ЧАСТОТНЫЕ РАЗНЕСЕНИЯ ДЛЯ ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ ПОМЕХ, ВЫЗВАННЫХ СИГНАЛАМИ ИНТЕРМОДУЛЯЦИОННОГО ИСКАЖЕНИЯ
FREQUENCY DIVERSITIES FOR PREVENTING INTERFERENCE CAUSED BY INTERMODULATION DISTORTION SIGNALS

Область техники, к которой относится изобретение
Варианты осуществления, описанные ниже, относятся к интермодуляционному искажению, а более конкретно, к частотным разнесениям, чтобы предотвращать помехи, вызванные сигналами интермодуляционного искажения.
Уровень техники
Вибрационные измерители, такие как, например, массовые расходомеры Кориолиса, измерители плотности жидкости, измерители плотности газа, измерители вязкости жидкости, измерители удельной плотности газа/жидкости, измерители относительной плотности газа/жидкости и измерители молекулярного веса газа, являются общеизвестными и используются для измерения характеристик текучих сред. Обычно, измерители содержат узел датчиков и часть электронных схем. Материал в узле датчиков может быть текучим или стационарным. Каждый тип датчика может иметь уникальные характеристики, которые должен учитывать измеритель для того, чтобы достигать оптимальной производительности. Например, некоторые датчики могут требовать трубчатого оборудования, чтобы вибрировать на конкретных уровнях вытеснения. Другие типы узлов датчиков могут требовать специальных алгоритмов компенсации.
Электронные схемы измерителя, среди выполнения других функций, типично включают в себя сохраненные калибровочные значения датчика для конкретного используемого датчика. Например, электронные схемы измерителя могут включать в себя измерение опорной жесткости датчика. Опорная жесткость датчика представляет фундаментальное измерение, связанное с геометрией датчиков для конкретного узла датчиков, измеренной на фабрике при эталонных условиях. Изменение между жесткостью датчика, измеряемой после измерителя вибрирующего элемента, устанавливается на площадке клиента, и опорная жесткость датчика может представлять физическое изменение в узле датчиков вследствие нанесения покрытия, эрозии, коррозии или повреждения трубок в узле датчиков, в дополнение к другим причинам. Поверка измерителей или тест на проверку работоспособности позволяет обнаруживать эти изменения.
Поверка измерителей типично выполняется с использованием многотонального возбуждающего сигнала, который также может упоминаться как многосинусоидальный, многокомпонентный и т.п., который применяется к формирователю сигналов управления узла датчиков. Многотональный возбуждающий сигнал типично состоит из резонансного компонента или возбуждающего тона, который находится на резонансной частоте узла датчиков, и множества нерезонансных компонентов или тестовых тонов, которые разнесены от возбуждающего тона за счет частотного разнесения. Это отличается от подхода, в котором несколько тестовых тонов циклически повторяются последовательно. При последовательном циклическом повторении тестовых тонов, любое изменение во времени в системе (например, температурно–зависимые эффекты, изменения потока) может нарушать определение характеристик частотного отклика узла датчиков. Многотональный возбуждающий сигнал является преимущественным, поскольку дискретизированные данные получаются одновременно.
Каждый тестовый тон в многотональном возбуждающем сигнале представляет собой ввод в частотный отклик узла датчиков. Компоненты в сигнале отклика, предоставленном посредством узла датчиков, представляют собой выводы функции частотного отклика. Эти компоненты сравниваются с соответствующими тестовыми тонами, чтобы получить характеристику частотного отклика узла датчиков. Если нанесение покрытия, эрозия, коррозия или повреждение возникает в узле датчиков, частотный отклик узла датчиков должен изменяться. Однако, нелинейности в узле датчиков могут формировать сигналы интермодуляционного искажения из многотонального возбуждающего сигнала.
Сигналы интермодуляционного искажения могут приводить к тому, что частотный отклик узла датчиков варьируется без базовых изменений узла датчиков. Более конкретно, возбуждающие и тестовые тона в многотональном возбуждающем сигнале могут вызывать сигналы интермодуляционного искажения с частотами, которые могут быть на частоте или около частоты одного из тестовых тонов. Как результат, компонент, соответствующий сигналу интермодуляционного искажения, может создавать помехи компоненту, соответствующему одному из тестовых тонов. Эти помехи могут приводить к тому, что определение характеристик частотного отклика является неточным. Соответственно, существует потребность в том, чтобы предотвращать помехи, вызванные сигналами интермодуляционного искажения.
Сущность изобретения
Предусмотрена система (800) для определения частотных разнесений, чтобы предотвращать помехи, вызванные сигналами интермодуляционного искажения. Согласно варианту осуществления, система (800) содержит узел (810) датчиков и модуль (820) поверки измерителей, соединенный с возможностью связи с узлом (810) датчиков. Модуль (820) поверки измерителей выполнен с возможностью определять частоту первого сигнала, который должен подаваться на узел (810) датчиков вибрационного измерителя, и задавать окно демодуляции около частоты первого сигнала. Модуль поверки измерителей (820) также выполнен с возможностью определять частоту второго сигнала, который должен подаваться на узел датчиков, таким образом, чтобы частота сигнала интермодуляционного искажения, сформированного посредством первого сигнала и второго сигнала, находилась за пределами окна демодуляции.
Предусмотрен способ определения частотных разнесений, чтобы предотвращать помехи, вызванные сигналами интермодуляционного искажения. Согласно варианту осуществления, способ содержит определение частоты первого сигнала, который должен подаваться на узел датчиков вибрационного измерителя, задание окна демодуляции около частоты первого сигнала, и определение частоты второго сигнала, который должен подаваться на узел датчиков, таким образом, чтобы частота сигнала интермодуляционного искажения, сформированного посредством первого сигнала и второго сигнала, находилась за пределами окна демодуляции.
