BR112015026826B1 - método de gerar um sinal de acionamento para um sensor vibratório, e, sensor vibratório - Google Patents

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Abstract

MÉTODO DE GERAR UM SINAL DE ACIONAMENTO PARA UM SENSOR VIBRATÓRIO, E, SENSOR VIBRATÓRIO” Um método (600) de gerar um sinal de acionamento para um sensor vibratório (5) é descrito. O método (600) inclui vibrar um elemento vibratório (104, 510) configurado para fornecer um sinal de vibração, receber o sinal de vibração a partir do elemento vibratório (104, 510) com um circuito receptor (134), gerar um sinal de acionamento que vibra o elemento vibratório (104, 510) com um circuito acionador (138) acoplado ao circuito receptor (134) e o elemento vibratório (104, 510), e comparar uma fase do sinal de acionamento gerado com uma fase do sinal de vibração.

Description

CAMPO TÉCNICO
[0001] As formas de realização descritas abaixo referem-se a sensores vibratórios e, mais particularmente, a métodos de gerar um sinal de acionamento para um sensor vibratório
FUNDAMENTOS
[0002] Sensores vibratórios, como densitômetros vibratórios e viscosímetros vibratórios, operam detectando movimento de um elemento de vibração que vibra na presença de um fluido a ser caracterizado. Propriedades associadas com o fluido, como densidade, viscosidade, temperatura e similares, podem ser determinadas processando um sinal de vibração ou sinais recebidos de um ou mais transdutores de movimento associados com o elemento de vibração. A vibração do elemento de vibração é geralmente afetada pelas características combinadas de massa, rigidez e amortecimento do elemento de vibração em combinação com o fluido.
[0003] Figura 1 mostra um sensor vibratório de técnica anterior compreendendo um elemento vibratório e eletrônica de medidor acoplada ao elemento vibratório. O sensor vibratório de técnica anterior inclui um acionador para vibrar o elemento vibratório e um desvio que cria um sinal de vibração em resposta à vibração. O sinal de vibração é um sinal de tempo contínuo ou analógico. A eletrônica de medidor recebe o sinal de vibração e processa o sinal de vibração para gerar uma ou mais características de fluido ou medições de fluido. A eletrônica de medidor determina tanto a frequência como a amplitude do sinal de vibração. A frequência e a amplitude do sinal de vibração podem ser ainda processadas para determinar uma densidade do fluido.
[0004] O sensor vibratório de técnica anterior fornece um sinal de acionamento para o acionador usando um circuito de laço fechado. O sinal de acionamento é tipicamente baseado no sinal de vibração recebido. A técnica anterior de circuito de laço fechado modifica ou incorpora o sinal de vibração ou parâmetros do sinal de vibração no sinal de acionamento. Por exemplo, o sinal de acionamento pode ser um amplificado, modulado, ou uma de versão de outra forma modificada do sinal de vibração recebido. O sinal de vibração recebido pode, portanto, compreender uma realimentação que possibilita ao circuito de laço fechado obter uma frequência alvo. Usando a realimentação, o circuito de circuito fechado muda em incrementos a frequência de acionamento e monitora o sinal de vibração até a frequência alvo ser alcançada.
[0005] A frequência alvo do fluido pode estar correlacionada com a diferença de fase desejada entre o sinal de acionamento e o sinal de vibração. Propriedades de fluido, tal como a viscosidade e densidade do fluido, podem ser determinadas a partir das frequências onde a diferença de fase entre o sinal de acionamento e o sinal de vibração é 135° e 45°. Essas diferenças de fase desejadas, denotadas como primeira diferença de fase ψ1 e segunda diferença de fase $2, podem corresponder às frequências de potência média ou de 3dB. Uma primeira frequência alvo ω1 é definida como uma frequência onde a primeira diferença de fase ψ1 é 135°. A segunda frequência alvo ω2 é definida como uma frequência onde a segunda diferença de fase ψ2 é 45°. Medições de densidade feitas na segunda frequência alvo ω2, podem ser independentes de viscosidade de fluido. Consequentemente, medições de densidade feitas onde a segunda diferença de fase ψ2 é 45° podem ser mais precisas que as medições de densidade feitas em outras diferenças de fase.
[0006] A abordagem de circuito fechado tipicamente mede a frequência do sinal de vibração para determinar quanto deslocar a frequência de sinal de acionamento para obter a segunda diferença de fase ψ2. Usando a frequência medida, a relação entre a frequência medida e a fase é usada para determinar se há uma diferença de fase de 45° entre o sinal de acionamento e o sinal de vibração. Entretanto, a abordagem de circuito fechado para propriedades de fluido de medição coloca alguns problemas associados. Por exemplo, a frequência do sinal de vibração deve ser primeiro medida para obter uma diferença de fase desejada entre o sinal de vibração e o sinal de acionamento. Isso pode ser problemático porque o sinal de vibração pode ser muito pequeno relativo ao ruído. Como um resultado, medir a frequência do sinal de vibração requer filtragem. Essa filtragem pode causar atrasos na medição de frequência, que pode causar instabilidade em algoritmos de controle de acionamento. Adicionalmente, qualquer ruído não filtrado no sinal de vibração será reproduzido no sinal de acionamento. Ruído no sinal de acionamento pode causar instabilidade de acionamento bem como imprecisões na medição de frequência.
[0007] Assim, nota-se uma necessidade de um método para gerar um sinal de acionamento para um sensor vibratório que não requer as medições de frequência associadas com a abordagem de circuito fechado.
SUMÁRIO
[0008] Um método de gerar um sinal de acionamento para um sensor vibratório é provido. De acordo com uma forma de realização, o método compreende vibrar um elemento vibratório configurado para fornecer um sinal de vibração, receber o sinal de vibração do elemento vibratório com um circuito receptor. O método ainda compreende gerar o sinal de acionamento que vibra o elemento vibratório com um circuito acionador acoplado ao circuito receptor e o elemento vibratório, e comparar uma fase do sinal de acionamento gerado com a fase do sinal de vibração.
[0009] Um sensor vibratório é provido. De acordo com uma forma de realização, o sensor vibratório compreende um elemento vibratório configurado para fornecer um sinal de vibração, um circuito receptor que recebe o sinal de vibração do elemento vibratório, e um circuito acionador acoplado ao circuito receptor e o elemento vibratório. O circuito acionador é configurado para gerar um sinal de acionamento que vibra o elemento vibratório, e comparar uma fase do sinal de acionamento gerado com uma fase do sinal de vibração.
ASPECTOS
[0010] De acordo com um aspecto, um método (600) de gerar um sinal de acionamento para um sensor vibratório (5) compreende vibrar um elemento vibratório (104, 510) configurado para fornecer um sinal de vibração, receber o sinal de vibração do elemento vibratório (104, 510) com um circuito receptor (134), gerar o sinal de acionamento que vibra o elemento vibratório (104, 510) com um circuito acionador (138) acoplado ao circuito receptor (134) e o elemento vibratório (104, 510), e comparar uma fase do sinal de acionamento gerado com uma fase do sinal de vibração.
