(57)【要約】  流量計（５）内の多相流体物質に対するセンサ信号を処理するための計測器電子機器（２０）が、本発明の一つの実施の形態により実現される。計測器電子機器（２０）は、多相流体物質の第１及び第２のセンサ信号（２１０及び２１１）を受け取るためのインターフェイス（２０１）と処理システム（２０３）とを備える。処理システム（２０３）は、第１のセンサ信号（２１０）及び第２のセンサ信号（２１１）を受け取り、第１のセンサ信号（２１０）から第１の９０度位相シフト（２１３）を生成し、第２のセンサ信号（２１１）から第２の９０度位相シフト（２１４）を生成し、第１の９０度位相シフト（２１３）と第２の９０度位相シフト（２１４）とのうちの１つを使用して周波数（２２１）を計算し、第１の９０度位相シフト（２１３）と第２の９０度位相シフト（２１４）とのうちの１つ又は複数を使用して位相差（２２０）を計算し、多相流体物質に対する質量流量（２２３）、密度（２２４）及び体積流量（２２５）のうちの１つ又は複数を計算するように構成される。
2009505100.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流量計（５）における多相流体物質に対するセンサ信号を処理するための計測器電子機器（２０）であって、
前記多相流体物質に対する第１のセンサ信号（２１０）及び第２のセンサ信号（２１１）を受け取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）から前記第１のセンサ信号（２１０）及び前記第２のセンサ信号（２１１）を受け取り、前記第１のセンサ信号（２１０）から第１の９０度位相シフト（２１３）を生成し、前記第２のセンサ信号（２１１）から第２の９０度位相シフト（２１４）を生成し、前記第１の９０度位相シフト（２１３）と前記第２の９０度位相シフト（２１４）とのうちの１つを使用して周波数（２２１）を計算し、前記第１の９０度位相シフト（２１３）と前記第２の９０度位相シフト（２１４）とのうちの１つ又は複数を使用して位相差（２２０）を計算し、前記多相流体物質に対する質量流量（２２３）、密度（２２４）又は体積流量（２２５）のうちの１つ又は複数を計算する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（２０２）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、さらに、前記多相流体物質中の気体キャリーアンダー（１４２５）と液体キャリーオーバー（１４２６）とのうちの１つ又は複数を決定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】
生成する前記ステップは、ヒルベルト変換を使用して前記第１の９０度位相シフト（２１３）及び前記第２の９０度位相シフト（２１４）を生成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５】
周波数（２２１）を計算する前記ステップは、前記第１のセンサ信号（２１０）及び前記第１の９０度位相シフト（２１３）から前記周波数（２２１）を計算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６】
位相差（２２０）を計算する前記ステップは、前記第１のセンサ信号（２１０）、前記第１の９０度位相シフト（２１３）及び前記第２のセンサ信号（２１１）から前記位相差（２２０）を計算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７】
位相差（２２０）を計算する前記ステップは、前記第１のセンサ信号（２１０）、前記第１の９０度位相シフト（２１３）、前記第２のセンサ信号（２１１）及び前記第２の９０度位相シフト（２１４）から前記位相差（２２０）を計算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８】
前記処理システム（２０３）は、さらに、前記周波数（２２１）を少なくとも気体周波数成分（１４１２）と流体周波数成分（１４１６）とに分け、前記周波数応答（１４１０）及び前記気体周波数成分（１４１２）と前記流体周波数成分（１４１６）とのうちの１つ又は複数から気体の空隙率（１４１８）と液体分率（１４２７）とのうちの１つ又は複数を決定し、気体の前記空隙率（１４１８）を使用して前記多相流体物質の液体流体成分の液相密度（１４２２）と気体流成分の気相密度（１４２１）とのうちの１つ又は複数を決定し、気体の前記空隙率（１４１８）と前記液体分率（１４２７）とのうちの１つ又は複数を使用して前記多相流体物質の気体キャリーアンダー（１４２５）と液体キャリーオーバー（１４２６）とのうちの１つ又は複数を決定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９】
分ける前記ステップは、前記気体周波数成分（１４１２）と前記流体周波数成分（１４１６）とのうちの１つを実質的に除去する１つ又は複数のフィルタで前記周波数応答（１４１０）を処理するステップを含む、請求項８に記載の計測器電子機器（２０）。
【請求項１０】
分ける前記ステップは、
前記気体周波数成分（１４１２）を実質的に除去し、前記流体周波数成分（１４１６）を実質的に通す第１のフィルタで前記周波数応答（１４１０）をフィルタ処理するステップと、
前記流体周波数成分（１４１６）を実質的に除去し、前記気体周波数成分（１４１２）を実質的に通す第２のフィルタで前記周波数応答（１４１０）をフィルタ処理するステップと、
を含み、前記第１のフィルタは前記流体周波数成分（１４１６）を出力し、前記第２のフィルタは前記気体周波数成分（１４１２）を出力する、請求項８に記載の計測器電子機器（２０）。
【請求項１１】
気体の空隙率（１４１８）と液体分率（１４２７）とのうちの１つ又は複数を決定する前記ステップは、
前記周波数応答（１４１０）から総合密度（１４２０）を計算するステップと、
前記流体周波数成分（１４１６）から流体成分密度（１４２２）を計算するステップと、
前記気体周波数成分（１４１２）から気体成分密度（１４２１）を計算するステップと、
前記流体成分密度（１４２２）から前記総合密度（１４２０）を引いた値を前記流体成分密度（１４２２）から前記気体成分密度（１４２１）を引いた値で除算した比として気体の空隙率（１４１８）を計算するステップと、
を含む、請求項８に記載の計測器電子機器（２０）。
【請求項１２】
前記処理システム（２０３）は、さらに、前記周波数応答（１４１０）を少なくとも気体周波数成分（１４１２）と流体周波数成分（１４１６）とに分け、前記周波数応答（１４１０）から総合密度（１４２０）を決定し、前記気体周波数成分（１４１２）から気体密度（１４２１）を決定し、前記周波数応答（１４１０）と前記気体周波数成分（１４１２）と前記流体周波数成分（１４１６）とのうちの１つ又は複数から気体の前記空隙率（１４１８）を決定し、気体の前記空隙率（１４１８）に前記気体密度（１４２１）を前記総合密度（１４２０）で除算した比を乗算して得られた値から質量分率（１４１９）を決定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１３】
前記処理システム（２０３）は、さらに、前記周波数応答（１４１０）から前記流体物質の質量流量（２２３）を決定し、前記質量分率（１４１９）及び前記質量流量（２２３）を使用して第１の流体成分質量と第２の流体成分質量とのうちの少なくとも１つを決定するように構成される、請求項１２に記載の計測器電子機器（２０）。
【請求項１４】
前記処理システム（２０３）は、さらに、前記周波数応答（１４１０）を二乗して二乗周波数応答を生成し、前記二乗周波数応答の逆数を求めて実質的に瞬間的な流体流密度を生成し、前記実質的に瞬間的な流体流密度を、前記気体流体物質の気体流体分率（１４２８）を表す所定の気体密度（１４２１）と液体流体分率（１４２７）を表す所定の液体密度とのうちの少なくとも１つと比較し、前記比較の結果から液体流体分率（１４２７）と気体流体分率（１４２８）とのうちの１つ又は複数を決定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１５】
流量計（５）における多相流体物質に対するセンサ信号を処理するための方法であって、
前記多相流体物質に対する第１のセンサ信号（２１０）及び第２のセンサ信号（２１１）を受け取るステップと、
前記第１のセンサ信号（２１０）から第１の９０度位相シフト（２１３）を生成し、前記第２のセンサ信号（２１１）から第２の９０度位相シフト（２１４）を生成するステップと、
前記第１の９０度位相シフト（２１３）と前記第２の９０度位相シフト（２１４）とのうちの１つを使用して周波数（２２１）を計算するステップと、
前記第１の９０度位相シフト（２１３）と前記第２の９０度位相シフト（２１４）とのうちの１つ又は複数を使用して位相差（２２０）を計算するステップと、
前記多相流体物質に対する質量流量（２２３）、密度（２２４）及び体積流量（２２５）のうちの１つ又は複数を計算するステップと、
を含む方法。
【請求項１６】
前記多相流体物質中の気体キャリーアンダー（１４２５）と液体キャリーオーバー（１４２６）とのうちの１つ又は複数を決定するステップを含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
生成する前記ステップは、ヒルベルト変換を使用して前記第１の９０度位相シフト（２１３）及び前記第２の９０度位相シフト（２１４）を生成するステップを含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
周波数（２２１）を計算する前記ステップは、前記第１のセンサ信号（２１０）及び前記第１の９０度位相シフト（２１３）から前記周波数（２２１）を計算するステップを含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１９】
位相差（２２０）を計算する前記ステップは、前記第１のセンサ信号（２１０）、前記第１の９０度位相シフト（２１３）及び前記第２のセンサ信号（２１１）から前記位相差（２２０）を計算するステップを含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項２０】
位相差（２２０）を計算する前記ステップは、前記第１のセンサ信号（２１０）、前記第１の９０度位相シフト（２１３）、前記第２のセンサ信号（２１１）及び前記第２の９０度位相シフト（２１４）から前記位相差（２２０）を計算するステップを含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項２１】
さらに、
前記周波数（２２１）を、少なくとも１つの気体周波数成分（１４１２）と１つの流体周波数成分（１４１６）とに分けるステップと、
前記周波数応答（１４１０）、前記気体周波数成分（１４１２）及び前記流体周波数成分（１４１６）のうちの１つ又は複数から、気体の空隙率（１４１８）と液体分率（１４２７）とのうちの１つ又は複数を決定するステップと、
気体の前記空隙率（１４１８）を使用して前記多層流体物質の液体流体成分の液相密度（１４２２）と気体流体成分の気相密度（１４２１）とのうちの１つ又は複数を決定するステップと、
気体の前記空隙率（１４１８）と前記液体分率（１４２７）とのうちの１つ又は複数を使用して前記多層流体物質の気体キャリーアンダー（１４２５）と液体キャリーオーバー（１４２６）とのうちの１つ又は複数を決定するステップと、
を含む請求項１５に記載の方法。
【請求項２２】
分ける前記ステップは、前記気体周波数成分（１４１２）と前記流体周波数成分（１４１６）とのうちの１つを実質的に除去する１つ又は複数のフィルタで前記周波数応答（１４１０）を処理するステップを含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
分ける前記ステップは、
前記気体周波数成分（１４１２）を実質的に除去し、前記流体周波数成分（１４１６）を実質的に通す第１のフィルタで前記周波数応答（１４１０）をフィルタ処理するステップと、
前記流体周波数成分（１４１６）を実質的に除去し、前記気体周波数成分（１４１２）を実質的に通す第２のフィルタで前記周波数応答（１４１０）をフィルタ処理するステップと、
を含み、
前記第１のフィルタは前記流体周波数成分（１４１６）を出力し、前記第２のフィルタは前記気体周波数成分（１４１２）を出力する、請求項２１に記載の方法。
【請求項２４】
気体の空隙率（１４１８）と液体分率（１４２７）とのうちの１つ又は複数を決定する前記ステップは、
前記周波数応答（１４１０）から総合密度（１４２０）を計算するステップと、
前記流体周波数成分（１４１６）から流体成分密度（１４２２）を計算するステップと、
前記気体周波数成分（１４１２）から気体成分密度（１４２１）を計算するステップと、
前記流体成分密度（１４２２）から前記総合密度（１４２０）を引いた値を前記流体成分密度（１４２２）から前記気体成分密度（１４２１）を引いた値で除算した比として気体の空隙率（１４１８）を計算するステップと、
を含む請求項２１に記載の方法。
【請求項２５】
さらに、
前記周波数応答（１４１０）を、少なくとも気体周波数成分（１４１２）と流体周波数成分（１４１６）とに分けるステップと、
前記周波数応答（１４１０）から総合密度（１４２０）を決定するステップと、
前記気体周波数成分（１４１２）から気体密度（１４２１）を決定するステップと、
