專利名稱：確定流量計的第一傳感器信號和第二傳感器信號之間相差的流量計電子器件和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及確定流量計的第一傳感器信號和第二傳感器信號之間相 差的流量計電子器件和方法。
背景技術(shù)：
已知利用科里奧利質(zhì)量流量計測量流過管道的材料的質(zhì)量流量、密
度和體積流量以及其它信息，如于1985年1月1日頒發(fā)給J.E. Smith等 人的U. S.專利No. 4，491， 025和于1982年2月11日頒發(fā)給J, E. Smi th 的Re. 31, 450中所公開的。這些流量計具有不同結(jié)構(gòu)的一個或多個流管。 每一個管道結(jié)構(gòu)可以^皮視為具有一組固有振動模式，該模式包括例如簡 單的彎曲、扭轉(zhuǎn)、徑向和耦合模式。在典型的科里奧利質(zhì)量流量測量應 用中，當材料流過管道時，以一個或多個振動模式激勵管道結(jié)構(gòu)，并且 在沿著管道相距間隔的點處測量管道的運動。
通過流管和流管中材料的組合質(zhì)量可部分地確定材料填充系統(tǒng)的振 動模式。材料從流量計的入口側(cè)上的相連管道流進流量計。該材料然后 :故導引通過一個流管或多個流管，并且離開流量計至在出口側(cè)上相連的 管道。
驅(qū)動器向流管施加壓力。該壓力引起流管振動。當沒有材料流過流
量計時，沿著流管的全部點以相同的相位振動。當材料開始流過流管時， 科里奧利加速度引起沿著流管的每一個點具有關(guān)于沿著流管的其它點不
同的相位。流管的入口側(cè)上的相位滯后于驅(qū)動器，而出口側(cè)上的相位領(lǐng) 先于驅(qū)動器。在流管上的不同點處布置傳感器，以便產(chǎn)生表示不同點處 流管的運動的正弦信號。兩個傳感器信號之間的相差成比例于流過一個 流管或多個流管的材料的質(zhì)量流量。在現(xiàn)有技術(shù)的方法中，離散傅立葉 變換(DFT)或快速傅里葉變換(FFT)用于確定傳感器信號之間的相差。 該相差和流管裝置的振蕩頻率響應用于獲得質(zhì)量流量。
在現(xiàn)有技術(shù)的方法中，獨立的參考信號用于確定拾取信號頻率，比 如通過利用被發(fā)送至振動驅(qū)動器系統(tǒng)的頻率。在另一現(xiàn)有技術(shù)方法中， 通過集中于陷波濾波器中的頻率可以確定拾取傳感器產(chǎn)生的振動響應頻 率，其中現(xiàn)有技術(shù)流量計試圖在拾取傳感器頻率處保持陷波濾波器的陷波。在流量計中的流動材料是均勻的并且得到的拾取信號頻率相對穩(wěn)定 的場合下，這一現(xiàn)有技術(shù)在靜止條件下相當好地工作。然而，當流動材 料不均勻時，比如在流動材料包括液體和固體或者在液體流動材料中存 在氣泡這樣的兩相流中，現(xiàn)有技術(shù)的相位測量受損壞。在這種情況中， 現(xiàn)有技術(shù)確定的頻率可以快速地波動。在快速和大的頻率過渡的條件過 程中，對于拾取信號，可能在濾波器帶寬之外移動，獲得不精確的相位 和頻率測量。在空-滿-空配料中這也是問題，在這種情況中，在交替空 和滿的條件下重復操作流量計。此外，如果傳感器的頻率快速移動，解 調(diào)過程將不能夠跟上實際或測量頻率，引起不正確頻率處的解調(diào)。應當 理解，如果所確定的頻率是不正確或不精確的，那么進而得到的密度值、 體積流量值等也將是不正確或不精確的。此外，在隨后的流動特性確定 中誤差被混合。
在現(xiàn)有技術(shù)中，拾取信號可被數(shù)字化和數(shù)字處理，從而執(zhí)行陷波濾 波。該陷波濾波器僅接收窄帶頻率。因此，當目標頻率改變時，在一段 時間內(nèi)，陷波濾波器不能夠跟蹤目標信號。典型地，數(shù)字陷波濾波執(zhí)行
花費1-2秒對波動目標信號跟蹤。由于用于確定頻率現(xiàn)有技術(shù)需要的時 間，該結(jié)果是不僅頻率和相位確定包含誤差，而且誤差測量包括超過 在其過程中實際出現(xiàn)誤差和/或兩相流的時間間隔的時間間隔。這是由于
陷波濾波執(zhí)行的相對緩慢的響應。
結(jié)杲是在流量計中的流動材料處于兩相流過程中，現(xiàn)有技術(shù)流量計 不能精確、快速或令人滿意地跟蹤或確定拾取傳感器頻率。因此，當現(xiàn) 有技術(shù)利用所確定的拾取頻率驅(qū)動相差時，相位確定同樣緩慢和容易產(chǎn) 生誤差。因此，在相位確定中混合頻率確定中的誤差。結(jié)杲是頻率確定 中和相位確定中增大的誤差，導致質(zhì)量流量的確定中誤差增大。此外， 由于確定的頻率值用于確定密度值(密度近似等于一除以平方頻率)， 在密度確定中重復或混合頻率確定中的誤差。當體積流量等于質(zhì)量流量 除以密度時，對于體積流量的確定這也是真實的。
