(57)【要約】  本発明はプロセス計測用のセンサユニット（４）を備えたフィールド機器エレクトロニクスに関し、前記フィールド機器エレクトロニクスは、対応する信号通路によってセンサユニット（４）に接続され、且つ、センサユニット（４）のアナログ計測信号（Ｓ１）を受信しセンサユニット（４）の基本波励起のためにアナログ駆動信号（Ｓ５）を生成してセンサユニット（４）に伝送する。本発明によれば、駆動信号（Ｓ５）を生成するために、アナログデジタル変換器（１０）、デジタル移相器（３０）及びデジタルアナログ変換器（５０）が存在し、アナログ計測信号（Ｓ１）は前記アナログデジタル変換器によってデジタル化されてデジタル移相器（３０）に送られ、且つ、移相器（３０）の出力信号（Ｓ４）はデジタルアナログ変換器（５０）によってセンサユニット（４）のためのアナログ駆動信号（Ｓ５）に変換される。
2005513466.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プロセス計測用のセンサユニット（４）を備えたフィールド機器エレクトロニクスであって、対応する信号通路によってセンサユニット（４）に接続され、且つ、センサユニット（４）のアナログ計測信号（Ｓ１）を受信してセンサユニット（４）の基本波励起のためにアナログ駆動信号（Ｓ５）を生成しセンサユニット（４）に伝送するフィールド機器エレクトロニクスにおいて、駆動信号（Ｓ５）を生成するために、アナログデジタル変換器（１０）、デジタル移相器（３０）及びデジタルアナログ変換器（５０）が存在し、アナログ計測信号（Ｓ１）はアナログデジタル変換器（１０）によってデジタル化されてデジタル移相器（３０）に送られ、且つ、移相器（３０）の出力信号（Ｓ４）はデジタルアナログ変換器（５０）によってセンサユニット（４）のためのアナログ駆動信号（Ｓ５）に変換されることを特徴とするフィールド機器エレクトロニクス。
【請求項２】
デジタル化された前記計測信号のフィルタ処理をするために前記アナログデジタル変換器と前記移相器との間にデジタルフィルタユニットが配置されることを特徴とする請求項１に記載のフィールド機器エレクトロニクス。
【請求項３】
デジタル移相器（３０）はリングメモリ（３１）を含み、計測信号（Ｓ１）の値はリングメモリ（３１）の記憶領域に順次書き込まれ、計測信号（Ｓ１）に対する駆動信号（Ｓ５）の移相は移相器（３０）から出力される値を、現時点で読み込まれた値が格納される記憶領域より所望の数前又は後の記憶領域に位置している、リングメモリー（３１）の一つの記憶領域から読み込むことによって達成され、前記記憶領域の所望の数は所定の移相角度を表すことを特徴とする請求項１又は２に記載のフィールド機器エレクトロニクス。
【請求項４】
前記移相を生成するための前記記憶領域の所望の数は一定な値であることを特徴とする請求項３に記載のフィールド機器エレクトロニクス。
【請求項５】
前記移相を生成するための前記記憶領域の所望の数は、計測信号（Ｓ５）の周波数及び／又は振幅の動きに依存する可変値であることを特徴とする請求項３に記載のフィールド機器エレクトロニクス。
【請求項６】
障害変量の補償のために、計測信号（Ｓ１）の周波数を決定するための周波数計測（９０）及び調整可能な増幅器（４０）をも含み、調整可能な増幅器（４０）の増幅係数（Ｓ６）は定められた周波数の関数として調整されることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載のフィールド機器エレクトロニクス。
【請求項７】
周波数計測（９０）によってアナログデジタル変換器（１０）の出力信号（Ｓ２）の周波数が決定され、調整可能な増幅器（４０）は移相器（３０）とデジタルアナログ変換器（５０）との間に又はデジタルフィルタ（２０）と移相器（３０）との間に又は移相器（３０）とアナログデジタル変換器（１０）との間に配置されることを特徴とする請求項６に記載のフィールド機器エレクトロニクス。