前記周波数応答（１４１０）、前記気体周波数成分（１４１２）及び前記流体周波数成分（１４１６）のうちの１つ又は複数から気体の空隙率（１４１８）を決定するステップと、
気体の前記空隙率（１４１８）に前記気体密度（１４２１）を前記総合密度（１４２０）で除算した比を乗算した値から質量分率（１４１９）を決定するステップと、
を含む請求項１５に記載の方法。
【請求項２６】
さらに、
前記周波数応答（１４１０）から前記流体物質の質量流量（２２３）を決定するステップと、
前記質量分率（１４１９）及び前記質量流量（２２３）を使用して、第１の流体成分質量と第２の流体成分質量とのうちの少なくとも１つを決定するステップと、
を含む請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
さらに、
前記周波数応答（１４１０）を二乗して二乗周波数応答を生成するステップと、
前記二乗周波数応答の逆数を求めて実質的に瞬間的な流体流密度を生成するステップと、
前記実質的に瞬間的な流体流密度を、前記気体流体物質の気体流体分率（１４２８）を表す所定の気体密度（１４２１）と液体流体分率（１４２７）を表す所定の液体密度（１４２２）とのうちの少なくとも１つと比較するステップと、
前記比較の結果から、液体流体分率（１４２７）と気体流体分率（１４２８）とのうちの１つ又は複数を決定するステップと、
を含む請求項１５に記載の方法。
【請求項２８】
流量計（５）における多相流体物質に対するセンサ信号を処理するための方法であって、
前記多相流体物質に対する第１のセンサ信号（２１０）及び第２のセンサ信号（２１１）を受け取るステップと、
前記第１のセンサ信号（２１０）から第１の９０度位相シフト（２１３）を生成し、前記第２のセンサ信号（２１１）から第２の９０度位相シフト（２１４）を生成するステップと、
前記第１の９０度位相シフト（２１３）と前記第２の９０度位相シフト（２１４）とのうちの１つを使用して周波数（２２１）を計算するステップと、
前記第１の９０度位相シフト（２１３）と前記第２の９０度位相シフト（２１４）とのうちの１つ又は複数を使用して位相差（２２０）を計算するステップと、
前記多相流体物質に対する質量流量（２２３）、密度（２２４）及び体積流量（２２５）のうちの１つ又は複数を計算するステップと、
前記多相流体物質中の液体キャリーオーバー（１４２６）と気体キャリーアンダー（１４２５）とのうちの１つ又は複数を計算するステップと、
を含む方法。
【請求項２９】
生成する前記ステップは、ヒルベルト変換を使用して前記第１の９０度位相シフト（２１３）及び前記第２の９０度位相シフト（２１４）を生成するステップを含む、請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
周波数（２２１）を計算する前記ステップは、前記第１のセンサ信号（２１０）及び前記第１の９０度位相シフト（２１３）から前記周波数（２２１）を計算するステップを含む、請求項２８に記載の方法。
【請求項３１】
位相差（２２０）を計算する前記ステップは、前記第１のセンサ信号（２１０）、前記第１の９０度位相シフト（２１３）及び前記第２のセンサ信号（２１１）から前記位相差（２２０）を計算するステップを含む、請求項２８に記載の方法。
【請求項３２】
位相差（２２０）を計算する前記ステップは、前記第１のセンサ信号（２１０）、前記第１の９０度位相シフト（２１３）、前記第２のセンサ信号（２１１）及び前記第２の９０度位相シフト（２１４）から前記位相差（２２０）を計算するステップを含む、請求項２８に記載の方法。
【請求項３３】
さらに、
前記周波数（２２１）を、少なくとも気体周波数成分（１４１２）と流体周波数成分（１４１６）とに分けるステップと、
前記周波数応答（１４１０）、前記気体周波数成分（１４１２）及び前記流体周波数成分（１４１６）のうちの１つ又は複数から、気体の空隙率（１４１８）と液体分率（１４２７）とのうちの１つ又は複数を決定するステップと、
気体の前記空隙率（１４１８）を使用して前記多層流体物質の液体流体成分の液相密度（１４２２）と気体流体成分の気相密度（１４２１）とのうちの１つ又は複数を決定するステップと、
気体の前記空隙率（１４１８）と前記液体分率（１４２７）とのうちの１つ又は複数を使用して前記多層流体物質の気体キャリーアンダー（１４２５）と液体キャリーオーバー（１４２６）とのうちの１つ又は複数を決定するステップと、
を含む請求項２８に記載の方法。
【請求項３４】
分ける前記ステップは、前記気体周波数成分（１４１２）と前記流体周波数成分（１４１６）とのうちの１つを実質的に除去する１つ又は複数のフィルタで前記周波数応答（１４１０）を処理するステップを含む、請求項３３に記載の方法。
【請求項３５】
分ける前記ステップは、
前記気体周波数成分（１４１２）を実質的に除去し、前記流体周波数成分（１４１６）を実質的に通す第１のフィルタで前記周波数応答（１４１０）をフィルタ処理するステップと、
前記流体周波数成分（１４１６）を実質的に除去し、前記気体周波数成分（１４１２）を実質的に通す第２のフィルタで前記周波数応答（１４１０）をフィルタ処理するステップと、
を含み、
前記第１のフィルタは前記流体周波数成分（１４１６）を出力し、前記第２のフィルタは前記気体周波数成分（１４１２）を出力する、請求項３３に記載の方法。
【請求項３６】
気体の空隙率（１４１８）と液体分率（１４２７）とのうちの１つ又は複数を決定する前記ステップは、
前記周波数応答（１４１０）から総合密度（１４２０）を計算するステップと、
前記流体周波数成分（１４１６）から流体成分密度（１４２２）を計算するステップと、
前記気体周波数成分（１４１２）から気体成分密度（１４２１）を計算するステップと、
前記流体成分密度（１４２２）から前記総合密度（１４２０）を引いた値を前記流体成分密度（１４２２）から前記気体成分密度（１４２１）を引いた値で除算した比として気体の空隙率（１４１８）を計算するステップと、
を含む、請求項３３に記載の方法。
【請求項３７】
さらに、
前記周波数応答（１４１０）を、少なくとも気体周波数成分（１４１２）と流体周波数成分（１４１６）とに分けるステップと、
前記周波数応答（１４１０）から総合密度（１４２０）を決定するステップと、
前記気体周波数成分（１４１２）から気体密度（１４２１）を決定するステップと、
前記周波数応答（１４１０）、前記気体周波数成分（１４１２）及び前記流体周波数成分（１４１６）のうちの１つ又は複数から気体の空隙率（１４１８）を決定するステップと、
気体の前記空隙率（１４１８）に前記気体密度（１４２１）を前記総合密度（１４２０）で除算した比を乗算した値から質量分率（１４１９）を決定するステップと、
を含む、請求項２８に記載の方法。
【請求項３８】
さらに、
前記周波数応答（１４１０）から前記流体物質の質量流量（２２３）を決定するステップと、
前記質量分率（１４１９）及び前記質量流量（２２３）を使用して第１の流体成分質量と第２の流体成分質量とのうちの少なくとも１つを決定するステップと、
を含む、請求項３７に記載の方法。
【請求項３９】
さらに、
前記周波数応答（１４１０）を二乗して二乗周波数応答を生成するステップと、
前記二乗周波数応答の逆数を求めて実質的に瞬間的な流体流密度を生成するステップと、
前記実質的に瞬間的な流体流密度を、前記気体流体物質の気体流体分率（１４２８）を表す所定の気体密度（１４２１）と液体流体分率（１４２７）を表す所定の液体密度（１４２２）とのうちの少なくとも１つと比較するステップと、
前記比較の結果から液体流体分率（１４２７）と気体流体分率（１４２８）とのうちの１つ又は複数を決定するステップと、
を含む、請求項２８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
発明の背景
１．発明の分野
本発明は、流量計内の多層流体物質のセンサ信号を処理するための計測器電子機器及び方法に関する。
２．課題の陳述
１９８５年１月１日にＪ．Ｅ．Ｓｍｉｔｈ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．Ｓｍｉｔｈ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、密度、体積流量その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、導管形状は、物質が導管内を流れるときに１つ又は複数の振動モードで励振され、導管の運動は、導管にそって間隔をあけて並ぶ点において測定される。
【０００２】
物質充填系の振動モードは、一部は、流管の組み合わせ質量及び流管内の物質により定められる。物質は、流量計の入口側の接続パイプラインから流量計に流れ込む。次いで、物質は１つ又は複数の流管に通され、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。
【０００３】
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が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つのセンサ信号の間の位相差は、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手法では、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、位相差及び流管アセンブリの振動周波数応答が使用される。
【０００４】
従来技術による一つの手法では、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。他の手法では、ピックオフ又は基準信号の周波数を駆動周波数にロックするために、位相同期ループ（ＰＬＬ）が使用される。他の従来技術による手法では、ピックオフセンサにより生成される振動応答周波数は、ノッチフィルタにおいて当該周波数に中心を合わせることにより決定することができるが、ただし、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。これらの従来技術は、流量計内の流体物質が一様であり、また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、又は液体流体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、急激に変動しうる。高速の且つ大きな周波数変化という条件がある場合、ピックオフ信号がフィルタ帯域幅の外に出でしまい、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、さらに、流量計が空きと満杯の状態を交互にとる繰り返し動作をする空き−満杯−空きの計量動作で問題となる。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。理解されるように、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。さらに、誤差は、その後の流量特性決定に混入しうる。
【０００５】
従来技術では、ピックオフ信号は、ノッチフィルタを実現するために２値化され、デジタル操作されることができる。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せいである。
【０００６】
結果として、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、誤差を生じやすい。したがって、周波数決定の誤差は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は密度値（密度は、１／周波数の二乗にほぼ等しい）を決定するために使用されるので、周波数決定の誤差は密度決定で繰り返され又は混入する。さらに、これは体積流量の決定についても当てはまり、その場合、体積流量は、密度で除算した質量流量に等しい。
【０００７】
典型的な油井では、油井産出物は、一般に、原油だけでなく、油井産出流中の様々な量の水と天然ガスも含みうる。したがって、油井産出物は、典型的には、多相流体流を含む。結果として、油井産出物の流れは、通常、分離装置に送り込まれる。分離装置は、油井産出物の流れから１つ又は複数の成分を抽出する。分離装置は二相分離装置又は三相分離装置を備えることができる。二相分離装置は、典型的には、多相流体から混入気体を抽出する。二相分離装置からの産出物は、気体産出物、及び混入気体を伴わない二相流体を含みうる。例えば、油井産出物の流れが、油、水及び天然ガスを含む場合、二相分離装置の液体産出物は、油と水の二相流体流を含みうる。三相分離装置は、混入気体を分離することができ、また油から水を分離することもできる。
【０００８】
しかし、分離装置は流体成分を完全に分離するわけではない。例えば、抽出された気体は少量の残液を含みうる。これは、一般に、キャリーオーバー又は液体キャリーオーバーと呼ばれるが、それは、分離装置の気体出口が、典型的には、液体出口よりも物理的に高い位置にあるからである。それに加えて、三相分離装置の原油産出物（又は二相分離装置の原油及び水の産出物）は、いぜんとして、少量の混入気体を含みうる。これは、一般に、キャリーアンダー又は気体キャリーアンダーと呼ばれるが、それは、分離装置の液体／水出口が、典型的には、気体出口よりも物理的に低い位置にあるからである。
【０００９】