由于可以使用所確定頻率產(chǎn)生所述相差，因而改進的頻率確定可以 提供迅速和可靠的相差確定。

發(fā)明內(nèi)容
通過提供一種確定流量計的第一傳感器信號第二傳感器信號之間相 差的流量計電子器件和方法，解決了上面的以及兵它的問題并且取得了對現(xiàn)有技術(shù)的改進。
依據(jù)本發(fā)明的實施例提供了一種確定流量計的第一傳感器信號和第 二傳感器信號之間相差的流量計電子器件。該流量計電子器件包括用于 接收所述第 一傳感器信號和所述第二傳感器信號的接口以及與所述接口 進行通信的處理系統(tǒng)。所述處理系統(tǒng)被配置用于接收所述第一傳感器信
號和所述第二傳感器信號、根據(jù)所述第一傳感器信號產(chǎn)生90度相移、以 及根據(jù)所述第一傳感器信號和所述90度相移計算頻率。所述處理系統(tǒng)進 一步被配置用于使用所述頻率產(chǎn)生正弦和余弦信號、以及使用所述正弦 和余弦信號正交解調(diào)所述第一傳感器信號和所述第二傳感器信號以便確 定所迷相差。
依據(jù)本發(fā)明的實施例提供了一種確定流量計的第一傳感器信號和第 二傳感器信號之間相差的方法。該方法包括接收所迷第一傳感器信號和 所述第二傳感器信號、根據(jù)所述第一傳感器信號產(chǎn)生90度相移、以及根 據(jù)所迷第一傳感器信號和所述90度相移計算頻率。該方法進一步包括使 用所述頻率產(chǎn)生正弦和余弦信號。該方法進一步包括使用所述正弦和余 弦信號對所述第一傳感器信號和所述第二傳感器信號進行正交解調(diào)以便 確定所述相差。
依據(jù)本發(fā)明的實施例提供了 一種確定流量計的第 一傳感器信號和第 二傳感器信號之間相差的方法。該方法包括接收所迷第一傳感器信號和 所述第二傳感器信號、根據(jù)所迷第一傳感器信號產(chǎn)生90度相移、以及根 據(jù)所迷第一傳感器信號和所述90度相移計算頻率。該方法進一步包括使 用所述頻率產(chǎn)生正弦和余弦信號。該方法進一步包括使用所述正弦和余 弦信號對所述第一傳感器信號和所述第二傳感器信號進行正交解調(diào)，并 且所述正交解調(diào)產(chǎn)生第一解調(diào)信號和第二解調(diào)信號。該方法進一步包括 對所述第一解調(diào)信號和所述第二解調(diào)信號進行濾波以便移除高頻分量以 及將所述第一解調(diào)信號和所述第二解調(diào)信號進行互相關(guān)以便確定所述相 差。
在所述流量計電子器件的一個方面，所述處理系統(tǒng)進一步配置用于 使用所述頻率和所述相差中的一個或多個計算質(zhì)量流量、密度、或體積 流量中的一個或多個。
在所述流量計電子器件的一個方面，所述處理系統(tǒng)進一步配置用于 使用希爾波特變換計算所述90度相移。在所述流量計電子器件的另一個方面，所迷正交解調(diào)產(chǎn)生第一解調(diào) 信號和第二解調(diào)信號，并且所述處理系統(tǒng)進一步配置用于對所述第一解 調(diào)信號和所述第二解調(diào)信號進行濾波以便移除高頻分量以及將所述第一 解調(diào)信號和所述第二解調(diào)信號進行互相關(guān)以便確定所述相差。
在所述方法的一個方面，該方法進一步包括4吏用所述頻率和所述相 差中的一個或多個計算質(zhì)量流量、密度、或體積流量中的一個或多個。
在所述方法的另 一個方面，該方法進一步包括使用希爾波特變換計
算所迷90度相移。
在所述方法的再一個方面，所述正交解調(diào)產(chǎn)生第一解調(diào)信號和第二 解調(diào)信號，并且所述正交解調(diào)進一步包括對所述第一解調(diào)信號和所述第 二解調(diào)信號進行濾波以便移除高頻分量以及將所述第一解調(diào)信號和所述 第二解調(diào)信號進行互相關(guān)以便確定所述相差。


在所有附圖中相同的附圖標記表示相同的元件。 圖1描述了本發(fā)明一個例子中的科里奧利流量計。 圖2示出了依椐本發(fā)明依據(jù)本發(fā)明的實施例的流量計電子器件。 圖3是依據(jù)本發(fā)明的實施例的處理系統(tǒng)的一部分的方塊圖。 圖4示出了依據(jù)本發(fā)明的實施例的希耳伯特變換塊的細節(jié)。 圖5是依據(jù)本發(fā)明的實施例的分析塊的頻率部分的方塊圖。 圖6是依據(jù)本發(fā)明的實施例的分析塊的相差部分的方塊圖。 圖7是依據(jù)本發(fā)明的實施例的相差正交解調(diào)方法的流程圖。
具體實施例方式