【請求項８】
アナログデジタル変換器（１０）はシュミットトリガ機能（１１）又はアナログ比較器によって具体化されることを特徴とする前記請求項のうちのいずれか一つに記載のフィールド機器エレクトロニクス。
【請求項９】
計測信号（Ｓ１）を評価するためにアナログデジタル変換器（１０）、平均値構成器（６０）及び比較器（７０）及び／又は周波数測（９０）を含み、振幅の変化を評価するために、アナログデジタル変換器（１０）及び平均値構成器（６０）及び比較器（７０）が前記出力信号を生成するため使用され、且つ、周波数の変化を評価するために周波数計測（９０）及び比較器（７０）が前記出力信号を生成するため使用されることを特徴とする前記請求項のうちのいずれか一つに記載のフィールド機器エレクトロニクス。
【請求項１０】
前記出力信号は「被覆された」状態又は「被覆されていない」状態を表すことを特徴とする請求項９に記載のフィールド機器エレクトロニクス。
【請求項１１】
センサユニット（４）は能動型の電気機械式トランスデューサとして具体化されることを特徴とする前記請求項のうちのいずれか一つに記載のフィールド機器エレクトロニクス。
【請求項１２】
前記電気機械式トランスデューサは容器内の媒体の充填レベルの決定及び／又は監視をするための計測信号（Ｓ１）を生成することを特徴とする請求項１１に記載のフィールド機器エレクトロニクス。
【請求項１３】
前記電気機械式トランスデューサはパイプシステム内の媒体の流量の決定及び／又は監視をするための計測値（Ｓ１）を生成することを特徴とする請求項１１に記載のフィールド機器エレクトロニクス。
【請求項１４】
前記能動型の電気機械式トランスデューサは駆動ユニット及び検知ユニットを有する振動フォークの形として具体化され、前記検知ユニットはアナログ計測信号（Ｓ１）を生成して前記フィールド機器エレクトロニクスに送り、且つ、駆動信号（Ｓ５）は前記フィールド機器エレクトロニクスから前記駆動ユニットに伝送されることを特徴とする請求項１１から１３のいずれかに記載のフィールド機器エレクトロニクス。
【請求項１５】
前記能動型の電気機械式トランスデューサは駆動ユニット及び検知ユニットを有する振動ロッドとして具体化され、前記検知ユニットはアナログ計測信号（Ｓ１）を生成して前記フィールド機器エレクトロニクスに送り、駆動信号（Ｓ５）は前記フィールド機器エレクトロニクスから前記駆動ユニットに伝送されることを特徴とする請求項１１から１４のいずれかに記載のフィールド機器エレクトロニクス。
【請求項１６】
マイクロプロセッサ（１）が複数の機能即ちシュミットトリガ機能（１１）及び／又は周波数計測（９０）及び／又は移相器（３０）及び／又は増幅（７０）及び／又は平均値構成（６０）及び／又は比較器機能（７０）及び／又は増幅調整（１００）及び／又は出力信号の生成（８０）を実行するために存在することを特徴とする前記請求項のうちのいずれか一つに記載のフィールド機器エレクトロニクス。
【請求項１７】
デジタルアナログ変換器（１０）及び／又はアナログデジタル変換器（５０）及び／又は前記アナログ比較器はマイクロプロセッサ（１）に組み込まれることを特徴とする前記請求項のうちのいずれか一つに記載のフィールド機器エレクトロニクス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は請求項１の前文に記載された、プロセス計測用のセンサユニットを備えたフィールド機器エレクトロニクスに関する。
【背景技術】
【０００２】