[0011] Preferivelmente, a comparação da fase do sinal de acionamento gerado com a fase do sinal de vibração compreende comparar um sinal de acionamento gerado amostrado com um sinal de vibração amostrado.
[0012] Preferivelmente, o método (600) ainda compreende remover pelo menos um componente de frequência de, pelo menos, um dentre o sinal de acionamento gerado amostrado e o sinal de vibração amostrado.
[0013] Preferivelmente, a comparação do sinal de acionamento gerado amostrado com o sinal de vibração amostrado compreende efetuar uma correlação do sinal de acionamento gerado amostrado com o sinal de vibração amostrado.
[0014] Preferivelmente, a comparação do sinal de acionamento gerado amostrado com o sinal de vibração amostrado compreende conjugar um dentre o sinal de acionamento gerado amostrado e o sinal de vibração amostrado, e multiplicar o conjugado dentre o sinal de acionamento gerado amostrado e o sinal de vibração amostrado com o não conjugado dentre o sinal de acionamento gerado amostrado e o sinal de vibração amostrado.
[0015] Preferivelmente, a comparação da fase do sinal de acionamento gerado com a fase do sinal de vibração compreende determinar uma diferença de fase medida ψm entre a fase do sinal de acionamento gerado e a fase do sinal de vibração, e comparar a diferença de fase medida ψm com uma diferença de fase alvo ψt para determinar se a diferença de fase medida ψm está na diferença de fase alvo ψt.
[0016] Preferivelmente, o método (600) ainda compreende medir uma densidade de um fluido quando a diferença de fase medida ψm está na diferença de fase alvo ψt.
[0017] Preferivelmente, o método (600) ainda compreende determinar uma frequência de comando ω a partir da comparação da fase do sinal de acionamento gerado e da fase do sinal de vibração, fornecer a frequência de comando ω para um gerador de sinal (147c), e gerar o sinal de acionamento na frequência de comando ω com o gerador de sinal (147c).
[0018] Preferivelmente, o método (600), em que a geração do sinal de acionamento na frequência de comando ω com o gerador de sinal (147c) compreende formar um sinal de acionamento sintetizado com um sintetizador de acionamento (544), e converter o sinal de acionamento sintetizado para o sinal de acionamento gerado com um conversor digital para analógico (534).
[0019] De acordo com um aspecto, um sensor vibratório (5) compreende um elemento vibratório (104, 510) configurado para fornecer um sinal de vibração, um circuito receptor (134) que recebe o sinal de vibração do elemento vibratório (104), e um circuito acionador (138) acoplado ao circuito receptor (134) e o elemento vibratório (104), o circuito acionador (138) configurado para gerar um sinal de acionamento que vibra o elemento vibratório (104, 510), e comparar uma fase do sinal de acionamento gerado com a fase do sinal de vibração.
[0020] Preferivelmente, o circuito acionador (138) é configurado para comparar um sinal de acionamento gerado amostrado com um sinal de vibração amostrado.
[0021] Preferivelmente, o circuito acionador (138) é ainda configurado para remover, pelo menos, um componente de frequência de, pelo menos, um dentre o sinal de acionamento gerado amostrado e o sinal de vibração amostrado.
[0022] Preferivelmente, o circuito acionador (138) é ainda configurado para efetuar uma correlação do sinal de acionamento gerado amostrado e o sinal de vibração amostrado.
[0023] Preferivelmente, o circuito acionador (138) é ainda configurado para conjugar um dentre o sinal de acionamento gerado amostrado e o sinal de vibração amostrado, e multiplicar o conjugado dentre o sinal de acionamento gerado amostrado e o sinal de vibração amostrado com o não conjugado dentre o sinal de acionamento gerado amostrado e o sinal de vibração amostrado
[0024] Preferivelmente, o circuito acionador (138) é constituído por um detector de fase (147b, 542) configurado para determinar uma diferença de fase medida ψm entre a fase do sinal de acionamento gerado e a fase do sinal de vibração, e comparar a diferença de fase medida ψm com a diferença de fase alvo ψt para determinar se a diferença de fase medida ψm está na diferença de fase alvo ψt.
[0025] Preferivelmente, o circuito acionador (138) é ainda configurado para medir a densidade do fluido quando a diferença de fase medida ψm está na diferença de fase alvo ψt.
[0026] Preferivelmente, o circuito acionador (138) é constituído por um detector de fase (147b, 542) e um gerador de sinal (147c) em que o detector de fase (147b) é configurado para determinar uma frequência de comando ω a partir da comparação da fase do sinal de acionamento gerado e da fase do sinal de vibração e fornecer a frequência de comando ω para um gerador de sinal (147c); e o gerador de sinal (147c) configurado para gerar o sinal de acionamento na frequência de comando ω.
[0027] Preferivelmente, o gerador de sinal (147c) compreende um sintetizador de acionamento (544) configurado para formar um sinal de acionamento sintetizado e um conversor digital para analógico (534) configurado para converter o sinal de acionamento sintetizado para o sinal de acionamento gerado.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS
[0028] O mesmo número de referência representa o mesmo elemento em todos desenhos. Deve ser entendido que os desenhos não estão necessariamente em escala.
[0029] Figura 1 mostram um sensor vibratório de técnica anterior compreendendo um elemento vibratório e eletrônica de medidor acoplada ao elemento vibratório.
[0030] Figura 2 mostra um sensor vibratório 5 de acordo com uma forma de realização.
[0031] Figura 3 mostra o sensor vibratório 5 de acordo com uma forma de realização.
[0032] Figura 4 mostra um diagrama de bloco do sensor vibratório 5 com uma representação mais detalhada do circuito acionador 138.
[0033] Figura 5 mostra um diagrama de bloco 500 do sensor vibratório 5 de acordo com uma forma de realização.
[0034] Figura 6 mostra um método 600 de gerar o sinal de acionamento de acordo com uma forma de realização.
DESCRIÇÃO DETALHADA
[0035] Figuras 2 - 6 e a seguinte descrição descrevem exemplos específicos para ensinar aos versados na técnica como fazer e usar o melhor modo de formas de realização de um método para gerar um sinal de acionamento para um sensor vibratório. Para o propósito de ensinar os princípios inventivos, alguns aspectos convencionais foram simplificados ou omitidos. Os versados na técnica apreciarão variações desses exemplos que estão dentro do escopo da presente descrição. Os versados na técnica apreciarão que aspectos descritos abaixo podem ser combinados de vários modos para formar múltiplas variações do método para gerar o sinal de acionamento para o sensor vibratório. Como um resultado, as formas de realização descritas abaixo não são limitadas aos exemplos específicos descritos abaixo, mas apenas pelas reivindicações e seus equivalentes.
[0036] Figura 2 mostra um sensor vibratório 5 de acordo com uma forma de realização. O sensor vibratório 5 pode compreender um elemento vibratório 104 e eletrônica de medidor 20, em que o elemento vibratório 104 é acoplado à eletrônica de medidor 20 por um fio ou fios 100. Em algumas formas de realização, o sensor vibratório 5 pode compreender um sensor de ponta vibratório ou sensor de densidade de garfo (ver Figura 3 e a discussão anexa). No entanto, outros sensores vibratórios são contemplados e estão dentro do escopo da descrição e reivindicações.
