BRPI0012267B1 - “Dispositivo Destinado à Medição de um Parâmetro de Processo de um Material e Método In Situ de Caracterização de um Sensor” - Google Patents

Description

"DISPOSITIVO DESTINADO À MEDIÇÃO DE UM PARÂMETRO

DE PROCESSO DE UM MATERIAL e MÉTODO IN SITU DE CARACTERIZAÇÃO DE UM SENSOR" Fundamentos da Invenção Campo da invenção Esta invenção diz respeito a sensores de parâme- tros de processo e métodos de operação dos mesmos e, mais particularmente, a sensores de parâmetros de conduite vibra- tório e a seus métodos de operação.

Colocação do Problema Fluximetros de massa de efeito Coriolis são nor- malmente usados para medir fluxo de massa e outras informa- ções de materiais que escoam através de um conduite. Fluxi- metros Coriolis exemplares estão descritos nas Patentes U.S.

Nos. 4.109.524 de 29 de agosto de 1978, 4.491.025 de 1 de janeiro de 1985, e RE 31.450 de 11 de fevereiro de 1982, to- das de J. E. Smith et al. Esses fluximetros tipicamente in- cluem um ou mais conduites com uma configuração reta ou em curva. Cada conduite pode ser tido como composto por um con- junto de modos de vibração, incluindo, por exemplo, os modos flexionais, torsionais, radiais simples e combinados. Em uma aplicação de medição de fluxo de massa típica, cada conduite é acionado para oscilar em ressonância em um de seus modos naturais, à medida que um material escoa através do conduí- te. Os modos de vibração do sistema vibratório cheio de ma- terial são afetados pelas características de massa e rigidez combinadas dos conduites e pelas características do material que escoa dentro dos conduites.

Um componente típico de um fluxímetro Coriolis é o sistema de acionamento ou de excitação. 0 sistema de aciona- mento opera para aplicar uma força física periódica ao con- duíte, a qual faz com que ele oscile. 0 sistema de aciona- mento tipicamente inclui, pelo menos, um atuador montado no(s) conduíte(s) do fluxímetro. 0 atuador tipicamente com- preende um dos vários dispositivos eletromecânicos bem co- nhecidos, tal como um dispositivo de bobina de alto-falante com um magneto montado num primeiro conduíte e um bobina condutora montada em um segundo conduíte, num relacionamento oposto ao magneto. 0 circuito de acionamento aplica continu- amente um sinal de acionamento periódico, por exemplo, uma onda senoidal ou quadrada, à bobina do atuador. 0 sinal de acionamento periódico faz com que o atuador acione os dois conduítes em um padrão periódico oposto, o qual é depois mantido.

Quando existir um fluxo efetivamente "nulo" atra- vés de um conduíte acionado pelo fluxímetro, os pontos ao longo do conduíte tendem a oscilar aproximadamente na mesma fase, ou numa fase de "fluxo nulo", em relação ao acionador, dependendo do modo da vibração acionado. À medida que o ma- terial começa se escoar de uma entrada do fluxímetro, atra- vés do conduíte, e para fora de uma saída do fluxímetro, forças Coriolis decorrentes do escoamento de material tendem induzir mudanças de fase entre pontos espacialmente separa- dos ao longo do conduíte. Geralmente, à medida que o materi- al escoa através do conduíte, a fase no lado de entrada do conduíte atrasa o acionador, enquanto que a fase no lado de saída do conduíte adianta o acionador. A mudança de fase in- duzida entre duas localizações no conduíte é aproximadamente proporcional à taxa de fluxo de massa de material através do conduíte. 0 movimento de um fluxímetro Coriolis pode ser mo- delado como uma superposição de uma pluralidade de modos vi- bracionais, isto é, como o movimento de uma pluralidade de sistemas independentes com apenas um grau de liberdade (SDOF), um respectivo sistema SDOF sendo caracterizado por uma frequência e um amortecimento natural. Um dos modos tí- picos presentes em um fluxímetro Coriolis de conduíte duplo é o primeiro modo de flexão defasado, por exemplo, um modo de flexão, no qual dois tubos do fluxímetro Coriolis vibram um em oposição ao outro. Outros modos podem também ser iden- tificados em um fluxímetro Coriolis de conduíte vibratório típico, incluindo um primeiro modo de torção defasado que é, geralmente, atribuído às forças Coriolis geradas pelo mate- rial que passa através dos conduítes, bem como modos vibra- cionais em fase lateral e outros mais excitados pelo atuador do fluxímetro e outras fontes vibracionais acopladas ao flu- xímetro . Têm sido propostas técnicas para produzir sinais de acionamento que produzam uma resposta modal desejada. Uma técnica é a derivação de coeficientes de projeção de força que produza um sinal de acionamento para um atuador que, preferivelmente, excite um modo vibracional desejado. Uma segunda técnica é gerar sinais de acionamento para um número de atuadores para, preferencialmente, excitar um ou mais mo- dos desejados de um conduíte de fluxímetro Coriolis.

As técnicas supramencionadas tipicamente usam um filtro modal predeterminado para gerar coeficientes de pro- jeção de força. 0 filtro modal predeterminado é tipicamente gerado fora de linha, por meio de técnicas clássicas de aná- lise modal experimental, ou por modelamento através de ele- mentos finitos. Os coeficientes de projeção de força podem então ser determinados a partir do filtro modal pelo método das tentativas, transformação modal inversa, ou por outras técnicas.

Infelizmente, o filtro modal predeterminado pode não levar em conta mudanças gue possam ocorrer nas caracte- rísticas do sensor ao longo do tempo. Além disso, técnicas convencionais podem não levar em conta os efeitos in situ que surgem das interações entre o sensor e o sistema de pro- cessamento de material no qual ele é operado. Por exemplo, modos adicionais podem ser excitados por meio de acoplamento estrutural ao sistema de processamento de material, ou por meio de fontes de vibração no sistema de processamento de material, tais como bombas.

Sumário da Invenção De acordo com o exposto, é um objetivo da presente invenção fornecer sensores de parâmetro do tipo conduite vi- bratório autocaracterizante e métodos de operação dos mesmos que possam fornecer uma estimativa mais precisa de um parâ- metro de processo, por exemplo, o fluxo de massa, de um sis- tema de processamento de material. É um outro objetivo da presente invenção fornecer sensores de parâmetro do tipo conduíte vibratório e métodos de operação dos mesmos que possam fornecer caracterização mais precisa do comportamento do sensor. É ainda um outro objetivo da presente invenção fornecer sensores de parâmetro do tipo conduite vibratório e métodos de operação dos mesmos que sejam capazes de realizar caracterização in situ do comportamento do sensor.

Esses e outros objetivos, características e vanta- gens são fornecidos, de acordo com a presente invenção, por meio de sensores de parâmetro do tipo conduíte autocaracte- rizante, os quais incluam um estimador de parâmetro modal configurado para receber sinais de movimento representativos do movimento do conduite do sensor em uma pluralidade de lo- calizações e operativo para estimar um parâmetro modal, por exemplo, um parâmetro de filtro modal, ou um parâmetro de projeção de força, a partir dos sinais de movimento recebi- dos . De acordo com um aspecto do vetor modal reciproco modi- ficado (MRMV) da presente invenção, um parâmetro de filtro modal é estimado pela excitação do conduite numa faixa de frequências, gerando uma matriz função de resposta de fre- quência (FRF) na faixa de frequências, e gerando uma estima- tiva do parâmetro de filtro modal a partir da matriz FRF. A estimativa do parâmetro de filtro modal pode ser gerada du- rante a inicialização ou processo de calibração. De acordo com um aspecto de filtragem modal adaptativa, é determinado um erro de uma resposta modal estimada de um filtro modal em relação a uma resposta modal de referência, e o erro é usado para gerar uma nova estimativa de um parâmetro de filtro modal do filtro modal. Os parâmetros de filtro mo- dal e os parâmetros de projeção de força podem então ser adaptativamente atualizados, enquanto o sensor estiver em operação.

