CN1179200C - 估计传感器过程参数的方法和过程参数传感器的电子设备 - Google Patents

Abstract

估计与包含在振动结构(3)中的材料相关的过程参数。接收表示在振动结构上的许多位置(5A-5D)的运动的许多运动信号(605)。应用力滤波器(610)对所接收的许多运动信号(605)进行力滤波以产生识别由作用在振动结构上的许多力中所研究的力引起的运动的力滤波的运动信号(615)。从该力滤波的运动信号中估计与包含在该振动结构(3)中的材料相关的过程参数(625)。

Description

估计传感器过程参数的方法和过程参数传感器的电子设备

发明领域

本发明涉及传感器及类似的结构的分析，更具体地说涉及过程参数传感器比如质量流量计以及相关方法和计算机程序产品。

发明的背景技术

许多传感器应用涉及检测机械振动或其它的运动。应用这种运动检测的传感器的实例包括科里奥利质量流量计和振动管密度计。这些装置通常包括周期性地驱动(即振动)的管道或其它的管。由于通常通过组合所涉及的管道或导管结构和包含在其中的材料的质量和刚度特性影响对材料填充的系统的振动的振动模式，因此通过处理来自设置在容积结构上的运动传感器的信号可以确定与包含在该管道或导管中的材料相关特性比如质量流量、密度等。

典型的科里奥利质量流量计包括一个或多个管道，这些管道与在该系统中的管线或其它的传输系统串联并传输材料例如液体、泥浆等。每个管道可以看作具有一组自然振动模式例如简单弯曲、扭曲、径向和耦合模式。在典型的科里奥利质量流量计测量应用系统中，当材料流经该管道时以它的自然谐振模式中的一种谐振频率激励每个管道。通常通过以周期方式使该管道摄动的致动器(例如机电装置比如音圈型驱动器)进行激励。实例性的科里奥利流量计描述在授予给Smith的美国专利US4,109,524、授予给Smith等人的US4,491,025和授予给Smith等人的Re31,450中。

通常使用的典型的科里奥利质量流量计包括形成平行的材料通路的平行的U-形管。通过在管道的顶点附近连接在管道之间的音圈致动器驱动该管道。施加到致动器的周期性的驱动信号以相反的周期模式激励该管道。当基本为零的流量流经管道时，沿着管道的点趋于以大致相同的相位振动。然而，当材料流经管道时，材料流产生的科里奥利力使在沿着管道长度上在空间上不同的点之间产生相移，管道入口端的相位通常滞后于驱动器，而管道出口端的相位通常领先于驱动器。在管道上的两个位置之间产生的相移大致与流经管道的材料流的质量流率成比例。通常通过测量分别放置在管道的入口端和出口端附近的第一和第二运动传感器在质量流量计的激振频率下所产生的运动信号之间的相移来测量这种相移。

然而，这种相移测量的精度通常包括在该管道结构的中的非线性和非对称性以及由外力所造成的对相移不希望的影响，这些外力比如由连接到流量计的压缩器和泵所产生的力以及由流经流量计的材料流所施加的压力。通常通过应用平衡的流量计设计来减少外部振动的影响和通过应用频域滤波器(例如用于滤去远离激振频率的运动信号的分量的带通滤波器)来补偿这些力的影响。然而，机械滤波通常受到机械方向的限制比如材料限制、安装限制、重量限制、尺寸限制等，而频率滤波对于消除在激振频率附近的不希望的振动的影响是无效的。

发明概述

根据前文的描述，本发明的一个目的是提供一种能够更精确地测量与包含在振动管道或导管中的材料相关的过程参数的方法和装置。

本发明的另一个发明目的是提供一种能够提供更精确的结构运动特性的装置、方法和计算机程序产品。

通过该装置、方法和计算机程序产品根据本发明提供这些目的和其它的目的、特征和优点，这些装置、方法和计算机程序产品应用一种力滤波器，这种力滤波器接收表示管道、导管或其它的机械结构的运动信号并用于产生力滤波运动信号，这个力滤波运动信号识别作用在该结构上的许多力中的感兴趣的力所产生的运动。在过程参数传感实施例中，可以应用力滤波运动信号估计过程参数比如与包含在管道或导管中的材料相关的质量流量或密度。在另一实施例中，应用附加的模式通过和/或通带滤波来产生例如可以用于过程参数估计的空间和/或时间滤波运动信号。

通过如下的方式实现本发明：用于滤去由所选择的作用在结构上的力所产生的运动的力滤波器可以从该结构的模态分析中得出，因此除了单纯的模态响应识别以外还可以实施模态分析。此外，还可以将这种力滤波器与模态和时间滤波技术相结合以改进运动检测的精度。

根据本发明的一个实施例，估计与包含在振动结构中的材料相关的过程参数。接收表示在振动结构的许多位置上的运动的许多运动信号。应用力滤波器对所接收的许多运动信号进行滤波以产生识别作用在振动结构上的许多力中所研究的力所产生的运动的力滤波运动信号。从力滤波运动信号中估计与在振动结构中的材料相关的过程参数。可取的是，从所接收的许多运动信号中产生许多运动信号值，力滤波包括将力滤波矩阵应用到许多运动信号值以产生力滤波运动信号值的步骤。然后从力滤波运动信号值中估计过程参数比如质量流量和密度等。根据本发明的一个方面，力滤波矩阵表示用于振动结构的频率响应函数矩阵、力选择性矩阵和频率响应函数矩阵的逆阵的乘积。

依据本发明的一个实施例，力滤波器可以表示在所研究的频率例如驱动模式谐振频率下所估计的频率函数。从在所研究的频率下的力滤波的运动信号中估计过程参数。所接收的运动信号可以表示在所研究的频率下响应对该结构的激励的运动。

根据其它的实施例，力滤波与时间滤波(频率)和模态滤波相结合。例如，可以在力滤波的运动信号中应用带通滤波器(例如在所研究的频率比如驱动模式谐振频率周围具有通带的滤波器)来产生时间滤波的运动信号。然后在所研究的频率下从时间滤波的运动信号中估计过程参数。在另一个实施例中，对许多运动信号应用力滤波器和模态分解器(例如“模式通过”滤波器)相结合以产生识别与所研究的谐振模式相关的结构的运动的空间和时间滤波的运动信号，然后从空间和时间滤波运动信号中估计过程参数。力、时间和模态滤波还可以结合使用。