従来技術による分離装置産出物の測定は、ある種の流量計によりそれぞれの分離装置産出物の流れを測定する工程を含む。測定では、分離装置の気体産出物中に無視できる液体キャリーオーバーがあると仮定し、また原油／水産出物中に無視できる気体キャリーアンダーがあると仮定する。この仮定を置くのは、従来技術では、混入気体及び／又は液体が、実質的に瞬時に測定されるということはありえず、したがって、正確には測定できないからである。しかし、キャリーオーバー及びキャリーアンダーは、典型的には存在しており、その結果、従来技術の油井生産量測定には著しい不正確が入り込む。従来技術による気体と液体の測定結果が組み合わされることで、不正確性が混入される。
【００１０】
解決手段の概要
流量計における多層流体物質に対するセンサ信号を処理するための計測器電子機器及び方法の提供を通して、上記及び他の問題が解決され、技術の進歩が達成される。
【００１１】
流量計における多相流体物質に対するセンサ信号を処理するための計測器電子機器は、本発明の一つの実施の形態により実現される。計測器電子機器は、多相流体物質に対する第１のセンサ信号及び第２のセンサ信号を受け取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第１のセンサ信号及び第２のセンサ信号を受け取り、第１のセンサ信号から第１の９０度位相シフトを生成し、第２のセンサ信号から第２の９０度位相シフトを生成し、第１の９０度位相シフトと第２の９０度位相シフトとのうちの１つを使用して周波数を計算し、第１の９０度位相シフトと第２の９０度位相シフトとのうちの１つ又は複数を使用して位相差を計算し、多相流体物質に対する質量流量、密度及び体積流量のうちの１つ又は複数を計算するように構成される。
【００１２】
流量計内の多相流体物質に対するセンサ信号を処理するための方法は、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、多相流体物質に対する第１のセンサ信号及び第２のセンサ信号を受け取り、第１のセンサ信号から第１の９０度位相シフトを生成し、第２のセンサ信号から第２の９０度位相シフトを生成することを含む。この方法は、さらに、第１の９０度位相シフトと第２の９０度位相シフトとのうちの１つを使用して周波数を計算することを含む。この方法は、さらに、第１の９０度位相シフトと第２の９０度位相シフトとのうちの１つ又は複数を使用して位相差を計算することを含む。この方法は、さらに、多相流体物質に対する質量流量、密度及び体積流量のうちの１つ又は複数を計算することを含む。
【００１３】
流量計における多相流体物質に対するセンサ信号を処理するための方法は、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、多相流体物質に対する第１のセンサ信号及び第２のセンサ信号を受け取り、第１のセンサ信号から第１の９０度位相シフトを生成し、第２のセンサ信号から第２の９０度位相シフトを生成することを含む。この方法は、さらに、第１の９０度位相シフトと第２の９０度位相シフトとのうちの１つを使用して周波数を計算することを含む。この方法は、さらに、第１の９０度位相シフトと第２の９０度位相シフトとのうちの１つ又は複数を使用して位相差を計算することを含む。この方法は、さらに、多相流体物質に対する質量流量、密度及び体積流量のうちの１つ又は複数を計算し、多相流体物質中の液体キャリーオーバーと気体キャリーアンダーとのうちの１つ又は複数を計算することを含む。
【００１４】
発明の態様
計測器電子機器の一態様において、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、さらに、多相流体物質中の気体キャリーアンダーと液体キャリーオーバーとのうちの１つ又は複数を決定するように構成される。
【００１６】
計測器電子機器のさらに他の態様では、生成することは、ヒルベルト変換を使用して第１の９０度位相シフト及び第２の９０度位相シフトを生成することを含む。
【００１７】
計測器電子機器のさらに他の態様では、周波数を計算することは、第１のセンサ信号及び第１の９０度位相シフトから周波数を計算することを含む。
【００１８】
計測器電子機器のさらに他の態様では、位相差を計算することは、第１のセンサ信号、第１の９０度位相シフト及び第２のセンサ信号から位相差を計算することを含む。
【００１９】
計測器電子機器のさらに他の態様では、位相差を計算することは、第１のセンサ信号、第１の９０度位相シフト、第２のセンサ信号及び第２の９０度位相シフトから位相差を計算することを含む。
【００２０】
計測器電子機器のさらに他の態様では、処理システムは、周波数を少なくとも１つの気体周波数成分と流体周波数成分とに分け、周波数応答、気体周波数成分及び流体周波数成分のうちの１つ又は複数から気体の空隙率と液体分率とのうちの１つ又は複数を決定し、気体の空隙率を使用して多相流体物質の液体流体成分の液相密度と気体流成分の気相密度とのうちの１つ又は複数を決定し、気体の空隙率と液体分率とのうちの１つ又は複数を使用して多相流体物質の気体キャリーアンダーと液体キャリーオーバーとのうちの１つ又は複数を決定するようにさらに構成される。
【００２１】
計測器電子機器のさらに他の態様では、分けることは、気体周波数成分と流体周波数成分とうちの１つを実質的に除去する１つ又は複数のフィルタで周波数応答を処理することを含む。
【００２２】
計測器電子機器のさらに他の態様では、分けることは、さらに、気体周波数成分を実質的に除去し、流体周波数成分を実質的に通す第１のフィルタで周波数応答をフィルタ処理すること、及び、流体周波数成分を実質的に除去し、気体周波数成分を実質的に通す第２のフィルタで周波数応答をフィルタ処理することを含み、第１のフィルタは流体周波数成分を出力し、第２のフィルタは気体周波数成分を出力する。
【００２３】
計測器電子機器のさらに他の態様では、気体の空隙率と液体分率とのうちの１つ又は複数を決定することは、周波数応答から総合密度を計算し、流体周波数成分から流体成分密度を計算し、気体周波数成分から気体成分密度を計算し、流体成分密度から総合密度を引いた値を流体成分密度から気体成分密度を引いた値で除算した比として気体の空隙率を計算することを含む。
【００２４】
計測器電子機器のさらに他の態様では、処理システムは、さらに、周波数応答を少なくとも気体周波数成分と流体周波数成分とに分け、周波数応答から総合密度を決定し、気体周波数成分から気体密度を決定し、周波数応答、気体周波数成分及び流体周波数成分のうちの１つ又は複数から気体の空隙率を決定し、気体の空隙率に気体密度を総合密度で除算した比を乗算して得られた値から質量分率を決定するように構成される。
【００２５】
計測器電子機器のさらに他の態様では、処理システムは、さらに、周波数応答から流体物質の質量流量を決定し、質量分率及び質量流量を使用して第１の流体成分質量と第２の流体成分質量とうちの少なくとも１つを決定するように構成される。
【００２６】
計測器電子機器のさらに他の態様では、処理システムは、さらに、周波数応答を二乗して二乗周波数応答を生成し、二乗周波数応答の逆数を求めて実質的に瞬間的な流体流密度を生成し、実質的に瞬間的な流体流密度を、気体流体物質の気体流体分率を表す所定の気体密度と液体流体分率を表す所定の液体密度とのうちの少なくとも１つと比較し、その比較の結果から液体流体分率と気体流体分率とのうちの１つ又は複数を決定するように構成される。
【００２７】
方法の一態様では、この方法は、さらに、多相流体物質中の気体キャリーアンダーと液体キャリーオーバーとのうちの１つ又は複数を決定することを含む。
【００２８】
方法の他の態様では、生成することは、ヒルベルト変換を使用して第１の９０度位相シフト及び第２の９０度位相シフトを生成することを含む。
【００２９】
方法のさらに他の態様では、周波数を計算することは、第１のセンサ信号及び第１の９０度位相シフトから周波数を計算することを含む。
【００３０】
方法のさらに他の態様では、位相差を計算することは、第１のセンサ信号、第１の９０度位相シフト及び第２のセンサ信号から位相差を計算することを含む。
【００３１】
方法のさらに他の態様では、位相差を計算することは、第１のセンサ信号、第１の９０度位相シフト、第２のセンサ信号及び第２の９０度位相シフトから位相差を計算することを含む。
【００３２】
方法のさらに他の態様では、この方法は、さらに、周波数を少なくとも気体周波数成分と流体周波数成分とに分け、周波数応答、気体周波数成分及び流体周波数成分のうちの１つ又は複数から気体の空隙率と液体分率とのうちの１つ又は複数を決定し、気体の空隙率を使用して多相流体物質の液体流体成分の液相密度と気体流成分の気相密度とのうちの１つ又は複数を決定し、気体の空隙率と液体分率とのうちの１つ又は複数を使用して多相流体物質の気体キャリーアンダーと液体キャリーオーバーとのうちの１つ又は複数を決定することとを含む。
【００３３】
方法のさらに他の態様では、分けることは、気体周波数成分と流体周波数成分とのうちの１つを実質的に除去する１つ又は複数のフィルタで周波数応答を処理することを含む。
【００３４】
方法のさらに他の態様では、分けることは、さらに、気体周波数成分を実質的に除去し、流体周波数成分を実質的に通す第１のフィルタで周波数応答をフィルタ処理すること、及び、流体周波数成分を実質的に除去し、気体周波数成分を実質的に通す第２のフィルタで周波数応答をフィルタ処理することを含み、第１のフィルタは流体周波数成分を出力し、第２のフィルタは気体周波数成分を出力する。
【００３５】
方法のさらに他の態様では、気体の空隙率と液体分率とのうちの１つ又は複数を決定することは、周波数応答から総合密度を計算し、流体周波数成分から流体成分密度を計算し、気体周波数成分から気体成分密度を計算し、流体成分密度から総合密度を引いた値を流体成分密度から気体成分密度を引いた値で除算した比として気体の空隙率を計算することを含む。
【００３６】
方法のさらに他の態様では、この方法は、さらに、周波数応答を少なくとも気体周波数成分と流体周波数成分とに分け、周波数応答から総合密度を決定し、気体周波数成分から気体密度を決定し、周波数応答、気体周波数成分及び流体周波数成分のうちの１つ又は複数から気体の空隙率を決定し、気体の空隙率に気体密度を総合密度で除算した比を乗算して得られた値から質量分率を決定することを含む。
【００３７】
方法のさらに他の態様では、この方法は、さらに、周波数応答から流体物質の質量流量を決定し、質量分率及び質量流量を使用して第１の流体成分質量と第２の流体成分質量とのうちの少なくとも１つを決定することを含む。
【００３８】
方法のさらに他の態様では、この方法は、さらに、周波数応答を二乗して二乗周波数応答を生成し、二乗周波数応答の逆数を求めて実質的に瞬間的な流体流密度を生成し、実質的に瞬間的な流体流密度を、気体流体物質の気体流体分率を表す所定の気体密度と液体流体分率を表す所定の液体密度とのうちの少なくとも１つと比較し、その比較の結果から液体流体分率と気体流体分率とのうちの１つ又は複数を決定することを含む。
【００３９】
図面ではすべて、同じ参照番号は同じ要素を表す。
【００４０】
発明の詳細な説明
図１〜図２７及び以下の説明は、当業者に、本発明の最良の態様を如何に作り、使用するかを教示する具体的実施例を示している。発明の原理を教示するため、いくつかの従来の態様は簡略化され又は省略される。当業者であれば、実例から、本発明の範囲内に収まる変更形態を理解するであろう。当業者であれば、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ことを理解するであろう。その結果、本発明は、後述の特定の実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。
【００４１】
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で密度、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、当業者には明らかなように、本発明はコリオリ質量流量計が備える追加の測定機能なしに振動管密度計として実現することも可能である。
【００４２】
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及び一対の速度センサ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’において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’と出口脚１３４及び１３４’を備える。流管１３０及び１３０’は、その長さにそって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。
【００４３】
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を通る連続的な閉じた材料経路を形成する。
【００４４】
入口端１０４及び出口端１０４’を介して、穴１０２及び１０２’を有するフランジ１０３及び１０３’が、測定される加工材料を運ぶ加工ライン（図に示されていない）に接続されると、材料は、フランジ１０３内のオリフィス１０１を通して計測器の端部１０４に入り、マニホールド１５０を通して表面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て流管１３０及び１３０’に通される。流管１３０及び１３０’から出た後、処理材料は、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’により処理ライン（図に示されていない）に接続された出口端１０４’に送られる。