Em particular, de acordo com a presente invenção, um sensor autocaracterizante para medição de um parâmetro de processo de um sistema de processamento de material inclui um conduite, configurado para conter material de um sistema de processamento de material, e uma pluralidade de transdu- tores de movimento, operativos para produzir uma pluralidade de sinais de movimento representativos de movimento em uma pluralidade de localizações no conduite. Um estimador de pa- râmetro modal é configurado para receber uma pluralidade de sinais de movimento, e operativo para estimar um parâmetro modal a partir da pluralidade de sinais de movimento recebi- da. 0 parâmetro modal, por exemplo, um parâmetro de filtro modal, ou um parâmetro de projeção de força, relaciona o comportamento do conduite ao comportamento de um sistema com apenas um grau de liberdade (SDOF). Um estimador de parâme- tro de processo é configurado para receber a pluralidade de sinais de movimento, em resposta ao estimador de parâmetro modal, e operativo para estimar um parâmetro de processo do sistema de processamento de material a partir da pluralidade de sinais de movimento recebida, de acordo com o parâmetro modal estimado.

De acordo com um aspecto de estimativa de vetor modal reciproco modificado (MRMV) da presente invenção, um conduite do sensor é excitado a uma amplitude de freqüência. É recebida uma pluralidade de sinais de movimento represen- tativos de movimento, em resposta à excitação, e é determi- nada uma pluralidade respostas de freqüências para a plura- lidade de localizações na amplitude de freqüência, a partir da pluralidade de sinais de movimento recebida. É gerada uma estimativa de um parâmetro de filtro modal para o sensor, a partir da pluralidade de respostas de freqüência determina- das. É gerada uma matriz função de resposta de freqüência (FRF), a partir da pluralidade de respostas de freqüência. É identificado um polo correspondente a um modo do sensor, e é gerado um vetor SDOF a partir do polo identificado. É então gerada uma estimativa de um parâmetro de filtro modal, a partir da matriz FRF estimada e do vetor SDOF estimado.

De acordo com um aspecto de filtragem adaptativa da presente invenção, é determinada uma excitação aplicada a um conduite do sensor, e aplicada a um sistema modal de re- ferência para gerar uma resposta modal de referência. É aplicado um filtro modal à pluralidade de sinais de movimen- to representativos do movimento, em resposta à excitação, para gerar uma resposta modal estimada, de acordo com uma estimativa do parâmetro de filtro modal. É gerada uma nova estimativa do parâmetro de filtro modal, com base em um erro da resposta modal estimada em relação à resposta modal de referência. Novas estimativas do parâmetro modal podem ser interativamente geradas, até que um erro da resposta modal estimada em relação à resposta modal de referência satisfaça um critério predeterminado. Dessa forma, podem ser forneci- dos sensores de parâmetro melhorados e métodos de operação dos mesmos. WO 99/02945 descreve um sistema de acionamento (50, 104) de um instrumento de medição (5) baseado em tubo vibratório que emprega um filtro espacial (500) para produ- zir um sinal de acionamento com conteúdo modal somente num modo vibracional desejado. Os múltiplos sensores de reali- mentação (105, 105') posicionados em diferentes localizações ao longo de um tubo vibratório (103A 103B) produzem múlti- plos sensores de realimentação. Cada sinal de realimentação tem nele aplicado um fator de ponderação ou de ganho. Todos os sinais de realimentação ponderados são então somados para produzir um sinal de acionamento ou um sinal proporcional a um sinal de acionamento, com conteúdo modal melhorado, com- parado a qualquer um dos próprios sinais de realimentação.

Os fatores de ponderação são selecionados por meio de qual- quer um dos diversos meios. Um método é construir a matriz de autovetor para o tubo de fluxo vibratório extraindo-se os autovetores de um modelo de elementos finitos da estrutura vibratória. O inverso, ou pseudo-inverso da matriz de au- tovetor é calculado de forma a se obter o vetor de filtro modal. O conjunto adequado de coeficientes de ponderação é selecionado a partir do vetor de filtro modal.

Descrição Resumida dos Desenhos A Figura 1 ilustra uma modalidade de um sensor de parâmetro de acordo com a invenção. A Figura 2 ilustra uma modalidade de um estimador de parâmetro modal, de acordo com a presente invenção. A Figura 3 ilustra operações para estimativa de um parâmetro modal, de acordo com um aspecto da presente inven- ção . A Figura 4 ilustra uma modalidade de um sensor de parâmetro, de acordo com a presente invenção. A Figura 5 ilustra uma modalidade de um sensor de parâmetro, de acordo com a presente invenção, gue emprega uma técnica de estimativa de vetor modal reciproco modifica- do (MRMV). A Figura 6 ilustra operações para estimativa de um parâmetro de filtro modal, de acordo com um aspecto MRMV da presente invenção. A Figura 7 ilustra uma modalidade, de acordo com a presente invenção, gue emprega uma técnica de filtragem mo- dal adaptativa.

As Figuras 8 e 9 ilustram operações para estimati- va de um parâmetro de filtro modal, de acordo com aspectos de filtragem modal adaptativa da presente invenção.

Descrição Detalhada de Modalidades A presente invenção será descrita mais detalhada- mente a seguir com referência aos desenhos anexos, em gue modalidades da invenção estão mostradas. Nos desenhos, núme- ros iguais se referem a elementos iguais na sua totalidade. A discussão seguinte se refere a fluximetros Cori- olis, nos guais um parâmetro de processo de um sistema de processamento de material, tipicamente uma taxa de fluxo de massa, é estimada para um material, por exemplo, um fluido gue escoa através de um conduite vibratório configurado para conter um material gue passa através do conduite vibratório como parte do sistema de processamento de material. Técnicos habilitados perceberão, entretanto, que a presente invenção é também aplicável a sensores de parâmetro de processo de conduite vibratório que não sejam sensores em linha. Por exemplo, a presente invenção é aplicável a densimetros de tubo vibratório do tipo amostraqem, os quais incluem um con- duite confiqurado para conter uma amostra de um material ex- traio de um sistema de processamento de material. A Fiqura 1 ilustra uma modalidade exemplar de um sensor de parâmetro de processo 5 de acordo com a presente invenção 0 sensor de parâmetro 5 inclui um conduite 10. A montaqem do conduite 10 inclui um flanqe de entrada 101, um flanqe de saida 101', um tubo de distribuição 102 e primeiro e sequndo conduites 103A, 103B. Braçadeiras 106, 106' conec- tam os conduites 103A, 103B. Conectados aos conduites de fluxo 103A, 103B, ficam um atuador 104 e primeiro e sequndo transdutores de movimento 105, 105', conectados aos fios 100. O atuador 104 é operativo para fazer vibrar os condui- tes 103A, 103B, em resposta ao sinal de acionamento forneci- do por um acionador 20 no fio do acionador 110. O primeiro e sequndo transdutores de movimento 105, 105' são operativos para produzir sinais de movimento representativos do movi- mento em localizações espacialmente separadas nos conduites 103A, 104B nos fios dos transdutores 111. Os primeiro e se- qundo transdutores 105, 105' podem incluir uma variedade de dispositivos, tais como transdutores de deslocamento tipo bobina, sensores de movimento óticos ou ultra-sônicos, ace- lerômetro, e sensores de taxa de inércia e similares.

Quando a montagem de conduíte 10 é inserida em um sistema de processamento de material 1, o material que flui no sistema de processamento de material na tubulação 1 entra na montagem de conduite 10 através do flange de entrada 101. O material então escoa através do tubo de distribuição 102, onde ele é direcionado para os tubos de escoamento 103A, 103B. Depois de deixar os tubos de escoamento 103A, 103B, o material escoa de volta ao tubo de distribuição 102 e sai da montagem de medição 10 através do flange de saída 101'. À medida que o material escoa através dos conduítes 103A, 103B, ele origina forças Coriolis que perturbam os conduítes 103A, 103B.

