(57)【要約】      （修正有）【課題】ダイナミックレンジの大きい振動センサを提供する。【解決手段】振動信号を生成するように構成された振動要素１０４と、振動要素１０４に接続されて振動信号を受信するメータ電子機器２０とを備え、メータ電子機器２０は、振動要素１０４に接続されて振動信号を受信し、振動信号を所定のゲインだけ増幅して飽和した振動信号を生成するゲイン段１５０と、ゲイン段１５０に接続され、飽和した振動信号を受信して飽和した振動信号から振動信号の周波数を決定する第１の入力１６１と、振動信号を受信して振動信号から振動信号の振幅を決定する第２の入力１６２とを備えた信号プロセッサ１５６とを備えている。【選択図】図４
2017161543.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動センサ(５)であって、
振動信号を生成するように構成された振動要素(１０４)と、
該振動要素(１０４)に接続されて振動信号を受信するメータ電子機器(２０)であって、
前記振動要素(１０４)に接続されて振動信号を受信し、振動信号を所定のゲインだけ増幅して飽和した振動信号を生成するゲイン段(１５０)と、
該ゲイン段(１５０)に接続され、飽和した振動信号を受信して該飽和した振動信号から振動信号の周波数を決定する第１の入力(１６１)と、振動信号を受信して該振動信号から振動信号の振幅を決定する第２の入力(１６２)を備えた信号プロセッサ(１５６)とを備えているメータ電子機器(２０)とを備えている、振動センサ(５)。
【請求項２】
飽和した信号は、大凡方形波の振動信号を含む、請求項１に記載の振動センサ(５)。
【請求項３】
前記信号プロセッサ(１５６)の第２の入力(１６２)は、前記振動要素(１０４)に直接接続されて、該振動要素(１０４)から振動信号を受信する、請求項１に記載の振動センサ(
５)。
【請求項４】
前記信号プロセッサ(１５６)の前記第２の入力(１６２)は、前記ゲイン段(１５０)に接続されて、該ゲイン段(１５０)を介して振動信号を受信する、請求項１に記載の振動センサ(５)。
【請求項５】
前記信号プロセッサ(１５６)の前記第２の入力(１６２)は、バッファ(１６８)に接続されて、該バッファ(１６８)から振動信号を受信し、該バッファは前記振動要素(１０４)に接続されている、請求項１に記載の振動センサ(５)。
【請求項６】
前記信号プロセッサ(１５６)の前記第２の入力(１６２)は、バッファ(１６８)に接続されて、該バッファ(１６８)から振動信号を受信し、該バッファ(１６８)は前記振動要素(
１０４)に接続され、前記バッファ(１６８)は飽和した振動信号を生成するのに用いられ
る所定のゲイン以下の所定の第２のゲイン(Ｋ２)を供給する、請求項１に記載の振動センサ(５)。
【請求項７】
前記信号プロセッサ(１５６)は、インターフェイス回路(１３６)に接続されて、前記信号プロセッサ(１５６)は外部のデバイスに送信するために、前記インターフェイス回路(
１３６)に、振動信号の振幅及び振動信号の周波数を供給する、請求項１に記載の振動セ
ンサ(５)。
【請求項８】
前記信号プロセッサ(１５６)は、駆動回路(１３８)に接続されて、前記信号プロセッサ(１５６)は前記駆動回路(１３８)に振動信号の振幅及び振動信号の周波数を供給して、前記駆動回路(１３８)は振動信号の振幅及び振動信号の周波数を用いて駆動信号を生成する、請求項１に記載の振動センサ(５)。
【請求項９】
前記振動センサ(５)は振動くし歯センサ(５)であり、前記振動要素(１０４)は音叉構造(１０４)を備える、請求項１に記載の振動センサ(５)。
【請求項１０】
振動センサを作動させる方法であって、
該振動センサの振動要素を用いて振動信号を生成する工程と、
振動信号から振動信号の振幅を決定する工程と、
振動信号を所定のゲインだけ増幅して、飽和した振動信号を生成する工程と、
飽和した振動信号から振動信号の周波数を決定する工程を備えている、方法。