圖1-7和下面的說明描述了具體的例子，以便教導本領(lǐng)域技術(shù)人員 如何獲得和利用本發(fā)明的最佳模式。為了教導發(fā)明原理，已經(jīng)簡化或省 略了一些常規(guī)的方面。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解落入本發(fā)明的范圍的這 些例子的變形。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解可以以各種方式組合下面所述 的特征，以便形成本發(fā)明的多個變形。因此，本發(fā)明不局限于下面所述 的具體例子，而是僅通過權(quán)利要求及其等價物來限定。
圖1示出了包括流量計裝置10和流量計電子器件20的科里奧利流 量計5。流量計裝置10響應于加工材料的質(zhì)量流量和密度。經(jīng)由引線100， 流量計電子器件20被連接至流量計裝置10，以便在路徑26之上提供密 度、質(zhì)量流量和溫度信息，以及與本發(fā)明無關(guān)的其它信息。盡管這里描迷了一種科里奧利流量計結(jié)構(gòu)，對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說顯而易見，本發(fā) 明可以實現(xiàn)為振動管密度計，而不具有科里奧利質(zhì)量流量計所提供的附 加測量能力。 ，
流量計裝置10包括一對歧管150和15(T 、具有凸緣頸部110和110' 的凸緣103和103'、 一對平行的流管130和130'、驅(qū)動機構(gòu)180、溫度 傳感器190、以及一對速度傳感器170L和170R。流管130和13(K具有兩 個基本上直的入口管腿131和13r和出口管腿134和134、其在流管裝 配塊120和12(K處朝向彼此地收斂。流管130和130'在沿著其長度的兩 個對稱位置處彎曲，并且貫穿其長度大致平行。撐桿140和14(T用于確
定軸w和r,每一個流管關(guān)于該軸振動。
流管130和13(K的側(cè)管腿131， 131'和134， 134'固定連接至流管 裝配塊120和120'，并且這些塊進而固定連接至歧管150和150'。這提 供了通過科里奧利流量計裝置10的連續(xù)封閉材料路徑。
當具有孔102, 102'的凸緣103和103'經(jīng)由入口端104和出口端104' 連接到加工線(未示出)時，該加工線運載^皮測的加工材料，材料通過 凸緣103中的孔101進入流量計的末端104,通過歧管150:故引導至具有 表面121的流管裝配塊120。在歧管150內(nèi)，材料被分開并且路由通過流 管130和130'。在流出流管130和130'后，加工材料在歧管150'中重新 組合為單一流，并且其后路由從出口端104'流出，該出口端104'通過具 有螺栓孔102'的凸緣103'連接至生產(chǎn)線(未示出)。
流管130和130'被選擇并且恰當?shù)匮b配至流管裝配塊120和12(K , 從而分別具有基本相同的質(zhì)量分布、關(guān)于彎曲軸W-W和F-W'的慣性矩和 楊氏模量。這些彎曲軸通過撐桿140和14(K 。由于流管的楊氏模量隨著 溫度改變，并且該改變影響流量和密度的計算，電阻式溫度檢測器(RTD) 190被裝配至流管130、以便連續(xù)地測量流管的溫度。流管的溫度以及 對于通過其中的給定電流由此橫越RTD顯現(xiàn)的電壓受到通過流管的材料 的溫度控制。橫越RTD顯現(xiàn)的取決于溫度的電壓以熟知的方法由流量計 電子器件20使用，以便補償由于流管溫度的任何變化而產(chǎn)生的流管130 和130'的彈性模量的變化。通過引線195，該RTD;Mt連接至流量計電子 器件20。
在關(guān)于它們各個彎曲軸W-W和W'-r的相對方向上，由驅(qū)動器180 驅(qū)動兩個流管130和130',并且被稱為流量計的第一異相彎曲模式。該驅(qū)動機構(gòu)180可以包括多個熟知布置的任何一個，比如裝配至流管130' 的磁體，以及裝配至流管130的相對線圈，并且為了使兩個流管振動， 交流電通過所述線圏。經(jīng)由引線185,由流量計電子器件20施加適當?shù)?驅(qū)動信號至驅(qū)動機構(gòu)180。
流量計電子器件20在引線195上接收RTD溫度信號，并且左和右速 度信號分別在引線165L和165R上顯現(xiàn)。流量計電子器件20產(chǎn)生顯現(xiàn)在 引線185上的驅(qū)動信號，以便驅(qū)動元件180和振動管130和13(T 。流量 計電子器件20處理左和右速度信號和RTD信號，以便計算通過流量計裝 置10的質(zhì)量流量和密度。通過路徑26，這一信息與其它信息一起由流量 計電子器件20應用于應用裝置29。