[0037] O sensor vibratório 5 pode ser pelo menos parcialmente imerso em um fluido a ser caracterizado. O fluido pode compreender um liquido ou um gás. Alternativamente, o fluido pode compreender um fluido multifase, como um líquido que inclui gás arrastado, sólidos arrastados, líquidos múltiplos, ou combinações dos mesmos. Alguns fluidos exemplares incluem pastas fluidas de cimento, produtos de petróleo, ou similares. O sensor vibratório 5 pode ser montado em um tubo ou conduto, um tanque, um recipiente, ou outros recipientes de fluido. O sensor vibratório 5 pode também ser montado em um coletor ou estrutura similar para direcionar um fluxo de fluido. No entanto, outras disposições de montagem são contempladas e estão dentro do escopo da descrição e reivindicações.
[0038] O sensor vibratório 5 opera para fornecer medições de fluido. O sensor vibratório 5 pode fornecer medições de fluido incluindo uma ou mais dentre uma densidade de fluido e uma viscosidade de fluido para um fluido, incluindo fluidos fluentes ou nâo fluentes. O sensor vibratório 5 pode fornecer medições de fluido incluindo uma taxa de fluxo de massa de fluido, uma taxa de fluxo de volume de fluido, e/ou uma temperatura de fluido. Esta listagem não é exaustiva e o sensor vibratório 5 pode medir ou determinar outras características de fluido.
[0039] A eletrônica de medidor 20 pode fornecer potência elétrica ao elemento vibratório 104 via o fio ou fios 100. A eletrônica de medidor 20 controla operação do elemento vibratório 104 via o fio ou fios 100. Por exemplo, a eletrônica de medidor 20 pode gerar um sinal de acionamento e fornecer o sinal de acionamento gerado ao elemento vibratório 104, em que o elemento vibratório 104 gera uma vibração em um ou mais componentes vibratórios usando o sinal de acionamento gerado. O sinal de acionamento gerado pode controlar a amplitude vibracional e frequência do elemento vibratório 104. O sinal de acionamento gerado pode também controlar a duração vibracional e/ou temporização vibracional.
[0040] A eletrônica de medidor 20 pode também receber um sinal de vibração ou sinais do elemento vibratório 104 via o fio ou fios 100. A eletrônica de medidor 20 pode processar o sinal de vibração ou sinais para gerar uma medição de densidade, por exemplo. A eletrônica de medidor 20 processa o sinal de vibração ou sinais recebidos do elemento vibratório 104 para determinar uma frequência do sinal ou sinais. Ademais, ou adicionalmente, a eletrônica de medidor 20 processa o sinal de vibração ou sinais para determinar outras características do fluido, tal como uma viscosidade ou um eixo de fase entre sinais, que podem ser processados para determinar uma taxa de fluxo de fluido, por exemplo. Outras características de resposta vibracional e/ou medições de fluido são contempladas e estão dentro do escopo da descrição e reivindicações.
[0041] A eletrônica de medidor 20 pode ser ainda acoplada a uma ligação de comunicação 26. A eletrônica de medidor 20 pode comunicar o sinal de vibração sobre a ligação de comunicação 26. A eletrônica de medidor 20 pode também processar o sinal de vibração recebido para gerar um valor de medição ou valores e pode comunicar o valor de medição ou valores sobre a ligação de comunicação 26. Além disso, a eletrônica de medidor 20 pode receber informação sobre a ligação de comunicação 26. Por exemplo, a eletrônica de medidor 20 pode receber comandos, atualizações, valores operacionais ou mudanças de valor operacional, e/ou atualizações de programação ou mudanças na ligação de comunicação 26.
[0042] Figura 3 mostra o sensor vibratório 5 de acordo com uma forma de realização. A eletrônica de medidor 20 é acoplada ao elemento vibratório 104 por um eixo 115 na forma de realização mostrada. O eixo 115 pode ser de qualquer comprimento desejado. O eixo 115 pode ser pelo menos parcialmente côncavo. Fios ou outros condutores podem estender-se entre a eletrônica de medidor 20 e o elemento vibratório 104 através do eixo 115. A eletrônica de medidor 20 inclui componentes de circuito, como um circuito receptor 134, um circuito de interface 136, e um circuito acionador 138. Na forma de realização mostrada, o circuito receptor 134 e o circuito acionador 138 são diretamente acoplados aos fios do elemento vibratório 104. Alternativamente, a eletrônica de medidor 20 pode compreender um componente ou dispositivo separado do elemento vibratório 104, em que o circuito receptor 134 e o circuito acionador 138 são acoplados ao elemento vibratório 104 via o fio ou fios 100.
[0043] Na forma de realização mostrada, o elemento vibratório 104 do sensor vibratório 5 compreende uma estrutura de diapasão, em que o elemento vibratório 104 é, pelo menos parcialmente, imerso no fluido sendo medido. O elemento vibratório 104 inclui um alojamento 105 que pode ser fixado a outra estrutura, como um tubo, conduto, tanque, receptáculo, coletor, ou qualquer outra estrutura de manipulação de fluido. O alojamento 105 retém o elemento vibratório 104 enquanto o elemento vibratório 104 permanece pelo menos parcialmente exposto. O elemento vibratório 104 é, portanto, configurado para ser imerso no fluido.
[0044] O elemento vibratório 104 na forma de realização mostrada inclui primeira e segunda pontas 112 e 114 que são configuradas para estender-se pelo menos parcialmente no fluido. A primeira e a segunda pontas 112 e 114 compreendem elementos alongados que podem ter qualquer formato de seção transversal desejado. A primeira e a segunda pontas 112 e 114 podem ser de natureza pelo menos parcialmente flexível ou resiliente. O sensor vibratório 5 ainda inclui primeiro e segundo elementos piezo correspondentes 122 e 124 que compreendem elementos de cristal piezoelétricos. O primeiro e segundo elementos piezo 122 e 124 estão localizados adjacentes à primeira e segunda pontas 112 e 114, respectivamente. O primeiro e segundo elementos piezo 122 e 124 são configurados para contatar e mecanicamente interagir com a primeira e segunda pontas 112 e 114.
[0045] O primeiro elemento piezo 122 está em contato com pelo menos uma porção da primeira ponta 112. O primeiro elemento piezo 122 é também acoplado eletricamente ao circuito acionador 138. O circuito acionador 138 fornece o sinal de acionamento gerado ao primeiro elemento piezo 122. O primeiro elemento piezo 122 expande e contrai quando submetido ao sinal de acionamento gerado. Como um resultado, o primeiro elemento piezo 122 pode alternadamente deformar e deslocar a primeira ponta 112 de lado a lado em um movimento vibratório (ver linhas tracejadas), perturbando o fluido em um modo recíproco periódico.