【請求項１１】
飽和した振動信号は、大凡方形波の振動信号を含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
更に、外部のデバイスに送信すべく、振動信号の振幅及び振動信号の周波数を供給する工程を備える、請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
更に、振動信号の振幅及び振動信号の周波数を用いて、駆動信号を生成する工程を備える、請求項１０に記載の方法。
【請求項１４】
前記振動センサは振動くし歯センサであり、振動要素は音叉構造を備える、請求項１０に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、振動センサ及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
問題の記述
振動型デンシトメータ、振動型粘度計のような振動センサは、一般的に測定されるべき流体材の存在下に振動する振動要素の動きを検出することにより作動する。密度、粘土、温度等の流体材に関連する特性は、振動要素に繋がった動きトランスデューサから受信する測定信号を処理することにより決定される。振動要素システムの振動モードは、一般に振動要素及び流体材の質量、剛性及び減衰特性の組み合わせによって影響される。
【０００３】
図１は、従来技術の振動センサを示し、ピックオフセンサは感知した振動に対応して電子的振動信号を生成する。振動信号は本来は略正弦曲線である。振動信号は振動信号を測定し又は特性を示す信号プロセッサにより受信される。信号プロセッサは幾つかの実施形態において、符号器-復号器(即ち、コデック)である。信号プロセッサは振動信号の周波
数と振幅を決定する。振動信号の周波数と振幅は更に処理されて、関連する流体の密度を決定し、又は処理されて更なる又は他の特性を決定する。
【０００４】
更に、信号プロセッサはドライバ用に駆動信号を生成する。信号プロセッサは振動信号を処理して、駆動信号を生成する。駆動信号は所定の駆動振幅を有し、所定の駆動振幅は一定であり又は変化する。駆動信号は、受信された振動信号の周波数及び振幅に基づく駆動周波数を有する。駆動周波数は特徴付けられる流体内で振動する振動センサの共振周波数を備え、該共振周波数は、受信された振動信号の振幅が最大となるまで、駆動周波数を調整することにより決定される。
【０００５】
しかし、信号プロセッサは限られたダイナミックレンジを有して、比較的小さな振幅を有する入力信号の周波数を正確且つ確実に測定することはできない。振動信号は一般的なステレオ符号器-復号器の利用可能なダイナミックレンジよりも可成り大きなダイナミッ
ク振幅レンジを有する。フォーク密度計の場合、最小のピックオフ振幅と最大のピックオフ振幅の間のダイナミックレンジは10,000よりも大きく、一方、一般的なステレオ符号器-復号器は、システムの正確な周波数要求を備えた安定した閉ループを維持するためには
、約100の利用可能なダイナミックレンジを有する。
従来技術の振動センサは、ピックオフセンサと信号プロセッサとの間にゲイン段を含む。ゲイン段により実行されるゲインは、振動信号が信号プロセッサのダイナミックレンジに略一致すべく増幅されるように選択される。振動信号の周波数はより簡単に且つ正確に測定される。
【０００６】
図１の従来技術の振動センサは欠点を有する。ゲイン段による振動信号の増幅により信号プロセッサの能力は高められ、振動信号は信号プロセッサの入力に一致し、振動信号の周波数を定量化するが、これは残念ながら振動信号の振幅を定量化する信号プロセッサの能力に負の影響を及ぼす。
図２は従来技術の振動センサを示し、ゲイン段は多数のゲイン要素Ｋ１-ＫＮを含み、
スイッチＳ１-ＳＮは振動信号を増幅するゲイン要素を選択する。この従来技術の回路に
より、振動信号は１つのゲイン要素よりも増幅され得る。
【０００７】