Аспекты
Согласно аспекту, система (800) для определения частотных разнесений, чтобы предотвращать помехи, вызванные сигналами интермодуляционного искажения, содержит узел (810) датчиков и модуль (820) поверки измерителей, соединенный с возможностью связи с узлом (810) датчиков. Модуль (820) поверки измерителей выполнен с возможностью определять частоту первого сигнала, который должен подаваться на узел (810) датчиков вибрационного измерителя, задавать окно демодуляции около частоты первого сигнала и определять частоту второго сигнала, который должен подаваться на узел датчиков, таким образом, чтобы частота сигнала интермодуляционного искажения, сформированного посредством первого сигнала и второго сигнала, находилась за пределами окна демодуляции.
Предпочтительно, модуль (820) поверки измерителей дополнительно выполнен с возможностью определять полосу пропускания, которая включает в себя частоту первого сигнала, и определять частоту второго сигнала таким образом, чтобы частота второго сигнала находилась в пределах полосы пропускания, которая включает в себя частоту первого сигнала.
Предпочтительно, полоса пропускания представляет собой полосу пропускания частотного отклика узла датчиков.
Предпочтительно, частота первого сигнала представляет собой резонансную частоту узла датчиков.
Предпочтительно, сигнал интермодуляционного искажения формируется в одном из модуля (820) поверки измерителей и узла (810) датчиков.
Предпочтительно, первый сигнал и второй сигнал представляют собой компоненты возбуждающего сигнала, который применяется посредством модуля (820) поверки измерителей к узлу (810) датчиков.
Предпочтительно, второй сигнал применяется к узлу (810) датчиков, чтобы получить характеристику частотного отклика узла (810) датчиков.
Предпочтительно, модуль (820) поверки измерителей, выполненный с возможностью определять частоту второго сигнала, который должен подаваться на узел (810) датчиков, таким образом, чтобы частота сигнала интермодуляционного искажения, сформированного посредством первого сигнала и второго сигнала, находилась за пределами окна демодуляции, содержит модуль (820) поверки измерителей, выполненный с возможностью определять частоту второго сигнала таким образом, чтобы интермодуляционное искажение находилось вблизи окна демодуляции.
Предпочтительно, модуль (820) поверки измерителей дополнительно выполнен с возможностью определять частоту одного или более дополнительных сигналов таким образом, чтобы частоты множества сигналов интермодуляционного искажения, сформированных посредством одного или более дополнительных сигналов, находились за пределами окна демодуляции первого сигнала.
Предпочтительно, модуль (820) поверки измерителей дополнительно выполнен с возможностью определять полосу пропускания, которая включает в себя частоту первого сигнала, и определять частоты одного или более дополнительных сигналов таким образом, чтобы частоты одного или более дополнительных сигналов находились в пределах полосы пропускания, которая включает в себя частоту первого сигнала.
Предпочтительно, модуль (820) поверки измерителей дополнительно выполнен с возможностью задавать окна демодуляции около упомянутого одного или более дополнительных сигналов и определять частоты одного или более дополнительных сигналов таким образом, чтобы частоты множества сигналов интермодуляционного искажения, сформированных посредством одного или более дополнительных сигналов, находились за пределами окон демодуляции одного или более дополнительных сигналов.
Согласно аспекту, способ определения частотных разнесений, чтобы предотвращать помехи, вызванные сигналами интермодуляционного искажения, содержит определение частоты первого сигнала, который должен подаваться на узел датчиков вибрационного измерителя, задание окна демодуляции около частоты первого сигнала, и определение частоты второго сигнала, который должен подаваться на узел датчиков, таким образом, чтобы частота сигнала интермодуляционного искажения, сформированного посредством первого сигнала и второго сигнала, находилась за пределами окна демодуляции.
Предпочтительно, способ дополнительно содержит определение полосы пропускания, которая включает в себя частоту первого сигнала, и определение частоты второго сигнала таким образом, чтобы частота второго сигнала находилась в пределах полосы пропускания, которая включает в себя частоту первого сигнала.
Предпочтительно, полоса пропускания представляет собой полосу пропускания частотного отклика узла датчиков.
Предпочтительно, частота первого сигнала представляет собой резонансную частоту узла датчиков.
Предпочтительно, сигнал интермодуляционного искажения формируется в одной из электронных схем измерителя и узла датчиков.
Предпочтительно, первый сигнал и второй сигнал представляют собой компоненты возбуждающего сигнала, который применяется посредством электронных схем измерителя к узлу датчиков.
Предпочтительно, второй сигнал применяется к узлу датчиков, чтобы получить характеристику узла датчиков.
Предпочтительно, определение частоты второго сигнала, который должен подаваться на узел датчиков, таким образом, чтобы частота сигнала интермодуляционного искажения, сформированного посредством первого сигнала и второго сигнала, находилась за пределами окна демодуляции, содержит определение частоты второго сигнала, содержащегося таким образом, чтобы интермодуляционное искажение находилось вблизи окна демодуляции.
Предпочтительно, способ дополнительно содержит определение частот одного или более дополнительных сигналов таким образом, чтобы частоты множества сигналов интермодуляционного искажения, сформированных посредством одного или более дополнительных сигналов, находились за пределами окна демодуляции первого сигнала.
Предпочтительно, способ дополнительно содержит определение полосы пропускания, которая включает в себя частоту первого сигнала, и определение частот одного или более дополнительных сигналов таким образом, чтобы частоты одного или более дополнительных сигналов находились в пределах полосы пропускания, которая включает в себя частоту первого сигнала.
Предпочтительно, способ дополнительно содержит задание окон демодуляции около упомянутого одного или более дополнительных сигналов и определение частот одного или более дополнительных сигналов таким образом, чтобы частоты множества сигналов интермодуляционного искажения, сформированных посредством одного или более дополнительных сигналов, находились за пределами окон демодуляции одного или более дополнительных сигналов.
Краткое описание чертежей
Идентичные номера ссылок представляют один элемент на всех чертежах. Следует понимать, что чертежи необязательно должны быть нарисованы в масштабе.
Фиг. 1 показывает вибрационный измеритель 5 с использованием частотных разнесений, чтобы предотвращать помехи, вызванные сигналами интермодуляционного искажения.
Фиг. 2 показывает график 200, иллюстрирующий сигналы интермодуляционного искажения в многотональном возбуждающем сигнале.