根据其它的实施例，估计施加到结构的许多力中所感兴趣的力所产生的运动。对该表示该结构的运动的运动信号进行力滤波以产生识别由所研究的力所产生的运动的经力滤波的运动信号。可取的是，力滤波包括将力滤波矩阵应用到从运动信号中产生的运动信号值以产生力滤波运动信号值。力滤波矩阵表示该结构的频率响应函数矩阵、力选择性矩阵和频率响应函数矩阵的逆阵的乘积。

根据其它的实施例，过程参数传感器包括包含有材料的结构和与该结构相连并用于产生表示该结构的运动的许多运动信号的许多运动换能器。力滤波器响应许多运动信号并用于从其中产生识别在作用在该结构上的许多力中的所研究的力所产生的运动的力滤波运动信号。过程参数估计器用于响应该力滤波运动信号估计与在该结构中的材料相关的过程参数。可取的是，该传感器包括从许多运动信号中产生许多运动信号值的装置，该力滤波器包括将力滤波矩阵应用到许多运动信号值中以产生力滤波运动信号值的装置，以及该过程参数估计器包括从该力滤波运动信号值中估计过程参数的装置。力滤波矩阵可以表示该结构的频率响应函数矩阵、力选择性矩阵和频率响应函数矩阵的逆阵的乘积。

本发明的一方面是一种从所接收的许多运动信号中估计材料的过程参数的方法，该运动信号由固定在所说的材料流经的振动结构上的传感器产生，其中所说的许多运动信号表示在许多位置上的运动，该方法包括如下的步骤：

响应接收所说的许多运动信号从所接收的许多运动信号中产生许多运动信号值；

所说的方法的特征在于如下的步骤：

将力滤波矩阵应用到许多运动信号值以产生力滤波的运动信号值，其中所说的力滤波矩阵表示至少振动结构的频率响应函数矩阵和频率响应函数矩阵的逆阵的乘积；以及

从该力滤波的运动信号中估计与在振动结构中的材料相关的过程参数。

另一方面是估计所说的过程参数的所说的步骤包括如下的步骤：

从力滤波的运动信号值中估计过程参数。

另一方面是该力滤波矩阵表示振动结构的频率响应函数矩阵、衰减由不希望的外部力所引起的响应分量的力选择性矩阵和频率响应函数矩阵的逆阵的乘积。

另一方面是该力滤波器表示在所研究的频率上估计的频率函数，以及其中估计过程参数的所说的步骤包括如下的步骤：

从在所研究的频率下的力滤波的运动信号中估计过程参数。

另一方面是在所研究的频率下激振该结构；

以及其中接收所说的运动信号的所说的步骤是响应所说的激振。

另一方面是将带通滤波器应用到力滤波的运动信号中以产生时间滤波的运动信号；以及

其中估计过程参数的所说的步骤包括从在所研究的频率下的时间滤波的运动信号中估计过程参数的步骤。

另一方面是将力滤波器和模态分解器相结合并应用到许多运动信号中以产生识别与所研究的谐振模式相关的结构的运动的空间和时间滤波的运动信号，其中所说的模态分解器用于将由力滤波的运动信号所表示的运动分解为许多模态分量；以及

其中估计过程参数的所说的步骤包括从该空间和时间滤波的运动信号中估计过程参数的步骤。

另一方面是模态分解器包括模式通过滤波器，其用于从该力滤波的运动信号中产生空间和时间滤波的运动信号。

另一方面是将力滤波器、带通滤波器和模态分解器相结合并应用到许多运动信号中以产生空间和时间滤波的运动信号；以及其中估计过程参数的所说的步骤包括从该空间和时间滤波的运动信号中估计过程参数的步骤。

另一方面是估计过程参数的所说的步骤包括如下的步骤：

从力滤波的运动信号中估计质量流量。

另一方面是用于过程参数传感器的电子设备，该过程参数传感器被构造成从运动信号中确定流经由致动器使其振动的结构的材料的过程参数，由固定在所说的结构上的运动换能器产生该运动信号，所说的电子设备包括：

被构造成从所说的许多运动信号中产生许多运动信号值的电路；

所说的电子设备的特征在于：

所说的电路被构造成提供一种力滤波器，该力滤波器接收所说的许多运动信号，并通过将力滤波矩阵应用到该许多运动信号值中以产生力滤波的运动信号值从而产生识别由作用在该结构上的许多力中所研究的力引起的运动的力滤波的运动信号；其中所说的力滤波矩阵表示至少振动结构的频率响应函数矩阵和频率响应函数矩阵的逆阵的乘积；以及

过程参数估计器，该过程参数估计器响应该力滤波的运动信号估计与流经所说的结构的材料相关的过程参数。

另一方面是所说的过程参数估计器包括从该力滤波的运动信号值中估计过程参数的装置。

另一方面是该力滤波矩阵表示振动结构的频率响应函数矩阵、衰减由不希望的外部力所引起的响应分量的力选择性矩阵和频率响应函数矩阵的逆阵的乘积。

另一方面是所说的力滤波器表示在所研究的频率上估计的频率函数，以及其中所说的过程参数估计器

另一方面是所说的力滤波器表示在所研究的频率上估计的频率函数，以及其中所说的过程参数估计器从在所研究的频率下的力滤波的运动信号中估计过程参数。

另一方面是所说的力滤波器产生具有在所研究的频率下的周期性分量的许多力滤波的运动信号，以及其中所说的过程参数估计器包括相位检测器，该相位检测器用于检测在所研究的频率下的许多力滤波的运动信号中的相应的一个周期性分量之间的相位差。