しかし、ゲインを切り換える工程は欠点がある。１つの問題は、システムが常に安定していることを確実にするには、ゲインは初期の動作中(及びスラグ動作中)に動的に走査さ
れなければならないことである。他の問題は１つのゲインから次のゲインの切換え動作は振幅及び周波数の測定に非線形を生成し、従来技術の振動センサによって生成される流体の測定に誤りを生じる結果となる。尚、他の問題は各ゲイン段はピックオフから異なる段階の関係にあり、これは補償されなければならない。この段階の関係を維持すべく、センサが予測された測定地点で常に作動するためには、各利用可能なゲイン段について別個の補償数が演算されなければならず、１つのゲインから他のゲインへの段階における線形化の誤りは他の測定源の誤りに帰結する。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００８】
発明の態様
発明の一態様にて、振動センサは
振動信号を生成するように構成された振動要素と、
振動要素に接続されて振動信号を受信するメータ電子機器であって、
振動要素に接続されて振動信号を受信し、振動信号を所定のゲインだけ増幅して飽和した振動信号を生成するゲイン段と、
該ゲイン段に接続され、飽和した振動信号を受信して該飽和した振動信号から振動信号の周波数を決定する第１の入力と、振動信号を受信して該振動信号から振動信号の振幅を決定する第２の入力を備えた信号プロセッサとを備えているメータ電子機器とを備えている。
【０００９】
飽和した信号は、大凡方形波の振動信号を含むのが好ましい。
信号プロセッサの第２の入力は、振動要素に直接接続されて、該振動要素から振動信号を受信するのが好ましい。
信号プロセッサの第２の入力は、ゲイン段に接続されて、該ゲイン段を介して振動信号を受信するのが好ましい。
信号プロセッサの第２の入力は、バッファに接続されて、バッファから振動信号を受信し、該バッファは振動要素に接続されているのが好ましい。
【００１０】
信号プロセッサの第２の入力は、バッファに接続されて、バッファから振動信号を受信し、該バッファは振動要素に接続され、バッファは飽和した振動信号を生成するのに用いられる所定のゲイン以下の所定の第２のゲインを供給するのが好ましい。
信号プロセッサは、インターフェイス回路に接続されて、信号プロセッサは外部のデバイスに送信するために、インターフェイス回路に、振動信号の振幅及び振動信号の周波数を供給するのが好ましい。
【００１１】
信号プロセッサは、駆動回路に接続されて、信号プロセッサは駆動回路に振動信号の振幅及び振動信号の周波数を供給して、駆動回路は振動信号の振幅及び振動信号の周波数を用いて駆動信号を生成するのが好ましい。
振動センサは振動くし歯(tine)センサを備え、振動要素は音叉(tuning fork)構造を備
えるのが好ましい。
【００１２】
本発明の一態様において、振動センサを作動させる方法は、
振動センサの振動要素を用いて振動信号を生成する工程と、
振動信号から振動信号の振幅を決定する工程と、
振動信号を所定のゲインだけ増幅して、飽和した振動信号を生成する工程と、
飽和した振動信号から振動信号の周波数を決定する工程を備えている。
【００１３】
飽和した振動信号は、大凡方形波の振動信号を含むのが好ましい。
方法は更に、外部のデバイスに送信すべく、振動信号の振幅及び振動信号の周波数を供
給する工程を備えるのが好ましい。
方法は更に、振動信号の振幅及び振動信号の周波数を用いて、駆動信号を生成する工程を備えるのが好ましい。
振動センサは振動くし歯(tine)センサを備え、振動要素は音叉(tuning fork)構造を備
えるのが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
同じ符号は全ての図面上の同じ要素を表す。図面は必ずしも縮尺通りではない。
【図１】図１は、従来技術の振動センサを示し、ピックオフセンサは感知した振動に対応した電子的振動信号を生成する。