Фиг. 3 показывает график 300, иллюстрирующий интермодуляционное искажение.
Фиг. 4 показывает график 400, иллюстрирующий частотные разнесения, чтобы предотвращать помехи, вызванные сигналами интермодуляционного искажения.
Фиг. 5 показывает график 500, иллюстрирующий частотные разнесения, чтобы предотвращать помехи, вызванные сигналами интермодуляционного искажения.
Фиг. 6 показывает график 600, иллюстрирующий частотные разнесения, чтобы предотвращать помехи, вызванные сигналами интермодуляционного искажения.
Фиг. 7 показывает способ 700 определения частотных разнесений, чтобы предотвращать помехи, вызванные сигналами интермодуляционного искажения согласно варианту осуществления.
Фиг. 8 показывает систему 800, которая состоит из узла 810 датчиков и модуля 820 поверки измерителей.
Подробное описание изобретения
Фиг. 1–8 и нижеприведенное описание иллюстрируют конкретные примеры, чтобы пояснять специалистам в данной области техники то, как осуществлять и использовать оптимальный режим вариантов осуществления частотного разнесения, чтобы предотвращать помехи, вызванные сигналами интермодуляционного искажения. В целях пояснения принципов изобретения, некоторые традиционные аспекты упрощены или опущены. Специалисты в данной области техники должны принимать во внимание варьирования этих примеров, которые попадают в пределы объема настоящего описания. Специалисты в данной области техники должны принимать во внимание, что признаки, описанные ниже, могут комбинироваться различными способами, чтобы формировать несколько варьирований определения оптимального частотного разнесения, чтобы предотвращать помехи, вызванные сигналами интермодуляционного искажения. Как результат, варианты осуществления, описанные ниже, ограничены не конкретными примерами, описанными ниже, а только посредством формулы изобретения и ее эквивалентов.
Помехи посредством сигналов интермодуляционного искажения могут предотвращаться посредством определения частоты первого сигнала, такого как возбуждающий сигнал, который должен подаваться на узел датчиков в вибрационном измерителе, и задания окна демодуляции около частоты первого сигнала. Частота второго сигнала, который при смешении с первым сигналом формирует сигнал интермодуляционного искажения, может определяться таким образом, чтобы частота сигнала интермодуляционного искажения находилась за пределами окна демодуляции. Соответственно, сигнал интермодуляционного искажения не включается в определение характеристик частотного отклика узла датчиков. Как результат, определение характеристик является более точным, и в силу этого коррозия, эрозия, отложения и другие проблемы с узлом датчиков могут надежно обнаруживаться.
Фиг. 1 показывает вибрационный измеритель 5 с использованием частотных разнесений, чтобы предотвращать помехи, вызванные сигналами интермодуляционного искажения. Как показано на фиг. 1, вибрационный измеритель 5 содержит узел 10 датчиков и электронные схемы 20 измерителя. Узел 10 датчиков реагирует на удельный массовый расход и плотность технологического материала. Электронные схемы 20 измерителя соединяются с узлом 10 датчиков через выводные провода 100, чтобы предоставлять информацию плотности, удельного массового расхода и температуры по тракту 26, а также другую информацию.
Узел 10 датчиков включает в себя пару патрубков 150 и 150', фланцы 103 и 103', имеющие горловины 110 и 110' фланца, пару параллельных трубок 130 и 130', возбуждающий механизм 180, резистивный детектор 190 температуры (RTD) и пару тензодатчиков 170l и 170r. Трубки 130 и 130' имеют две практически прямые впускные ветви 131, 131' и выпускные ветви 134, 134', которые сходятся друг к другу в блоках 120 и 120' установки трубок. Трубки 130, 130' изгибаются в двух симметричных местоположениях вдоль длины и являются практически параллельными по всей длине. Распорные стержни 140 и 140' служат для того, чтобы задавать ось W и W', вокруг которой колеблется каждая трубка 130, 130'. Ветви 131, 131' и 134, 134' трубок 130, 130' жестко присоединяются к блокам 120 и 120' установки трубок, и эти блоки, в свою очередь, жестко присоединяются к патрубкам 150 и 150'. Это предоставляет непрерывный замкнутый тракт для материалов через узел 10 датчиков.
Когда фланцы 103 и 103', имеющие отверстия 102 и 102', соединяются через впускной конец 104 и выпускной конец 104' с технологической линией (не показана), которая переносит технологический материал, который измеряется, материал входит во впускной конец 104 измерителя через диафрагменное отверстие 101 во фланце 103 и проводится через патрубок 150 в блок 120 установки трубок, имеющий поверхность 121. В патрубке 150 материал разделяется и направляется через трубки 130, 130'. После выхода из трубок 130, 130', технологический материал рекомбинируется в одном потоке в блоке 120', имеющем поверхность 121' и патрубок 150', и после этого направляется в выпускной конец 104', соединенный посредством фланца 103', имеющего отверстия 102', с технологической линией (не показана).
Трубки 130, 130' выбираются и надлежащим образом монтируются на блоках 120, 120' установки трубок таким образом, что они имеют практически идентичное массовое распределение, моменты инерции и модуль Юнга вокруг осей W––W и W'––W' изгиба, соответственно. Эти оси изгиба проходят через распорные стержни 140, 140'. Поскольку модуль Юнга трубок изменяется с температурой, и это изменение затрагивает вычисление потока и плотности, RTD 190 монтируется на трубке 130', чтобы непрерывно измерять температуру трубки 130'. Температура трубки 130' и в силу этого напряжение, возникающее на RTD 190 для данного тока, пропускаемого через него, регулируется посредством температуры материала, проходящего через трубку 130'. Температурно–зависимое напряжение, возникающее на RTD 190, используется известным способом посредством электронных схем 20 измерителя для того, чтобы компенсировать изменение модуля упругости трубок 130, 130' вследствие изменений температуры трубки. RTD 190 соединяется с электронными схемами 20 измерителя посредством выводного провода 195.