Os conduítes 103A, 103B são tipicamente acionados pelo atuador 104 em direções opostas em torno de seus res- pectivos eixos de flexão W-W e W'-W', induzindo o que é nor- malmente referido como um primeiro modo de flexão defasado na montagem do conduíte 10. O atuador 104 pode compreender qualquer um dos diversos dispositivos bem conhecidos, tal como um atuador linear, incluindo um magneto, montado no primeiro conduíte 103A, e uma bobina oposta, montada no se- gundo tubo de escoamento 103B. Uma corrente alternada indu- zida por um sinal de acionamento fornecido pelo acionador 20 por meio do fio do acionador 110 passa através da bobina, gerando uma força mecânica que faz vibrar os conduítes 103A, 103B. Embora o sensor de parâmetros 5, ilustrado na Figura 1, esteja mostrado com um atuador integral 104, técnicos ha- bilitados perceberão que a vibração dos conduítes 103A, 103B, de acordo com a presente invenção, pode ser obtida por meio de outras técnicas, tal como por uma excitação gerada externamente na montagem de conduite 10 e levada à montagem de conduite 10 por meio de um fluido ou de um acoplamento mecânico. O comportamento de um sensor de parâmetro, tal co- mo o sensor de parâmetro 5 da Figura 1, pode ser descrito em termos de modos. Uma transformação modal, isto é, um filtro modal, transforma respostas físicas em respostas modais. A transformação modal padrão é dada por: onde χ é um vetor de respostas físicas, Φ é uma matriz de autovetor, e η é um vetor de respostas modais. O vetor de resposta física χ pode ser considerado como uma entrada, isto é, os sinais de realimentação, ao filtro modal Φ . Re- solvendo-se a equação (1) em relação a η, as respostas mo- dais : onde Φ+ é um inverso generalizado de Φ. Se a matriz Φ for quadrada e não singular, pode ser usada a matriz inversa Φ-1 na equação (2). A matriz de autovetor é quadrada, e não sin- gular, quando os vetores modais forem linearmente indepen- dentes e o número de localizações do conduite do sensor para as quais as informações de movimento são fornecidas se igua- lar ao número de modos considerados.

Referindo-se ainda à Figura 1, o sensor de parâme- tro 5 também inclui um estimador de parâmetro modal 30 e um estimador de parâmetro de processo 40. O estimador de parâ- metro modal 30 responde ao primeiro e segundo sinais recebi- dos dos primeiro e segundo transdutores 105, 105' nos fios do transdutor 111. Os sinais de movimento representam o mo- vimento dos conduites 103A, 103B em um domínio fisico, por exemplo, sinais representativos de deslocamento, velocidade ou aceleração, à medida que o material escoa através da mon- tagem de conduite 10. O estimador de parâmetro modal 30 pro- cessa os sinais de movimento recebidos, de forma a gerar uma estimativa de um parâmetro modal, tal como um parâmetro de filtro modal, ou um parâmetro de projeção de força, o qual relaciona o comportamento do conduite no domínio espacial ao comportamento de, pelo menos, um sistema independente com apenas um grau de liberdade (SDOF) em um domínio modal. O estimador de parâmetro de processo 40 é também configurado para receber os sinais de movimento, e responde ao parâmetro modal estimado 35, de forma a estimar um parâmetro de pro- cesso, por exemplo, a taxa de fluxo de massa, fluxo de massa totalizado, densidade e similares, associados a um escoamen- to de material através da montagem do conduite 10. A Figura 2 ilustra uma modalidade exemplar do es- timador de parâmetro modal 30. Conforme ilustrado, o estima- dor de parâmetro modal 30 inclui um amostrador 32, por exem- plo, um circuito amostra-e-retém ou similar, e um conversor analógico-digital (A/D) 34. O amostrador 32 e o conversor A/D fornecem um dispositivo 31 para receber sinais de movi- mento do transdutor de movimento 25 produzidos pelos primei- ro e segundo transdutores de movimento 105, 105', amostrando os sinais de movimento 25 e produzindo amostras 33 dos mes- mos, as quais são convertidas em valores de sinal digital 37 por meio do conversor analógico-digital (A/D) 34. Operações detalhadas do amostrador 32 e do conversor A/D 34 ilustrados podem ser realizadas por meio de um número de circuitos co- nhecidos pelos técnicos habilitados, e não precisam ser dis- cutidos aqui em mais detalhe. Técnicos habilitados perceberão que o dispositivo de recebimento 31 ilustrado na Figura 2 pode ser implementado de inúmeras maneiras, incluindo filtro anti- serrilhamento de pré-amostragem adicional, filtro de pós- amostragem e similares. Entender-se-á também que, em geral, o dispositivo de recebimento 31 ilustrado na Figura 2 pode ser implementado por meio de hardware, de suporte lógico inalte- rável ou de programa de computador de função especial que rodem em dispositivos de processamento de dados de propósi- tos especiais ou gerais, ou combinações dos mesmos.

Partes do estimador de parâmetro modal 30 podem ser incorporadas em um computador 50, por exemplo, um micro- processador, microcontrolador, processador de sinal digital (DSP) ou similares. Por exemplo, o computador 50 pode inclu- ir um DSP encadeado adequado para computações algébricas li- neares, tal como um DSP da família TMS320C4X de DSPs, comer- cializados pela Texas Instruments, Inc. Configurados com có- digo de programa apropriado, por exemplo, programa de compu- tador e/ou suporte lógico inalterado e dados armazenados, por exemplo, em um meio fisico de armazenamento 60, tal como uma memória de acesso aleatório (RAM), memória somente de leitura eletricamente apagável (EEPROM), disco magnético, ou similares, o computador 50 fornece um dispositivo 36 para gerar uma estimativa 35 de um parâmetro de filtro modal a partir dos valores de sinal digital 37. Partes do estimador de parâmetro de processo 40 podem também ser implementadas pelo computador 50 e código de programa associado. Por exem- plo, código de programa capaz realizar computações de álge- bra linear para implementação de um filtro modal, bem como código para geração de sinais digitais para acionamento o atuador 104, podem ser executados no computador 50.

Conforme supradescrito, o estimador de parâmetro de processo 40 da Figura 1 é configurado para receber sinais de movimento provenientes de transdutores de movimento, e é operativo para estimar um parâmetro de processo associado a um material que escoa através dos conduites 103A, 103B, de acordo com um parâmetro modal estimado 35. A Figura 3 ilus- tra uma modalidade, de acordo com a presente invenção, na qual o estimador de parâmetro de processo 40 inclui um fil- tro modal 44, o qual é operativo para filtrar sinais de mo- vimento 25 representativos da resposta fisica de um conduite 103, em resposta a uma estimativa 35a de um parâmetro de filtro modal suprida pelo estimador de parâmetro modal 30. O filtro modal 44 produz uma resposta modal 47 representativa de um mapeamento da resposta fisica a um domínio modal. Um acionador modal seletivo 48 responde ao filtro modal 44 e ao estimador de parâmetro modal 30, produzindo um ou mais si- nais de acionamento 43, de acordo com a resposta modal 47 e com um parâmetro de projeção de força 35b supridos pelo es- timador de parâmetro modal 30.

Um ou mais sinais de acionamento 43 podem ser pro- jetados para, preferencialmente, excitar um ou mais modos vibracionais do conduite 103, de forma a fornecer medições melhoradas. Dispositivos de estimativa de parâmetros de pro- cesso 46 geram uma estimativa 45 de um parâmetro de proces- so, por exemplo, fluxo de massa, densidade e similares, a partir de sinais de movimento 25 produzidos pelos transduto- res 105 por meio de, por exemplo, um circuito de determinação de vazão convencional de Coriolis, conforme descrito na Patente americana RE 31.450 de Smith, Patente americana 4.879.911 de Zolock, e Patente americana 5.231.884 de Zolock. Alternati- vamente, podería ser gerada uma estimativa de um parâmetro de processo a partir da resposta modal 47. A Figura 4 ilustra operações 400 para caracteriza- ção de um sensor de parâmetro, de acordo com um aspecto da presente invenção. Um conduite, tais como os conduites 103A, 103B da Figura 1, é excitado (bloco 410) . Por exemplo, uma excitação periódica pode ser aplicada ao(s) conduite(s) por meio de um ou mais atuadores, tal como o atuador 104 da Fi- gura 1. Os sinais de movimento representativos de uma res- posta física à excitação são recebidos (bloco 420). É gerada uma estimativa de um parâmetro modal, por exemplo, um parâ- metro de filtro modal, ou um parâmetro de projeção de força, a partir dos sinais de movimento recebidos (bloco 430). Por exemplo, pode ser estimado um parâmetro de filtro modal por meio de uma das técnicas MRMV ou AMF, descritas em detalhe a seguir, e pode ser determinado um projetor de força a partir dos parâmetros de filtro modal estimados.