【図２】図２は、従来技術の振動センサを示し、ゲイン段は多数のゲイン要素を備え、スイッチは振動信号を増幅するゲイン要素を選択する。
【図３】図３は、本発明に従った振動センサを示す。
【図４】図４は、本発明の実施形態に従った振動センサを示す。
【図５】図５は、例における振動信号のグラフであり、振幅は比較的小さい(+Ａ及び―Ａの間で変化する)。
【図６】図６は、飽和した振動信号のグラフであり、飽和した振動信号は図５の振動信号に対して大きく増幅される。
【図７】図７は、本発明の他の実施形態に従った振動センサを示す。
【図８】図８は、本発明の他の実施形態に従った振動センサを示す。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図３−図８及び以下の記述は特定の例を記載して、本発明の最良のモードを作り使用する方法を当業者に開示する。進歩性を有する原理を開示する目的で、いくつかの従来の態様は単純化されたか省略された。
当業者は、これらの例示から本発明の範囲内にある変形例を理解するだろう。当業者は、下記に述べられた特徴が種々の方法で組み合わされて、本発明の多数の変形例を形成することを理解するだろう。その結果、本発明は、下記に述べられた特定の例にではなく特許請求の範囲とそれらの等価物によってのみ限定される。
【００１６】
図３は、本発明に従った振動センサ５を示す。振動センサ５は振動要素１０４とメータ電子機器２０を備え、振動要素１０４はメータ電子機器２０にリード１００を介して接続される。幾つかの実施形態において、振動センサ５は振動くし歯(tine)センサ又はフォーク密度センサを備えている(図４及び図７-図８及びそれに伴う記載を参照)。しかし、他
の振動センサが考えられ、それらは記載及び特許請求の範囲内である。
振動センサ５は少なくとも一部が特性を示すべき流体に沈められる。例えば、振動センサ５はパイプ又は導管上に取り付けられる。
振動センサ５は流体を保持するタンク又は容器又は構造内に取り付けられる。振動センサ５は流体流れを向けるマニホールド又は同様の構造に取り付けられる。他の取付け構成が考えれるが、それらは記載及び特許請求の範囲内である。
【００１７】
流体は液体を含む。流体はガスを含む。或いは流体は混入ガス、混入固体、多数の液体又はそれらの組み合わせのような多相の流体を含む。
振動センサ５は、流体測定を付与するように作動する。振動センサ５は、流体密度及び流れる又は流れない流体を含む流体の粘度の１以上を含む流体測定を付与する。振動センサ５は流体の質量流量、流体の体積流量及び/又は流体の温度を含む流体測定を付与する
。この列挙は排他的ではなく、振動センサ５は他の流体特性を測定し決定する。
【００１８】
メータ電子機器２０はリード１００を介して振動要素１０４に電力を付与する。メータ電子機器２０はリード１００を介して振動要素１０４の動作を制御する。例えば、メータ
電子機器２０は駆動信号を生成して、該駆動信号を振動要素１０４に供給し、該振動要素１０４は駆動信号を用いて１以上の振動コンポーネントに振動を発生させる。駆動信号は、振幅を制御する。駆動信号は振動周波数を制御する。駆動信号は振動の期間及び/又は
振動のタイミングを制御する。
メータ電子機器２０はリード１００を介して振動要素１０４から振動信号を受信する。メータ電子機器２０は振動信号を処理して、例えば密度測定を生成する。振動信号から他の又は更なる測定が生成されることは理解されるべきである。
【００１９】
メータ電子機器２０は振動要素１０４から受信した振動信号を処理して、信号の周波数を決定する。周波数は流体の共振周波数を含む。共振周波数は、流体の密度を決定するために使用される。更に又は加えて、メータ電子機器２０は振動信号を処理して、粘度又は例えば流体の流量を決定すべく処理される信号間の位相シフトのような流体の他の特性を決定する。他の振動応答特性及び/又は流体測定が考えられ、これらは記載及び特許請求
の範囲内である。