事実上、電気機械式トランスデューサ（Ｖｉｂｒｏｎｉｋ）に基づいて動作して、液体及びバルク製品の場合における充填レベルを決定するため及びパイプシステムを通る媒体の流量を決定するために従来より販売されているセンサユニットは、いずれも、センサユニットの基本波励起（ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌ  ｗａｖｅ  ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ）のための駆動信号として正弦波又は矩形波の、電気的な、交流電圧信号を用いている。この交流信号は通常アナログ発振器によって生成され、アナログフィルタによって更に処理され、整流され、そして、限界レベルスイッチの場合には、アナログ比較器によって所定のしきい値と比較される。マイクロプロセッサは、原則として、時間遅延（ｔｉｍｅ  ｄｅｌａｙｓ）、ヒステリシスの切り替え、又は反転を伴って、アナログエレクトロニクスによって用意される信号の線形化、スケーリング及び供給をするためにのみ使用される。
【０００３】
これらのセンサユニットの欠点は付着物の形成（ａｃｃｒｅｔｉｏｎ  ｆｏｒｍａｔｉｏｎ）の場合に現れる。種々の媒体、例えばセメントでは、その媒体の層がセンサに付着するが、充填レベルは依然所望のレベルより下にあるということが起こり得る。この層によってセンサの振動が抑制されて電子回路（ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ）が「被覆された」（ｃｏｖｅｒｅｄ）という状態にまで切り換わることがある。更に、振動フォーク（ｏｓｃｉｌｌａｔｉｏｎ  ｆｏｒｋ）の形をしたセンサの場合には、付着物が非対称に堆積することによって振動がハウジング及び容器に伝えられることが起こり得る。このようにして、多くのエネルギーが振動システムから引き出されるので、前記システムが完全に抑制される状態になることがある。そのうえ、このような動作によって誤った計測が行われることになる。
【発明の開示】
【０００４】
本発明の目的は振動可能な機械式システムの基本波励起のためのフィールド機器エレクトロニクスを提供することである。このエレクトロニクスは少ししかない構成部品で仕事をするが、計測信号の処理、計測信号の用意及び障害変量（ｄｉｓｔｕｒｂａｎｃｅ  ｖａｒｉａｂｌｅ）の補償のための多くの可能性を提供する。
【０００５】
この目的は本発明によれば請求項１の特徴によって達成される。従属する請求項は本発明の有利な実施形態及び発展形態に関するものである。
本発明の主たる思想はアナログ計測信号を処理するためのデジタル信号の処理方法及びハードウェアをセンサユニットの駆動信号を生成するために適用することに係わっている。この目的のため、駆動信号を生成するための本発明のフィールド機器エレクトロニクスはアナログデジタル変換器、デジタル移相器及びデジタルアナログ変換器を含んでおり、アナログ計測信号はアナログデジタル変換器によってデジタル化されて移相器に供給され、且つ、移相器の出力信号はデジタルアナログ変換器によってセンサユニットのためのアナログ駆動信号に変換される。
【０００６】
本発明の特別に有利な実施形態においては、デジタル化された計測信号のフィルタ処理をするためにアナログデジタル変換器と移相器との間にデジタルフィルタユニットが配置される。
【０００７】
移相器は本質的にリングメモリ（ｒｉｎｇ  ｍｅｍｏｒｙ）を含み、その記憶領域（ｍｅｍｏｒｙ  ｌｏｃａｔｉｏｎ）の中にデジタル化され且つフィルタ処理された計測値が順次書き込まれる。計測信号に関係する駆動信号の移相はリングメモリから発信される値を一つの記憶領域から読み込ませることによって達成されるが、その記憶領域は現時点で読み込まれた値が格納される記憶領域より所望の数前又は後の記憶領域に位置している。この点に関連して言えば、その記憶場所の所望の数は一定の移相角度を表す。所望の数の記憶場所の増分によって生成される移相角度は、フィールド機器エレクトロニクスの動作開始の後又は前に定められて格納される一定な値（固定値）、又は、計測信号の周波数及び／又は振幅の動き（ｂｅｈａｖｉｏｒ）の関数として変化させ得る可変値とすることができる。