Обе трубки 130, 130' возбуждаются посредством возбуждающего механизма 180 в противоположных направлениях вокруг соответствующих осей W и W' изгиба и в том, что называется первой несинфазной изгибной модой расходомера. Этот возбуждающий механизм 180 может содержать любую из множества известных компоновок, такую как магнит, смонтированный на трубке 130', и встречно–включенную катушку, смонтированную на трубке 130, и через которую переменный ток пропускается для вибрации в обеих трубках 130, 130'. Надлежащий возбуждающий сигнал применяется посредством электронных схем 20 измерителя, через выводной провод 185, к возбуждающему механизму 180.
Электронные схемы 20 измерителя принимают RTD–сигнал температуры на выводном проводе 195 и сигналы левого и правого датчика, возникающие на выводных проводах 100, переносящих сигналы 165l, 165r левого и правого датчика, соответственно. Электронные схемы 20 измерителя формируют возбуждающий сигнал, возникающий на выводном проводе 185, в возбуждающий механизм 180 и вызывают вибрацию в трубках 130, 130'. Электронные схемы 20 измерителя обрабатывают сигналы левого и правого датчика и RTD–сигнал, чтобы вычислять удельный массовый расход и плотность материала, проходящего через узел 10 датчиков. Эта информация, наряду с другой информацией, применяется посредством электронных схем 20 измерителя по тракту 26 в качестве сигнала.
Фиг. 2 показывает график 200, иллюстрирующий сигналы интермодуляционного искажения в многотональном возбуждающем сигнале. Как показано на фиг. 2, график 200 включает в себя частотную ось 210 и ось 220 абсолютных величин. Частотная ось задается в единицах герц (Гц) и составляет в пределах от 0 до 30. Ось 220 абсолютных величин представляет собой полномасштабное отношение и составляет в пределах от 0 до 1. График 200 также включает в себя два сигнала 230, которые симметрично центрируются около 20 Гц. Как показано на фиг. 2, график 200 включает в себя сигналы 240 интермодуляционного искажения, которые состоят из сигналов 240a интермодуляционного искажения четного порядка и сигналов 240b интермодуляционного искажения нечетного порядка.
Два сигнала 230 показаны как симметрично центрированные около 20 Гц и имеют абсолютную величину около 0,9. Два сигнала 230 могут предоставляться, например, в узел 10 датчиков, описанный выше со ссылкой на фиг. 1, с использованием многотонального возбуждающего сигнала. Более конкретно, многотональный возбуждающий сигнал может состоять из двух сигналов 230, которые предоставляются в возбуждающий механизм 180.
Сигналы 240 интермодуляционного искажения могут находиться в сигналах датчиков на выводных проводах 100 и могут вызываться посредством электронных схем 20 измерителя или узла 10 датчиков. Например, сигналы 240 интермодуляционного искажения могут формироваться вследствие нахождения многотонального возбуждающего сигнала близко или при насыщении усилителя в электронных схемах 20 измерителя. Сигналы 240 интермодуляционного искажения также могут быть обусловлены нелинейностями в узле 10 датчиков, таких как тензодатчики 170 l, 170r и возбуждающий механизм 180 либо другие устройства или конструкции в узле 10 датчиков. Частоты сигналов 240 интермодуляционного искажения являются кратными разности между частотами двух сигналов 230. Можно принимать во внимание, что по мере того, как дополнительные входные сигналы добавляются, число сигналов интермодуляционного искажения увеличивается, что может приводить к тому, что один или более сигналов интермодуляционного искажения имеют идентичные частоты входных сигналов.
Фиг. 3 показывает график 300, иллюстрирующий интермодуляционное искажение. Как показано на фиг. 3, график 300 включает в себя частотную ось 310 и ось 320 абсолютных величин. Частотная ось 310 задается в единицах герц (Гц) и составляет в пределах от 95 до 105 Гц. Ось 320 абсолютных величин представляет собой полномасштабное отношение и составляет в пределах от 0 до 1. График 300 включает в себя первый сигнал 330, который помечается в качестве "возбуждающего тона" и может представлять собой резонансный компонент многотонального возбуждающего сигнала. Первый сигнал 330 имеет частоту 100 Гц.
Также показаны тестовые тона 340, которые могут представлять собой нерезонансные компоненты (например, не на резонансной частоте узла датчиков) многотонального возбуждающего сигнала. Тестовые тона 340 состоят из второго–пятого сигнала 340d. График 300 также включает в себя сигналы 350 интермодуляционного искажения. Для целей прозрачности и пояснения, не показываются все возможные сигналы интермодуляционного искажения. Вместо этого, сигналы 350 интермодуляционного искажения, показанные на фиг. 3, формируются из первого сигнала 330 и третьего сигнала 340b. Один из сигналов 350 интермодуляционного искажения представлять собой создающий помехи сигнал 350a, который имеет частоту, идентичную частоте четвертого сигнала 340c. Тестовые тона 340 могут вводиться в возбуждающий сигнал, к примеру, в возбуждающий сигнал, возникающий на выводном проводе 185 в вибрационном измерителе 5. Соответственно, возбуждающий сигнал, возникающий на выводном проводе 185, может состоять из первого сигнала 330 и второго–пятого сигналов 340a–340d.
Абсолютные величины второго–пятого сигналов 340a–340d могут измеряться и использоваться для того, чтобы получить характеристику узла 10 датчиков. Например, отношение абсолютной величины вывода, соответствующего одному из второго–пятого сигналов 340a–340d, может получить характеристику отклика узла 10 датчиков на этой частоте. Посредством использования четырех тестовых тонов на различных частотах, частотный отклик узла 10 датчиков по диапазону частот может аппроксимироваться. Тем не менее, поскольку создающий помехи сигнал 350a, который находится на частоте, идентичной частоте четвертого сигнала 340c, не представляет собой один из тестовых тонов 340 и не измеряется в качестве ввода для частотного отклика, частотный отклик узла 10 датчиков является некорректным и в силу этого может некорректно обнаруживать эрозию, коррозию, отложения и т.д.