[0046] O segundo elemento piezo 124 é mostrado como acoplado a um circuito receptor 134 que produz o sinal de vibração correspondente ás deformações do segunda ponta 114 no fluido. Movimento da segunda ponta 114 provoca um sinal de vibração elétrica correspondente a ser gerado pelo segundo elemento piezo 124. O segundo elemento piezo 124 transmite o sinal de vibração à eletrônica de medidor 20. A eletrônica de medidor 20 inclui o circuito de interface 136. O circuito de interface 136 pode ser configurado para se comunicar com dispositivos externos. O circuito de interface 136 comunica um sinal ou sinais de medição de vibração e pode comunicar determinadas características de fluido para um ou mais dispositivos externos. A eletrônica de medidor 20 pode transmitir características de sinal de vibração via o circuito de interface 136, como uma frequência de sinal de vibração e uma amplitude de sinal de vibração do sinal de vibração. A eletrônica de medidor 20 pode transmitir medições de fluido via o circuito de interface 136, como uma densidade e/ou viscosidade do fluido, dentre outras coisas. Outras medições de fluido são contempladas e estão dentro do escopo da descrição e reivindicações. Em adição, o circuito de interface 136 pode receber comunicações a partir de dispositivos externos, incluindo comandos e dados para gerar valores de medição, por exemplo. Em algumas formas de realização, o circuito receptor 134 é acoplado ao circuito acionador 138, com o circuito receptor 134 fornecendo o sinal de vibração ao circuito acionador 138.
[0047] O circuito acionador 138 gera o sinal de acionamento para o elemento vibratório 104. O circuito acionador 138 pode modificar as características do sinal de acionamento gerado. O elemento vibratório 104 é geralmente mantido em uma frequência ressonante, como influenciado pelo fluido circundante. O circuito acionador 138 inclui um acionamento de circuito aberto 147. O acionamento de circuito aberto 147 pode ser usado pelo circuito acionador 138 para gerar o sinal de acionamento e fornecer o sinal de acionamento gerado ao elemento vibratório 104 (por exemplo, ao primeiro elemento piezo 122). Em algumas formas de realização, o acionamento de circuito aberto 147 gera o sinal de acionamento para obter uma diferença de fase alvo ψt, começando em uma frequência inicial ω0. O acionamento de circuito aberto 147 não opera baseado em realimentação do sinal de vibração. O acionamento de circuito aberto 147 pode, portanto, fornecer o sinal de acionamento gerado livre de ruído e sem um atraso de tempo devido a filtrar o sinal de vibração, como será descrito em maiores detalhes a seguir.
[0048] Figura 4 mostra um diagrama de bloco do sensor vibratório 5 com uma representação mais detalhada do circuito acionador 138. O sensor vibratório 5 é mostrado com o circuito acionador 138. O circuito receptor 134 e o circuito de interface 136 não são mostrados para clareza. O circuito acionador 138 inclui um filtro de entrada analógico 138a e um filtro de saída analógico 138b que são acoplados ao acionamento de circuito aberto 147. O filtro de entrada analógico 138a filtra o sinal de vibração e o filtro de saída analógico 138b filtra o sinal de acionamento gerado.
[0049] O acionamento de circuito aberto 147 inclui um conversor de analógico para digital 147a que é acoplado a um detector de fase 147b. O detector de fase 147b é acoplado a um gerador de sinal 147c. Também é mostrado o elemento vibratório 104, que inclui o primeiro elemento piezo 122 e o segundo elemento piezo 124. O acionamento de circuito aberto 147 pode ser implementado com um processador de sinal digital que é configurado para executar um ou mais códigos ou programas que amostram, processam, e geram sinais. Adicionalmente ou alternativamente, o acionamento de circuito aberto 147 pode ser implementado com um circuito eletrônico acoplado ao processador de sinal digital ou similares.
[0050] O sinal de vibração fornecido pelo primeiro elemento piezo 122 é enviado aos filtros de entrada analógico 138a. Os filtros de entrada analógicos 138a filtram o sinal de vibração antes do sinal de vibração ser amostrado pelo conversor de analógico para digital 147a. Na forma de realização mostrada, os filtros de entrada analógicos 138a podem ser constituídos por um filtro de baixa-passagem com frequência de corte que é cerca de metade da taxa de amostra do acionamento de circuito aberto 147 embora qualquer filtro de baixa-passagem apropriado possa ser empregado. O filtro de baixa-passagem pode ser provido por componentes passivos tal como um indutor, um capacitor, e um resistor, embora quaisquer componentes apropriados, distribuídos ou discretos, como um filtro de amplificador operacional, possam ser empregados.
[0051] O conversor de analógico para digital 147a pode amostrar o sinal de vibração filtrado para formar um sinal de vibração amostrado. O conversor de analógico para digital 147a pode também amostrar o sinal de acionamento gerado através de um segundo canal. A amostragem pode ser por qualquer método de amostragem apropriado. Como pode ser apreciado, o sinal de acionamento gerado amostrado pelo conversor de analógico para digital 147a não tem ruídos associados com o sinal de vibração. O sinal de acionamento gerado é fornecido ao detector de fase 147b
[0052] O detector de fase 147b pode comparar as fases da vibração amostrada e sinal de acionamento gerado. O detector de fase 147b pode ser um processor configurado para executar um ou mais códigos ou programas que amostram, processam, e geram sinais para detectar uma diferença de fase entre dois sinais, como será descrito em maiores detalhes a seguir com referência à Figura 5. Ainda com referência à forma de realização da Figura 4, a comparação fornece uma diferença de fase medida ψm entre o sinal de vibração amostrado e o sinal de acionamento gerado amostrado.
[0053] A diferença de fase medida ψm é comparada com a diferença de fase alvo ψt. A diferença de fase alvo ψt é uma diferença de fase desejada entre o sinal de vibração e o sinal de acionamento gerado. Em uma forma de realização onde a diferença de fase alvo ψt é aproximadamente 45°, a diferença entre a diferença de fase medida ψm e a diferença de fase alvo ψt pode ser zero se a diferença de fase medida ψm for também igual ou cerca de 45°. No entanto, qualquer apropriada diferença de fase alvo ψt pode ser empregada em formas de realização alternativas. Usando a comparação entre a diferença de fase medida ψm e a diferença de fase alvo ψt, o detector de fase 147b pode gerar uma frequência de comando ω,
[0054] A frequência de comando ω pode ser empregada para gerar o sinal de acionamento. Adicionalmente ou alternativamente, uma frequência inicial ω0, que não é determinada da comparação entre a diferença de fase medida ψm e a diferença de fase alvo ψt, pode ser empregada. A frequência inicial ω0 poderia ser uma frequência pré-selecionada usada para formar um sinal de acionamento gerado inicial. O sinal de acionamento gerado inicial pode ser amostrado como descrito acima e comparado com o sinal de vibração amostrado. A comparação entre o sinal de acionamento amostrado inicial gerado e o sinal de vibração amostrado pode ser usada para gerar a frequência de comando ω. A frequência de comando ω e a frequência inicial ω0 podem ter unidades de radianos por segundo embora quaisquer unidades apropriadas possam ser empregadas. A frequência de comando ω ou a frequência inicial ωo podem ser fornecidas para o gerador de sinal 147c.
