【０１４９】
その後、計測器電子機器２０は、異常の発生を示す異常状態１４１２を設定することができる。その後、計測器電子機器２０は、任意の形の異常処理ルーチン、プロセス又は通知を実行又は起動することができる異常アラーム１４１３を設定することができる。その後、計測器電子機器２０は、検出された異常状態を計数する異常計数１４１４をインクリメントすることができる。異常検出、指示、アラーム及び計数は、図２０の流れ図２０００に関して以下で更に詳述する。
【０１５０】
理解されるとおり、計測器電子機器２０は振動応答を繰り返し受信し、処理することができる。その結果、計測器電子機器２０は、関連する流量計の動作期間に異常を検出することができる。計測器電子機器２０は、様々な異常が流量計内を通るとき、異常の指示、アラーム及び計数プロセスを時間に関して実質的に連続的に実行することができる。
【０１５１】
振動応答処理ルーチン１４０１は振動応答を受信する。すでに説明したように、振動応答は、流量計に与えられる駆動振動への１つ又は複数の流体導管の応答を反映する第１及び第２のセンサ信号を含むことができる。いくつかの実施の形態における振動応答処理ルーチン１４０１は、流体物質の１つ又は複数の流量特性を得るために振動応答を処理する。１つ又は複数の流量特性は、周波数応答、第１のセンサ信号と第２のセンサ信号との間の位相差、密度、質量流量、体積流量などを含むことができる。周波数応答は、導出されたすべての流量特性と同様に、流量計内を通る流体物質の流れに本質的に関係する。したがって、周波数は流量計での質量流量とともに変化する。また、周波数は流体物質の密度とともに変化する。例えば、流体物質が液体を含む場合、流量計内を通る混入気体によって流量計での質量が下がり、振動応答が一時的に流体物質により減衰されないので、高い周波数値に瞬間的に上昇するスパイクが周波数に生じる。したがって、高速な周波数・位相差決定法を採用することにより、計測器電子機器２０は流れの中の異常を検出することができ、異常を実質的に瞬時に検出することができる。それに加えて、流れ状態によっては、また、実施の形態によっては、計測器電子機器２０は異常を定量化できる。
【０１５２】
一つの実施の形態の異常検出ルーチン１４０２では、振動応答と少なくとも１つの異常プロファイル１４１１（後述）とを比較する。振動応答が異常プロファイル１４１１内に入る場合、異常検出ルーチン１４０２は異常が発生していると判定する。
【０１５３】
一つの実施の形態の異常指示ルーチン１４０３は異常状態１４１２（後述）を設定する。したがって、異常指示ルーチン１４０３は異常の発生を示す。一つの実施の形態では、異常指示ルーチン１４０３は異常計数１４１４をインクリメントする。
【０１５４】
一つの実施の形態の異常アラームルーチン１４０４は異常アラーム１４１３を設定する。異常アラーム１４１３は、任意の形の異常処理ルーチン、プロセス又は通知を実行し又は起動することができる。
【０１５５】
振動応答１４１０は、計測器アセンブリ１０から受信した振動応答を格納する。振動応答１４１０は、例えば、巡回キューなどの任意の形のデータ記憶域を備えることができる。振動応答１４１０は、計測器アセンブリ１０から受信したアナログ電気信号のデジタル表現を含むことができる。振動応答１４１０は、電気信号のサンプリングされた部分を含むことができる。振動応答１４１０は第１及び第２のセンサ信号を含むことができ、更に、第１及び第２のセンサ信号から導かれた流量特性を含むことができる。例えば、振動応答１４１０は、第１及び第２のセンサ信号から導かれた周波数値（つまり、周波数近似又は推定）を含むことができる。
【０１５６】
異常プロファイル１４１１は、流体物質での異常を検出するために使用される１つ又は複数のプロファイルを格納する。複数の異常タイプが検出されることが望ましい場合に、複数の異常プロファイルを含むことができる。格納されている異常プロファイルは、異常判定を有効にする任意の情報を含むことができる。
【０１５７】