Частота создающего помехи сигнала 350a может изменяться посредством изменения частотного разнесения между первым сигналом 330 и третьим сигналом 340b. Более конкретно, частота создающего помехи сигнала 350a может составлять кратное разности между частотой первого сигнала 330 и третьего сигнала 340b. Соответственно, увеличение или уменьшение частоты третьего сигнала 340b должно увеличивать или уменьшать частоту создающего помехи сигнала 350a. Это должно перемещать создающий помехи сигнал 350a в направлении от четвертого сигнала 340c, за счет этого предотвращая включение создающего помехи сигнала 350a в получение характеристики частотного отклика узла 10 датчиков.
Тем не менее, простое перемещение создающего помехи сигнала 350a в направлении от четвертого сигнала 340c может предотвращать включение создающего помехи сигнала 350a в получение характеристики частотного отклика узла 10 датчиков. Например, даже если частота создающего помехи сигнала 350a отличается от частоты четвертого сигнала 340c, создающий помехи сигнал 350a по–прежнему может находиться в пределах окна демодуляции и в силу этого вызывать создающие помехи компоненты в сигнале отклика из узла датчиков.
Фиг. 4 показывает график 400, иллюстрирующий частотные разнесения, чтобы предотвращать помехи, вызванные сигналами интермодуляционного искажения. Как показано на фиг. 4, график 400 включает в себя частотную ось 410 и ось 420 абсолютных величин. Частотная ось 410 задается в единицах герц (Гц) и составляет в пределах от 92 до 108 Гц. Ось 420 абсолютных величин представляет собой полномасштабное отношение и составляет в пределах от 0 до 1. График 400 включает в себя первый сигнал 430, который может представлять собой возбуждающий тон или резонансный сигнал на резонансной частоте узла датчиков. Также показан второй сигнал 440, который может представлять собой тестовый тон, который представляет собой нерезонансный компонент многотонального возбуждающего сигнала и сигналов 450 интермодуляционного искажения. Также на фиг. 4 показано первое окно 460a демодуляции, ассоциированное с первым сигналом 430, и второе окно 460b демодуляции, ассоциированное со вторым сигналом 440.
Первое и второе окна 460a, 460b демодуляции могут представлять собой частотные диапазоны около частот первого и второго сигналов 430, 440, которые обеспечивают возможность первому и второму сигналам 430, 440 проходить. Например, первое и второе окна 460a, 460b демодуляции могут иметь ширину около 1 Гц. Соответственно, окно демодуляции для первого сигнала 430 может составлять в пределах от около 99,5 Гц до около 100,5 Гц. Окно демодуляции для второго сигнала 440 может составлять в пределах от около 101,5 Гц до около 102,5 Гц. Сигналы 450 интермодуляционного искажения имеют частоты 98 и 104 Гц, которые не находятся в пределах первого и второго окна 460a, 460b демодуляции. Как результат, сигналы 450 интермодуляционного искажения не включаются в определение частотного отклика узла 10 датчиков. Дополнительные сигналы, такие как дополнительные тестовые тона, должны приводить к дополнительным сигналам интермодуляционного искажения, которые могут не находиться в пределах окон демодуляции, если частотные разнесения надлежащим образом выбираются, как поясняется ниже.
Фиг. 5 показывает график 500, иллюстрирующий частотные разнесения, чтобы предотвращать помехи, вызванные сигналами интермодуляционного искажения. Как показано на фиг. 5, график 500 включает в себя частотную ось 510 и ось 520 абсолютных величин. Частотная ось 510 задается в единицах герц (Гц) и составляет в пределах от 92 до 108 Гц. Ось 520 абсолютных величин представляет собой полномасштабное отношение и составляет в пределах от 0 до 1. График 500 включает в себя первый сигнал 530, который может представлять собой возбуждающий тон или сигнал на резонансной частоте узла датчиков. Также показаны тестовые тона 540, которые состоят из второго сигнала 540a, третьего сигнала 540b, четвертого сигнала 540c и пятого сигнала 540d и могут представлять собой нерезонансные синусоидальные компоненты многотонального возбуждающего сигнала. График 500 также включает в себя сигналы 550 интермодуляционного искажения. Окна 560 демодуляции, ассоциированные с первым сигналом 530 и тестовыми тонами 540, также показаны. Окна 560 демодуляции включают в себя первое–пятое окно 560a–560e демодуляции, которые, соответственно, ассоциированы с первым–пятым сигналом 530, 540a–540d.
Первый сигнал 530 и второй–пятый сигнал 540a–540d могут содержать многотональный возбуждающий сигнал на выводном проводе 185. Первый сигнал 530 может иметь резонансную частоту узла датчиков, которая показана как равная 100 Гц. Второй, третий, четвертый и пятый сигналы 540a–540d показаны как заданные, соответственно, при 95, 97, 102 и 103,5 Гц. Второй–пятый сигналы 540a–540d смещаются от первого сигнала 530 и друг от друга, за счет частотных разнесений. Частотные разнесения могут выбираться с возможностью обеспечивать то, что сигналы 550 интермодуляционного искажения не находятся в пределах первого–четвертого окон 560b–560e демодуляции, как показано на фиг. 5. Более конкретно, все частоты сигналов 550 интермодуляционного искажения могут определяться для различных частотных разнесений первого сигнала 530 и второго–пятого сигналов 540a–540d. Можно принимать во внимание, что другие частотные разнесения могут приводить к сигналам 550 интермодуляционного искажения, которые также не находятся в пределах окон 560 демодуляции.
Помимо этого, узел 10 датчиков может иметь диапазон частот, в котором узел 10 датчиков незначительно демпфируется, который в данном документе упоминается в качестве полосы пропускания частотного отклика узла 10 датчиков. Более конкретно, узел 10 датчиков может очень незначительно демпфироваться вокруг возбуждающей тональной частоты, при этом отклик узла 10 датчиков быстро снижается в направлении от возбуждающей тональной частоты. Если частотные разнесения являются слишком большими, первый сигнал 530 может центрироваться в пределах полосы пропускания частотного отклика, и один или более тестовых тонов 540 могут находиться за пределами полосы пропускания частотного отклика. Это может приводить к сигналу датчика с компонентами, имеющими отношения "сигнал–шум", недостаточные для того, чтобы получить характеристику частотного отклика узла 10 датчиков.