メータ電子機器２０は更に通信リンク２６に接続される。メータ電子機器２０は通信リンク２６を介して、振動信号を通信する。メータ電子機器２０は受信した振動信号を処理して測定値を生成し、且つ通信リンク２６を介して測定値を通信する。
更に、メータ電子機器２０は通信リンク２６を介して情報を受信する。メータ電子機器２０は通信リンク２６を介して、コマンド、更新、作動値の変化、及び/又はプログラム
の更新又は変化を受信する。
【００２０】
図４は、本発明の実施形態に従った振動センサ５を示す。示される実施形態の振動センサ５は振動くし歯(tine)センサであり、実施形態に示されるシャフト１１５によって振動要素１０４に接続されたメータ電子機器２０を含む。シャフト１１５はあらゆる所望の長さである。シャフト１１５は少なくとも一部が凹み、ワイヤ又は他の導体が、シャフト１１５を介してメータ電子機器２０と振動要素１０４の間を延びる。
メータ電子機器２０は、示される実施形態に、信号プロセッサ１５６、ゲイン段１５０、駆動回路１３８、及びインターフェイス回路１３６のような回路コンポーネントを含む。幾つかの実施形態の信号プロセッサ１５６は、上記したように、ステレオ符号器-復号
器を備える。
【００２１】
示された実施形態にて、駆動回路１３８及びゲイン段１５０は、振動要素１０４のリードに直に連結される。或いは、メータ電子機器２０は振動要素１０４から分離した別個のコンポーネント又はデバイスを備え、駆動回路１３８及びゲイン段１５０は、図３に示すように、リード１００を介して連結される。
示された実施形態における振動センサ５の振動要素１０４は、音叉(tuning fork)構造
を備え、振動要素１０４は少なくとも一部が測定されるべき流体に沈められる。振動要素１０４はハウジング１０５を含み、該ハウジング１０５はパイプ、導管、タンク、容器又は他の流体取扱い構造のような他の構造に固定される。ハウジング１０５は振動要素１０４を保持し、一方、振動要素１０４は少なくとも一部が露出しているのを維持する。従って、振動要素１０４は流体内に沈むように構成される。
【００２２】
示される実施形態の振動要素１０４は、少なくとも一部が流体内に延びるように構成された第１及び第２のくし歯１１２及び１１４を含む。第１及び第２のくし歯１１２及び１１４は、あらゆる所望の断面形を有する長い要素を備える。第１及び第２のくし歯１１２及び１１４は、本来は可撓性又は弾性がある。
振動センサ５は更に、圧電性の水晶要素を備える第１及び第２のピエゾ要素１２２及び１２４を含む。第１及び第２のピエゾ要素１２２及び１２４は、夫々第１及び第２のくし歯１１２及び１１４の隣に位置している。第１及び第２のピエゾ要素１２２及び１２４は、第１及び第２のくし歯１１２及び１１４に接し、且つ機械的に相互に作用する。
【００２３】
第１のピエゾ要素１２２は、第１のくし歯１１２の少なくとも一部に接する。第１のピエゾ要素１２２は、駆動回路１３８に電気的に接続され、駆動回路１３８は第１のピエゾ要素１２２に時間的に変化する駆動信号を供給する。第１のピエゾ要素は時間的に変化する駆動信号を受けたときに、拡張し収縮する。その結果、第１のピエゾ要素１２２は、交互に変形し、流体を周期的に往復する方法で掻き乱す振動動作で第１のくし歯１１２を左右に変位させる(点線を参照)。
【００２４】
第２のピエゾ要素１２４は受信回路１３４に接続され、該受信回路１３４は流体内の第２のくし歯１１４の変形に対応して時間的に変化する振動応答信号を生成する。従って、第２のくし歯１１４の動きにより、第２のピエゾ要素１２４によって対応する電気的振動信号が生成される。第２のピエゾ要素１２４は振動信号をメータ電子機器２０に送信する。メータ電子機器２０は振動信号を処理し、振動信号の振幅及び/又は周波数を測定する
。
【００２５】
メータ電子機器２０は、インターフェイス回路１３６を含む。メータ電子機器２０は、振動信号の周波数及び/又は振動信号の振幅のような振動信号の特性をインターフェイス
回路１３６に送信する。メータ電子機器２０は、とりわけ流体の密度及び/又は粘度のよ