圖2示出了依據(jù)本發(fā)明的實施例的流量計電子器件20。流量計電子 器件20可以包4舌接口 201和處理系統(tǒng)203。流量計電子器件20從流量計 裝置IO接收第一和第二傳感器信號210和211，比如拾取/速度傳感器信 號。流量計電子器件20可以作為質(zhì)量流量計工作，或可以作為密度計工 作，包括作為科里奧利流量計工作。流量計電子器件20處理第一和第二 傳感器信號210和211，從而獲得流過流量計裝置10的流動材料的流動 特性。例如，流量計電子器件20可以確定例如傳感器信號的相差、頻率、 時間差(At)、密度、質(zhì)量流量和體積流量中的一個或者多個。此外， 依據(jù)本發(fā)明可以確定其它流動特性。下面將討論該確定操作。
相差確定和頻率確定比現(xiàn)有技術(shù)中的這些確定快速的多并且更加精 確和可靠。這有利地減小了為計算流動特性所需的處理時間并且這提高 了兩種個流動特性的精確性。因此，可以比現(xiàn)有技術(shù)更快速地確定頻率 和相差。
現(xiàn)有技術(shù)頻率確定方法典型地花費1-2秒鐘完成。相反，依據(jù)本發(fā) 明的頻率確定可以在僅僅50毫秒(ms)內(nèi)完成。甚至可以預期更快速的 頻率確定，取決于處理系統(tǒng)的類型和配置、振動響應的采樣速率、濾波 器尺寸、抽取率等。在50 ms頻率確定速率下，依據(jù)本發(fā)明的流量計電 子器件20可以比現(xiàn)有技術(shù)快大約40倍。
經(jīng)由圖1的引線IOO,接口 201從速度傳感器170L和170R中的一個 接收傳感器信號。接口 201可以執(zhí)行任何需要的或期望的信號調(diào)整，比 如任何方式的格式化、放大、緩沖等?？商娲?，在處理系統(tǒng)203中可 以執(zhí)行其中的一些或全部信號調(diào)整。此外，接口 201可以允許流量計電子器件20和外部裝置之間的通信。 接口 201能夠進行任何方式的電、光或無線通信。
一個實施例中的接口 201與數(shù)字轉(zhuǎn)換器202耦合，其中傳感器信號 由模擬傳感器信號構(gòu)成。數(shù)字轉(zhuǎn)換器202對模擬傳感器信號進行采樣和 數(shù)字化，并產(chǎn)生數(shù)字傳感器信號。數(shù)字轉(zhuǎn)換器202也可以執(zhí)行任何需要 的抽取，其中抽取數(shù)字傳感器信號以便減小需要的信號處理量并減小處 理時間。下面將更詳細地討論抽取操作。
處理系統(tǒng)203管理流量計電子器件20的操作，并且處理來自流量計 裝置10的流測量。處理系統(tǒng)203執(zhí)行一個或多個處理程序，并因此處理 流測量以便產(chǎn)生一個或多個流動特性。
處理系統(tǒng)203可以由通用計算機、微處理系統(tǒng)、邏輯電路或一些其 它通用或定制處理裝置構(gòu)成?？梢栽诙鄠€處理裝置中分布處理系統(tǒng)203。 處理系統(tǒng)203可以包括任何方式的整體式或獨立的電子存儲介質(zhì)，比如 存儲系統(tǒng)204。
處理系統(tǒng)203處理第一傳感器信號210和第二傳感器信號2U，從而 確定一個或多個流動特性。所述一個或多個流動特性例如對于流動材料 來說可以包括相差、頻率、時間差(At)、質(zhì)量流量和/或密度。
在示出的實施例中，處理系統(tǒng)203根據(jù)兩個傳感器信號210和211 和單個的90度相移213確定流動特性。處理系統(tǒng)203根據(jù)兩個傳感器信 號210和211和單個的90度相移213至少可以確定相差和頻率。此外， 在其它數(shù)值中，處理系統(tǒng)203可以進一步確定流動材料的相差、時間差 (At)和/或質(zhì)量流量。
存儲系統(tǒng)204可以存儲流量計參數(shù)和數(shù)據(jù)、軟件程序、常量和變量。 在一個實施例中，存儲系統(tǒng)204包括處理系統(tǒng)203所執(zhí)行的程序。在一 個實施例中，存儲系統(tǒng)204存儲相移程序212、相差程序215、頻率程序 216、時間差(At)程序217和流動特性程序218。
在一個實施例中，存儲系統(tǒng)204存儲用于操作流量計比如科里奧利 流量計5的變量。 一個實施例中的存儲系統(tǒng)204存儲變量，比如第一傳 感器信號210和第二傳感器信號211 ，其從速度/拾取傳感器17OL和17 OR 接收。此外，存儲系統(tǒng)204可以存儲為了確定流動特性而產(chǎn)生的90度相 移213。
在一個實施例中，存儲系統(tǒng)204存儲從流動測量獲得的一個或多個流動特性。在一個實施例中的存儲系統(tǒng)204存儲流動特性，比如相差220、 頻率221、時間差(At) 222、質(zhì)量流量223、密度224和體積流量225。