【００４５】
流管１３０及び１３０’は、実質的に同じ質量分布、慣性モーメント、曲げ軸Ｗ−Ｗ及びＷ’−Ｗ’を中心とするヤング率をそれぞれ有するように選択され、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って変化するので、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、したがって中を流れる所与の電流に対して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ため、ＲＴＤ間に現れる温度依存性電圧が、計測器電子機器２０により周知の方法で使用される。ＲＴＤは、リード線１９５により計測器電子機器２０に接続される。
【００４６】
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’に関して逆方向に、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、及び流管１３０に取り付けられ、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周知の配列のうちの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。
【００４７】
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に現れる左速度信号と１６５Ｒ上に現れる右速度信号とを受け取る。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、要素１８０を駆動して管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、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を介して計測器電子機器２０によって利用手段２９に与えられる。
【００４８】
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、質量流量計として動作することができ、又は、コリオリ流量計として動作することを含む、密度計として動作しうる。計測器電子機器２０は、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ために、第１及び第２のセンサ信号を処理する。例えば、計測器電子機器２０は、例えば、位相差、周波数、時間差（Δｔ）、密度、質量流量及びセンサ信号からの体積流量の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以下で説明する。
【００４９】
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に比べて高速であり、正確であり、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、有利なことに、流量特性を計算するために要する処理時間が短縮される。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、両方の流量特性の精度が高まり、また両方の流量特性とも、従来技術よりもかなり速く決定できる。
【００５０】
従来技術の周波数決定方法は、典型的には、実行に１〜２秒要する。対照的に、本発明による周波数決定は、５０ミリ秒（ｍｓ）という短い時間に実行できる。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、デシメーションレートなどに応じて、一層高速な周波数決定が考えられる。５０ｍｓの周波数決定速度では、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倍速いと考えられる。
【００５１】
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、何らか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処理を実行できる。代わりに、信号処理の一部又は全部は処理システム２０３内で実行できる。
【００５２】
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。
【００５３】
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、デジタイズし、デジタルセンサ信号を出力する。さらに、デジタイザ２０２は必要なデシメーションも実行することができる。その場合、必要な信号処理量を減らし、処理時間を短縮するために、デジタルセンサ信号がデシメートされる。デシメーションについては以下で詳述する。
【００５４】
処理システム２０３は、計測器電子機器２０の動作を行わせ、流量計アセンブリ１０からの流量測定を処理する。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。
【００５５】
処理システム２０３は、汎用コンピュータ、マイクロプロセッサ処理システム、論理回路、又は、他の何らかの汎用又はカスタマイズされた処理装置を備えることができる。処理システム２０３は複数の処理装置に分散されることができる。処理システム２０３は、記憶システム２０４などの、何らかの形の一体型又は独立の電子記憶媒体を備えることができる。
【００５６】
処理システム２０３は、センサ信号２１０を処理してセンサ信号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。
【００５７】
図示された実施の形態では、処理システム２０３は、２つのセンサ信号２１０、２１１と単一のセンサ信号位相シフト２１３と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、２１１と単一の位相シフト２１３とから少なくとも位相差及び周波数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、第１又は第２の位相シフトセンサ信号（上流又は下流のピックオフ信号など）を処理し、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。
【００５８】
記憶システム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。一つの実施の形態では、記憶システム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。
【００５９】
一つの実施の形態では、記憶システム２０４は、コリオリ流量計５などの流量計を動作させるために使用される変数を格納する。一つの実施の形態の記憶システム２０４は、速度／ピックオフセンサ１７０Ｌから受け取った第１のセンサ信号２１０及び速度／ピックオフセンサ１７０Ｒから受け取った第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。
【００６０】
一つの実施の形態では、記憶システム２０４は、流量測定から得られた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、これらの流量特性はすべてセンサ信号２１０から決定される。
【００６１】
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。
【００６２】
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システム２０４の位相差２２０に格納されることができる。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て取得される。これは、大きな流量を有する又は多相流が生じる流量計用途では重大な差を提供しうる。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うる。さらに、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存在しない。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。
【００６３】
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システム２０４の周波数２２１に格納されることができる。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、取得される。これは、大きな流量を有する又は多相流が生じる流量計用途では重大な差を提供しうる。
【００６４】
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）は記憶システム２０４の時間差（Δｔ）２２２に格納されることができる。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。
【００６５】
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、決定された位相差２２０及び決定された周波数２２１を使用し、これらの追加の流量特性を取得することができる。理解されるように、例えば、質量流量又は密度などの決定に関して、追加の情報が必要になることがある。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式はＴｉｔｌｏｗ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、さらに、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、流量特性は、計測器電子機器２０により外部装置に送信されることができる。
【００６６】
図３は、本発明の一つの実施の形態による流量計において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。
【００６７】
ステップ３０２で、センサ信号が調整される。一つの実施の形態において、この調整は、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、流量計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、さらに、デジタルセンサ信号を出力するために実行される何らかの形のサンプリング、デジタイズ及びデシメーションを含むことができる。
【００６８】
ステップ３０３において、単一の９０度位相シフトが生成される。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。
【００６９】
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認められる応答信号、つまりピックオフセンサにおける位相差を含む。
【００７０】
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られることができる。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。
【００７１】
ステップ３０５で、周波数が計算される。本発明による周波数は、有利なことに、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。
【００７２】
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せずに取得される。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精度が高い。
【００７３】
ステップ３０６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３０４及び３０５で計算される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。
【００７４】
ステップ３０７で、密度を随意に決定することができる。密度は流量特性の１つとして決定されることができ、例えば周波数から決定できる。
【００７５】
ステップ３０８で、体積流量を随意に決定することができる。体積流量は流量特性の１つとして決定されることができ、例えば質量流量及び密度から決定できる。
【００７６】
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。
【００７７】
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の（デジタル）センサ信号２１０及び第２の（デジタル）センサ信号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。すでに説明したように、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。
【００７８】