Estimativa de Vetor Modal Recíproco Modificado De acordo com um aspecto da presente invenção, uma técnica de estimativa de vetor modal reciproco modificado (MRMVj usa uma função de resposta de frequência (FRF) de um sensor de parâmetro de conduíte vibratório para gerar uma estimativa de um parâmetro de filtro modal. Esta técnica po- de ser empregada in situ, por exemplo, como parte de um pro- cesso de inicialização do sensor de parâmetro. A técnica MRMV pode também ser usada, por exemplo, para atualizar in- termitentemente a estimativa do parâmetro de filtro modal, durante operação do sensor de parâmetro em um sistema de processamento de material, tal como uma unidade de processa- mento químico.

De acordo com a técnica MRMV, um conduíte do sen- sor é excitado, e as respostas das frequências corresponden- tes são medidas em uma pluralidade de localizações no condu- íte numa faixa de frequências. Pode ser usada uma variedade de técnicas de medição das respostas de frequência, tal como medições de varredura de seno coerente, ou medições de banda larga com utilização de técnicas de Transformação de Fourier Rápida (FTT). As medições das respostas de frequência são usadas para gerar uma matriz FRF que inclui a pluralidade de valores de resposta de frequência das frequências desejadas da pluralidade de localizações no conduíte. É identificado um polo para cada modo de interesse da estrutura de conduí- te, e é determinado um vetor com apenas um grau de liberdade (SDOF) para cada polo identificado. Um inverso da matriz FRF é multiplicado por um vetor SDOF associado a um modo de in- teresse, de forma a gerar um vetor modal reciproco para o modo de interesse. Os vetores modais recíprocos dos múlti- plos modos de interesse podem ser combinados para construir um filtro modal, o qual, quando aplicado aos sinais de movi- mento representativos de movimento do conduite no domínio físico, leva a uma estimativa de movimento correspondente em um domínio modal que inclui os modos de interesse. Informa- ção geral relativa às técnicas MRMV para análise estrutural estão descritas nas páginas 70-87 de uma dissertação intitu- lada "Investigação a Respeito de Filtros Modais Discretos para Aplicações a Dinâmicas Estruturais", por Stuart J.

Shelley, submetida à Divisão de Estudos e Pesquisa Graduada da Universidade de Cincinnati, 1991.

Com propósitos ilustrativos, foram estimados au- tovetores para fluximetros de massa Coriolis de conduite du- plos em forma de U modelo CMF300 (fabricado pela Micro Mo- tion, Inc. of Boulder Colorado) por meio de análise de ele- mentos finitos. Técnicas de modelamento de elementos finitos são bem conhecidas pelos técnicos habilitados e não fazem parte da presente invenção. O modelo de elementos finitos exemplar foi construído por meio de SDRCI-DEAS e analisado por meio de MSC/NASTRAN, um código de elemento finito dispo- nível pela MacNealWchwendler. Técnicos habilitados em mode- lamento por meio de elementos finitos reconhecem que outras ferramentas e técnicas de modelamento por meio de elementos finitos podem ser alternativamente usadas. Ver "Um Elemento Finito para Análise de Vibração de um Feixe T imeshenko de Transporte de Fluido", {Relatório A1AA 93-1552), para unais informação sobre modelamento de fluxímetros Coriolis por meio de elementos finitos.

Os autovetores identificados para o sensor simula- do CFM300 foram então reduzidos a três modos desejados, in- cluindo um modo de acionamento, um modo de torção e um modo de dobramento. Os valores de frequência ω e de amorteci- mento ζ naturais correspondentes foram então calculados para os três modos desejados: e Foram usadas três localizações de transdutores, incluindo um transdutor posicionado próximo ao centro da es- trutura de conduíte em forma de U e transdutores esquerdo e direito dispostos simetricamente próximos ao transdutor cen- tral .

De acordo com a técnica MRMV, é avaliada uma ma- triz FRF par uma estrutura preferivelmente em frequências próximas aos picos de ressonância da estrutura, jã que as relações sinal ruído nessas frequências são tipicamente su- periores às frequências nâo ressonantes. Mais preferivelmen- te, são determinados os valores de resposta de frequência nas frequências ressonantes estimadas e nos pontos de potên- cia média para os modos de interesse, bem como a uma fre- quência máxima na amplitude de frequência de interesse. Para o sensor CFM3QÜ simulado, a FRF H avaliada nas dez frequên- cias resultantes (incluindo uma frequência máxima de 500 Hz) é : Conforme mostrado, a matriz FRF H tem partes reais e imaginárias. Essas partes reais e imaginárias formam eon.....

juntos de equações independentes e, portanto, a matriz FRF H pode ser reestruturada como uma matriz 3 por 20, incluindo os valores reais empilhados nos valores imaginários.

Além da determinação de uma matriz FRF, a técnica MRMV inclui identificação de um polo, por exemplo, a deter- minação de frequência e amortecimento para cada modo de in- teresse. Em um sensor autocaracterizante, de acordo com a presente invenção, um polo pode ser identificado de inúmeras maneiras. Uma estimativa de polo pode ser gerada para um ti- po de sensor por meio, por exemplo, de um modelo de elemen- tos finitos, ou por um modelo agregado gerado por análise experimental de uma população de sensores. Alternativamente, pode ser gerada uma estimativa de polo para um sensor parti- cular pela excitação do sensor a uma frequência particular, medindo-se a resposta de frequência correspondente, e apli- cando-se uma de uma variedade de técnicas de ajuste de curva bem conhecidas para gerar uma estimativa do polo.

De acordo com a técnica MRMV, um polo identificado Xk é usado para gerar um vetor SDOF representativo de um mo- do &th de interesse, avaliado nas frequências usadas na ma- triz FRF: onde Conhecendo-se a matriz FRF H e o vetor SDOF para um modo de interesse, pode se determinar um vetor modal re- ciproco para o modo de interesse. Em particular, a matriz FRF, o vetor SDOF e o vetor modal recíproco para um modo kth de interesse são relacionados por: ou onde H1 ê uma matriz FRF H inversa generalizada.

Para o sensor CFM300 simulado supradescr ito, os vetores modais recíprocos modificados para os modos de do- bramento (ψι>) e torção {ψτ) (por meio de polos identificados pela análise de elementos finitos) são;

Conforme seria de se esperar, as saídas dos trans- dutores direito e esquerdo simetricamente dispostas em rela- ção ao sensor CFM300 simulado estão atribuindo pesos iguais a cada um dos vetores, enquanto o vetor do modo de dobramen- to atribui um peso maior à saída do transdutor central do que o vetor de modo de torção. Os vetores modais recíprocos modificados podem ser combinados para formar uma matriz de filtro modal que aproxima do comportamento da matriz de au- tovetor Φ supradescrita. A Figura 5 ilustra uma modalidade de um sensor de parâmetro autocaracterizante 5 que é operativa para utilizar uma técnica MEMV para estimar um parâmetro modal do sensor.