【０００８】
本発明の特別に有利な形で更に発展させたものにおいては、障害変量の補償はデジタル信号処理の方法及びハードウェアによっても行うことができる。そのような障害変量（例えばセンサ上の付着物形成）を登録するために、フィールド機器エレクトロニクスは更に計測信号の周波数を決定するための周波数計測を含む。計測信号の計測された周波数を評価することによって、付着物形成によってもたらされるシステムの共振周波数の変化が認識される。障害変量を補償するために、フィールド機器エレクトロニクスは調整可能な増幅器を含むが、その増幅係数はシステムの定められた共振周波数の関数として調整される。
【０００９】
本発明の一実施形態においては、周波数計測によってアナログデジタル変換器の出力信号の周波数が決定され、また、調整可能な増幅器は移相器とデジタルアナログ変換器との間に、又は、デジタルフィルタと移相器との間に、又は、移相器とアナログデジタル変換器との間に、配置され、アナログデジタル変換器は、例えば、シュミットトリガ機能又はアナログ比較器によって具体化される。
【００１０】
計測信号を評価するために且つ「被覆された」状態又は「被覆されていない」状態を表す出力信号を生成するために、フィールド機器エレクトロニクスはアナログデジタル変換器及び平均値構成器（ａｖｅｒａｇｅ  ｖａｌｕｅ  ｂｕｉｌｄｅｒ）及び／又は周波数計測を含む。振幅の変化を評価するため、アナログデジタル変換器及び平均値構成器が出力信号を生成するために使用される。 周波数の変化を評価するために且つ出力信号を生成するために、アナログデジタル変換器及び周波数計測が使用される。
【００１１】
本発明の有利な実施形態においては、センサユニットは能動型の電気機械式トランスデューサの形で設けられ、容器内の媒体の充填レベルの決定及び／又は監視をするための計測信号を生成する。
【００１２】
本発明の別の有利な実施形態においては、能動型の電気機械式トランスデューサはパイプシステムを流れる媒体の流量の決定及び／又は監視をするための計測値を生成する。
本発明の更に有利な実施形態においては、能動型の電気機械式トランスデューサは振動フォークの形で又は振動ロッド（ｏｓｃｉｌｌａｔｉｎｇ  ｒｏｄ）の形で設けられるが、そのどちらも駆動ユニット及び検知ユニットを含み、検知ユニットはアナログ計測信号を生成してフィールド機器エレクトロニクスに送り、フィールド機器エレクトロニクスの駆動信号は駆動ユニットに伝送される。同時に駆動及び検知ユニットとして機能する単独の電気機械式トランスデューサを使用することもできる。
【００１３】
本発明の特別に有利な形の実施形態においては、デジタル信号処理の方法及びハードウェアはマイクロプロセッサによって具体化され、前記マイクロプロセッサを使用して機能を果たすための関連プログラムは格納ユニット内に格納される。好ましくは、マイクロプロセッサはシュミットトリガ機能及び／又は周波数計測及び／又は移相及び／又は増幅及び／又は平均値形成及び／又は比較器機能及び／又は増幅調整及び／又は出力信号の生成を行い、且つ、デジタルアナログ変換器及び／又はアナログデジタル変換はマイクロプロセッサに組み込まれる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、図面に基づいて、本発明の一実施形態の一例を詳細に説明するが、各図は次の通りである。
図１はフィールド機器エレクトロニクスの概略を示すブロック図である。
【００１５】
図２はシュミットトリガ機能を備えたアナログデジタル変換器の入力及び出力における信号曲線の概略図である。
図３はデジタル移相の実行についての概略図である。
【００１６】
図４は増幅再調整の場合の入力信号及び増幅係数を示す図である。
図５は共振周波数における種々の信号曲線を示す図である。
図６は共振周波数シフトの場合における種々の信号曲線を示す図である。