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、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、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、２１１から、少なくとも位相差及び周波数を決定する。
【００７９】
すでに説明されているように、記憶システム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。さらに、記憶システム２０４は、流量特性を決定するために、センサ信号から生成された第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。
【００８０】
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。
【００８１】
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システム２０４の位相差２２０に格納されることができる。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、取得される。これは、大きな流量を有する又は多相流が生じる流量計用途では重大な差を提供しうる。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うる。さらに、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存在しない。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。
【００８２】
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。すでに説明したように、決定された周波数は記憶システム２０４の周波数２２１に格納されることができる。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、かなり高速に計算され、取得される。これは大きな流量を有する又は多相流が生じる流量計用途では重大な差を提供しうる。
【００８３】
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。すでに説明したように、時間差（Δｔ）は記憶システム２０４の時間差（Δｔ）２２２に格納されることができる。時間差（Δｔ）は、決定された周波数により除算された決定された位相を実質的に含み、したがって、質量流量を決定するために使用される。
【００８４】
流量特性ルーチン２１８は、すでに説明したように、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。
【００８５】
図５は、本発明の一つの実施の形態による流量計において第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。
【００８６】
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。
【００８７】
ステップ５０３で、センサ信号が調整される。一つの実施の形態において、この調整は、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。すでに説明したように、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。センサ信号はアナログ信号を含む場合、このステップは、さらに、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、デジタイズ及びデシメーションを含むことができる。
【００８８】
ステップ５０４において、第１の９０度位相シフトが発生する。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。
【００８９】
ステップ５０５において、第２の９０度位相シフトが発生する。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。
【００９０】
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、位相差が第１のセンサ信号と第２のセンサ信号との間で計算される。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度位相シフトから計算される。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認め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。
【００９１】
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取得することができる。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。
【００９２】
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は、９０度位相シフトとその９０度位相シフトが導き出される対応するセンサ信号とを使用する。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。
【００９３】
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取得される。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度位相シフトから得られる。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精度が高い。
【００９４】
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で計算される結果として得られる位相差及び結果として得られる周波数から計算される。それに加えて、質量流量計算では、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。ステップ５０９で、すでに説明したように、密度を随意に決定することができる。ステップ５１０で、すでに説明したように、体積流量を随意に決定することができる。
【００９５】
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動作／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入力は左ピックオフ信号入力を含み、ＲＰＯ入力は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。
【００９６】
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において実装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する最適な方法を提供するが、フィルタ処理及びデシメートは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。代わりに、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又はフィルタプロセスを含むことができる。しかし、理解されるように、他のフィルタ処理プロセス及び／又はフィルタ処理実施の形態が考えられ、これらは説明及び請求項の範囲内にある。
【００９７】
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と並列の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によりフィルタ処理されるＬＰＯデジタル信号サンプル及びＲＰＯデジタル信号サンプルよりも時間的に後のＬＰＯデジタル信号サンプル及び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。
【００９８】
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、フィルタ処理され且つデシメートされたＬＰＯ信号及びＲＰＯ信号を受信してヒルベルト変換を実行する。ヒルベルト変換は、ＬＰＯ信号及びＲＰＯ信号の９０度位相シフトされた信号を出力する。つまり、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。
【００９９】
ヒルベルト変換ブロック６０３への入力は、
【０１００】
【数１】
2009505100.tif 000003
のように表すことができる。ヒルベルト変換を使用することで、出力は
【０１０１】
【数２】
2009505100.tif 000004
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、
【０１０２】
【数３】
2009505100.tif 000005
が得られる。
【０１０３】
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、代わりにＲＰＯ信号を含むことができる。
【０１０４】
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。
【０１０５】
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、虚数信号の負数を形成する。複素乗算ブロック８０３はＲＰＯ信号とＬＰＯ信号を乗算し、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くとともに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されることができる。位相角ブロック８０５は、ＬＰＯ信号とＲＰＯ信号との同相（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。
【０１０６】
図８に示されている位相部分６０４ａは、式
【０１０７】
【数４】
2009505100.tif 000006
を実施する。ただし
【０１０８】
【数５】
2009505100.tif 000007
はＬＰＯの複素共役である。
【０１０９】
【数６】
2009505100.tif 000008
と仮定すると
【０１１０】
【数７】
2009505100.tif 000009
となる。その結果得られる微分位相角は、
【０１１１】
【数８】
2009505100.tif 000010
となる。
【０１１２】
図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）に作用しうる。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。
【０１１３】
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）成分を受け取って次へ送る。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、虚数信号の負数を形成する。遅延ブロック９０３は、サンプリング遅延を周波数部分６０４ｂに導入するので、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が、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ＲＰＯ共役信号を乗算し、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装する。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くとともに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されることができる。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）に示すように、２πで除算したサンプル速度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。
【０１１４】
周波数部分６０４ｂは、式
【０１１５】
【数９】
2009505100.tif 000011
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、
【０１１６】
【数１０】
2009505100.tif 000012
であり、これは左ピックオフの角周波数である。周波数（Ｈｚ）に変換すると、
【０１１７】
【数１１】
2009505100.tif 000013
となる。ただし、「Ｆｓ」はヒルベルト変換ブロック６０３のレートである。前述の実施例では、「Ｆｓ」は約２ｋＨｚである。
【０１１８】
図１０は、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。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。さらに、図は、周波数スペクトルの複数の他の大きなスパイクが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、また、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。