Um estimador de parâmetro modal 30 inclui um dispositivo de determinação de resposta de frequência 510 para geração de uma pluralidade de respostas de frequência para uma plurali- dade de localizações em um conduíte 103 numa faixa de fre- quências. O dispositivo de determinação de excitação 560 de- termina uma excitação aplicada ao conduíte 103, fornecendo um dispositivo de determinação de resposta de frequência 510 com uma medida da excitação aplicada ao conduite 103, tais que possam ser obtidas medições de resposta de frequência para uma pluralidade de localizações na montaqem do condui- te. Técnicos habilitados perceberão, entretanto, que o nível de excitação pode ser determinado de outras maneiras. Por exemplo, o nível de excitação pode ser assumido, ou pode ser derivado de um comando de acionamento para o atuador 104, originando os dispositivos de determinação de excitação 560, conforme ilustrado desnecessariamente na Figura 5. O dispositivo 520 de geração de uma matriz FRF 525 responde a um dispositivo de determinação de resposta de frequência 510, produzindo uma matriz FRF 525 que inclui va- lores de resposta de frequência numa pluralidade de frequên- cias (filas) numa pluralidade de localizações (colunas) no conduite 103. O dispositivo de geração de vetor SDOF 530 ge- ra um vetor SDOF 535 representativo de informação de fre- quência e amortecimento naturais de um polo do conduite 103, identificado por dispositivo de identificação de polo 540. O dispositivo de identificação de polo 540 pode responder ao dispositivo de determinação de resposta de frequência 510, por exemplo, produzindo uma estimativa de polo in situ por meio de uma de uma variedade de técnicas de identificação de polo bem conhecidas, conforme supradescrito. Alternativamen- te, o dispositivo de identificação de polo 540 pode identi- ficar um polo do conduite 103 por meio de uma técnica fora de linha, tal como modelamento de elementos finitos, confor- me supradescrito. Os dispositivos 550 para geração de uma estimativa de um parâmetro de filtro modal respondem aos dispositivos de geração de matriz FRF 520 e aos dispositivos de geração de vetor SDOF, gerando uma estimativa 35 de um parâmetro de filtro modal a partir da matriz FRF 525 e do vetor SDOF 535. Técnicos habilitados perceberão gue os dispositi- vos de determinação de excitação 560, os dispositivos de de- terminação de resposta de frequência 510, os dispositivos de identificação de polo 540, os dispositivos de geração de ve- tor SDOF 530, os dispositivos de geração de matriz FRF 520, e os dispositivos de geração de estimativa de parâmetro mo- dal 550 ilustrados na Figura 5 podem ser implementados, por exemplo, em um comutador ou outro dispositivo de processa- mento de dados, tal como o computador 50 ilustrado na Figura 2. Entender-se-á que, em geral, os dispositivos ilustrados na Figura 5 podem ser implementados por meio de hardware, programa de computador e suporte lógico inalterável de pro- pósitos especiais que rodem em um hardware de computador de propósitos especiais ou gerais, ou combinações dos mesmos. A Figura 6 ilustra operações 600 para estimativa de um parâmetro de filtro modal por meio de uma técnica MRMV, de acordo com a presente invenção. Um conduite é exci- tado numa faixa de frequências (bloco 610). Os sinais de mo- vimento representativos de uma resposta física à excitação em uma pluralidade de localizações do conduite são recebidos (bloco 620). Uma pluralidade de respostas de frequência é determinada para a pluralidade de localizações na faixa de frequências, a partir da pluralidade de sinais de movimento recebidos (bloco 630). É então gerada uma matriz FRF, a par- tir da pluralidade de respostas de frequência (bloco 640). É identificado um polo do conduíte (bloco 650), e é gerado um vetor SDOF do mesmo (bloco 660). É gerada uma estimativa de um parâmetro de filtro modal a partir da matriz FRF e do ve- tor SDOF (bloco 670). Técnicos habilitados perceberão que as medições de resposta de frequência supradescritas podem ser feitas de inúmeras maneiras. Por exemplo, pode ser feita uma varredura senoidal, na qual o conduite é excitado sequencialmente numa série de excitações periódicas substancialmente coerentes, com as medições de resposta de frequência sendo realizadas em cada frequência de excitação. Alternativamente, o condui- te pode ser excitado com uma excitação de banda larga com uma pluralidade de componentes periódicos com frequências em uma faixa de frequências, com medições de resposta de fre- quência sendo realizadas na faixa de frequências por meio de técnicas tais como as técnicas de Transformação de Fourier Rápida (FTT). Técnicos habilitados perceberão também que o processo de identificação de polo (bloco 650) pode ocorrer fora de linha, precedendo o processo de medição de resposta de frequência (bloco 630), ou pode ser realizado em resposta ao processo de medição de resposta de frequência, conforme supradescrito.

Filtragem Modal Adaptativa De acordo com um aspecto de filtro modal adaptati- vo da presente invenção, são interativamente geradas suces- sivas estimativas de um parâmetro de filtro modal, à medida que o sensor de parâmetro é operado in situ. Uma estimativa Λ inicial Ψk de um vetor de filtro modal (isto é, uma estima- tiva inicial dos coeficientes de filtro modal) é formada. A estimativa inicial pode ser um vetor nulo ou outros valores que, preferivelmente, não fiquem muito distantes do resulta- do desejado a ponto de conduzir a problemas de converqência.

Este vetor de filtro modal inicial é aplicado aos valores de movimento reais %k derivados de sinais de movimento recebi- dos de transdutores em uma montagem de conduite, produzindo Λ uma estimativa inicial ηk de uma resposta modal para o sen- sor. Um erro pode ser definido como uma diferença entre a resposta modal estimada e uma resposta modal "verdadeira" r\k para um tempo k: 0 erro ek podería ser usado para modificar o filtro Λ modal de forma a tornar a resposta modal estimada ηk confor- me a resposta modal verdadeira η*. Entretanto, a resposta modal verdadeira é geralmente desconhecida, de forma que seja usado um sistema modal de referência com uma resposta modal de referência η'* que seja altamente correlacionada com o comportamento modal verdadeiro de um sensor tipo con- duite vibratório, de acordo com a presente invenção, para fornecer informação para ajuste de um parâmetro de filtro modal. 0 sistema modal de referência pode ser gerado a par- tir de um modelo SDOF, construído a partir de um polo para um modo de interesse do sistema. Um modelo de sistema SDOF de tempo continuo para um sistema modal de referência é dado por : onde 7jr é a resposta modal de referência. A equação (4) pode ser convertida em uma forma discreta adequada para implementação em um computador digi- tal : onde f é uma excitação aplicada ao conduíte, por exemplo, uma força, ou alguma medida de força, tal como uma corrente do atuador. A equação (5) pode ser aplicada a uma série de etapas de tempo para minimizar o erro e*, gerando sucessiva- mente estimativas modificadas Ψ * do vetor de filtro modal.

Uma solução pode ser obtida por meio de uma técnica dos mí- nimos quadrados (LMS). Diversas técnicas LM5 podem ser usa- das, tais como técnicas LMS normalizadas ou outras técnicas adaptativas, tais como filtros de rede, filtros Kalman ou métodos dos mínimos quadrados.

De acordo com uma técnica exemplar, um erro qua- drado e‘lk é minimizado. É calculada uma estimativa de um A gradiente do erro V k, para uma amostra de tempo At h, e o ÍK vetor de filtro modal estimado Ψk é ajustado, de forma tal que um redutor no gradiente V * seja tomado para reduzir o A erro ezk. A estimativa Vk do gradiente é dada por: A A cada interação, Ψ k é ajustado, subtraindo-se ura pequeno múltiplo do gradiente, onde p é um ganho adaptativo, o qual geralmente determina a velocidade e estabilidade de convergência.

Para um caso de multientradas, a reposta de um mo- do pode ser vista como decorrente de múltiplas forças de en- trada. O efeito de cada uma dessas forças de entrada pode ser descrito por meio de um vetor desconhecido de coeficien- tes de apropriação de força geralmente complexos {i}. Ura mo- delo de referência para um caso desse é dado por: onde {fk} é um vetor de forças aplicadas. O sistema de refe- rência é acionado com uma força modal que inclui uma soma de forças de entrada {fk} ponderadas pelos coeficientes de apropriação de força {1}. Uma coordenada modal de referência correspondente pode ser gerada pelo acionamento de At mode- los de referência: por Nx forças desponderadas e por meio de um vetor de apro- priação ti} para formar uma média ponderada das coordenadas modais de referência AJ<: A resposta de coordenada modal escalar "total" r)rk é deriva- da de um produto interno do vetor de participação modal {1} e do vetor de coordenas moda is escalares parciais {ηίϊ!;<} as- sociadas às forças de entrada individuais.