Чтобы исключать эту проблему отношения "сигнал–шум", частоты тестовых тонов 540 могут находиться близко к частоте первого сигнала 530 таким образом, что они находятся в пределах полосы пропускания частотного отклика узла 10 датчиков. Соответственно, может быть желательным минимизировать частотное разнесение между наименьшей частотой и наибольшей частотой тестовых тонов 540, которые, в варианте осуществления по фиг. 5, представляют собой второй сигнал 540a и пятый сигнал 540d. Далее поясняется пример этой минимизации со ссылкой на фиг. 6.
Фиг. 6 показывает график 600, иллюстрирующий частотные разнесения, чтобы предотвращать помехи, вызванные сигналами интермодуляционного искажения. Как показано на фиг. 6, график 600 включает в себя частотную ось 610 и ось 620 абсолютных величин. Частотная ось 610 задается в единицах герц (Гц) и составляет в пределах от 92 до 108 Гц. Ось 620 абсолютных величин представляет собой полномасштабное отношение и составляет в пределах от 0 до 1. График 600 включает в себя первый сигнал 630, который может представлять собой возбуждающий тон или сигнал на резонансной частоте узла датчиков. Также показаны тестовые тона 640, которые состоят из второго сигнала 640a, третьего сигнала 640b, четвертого сигнала 640c и пятого сигнала 640d. Тестовые тона 640 могут представлять собой синусоидальные компоненты на нерезонансных частотах. График 600 также включает в себя сигналы 650 интермодуляционного искажения. Окна 660 демодуляции, ассоциированные с первым сигналом 630 и тестовыми тонами 640, также показаны. Окна 660 демодуляции включают в себя первое–пятое окно 660a–660e демодуляции, ассоциированное с первым сигналом 630 и вторым сигналом 640a – пятым сигналом 640d.
Можно принимать во внимание, что второй и пятый сигнал 640a, 640d находятся ближе друг к другу, чем второй и пятый сигнал 540a, 540d, описанные выше со ссылкой на фиг. 5. Второй и пятый сигнал 640a, 640d могут находиться внутри полосы пропускания частотного отклика узла датчиков. Как результат, сигналы в сигнале датчика, соответствующем тестовым тонам 640, могут иметь приемлемые отношения "сигнал–шум". Дополнительно, некоторые сигналы 650 интермодуляционного искажения являются смежными с окнами 660b–660e демодуляции. Более конкретно, некоторые сигналы 650 интермодуляционного искажения находились за пределами, но вблизи окон 660b–660e демодуляции. Следовательно, сигналы 650 интермодуляционного искажения не пропускаются посредством окон 660b–660e демодуляции при предоставлении возможности компонентам сигнала датчика, соответствующего тестовым тонам 640, проходить.
Соответственно, определение характеристик частотного отклика узла 10 датчиков может быть более точным, посредством предотвращения создания помех, посредством сигналов 650 интермодуляционного искажения, сигналам, соответствующим тестовым тонам 640. Определение характеристик частотного отклика также может быть более точным вследствие достаточных отношений "сигнал–шум", получающихся в результате более близкого частотного разнесения между вторым и пятым сигналом 640a, 640d. Далее подробнее описываются примерные способы и системы, которые могут определять частотные разнесения.
Фиг. 7 показывает способ 700 определения частотных разнесений, чтобы предотвращать помехи, вызванные сигналами интермодуляционного искажения согласно варианту осуществления. Как показано на фиг. 7, способ 700 определяет частоту первого сигнала, который должен подаваться на узел датчиков вибрационного измерителя, на этапе 710. На этапе 720, способ 700 задает окно демодуляции около частоты первого сигнала. Способ 700, на этапе 730, определяет частоту второго сигнала, который должен подаваться на узел датчиков, таким образом, чтобы частота сигнала интермодуляционного искажения, сформированного посредством первого сигнала и второго сигнала, находилась за пределами окна демодуляции.
Частота первого сигнала может определяться на этапе 710, например, посредством формирования сигнала на основе сигналов левого и правого датчика, возникающих на выводных проводах 100. Иными словами, первый сигнал может представлять собой возбуждающий тон многотонального возбуждающего сигнала, предоставленного в узел 10 датчиков, который затем предоставляет сигналы левого и правого датчика в контур обратной связи, который определяет частоту возбуждающего тона.
На этапе 720, окно демодуляции может задаваться около частоты первого сигнала, например, посредством определения верхнего и нижнего значений, ассоциированных с частотой первого сигнала. Верхнее значение окна демодуляции может задаваться посредством суммирования значения допуска с частотой первого сигнала, и меньшее значение окна демодуляции может задаваться посредством вычитания значения допуска из частоты первого сигнала. Соответственно, демодуляция является симметричной около первой частоты. Альтернативно, верхние и нижние значения могут не быть симметричными около первой частоты и в силу этого могут смещаться от первой частоты на разные величины.
На этапе 730, частота второго сигнала может определяться, например, посредством итеративного задания второй частоты равной определенному значению, определения частоты сигнала интермодуляционного искажения и определения того, находится или нет сигнал интермодуляционного искажения в пределах окна демодуляции. Могут использоваться другие способы, такие как, например, определение частоты сигнала интермодуляционного искажения на основе частоты верхнего или нижнего предела окна демодуляции и частоты первого сигнала.
В одном примере, дискретное пространство решений может использоваться при определении частоты второго сигнала. Окно демодуляции первого сигнала командует всем тестовым частотам составлять, по меньшей мере, ширину dF окна демодуляции относительно частоты первого сигнала (например, возбуждающей тональной частоты) и относительно любой другой тестовой тональной частоты. Поскольку сигналы искажения IM возникают на основе разнесений между входными частотами, сигналы интермодуляционного искажения вследствие конкретной входной пары также должны возникать, по меньшей мере, при dF относительно этих частот. Соответственно, пространство решений ограничено тестовыми тонами в сетке dF разрешения, центрированной на частоте первого сигнала. За счет этого упрощения, становится практичным добиваться процедуры оптимизации методом прямого опробования. Например, все пространство поиска четырех тестовых тонов, все из которых размещены в пределах полосы пропускания в 20 dF, которая может представлять собой полосу пропускания частотного отклика узла датчиков, представляет собой проблему выбора n из k. Из 2*20=40 потенциальных частот (поскольку возбуждающая частота не может использоваться), должны выбираться четыре частоты. Число способов для того, чтобы выполнять этот выбор, оценивается как  .