【０１１９】
図１１は、単一の位相シフトの実施の形態による他のヒルベルト変換ブロック６０３’を示す。この実施の形態の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。理解されるように、代わりに、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。
【０１２０】
この処理の実施の形態では、周波数と位相差の両方を求めるよう、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、また、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。
【０１２１】
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、左又は右のセンサ信号の直角（Ｑ）成分を与えるが、両方の信号の直角成分を与えるのではない。以下の実例では、ＬＰＯ信号は位相シフトされる。すなわち、
【０１２２】
【数１２】
2009505100.tif 000014
である。ヒルベルト変換を使用すると、出力は
【０１２３】
【数１３】
2009505100.tif 000015
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、
【０１２４】
【数１４】
2009505100.tif 000016
が得られる。その間、ＲＰＯは同じままである。すなわち
【０１２５】
【数１５】
2009505100.tif 000017
である。
【０１２６】
図１２は、単一の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】
2009505100.tif 000018
を実施する。
【０１２８】
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つの項を作る。（−ωｔ＋ωｔ＋φ）項が結合され簡単化されて、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）は周波数が２倍の（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。高い周波数の（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と２ωとの間のどの位置にあってもよい。
【０１２９】
フィルタ処理後、その結果は
【０１３０】
【数１７】
2009505100.tif 000019
になる。したがって、微分位相角は
【０１３１】
【数１８】
2009505100.tif 000020
である。
【０１３２】
好都合なことに、コリオリ質量流量計における位相及び周波数推定を実行するのに必要な計算負荷は、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行うことにより低減される。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９０度位相シフトのみ使用して決定されうる。
【０１３３】
図１３は、それぞれの時間差（Δｔ）値を比較する、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。発明により導出される結果は、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。
【０１３４】
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及び記憶システム２０４を備えることができる。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、共通の参照番号を共有する。この図の計測器電子機器２０は、すでに説明したような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。
【０１３５】
動作において、計測器電子機器２０は、流量計５内を流れる流体物質中の流体成分の質量分率を決定するために、計測器アセンブリ１０からの第１のセンサ信号２１０及び第２のセンサ信号２１１を受け取って処理する。質量分率は、２相流体流における第１の流体成分と第２の流体成分との質量流量比である。質量分率は様々な流体成分の質量を決定するために使用されることができる。例えば、流れは流体成分と気体成分を含むことができる。流体物質の全質量流量に質量分率を乗算して、流体成分質量流量と気体成分質量流量とのうちの１つ又は複数を求めることができる。流体は任意の形の液体を含み、気体は任意の形の気体を含むことができる。気体は例えば空気を含むことができる。以下の説明では流体中の空気を重点的に取りあげるが、理解されるように、本発明は任意の気体に適用される。
【０１３６】
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を受け取って処理する。処理動作の１つは、すでに説明したように、センサ信号の一方又は両方から周波数応答１４０１０を生成することである。周波数応答１４１０は、与えられた駆動振動に対する応答として計測器アセンブリ１０の周波数を含む。計測器電子機器２０は、周波数応答１４１０を気体周波数成分１４１２と流体周波数成分１４１６に分ける。計測器電子機器２０は周波数応答１４１０から総合密度（ρｍｉｘ）１４２０を決定する。同様に、気体成分密度（ρｇａｓ）１４２１は気体周波数成分１４１２から決定される。計測器電子機器２０は、気体周波数成分１４１２と流体周波数成分１４１６のうちの１つ又は複数と周波数応答１４１０とを使用して、気体１４１８の空隙率を決定する。計測器電子機器２０では、さらに、空隙率１４１８、総合密度１４２０及び気体密度１４２１を使用して、質量分率１４１９を決定する。質量分率（ｍｆ）は、
【０１３７】
【数１９】
2009505100.tif 000021
として定義される。
【０１３８】
一つの実施の形態では、質量分率は気体の質量分率（ｍｆｇａｓ）を含む。気体の質量分率は、
【０１３９】
【数２０】
2009505100.tif 000022
からなる。
【０１４０】
しかし、理解されるように、本発明は、代わりに、流体物質中の流体の質量分率（ｍｆｆｌｕｉｄ）又は他の任意の質量分率を決定することができる。流体の質量分率（ｍｆｆｌｕｉｄ）は、気体の質量分率の補数であり、
【０１４１】
【数２１】
2009505100.tif 000023
である。しかし、この説明では、簡単のため、気体の質量流量（ｍｆｇａｓ）を重点的に取りあげる。
【０１４２】
処理システム２０３は、さらに、第１のセンサ信号２１０及び第２のセンサ信号２１１を使用して気体流体物質の総合密度１４２０を決定し、総合密度１４２０を、気体流体物質の気体流体分率を表す気体密度１４２１と液体流体分率を表す液体密度１４２２とのうちの少なくとも１つと比較し、気体密度１４２１と流体密度１４２２のうちの少なくとも１つと総合密度１４２０とから液体分率１４２７を決定するように構成されうる。実施の形態によっては、総合密度１４２０は気体密度１４２１及び流体密度１４２２と比較される。それに加えて、処理システム２０３は、周波数応答１４１０を使用して気体流体物質の総合密度１４２０を決定し、総合密度１４２０から液体分率１４２７及び／又は気体分率１４２８を決定するように構成することができる。
【０１４３】
気体流体物質は任意の気体又は気体混合物を含むことができる。ある種の気体流体物質は、油井から得られた気体を含む。例えば、気体流体物質は天然ガスを含むことができるが、他の気体又は気体混合物も考えられ、これらは説明及び請求項の範囲内にある。
【０１４４】
液体流体分率は、気体流体物質中に混入されている液体を含みうる。液体流体分率は、液体流、液体蒸気又は液滴を含みうる。例えば、液体は天然ガス流における水を含みうる。代わりに、液体は、乾燥プロセスからのグリコール・キャリーオーバーなどの天然ガス中のグリコールを含みうる。他の代替の形態では、液体は、ポンプ、調節装置又は他の流体処理機構により気体流体物質中に入り込む油などの気体流体物質中の油を含みうる。しかし、他の液体又は液体の組み合わせも考えられ、これらは説明及び請求項の範囲内にある。
【０１４５】
計測器アセンブリ１０の周波数は、液体流体分が計測器アセンブリ１０を通った場合に変化する。周波数は、純粋な気体流とは対照的に、液体流体分率が増大すると下がる。これは、液体流体分が存在するときの密度の増加に起因する。したがって、流体流密度は液体流体分率を決定するために使用できる。
【０１４６】
第１のセンサ信号２１０及び第２のセンサ信号２１１は、ピックオフセンサ１７０Ｌ及び１７０Ｒからの信号などの、計測器電子機器２０により実質的に連続して受信され処理され且つ時間とともに変化する電子信号を含む。周波数応答１４１０は、前述の処理ブロックを使用して決定することができる（図６〜図７及び図９を参照）。都合のよいことに、前述の高速の周波数決定を使用した場合、本発明は、気体１４１８の空隙率を迅速、正確且つ確実に決定することができる。
【０１４７】
この実施の形態の処理システム２０３は、空隙率ルーチン１４０１、ノッチフィルタ・ルーチン１４０２、質量分率ルーチン１４０５、気体キャリーアンダー・ルーチン１４０６、液体キャリーオーバー・ルーチン１４０７、密度ルーチン１４０８及び液体流体分率ルーチン１４０９を備えることができる。処理システム２０３は、さらに、ローパスフィルタ・ルーチン１４０３及びハイパスフィルタ・ルーチン１４０４などの、１つ又は複数のフィルタ又はフィルタ・ルーチンを備えることができる。代わりに、１つ又は複数のフィルタ又はフィルタ・ルーチンは、ノッチフィルタ構成又は周波数の狭帯域を除去する他のフィルタ構成を含むことができる。処理システム２０３は、さらに、周波数応答測定、空隙率決定及び質量分率決定をそれぞれ格納することができる周波数応答１４１０、空隙率１４１８及び質量分率１４１９を備えることができる。処理システム２０３は、さらに、空隙率及び質量分率の決定に対する作業周波数値を格納する流体周波数成分１４１６及び気体周波数成分１４１２を備えることができる。処理システム２０３は、さらに、空隙率及び質量分率の決定に対する作業密度値を格納する総合密度１４２０、気体成分密度１４２１及び流体成分密度１４２２を備えることができる。処理システム２０３は、さらに、それぞれキャリーアンダー量／キャリーオーバー量を格納する気体キャリーアンダー１４２５及び液体キャリーオーバー１４２６を備えることができる。処理システム２０３は、さらに、液体成分量を格納する液体分率１４２７と気体成分量を格納する気体分率１４２８とを備えることができる。
【０１４８】
周波数応答１４１０は混合周波数（ｆｍｉｘ）を含み、周波数応答１４１０は気体周波数成分（ｆｇａｓ）１４１２と流体周波数成分（ｆｆｌｕｉｄ）１４１６とを含むことができる。空隙率及び質量分率は、これらの周波数成分が混合周波数（ｆｍｉｘ）から分離されて決定された後に決定されることができる。常に、周波数応答１４１０は任意の量の気体周波数成分（ｆｇａｓ）１４１２、すなわち、混入気体に起因する周波数成分を含むことができる。
【０１４９】
図１５は、空気、液体及び空気／流体混合物の組み合わせ（つまり、混入空気を含む流体）に対する流量計周波数応答のグラフである。気体の密度は、流量計内を流れる流体物質中の流体の密度から区別可能である。密度は測定された周波数から求めることができるため、空気に関連する周波数も流体の周波数から区別可能である。これは他の気体又は気体混合物にも当てはまる。
【０１５０】
周波数を計算するための式は、
【０１５１】
【数２２】
2009505100.tif 000024
である。ただし、ωはコリオリ流量計の角周波数である。ω−１項は、直前又は以前のサンプル期間からの角周波数サンプルを表す。角周波数ωを周波数ｆ（ヘルツ、Ｈｚ）に変換すると、
【０１５２】
【数２３】
2009505100.tif 000025
が得られる。
【０１５３】
この式は唯１つの周波数が存在すると仮定する。混入空気の場合のように２つの周波数（空気の周波数及び流体物質中の流体の周波数）が存在する場合、新しい式は
【０１５４】
【数２４】
2009505100.tif 000026
となる。ただし、ｆｍｉｘは流体物質全体の周波数応答であり、気体周波数成分（ｆｇａｓ）及び流体周波数成分（ｆｆｌｕｉｄ）を含む。
【０１５５】
図１４を再び参照すると、ローパスフィルタ・ルーチン１４０３はローパスフィルタを実装する。ローパスフィルタは、ローパスカットオフ周波数よりも実質的に低い低周波を通す。したがって、ローパスフィルタは高周波数を除去するために使用できる。
【０１５６】
ハイパスフィルタ・ルーチン１４０４はハイパスフィルタを実装する。ハイパスフィルタは、ハイパスカットオフ周波数よりも実質的に高い高周波を通す。したがって、ハイパスフィルタは低周波を除去するために使用できる。
【０１５７】
ノッチフィルタ・ルーチン１４０２はノッチフィルタを実装する。ノッチフィルタは、ノッチフィルタの周波数応答における「ノッチ」を中心とする周波数の狭い範囲を除去する。ノッチ内の周波数のみがノッチフィルタにより除去される。したがって、ノッチフィルタは、既知で望ましくない周波数を周波数応答１４１０から取り除くために極めて役立つ。
【０１５８】
空隙率ルーチン１４０１は、流体物質における（典型的には気体の）空隙率を決定する。空隙率は流体成分の密度から決定されることができ、総合密度（ρｍｉｘ）は気体成分密度（ρｇａｓ）と流体成分密度（ρｆｌｕｉｄ）との和を含む。