Um erro de filtro modal de multientradas é então dado por;

Desta forma, a solução do problema leva tanto ao vetor de filtro raodal {ψ} e à apropriação de força como ao vetor de participação modal {!}. Uma solução trivial a ser evitada é a solução do zero erro, em que tanto o vetor de filtro modal {ψ} como um vetor de apropriação de força {1} são nulas. Is- to pode ser conseguido pela normalização de um dos coefici- entes a um número predeterminado, tal como a unidade. Por exemplo, se 1; for normalizado pela unidade, a equação (11) fica: Esta aproximação apresenta um inconveniente potencial que, se o coeficiente I; for próximo de zero, o problema pode ser mal conduzido e resultados imprecisos podem ser obtidos. Uma so- lução alternativa envolve a imposição de uma limitação de modelo ao vetor de solução, onde, por exemplo, o modelo do vetor de so- lução fica limitado à unidade. Esta aproximação evita o problema de má condução, mas pode ser mais sensível a ruído nos dados medidos. A Figura ? ilustra uma modalidade de um sensor de parâmetro 5 que utiliza uma técnica de filtro modal adapta- tiva, de acordo com a presente invenção. Uma excitação é aplicada ao conduíte 103, por meio de um ou mais atuadores 104, e os transdutores 105 produzem sinais de movimento em resposta à mesma. Um estimador de parâmetro modal 30 inclui um dispositivo de determinação de excitação 710 para deter- minação da excitação aplicada ao conduíte 103. A excitação determinada é aplicada ao dispositivo 720 para geração de uma resposta modal de referência 725, isto é, a resposta de um sistema modal de referência. Os dispositivos 730 para ge- ração de uma estimativa da resposta modal do sensor, por exemplo, um filtro modal estimado, respondem ao transdutor 104, produzindo uma resposta modal estimada 735, de acordo com uma estimativa 745 de um parâmetro de filtro modal suprido ao mesmo. Os dispositivos 750 são providos para determinação de um erro 755 da resposta mo- dal estimada 735, em relação à resposta modal de referência 725.

Os dispositivos 740 são providos para geração de uma estimativa 745 do parâmetro de filtro modal de acordo com o erro 755. Técnicos habilitados perceberão gue os dispositi- vos de determinação de excitação 710, os dispositivos de ge- ração de resposta modal de referência 720, os dispositivos de geração de estimativa de resposta modal 730, os disposi- tivos de determinação de erro 750, e os dispositivos de ge- ração de estimativa de parâmetro de filtro modal 740 ilus- trados na Figura 7 podem ser implementados, por exemplo, em um computador, ou outros dispositivos de processamento de dados, tal como o computador 50, ilustrado na Figura 2. En- tender-se-á gue, em geral, os dispositivos ilustrados na Fi- gura 7 podem ser implementados por meio de hardware, progra- ma de computador ou suporte lógico inalterável de propósitos especiais que rodem em hardware de comutador de propósitos especiais ou gerais, ou em combinação dos mesmos. A Figura 8 ilustra operações 800 por meio de fil- tro modal adaptativo para gerar uma estimativa de um parâme- tro de filtro modal. É determinada uma excitação aplicada a um conduite do sensor (bloco 810), e a excitação determinada é aplicada a um sistema modal de referência para gerar uma resposta modal de referência (bloco 820). Um filtro modal é aplicado aos sinais de movimento representativos de uma res- posta do conduite do sensor à excitação aplicada para gerar uma resposta modal estimada de acordo com uma estimativa do parâmetro de filtro modal (bloco 830). Uma nova estimativa do parâmetro de filtro modal é gerada, baseada em um erro da resposta modal estimada em relação à resposta modal de refe- rência (bloco 840) . Se o erro não satisfizer um critério predeterminado (bloco 850), por exemplo, se o erro ou alguma forma do mesmo for maior do que um valor limite predetermi- nado, as operações dos blocos 810-840 são repetidas, até que o critério seja satisfeito. A Figura 9 ilustra um outro aspecto da presente invenção, em particular, as operações 900 para geração de uma estimativa de um parâmetro de filtro modal, no qual ci- clos computacionais discretos são realizados ao longo das linhas da equação (5) anterior. É gerada uma estimativa ini- cial do parâmetro de filtro modal (bloco 905) . É determinada a excitação aplicada ao conduite do sensor para um tempo k (bloco 910), e é gerado um valor de resposta modal de refe- rência ηkr do mesmo (bloco 915) . Os sinais de movimento re- presentativos do movimento do conduíte do sensor no domínio físico são recebidos (bloco 920), é determinado um valor de movimento χk (bloco 925) e é gerado um valor de resposta modal estimada ηk do mesmo (bloco 930). É então determinado um erro da resposta modal estimada em relação às respostas modais de referência (bloco 935), e é gerada uma nova esti- mativa do parâmetro modal, com base no erro (bloco 940) por meio, por exemplo, da equação (7) anterior. Se o erro não satisfizer o critério predeterminado, por exemplo, se ele tiver uma magnitude superior à do valor limite predetermina- do, o processo de estimativa é repetido (blocos 945-950 e blocos 910-940), até que o critério predeterminado seja sa- tisfeito .

Entender-se-á que os blocos ou combinações de blo- cos nas ilustrações dos fluxogramas das Figuras 4, 6 e 8-9 podem ser implementados por meio de códigos de programa de leitura por computador, por exemplo, instruções de programa e/ou dados operados em um computador ou processador de da- dos, tal como o computador 50, ilustrado na Figura 2. Na forma aqui usada, o código de programa de leitura por compu- tador pode incluir, apesar de não estar limitado a detalhes como comandos de sistema operacional (por exemplo, código de objeto), instruções de linguagem de alto nível, e similares, bem como dados que possam ser lidos, acessados ou utilizados de uma outra maneira, em combinação com tais instruções de programas. O código de programa pode ser carregado em um com- putador ou aparelho de processamento de dados similar que inclua, apesar de não estar limitado, um microprocessador, um microcontrolador, um processador de sinal digital (DSP) ou similares. A combinação do código de programa e computa- dor pode fornecer um aparelho que seja operativo para imple- mentar uma função ou funções especificadas em um bloco ou blocos das ilustrações de fluxograma. Similarmente, o código de programa pode ser carregado em um computador ou disposi- tivo de processamento de dados, de forma tal que o código de programa e computador forneça meios para execução da função ou funções especificadas em um bloco ou blocos do fluxogra- ma .

Um código de programa pode também ser armazenado em um meio de armazenamento de leitura por computador, tal como um disco ou fita magnética, uma memória de bolhas, um dispositivo de memória programável, tal como uma memória so- mente de leitura programável eletricamente apagável (EEPROM), ou similares. 0 código de programa armazenado pode direcionar o computador que acessa o meio de armazenamento para funcionar de maneira tal que o código de programa arma- zenado no meio fisico de armazenamento forme um artigo de fabricação que inclua meios de código de programa para im- plementação da função ou funções especificadas em um bloco ou blocos do fluxograma. 0 código de programa pode também ser carregado em um computador para fazer com que uma série de etapas operacionais seja realizada, implementando-se as- sim um processo tal que o código de programa, juntamente com o computador, forneça as etapas para implementação das fun- ções especificadas em um bloco ou blocos do fluxograma. Des- sa forma, os blocos da ilustração do fluxograma suportam aparelhos operativos para realizar as funções especificadas, combinações de meios de realização das funções especifica- das, combinações das etapas que realizam as funções especi- ficadas e meios de código de programa de leitura por compu- tador incorporados em um meio de armazenamento de leitura por computador para realização das funções especificadas.

Entender-se-á que, em geral, cada bloco das ilus- trações do fluxograma, bem como combinação de blocos nas ilustrações de fluxograma, podem ser implementados por meio de hardware, programa de computador e suporte lógico inalte- rável de propósitos especiais que rodem em um computador de propósito especifico, geral, ou combinações dos mesmos. Por exemplo, as funções dos blocos das ilustrações do fluxograma podem ser implementadas por meio de um circuito integrado de aplicação especifica (ASIC), chip de um conjunto genérico de portões lógicos, ou dispositivo de propósito especial, ou por instruções de programa e de dados carregados e executa- dos por um microprocessador, microcontrolador, DSP ou outro dispositivo de computação de propósito geral.

Conforme aqui descrito, o sensor de parâmetro de conduite vibratório, por exemplo, um fluximetro Coriolis, densimetro de tubo vibratório, ou similares, inclui um esti- mador de parâmetro modal, que é operativo para estimar um parâmetro modal do sensor em resposta aos sinais de movimen- to produzidos pelos transdutores do sensor. Um parâmetro mo- dal pode ser estima por meio de inúmeras técnicas. Por exem- plo, um parâmetro de filtro modal pode ser estimado por meio de uma técnica de estimativa de vetor modal reciproco modi- ficado (MRMV) ou de uma técnica de filtro modal adaptativa.