うな流体測定をインターフェイス回路１３６に送信する。他の流体測定が考えられ、これらは記載及び特許請求の範囲内である。
インターフェイス回路１３６は、外部デバイスと通信するように構成される。インターフェイス回路１３６は、振動測定信号及び決定された流体特性を１以上の外部デバイスに伝達する。
【００２６】
振動要素１０４は、取り囲む流体に影響されるように、共振周波数にほぼ維持される。振動要素１０４は、一般的に駆動回路１３８によって共振周波数に維持される。
駆動回路１３８は振動信号を受信し、該振動信号から駆動信号を生成し、駆動信号を生成すべく、振動信号の特性を修正する。駆動回路１３８は振動信号を修正して、流体内の所望の振動擾乱を生成する。駆動回路１３８は更に振動信号を修正して、例えばメータ電子機器２０と振動要素１０４の間のリードの長さを補償し、及び/又は振動信号内の他の
損失を補償する。
【００２７】
図５は、振幅が比較的小さな地点での振動信号の例示のグラフである(振幅+Ａと―Ａの間にて変化する)。信号は時間ｔ１、ｔ２及びｔ３にてゼロ軸と交差する。しかし、小さ
な振幅の結果、振動信号の振幅がゼロ公差の前後の時刻(time instant)で非常に小さいので、ゼロと交差する正確な地点は信号プロセッサ１５６には問題があることは理解されるだろう。
図６は、飽和した振動信号のグラフであり、飽和した振動信号は図５の振動信号に亘って大きく増幅される。振幅はこの例では、+１０Ａから―１０Ａの間にて変化する。ゼロ
交差地点は、尚、時間ｔ１、ｔ２及びｔ３である。しかし、増幅故に、時間ｔ１の直前の振幅は、時間ｔ１の直後の振幅とは大きく異なり、この大きな振幅の変化はゼロ交差地点の発見が容易かつ正確であることを確実にする。更に、振動信号は大きく増幅されると、飽和した振動信号は、元の振動信号の振幅に拘らず、図６の例のように見える。
【００２８】
再び図４に戻り、ゲイン段１５０は第２のピエゾ要素１２４によって生成された時間的に変化する振動信号を受信する。振動信号は大凡正弦波信号である。ゲイン段１５０は所定のゲインを実行する。
ゲイン段１５０は示された実施形態にて、２つの出力を含む。示された実施形態の低い方の出力は、所定のゲインの適用により大きく増幅された増幅出力を備え、ここで所定のゲインは比較的大きなゲインである。幾つかの実施形態において、所定のゲインは出力を
飽和させるように選択され、出力された信号は大凡方形波である(ゲイン段１５０の低い
方の出力にて方形波のシンボルによって表される)。飽和した振動信号は振動信号の周波
数を決定するのに理想的である。ゲイン段１５０の低い方の増幅された出力は、信号プロセッサ１５６の第１の入力１６１にて実質的に受信される。
【００２９】
ゲイン段１５０の低い方の出力は、一定の振幅である。特に、飽和した振動信号の振幅によって、正確で信頼性のある周波数の測定が可能となる。方形波(即ち、飽和した振動
信号)のゼロ交差地点は、振動信号が正弦波である場合、特に振動信号が小さな振幅であ
る場合よりも容易に決定される。
反対に、示された実施形態におけるゲイン段１５０の上方の出力は、振動信号の増幅されない仕様を出力する(ゲイン段１５０の上方の出力にて正弦波のシンボルによって表さ
れる)。ゲイン段１５０の上方の正弦波の出力は、信号プロセッサ１５６の第２の入力１
６２にて実質的に受信される。ゲイン段１５０の上方の出力は、元の形を大凡保持する。従って、振動信号は信号プロセッサ１５６によって、振動信号の振幅を定量化するのに用いられ得る。
【００３０】
図におけるメータ電子機器２０は、測定されるべき情報の各断片について振動信号を分離した方法で修正することによって大きなダイナミックレンジの差を有利に取り扱う。振動信号の振幅及び周波数をより良く測定する目的から、振動信号は分割され(split)、振