Способ 700 может повторяться для различных частот первого сигнала. Например, этап определения частоты первого сигнала может включать в себя определение другой частоты первого сигнала. Она может представлять собой частоту, которая находится в пределах диапазона частот, ассоциированных с классом вибрационных измерителей. Частота второго сигнала, который ассоциирован с этой несущей частотой, может определяться посредством модуляции второго сигнала с помощью первого сигнала на несущей частоте. Окно демодуляции, заданное на частоте в полосе модулирующих частот, может быть идентичным или может не быть идентичным окну демодуляции на несущей частоте. Этот процесс проиллюстрирован в нижеприведенном пояснении.
Можно, например, получать базовый вектор тестовых тонов, состоящий из второго–пятого сигнала на базовых тестовых тональных частотах [–6 –4 5 7]. Этот вектор базовых тестовых тональных частот может модулироваться в другие несущие частоты, которые могут иметь различные ширины окон демодуляции, заданные в качестве dF. В этом примере, способ 700 может определять первую частоту как находящуюся в пределах диапазона 70–125 Гц, к примеру, 100 Гц. Способ 700 может определять на этапе 720 то, что ширина окна демодуляции (dF) составляет 0,267 Гц. Способ 700 может определять частоту второго сигнала как равную 100 Гц минус 1,6 Гц. Поскольку ширина ширины окна демодуляции составляет 0,267 Гц, частота второго тона определяется посредством умножения этого элемента в базовом векторе тонов на dF, в этом случае –6*0,267 Гц, что равно –1,6 Гц. Аналогичные этапы могут выполняться для дополнительных сигналов, таких как дополнительные тестовые тона.
Например, в частотном диапазоне 351–600 Гц, может быть предусмотрена частота первого сигнала или несущая частота 389,1 Гц, которая может определяться из сигналов датчиков из узла измерителя. Частотный диапазон в 351–600 Гц может иметь окно демодуляции, имеющее ширину в 1,3333 Гц. Соответственно, базовый вектор тестовых тонов может умножаться на 1,3333 Гц, что дает в результате вектор тестовых тонов в [–8,000 –5,333 6,667 9,333] Гц. Для несущей частоты 389,1 Гц для первого сигнала, второй сигнал должен иметь частоту 381,1 Гц, которая равна 389,1 Гц–8,0 Гц.
Как пояснено выше, способ 700 может поверять то, что сигналы интермодуляционного искажения находятся за пределами окна демодуляции первого сигнала на этапе 730. Этот этап может выполняться для различных несущих частот, чтобы обеспечивать то, что базовый вектор тонов работает для всех требуемых несущих частот. Например, как пояснено выше, базовый вектор тестовых тонов может определяться для второго–пятого сигналов и их ассоциированных частот в диапазоне 70–125 Гц и затем поверяться на других несущих частотах посредством использования базового вектора тестовых тонов второго–пятого сигналов, модулированных в различные несущие частоты, как описано выше.
Результирующая таблица может представлять собой следующее:
Рабочая частота (Гц)
dF
Вектор тонов
Мин.
Макс.
T1 (2–ой сигнал)
T2
Td (1–ый сигнал)
T4
T5
70
125
0,2667
–1,6000
–1,067
0
1,333
1,867
126
180
0,3333
–2,0000
–1,333
0
1,667
2,333
181
225
0,4444
–2,6667
–1,778
0
2,222
3,111
226
350
0,6666
–4,0000
–2,667
0
3,333
4,667
351
600
1,3333
–8,0000
–5,333
0
6,667
9,333
Соответственно, для вышеописанного примера несущей или возбуждающей тональной частоты в 389,10 Гц, второй сигнал может задаваться при 381,10 Гц, третий сигнал при 383,77 Гц, четвертый сигнал при 395,77 Гц и пятый сигнал при 398,43 Гц.
Способ 700 дополнительно может содержать определение полосы пропускания, которая включает в себя частоту первого сигнала, и определение частоты второго сигнала таким образом, чтобы частота второго сигнала находилась в пределах полосы пропускания, которая включает в себя частоту первого сигнала. Полоса пропускания может представлять собой полосу пропускания частотного отклика узла датчиков, к которому применяются первый и второй сигнал. Например, узел 10 датчиков, описанный выше, может иметь относительно узкий диапазон частот, в котором отклик является практически резонансным или незначительно демпфируется. Второй, третий или четвертый сигналы, возможно, должны находиться в пределах этой полосы пропускания, чтобы адекватно выполнять поверку измерителей.
Фиг. 8 показывает систему 800, которая состоит из узла 810 датчиков и модуля 820 поверки измерителей. Как показано на фиг. 8, узел 810 датчиков соединяется с возможностью связи с модулем 820 поверки измерителей. Модуль 820 поверки измерителей включает в себя возбуждающую схему 822, которая предоставляет возбуждающий сигнал в узел 810 датчиков. Узел 810 датчиков соединяется с возможностью связи и предоставляет сигналы датчиков в модуль 820 поверки измерителей. Демодуляционный фильтр 824 принимает сигналы датчиков из узла 810 датчиков и пропускает сигналы, которые находятся в пределах окна или окон демодуляции демодуляционного фильтра 824. Сигналы, пропускаемые посредством демодуляционного фильтра 824, предоставляются в блок 825 FRF–оценки. Режекторный фильтр 826 также принимает сигнал датчика, который проходит через резонансный компонент в возбуждающую схему 822 и модуль 827 измерений потока и плотности, который может определять свойство текучей среды для текучей среды.