Um parâmetro de filtro modal estimado pode ser usado para gerar um parâmetro de projeção de força para seletivamente excitar um ou mais modos de uma conduite do sensor. Essas técnicas podem ser modificadas de maneira adicionais dentro do escopo da presente invenção Por exemplo, medições melho- radas podem ser obtidas pela utilização de filtro modal es- timado e parâmetros de projeção para excitar preferencial- mente um modo do conduite do sensor, de forma tal que esti- mativas mais precisas desse modo, por exemplo, estimativas de polo, estimativas de resposta de frequência, e similares, possam ser obtidas e, por sua vez, usadas para gerar estima- tivas de parâmetro modal ainda mais precisas.

Os desenhos e a especificação do presente pedido descrevem modalidades da invenção. Embora sejam empregados termos específicos, eles são usados num sentido genérico e descritivo apenas, e não com propósitos de limitação. Espe- ra-se que técnicos habilitados possam e façam uso ou comer- cializem modalidades que estejam dentro do escopo das rei- vindicações, tanto literalmente como dentro da Doutrina de Equivalência.

Claims (27)

1. Dispositivo destinado à medição de um parâmetro de processo de um material, tendo um conduite (103A-103B) através do qual um material escoa, um acionador (104) afixa- do ao dito conduite (103A-103B) para vibrar o conduite (103A-103B), e uma pluralidade de transdutores de movimento (105-105') afixada ao dito conduite (103A-103B), os quais são operativos para produzir uma pluralidade de sinais de movimento representativa do movimento em uma pluralidade de localizações no dito conduite, o dito dispositivo compreen- dendo : um primeiro conjunto de circuitos (30), que é con- figurado para receber a pluralidade de sinais de movimento e operativo para estimar um parâmetro modal (35) a partir da pluralidade de sinais de movimento recebida, o parâmetro mo- dal relacionando o comportamento do dito conduite (103A-103 B) ao comportamento de um sistema com apenas um grau de li- berdade (SDOF); e CARACTERIZADO por um segundo conjunto de circuitos (40), configurado para receber a pluralidade de sinais de movimento provenien- te da dita pluralidade de transdutores de movimento, para receber o dito parâmetro modal (35) proveniente do dito pri- meiro conjunto de circuitos (30), e para estimar um parâme- tro de processo (45) para o dito material a partir da plura- lidade de sinais de movimento recebida de acordo com o parâ- metro modal estimado.

2. Dispositivo de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de o primeiro conjunto de circuitos (30) compreender um conjunto de circuitos configurado para gerar uma estimativa de um parâmetro de filtro modal.

3. Dispositivo de acordo com a reivindicação 2, CARACTERIZADO pelo fato de o dito conjunto de circuitos con- figurado para gerar uma estimativa de um parâmetro de filtro modal compreender: um conjunto de circuitos, gue responde à plurali- dade de transdutores de movimento, o qual é configurado para determinar uma pluralidade de respostas de frequência para a pluralidade de localizações numa faixa de frequência a par- tir da pluralidade de sinais de movimento; e um conjunto de circuitos, que responde ao dito conjunto de circuitos configurado para determinar uma plura- lidade de respostas de frequência, configurado para gerar uma estimativa de um parâmetro de filtro modal a partir da pluralidade de respostas de frequência determinada.

4. Dispositivo de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de o dito acionador (104) ser opera- tivo para excitar o dito conduite (103A-103B) numa excitação periódica coerente com uma frequência de excitação, e onde o dito conjunto de circuitos configurado para gerar uma plura- lidade de respostas de frequência compreende um dispositivo para determinação de uma pluralidade de valores de resposta de frequência na dita frequência de excitação para a dita pluralidade de localizações.

5. Dispositivo de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de o dito acionador (104) ser opera- tivo para excitar o dito conduíte (103A-103B) com uma exci- tação compreendendo uma pluralidade de componentes periódi- cos, onde um entre a pluralidade de componentes periódicos ter uma respectiva frequência associada ao mesmo, e onde as ditas frequências dos ditos componentes periódicos são dis- tribuídas na dita faixa de frequências, e onde o dito dispo- sitivo de determinação de uma pluralidade de respostas de frequência compreende um dispositivo para determinação de uma pluralidade de valores de resposta de frequência na fai- xa de frequência.

6. Dispositivo de acordo com a reivindicação 3, CARACTERIZADO pelo fato de o dito conjunto de circuitos con- figurado para qerar uma estimativa de um parâmetro de filtro modal compreender: um conjunto de circuitos (520), que responde ao dito dispositivo de qeração de uma pluralidade de respostas de frequência, confiqurado para qerar uma matriz função de resposta de frequência (FRF) a partir da pluralidade de res- postas de frequência; um conjunto de circuitos (540), que responde ao dito dispositivo de qeração de uma matriz FRF, confiqurado para identificar um polo correspondente a um modo do sensor; um conjunto de circuitos (530), que responde ao dito dispositivo de identificação de um polo, confiqurado para qerar um vetor SDOF a partir do polo identificado; e um conjunto de circuitos (550), que responde ao dito conjunto de circuitos confiqurado para qerar uma matriz FRF e ao conjunto de circuitos confiqurado para qerar um ve- tor SDOF, configurado para gerar uma estimativa de um parâ- metro de filtro modal a partir da matriz FRF estimada e do vetor SDOF estimado.

7. Dispositivo de acordo com a reivindicação 2, CARACTERIZADO pelo fato de o dito conjunto de circuitos con- figurado para gerar uma estimativa de um parâmetro de filtro modal compreender: um conjunto de circuitos configurado para determi- nar uma excitação aplicada ao dito conduite; um conjunto de circuitos (710), gue responde ao dito dispositivo de determinação de excitação, configurado para gerar uma resposta modal de referência para a excitação determinada; um conjunto de circuitos (720), que responde à di- ta pluralidade de transdutores de movimento, configurado pa- ra gerar uma resposta modal estimada a partir da pluralidade de sinais de movimento de acordo com uma estimativa do parâ- metro de filtro modal; e um conjunto de circuitos (740), que responde ao dito dispositivo de geração de uma resposta modal de refe- rência e ao dito dispositivo de geração de uma resposta mo- dal estimada, configurado para gerar uma nova estimativa do parâmetro de filtro modal baseado em um erro da resposta mo- dal estimada em relação à resposta modal de referência.

8. Dispositivo de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de o dito segundo conjunto de cir- cuitos (40) compreender um conjunto de circuitos configurado para gerar uma estimativa de um parâmetro de projeção de força que relaciona uma força em um sistema SDOF a uma exci- tação do dito conduite, e o dito acionador respondendo ao dito conjunto de circuitos configurado para gerar uma esti- mativa de um parâmetro de projeção de força e operativo para aplicar um sinal de acionamento ao dito atuador em resposta a um comando de força modal de acordo com a estimativa do parâmetro de força gerado.

9. Dispositivo de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de o dito segundo conjunto de cir- cuitos compreender um dispositivo de estimativa de fluxo de massa.

10. Método in situ de caracterização de um sensor, incluindo um conduite (103A-103B), configurado para conter material proveniente de um sistema de processamento de mate- rial (1), e uma pluralidade de transdutores (105-105') ope- rativamente associada ao conduite (103A - 103B), o método sendo CARACTERIZADO por compreender as etapas de: excitar (410) o conduite; receber (420) uma pluralidade de sinais de movi- mento provenientes da pluralidade de transdutores de movi- mento, a pluralidade de sinais de movimento representativa do movimento em uma pluralidade de localizações no conduite em resposta à excitação; e gerar (430) um parâmetro modal estimado com um es- timador de parâmetro modal para o sensor (5) a partir da pluralidade de sinais de movimento recebidos, em que o parâ- metro modal estimado relaciona o comportamento do conduite ao comportamento de um sistema com um único grau de liberda- de (SDOF); e proporcionar uma estimativa de parâmetro de pro- cesso com um estimador de parâmetro de processo, responsivo ao estimador de parâmetro modal para o sistema de processamento de material a partir da pluralidade de sinais de movimento recebida de acordo com o parâmetro modal esti- mado .