【０１５９】
密度（ρ）は、実質的に
【０１６０】
【数２５】
2009505100.tif 000027
で表される。ただし、ｆは流体周波数成分１４１６（つまり、ｆｍｉｘ）の周波数測定結果である。流体成分密度（ρｆｌｕｉｄ）１４２２は、流体周波数成分１４１６を使用して計算されることができる。一つの実施の形態では、流体周波数成分１４１６は平均混合周波数を含む。気体成分密度（ρｇａｓ）１４２１は、気体周波数成分１４１２を使用して計算されることができる。結果として、気体の空隙率１４１８は、流体成分密度（ρｆｌｕｉｄ）１４２２と総合密度（ρｍｉｘ）１４２０との差を、流体成分密度（ρｆｌｕｉｄ）１４２２と気体成分密度（ρｇａｓ）１４２１との差で除算した比として計算される。空隙率計算は、
【０１６１】
【数２６】
2009505100.tif 000028
という形をとる。その結果として得られる気体の空隙率１４１８は、流体物質における気体と流体との比を反映する。
【０１６２】
質量分率ルーチン１４０５は、周波数応答１４１０から質量分率１４１９を決定する。一つの実施の形態では、質量分率ルーチン１４０５は、決定された空隙率（ＶＦ）１４１８と導出された密度値とを使用して質量分率１４１９を計算する。
【０１６３】
質量（ｍ）及び体積（Ｖ）は密度（ρ）により関連付けられている。したがって、密度は、
【０１６４】
【数２７】
2009505100.tif 000029
で表される。その結果、質量分率（ｍｆ）は、
【０１６５】
【数２８】
2009505100.tif 000030
に簡単化できる。空隙率（ＶＦ）は体積比で表される。すなわち
【０１６６】
【数２９】
2009505100.tif 000031
であるため、質量分率（ｍｆ）は、
【０１６７】
【数３０】
2009505100.tif 000032
で表される。
【０１６８】
その結果、質量分率は、空隙率（ＶＦ）、気体成分密度（ρｇａｓ）１４２１及び総合密度（ρｍｉｘ）１４２２から決定されることができる。気体成分密度（ρｇａｓ）１４２１は気体周波数成分１４１２から、総合密度（ρｍｉｘ）１４２２は周波数応答１４１０から、それぞれ決定されることができる。
【０１６９】
理解されるように、気体又は流体が既知の場合、気体周波数成分１４１２及び流体周波数成分１４１６のうちの１つだけが必要とされる。例えば、気体が空気を含む場合、標準空気周波数応答（及び密度）を仮定することができる。その結果、既知の気体又は流体周波数を除去することができ、１つのフィルタ処理ステップが必要とされるだけである。
【０１７０】
気体キャリーアンダー・ルーチン１４０６は、多相流体物質中の気体キャリーアンダー量を決定する。一つの実施の形態における気体キャリーアンダー・ルーチン１４０６は、気体の空隙率（ＶＦ）を決定することにより気体キャリーアンダー量を決定する。ＶＦ値は全流体物質体積の体積割合を含む。したがって、ＶＦは気体キャリーアンダー量を含むことができ、又は、多相流体物質中の気体質量流量ｍｆＧＡＳを決定することができるようにＶＦを操作することができる。気体成分の質量流量が計算される。決定された気体キャリーアンダー量は気体キャリーアンダー１４２５に格納できる。
【０１７１】
液体キャリーオーバー・ルーチン１４０７は、多相流体物質中の液体キャリーオーバー量を決定する。液体キャリーオーバー・ルーチン１４０７は、液体分率を決定することによって液体キャリーオーバー量を決定し、この液体分率を使用して、多相流体物質中の液体成分密度、液体質量流量などのうちの１つ又は複数を決定する。決定された液体キャリーオーバー量は液体キャリーオーバー１４２６に格納できる。
【０１７２】
密度ルーチン１４０８は、第１のセンサ信号２１０及び第２のセンサ信号２１１から総合密度１４２０を決定する。一つの実施の形態では、密度ルーチン１４０８は、流体流密度決定において周波数応答１４１０を使用する。総合密度１４２０は気体流体物質の密度に関係し、気体流体物質中の液体流体分率に応じて変化する。
【０１７３】
液体流体分率ルーチン１４０９では、総合密度１４２０を使用して液体分率１４２７を生成する。液体分率１４２７は気体流体物質中の液体の量（又は割合）に関係する。この決定については、図１５に関して以下で説明する。それに加えて、液体流体分率ルーチン１４０９は、さらに、気体分率１４２８を出力する。ただし、気体分率１４２８は気体流体物質中の気体の量／割合に関係する。
【０１７４】
さらに、計測器電子機器２０は、全質量流量、成分質量流、成分体積などの他の流量特性を決定することができる。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、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。
【０１７５】
図１６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気体の空隙率を決定するための方法の流れ図１６００である。ステップ１６０１で周波数応答を受け取る。例えば、周波数応答を計測器電子機器２０で受信することができる。この周波数応答は、流体物質を含む振動計測器アセンブリ１０に対する周波数応答を含む。流体物質は混入気体を含むことができる。
【０１７６】
一つの実施の形態では、周波数応答は第１のセンサ信号及び第２のセンサ信号を含むことができる。第１のセンサ信号及び第２のセンサ信号は、例えば、計測器アセンブリ１０のピックオフセンサ１７０Ｌ及び１７０Ｒから受信されうる。いずれかのセンサ信号から９０度位相シフトが生成されることができる。９０度位相シフト並びに第１及び第２のセンサ信号を使用して、周波数応答を計算することができる。この周波数応答は、流体物質の質量流量と混入気体の有無及び量に応じて、時間の経過とともに変化する。
【０１７７】
ステップ１６０２では、周波数応答は気体周波数成分１４１２と流体周波数成分１４１６とに分けられる。これが可能なのは、周波数応答１４１０は、流体物質中の気体流量に関係する気体周波数成分と、流体流量に関係する流体周波数成分とを含むからである。流体は任意の形の流体であってよい。すでに説明したように、第１及び第２のフィルタにより分離を実行することができる。さらに、すでに説明したように、ローパスフィルタ及びハイパスフィルタにより分離を実行することができる。
【０１７８】
ステップ１６０３では、すでに説明したように、気体の空隙率１４１８が、周波数応答１４１０、気体周波数成分１４１２及び流体周波数成分１４１６を使用して決定される。決定は、周波数応答１４１０、気体周波数成分１４１２及び流体周波数成分１４１６から密度値を決定することを含むことができる。結果として得られる気体の空隙率１４１８は、比、パーセンテージ又は他の尺度で表すことができる。
【０１７９】
図１７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気体の空隙率を決定するための方法の流れ図１７００である。ステップ１７０１で、すでに説明したように、周波数応答を受け取る。
【０１８０】
ステップ１７０２で、周波数応答は第１のフィルタで処理される。第１のフィルタは気体周波数成分を実質的に除去し、流体周波数成分を実質的に通す（図１８を参照）。一つの実施の形態では、第１のフィルタはローパスフィルタを含み、ローパスフィルタのローパスカットオフ周波数は流体周波数成分よりも実質的に高い。その結果、ローパスフィルタは流体周波数成分を実質的に通し、気体周波数成分を実質的に除去する。
【０１８１】
ステップ１７０３で、周波数応答は第２のフィルタで処理される。第２のフィルタは流体周波数成分を実質的に除去し、気体周波数成分を実質的に通す。一つの実施の形態では、第２のフィルタはハイパスフィルタを含み、ハイパスフィルタのハイパスカットオフ周波数は気体周波数成分よりも実質的に低い（ただし、流体周波数成分よりも高い）。その結果、ハイパスフィルタは気体周波数成分を実質的に通し、流体周波数成分を実質的に除去する。
【０１８２】
ステップ１７０４では、すでに説明したように、気体の空隙率１４１８を、周波数応答１４１０、気体周波数成分１４１２及び流体周波数成分１４１６を使用して決定する。
【０１８３】
図１８は、本発明の一つの実施の形態による流体周波数成分及び気体周波数成分を分けるために使用できるローパスフィルタ応答及びハイパスフィルタ応答を示す周波数のグラフである。グラフの下側のラインは、流体周波数成分の突出部分と気体周波数成分の突出部分とを含む流量計周波数応答を表す。流体周波数成分の突出部分は、気体周波数成分の突出部分よりも周波数が低い。上側のラインは、カットオフ周波数とともに、ローパスフィルタ応答及びハイパスフィルタ応答を含む。ここで、ローパスフィルタとハイパスフィルタのカットオフ周波数は、２つの突出部分の間の実質的に中心に位置する。ローパスフィルタ及びハイパスフィルタは、流体周波数成分及び気体周波数成分に応じて、共通のカットオフ周波数を持つことができ、又は異なるカットオフ周波数を持つことができる。ローパスフィルタは流体周波数成分を出力し、ハイパスフィルタは気体周波数成分を出力することが分かる。したがって、２つのフィルタは周波数応答１４１０を気体周波数成分１４１２と流体周波数成分１４１６とに分けることができる。
【０１８４】
流体周波数成分と気体周波数成分を分ける他の方法は、単一の既知の周波数成分を除去すること、及び、フィルタ操作により通過された周波数成分を使用して流体及び気体成分密度を決定することを含む。例えば、流体物質中の気体が空気である場合、フィルタ操作は、典型的な空気周波数応答の中心に位置する比較的狭い周波数帯域を除去するように構成することができる。その後、周波数応答から導出された総合密度と、残りの流体周波数成分から導出された流体密度成分とを使用して、空気密度項を決定することができる。例えば、気体が大気中の空気であることが知られている場合、フィルタ（例えば、ノッチフィルタなど）を使用して、周波数応答の空気周波数成分を実質的に除去することができる。その結果、総合密度（ρｍｉｘ）１４２０を周波数応答１４１０から計算することができ、流体成分密度（ρｆｌｕｉｄ）１４２２を流体周波数成分１４１６から計算することができる。したがって、空気成分密度（ρｇａｓ）１４２１は、
ρｍｉｘ＝ρｆｌｕｉｄ（１−ＶＦ）＋ρｇａｓ    （４７）
で表される。この式は、
ρｍｉｘ＝ρｆｌｕｉｄφｆｌｕｉｄ−ρｇａｓφｇａｓ    （４８）
と書き直すことができる。
【０１８５】
理解されるように、代わりに、流体周波数成分を取り除き／フィルタリングし、気体周波数成分を使用して空隙を決定することができる。前のように、この単一周波数除去を実行することができるが、流体は公知の固有周波数応答及び密度を有する。したがって、単一周波数除去方法は、流体周波数成分又は気体周波数成分を取り除くことができる。
【０１８６】
一つの実施の形態では、単一の周波数成分を１つ又は複数のフィルタにより取り除くことがきるが、他の周波数成分はフィルタ操作により通される。一つの実施の形態の１つ又は複数のフィルタはノッチフィルタを含む。ノッチフィルタは、狭帯域（つまり、周波数応答におけるノッチ）内の周波数以外のすべての周波数を通す。代わりに、１つ又は複数のフィルタは任意の十分なフィルタ又はフィルタの組み合わせを含むことができる。
【０１８７】
図１９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気体の空隙率を決定するための方法の流れ図１９００である。ステップ１９０１で、すでに説明したように、周波数応答１４１０を受け取る。
【０１８８】
ステップ１９０２で、周波数応答はノッチフィルタで処理される。ノッチフィルタはノッチよりも高い及び低い周波数を通し、例えば、この実施の形態の気体周波数応答よりも高い及び低い周波数を通す。したがって、ノッチフィルタは気体周波数成分１４１２を実質的に除去する。ノッチフィルタは流体周波数成分１４１６を実質的に通す。
【０１８９】
図２０は、ノッチフィルタの周波数応答のグラフである。図示されている実例では、ノッチは気体周波数を中心とする。ノッチフィルタはノッチよりも高い及び低い周波数の実質的にすべてを通し、気体周波数のみがノッチフィルタにより実質的に除去される。
【０１９０】
再び図１９を参照すると、ステップ１９０３において、すでに説明したように、気体の空隙率１４１８は、周波数応答、気体周波数成分１４１２及び流体周波数成分１４１６を使用して決定される。
【０１９１】
図２１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体成分の質量分率を決定するための方法の流れ図２１００である。ステップ２１０１で、すでに説明したように、周波数応答を受け取る。ステップ２１０２では、周波数応答が、すでに説明したように、気体周波数成分１４１２と流体周波数成分１４１６とに分けられる。
【０１９２】
ステップ２１０３では、周波数応答から総合密度（ρｍｉｘ）が決定される。総合密度（ρｍｉｘ）は、組み合わされた流体及び気体流の成分の密度を反映する。すでに説明したように、総合密度（ρｍｉｘ）は、実質的に、１を周波数応答で除算した値（つまり、周波数応答の逆数）の二乗で表される。
【０１９３】