【００１７】
図１に示すように、フィールド機器エレクトロニクスはマイクロプロセッサ１、メモリ２、アナログエレクトロニクス３及びセンサ４を含む。センサは振動可能な機械的システムとして具体化される。
【００１８】
フィールド機器エレクトロニクスはフィールド機器に充填レベルの計測又は流量の計測を実行させるために、基本波励起を使用して振動可能な機械式システム４を振動させる。基本波励起の本質的な原理は既知の、実証されている方法である。本例の場合、新しい点は、フィルタリング２０の一部、評価、障害変量の補償及びこれと関連するダイナミック増幅アルゴリズムがデジタル信号処理の方法及びハードウェアで具体化され、且つ、好ましくはマイクロプロセッサ１が使用されることである。
【００１９】
また、図１に示すように、アナログデジタル変換器１０及びデジタルアナログ変換器５０はマイクロプロセッサ１に組み込まれている。更に、マイクロプロセッサは次の機能ブロック、即ち、デジタルフィルタ２０、移相器３０、増幅器４０、平均値構成器６０、比較器７０、出力信号生成８０、周波数計測９０及び増幅調整１００、を実行する。前記機能ブロックを実行するための関連プログラムはメモリ２に格納されている。
【００２０】
振動可能な機械式システムは振動エレメント及び対応する励起エレメント及び検知エレメントを含む。振動エレメントは例えば、既知の共振周波数を有する振動ロッド又は振動フォークとして具体化され、圧電素子を使用して振動するよう励起される。これらの振動に起因する計測信号は検知エレメント、例えば同様に圧電素子の形で具体化された電気機械式トランスデューサ、によって検知され、処理のためアナログエレクトロニクス３に送られる。アナログエレクトロニクス３は信号伝送のための２チャンネルを含む。一つのチャンネルはセンサ４からマイクロプロセッサ１への通路であり、他の一つはマイクロプロセッサ１からセンサ４への通路である。どちらの方向の信号も、それぞれ、アナログ回路３．１によって所定の電位に引き上げられ、バンドパスフィルタ回路３．２によってフィルタ処理がされ、交流電圧増幅器段階３．３によって増幅される。所定のオフセットへの引き上げによって、計測信号Ｓ１は非対称な供給電圧を用いて更に処理することができる。バンドパスフィルタ回路３．２は干渉周波数の伝送を防止する。
【００２１】
処理された計測信号Ｓ１の現在値はアナログデジタル変換器１０によって一定なサンプリングレートで読み込まれるが、その場合、アナログ値の読み込みのための実現可能な最小のサンプリングレートは、少なくとも係数２だけ、センサ４の共振周波数より大きい。アナログデジタル変換器１０は読み込まれた、現在のアナログ値をデジタル値に変換する。このデジタル値は例えば、解像度が８ビットの場合には０と２５５との間にある。センサが休止しているときは、その値はすべての可能な値のうちの中間値と仮定され、従って、解像度８ビットについては１２８である。従って、アナログデジタル変換器は前処理されたアナログ信号Ｓ１からデジタル信号を何度も生成する。このデジタル信号はマイクロプロセッサのプログラムによって処理することができ、且つ、アナログ信号Ｓ１は繰り返し読み込まれてデジタル化される。アナログ回路３．１のオフセットはマイクロプロセッサ１が認識できる全アナログ値の中間値に対応するように調整される。
【００２２】
本発明の前述の有利な実施形態においては、計測信号Ｓ１は、図示の実施形態の場合、アナログデジタル変換器１０の一部であるシュミットトリガ機能１１によって評価される。シュミットトリガ機能１１は中間値と関係する変化の方向を判断する。これは、中間値と等しいか又は中間値より高い値（例えば、解像度８ビットの場合、１２８以上）は、正の定数として後続の機能ブロックに伝送され、中間値より低い値（１２８未満）は負の定数として後続の機能ブロックに伝送される、ということを意味する。このようにして、アナログ計測信号Ｓ１は矩形波信号Ｓ２に変換される。この矩形波信号Ｓ２は、アナログ計測信号Ｓ１と同位相で且つ前記定数の値に対応する振幅を有している。結果として、デジタル矩形波信号Ｓ２の振幅はアナログ信号Ｓ１のレベルとは無関係になっており、且つ、常に同一の大きさである。