[0055] O gerador de sinal 147c pode receber a frequência de comando ω a partir do detector de fase 147b e fornecer o sinal de acionamento gerado com uma frequência que é a mesma que a frequência de comando ω. O sinal de acionamento gerado é enviado, como discutido acima, para o conversor de analógico para digital 147a. O sinal de acionamento gerado é também enviado ao segundo elemento piezo 124 via o filtro de saida analógico 138b. Adicionalmente ou alternativamente, o sinal de acionamento gerado pode ser enviado a outros componentes em outras formas de realização. Nestas e em outras formas de realização, o sinal de acionamento gerado pode ser, portanto, determinado a partir da diferença entre a diferença de fase medida ψm e a diferença de fase alvo ψt, como descrito em mais detalhes a seguir.
[0056] Figura 5 mostra um diagrama de bloco 500 do sensor vibratório 5 de acordo com uma forma de realização. O diagrama de bloco 500 inclui um elemento vibratório 510. O elemento vibratório 510 inclui um acionador 510a e um desvio 510b. O diagrama de bloco 500 também inclui um ganho de vibração 520 que é acoplado ao desvio 510b. O ganho de vibração 520 é acoplado a um conversor de analógico para digital 532 que está em um bloco de codec 530. O conversor de analógico para digital 532 é acoplado a um detector de fase 542 em um bloco de processador de sinal digital (DSP) 540. O bloco DSP 540 também inclui um sintetizador de acionamento 544 que recebe um sinal do detector de fase 542. O sintetizador de acionamento 544 é acoplado a um conversor digital para analógico 534 que é acoplado a um ganho de acionamento 550. O ganho de acionamento 550 é acoplado a um estágio de acionamento 560 e o conversor de analógico para digital 532. O ganho de acionamento 550 pode amplificar o sinal de acionamento gerado fornecido pelo bloco de codec 530.
[0057] O bloco de codec 530 é mostrado como um conversor de duas vias embora quaisquer configurações adequadas possam ser empregadas. Como mostrado, o conversor de analógico para digital 532 no bloco de codec 530 recebe um sinal de vibração do ganho de vibração 520. Em formas de realização alternativas, o sinal de vibração pode ser provido para o conversor de analógico para digital 532 diretamente do desvio 510b. O conversor de analógico para digital 532 amostra o sinal de vibração, que pode ser um sinal de tempo contínuo, com uma taxa de amostragem e resolução para gerar o sinal de vibração amostrado. O conversor de analógico para digital 532 pode incluir um filtro ‘anti-serrilhado’ que remove componentes indesejados de frequência do sinal de vibração antes de amostragem.
[0058] O conversor de analógico para digital 532 também amostra o sinal de acionamento gerado fornecido pelo ganho de acionamento 550. O sinal de acionamento gerado a partir do ganho de acionamento 550 pode ser um sinal de tempo contínuo embora qualquer sinal adequado possa ser fornecido. Similar ao sinal de vibração, o conversor de analógico para digital 532 pode amostrar o sinal de acionamento gerado com uma taxa de amostragem e resolução apropriada. O conversor de analógico para digital 532 pode também incluir um filtro ‘anti-serrilhado’ que remove quaisquer componentes de frequência indesejados do sinal de acionamento gerado antes de amostragem. A vibração amostrada e os sinais de acionamento gerados amostrados são fornecidos para o detector de fase 542 no bloco DSP 540. O detector de fase 542 compare o sinal de vibração amostrado com o sinal de acionamento gerado amostrado para determinar a diferença de fase medida ψm, como será descrito a seguir.
[0059] Na forma de realização mostrada, o detector de fase 542 pode determinar a diferença de fase medida ψm entre a vibração amostrada e o sinal de acionamento gerado amostrados correlacionando os sinais amostrados. Por exemplo, um ou mais códigos ou programas que amostram, processam, e geram sinais podem implementar uma transformada, junto com dizimação e outras funções de DSP, para determinar a diferença de fase medida ψm. Essas e outras formas de realização podem ser ilustradas com as seguintes equações.
[0060] O sinal de acionamento gerado e o sinal de vibração podem ser representados no plano complexo pelas seguintes equações [1] e [2],
Figure img0001
[0061] A função de Zgds(k) é uma representação complexa do sinal de acionamento gerado e a função de Zvs(k) é uma representação complexa do sinal de vibração. O termo exp(-j(2ωk + (pvs)} inclui múltiplos de inteiro k da frequência a>e representa componentes de frequência. Dizimação ou outra filtragem pode ser usada para eliminar os componentes de frequência. Consequentemente, as representações complexas, sem os componentes de frequência, podem ser escritas como equações [3] e [4]
Figure img0002
[0062] Realizar uma conjugação complexa e uma correlação (por exemplo, multiplicação) nas equações [3] e [4] precedentes resulta em equação [5] mostrada abaixo.
Figure img0003
[0063] Pode ser apreciado que uma das funções não é conjugada (por exemplo, não conjugada). A partir da equação [5], a diferença de fase medida ψm entre o sinal de acionamento gerado e o sinal de vibração pode ser
Figure img0004
[0064] O precedente ilustra uma forma de realização exemplar mostrando como a diferença de fase medida ψm pode ser determinada. Como pode ser apreciado, diferentes formas de realização do detector de fase 542 podem determinar a diferença de fase medida ψm entre o sinal de vibração amostrado e o sinal de acionamento gerado amostrado. A diferença de fase medida ψm pode ser usada para determinar a frequência de comando ω, como será explicado em maiores detalhes a seguir, com referência à Figura 6. Ainda com referência à Figura 5, a frequência de comando ω é fornecida ao sintetizador de acionamento 544.
[0065] O sintetizador de acionamento 544 pode ser um processador que executa um ou mais códigos ou programas que recebem a frequência de comando ω e fornecem um sinal de acionamento sintetizado. O sinal de acionamento sintetizado pode ser uma representação discreta de um sinal sinusoidal simples. Por exemplo, o sinal de acionamento sintetizado pode ser um trem de impulso com um envelope que corresponde ao sinal sinusoidal simples. Adicionalmente ou alternativamente, o sintetizador de acionamento 544 pode ser um circuito digital, matriz de porta de campo programável (FPGA), ou similares. Por exemplo, o circuito digital poderia receber um sinal de tensão de corrente contínua (C.C.) com uma grandeza que corresponde à frequência de comando ω. Em uma forma de realização alternativa, o sintetizador de acionamento poderia receber um sinal de tensão (por exemplo, corrente contínua, etc.) e fornecer o sinal de acionamento gerado com a frequência de comando ω sendo proporcional ao sinal de tensão.
[0066] Na forma de realização mostrada, o sintetizador de acionamento 544 fornece o sinal de acionamento sintetizado para o conversor digital para analógico 534. O conversor digital para analógico 534 converte o sinal de acionamento sintetizado para o sinal de acionamento gerado. O conversor digital para analógico 534 pode ser um retentor de ordem zero que converte, por exemplo, o trem de impulso em uma forma de onda sinusoidal escalonada, embora qualquer conversor digital para analógico 534 adequado possa ser empregado. Em formas de realização alternativas, como formas de realização onde o sintetizador de acionamento 544 é o circuito digital ou FPGA descrito acima, o conversor digital para analógico 534 pode não ser necessário. Em tais formas de realização, o sinal de acionamento gerado pode ser fornecido sem uma conversão de digital para analógico. Nessas e em outras formas de realização, o sinal de acionamento gerado pode ser um sinal sinusoidal simples em ou cerca da frequência de comando ω. Em formas de realização alternativas, o sinal de acionamento gerado pode ser constituído por mais do que um componente de frequência. Na forma de realização mostrada, o sinal de acionamento gerado é enviado ao ganho de acionamento 550.