一つの実施の形態では、異常プロファイルは異常周波数プロファイルを含むことができる。異常周波数プロファイルは、予想される流体物質周波数特性よりも高い又は低い周波数閾値を含むことができる。振動応答が異常周波数閾値を超えると、異常が発生していると決定される。代りに、他の実施の形態では、異常周波数プロファイルは或る周波数範囲を含むことができる。異常周波数範囲は、関連付けられた流量特性よりも高い又は低い周波数範囲を含むことができる。振動応答が異常周波数範囲内にある場合、異常が発生していると決定される。異常周波数範囲は、異常のある物質の位相及び組成に特有であり得る。例えば、異常周波数範囲は、原油流体流中の天然ガスなどの特定の気体に特有であり得、したがって、計測器電子機器２０は原油中の天然ガス気泡を検出することができる。
【０１５８】
一つの実施の形態では、異常プロファイルは異常振幅プロファイルを含むことができる。異常振幅プロファイルは異常振幅閾値又は異常振幅範囲を含むことができる。異常振幅閾値／範囲は、例えば、密度、質量流量、時間遅延振幅値又は位相遅延振幅値を含むことができる。しかし、異常振幅閾値／範囲は他の流量特性を含むことができる。異常振幅閾値／範囲は、予想される流体物質特性よりも高い又は低いものとすることができる。振動応答が異常振幅閾値／範囲を超え又はその範囲内にある場合、異常が発生していると決定される。
【０１５９】
一つの実施の形態では、異常プロファイルは持続時間プロファイルを含むことができる。持続時間プロファイルは、予想される流体物質特性からのずれの持続時間を含むことができる。例えば、水中の典型的な気泡は約１００ミリ秒（ｍｓ）で計測器アセンブリ１０内を移動する。周波数応答が約１００ｍｓの持続時間の周波数スパイクを含む場合、気泡異常決定を行うために持続時間プロファイルだけを使用できる。その結果、関連する流量特性が持続時間プロファイルの範囲内に入る期間にわたり、予想される流体物質周波数特性から逸脱する場合、異常が発生していると決定される。
【０１６０】
一つの実施の形態では、異常プロファイルは、上記の周波数、振幅及び持続時間の閾値／範囲のうちの１つ又は複数を含むことができる。例えば、気泡検出に対しては、異常プロファイル１４１１は、周波数閾値／範囲と異常持続時間プロファイルとを含むことができる。異常物質又は検出すべき物質に応じて、他の組合せも使用できる。一つの実施の形態の検出法では、パターン認識を使用する。
【０１６１】
異常状態１４１２は、異常が現在出現しているかどうかを示す状態変数を含むことができる。例えば、計測器電子機器２０は流量特性を直ちに又は実質的に瞬時に決定することができるので、異常状態１４１２は実質的にリアルタイムで異常を示すことができる。一つの例では、異常状態１４１２は、気泡が計測器アセンブリ１０内を通過している間に真値又はオン値に設定でき、そうでない場合には偽に設定できる。
【０１６２】
異常アラーム１４１３は、アラーム状態を示す状態変数を含むことができる。異常が生じていると決定された場合、異常アラーム１４１３は真に設定できる。異常アラーム１４１３は、異常のときに実行される任意の形のルーチン、プロセス又は通知を開始するために使用できる。例えば、流体物質中に固体が検出された場合、異常アラーム１４１３は操作者への異常表示を開始したり、他のデバイスへの異常メッセージの送信を開始したりすることができる。
【０１６３】
異常計数１４１４は異常出現を計数するために使用できる。異常計数１４１４は、流体物質中の気体又は空気の気泡、異質液体のポケット又は固体を計数することができる。異常計数１４１４は異常が検出される毎にインクリメントできる。異常計数１４１４は、例えば、異常状態１４１２が真の状態に設定された場合にインクリメントできる。
【０１６４】
図２０は、本発明の一つの実施の形態による流量計内を流れる流体物質中の流れ異常を検出するための方法の流れ図２０００である。ステップ２００１で、振動応答が処理される。振動応答は１つ又は複数の流量特性を決定するために処理できる。振動応答は、例えば、第１及び第２のセンサ信号を含み得る。１つ又は複数の流量特性は、振動応答の周波数、振動応答を含む第１のセンサ信号と第２のセンサ信号との間の位相差、密度、質量流量、体積流量、時間遅延などを含むことができる。
【０１６５】