11. Método de acordo com a reivindicação 10, CARACTERIZADO pelo fato de a dita etapa de gerar uma estima- tiva de um parâmetro modal compreender a etapa de gerar uma estimativa de um parâmetro de filtro modal relacionando o movimento do conduite ao movimento de um sistema SDOF.

12. Método de acordo com a reivindicação 11, CARACTERIZADO pelo fato de: a dita etapa de excitar (410) compreender a etapa de excitar (610) o conduite numa faixa de frequências; e onde a dita etapa de gerar (420) uma estimativa de um parâmetro de filtro modal compreende as etapas de: determinar (630) uma pluralidade de respostas de frequência para a pluralidade de localizações na faixa de frequências a partir da pluralidade de sinais de movimento recebida; e gerar (670) uma estimativa de um parâmetro de fil- tro modal para o sensor a partir da pluralidade de respostas de frequência determinada.

13. Método de acordo com a reivindicação 12, CARACTERIZADO pelo fato de: a dita etapa de excitar (410) compreender a etapa de excitar (610) o conduíte com uma excitação periódica coe- rente com uma primeira frequência de excitação; onde a dita etapa de receber compreende a etapa de receber uma primeira pluralidade de sinais de movimento re- presentativa do movimento do conduíte enquanto o conduite é excitado na primeira frequência de excitação; onde a dita etapa de determinar (420) uma plurali- dade de respostas de frequência compreende a etapa de deter- minar uma primeira pluralidade de valores de resposta de frequência na primeira frequência de excitação para a plura- lidade de localizações a partir da primeira pluralidade de sinais de movimento; onde a dita etapa de excitar (410) adicionalmente compreender a etapa de excitar (610) o conduite com uma ex- citação periódica coerente, com segunda frequência de exci- tação ; onde a dita etapa de receber compreende adicional- mente a etapa de receber uma segunda pluralidade de sinais de movimento representativos de movimento do conduite en- quanto o conduite é excitado na segunda frequência de exci- tação; e onde a dita etapa de determinar uma pluralidade de respostas de frequência compreende adicionalmente a etapa de determinar uma segunda pluralidade de valores de resposta de frequência na segunda frequência de excitação para a plura- lidade de localizações a partir da segunda pluralidade de sinais de movimento.

14. Método de acordo com a reivindicação 13, CARACTERIZADO pelo fato de: a dita etapa de excitar (410) compreender a etapa de aplicar uma excitação que compreende uma pluralidade de componentes periódicos, onde um respectivo entre os compo- nentes periódicos ter uma respectiva frequência associada ao mesmo, e onde as frequências dos componentes periódicos são distribuídas na faixa de frequências; onde a dita etapa de receber compreende a etapa de receber uma pluralidade de sinais de movimento representati- va do movimento do conduíte enquanto o conduíte é excitado, com a excitação compreendendo uma pluralidade de componentes periódicos; e onde a dita etapa de determinar uma pluralidade de respostas de frequência compreende a etapa de determinar uma pluralidade de valores de respostas de frequência para a pluralidade de localizações na faixa de frequências.

15. Método de acordo com a reivindicação 13, CARACTERIZADO pelo fato de a dita etapa de gerar (430) uma estimativa de um parâmetro de filtro modal compreender as etapas de: gerar (640) uma matriz função resposta de frequên- cia (FRF) a partir da pluralidade de respostas de frequên- cia; identificar (650) um polo correspondente a um modo do sensor; gerar (660) um vetor SDOF a partir do polo identi- ficado; e gerar (670) uma estimativa de um parâmetro de fil- tro modal a partir da matriz FRF estimada e do vetor SDOF estimado.

16. Método de acordo com a reivindicação 12, CARACTERIZADO pelo fato de a dita etapa de gerar (430) uma estimativa de um parâmetro de filtro modal compreender as etapas de: determinar (910) uma excitação aplicada ao condui- te; aplicar (925) a excitação determinada a um sistema modal de referência para gerar uma resposta modal de refe- rência; aplicar (930) um filtro modal à pluralidade de si- nais de movimento para gerar uma resposta modal estimada de acordo com uma estimativa do parâmetro de filtro modal; e gerar (940) uma nova estimativa do parâmetro de filtro modal baseada em uma diferença entre a resposta modal estimada e a resposta modal de referência.

17. Método de acordo com a reivindicação 16, CARACTERIZADO pelo fato de as ditas etapas de determinar, aplicar e gerar serem repetitivamente realizadas até que um erro da resposta modal estimada em relação à resposta modal de referência satisfaça um critério predeterminado.

18. Método de acordo com a reivindicação 10, CARACTERIZADO pelo fato de compreender as etapas de: gerar (915) um valor de resposta modal de referên- cia; gerar (920) uma estimativa do parâmetro de filtro modal; determinar (925) um valor de movimento para um instante de tempo; gerar (930) um valor de resposta modal estimado a partir da estimativa do parâmetro de filtro modal e do valor de movimento; determinar (935) um erro do valor de resposta mo- dal estimado em relação ao valor de resposta modal de refe- rência; e gerar (940) uma nova estimativa do parâmetro de filtro modal a partir da estimativa prévia do parâmetro de filtro modal, do valor de movimento e do erro determinado.

19. Método de acordo com a reivindicação 16, CARACTERIZADO pelo fato de as ditas etapas de gerar um valor de resposta modal, determinar um valor de movimento, gerar um valor de resposta modal estimado, determinar um erro, e gerar uma nova estimativa do parâmetro de filtro modal serem realizadas repetitivamente até que um erro de um valor de resposta modal estimado em relação a um valor de resposta modal de referência satisfaça um critério predeterminado.

20. Método de acordo com a reivindicação 10, CARACTERIZADO adicionalmente pelo fato de compreender a eta- pa de determinar a excitação aplicada ao conduite, e onde a dita etapa de estimar um parâmetro modal compreende a etapa de estimar um parâmetro modal a partir da excitação determi- nada e da pluralidade de sinais de movimento.

21. Método de acordo com a reivindicação 10, CARACTERIZADO pelo fato de o sensor incluir um atuador ope- rativamente associado ao conduite, onde a dita etapa de ex- citar compreende a etapa de excitar o conduíte com o atua- dor.

22. Método de acordo com a reivindicação 10, CARACTERIZADO pelo fato de a dita etapa de gerar uma estima- tiva de um parâmetro modal compreender a etapa de gerar uma estimativa de um parâmetro de projeção de força, a qual re- laciona uma força em um sistema SDOF a uma excitação aplica- da ao conduite.

23. Método de acordo com a reivindicação 20, CARACTERIZADO pelo fato de que a dita etapa de excitar com- preende a etapa de excitar o conduite de acordo com a esti- mativa da transformação de força gerada.

24. Método de acordo com a reivindicação 10, CARACTERIZADO pelo fato de a dita etapa de excitar ser pre- cedida pela etapa de estimular uma pluralidade de modos do sensor; e onde a dita etapa de excitar compreende a etapa de aplicar uma excitação ao conduite que é operativo de forma a excitar preferencialmente um dos modos estimados.

25. Método de acordo com a reivindicação 10, CARACTERIZADO pelo fato de a dita etapa de gerar uma estima- tiva de um parâmetro modal ser seguida pelas etapas de: conter um material proveniente do sistema de pro- cessamento de material no conduite; receber uma pluralidade de sinais de movimento proveniente da pluralidade de transdutores de movimento; e gerar uma estimativa de um parâmetro de processo para o sistema de processamento de material em resposta à estimativa do parâmetro modal.

26. Método de acordo com a reivindicação 23, CARACTERIZADO pelo fato de a dita etapa de gerar um parâme- tro de processo compreender a etapa de estimar o fluxo de massa através do conduite.

27. Método de acordo com a reivindicação 24, CARACTERIZADO pelo fato de a dita etapa de gerar uma estima- tiva de um parâmetro de processo ser seguida pelas etapas de: gerar uma nova estimativa do parâmetro modal; conter um material proveniente do sistema de pro- cessamento de material no conduite; receber uma pluralidade de sinais de movimento proveniente da pluralidade de transdutores de movimento; e gerar uma estimativa de um parâmetro de processo, em resposta à nova estimativa do parâmetro modal.