[0067] O ganho de acionamento 550 amplifica o sinal de acionamento gerado e fornece o sinal de acionamento amplificado gerado para o conversor de analógico para digital 532 e o estágio de acionamento 560. O ganho de acionamento 550 e o estágio de acionamento 560 podem modificar o sinal de acionamento gerado para obter uma forma de onda desejada. Por exemplo, o ganho de acionamento 550 pode amplificar o sinal de acionamento gerado para exceder a potência disponível ao acionador 510a. Consequentemente, em formas de realização onde o sinal de acionamento gerado é o sinal sinusoidal de tempo continuo, o sinal de acionamento gerado fornecido para o acionador 510a pode ter um formato trapezoidal. Adicionalmente ou alternativamente, o sinal de acionamento gerado pode ter outros formatos como forma de onda de triângulo, uma cadeia de diferentes formas de onda, ou similares. Essas e outras formas de onda podem ser formadas usando a frequência de comando ω determinada a partir da diferença de fase medida ψm, como será explicado em maiores detalhes no seguinte.
[0068] Figura 6 mostra um método 600 de gerar o sinal de acionamento de acordo com uma forma de realização. O método 600 começa com etapa 610. Em etapa 610, a vibração é medida pela segunda ponta 114. A segunda ponta 114 vibra devido a vibrações no fluido. As vibrações podem estar presentes no fluido devido à primeira ponta 112 vibrando na frequência de comando toou na frequência inicial ω0. O segundo elemento piezo 124 envia o sinal de vibração para os filtros de entrada analógicos 138a. O filtro de entrada analógico 138a filtra o sinal de vibração para remover ruído e limitar a largura de banda do sinal de vibração. O sinal de vibração filtrado é enviado para o conversor de analógico para digital 147a, 532. O sinal de acionamento gerado a partir do gerador de sinal 147c é também enviado para o conversor de analógico para digital 147a, 532.
[0069] Em etapa 620, a vibração e sinal de acionamento gerados são amostrados pelo conversor de analógico para digital 147a, 532. A amostragem pode ser qualquer método de amostragem apropriado que converte o sinal de vibração e sinal de acionamento gerado em uma sequência de números, que podem estar, por exemplo, em formato binário. A amostragem pode ser feita em qualquer taxa de amostragem apropriada e resolução de bits.
[0070] Em etapa 630, a diferença de fase medida ψm entre a fase do sinal de vibração amostrado e a fase do sinal de acionamento gerado amostrado é determinada pelo detector de fase 147b. Embora a diferença de fase medida ψm seja um ângulo com unidades de graus, outras unidades, como radianos, podem ser empregadas em outras formas de realização. Alternativamente, uma diferença de tempo pode ser empregada em vez da diferença de fase.
[0071] Em etapa 640, a diferença de fase medida ψm é comparada com a diferença de fase alvo ψt. Nas formas de realização descritas no precedente, a diferença de fase alvo ψt é 45°. Se a comparação indica que a diferença de fase medida ψm é a mesma como a diferença de fase alvo ψt, então o método 600 continua gerando o sinal de acionamento na mesma frequência de comando ω ou frequência inicial ω0 em etapa 660. Se a diferença de fase medida ψm não é a mesma como a diferença de fase alvo ψt, então a frequência de comando ω é determinada em etapa 650.
[0072] Em etapa 650, a frequência de comando ω pode ser determinada a partir da diferença de fase medida ψm. Por exemplo, nas formas de realização descritas no precedente, se a diferença de fase medida ψm for menor que a diferença de fase alvo ψt, então a frequência de comando ω é aumentada. Se a diferença de fase medida ψm for maior que o diferença de fase alvo ψt então a frequência de comando é diminuída. Entretanto, em formas de realização alternativas, a frequência de comando ω pode ser determinada a partir da diferença de fase medida ψm com meios alternativos. Nessas e em outras formas de realização, a frequência de comando ω é usada para gerar o sinal de acionamento em etapa 660.
[0073] Em etapa 660, o gerador de sinal 147c forma o sinal de acionamento gerado na frequência de comando ω. Em uma forma de realização, o gerador de sinal 147c é constituído pelo sintetizador de acionamento 544 e o conversor digital para analógico 534. Alternativamente, o gerador de sinal 147c pode ser constituído por um circuito digital, FPGA, ou similares. Na forma de realização descrita com referência à Figura 5, o sinal de acionamento gerado é formado a partir do sinal de acionamento sintetizado fornecido pelo sintetizador de acionamento 544. Nestas e em outras formas de realização, o sinal de acionamento gerado pode ser um sinal sinusoidal de acionamento com uma frequência simples embora qualquer outro sinal apropriado ou sinais possam ser providos.
[0074] O sinal de acionamento gerado é usado para vibrar o elemento vibratório 104, 510. Como mostrado em Figura 5, o sinal de acionamento gerado é fornecido ao ganho de acionamento 550 e o estágio de acionamento 560. O ganho de acionamento 550 e estágio de acionamento 560 modificam e fornecem o sinal de acionamento gerado para o acionador 510a. No entanto, o sinal de acionamento gerado pode ser fornecido para o elemento vibratório 104, 510 através de outros meios. Por exemplo, o sinal de acionamento gerado pode ser fornecido diretamente ao acionador 510a. O sinal de acionamento gerado pode também ser amostrado e medido. Por exemplo, como mostrado em Figura 6, etapa 660 também retorna o sinal de acionamento gerado para a etapa 620, onde o sinal de acionamento gerado é amostrado.
[0075] Em operação, o detector de fase 147b pode enviar a frequência de comando ω para o gerador de sinal 147c. Em algumas formas de realização, o circuito acionador 138 vibra o elemento vibratório 104 (por exemplo, a primeira ponta 112, o acionador 510a, etc.) em uma frequência de comando ω e em uma maneira de circuito aberto para obter a diferença de fase alvo ψt. A diferença de fase alvo ψt pode ser 45° para precisamente medir a densidade do fluido. Entretanto, em formas de realização alternativas, a diferença de fase alvo ψt pode ser outro valor.
[0076] O método 600 e sensor vibratório 5 podem fornecer o sinal de acionamento gerado. Por exemplo, o sinal de acionamento gerado pode ser fornecido pelo gerador de sinal 147c na frequência de comando ω. Em uma forma de realização, o gerador de sinal 147c pode ser constituído pelo sintetizador de acionamento 544 e o conversor digital para analógico 534. A frequência de comando ω pode ser determinada da diferença de fase medida ψm entre sinal de vibração e o sinal de acionamento gerado. A diferença de fase medida ψm pode ser determinada usando o detector de fase 147b, 542.