另一方面是所说的致动器用于以所研究的频率激振所说的结构。

另一方面是被构造成提供带通滤波器的电路，该带通滤波器接收力滤波的运动信号并从该力滤波的运动信号中产生时间滤波的运动信号。

其中所说的过程参数估计器用于从该时间滤波的运动信号中估计过程参数。

另一方面是被构造成提供模态分解器的电路，该模态分解器从力滤波器中接收力滤波的运动信号并产生识别与谐振模式相关的结构的运动的空间滤波的运动信号；以及

其中所说的过程参数估计器用于从该空间滤波的运动信号中估计过程参数。

另一方面是被构造成提供模式通过滤波器的电路，该模式通过滤波器接收力滤波的运动信号并从该力滤波的运动信号中产生空间和时间滤波的运动信号；以及

其中所说的过程参数估计器用于从该空间和时间滤波的运动信号中估计过程参数。

另一方面是所说的过程参数估计器包括质量流量估计器。

由此提供用于估计在结构(比如科里奥利质量流量计管道)中的运动的改善的方法和装置。

附图概述

附图1概念性地示出了常规的科里奥利质量流量计的结构。

附图2A-2B、3A-3B、4A-4B和5所示为根据本发明的实施例的科里奥利质量流量计原型的实例性的频率响应。

附图6所示为根据本发明的实施例的参数传感器。

附图7-8所示为根据本发明的实施例的实施力滤波器和过程参数估计器的部件的示意图。

附图9所示根据本发明的实施例的实例性的过程参数估计器。

附图10-11根据本发明的某些方面根据过程参数的实例性操作。

附图12所示为根据本发明的另一实施例的参数传感器。

附图13所示为根据本发明的实施例实施力滤波器、带通滤波器和过程参数估计器的部件的示意图。

附图14-16所示为根据本发明的其它的实施例的参数传感器。

附图17所示为根据本发明的一个实施例实施力滤波器、模态分解器和过程参数估计器的部件的示意图。

附图18所示为根据本发明的另一个实施例的参数传感器。

附图19所示为根据本发明的一个实施例实施力滤波器、模态分解器和过程参数估计器的部件的示意图。

实施例的详细描述

下文参考附图更详细地描述本发明，在附图中示出了本发明优选的实施例。然而，本发明可以以不同的形式实施并不限于在此所述的实施例，提供这些实施例仅是为了使本发明的公开完整并给本领域的熟练技术人员完整地表述本发明的范围。在整个说明书中类似的标号总是表示类似的部件。正如本领域的熟练技术人员会理解到，本发明可以以系统装置或方法的形式实施。

在此所描述的本发明的实施例涉及科里奥利质量流量计。然而，在本领域的熟练技术人员会理解到在此所描述的力滤波和相关的概念还可以一般地适用于确定更广泛的机械结构的运动，因此本发明的装置和方法并不限于科里奥利质量流量计量。

振动管道的模态特性

根据振动的自然频率相关的一个或多个自然模式描述振动结构比如科里奥利质量流量计管道的特性。这些模式和相关的自然频率可以通过本征向量和相关的本征值来数学地描述，本征向量的相对值唯一但绝对值不唯一并与该结构的质量和刚度正交。线性独立的一组向量可以用作对描述结构的运动的方程进行去耦变换。具体地说，将对激振的结构的响应表示为比例模式的叠加，该比例表示每个模式对结构的运动的作用。根据激振的不同，某些模式的作用可能超过其它的模式的作用。某些模式可能是不希望的，因为它们可能在所需模式的谐振频率下贡献能量，并由此可能破坏在所需模式的谐振频率下的测量(比如在驱动频率下进行的相位差测量)。

常规的科里奥利质量流量计通常应用结构和时间滤波以降低不希望的模式的影响。常规的结构滤波技术包括应用机械特征比如设计成用于对同相和异相弯曲模式进行去耦的撑杆、将其设计成不大可能激励不希望的模式的致动器和将其放置成对不希望的模式不敏感的传感器。在降低不希望的模式的能量方面结构滤波技术很有效，但是它们受到几何结构和制造的限制。

时间滤波技术通常基于时域或频域参数改变传感器信号。例如，典型的科里奥利质量流量计可以包括用于消除与不希望的模式显著相关的频率分量的频域滤波器。然而，来自不希望模式的失谐能量可能对所希望的模式的谐振频率下的能量有相当的作用。因为频域滤波器通常对在给定的频率下区别多模式的作用是无效的，在测量频率下不希望的模式的作用可以是在过程参数测量过程中的重要的误差源。

可以假定具有可忽略的阻尼和零流量的传感器管道结构具有单纯的实自然振动或简正振动模式，即在每种模式中该结构的每个点同时达到最大的位移。然而，具有不可忽略的阻尼和具有材料流过的实管道通常具有激励的复合响应，即该结构的点通常并不是同时达到最大的幅值。在此将管道结构的运动描述为具有实部和虚部或说幅值和相位的复模式。由流动的材料所产生的科里奥利力使传感器管道的运动在数学上变得复杂。

即使复杂，由于复模式的实部和虚部都在定义上线性地独立，所以还是可以将管道结构的运动描述为比例自然模式或“简正”模式的叠加。为表示复杂的运动，在组合各组成实简正模式的过程中使用复比例系数。特定的实简正模式可能与复模式的虚部紧密相关而与复模式的实部显著地不相关。因此，这些特定的实简正模式可能与在该传感器管道中流动的材料相关的科里奥利力更紧密地相关，因此可以提供产生与材料相关的参数的精确的估计的信息。

附图1所示为科里奥利质量流量计管道结构1的概念模型。设置运动换能器5A、5B、5C(例如速度换能器)以当材料8流经管道3A和3B时检测管道结构1的第一和第二管道3A和3B的相对运动。从运动换能器5A-C的输出中构造响应向量{x}，例如通过采样由每个换能器所产生的运动信号以产生用于响应矢量{x}的运动信号值x1，x2，x3。可以这样确定实简正模态矩阵[φ](即将物理运动向量相关到表示在许多单自由度(SDOF)中的运动的模态运动向量{η}的本征矩阵)：

{x}＝[φ]{η}         (1)

应用许多技术都可以确定模态矩阵[φ]。

空间力滤波器的推导

通过运动微分方程可以描述动态系统：

$\left[M\right]\left\{\stackrel{\·\·}{x}\right\}+\left[C\right]\left\{\stackrel{\·}{x}\right\}+\left[K\right]\left\{x\right\}=\left\{F\right\},----\left(2\right)$

这里M是由于质量作用在该系统上的力，C是作用在该系统上的科里奥利力，K是作用在该系统上的外部力，x表示响应施加到该系统上的力{F}的位移。假设为谐波力和线性时间可变系统，方程(2)的解为如下的形式：

$\left\{\stackrel{\·}{x}\right\}=\frac{\mathrm{j\ω}}{-{\mathrm{\ω}}^2\left[M\right]+\mathrm{j\ω}\left[C\right]+K}\left\{F\right\}.---\left(3\right)$

解方程(3)的本征值[λ]和本征向量、系统的[φ]：

$\left\{\stackrel{\·}{x}\right\}=\left[\right[\mathrm{\Φ}\left]\right[Q\left]\right[\mathrm{\δ}\left(\mathrm{\ω}\right)]{\left[\mathrm{\Φ}\right]}^T+[\mathrm{\Φ}\left]{\left[Q\right]}^{*}\right[{\mathrm{\δ}}^{*}\left(\mathrm{\ω}\right)\left]{\left[\mathrm{\Φ}\right]}^T\right]\left\{F\right\},----\left(4\right)$