【００２３】
図２はシュミットトリガ機能１１の実行前のアナログ計測信号Ｓ１及びシュミットトリガ機能１１の実行後のデジタル矩形波信号Ｓ２を示す。図２から分かるように、一定な振幅の矩形波信号Ｓ２は計測信号Ｓ１の振幅とは無関係に生成される。矩形波信号Ｓ２の周波数は計測信号の周波数に等しい。実際のデジタル化されたアナログ値は平均値形成６０に伝送される。
【００２４】
矩形波信号Ｓ２の各新しい値はデジタルフィルタ２０に送られる。デジタルフィルタ２０は二次（ｓｅｃｏｎｄ  ｏｒｄｅｒ）のフィルタであることが好ましい。そのフィルタ作用によって、誤った周波数の伝送及びより高いモードでのセンサ４の振動が防止される。また、デジタルフィルタ２０は矩形波信号Ｓ２から正弦波信号Ｓ３を再生成する。
【００２５】
フィルタ機能２０によって計算された値はいわゆる先入れ先出し法を使用して移相器３０の一部であるリングメモリ３１（ＦＩＦＯリングメモリ）に書き込まれる。リングメモリの大きさは、どの時点でもデジタルフィルタ２０の出力信号Ｓ３の少なくとも一つの全振動期間の値が存在するように定められる。そうすることで、フィルタ処理がされた信号Ｓ３を移相を伴って出力することができる。これは、リングメモリ３１からの現在の値ではなく、むしろ、現在の値が読み込まれる記憶領域より所定数前にある記憶領域のうちの一つの記憶領域に格納されている値を出力するということで起こる。記憶領域の所望の数は、従って、ある移相角度を表す。信号の周波数は、その物理的特性のため、急激に変化することができないから、一定な角度によって後続する値はその角度と３６０度との間の差で先行する値にほぼ対応する。このようにして、例えば、デジタルフィルタ２０の出力信号Ｓ３の期間が３６０個の記憶領域に読み込まれると、所定数の２７０個の記憶領域は９０度の正方向の移相を表す。出力値と読み込まれた最後の値との間に幾つの記憶領域があるか特定することによって、移相器３０の出力信号Ｓ４と入力信号Ｓ３との間の移相角度が設定される。このようにして、出力信号Ｓ４従って駆動信号Ｓ５を、入力信号Ｓ３に対して、従って、計測信号Ｓ１に対して、設定可能な移相を伴って発信することができる。
【００２６】
図３はリングメモリ３１の使用による移相の生成を示す。
図３ａからわかるように、現在値の読み込みについての矢印は記憶領域４９５を指しており、一方、現在の出力値についての矢印は記憶領域２２５にある。従って、現在の出力値は現在の入力値より２７０個前のメモリセル（ｍｅｍｏｒｙ  ｃｅｌｌ）に位置しているから、この例ではメモリセルの所望の数は２７０である。
【００２７】
図３ｂはリングメモリの瞬間的なメモリ内容を示す。図示の例においては、一つの振動期間は３６０個のメモリセルの中に格納されている。
図３ｃは移相器の入力信号Ｓ３及び出力信号Ｓ４を一つの図で示している。この図からわかるように、この図示例では出力信号Ｓ４は入力信号Ｓ３より９０度進んでいる。従って、図示の実施形態では所定数の２７０個のメモリセルは９０度の移相に対応する。
【００２８】
移相器３０から読まれた値は増幅器の現在の振幅係数Ｓ６を掛けられた後、デジタルアナログ変換器５０を経て駆動信号Ｓ５として出力される。次いで、駆動信号Ｓ５は同様にアナログエレクトロニクス３によって処理されて増幅される。そこから得られた信号は電気機械式トランスデューサに送られて、センサ４の固有振動、即ち自然な振動が強化される。この方法で、電気機械式の共振回路が立ち上がり、この共振回路によって振動は可能な最大振幅にまで成長する。その結果、振動可能な機械式システムは励起されて移相量分進められたそれ自体の基本波信号を用いて振動する。電気機械式トランスデューサは、例えば、圧電素子として具体化することができ、センサの適切な場所にマウントされる。