相移程序212對輸入信號執(zhí)行90度的相移，也就是對傳感器信號 210。 一個實施例中的相移程序212執(zhí)行希耳伯特變換(下面討論)。
利用正交解調(diào)，相差程序215確定相差。也可以使用附加信息計算 相差。在一個實施例中，才艮據(jù)第一傳感器信號210、第二傳感器信號211 和頻率221計算相差。所確定的相差可被存儲于存儲系統(tǒng)204的相差220 中。當使用所確定的頻率221進行確定時，可以比現(xiàn)有技術(shù)更快速地計 算和獲得相差。這可以在具有高流量或者其中出現(xiàn)多相流的流量計應用 中提供臨界差。
頻率程序216根據(jù)90度相移213確定頻率(比如由第一傳感器信號 210或第二傳感器信號211顯示出的)。所確定的頻率可被存儲于存儲系 統(tǒng)204的頻率221中。當根據(jù)單個的90度相移213和傳感器信號210或 211確定時，可以比現(xiàn)有技術(shù)更快速地計算和獲得頻率。這可以在具有高
流量或者其中出現(xiàn)多相流的流量計應用中提供臨界差。
時間差(At )程序217確定第一傳感器信號210和第二傳感器信號 211之間的時間差(At )。時間差(At)可被存儲于存儲系統(tǒng)204的時 間差(At) 222中。該時間差(At)基本上包括被所確定的頻率除的所 確定相位，并因此用于確定質(zhì)量流量。
流動特性程序218可以確定一個或多個流動特性。流動特性程序218 例如可以利用所確定的相差220和所確定的頻率221,從而實現(xiàn)這些附加 的流動特性。應當理解，對于這些確定可以需要附加的信息，比如質(zhì)量 流量或密度。流動特性程序218可以根據(jù)時間差(△ t) 222并因此根據(jù) 相差220和頻率221確定質(zhì)量流量。在Titlow等人的U.S.專利 No. 5， 027， 662中給出用于確定質(zhì)量流量的公式，并且于此被參考結(jié)合。 質(zhì)量流量涉及流量計裝置10中流動材料的質(zhì)量流。同樣地，流動特性程 序218也可以確定密度224和/或體積流量225。所確定的質(zhì)量流量、密 度和體積流量可被分別存儲于存儲系統(tǒng)204的質(zhì)量流量223、密度224 和體積225中。此外，通過流量計電子器件20可以傳送流動特性至外部 裝置。
圖3是依據(jù)本發(fā)明的實施例的處理系統(tǒng)203的一部分的方塊圖300。 在該圖中，方塊表示處理電路或處理動作/程序。方塊圖300包括l階濾波器塊301、 2階濾波器塊302、希耳伯特變換塊303和分析塊304。 LPO 和RPO輸入包括左拾取信號輸入和右拾取信號輸入。LPO或RPO可以包括 第一傳感器信號。
在一個實施例中，1階濾波器塊301和2階濾波器塊302包括數(shù)字有 限脈沖響應(FIR)多相抽取濾波器，在處理系統(tǒng)203中被實施。這些濾 波器提供用于濾波和抽取一個或兩個傳感器信號的最佳方法，在相同的 時序時間處和以相同的抽取率執(zhí)行濾波和抽取。作為替代，1階濾波器塊 301和2階濾波器塊302可以包括無限脈沖響應(IIR)濾波器或其它合 適的數(shù)字濾波器或濾波處理。然而，應當理解，可以預期其它濾波處理 和/或濾波實施例，并且在說明書和權(quán)利要求書的范圍內(nèi)。
圖4示出了依據(jù)本發(fā)明的實施例的希耳伯特變換塊303。在示出的實 施例中，希耳伯特變換塊303包括與LPO濾波器塊402并聯(lián)的LPO延遲 塊401。 LP0延遲塊401引入采才羊延遲。LP0延遲塊401因此選擇LPO數(shù) 字信號采樣，該LPO數(shù)字信號采樣比通過LPO濾波器塊402濾波的LPO 數(shù)字信號采樣在時序時間上要晚。該LPO濾波器塊402對所輸入的數(shù)字 信號采樣執(zhí)行90度相移。
希耳伯特變換塊303是第一步驟，用以提供相位測量。該希耳伯特 變換塊303接收濾波的、抽取的LPO和RPO信號，并且執(zhí)行希耳伯特變 換。該希耳伯特變換產(chǎn)生LPO信號的90度相移版本。與原始、同相信號 (I )分量LPO I —起，希耳伯特變換塊303的輸出因此提供新的正交(Q ) 分量LPO Q。
對希耳伯特變換塊303的輸入可以表示為
LPO =/I—cos(戰(zhàn)) (1)
利用希耳伯特變換，輸出變成
丄戶O飾,.,-lsb(W) (2)
組合原始項與希耳伯特變換的輸出獲得
洲=、。[cos(— + !'sin闊=^。e，) (3)