ステップ２００２で、振動応答は異常プロファイルと比較される。すでに説明したように、異常プロファイルは、多くの異なるタイプの異常を検出可能にする情報を提供する。異常プロファイルでは、検出すべき気体異常を特定することができる。異常プロファイルは、検出すべき異質液体異常を特定することができる。異常プロファイルは、検出すべき固体異常を特定することができる。
【０１６６】
異常プロファイルは、振幅異常閾値又は振幅異常範囲などの振幅プロファイルを含むことができる。振幅プロファイルは、周波数、密度又は質量流量特性のプロファイルを含むことができる。
【０１６７】
異常プロファイルは、流体物質中の異常を決定するために使用できる周波数異常閾値又は周波数異常範囲などの周波数プロファイルを含むことができる。
異常プロファイルは持続時間プロファイルを含むことができる。持続時間プロファイルは、持続時間プロファイルに従って予想される応答から振動応答が逸脱する場合に異常を示すことができる。
【０１６８】
異常プロファイルは、空気気泡プロファイルを含む気泡プロファイルを含むことができる。気泡プロファイルは、流体物質中の異常を示す振幅、周波数及び／又は時間値の任意の組合せを特定することができる。例えば、一つの実施の形態の気泡プロファイルは、１３５Ｈｚよりも高い周波数の周波数閾値及び約１００ｍｓの持続時間を含むことができるが、この場合、流体物質は水であり、気泡は空気の気泡を含む。しかし、他の周波数閾値及び持続時間も考えられ、本記述及び請求項の範囲内にある。
【０１６９】
理解されるとおり、異常プロファイルは上記の係数の１つ又は複数を含むことができる。所定の流体物質について、また流体物質中に予想される１つ又は複数の所定の異常タイプについて、異常プロファイルを選択し又は作成することができる。
【０１７０】
ステップ２００３において、振動応答が異常プロファイルの範囲内にあれば、方法はステップ２００４に進み、そうでなければ、方法はステップ２００４及び２００５を回避するよう分岐する。ステップ２００４では、振動応答は異常プロファイルの範囲内あるため、振動応答のシフトが検出される。
【０１７１】
ステップ２００５においては、シフトが生じているため、異常が示される。すでに説明したように、この指示は複数のアクションを含み得る。一つの実施の形態では、異常状態１４１２は、異常が検出される限り、真の状態に設定できる。水流体物質中の空気の気泡の場合、気泡は流量計を通るのに典型的には約１００ｍｓを要する。一つの実施の形態では、異常アラーム１４１３は真に設定することができ、その場合、このアラーム状態で、任意の形の異常処理ルーチン、プロセス又は通知を実行し又は起動することができる。一つの実施の形態では、異常計数１４１４はインクリメントすることができ、異常計数１４１４は流動状態における異常の出現を計数する。例えば、異常計数１４１４は、流体物質中の気体の気泡、空気の気泡又は固体の出現を計数することができる。
【０１７２】
上記の方法ステップを繰り返し実行できることは理解されるとおりである。振動応答が連続的に受信されると、振動応答は繰り返し処理されて比較され、流体物質中の異常が実質的に連続的に検出されて指示され得る。任意の異常を検出して実質的にリアルタイムで示すことができる。したがって、流れ図はステップ２００１に戻る。
【０１７３】
本発明による計測器電子機器及び方法は、所望により、複数の利点を提供するように、任意の実施の形態に従って使用できる。有利なことに、高速な周波数及び位相差決定法を採用することにより、計測器電子機器は流れの異常を検出できる。本発明は流れの異常を迅速且つ正確に検出できる。本発明は実質的に瞬時に異常を検出できる。実施の形態によっては、また、流れ状態によっては、本発明は異常を定量化できる。
【０１７４】
本発明は流体物質中の気体の気泡を検出できる。本発明は流体物質中の空気の気泡を検出できる。本発明は流体物質中の空気の気泡を計数できる。本発明は流体物質中の気泡の気泡境界を決定できる。本発明は流体物質中の異質液体を検出できる。本発明は流体物質中の固体を検出できる。本発明は流体物質中の固体を計数できる。
【図１】
0005497117.tif 000020
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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