这里[δ(ω)]表示与系统的γ谐振模式相关的极点

$\left[\mathrm{\δ}\left(\mathrm{\ω}\right)\right]=\left[\frac{1}{\mathrm{j\ω}-{\mathrm{\λ}}_r}\right],$

[Q]表示模式比例矩阵

$\left[Q\right]=\left[\frac{-j}{2m_r{\mathrm{\ω}}_r}\right],$

*表示复共扼。

根据该系统的位移响应，频率响应函数矩阵[H(ω)]可以表示为：

[H(ω)]＝[Φ][Q][δ(ω)][Φ]^T+[Φ][ Q][ δ(ω)][Φ].    (5)

这里T是管的振动周期，如果本征向量矩阵[φ]为归一化的质量，则将质量矩阵[M]变换为单位矩阵[I]，模态比例矩阵[Q]变为：

$\left[Q\right]=\left[\frac{-j}{2{\mathrm{\ω}}_r}\right].$

[H(ω)]＝[Φ][Q][δ(ω)][Φ]^T+[Φ][ Q][ δ(ω)][Φ].      (5)

如果本征向量矩阵[φ]针对质量作了归一化，则将质量矩阵[M]变换为单位矩阵[I]，模态比例矩阵[Q]变为：

$\[Q\]=\[\frac{-j}{2{\mathrm{\ω}}_r}\].$

本征值[λ]为包含有该系统的阻尼和衰减的自然频率的复数。

方程(5)可以简写为：

[H(ω)]＝[Φ][W_r][Δ(ω)][Φ]^T，          (6)

这里

$\[W_r\]=\[\frac{1}{2{\mathrm{\ω}}_r}\],$

和

$\[\mathrm{\Δ}\left(\mathrm{\ω}\right)\]=\[\frac{\mathrm{\ω}}{\mathrm{j\ω}-{\mathrm{\λ}}_r}+\frac{-\mathrm{\ω}}{\mathrm{j\ω}-{{\mathrm{\λ}}_r}^{*}}\].$

应该注意[δ(ω)]、[W_r]、[Δω]和[Q]都为对角矩阵。

通过结合方程(4)和(5)可以计算该系统的物理响应

$\left\{\stackrel{\·}{x}\right\}=\left[H\left(\mathrm{\ω}\right)\right]\left\{F\right\}.----\left(7\right)$

频率响应函数矩阵的逆阵[H(ω)]^-1可以看作该系统的阻抗。换句话说，如果给定许多物理响应 则通过将物理响应乘以该系统的阻抗可以确定作用在该系统上的力{F}：

$\left\{F\right\}={\left[H\left(\mathrm{\ω}\right)\right]}^{-1}\left\{\stackrel{\·}{x}\right\}.----\left(8\right)$

为确定经力滤波的物理响应

在方程(7)的两侧左乘比例矩阵[A]。

$\left[A\right]\left\{F\right\}=\left[A\right]{\left[H\left(\mathrm{\ω}\right)\right]}^{-1}\left\{\stackrel{\·}{x}\right\}.----\left(9\right)$

例如，比例矩阵[A]表示衰减由不希望的外部力所引起的响应

的分量的“选择性矩阵”，例如在对应于外部力的对角线位置上为零(“0”)而其它位置上为一(“1”)的对角矩阵。然而，可以理解的是，比例矩阵[A]可以对响应 实施任何数量的其它的滤波操作，包括放大和反相。

然后可以对方程(8)的两侧左乘频率响应函数矩阵[H(ω)]：

$\left\{{\stackrel{\·}{x}}_{\mathrm{FF}}\right\}=\left[H\left(\mathrm{\ω}\right)\right]\left[A\right]\left\{F\right\}\left\{\stackrel{\·}{x}\right\}=\left[H\left(\mathrm{\ω}\right)\right]\left[A\right]{\left[H\left(\mathrm{\ω}\right)\right]}^{-1}\left\{\stackrel{\·}{x}\right\},----\left(10\right)$

从该公式中可以将力滤波器[FF(ω)]定义为：

[FF(ω)]＝[H(ω)][A][H(ω)]^-1.         (11)

组合方程(5)和(10)：

[FF(ω)]＝[Φ][W_r][Δ(ω)][Φ]^T[A]([Φ][W_r]Δ(ω)][Φ]^T)^-1，    (12)

或

[FF(ω)＝[Φ][W_r][Δ(ω)][Φ]^T[A]([Φ]^T)^-1[Δ(ω)]^-1[W_r]^-1[Φ]^-1.   (13)

因此从本征向量(模态)矩阵[φ]和关于该系统的极点的信息中可以确定力滤波器[FF(ω)]，所有这些都可以应用有限元模型、实验模态分析或类似的技术确定。在Allemang的题为“Vibration：Analytical and Experimental Modal Analysis”(辛辛那提(Cincinnati)大学出版的(UC-SDRL-CN-20-263-662)(1994年3月))的文章中一般性地描述了这些技术。

如上文所描述可以将力滤波器用于物理响应(比如速度向量

以导出力滤波响应。力滤波的响应优选表示减去了由外部力所引起的物理响应的分量的结构的运动。本领域的熟练技术人员将会理解到的是使用力滤波的运动有许多不同的目的，包括许多控制和测量的应用。例如，在此所描述的计量应用中，可以从表示包含有材料的管道或导管的运动的运动信号(例如表示在该管道或导管的位置上的位移、速度或加速度的信号)中产生力滤波的运动信号。常规的相位或时间差测量可以用于力滤波运动信号以产生与包含的材料相关的质量流量、密度或其它过程参数的估计。

附图2A-5所示为将力滤波器用于由实例性的科里奥利质量流量计的传感器所产生的运动信号中的效果，具体地说是在受到驱动器和许多其它的外力激励的三英寸或8.83厘米科里奥利质量流量计的样机的换能器(或采样)位置上的响应。附图2A-2B所示为在仅有简正驱动力(使附图1的管道3A，3B绕轴W，W’弯曲的力)作用于该管道结构而没有外部激振的情况下表示管道运动的未经滤波的物理响应10和理想的响应20。力滤波的响应30表示如上文所述的未经滤波的响应10的力滤波器的应用结果。未经滤波的响应10在管道结构的第一扭曲模式(对应于在附图1中绕轴Z，Z’的运动)的谐振频率(～325赫兹)处具有峰值，它表示通过外力进行扭曲模式的激励。理想响应20说明在该扭曲模式频率下的响应，它的幅值通常大约低两个数量级。力滤波的响应30说明力滤波器能够降低了由外部力所引起的激励。