Узел 810 датчиков может представлять собой модель, представляющую узел 10 датчиков, описанный выше со ссылкой на фиг. 1. Альтернативно, узел 810 датчиков может представлять собой фактический узел датчиков, который принимает электрический возбуждающий сигнал из возбуждающей схемы 822. В любом случае, узел 810 датчиков принимает многотональный возбуждающий сигнал из модуля 820 поверки измерителей и предоставляет сигнал датчика в модуль 820 поверки измерителей, чтобы получить характеристику узла 810 датчиков. Многотональный возбуждающий сигнал в силу этого представляет собой ввод в частотный отклик узла 810 датчиков, и сигнал датчика представляет собой вывод частотного отклика узла 810 датчиков. Посредством сравнения ввода и вывода, можно получить характеристику частотного отклика узла 810 датчиков. Дополнительно, аналитическое решение может формулироваться, например, посредством подгонки кривой к определению характеристик узла 810 датчиков.
Возбуждающая схема 822 может состоять из схемы обратной связи, которая отслеживает частоту резонансного компонента и регулирует частоту возбуждающего тона возбуждающего сигнала, предоставленного в узел 810 датчиков. Возбуждающая схема 822 также может включать в себя формирователь сигналов, усилитель и т.п., который формирует или предоставляет возбуждающий сигнал, который может представлять собой многотональный возбуждающий сигнал, содержащий возбуждающий тон и тестовые тона. Как пояснено выше, если гребень в многотональном возбуждающем сигнале превышает нагрузочную способность по мощности возбуждающего усилителя, сигналы интермодуляционного искажения могут формироваться.
Демодуляционный фильтр 824 пропускает сигналы, которые находятся в пределах окон демодуляции. Например, со ссылкой на фиг. 6, демодуляционный фильтр 824 пропускает сигналы, которые находятся в пределах окон 660b–660e демодуляции. По–прежнему ссылаясь на фиг. 6, сигналы 650 интермодуляционного искажения не находятся в пределах окон 660b–660e демодуляции и в силу этого не пропускаются посредством демодуляционного фильтра 824. Как результат, модуль 820 поверки измерителей может точно поверять узел 810 датчиков со вторым–пятым сигналами 640a–640d.
Поскольку сигналы 650 интермодуляционного искажения могут присутствовать только тогда, когда тестовые тона 640 используются во время поверки измерителей, демодуляционный фильтр 824 и режекторный фильтр 826 могут не использоваться во время производственной эксплуатации вибрационного измерителя 5. Более конкретно, в ходе работы вибрационный измеритель 5 может предоставлять только однокомпонентный сигнал, состоящий из синусоидального сигнала, имеющего частоту на резонансной частоте узла 810 датчиков.
Во время поверки измерителей, которая использует демодуляционный фильтр 824, определенный с помощью способа 700, тестовые тона 640, показанные на фиг. 6, могут вводиться посредством возбуждающей схемы 822 в возбуждающий сигнал. Иными словами, модуль 820 поверки измерителей может использоваться в электронных схемах 20 измерителя, чтобы поверять узел 10 датчиков, показанный на фиг. 1. Соответственно, во время поверки измерителей, модуль 820 поверки измерителей предоставляет многотональный возбуждающий сигнал в узел 10 датчиков. Дополнительно, модуль 820 поверки измерителей может фильтровать сигналы датчиков, предоставленные посредством узла 10 датчиков, с помощью демодуляционного фильтра 824 и режекторных фильтров 826.
Новые и полезные вибрационный измеритель 5, способ 700 и система 800, а также другие варианты осуществления, позволяют предотвращать помехи, вызванные сигналами интермодуляционного искажения во время поверки измерителей. Более конкретно, вибрационный измеритель 5, способ 700 и система 800 могут использоваться для того, чтобы обеспечивать то, что сигналы 650 интермодуляционного искажения не нарушают или затрагивают тестовые тона 640, которые пропускаются посредством демодуляционного фильтра 824. Соответственно, поверка измерителей вибрационного измерителя 5, в частности, улучшается, например, посредством определения частоты первого сигнала 630, который должен подаваться на узел 810 датчиков, задания окна демодуляции 660a около частоты первого сигнала 630 и определения частоты второго сигнала 640a, который должен подаваться на узел 810 датчиков, таким образом, чтобы частота сигнала 650 интермодуляционного искажения, сформированного посредством первого сигнала 630 и второго сигнала 640a, находилась за пределами окон 660b–660e демодуляции.
Как результат, поверка измерителей позволяет корректно определять то, присутствуют или нет эрозия, коррозия либо другие условия в узле 10 датчиков. Например, частота тестового тона 640 многотонального возбуждающего сигнала может варьироваться в окне демодуляции 660a вследствие варьирований температуры, что изменяет частоты сигналов 650 интермодуляционного искажения. Посредством задания окон 660b–660d демодуляции и частот тестовых тонов 640 таким образом, что сигналы интермодуляционного искажения никогда не находятся в окнах 660b–660e демодуляции, по мере того, как тестовый тон 640 варьируется вследствие температуры, можно получить точную характеристику частотного отклика узла 10 датчиков.
Подробные описания вышеописанных вариантов осуществления не представляют собой полные описания всех вариантов осуществления, предполагаемых авторами изобретения как находящиеся в пределах объема настоящего описания. Фактически, специалисты в данной области техники должны признавать, что определенные элементы вышеописанных вариантов осуществления могут комбинироваться или исключаться различными способами, чтобы создавать дополнительные варианты осуществления, и такие дополнительные варианты осуществления попадают в пределы объема и идей настоящего описания. Специалистам в данной области техники также должно быть очевидным, что вышеописанные варианты осуществления могут комбинироваться полностью или частично, чтобы создавать дополнительные варианты осуществления в пределах объема и идей настоящего описания.
Таким образом, хотя конкретные варианты осуществления описываются в данном документе в качестве иллюстрации, различные эквивалентные модификации являются возможными в пределах настоящего описания, как должны признавать специалисты в данной области техники. Идеи, предусмотренные в данном документе, могут применяться к другим частотным разнесениям, чтобы предотвращать помехи, вызванные сигналами интермодуляционного искажения, а не только к вариантам осуществления, описанным выше и показанным на прилагаемых чертежах. Соответственно, объем вариантов осуществления, описанный выше, должен определяться из прилагаемой формулы изобретения.