[0077] Como pode ser apreciado, a frequência do sinal de vibração não é medida ou comparada com a frequência do sinal de acionamento gerado. Ao contrário disso, a fase do sinal de vibração e o sinal de acionamento gerado podem ser determinados usando um ou mais códigos ou programas que amostram, processam, e geram sinais. Por exemplo, de acordo com uma forma de realização descrita no precedente, o sinal de vibração amostrado e o sinal de acionamento amostrado são conjugados e correlacionados, sem componentes de frequência, pata determinar a diferença de fase medida ψm. Consequentemente, a diferença de fase medida ψm entre o sinal de vibração e o sinal de acionamento gerado pode ser determinada sem os atrasos associados com os medidores vibratórios da técnica anterior. Além disso, o gerador de sinal 147c pode fornecer o sinal de acionamento gerado livre de ruídos associados com o sinal de vibração. Por exemplo, como descrito nas formas de realização anteriores, o detector de fase 542 remove os componentes de frequência do sinal de vibração amostrado e sinal de acionamento gerado antes de determinar a diferença de fase medida ψm.
[0078] Assim, o sinal de acionamento gerado não inclui o ruído do sinal de vibração ou atraso de tempo associados com a técnica anterior. Porque o sinal de acionamento gerado é livre dos ruídos associados com o sinal de vibração, a medição de densidade é mais precisa. Além disso, uma vez que não há atraso de tempo associado com a filtragem de técnica anterior, o sinal de acionamento gerado é mais estável. Esses e outros benefícios podem ser obtidos com o método 600 e o sensor vibratório 5, bem como formas de realização alternativas.
[0079] As descrições detalhadas das formas de realização acima não são descrições exaustivas de todas formas de realização contempladas pelos inventores como estando dentro do escopo da presente descrição. De fato, os versados na técnica reconhecerão que certos elementos das formas de realização descritas acima podem ser combinados de forma variável ou eliminados para criar outras modalidades, e tais outras formas de realização estão dentro do escopo e ensinamentos da presente descrição. Será também evidente para os versados na técnica que as formas de realização descritas acima podem ser combinadas no todo ou em parte para criar modalidades adicionais dentro do escopo e ensinamentos da presente descrição.
[0080] Deste modo, embora formas de realização especificas sejam descritas aqui para propósitos ilustrativos, várias modificações equivalentes são possíveis dentro do escopo da presente descrição, como os versados na técnica relevante reconhecerão. Os ensinamentos aqui dados podem ser aplicados a outros métodos para gerar um sinal de acionamento para um sensor vibratório, e não apenas para as formas de realização descritas acima e mostradas nas Figuras em anexo. Assim, o escopo das formas de realização descritas acima deve ser determinado pelas seguintes reivindicações.

Claims (18)

1. Método (600) de gerar um sinal de acionamento para um sensor vibratório (5), o método compreendendo: vibrar um elemento vibratório (104, 510) configurado para fornecer um sinal de vibração; receber o sinal de vibração do elemento vibratório (104, 510) com um circuito receptor (134); gerar o sinal de acionamento que vibra o elemento vibratório (104, 510) com um circuito acionador (138) acoplado ao circuito receptor (134) e o elemento vibratório (104, 510); comparar uma fase do sinal de acionamento gerado com uma fase do sinal de vibração; e caracterizado pelo fato de compreender ainda gerar uma frequência de comando ω a partir da comparação da fase do sinal de acionamento gerado e da fase do sinal de vibração; em que o sinal de acionamento é gerado na frequência de comando ω por um acionamento de circuito aberto (147) no circuito de acionador (138).
2. Método (600) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a comparação da fase do sinal de acionamento gerado com a fase do sinal de vibração compreende comparar um sinal de acionamento gerado amostrado com um sinal de vibração amostrado.
3. Método (600) de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de ainda compreender remover, pelo menos, um componente de frequência do, pelo menos, um dentre o sinal de acionamento gerado amostrado e o sinal de vibração amostrado.
4. Método (600) de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que a comparação do sinal de acionamento gerado amostrado com o sinal de vibração amostrado compreende efetuar uma correlação do sinal de acionamento gerado amostrado e o sinal de vibração amostrado.
5. Método (600) de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que a comparação do sinal de acionamento gerado amostrado com o sinal de vibração amostrado compreende: conjugar um dentre o sinal de acionamento gerado amostrado e o sinal de vibração amostrado; e multiplicar o conjugado dentre o sinal de acionamento gerado amostrado e o sinal de vibração amostrado com o não conjugado dentre o sinal de acionamento gerado amostrado e o sinal de vibração amostrado.
6. Método (600) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a comparação da fase do sinal de acionamento gerado com a fase do sinal de vibração compreende: determinar uma diferença de fase medida ψm entre a fase do sinal de acionamento gerado e a fase do sinal de vibração; e comparar a diferença de fase medida ψm com uma diferença de fase alvo ψt para determinar se a diferença de fase medida ψm está na diferença de fase alvo ψt.
7. Método (600) de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de ainda compreender medir uma densidade de um fluido quando a diferença de fase medida ψm está na diferença de fase alvo ψt.
8. Método (600) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato ainda compreender: fornecer a frequência de comando ω para um gerador de sinal (147c) no acionamento de circuito aberto (147); e gerar o sinal de acionamento na frequência de comando ω com o gerador de sinal (147c).
9. Método (600) de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que a geração do sinal de acionamento na frequência de comando ω com o gerador de sinal (147c) compreende: formar um sinal de acionamento sintetizado com um sintetizador de acionamento (544); e converter o sinal de acionamento sintetizado para o sinal de acionamento gerado com um conversor digital para analógico (534).
10. Sensor vibratório (5), compreendendo: um elemento vibratório (104, 510) configurado para fornecer um sinal de vibração; um circuito receptor (134) que recebe o sinal de vibração a partir do elemento vibratório (104); e um circuito acionador (138) acoplado ao circuito receptor (134) e ao elemento vibratório (104), o circuito acionador (138) configurado para: gerar um sinal de acionamento que vibra o elemento vibratório (104, 510); comparar uma fase do sinal de acionamento gerado com uma fase do sinal de vibração; e caracterizado pelo fato de ser ainda configurado para gerar uma frequência de comando ω a partir da comparação da fase do sinal de acionamento gerado e da fase do sinal de vibração; em que o sinal de acionamento é gerado na frequência de comando ω por um acionamento de circuito aberto no circuito de acionador.
11. Sensor vibratório (5) de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que o circuito acionador (138) é configurado para comparar um sinal de acionamento gerado amostrado com um sinal de vibração amostrado.
12. Sensor vibratório (5) de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que o circuito acionador (138) é ainda configurado para remover, pelo menos, um componente de frequência de, pelo menos, um dentre o sinal de acionamento gerado amostrado e o sinal de vibração amostrado.
13. Sensor vibratório (5) de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que o circuito acionador (138) é ainda configurado para efetuar uma correlação do sinal de acionamento gerado amostrado e do sinal de vibração amostrado.
14. Sensor vibratório (5) de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que o circuito acionador (138) é ainda configurado para: conjugar um dentre o sinal de acionamento gerado amostrado e o sinal de vibração amostrado; e multiplicar o conjugado dentre o sinal de acionamento gerado amostrado e o sinal de vibração amostrado com o não conjugado dentre o sinal de acionamento gerado amostrado e o sinal de vibração amostrado.