【００２９】
センサ４によって生成される信号は交流電圧信号である。センサが休止状態にある、従って振動しない限り、信号の振幅はほぼゼロである。しかし、センサが休止状態にある場合でも実行する最小の動きでさえ、十分に信号変化を生成し、この変化はマイクロプロセッサ１によって認識される。これによって、振動イベントが励起される。
【００３０】
振動システム４の共振周波数は連続的に計測され、評価される。このようにして、付着物形成によってもたらされる周波数変化が認識される。付着物を示す周波数シフトの場合には、プロセッサ内部の（ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ−ｉｎｔｅｒｎａｌ）増幅係数Ｓ６が増幅器段階４０のために再調整される。このようにして、付着物形成に振動エレメントの振動振幅を合致させる。また、液体中での使用の場合に周波数変化を評価することによって振動システムが被覆されているか否かについての決定を可能とする。
【００３１】
周期的に、振幅６０のための平均値の計算及び計測信号の評価が行われる。平均値の評価をすることによってセンサが被覆されているか否かについての判断を可能とする。
マイクロプロセッサ１における入力信号Ｓ１の振幅及び周波数によってその時点でセンサ４に起きている被覆状態に関する状況についての情報が得られる。この評価は一以上の期間の絶対値についての平均値計算６０によって行われる。センサ４が計測すべき媒体中に浸されているときは、振動の抑制度が高まって信号の振幅及び通常は周波数も減少する。平均値及び／又は周波数の評価がなされると、この状態について通知がされて、反応動作例えば警報信号をトリガすることができる。図示の実施形態においては、評価は比較器７０を用いて進められる。比較器７０は絶対値の平均の現在値及び／又は共振周波数を所定値と比較し、適切な信号（「被覆されている」又は「被覆されていない」）を生成する。この比較器の信号から、出力信号が機能ブロック８０内で生成され、且つ、独立した（ｓｕｐｅｒｏｒｄｉｎａｔｅｄ）ユニットへの転送のために出力信号について必要とされる調整（スケーリング、反転等）も実行される。
【００３２】
機能ブロック８０は出力信号を、その信号の別の用途又は使用されている伝送プロトコルの機能として生成する。従って、例えば、４−２０ｍＡ信号、０−１０Ｖ信号、ＰＦＭ信号（パルス周波数変調信号）、バイナリスイッチング信号、又はデジタルコード等を生成することができる。しかしながら、機能ブロック８０は複数の出力信号（４−２０ｍＡ、０−１０Ｖ、ＰＦＭ信号、バイナリスイッチング信号等）を異なる伝送プロトコル、又は使用目的について生成し出力するということも考えられる。一定の標準化された出力信号を生成するために、デジタルアナログ変換器を機能ブロック８０の一部とすることができ、又は、そのようなものはそれ自体の機能ブロックとして実施することができる。
【００３３】
センサ４が計測すべき媒体中に浸されることによってではなく付着物によって振動を抑制されるときは、信号の振幅の減少に加えて別の作用が存在する。即ち、システムの共振周波数が変化する。振動は基本波励起の原理に基づいて生成されるため、センサ４及び全ての信号はこの変化した周波数に順応する。付着物の場合に二つの作用によって信号の振幅の減少が生じることがあり得る。即ち、一方において、センサ４は付着物の摩擦（ｆｒｉｃｔｉｏｎ）によって振動が抑制され、他方において、非対称な付着物によって振動エネルギの一部が容器に移されることが起こり得る。感度を高く調整して評価をすれば、「被覆されている」と報告されることになる。本方法は、そうではなく、そのような周波数変化を付着物形成によるものであると認識する。一定な許容値（しきい値最小振幅）より下回り即ち低下すると、続いて、プロセッサ内部の信号増幅Ｓ６が増加する。これは絶対入力信号値の平均値が一定な値（しきい値最小振幅）より下にある限り、出力の現在値に掛けられる係数が増大することによって起こる。このことから、共振周波数の減少に比例して、システムのループ利得の増加が生じる。振動が増幅されて、信号の振幅に対する共振周波数シフトの影響が補償される。絶対入力信号の平均値は「被覆されている」との状態を示すしきい値より上に維持され、これにより誤った計測が防止される。