動信号の振幅及び振動信号の周波数は、振動信号の２つの異なる仕様を用いて個々に測定される。信号プロセッサ１５６は実質的に変化しない振動信号について振幅測定を実行する。同時に、信号プロセッサ１５６は飽和した振動信号を受信し、信号プロセッサ１５６は飽和した振動信号を用いて周波数測定を実行する。
【００３１】
信号プロセッサ１５６の別個の入力チャンネルを用いることにより、信号プロセッサ１５６は一般的なステレオ入力符号器-復号器であり、例えば周波数及び振幅の情報は振動
信号から別個に且つ最適に得られる。周波数及び振幅の情報は情報の両断片を得ることについて、１つの信号を用いて欠点なく得ることが出来る。その結果、振動信号は各測定に対し、信号プロセッサ１５６の感度を個々に最大化するように調整される。
【００３２】
信号プロセッサ１５６及びゲイン段１５０は、振動センサ５によって生成される測定を改善する。振幅測定について、信号プロセッサ１５６は有利なことに、より大きなダイナミックレンジに亘って振幅を測定することができ、一方、比較的小さなダイナミックレンジに亘って振動信号の周波数を測定することが出来る。これにより、１つのゲイン段のみの使用が出来、多数のゲイン段及び切換え回路は必要ではない。
有利なことに、信号プロセッサ１５６は前もってゲインを選択する必要なく、振動信号の周波数を測定することが出来、振動信号が信号プロセッサ１５６の機能範囲内にある限り、振動信号の振幅に関係ないことを確実にし、安定した振動信号の周波数測定が生成され得る。
【００３３】
有利なことに、周波数情報が実行すべき１つだけの駆動-ピックオフ段階の補償アルゴ
リズムを有し、多数のゲイン段について多数の補償を有することによって生成される非線形性を除去する。
飽和した周波数信号の振幅は、予測可能であり、振動信号の振幅の変動に影響されず、駆動振幅の正規化機能をより簡単にする。これらの全ての要因により、従来技術の多数のゲイン段の想定よりも、駆動信号の生成はより一層安定し、繰り返し可能であり、その一方、また正確な振動信号振幅の測定が生成される。
【００３４】
図７は、本発明の他の実施形態に従った振動センサ５を示す。この実施形態にて、振動信号はゲイン段１５０に供給されて、信号プロセッサ１５６の第２の入力に直に付与され
る。
図８は、本発明の他の実施形態に従った振動センサ５を示す。この実施形態にて、メータ電子機器２０は更に、バッファ１６８を含む。この実施形態にて、振動信号はゲイン段１５０及びバッファ１６８に供給される。バッファ１６８は所定の第２のゲインＫ２を含む。バッファ１６８は振動信号を受信し、該振動信号を信号プロセッサ１５６の第２の入力１６２に送信する。
【００３５】
幾つかの実施形態におけるバッファ１６８は、振動信号を増幅しない(即ち、所定の第
２のゲインＫ２≦１)。その代り、他の実施形態において、バッファ１６８は振動信号を
飽和させない少量の増幅を提供し、振動信号は大凡正弦波のままである(即ち、所定の第
２のゲインＫ２＞１ )。所定の第２のゲインは、飽和した振動信号を生成するのに用いられる所定のゲイン以下であることが理解されるだろう。
【００３６】
上記の実施形態の詳細な記述は、本発明の範囲内にある発明者によって熟考された全ての実施形態の完全な記述ではない。実際に当業者は、さらに実施形態を作成するために上記実施形態のある要素が種々に組み合わせられるかもしれないし除去されるかもしれないことを認識している、そしてそのような、さらなる実施形態は現在の記述の範囲及び開示の範囲内にある。
現在の記述の範囲及び開示の範囲内にある追加の実施形態を作成するために、上記実施形態の全部或いは一部が組み合わせられるかもしれないことも当業者には明白である。
従って、上記の実施形態の範囲は、添付の特許請求の範囲から決定されるべきである。
【図１】
2017161543.tif 000003
【図２】
2017161543.tif 000004
【図３】
2017161543.tif 000005
【図４】
2017161543.tif 000006
【図５】
2017161543.tif 000007
【図６】
2017161543.tif 000008