15. Sensor vibratório (5) de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que o circuito acionador (138) é constituído por um detector de fase (147b, 542) configurado para: determinar uma diferença de fase medida ψm entre a fase do sinal de acionamento gerado e a fase do sinal de vibração; e comparar a diferença de fase medida ψm com uma diferença de fase alvo ψt para determinar se a diferença de fase medida ψm está na diferença de fase alvo ψt.
16. Sensor vibratório (5) de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que o circuito acionador (138) é ainda configurado para medir a densidade do fluido quando a diferença de fase medida ψm está na diferença de fase alvo ψt.
17. Sensor vibratório (5) de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que o circuito acionador (138) é constituído por: um detector de fase (147b, 542) e um gerador de sinal (147c) em que: o detector de fase (147b) é configurado para determinar a frequência de comando ω a partir da comparação da fase do sinal de acionamento gerado e da fase do sinal de vibração e fornecer a frequência de comando ω para um gerador de sinal (147c); e o gerador de sinal (147c) configurado para gerar o sinal de acionamento na frequência de comando ω.
18. Sensor vibratório (5) de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de que o gerador de sinal (147c) compreende: um sintetizador de acionamento (544) configurado para formar um sinal de acionamento sintetizado; e um conversor digital para analógico (534) configurado para converter o sinal de acionamento sintetizado para o sinal de acionamento gerado.
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Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107110823B (zh) * 2014-12-19 2020-06-26 高准公司 基于相位误差控制振动传感器的振动
CA2996812C (en) * 2015-08-28 2021-10-12 Micro Motion, Inc. Method for generating a synthetic time period output signal
DE102016111134A1 (de) 2016-06-17 2017-12-21 Endress+Hauser Gmbh+Co. Kg Vibronischer Sensor
DE102016114860A1 (de) 2016-08-10 2018-02-15 Endress + Hauser Flowtec Ag Treiberschaltung sowie damit gebildete Umformer-Elektronik bzw. damit gebildetes Meßsystem
CN107676079B (zh) * 2017-11-14 2020-08-14 北京盛锐马科技有限公司 微小型高集成剪切式泥浆脉冲器控制系统
CN111712702A (zh) * 2018-02-23 2020-09-25 高准公司 溶解监测方法和装置
WO2020122899A1 (en) * 2018-12-12 2020-06-18 Micro Motion, Inc. Planar vibratory densitometer, densitometer member, and related method
US11626003B2 (en) * 2021-02-23 2023-04-11 Rheem Manufacturing Company Systems and methods for monitoring and detecting a fault in a fluid storage tank
DE102022115592A1 (de) * 2022-06-22 2023-12-28 Endress+Hauser SE+Co. KG Modularer vibronischer Multisensor

Family Cites Families (28)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1521467A (en) 1974-09-21 1978-08-16 Solartron Electronic Group Density transducer
DE8712331U1 (pt) * 1986-09-26 1988-01-28 Flowtec Ag, Reinach, Basel, Ch
US4738144A (en) * 1986-10-03 1988-04-19 Micro Motion, Inc. Drive means for oscillating flow tubes of parallel path coriolis mass flow rate meter
JPS63241449A (ja) * 1987-03-30 1988-10-06 Fuji Electric Co Ltd 振動式トランスジユ−サ
US4841256A (en) 1987-10-20 1989-06-20 Pennwalt Corporation Piezoelectric phase locked loop circuit
US4965532A (en) * 1988-06-17 1990-10-23 Olympus Optical Co., Ltd. Circuit for driving ultrasonic transducer
GB2236591B (en) 1989-10-05 1993-10-06 Marconi Gec Ltd Sensor apparatus
US5613009A (en) * 1992-12-16 1997-03-18 Bridgestone Corporation Method and apparatus for controlling vibration
US5895848A (en) 1996-01-16 1999-04-20 Flowline Inc. Apparatus and method for level sensing in a container
US6199022B1 (en) * 1997-07-11 2001-03-06 Micro Motion, Inc. Drive circuit modal filter for a vibrating tube flowmeter
US6505131B1 (en) * 1999-06-28 2003-01-07 Micro Motion, Inc. Multi-rate digital signal processor for signals from pick-offs on a vibrating conduit
DE10050299A1 (de) 2000-10-10 2002-04-11 Endress Hauser Gmbh Co Vorrichtung zur Bestimmung und/oder Überwachung der Viskosität eines Mediums in einem Behälter
US6711942B2 (en) 2000-10-10 2004-03-30 Endress + Hauser Gmbh & Co. Kg Apparatus for determining and/or monitoring the viscosity of a medium in a container
JP4770043B2 (ja) * 2001-03-27 2011-09-07 セイコーエプソン株式会社 圧電アクチュエータの駆動装置、圧電アクチュエータの駆動方法、時計および携帯機器
US20040173031A1 (en) 2003-03-06 2004-09-09 Shlomo Gicza Mass flow measurement
WO2005088823A1 (ja) * 2004-03-17 2005-09-22 Seiko Epson Corporation 圧電アクチュエータ駆動装置、電子機器、その駆動方法、その駆動制御プログラム、そのプログラムを記録した記録媒体
AU2005330018B2 (en) * 2005-03-29 2010-12-16 Micro Motion, Inc. Coriolis flow meter and method for determining flow characteristics
DE102005015547A1 (de) * 2005-04-04 2006-10-05 Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg Vorrichtung zur Bestimmung und/oder Überwachung einer Prozessgröße eines Mediums
DK1943485T3 (da) * 2005-09-20 2014-09-22 Micro Motion Inc Måleelektronik og fremgangsmåder til generering af et styresignal til en vibrationsgennemstrømsmåler
RU2373499C1 (ru) 2005-10-18 2009-11-20 Майкро Моушн, Инк. Электронное измерительное устройство и способы определения разности фаз между первым сигналом датчика и вторым сигналом датчика расходомера
DE102006033819A1 (de) * 2006-07-19 2008-01-24 Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg Vorrichtung zur Bestimmung und/oder Überwachung einer Prozessgröße eines Mediums
DE102006034105A1 (de) * 2006-07-20 2008-01-24 Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg Vorrichtung zur Bestimmung und/oder Überwachung einer Prozessgröße eines Mediums
JP4893170B2 (ja) * 2006-09-01 2012-03-07 パナソニック株式会社 密度センサ
DE102007008669A1 (de) * 2007-02-20 2008-08-21 Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg Verfahren zur Bestimmung und/oder Überwachung einer Prozessgröße eines Mediums und entsprechende Vorrichtung
JP4436884B1 (ja) 2009-02-06 2010-03-24 株式会社オーバル 信号処理方法、信号処理装置、およびコリオリ流量計
US8798950B2 (en) * 2010-08-20 2014-08-05 Bio-Rad Laboratories, Inc. System and method for ultrasonic transducer control
CN103827641B (zh) * 2011-07-13 2016-06-29 微动公司 用于确定谐振频率的振动计和方法
CN102506951B (zh) 2011-10-28 2013-05-01 合肥工业大学 一种科氏质量流量计的数字驱动跟踪方法和系统

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