【００３４】
図４は入力信号Ｓ１（上の図）における共振周波数シフトと増幅調整１００によって調整された増幅係数（下の図）との間の前述の関係を示す。増幅係数Ｓ６は、この場合、最小振幅がしきい値に再び達するまで、長時間にわたって増大する。
【００３５】
図５及び６は計測信号Ｓ１の曲線、シュミットトリガ機能の出力信号Ｓ２、又はデジタルフィルタ２０に伝送される信号Ｓ２、増幅係数Ｓ６及び駆動信号Ｓ５を示し、図５は共振周波数での信号曲線を、図６は変化した共振周波数の場合の信号曲線を示す。
【００３６】
この方法は基本的な増幅をプロセッサ内部で抑止することによって更に改良される。基本的な増幅は到達しつつあるアナログ計測信号Ｓ１をプロセッサの入力で評価するファクタである。シュミットトリガ機能１１は最大の可能値、例えば８ビットの場合には２５６を、到達しつつある信号についての即ち、矩形波信号Ｓ２の振幅についての、絶対値として伝送しないように調整される。その代わりに、その値はあるサイズ、例えば８ビットの場合には１２８に設定され、これにより、センサ４での周波数シフトによって、増幅係数を変化させずに、確定した振幅が与えられる。この振幅は、実際に起こり得る付着物形成の場合に最大増幅度でセンサ４が達成し得る同一の振幅にほぼ対応する。図（図５及び６中のＳ２）において、図示の信号は最大値（例えば８ビットの場合には２５６）で正規化されている。即ち、図５における基本的増幅は０．５で図６におけるそれは１である。基本的増幅をこのように抑止するにもかかわらず、全システムの高い計測感度について十分なレンジが維持される。付着物形成によってシステムの大きな周波数変化が認識される（図６中の計測信号Ｓ１参照）と、内部抑止が解除されて、矩形波Ｓ２の振幅は係数１（図６中のＳ２参照）で伝送される。そうすると、励起の振幅（図６中の駆動信号Ｓ５）は急激に増大し、これにより、機械的振動の抑制に対して反作用が起こる。この影響及び内部増幅係数Ｓ６の比例的増大（図５及び６中のＳ６を比較されたい）によってＰＩ的な（ＰＩ−ｓｉｍｉｌａｒ）性格を備えた増幅動作の再調整が行われる。
【００３７】
付着物がなく被覆されていない場合の振幅が付着物形成の場合に再調整の助けで設定される振幅とほぼ同等の大きさであるという事実によって、更に積極的な効果が得られる。この同等化によって可能となるのは、付着物がある場合とない場合のいずれの場合においても、使用可能な信号の分離が同様に大きいことから、計測の感度が一定に維持されるということである。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】フィールド機器エレクトロニクスの概略を示すブロック図である。
【図２】シュミットトリガ機能を備えたアナログデジタル変換器の入力及び出力における信号曲線の概略図である。
【図３】デジタル移相の実行についての概略図である。
【図４】増幅再調整の場合の入力信号及び増幅係数を示す図である。
【図５】共振周波数における種々の信号曲線を示す図である。
【図６】共振周波数シフトの場合における種々の信号曲線を示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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