通过应用在每个频率范围上估计的力滤波器(如上文所述的频率函数)确定附图2A-2B所示的力滤波响应30。然而，在实际的科里奥利质量流量计或其它的传感器应用中，可以优选估计在有限数量的频率上的力滤波器。例如，在驱动模式频率下在测量常规的相位或时间差型的科里奥利质量流量计量的应用中，理想的是仅在驱动模式频率下计算力滤波器。

如附图3A-3B所示，应用仅在驱动模式频率下估计的力滤波器得到经改变的力滤波的响应40，该力滤波的响应40具有远离驱动模式谐振频率的放大的响应。通过应用时间(频域)带通滤波器可以补偿这种驱动模式谐振频率以外的放大。例如该带通滤波器可以是模拟双极点滤波器或数字滤波器比如有限脉冲响应(FIR)滤波器。这种时间滤波器衰减了除驱动频率附近的分量以外的频率上的力滤波的响应的分量。简单的模拟双极点带通滤波器可以在数学上表示为：

$\mathrm{bandpass}\left(\mathrm{\ω}\right)=\frac{\mathrm{j\ξ}\left(\frac{\mathrm{\ω}}{{\mathrm{\ω}}_c}\right)}{1+\mathrm{j\ω}\left(\frac{\mathrm{\ω}}{{\mathrm{\ω}}_c}\right)-{\left(\frac{\mathrm{\ω}}{{\mathrm{\ω}}_c}\right)}^2},$

这里中心频率ω_c为驱动频率。附图4A-4B说明了将单频率力滤波器与带通滤波器相结合产生的时间滤波的响应50。

应用模态滤波来滤去与不希望的谐振模式相关的力滤波响应的分量还可以实现增加识别由所研究的力引起的运动的精度。附图5所示为将在此所描述的类型的空间“模式通过”滤波器应用到来自在上文所描述的模拟的结构上的运动换能器的运动信号中得到的模式通过滤波响应60。响应60降低了在第二弯曲模式频率(～700赫兹)上的响应。当这种模式带通滤波与上文所述的力通过滤波相结合时，得到了空间滤波响应70。如果还使用通带中心在驱动模式频率上的时间带通滤波器，则得到空间和时间滤波响应80。例如可以对常规的相位差型科里奥利质量流量测量使用空间和时间滤波响应80。

可以将上文所述的力滤波和辅助的带通和模态滤波应用到其它类型的管道、导管或除了在附图1中所示的双管结构的其它包含有材料的结构中。如下文将要进行的详细描述，例如可以应用力滤波来取得直管流量计管道的运动的特征。在本领域熟练的人员还可以理解到本发明还可以普遍地适用于表征除了流量计和类似的参数传感器以外的任何类型的结构的运动。

实例性的质量流量计

现在描述根据本发明的具体的实施例，具体地说，是所谓的“直管”科里奥利质量流量计的实例性实施例。然而，在本领域的熟练技术人员将会理解到本发明还可以用于曲管结构比如在附图1中概念性地示出的结构1以及其它的包含材料的结构比如可以应用在质量流量计、密度计等中。在本领域的熟练技术人员还会进一步理解到本发明还可以用于特征化广泛的其它结构的运动。

下文的讨论涉及应用“力滤波”来处理表示结构比如质量流量计管道的运动的运动信号的分量。在此所描述的力滤波器用于区别从作用在结构上的许多力中的一个或多个力所引起的运动。在本领域的熟练技术人员会理解到如在此所描述的对运动信号分量的“识别”可以看作测定与所研究的给定的力相关的分量以及衰减与除了所研究的力以外的其它的外部力相关的一个或多个分量。例如，通过衰减与外部的不希望的力相关的分量可以识别与流经质量流量计的管道的材料流所产生的科里奥利力相关的运动分量，这些外部的不希望的力是从比如连接到流量计的设备比如泵和压缩机等的振动和在材料中的压力脉冲中产生的。

附图6所示为根据本发明的实施例实施力滤波的实例性过程参数传感器600。过程参数传感器600包括“直管”管道结构1，该直管管道结构1包括了用于包含来自在法兰2处连接到结构1的管线7的材料8的管道3。在包围管道3的壳体4内，致动器6用于激振管道3。运动换能器5A-5B包括沿在致动器6的相对的侧面上的管道3设置的速度换能器5A，5B和设置在法兰2附近的应力计5C，5D。运动换能器5A-5D产生运动信号605，该运动信号605表示响应许多力F管道3的运动，力F可能包括例如由致动器6所施加的驱动力、由材料8所施加的压力以及其它的外部力比如由管线7所施加的力和由泵、压缩机以及连接到管线7的其它的设备(未示)所产生的并通过法兰2传输到管道3的力。

过程参数传感器600还包括提供力滤波器610的电路，该力滤波器610用于接收运动信号605并滤去由外部力所引起的运动以得到滤波的运动信号615。力滤波器610优选从如上文所描述的结构1的模态特征中导出，特征化运动作为在许多振动模式中的运动并识别由作用在该结构1上的许多力F中所研究的力引起的运动。过程参数估计器620响应力滤波的运动信号605并用于从力滤波的运动信号615中估计过程参数比如质量流量。

如上文所述，力滤波器610可以用于衰减与外部力相关的运动信号605的分量，例如可能使由传感器600所产生的参数估计不精确的分量。例如，力滤波器610可以用于衰减与作用在结构1的法兰2上的剪切力相关的运动信号605的分量。对于所示的传感器5A-D，例如通过设置在法兰2附近的应力计5C，5D可以最好地测定这些剪切力。因此，应该理解到从运动换能器信号中识别作用在结构上的力通常取决于换能器的特性比如位移、带宽等。

应该理解的是传感器600还可以应用其它的结构。还可以应用多致动器以及附加的运动换能器或将运动换能器设置在结构1上的不同位置。例如，运动换能器可以设置在致动器位置。此外，还可以应用一组运动换能器以提供确定结构运动的信息的超定源，即换能器的数量大于作用在结构1上的力的数量。还可以将最小二乘法技术应用到这种超定组中。