圖5是依據(jù)本發(fā)明實施例的分析塊304的頻率部分500的方塊國。 所示實施例中的分析塊304是頻率和德耳塔T(At)測量的最后一級。在所 示實施例中，頻率部分500根據(jù)單個傳感器信號的同相(I)和正交(Q) 分量確定頻率。頻率部分500可以對左或右拾取信號(LPO或RPO )操作。在示出的實施例中，頻率部分500包括結(jié)合塊501、復共軛塊502、采樣 塊503、復數(shù)乘法塊504、濾波器塊505、相角塊506、常量塊507和除 法塊508。
結(jié)合塊501接收傳感器信號的同相(I)和正交(Q)分量，并且傳 遞它們。共軛塊502對傳感器信號執(zhí)行復共軛，在這里為LPO信號。延
該較陳舊的數(shù)字信號采樣在復數(shù)乘法塊504中與當前數(shù)字信號相乘。復 數(shù)乘法塊504使LPO信號和LPO共軛信號相乘，實現(xiàn)下面的方程(4 )。 濾波器塊505執(zhí)行數(shù)字濾波，比如上面討論的FIR濾波。濾波器塊505 可以包括多相抽取濾波器，該多相抽取濾波器用于從傳感器信號的同相
(I )和正交(Q)分量移除諧波含量，以及抽取信號。濾波系數(shù)可被選 擇為提供所輸入信號的抽取，比如通過例如10的因數(shù)的抽取。相角塊506 根據(jù)LPO信號的同相(I)和正交(Q)分量確定相角。相角塊506執(zhí)行 下面的方程(5)的一部分。常量塊507提供因數(shù)，該因數(shù)包括被兩個pi
(7t)除的采樣率Fs，如方程(6)中示出的。除法塊508執(zhí)行方程(6) 的除法搡作。
頻率處理實現(xiàn)下面的方程
Z 5(',-!)x Z戶0(',) - 4,。e"亂。x A,。e腳)=^、。e;(<u/—亂') (4)
兩個連續(xù)采樣之間的角度因此是
(5)
cos(欲一紐—). 其是左拾取的角頻率。轉(zhuǎn)換成Hz:
—(欲—欣—》x尸s
/,p。 ^ (6)
其中"Fs"是希耳伯特變換塊303的速率。在先前討論的例子中， "Fs"為大約2kHz。
圖6是依據(jù)本發(fā)明實施例的分析塊304的相差部分600的方塊圖。 相差部分600輸出在LPO輸入信號和RPO輸入信號之間的相差。相差部 分600可以與圖5中的頻率部分500 —起被包含在分析塊304中。在圖 中，方塊表示處理電路或處理動作/程序。相差部分600包含調(diào)制發(fā)生器 塊60K結(jié)合塊602、實數(shù)-復數(shù)塊604和605、正交解調(diào)塊608和609、 抽取塊610和611、共軛塊612以及相關(guān)塊614。調(diào)制發(fā)生器塊601根據(jù)頻率部分500所輸出的角頻率數(shù)值( )產(chǎn)生 正弦和余弦項。因而調(diào)制發(fā)生器塊601從頻率部分500接收頻率參考。 由于頻率部分500與在現(xiàn)有一支術(shù)中的情況相比可以更迅速并且更可靠地 獲得，因而也可以比現(xiàn)有技術(shù)更迅速并且更可靠地獲得相差確定。所述 正弦和余弦項包括所述頻率參考的同相(I)和正交(Q)分量。由調(diào)制 發(fā)生器塊601產(chǎn)生的正弦和余弦項輸入到結(jié)合塊602。
結(jié)合塊602從調(diào)制發(fā)生器塊601接收同相(I)和正交(Q)分量。 結(jié)合塊602將同相(I)和正交(Q)分量結(jié)合并且將其傳遞到正交解調(diào) 塊608和609。
實數(shù)-復數(shù)塊604和605產(chǎn)生LPO和RP0輸入信號的虛部(即正交) 分量。產(chǎn)生的同相(實部)和正交(虛部)分量包括正弦曲線，該正弦 曲線包含正弦和余弦分量。實數(shù)-復數(shù)塊604和605將產(chǎn)生的兩個信號的 同相(實部)和正交(虛部)分量傳遞到相應的正交解調(diào)塊608和609。
正交解調(diào)塊608和609使用正弦曲線解調(diào)LPO信號和RPO信號。解 調(diào)操作產(chǎn)生第一解調(diào)信號和第二解調(diào)信號。此外，該解調(diào)產(chǎn)生LPO和RPO 中每個信號的零頻率分量和高頻分量。所述高頻分量在后續(xù)搡作中被移 除(參加下面)。正交解調(diào)塊608和609的輸出分別傳遞到抽取塊610 和611。