【図７】
2017161543.tif 000009
【図８】
2017161543.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】平成29年4月25日(2017.4.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動センサ(５)であって、
音叉構造を備えて、振動信号を生成するように構成された振動要素(１０４)と、
該振動要素(１０４)に接続されて振動信号を受信するメータ電子機器(２０)であって、
前記振動要素(１０４)に接続されて振動信号を受信し、振動信号を所定のゲインだけ増幅して飽和した振動信号を生成するゲイン段(１５０)と、
該ゲイン段(１５０)に接続され、飽和した振動信号を受信して該飽和した振動信号から振動信号の周波数を決定する第１の入力(１６１)と、振動信号を受信して該振動信号から振動信号の振幅を決定する第２の入力(１６２)を備えた信号プロセッサ(１５６)とを備えているメータ電子機器(２０)とを備えている、振動センサ(５)。
【請求項２】
飽和した信号は、大凡方形波の振動信号を含む、請求項１に記載の振動センサ(５)。
【請求項３】
前記信号プロセッサ(１５６)の第２の入力(１６２)は、前記振動要素(１０４)に直接接続されて、該振動要素(１０４)から振動信号を受信する、請求項１に記載の振動センサ(５)。
【請求項４】
前記信号プロセッサ(１５６)の前記第２の入力(１６２)は、前記ゲイン段(１５０)に接続されて、該ゲイン段(１５０)を介して振動信号を受信する、請求項１に記載の振動センサ(５)。
【請求項５】
前記信号プロセッサ(１５６)の前記第２の入力(１６２)は、バッファ(１６８)に接続されて、該バッファ(１６８)から振動信号を受信し、該バッファは前記振動要素(１０４)に接続されている、請求項１に記載の振動センサ(５)。
【請求項６】
前記信号プロセッサ(１５６)の前記第２の入力(１６２)は、バッファ(１６８)に接続されて、該バッファ(１６８)から振動信号を受信し、該バッファ(１６８)は前記振動要素(１０４)に接続され、前記バッファ(１６８)は飽和した振動信号を生成するのに用いられる所定のゲイン以下の所定の第２のゲイン(Ｋ２)を供給する、請求項１に記載の振動センサ(５)。
【請求項７】
前記信号プロセッサ(１５６)は、インターフェイス回路(１３６)に接続されて、前記信号プロセッサ(１５６)は外部のデバイスに送信するために、前記インターフェイス回路(１３６)に、振動信号の振幅及び振動信号の周波数を供給する、請求項１に記載の振動センサ(５)。
【請求項８】
前記信号プロセッサ(１５６)は、駆動回路(１３８)に接続されて、前記信号プロセッサ(１５６)は前記駆動回路(１３８)に振動信号の振幅及び振動信号の周波数を供給して、前記駆動回路(１３８)は振動信号の振幅及び振動信号の周波数を用いて駆動信号を生成する、請求項１に記載の振動センサ(５)。
【請求項９】
振動センサを作動させる方法であって、
該振動センサの音叉構造を備えた振動要素を用いて振動信号を生成する工程と、
振動信号から振動信号の振幅を決定する工程と、
振動信号を所定のゲインだけ増幅して、飽和した振動信号を生成する工程と、
飽和した振動信号から振動信号の周波数を決定する工程を備えている、方法。
【請求項１０】
飽和した振動信号は、大凡方形波の振動信号を含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
更に、外部のデバイスに送信すべく、振動信号の振幅及び振動信号の周波数を供給する工程を備える、請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
更に、振動信号の振幅及び振動信号の周波数を用いて、駆動信号を生成する工程を備える、請求項９に記載の方法。
【外国語明細書】
2017161543000001.pdf