附图7所示为根据本发明的实施例的力滤波器610的数字实施。通过采样器710采样运动信号605以得到模拟电压采样，通过模拟到数字(A/D)转换器720将该模拟电压采样转换到数字运动信号值725。例如以存储在存储媒体740中并在计算机730上执行的程序代码实施的力滤波器610处理数字运动信号值725以得到经滤波的运动信号值615。然后通过过程参数估计器620进一步处理经滤波的运动信号值615以得到估计的过程参数625，该过程参数估计器620在此以存储在存储媒体740中并在计算机730上执行的程序代码实施。

如附图8所示，力滤波器610包括从运动信号值725中产生运动向量例如上文所描述的速度响应向量

的装置611。力滤波器610还可以包括将运动向量乘以力滤波矩阵例如上文所描述的力滤波矩阵[FF(ω)]以得到经滤波的运动向量例如力滤波的速度响应

的装置613。

在本熟练的技术人员会理解到附图7和8中所示的计算机730可以包括许多不同的计算装置比如微处理器、数字信号处理器(DSP)和具有专门的计算能力的专用集成电路(ASIC)。例如作为力滤波器610优选应用矩阵计算实施，计算机730可以应用DSP比如TM320C40线的芯片(由Texas Instruments Inc生产)以在通用计算机比如Alpha微处理器(由Compaq Computer Corp.生产)的控制下最佳地执行这种矩阵计算。然而，在本领域熟练的技术人员会理解到本发明还可以根据与所处理的运动信号、时线要求等相关的计算任务进行修改以应用各种不同的计算装置。

附图9所示为实施附图6中所示的过程参数估计器620的实例性质量流量实施。由运动换能器5所产生的运动信号605通过产生第一和第二力滤波值615a和615b的力滤波器610进行滤波。第一和第二力滤波值615a，615b例如对应于表示在附图6的管道结构1上的响应的第一和第二位置上的运动的力滤波的运动向量

的第一和第二分量

(对应于速度换能器5A，5B的分量)。过程参数估计器包括620包括确定在第一和第二滤波值615a，615b之间的相位差623的装置622。装置624用于从所确定的相位差623中产生质量流量的估计625。

附图10和11所示为根据本发明的某些方面估计过程参数的实例性操作的流程图。在本领域熟练的技术人员将会理解到可以应用计算机指令实施这些流程图的操作。可以在计算机或其它的数据处理装置(比如附图7和8的计算机730)上执行这些指令以产生用于执行所示的操作的装置(系统)。计算机指令还可以在计算机可读媒体比如附图7和8的存储媒体740(例如，集成电路存储器、磁盘或磁带等)上作为计算机可读程序代码存储，该程序代码能够控制计算机或其它的数据处理装置以执行所示的操作，由此提供一种执行所示的操作的装置。还可以在计算机或其它的数据处理装置上执行计算机可读程序代码以使该装置执行计算机实施的处理过程。因此，附图10和11支持执行在其所示的操作的装置(系统)、计算机程序产品和方法。

附图10所示为根据本发明的某一方面根据过程参数的实例性操作1000。接收响应所施加的许多力的表示管道结构比如附图6的管道结构1的运动的运动信号(方块1010)。对所接收的运动信号1020进行力滤波以产生识别由所研究的力引起的运动的滤波的运动信号(方块1020)。从力滤波的运动信号中估计过程参数例如质量流量、密度等(方块1030)。

根据在附图11中所示的本发明的一方面，根据质量流量的操作1100包括接收当材料流经该结构时表示该管道结构比如附图6的结构1的运动的运动信号(方块1110)。从所接收的运动信号中产生运动向量例如从许多运动信号值(比如附图7的数字运动信号值725)中构造的速度向量(方块1120)。通过将运动向量乘以力滤波矩阵得到力滤波运动向量。从力滤波运动信号向量中估计质量流量(方块1130)。

附图12所示为根据本发明的另一实施例的实例性的参数传感器1200。参数传感器1200包括管道结构1，该管道结构1包括如上文参考附图6所描述的部件。过程参数传感器1200还包括用于接收运动信号605并用于产生力滤波的运动信号615的力滤波器610，如上文参考附图6所描述。

通过带通滤波器650(例如优选通过在所选择的频率范围中的力滤波的运动信号615的频率分量的时间(频域)滤波器)进一步处理力滤波的运动信号615。例如，所选择的频率范围可以是由致动器6所激振的管道结构1的驱动模式的谐振频率周围所确定的较窄的频带。带通滤波器650产生时间滤波的运动信号655，从该运动信号655中过程参数估计器620产生过程参数比如质量流量密度等的估计。

附图13所示为附图12的力滤波器620和带通滤波器650的实例性数字实施。通过采样器710对运动信号605进行采样，得到模拟运动信号值，通过A/D转换器720将该模拟运动信号值转换为数字运动信号值725。通过存储在存储媒体740中并在计算机730上执行的程序代码实施的力滤波器620处理数字运动信号值725以得到力滤波的运动信号值615。还可以通过存储在存储媒体740中并在计算机730上执行的程序代码实施的带通滤波器650对力滤波的运动信号值615进行时间滤波，产生时间滤波的运动信号值655。然后通过过程参数估计器620(也是通过存储在存储媒体740中并在计算机730上执行的程序代码实施)应用时间滤波的运动信号值655产生过程参数的估计625。

本领域的熟练技术人员会理解到附图13的计算机730可以包括许多不同的计算装置比如微处理器、数字信号处理器(DSP)和具有专门的计算能力的专用集成电路(ASIC)。例如作为力滤波器610优选应用矩阵计算实施，计算机730可以应用DSP比如TM320C40线的芯片(由Texas Instruments Inc生产)以在通用计算机比如Alpha微处理器(由Compaq Computer Corp.生产)的控制下最佳地执行这种矩阵计算。然而，在本领域熟练的技术人员会理解到本发明还可以根据与所处理的运动信号、时线要求等相关的计算任务进行修改以应用各种不同的计算装置。

附图14所示为根据本发明的另一实施例的实例性的过程参数传感器1400。参数传感器1400包括如上文参考附图6和12所描述的管道结构1。过程参数传感器1400包括力滤波器610，该力滤波器610设计成接收运动信号605并用于产生力滤波的运动信号615，如上文参考附图6和12所描述。

通过模态分解器660进一步处理力滤波的运动信号615，该模态分解器660用于将由力滤波的运动信号615所表示的运动分解为许多模态分量，即与管道结构1的许多谐振模式相关的分量。模态分解器660产生空间滤波的运动信号665(即，可以表示在物理或模态坐标系中的运动的信号，如下文将更详细地讨论)，从运动信号665中过程参数估计器620产生过程参数比如质量流量的估计625。在申请号为09/116,410的美国专利申请(1998年7月16日申请，授予给本申请的受让人)中详细地描述了这种模态分解器比如附图14的模态分解器660的操作。