抽取塊610和611可以抽取LPO和RPO正交解調(diào)信號。例如，抽取 塊610和611可以以例如大約10的因子對這兩個信號進行抽取。此外， 抽取塊610和611可以執(zhí)行解調(diào)信號的任意期望的濾波。例如在一個實 施例中，抽取塊610和611可以包括多相抽取濾波器，其用于從傳感器 信號的同相(I)和正交(Q)分量中移除諧波成分(即高頻分量)，并 且對信號進行抽取。所述濾波器系數(shù)可以選擇為提供所輸入信號的抽取， 例如以因子10進行抽取。抽取塊610和611將解調(diào)的RPO信號傳遞到共 軛塊612并且將解調(diào)的LPO信號傳遞到相關(guān)塊614。
共軛塊612對解調(diào)的RPO信號執(zhí)行復共軛。共軛塊612將共軛的解 調(diào)RPO信號傳遞到相關(guān)塊614。
相關(guān)塊614將解調(diào)的LPO和RPO信號進行相關(guān)。共軛操作之后的相 關(guān)操作構(gòu)成了互相關(guān)操作。復數(shù)相關(guān)可以包括乘法，其產(chǎn)生方程U7) 和(18)中所示的結(jié)果。因此，相關(guān)塊614產(chǎn)生相差(或相角)數(shù)值。 所確定的相差可以用于確定各種流動特性。由于圖6中所示的兩個獨立的正交解調(diào)過程，相差部分600也可以認為是正交解調(diào)鏈。
圖7是依據(jù)本發(fā)明實施例的相差正交解調(diào)方法的流程圖700。在步驟
701，接收第一和第二傳感器信號。
在步驟702,對第一和第二傳感器信號中的一個產(chǎn)生90度的相移。 在步驟703,根據(jù)90度相移和相應的傳感器信號確定頻率(O 。該
頻率(f )可以表示為角頻率
必=2< (7)
所確定的頻率(f )可以用于確定流動特性。所確定的頻率(f )也 可以用于確定第一和笫二傳感器信號之間的相差，例如通過使用上面所
描述的QD鏈方法。
在步驟704,產(chǎn)生參考信號(W)。參考信號(WJ包括正弦和余弦 信號。參考信號(Wk)具有與LPO和RPO信號相同的頻率。角頻co由調(diào)制 發(fā)生器進行操作，以便遞歸地產(chǎn)生正弦解調(diào)參考信號(WK)，包括
% = exp(,/c) (8)
而LPO和RPO輸入信號包括
入'ifO W =爿cos("/c + (^尸0 ) (9) 義咖W =爿cos(Cc: + ") (10) 在步驟705，使用參考信號W,解調(diào)傳感器信號Xw。。該解調(diào)操作包括
使用參考信號W對傳感器信號Xw。進行混頻或相乘，以便產(chǎn)生解調(diào)LPO信號。
在步驟706，使用參考信號Wi解調(diào)傳感器信號x,p。。該解調(diào)操作包括 使用參考信號W對傳感器信號x柳進行混頻或相乘，以便產(chǎn)生解調(diào)RPO 信號。
結(jié)果，在正交解調(diào)塊608和609輸出的解調(diào)信號包括
W&) = KW/c) (12)
其可以改寫為
在步驟707,對解調(diào)信號進行濾波以便移除高頻項。來自正交解調(diào)的這些高頻項包括上面方程(13)和(l4)中的[exp("p^ + Owp。))]項。 可以使用低通濾波器操作以移除高頻項。在一個實施例中，所述濾波可 以包括(I， Q)抽取X 40雙級聯(lián)的抽取濾波器。該濾波的輸出可以表示
為
<formula>formula see original document page 16</formula> (15)
<formula>formula see original document page 16</formula>(16)
在步驟708,對其中一個解調(diào)信號(例如圖6中的解調(diào)RPO信號)進 行共軛。共軛操作形成虛部信號的負數(shù)。
在步驟709，濾波器輸出由復數(shù)相關(guān)級進行相關(guān)。共軛操作和復數(shù)相
關(guān)操作的相關(guān)步驟產(chǎn)生
<formula>formula see original document page 16</formula> (17)
其中第二z項表示來自步驟708的復共軛。依照方程(16)，相關(guān)/ 乘法輸出包括
<formula>formula see original document page 16</formula>( 1 S)
從而，相角包括
arg, = H (19) 進而輸出相差。
依據(jù)本發(fā)明的確定流量計的第 一傳感器信號和第二傳感器信號之間 相差的流量計電子器件和方法可以依據(jù)任意實施例而實現(xiàn)，以便獲得所 期望的優(yōu)點。本發(fā)明可以根據(jù)所確定的頻率以及第一和第二傳感器信號 計算相差。本發(fā)明可以提供較大精確性和可靠性的相差確定。本發(fā)明可 以提供比現(xiàn)有技術(shù)更迅速的相差確定，同時花費較少的處理時間。
權(quán)利要求