ステップ２１０４では、気体成分密度（ρｇａｓ）が気体周波数成分（ｆｇａｓ）から決定される。気体成分密度（ρｇａｓ）は気体流成分だけの密度を反映する。ステップ２１０５では、すでに説明したように、気体の空隙率（ＶＦ）１４１８が、周波数応答１４１０、気体周波数成分１４１２及び流体周波数成分１４１６を使用して決定される。結果として得られる気体の空隙率１４１８は、比、パーセンテージ又は他の尺度で表されることができる。
【０１９４】
ステップ２１０６で、質量分率が、式４６に示すように、気体密度（ρｇａｓ）と総合密度（ρｍｉｘ）との比と空隙率（ＶＦ）１４１８とから決定される。
【０１９５】
図２２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体成分の質量分率を決定するための方法の流れ図２２００である。流体周波数成分と気体周波数成分を周波数応答から分ける方法の１つは、２つのフィルタ操作を実行することを含む。１つのフィルタ操作は、気体周波数成分を実質的に除去し、流体周波数成分を実質的に通す第１のフィルタで周波数応答をフィルタ処理することを含む。第２のフィルタ操作は、流体周波数成分を実質的に除去し、気体周波数成分を実質的に通す第２のフィルタで周波数応答をフィルタ処理することを含む。その結果、第１のフィルタは流体周波数成分を出力し、第２のフィルタは気体周波数成分を出力する。
【０１９６】
ステップ２２０１において、すでに説明したように、周波数応答を受け取る。ステップ２２０２において、すでに説明したように、周波数応答が第１のフィルタでフィルタ処理される。ステップ２２０３において、すでに説明したように、周波数応答が第２のフィルタでフィルタ処理される。ステップ２２０４において、すでに説明したように、総合密度（ρｍｉｘ）が決定される。ステップ２２０５において、すでに説明したように、気体密度（ρｇａｓ）が決定される。
【０１９７】
ステップ２２０６において、すでに説明したように、気体の空隙率１４１８が、周波数応答１４１０、気体周波数成分１４１２及び流体周波数成分１４１６を使用して決定される。ステップ２２０７で、すでに説明したように、質量分率１４１９が決定される。
【０１９８】
図２３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体成分の質量分率を決定するための方法の流れ図２３００である。ステップ１９０１で、すでに説明したように、周波数応答１４１０を受け取る。
【０１９９】
ステップ２３０２において、すでに説明したように、周波数応答がノッチフィルタで処理される。ステップ２３０３において、すでに説明したように、総合密度（ρｍｉｘ）が決定される。ステップ２３０４において、すでに説明したように、気体密度（ρｇａｓ）が決定される。ステップ２３０５において、すでに説明したように、気体の空隙率１４１８が決定される。ステップ２３０６において、すでに説明したように、質量分率１４１９が決定される。
【０２００】
図２４は、本発明の一つの実施の形態による流量計内を流れる気体流体物質中の液体流体分率を決定するための方法の流れ図２４００である。ステップ２４０１において、すでに説明したように、第１及び第２のセンサ信号が計測器アセンブリ１０から受信される。ステップ２４０２では、すでに説明したように、センサ信号を調整することができる。
【０２０１】
ステップ２４０３で、気体流体物質の流体流密度が決定される。流体流密度は、第１のセンサ信号及び第２のセンサ信号を使用して決定される。また、必要ならば、他の流量特性、変数及び／又は定数を、決定を行う際に使用することができる。
【０２０２】
ステップ２４０４で、流体流密度が気体密度及び液体密度と比較される。気体密度は気体流体流の気体流体分率を表し、液体密度は液体流体分率を表す。一つの実施の形態では、両方の密度が既知であり、使用される。他の実施の形態では、２つの密度のうちの１つのみが既知であり、使用される。
【０２０３】
図２５は、天然ガス密度対グリコールの割合（つまり、液体流体分率）のグラフである。表は、比較に使用される一組のデータを表す。しかし、任意の形式のデータ構造を使用することができ、データは表形式でなくてもよい。グラフの対角線は、気体とグリコールの様々な率に対する気体流体物質密度を表す。グラフから分かるように、総合気体流体物質密度は液体流体分率に比例する。したがって、少なくとも測定された気体流体物質（つまり、全部の）密度及び既知の気体密度を使用して液体流体分率を決定することができる。理解されるように、データ検索は、例えば圧力及び温度などの他の因子を含むことができる。理解されるように、グラフは天然ガス及びグリコールに対するものであるが、他の気体及び液体を使用して決定することができる。
【０２０４】
再び図２４を参照すると、ステップ２４０５で液体流体分率が決定される。液体流体分率は気体流体物質中の液体の量又は割合を含む。その後、液体流体分率は、例えば、気体質量流量及び／又は液体質量流量などの他の計算を実行するのに使用できる。液体流体分率は、流体流密度と少なくとも既知の気体密度との比較から決定できる。代わりに、比較は、既知の気体密度及び既知の液体密度と流体流密度との比較を含むことができる。
【０２０５】
既知の気体密度及び既知の液体密度と流体流密度とを比較することにより、液体流体分率の決定に使用されうる比を求めることができる。この比は、
Ｄｍｅａｓｕｒｅｄ＝Ｘ（ＤＧ）／ＤＬ    （４９）
を含む。ただし、Ｄｍｅａｓｕｒｅｄは、センサ信号から決定されるような流体流密度であり、ＤＧは既知の気体密度であり、ＤＬは既知の液体密度であり、Ｘは液体流体分率である。したがって、液体流体分率Ｘは、
Ｘ＝Ｄｍｅａｓｕｒｅｄ（ＤＬ）／ＤＧ    （５０）
として決定することができる。
【０２０６】
図２６は、本発明の一つの実施の形態による流量計内を流れる気体流体物質中の液体流体分率を決定するための方法の流れ図２６００である。ステップ２６０１において、すでに説明したように、第１及び第２のセンサ信号が計測器アセンブリ１０から受信される。
【０２０７】
ステップ２６０２では、すでに説明したように、センサ信号を調整することができる。ステップ２６０３において、９０度位相シフトが第１のセンサ信号から生成される。すでに説明したように９０度位相シフトは生成されることができる。第１のセンサ信号が例として位相シフトされるが、理解されるように、いずれのセンサ信号も使用できる。ステップ２６０４で、計測器アセンブリ１０の周波数応答が計算される。すでに説明したように、周波数応答は９０度位相シフト及び第１のセンサ信号を使用して計算されうる。
【０２０８】
ステップ２６０５で、周波数応答を使用して気体流体物質の流体流密度が決定される。一つの実施の形態では、密度≒１／ｆ２なので、流体流密度は、周波数応答を二乗し、その二乗された周波数応答の逆数をとることによって決定される。理解されるように、必要ならば、他の流量特性、変数及び／又は定数を、決定を行う際に使用することができる。ステップ２６０６において、液体流体分率が決定される。液体流体分率は、すでに説明したように、流体流密度と既知の気体密度との比較から決定できる。
【０２０９】
図２７は、本発明の一つの実施の形態による流量計でセンサ信号を処理する方法の流れ図２７００である。ステップ２７０１で、流量計から第１のセンサ信号及び第２のセンサ信号が受け取られる。第１のセンサ信号及び第２のセンサ信号は、流量計内を流れている多相流体物質に対するものである。
【０２１０】
ステップ２７０２において、第１のセンサ信号と第２のセンサ信号とのうちの一方又は両方が位相シフトされる。この位相シフト操作は、センサ信号を実質的に９０度だけシフトさせることを含む。その結果は、第１の９０度位相シフト及び第２の９０度位相シフトである。
【０２１１】
ステップ２７０３で、流量計の周波数（又は周波数応答）が計算される。一つの実施の形態では、すでに説明したように、周波数は、第１のセンサ信号及び第１の９０度位相シフトから生成される。
【０２１２】
ステップ２７０４で、センサ信号間の位相差が計算される。一つの実施の形態では、位相差は、第１のセンサ信号、第１の９０度位相シフト、第２のセンサ信号及び第２の９０度位相シフトから計算される（図８及び付随する説明を参照されたい）。他の実施の形態では、位相差は、第１のセンサ信号、第１の９０度位相シフト及び第２のセンサ信号から計算される（図１２及び付随する説明を参照されたい）。
【０２１３】
ステップ２７０５で、質量流量、密度及び体積流量のうちの１つ又は複数が計算される。質量流量、密度及び／又は体積流量は、すでに説明したように、高速の周波数決定及び／又は高速の位相決定を使用することにより多相流体物質に対して正確に計算される。
【０２１４】
ステップ２７０６において、液体キャリーオーバーと気体キャリーアンダーとのうちの一方又は両方が計算される。液体キャリーオーバー及び／又は気体キャリーアンダーは、すでに説明したように、高速の周波数決定及び／又は高速の位相決定を使用することにより多相流体物質に対して正確に計算される。気体キャリーアンダー及び／又は液体キャリーオーバーは、例えば、すでに説明した空隙率法を使用することにより決定できる（図１６、図１７及び図１９並びに付随する説明を参照されたい）。代わりに、気体キャリーアンダー及び／又は液体キャリーオーバーは、例えば、すでに説明した質量分率法を使用することにより決定できる（図２１〜図２３及び付随する説明を参照されたい）。さらに他の代替の形態では、気体キャリーアンダー及び／又は液体キャリーオーバーは、例えば、すでに説明した液体流体分率を使用することにより決定できる（図２４及び図２６並びに付随する説明を参照されたい）。さらに、これらの方法を組み合わせて使用することもできる。次いで、気体と液体の割合（すなわち、気体の空隙率と液体分率）を使用して、多相流体物質のすべての成分を正確且つ完全に定量化することができる。
【０２１５】
本発明による計測器電子機器及び方法は、所望するならば、複数の利点が得られるように、実施の形態に従って実施されることができる。本発明は、多相流体物質に対する質量流量、密度及び体積流量のうちの１つ又は複数を計算することができる。本発明は、多相流体物質の流量特性を高速に計算することができる。本発明は、高い精度と信頼性を有する流量特性計算を実行することができる。本発明は、従来技術よりも高速に流量特性の計算を実行することができ、しかも処理時間が少ない。
【図面の簡単な説明】
【０２１６】
【図１】本発明の一例におけるコリオリ流量計を例示する図である。
【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る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る流量計で第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】正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】空気、流体及び空気／流体混合物の組み合わせ（つまり、混入空気を含む流体）に対する流量計周波数応答のグラフである。
【図１６】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気体の空隙率を決定するための方法の流れ図である。
【図１７】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気体の空隙率を決定するための方法の流れ図である。
【図１８】本発明の一つの実施の形態による流体周波数成分と気体周波数成分を分けるために使用できるローパスフィルタ応答及びハイパスフィルタ応答を示す周波数のグラフである。
【図１９】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気体の空隙率を決定するための方法の流れ図である。
【図２０】ノッチフィルタの周波数応答のグラフである。
【図２１】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体成分の質量分率を決定するための方法の流れ図である。
【図２２】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体成分の質量分率を決定するための方法の流れ図である。
【図２３】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体成分の質量分率を決定するための方法の流れ図である。
【図２４】本発明の一つの実施の形態による流量計内を流れる気体流体物質中の液体流体分率を決定するための方法の流れ図である。
【図２５】天然ガス密度対グリコールの割合（つまり、液体流体分率）のグラフである。
【図２６】本発明の一つの実施の形態による流量計内を流れる気体流体物質中の液体流体分率を決定するための方法の流れ図である。
【図２７】本発明の一つの実施の形態による流量計でセンサ信号を処理する方法の流れ図である。
【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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【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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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【国際調査報告】
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