如附图15所示，参数传感器1400可以包括实施“模式通过”滤波器660’的模态分解器，该模态分解器在物理坐标域中产生空间滤波的响应665，例如应用模式通过滤波器矩阵[Ψ]以从力滤波的响应

中产生空间滤波的物理响应

的滤波器，该物理响应 优选包括与所研究的一个或多个特定的模式相关的力滤波的响应

的分量：

$\left\{{\stackrel{\·}{x}}_{\mathrm{MPF}}\right\}=\left[\mathrm{\Ψ}\right]\left\{{\stackrel{\·}{x}}_{\mathrm{FF}}\right\},$

这里

                 [Ψ]＝[φ][A][φ]^-1，

这里[φ]表示如上文所描述的模态变换矩阵，[A]表示对角模态选择性矩阵，在沿着与不希望的模式相对应的它的对角线位置为“0”而在对应于所研究的模式的对角线位置上为“1”。空间滤波的响应

可以用于产生过程参数的估计比如质量流量的估计，如在前文提到的申请号为09/116,410的美国专利申请(1998年7月16日申请)中所描述。

如附图16中所示，在本发明的另一实施例中，参数传感器1400可以包括实施模态运动估计器660”的模态分解器，该模态运动估计器660”在模态坐标域中产生空间滤波的信号665，例如应用模态变换矩阵[φ]产生所估计的模态响应{η_FF}的估计器。通过过程参数估计器620应用所选择的模态响应{η_FF}的分量以估计过程参数。

附图17所示为附图14的模态分解器660和力滤波器620的实例性数字实施。通过采样器710对运动信号605进行采样，得到模拟运动信号值，通过A/D转换器720将该模拟运动信号值转换为数字运动信号值725。通过存储在存储媒体740中并在计算机730上执行的程序代码实施的力滤波器620处理数字运动信号值725以得到力滤波的运动信号值615。还可以通过存储在存储媒体740中并在计算机730上执行的程序代码实施的模态分解器660处理力滤波的运动信号值615，产生空间滤波的运动信号值665(例如，在模态或物理坐标系中，如上文所述)。然后通过过程参数估计器620(也是通过存储在存储媒体740中并在计算机730上执行的程序代码实施)应用空间滤波的运动信号值665产生过程参数的估计625。

本领域的熟练技术人员会理解到附图17的计算机730可以包括许多不同的计算装置比如微处理器、数字信号处理器(DSP)和具有专门的计算能力的专用集成电路(ASIC)。例如作为力滤波器610优选应用矩阵计算实施，计算机730可以应用DSP比如TM320C40线的芯片(由Texas Instruments Inc生产)以在通用计算机比如Alpha微处理器(由Compaq Computer Corp.生产)的控制下最佳地执行这种矩阵计算。然而，在本领域熟练的技术人员会理解到本发明还可以根据与所处理的运动信号、时线要求等相关的计算任务进行修改以应用各种不同的计算装置。

如附图18所示，参数传感器1800可以将时间和空间滤波两者与力滤波相结合实施。过程参数传感器1800包括产生力滤波的运动信号615的力滤波器610，通过带通滤波器650和模态滤波器660对该力滤波的运动信号615进一步处理以得到可以表示在物理或模态坐标系中的运动的空间和时间滤波的运动信号665，如上文所述。过程参数估计器620从空间和时间滤波的运动信号665中产生过程参数比如质量流量的估计625。

附图19所示为附图18的力滤波器610、带通滤波器650和模态分解器660的实例性数字实施。通过采样器710对运动信号605进行采样，得到模拟运动信号值，通过A/D转换器720将该模拟运动信号值转换为数字运动信号值725。通过存储在存储媒体740中并在计算机730上执行的程序代码实施的力滤波器610处理数字运动信号值725以得到力滤波的运动信号值615。还可以通过存储在存储媒体740中并在计算机730上执行的程序代码实施的带通滤波器650对力滤波的运动信号值615进行时间滤波，产生时间滤波的运动信号值655。然后应用模态分解器660对时间滤波的运动信号值655进行空间滤波得到空间和时间滤波的运动信号值665，通过过程参数估计器620(也是通过存储在存储媒体740中并在计算机730上执行的程序代码实施)应用空间和时间滤波的运动值665产生过程参数的估计625。

本领域的熟练技术人员会理解到附图19的计算机730可以包括许多不同的计算装置比如微处理器、数字信号处理器(DSP)和具有专门的计算能力的专用集成电路(ASIC)。例如作为力滤波器610优选应用矩阵计算实施，计算机730可以应用DSP比如TM320C40线的芯片(由Texas Instruments Inc生产)以在通用计算机比如Alpha微处理器(由Compaq Computer Corp.生产)的控制下最佳地执行这种矩阵计算。然而，在本领域熟练的技术人员会理解到本发明还可以根据与所处理的运动信号、时线要求等相关的计算任务进行修改以应用各种不同的计算装置。

在本领域的熟练技术人员会理解到在此所描述的力滤波、带通滤波和模态滤波可以以除了在此所描述的实施例以外的其它的许多方式实施。例如，可以以分离的计算实施在此所描述的进行力滤波、带通滤波和模态滤波的矩阵计算，或可以与实现相等结果的一种或多种计算进行结合。在此所描述的力滤波、时间(带通)滤波和空间(模态)滤波还可以以产生与在此所描述的计算技术等效的结果的参数形式实施。力滤波、时间(带通)滤波和空间(模态)滤波函数的顺序还可以不同于在此所描述实施例。

这些滤波功能部分还可以应用模拟信号处理技术实施。例如，参考附图12所描述的带通滤波还可以以模拟电子电路替代数字计算机来实施。通过这种模拟滤波产生的模拟滤波信号例如可以直接应用在通常用在常规的科里奥利质量流量计中的常规的相位测量电路例如零交叉型检测器电路中。

在本领域熟练的技术人员还会理解到本发明可以以装置体现例如作为科里奥利质量流量计的一部分或以可由这种装置实施的方法来体现。

在附图和说明书中，已经公开了本发明的典型的优选实施例，虽然使用了特定的术语，但是它们仅是说明性的，可以普通地适用而并不是限制性的，本发明的范围以下文的权利要求表述。

Claims (20)