1.一種確定流量計的第一傳感器信號和第二傳感器信號之間相差的流量計電子器件(20)，其包括接口(201)，用于接收第一傳感器信號和第二傳感器信號；以及處理系統(tǒng)(203)，與其所述接口(201)通信并且用于接收所述第一傳感器信號和所述第二傳感器信號、根據(jù)所述第一傳感器信號產(chǎn)生90度相移、根據(jù)所述第一傳感器信號和所述90度相移計算頻率、使用所述頻率產(chǎn)生正弦和余弦信號、以及使用所述正弦和余弦信號來正交解調(diào)所述第一傳感器信號和所述第二傳感器信號以便確定所述相差。
2. 權(quán)利要求1所述的流量計電子器件(20),其中所述處理系統(tǒng)(203 ) 進一步用于使用所述頻率和所述相差中的一個或多個來計算質(zhì)量流量、 密度、或體積流量中的一個或多個。
3. 權(quán)利要求1所述的流量計電子器件(20)，其中所迷處理系統(tǒng)(203 ) 進一步用于使用希爾波特變換計算所述90度相移。
4. 權(quán)利要求l所述的流量計電子器件(20),其中所述正交解調(diào)產(chǎn) 生第一解調(diào)信號和第二解調(diào)信號，并且所述處理系統(tǒng)(203 )進一步用于 對所述第一解調(diào)信號和所述第二解調(diào)信號進行濾波以便移除高頻分量以 及將所述第一解調(diào)信號和所迷笫二解調(diào)信號進行互相關(guān)以便確定所述相 差。
5. —種確定流量計的第一傳感器信號和第二傳感器信號之間相差的 方法，該方法包4舌接收所述第 一傳感器信號和所述第二傳感器信號； 根據(jù)所述第一傳感器信號產(chǎn)生90度相移； 根據(jù)所述第一傳感器信號和所述90度相移計算頻率； 使用所述頻率產(chǎn)生正弦和余弦信號；以及使用所述正弦和余弦信號對所述第一傳感器信號和所述第二傳感器 信號進行正交解調(diào)以便確定所述相差。
6. 權(quán)利要求5所述的方法，進一步包括使用所述頻率和所迷相差中 的一個或多個來計算質(zhì)量流量、密度、或體積流量中的一個或多個。
7. 權(quán)利要求5所述的方法，進一步包括使用希爾波特變換計算所述 90度相移。
8. 權(quán)利要求5所述的方法，其中所述正交解調(diào)產(chǎn)生笫一解調(diào)信號和 第二解調(diào)信號，并且所述正交解調(diào)進一步包括對所述第一解調(diào)信號和所述第二解調(diào)信號進行濾波以便移除高頻分 量；以及將所述第一解調(diào)信號和所述第二解調(diào)信號進行互相關(guān)以便確定所述 相差。
9. 一種確定流量計的第一傳感器信號和第二傳感器信號之間相差的 方法，該方法包4舌接收所述第一傳感器信號和所述第二傳感器信號； 根據(jù)所述第一傳感器信號產(chǎn)生90度相移； 根據(jù)所述第一傳感器信號和所述90度相移計算頻率； 使用所述頻率產(chǎn)生正弦和余弦信號；使用所述正弦和余弦信號對所迷第一傳感器信號和所迷第二傳感器 信號進行正交解調(diào)，并且所述正交解調(diào)產(chǎn)生第 一解調(diào)信號和第二解調(diào)信 號；對所述第一解調(diào)信號和所述第二解調(diào)信號進行濾波以便移除高頻分 量；以及將所述第一解調(diào)信號和所述第二解調(diào)信號進行互相關(guān)以便確定所述 相差。
10. 權(quán)利要求9所迷的方法，進一步包括使用所迷頻率和所述相差中 的一個或多個來計算質(zhì)量流量、密度、或體積流量中的一個或多個。
11. 權(quán)利要求9所述的方法，進一步包括使用希爾波特變換計算所述 90度相移。
全文摘要
依據(jù)本發(fā)明的實施例提供了一種處理流量計中傳感器信號的流量計電子器件(20)。該流量計電子器件(20)包括用于接收第一傳感器信號和第二傳感器信號的接口(201)以及處理系統(tǒng)(203)，所述處理系統(tǒng)(203)與所述接口(201)通信并且用于接收所述第一傳感器信號和所述第二傳感器信號、根據(jù)所述第一傳感器信號產(chǎn)生90度相移、以及根據(jù)所述第一傳感器信號和所述90度相移計算頻率。所述處理系統(tǒng)(203)進一步用于使用所述頻率產(chǎn)生正弦和余弦信號、以及使用所述正弦和余弦信號正交解調(diào)所述第一傳感器信號和所述第二傳感器信號以便確定所述相差。
文檔編號G01F1/84GK101297179SQ200680038839
公開日2008年10月29日 申請日期2006年10月16日 優(yōu)先權(quán)日2005年10月18日
發(fā)明者C·B·麥卡納利, D·M·亨洛特 申請人:微動公司