1.一种从所接收(1010)的许多运动信号(605)中估计材料的过程参数的方法(1000)，该运动信号(605)由固定在所说的材料流经的振动结构(3)上的传感器(5A-5D)产生，其中所说的许多运动信号表示在许多位置上的运动，该方法包括如下的步骤：

响应接收所说的许多运动信号从所接收的许多运动信号中产生(1120)许多运动信号值；

所说的方法的特征在于如下的步骤：

将力滤波矩阵应用(1130)到许多运动信号值以产生力滤波的运动信号值，其中所说的力滤波矩阵表示至少振动结构的频率响应函数矩阵和该频率响应函数矩阵的逆阵的乘积；以及

从该力滤波的运动信号中估计(1030)与在振动结构(3)中的材料相关的过程参数。

2.根据权利要求1所述的方法(1000)，其中估计所说的过程参数的所说的步骤(1030)包括如下的步骤：

从力滤波的运动信号值中估计(1140)过程参数(625)。

3.根据权利要求1所述的方法(1000)，其中该力滤波矩阵表示振动结构的频率响应函数矩阵、衰减由不希望的外部力所引起的响应分量的力选择性矩阵和频率响应函数矩阵的逆阵的乘积。

4.根据权利要求1所述的方法(1000)，其中该力滤波器表示在所研究的频率上估计的频率函数，以及其中估计过程参数的所说的步骤包括如下的步骤：

从在所研究的频率下的力滤波的运动信号(615)中估计过程参数(625)。

5.根据权利要求4所述的方法(1000)，进一步包括如下的步骤：

在所研究的频率下激振该结构(3)；

以及其中接收(1010)所说的运动信号(605)的所说的步骤是响应所说的激振。

6.根据权利要求4所述的方法(1000)，进一步包括如下的步骤：

将带通滤波器(650)应用到力滤波的运动信号(615)中以产生时间滤波的运动信号(655)；以及

其中估计过程参数(625)的所说的步骤(1030)包括从在所研究的频率下的时间滤波的运动信号(655)中估计过程参数的步骤。

7.根据权利要求1所述的方法(1000)，进一步包括如下的步骤：

将力滤波器(610)和模态分解器(660)相结合并应用到许多运动信号(605)中以产生识别与所研究的振动模式相关的结构(3)的运动的空间和时间滤波的运动信号(665)，其中所说的模态分解器用于将由力滤波的运动信号(615)所表示的运动分解为许多模态分量；以及

其中估计过程参数(625)的所说的步骤(1030)包括从该空间和时间滤波的运动信号(665)中估计过程参数的步骤。

8.根据权利要求7所述的方法(1000)，其中模态分解器(660)包括模式通过滤波器(660)，其用于从该力滤波的运动信号(615)中产生空间和时间滤波的运动信号(665)。

9.根据权利要求1所述的方法(1000)，其中进一步包括如下的步骤：

将力滤波器(610)、带通滤波器(650)和模态分解器(660)相结合并应用到许多运动信号(605)中以产生空间和时间滤波的运动信号；以及其中估计过程参数(625)的所说的步骤(1030)包括从该空间和时间滤波的运动信号(665)中估计过程参数的步骤。

10.根据权利要求1所述的方法(1000)，其中估计过程参数的所说的步骤包括如下的步骤：

从力滤波的运动信号中估计质量流量。

11.用于过程参数传感器(600)的电子设备，该过程参数传感器(600)被构造成从运动信号(605)中确定流经由致动器(6)使其振动的结构(3)的材料的过程参数(625)，由固定在所说的结构(3)上的运动换能器(5A-5D)产生该运动信号(605)，所说的电子设备包括：

被构造成从所说的许多运动信号(605)中产生许多运动信号值的电路；

所说的电子设备的特征在于：

所说的电路被构造成提供一种力滤波器(610)，该力滤波器(610)接收所说的许多运动信号(605)，并通过将力滤波矩阵应用到该许多运动信号值中以产生力滤波的运动信号值从而产生识别由作用在该结构上的许多力中所研究的力引起的运动的力滤波的运动信号(615)；其中所说的力滤波矩阵表示至少振动结构的频率响应函数矩阵和该频率响应函数矩阵的逆阵的乘积；以及

过程参数估计器(620)，该过程参数估计器(620)响应该力滤波的运动信号估计与流经所说的结构(3)的材料相关的过程参数(625)。

12.根据权利要求11所述的电子设备，其中：

所说的过程参数估计器(620)包括从该力滤波的运动信号值中估计过程参数的装置(1140)。

13.根据权利要求12所述的电子设备，其中该力滤波矩阵表示振动结构的频率响应函数矩阵、衰减由不希望的外部力所引起的响应分量的力选择性矩阵和频率响应函数矩阵的逆阵的乘积。

14.根据权利要求11所述的电子设备，其中所说的力滤波器(610)表示在所研究的频率上估计的频率函数，以及其中所说的过程参数估计器从在所研究的频率下的力滤波的运动信号中估计过程参数。

15.根据权利要求14所述的电子设备，其中所说的力滤波器(610)产生具有在所研究的频率下的周期性分量的许多力滤波的运动信号(615)，以及其中所说的过程参数估计器包括相位检测器，该相位检测器用于检测在所研究的频率下的许多力滤波的运动信号中的相应的周期性分量之间的相位差。

16.根据权利要求14所述的电子设备，其中所说的致动器(6)用于以所研究的频率激振所说的结构(3)。

17.根据权利要求14所述的电子设备，进一步包括：

被构造成提供带通滤波器(650)的电路，该带通滤波器(650)接收力滤波的运动信号并从该力滤波的运动信号中产生时间滤波的运动信号(655)。

其中所说的过程参数估计器用于从该时间滤波的运动信号中估计过程参数。

18.根据权利要求11所述的电子设备，进一步包括：

被构造成提供模态分解器(660)的电路，该模态分解器(660)从力滤波器(610)中接收力滤波的运动信号并产生识别与振动模式相关的结构的运动的空间滤波的运动信号(665)；以及

其中所说的过程参数估计器(620)用于从该空间滤波的运动信号(665)中估计过程参数(625)。

19.根据权利要求11所述的电子设备，进一步包括：

被构造成提供模式通过滤波器(660)的电路，该模式通过滤波器(660)接收力滤波的运动信号(615)并从该力滤波的运动信号(615)中产生空间和时间滤波的运动信号(665)；以及

其中所说的过程参数估计器(620)用于从该空间和时间滤波的运动信号(665)中估计过程参数(625)。

20.根据权利要求19所述的电子设备，其中所说的过程参数估计器(620)包括质量流量估计器。

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