CN1592843A - 采用振动形态控制的传感装置、方法和计算机程序产品 - Google Patents

Abstract

控制一种参数传感器(100)，该传感器包括配置成容纳物质的导管(103)。确定施加至导管的第一激励。确定导管响应第一激励的运动。根据所确定的第一激励、所确定的响应第一激励的运动、导管的预期运动、以及导管的频率响应来确定要施加到导管的第二激励。具体来说，可迭代地确定激励并向导管施加激励，表达受激励导管的运动的运动信号(107)可经过处理以产生过程参数估算值、如质量流率估算值。频率响应可假定为非时变的或者可自适应地估算。本发明可以作为方法、装置和计算机程序产品来实施。

Description

采用振动形态控制的传感器装置、方法和计算机程序产品

发明领域

本发明涉及传感器以及相关的方法和计算机程序产品，更具体地说，涉及振动导管测量装置、方法和计算机程序产品。

发明背景

振动导管传感器、如科里奥利质量流量计通常是通过检测容纳物质的振动导管的运动来工作的。与导管中物质相关的诸如质量流量、密度之类的属性可以通过处理来自与导管相联系的运动换能器的信号来确定，因为振动的物质填充系统的振动模式一般受到所包含的导管及其中容纳的物质的总质量、刚度以及阻尼特性的影响。

典型的科里奥利质量流量计包括一个或多个导管，这些导管串联连接在管道或其它传送系统中，并传送如流体、浆液之类的物质。每个导管可被视为具有一组固有振动模式，包括例如单纯弯曲、扭转、径向和互耦模式。在典型的科里奥利质量流量测量应用中，当物质流经导管时，激励导管以其固有振动模式之一进行共振，并且在沿着导管间隔开的一些点上测量导管的运动。激励通常由激励器来提供，例如，如音圈型驱动器之类的机电装置，它们以周期性方式扰动导管。质量流率可以通过测量在一些换能器位置上的运动之间的时间或相位差来确定。在授予Smith的美国专利第4109524号、授予Smith等人的美国专利第4491025号以及授予Smith的再颁布号为31450的美国专利中描述了典型的科里奥利质量流量计。

科里奥利质量流量计的精确度可能受到以下因素的不利影响：导管结构的非线性和不对称性；外力(诸如由连接到流量计的泵和压缩机产生的力)所引起的运动；以及由流经流量计导管的物质施加的压力所引起的运动。例如，由安装条件变化引起的、施加到不平衡科里奥利质量流量计的力的变化可能会明显影响其性能。采用经过平衡的流量计设计来减小可归因于外部振动的影响，以及采用信号处理技术来补偿不需要的运动分量，可以减少这些力的影响。但是，环境条件和安装条件的变化仍会在根据这类技术作出的测量中引入偏差或其它不准确性。

发明概述

根据本发明的实施例，控制一种参数传感器，该参数传感器包括配置成容纳物质的导管。确定施加到导管上的第一激励。确定导管响应第一激励的运动。根据所确定的第一激励、所确定的响应第一激励的运动以及预期的导管运动来确定要施加到导管上的第二激励。然后把第二激励施加到导管上。

具体来讲，根据本发明的一些实施例，预期运动包括预期的按照预定频率的周期性运动。确定第一激励包括确定按照预定频率的第一周期性激励。确定导管响应第一激励的运动包括确定响应第一周期性激励的按照预定频率的周期性运动。确定第二激励包括根据所确定的第一周期性激励、所确定的响应第一周期性激励的按照预定频率的周期性运动以及预期的周期性运动，确定要施加到导管上的按照预定频率的第二周期性激励。施加第二激励包括向导管施加第二周期性激励。

根据本发明的一些实施例，要施加到导管的第二激励是根据所确定的先前第一激励、所确定的响应第一激励的运动、预期的导管运动以及导管的频率响应来确定的。在本发明的一些实施例中，假定频率响应是非时变的。在本发明的另一些实施例中，频率响应是自适应地确定的。例如，频率响应可根据递归最小二乘方估算过程、如加权递归最小二乘方估算过程来确定。

例如，在一些实施例中，自适应地确定频率响应包括产生第一估算频率响应，然后根据第一估算频率响应、所确定的第一激励以及所确定的导管响应第一激励的运动来产生第二估算频率响应。确定第二激励包括根据所确定的第一激励、预期运动、所确定的响应第一激励的运动以及第一估算频率响应和第二估算频率响应其中至少一个频率响应来确定第二激励。具体来讲，第一估算频率响应可包括第一估算逆频率响应，第二估算频率响应可包括第二估算逆频率响应，而第二激励可根据所确定的第一激励、预期运动、所确定的响应第一激励的运动以及第一估算逆频率响应和第二估算逆频率响应其中至少一个逆频率响应来确定。

根据一些实施例，根据所确定的第一激励、所确定的响应第一激励的运动、预期的导管运动以及频率响应来产生多个驱动信号。把多个驱动信号加至可工作地与导管相关联的多个激励器以产生第二激励。预期运动可包括按照预定频率的预期周期性运动，预期运动可由按照预定频率的预期周期性运动的相量表示来表达。确定第一激励可包括产生按照预定频率的第一周期性激励的相量表示。确定导管响应第一激励的运动可包括处理表达导管响应第一激励的运动的运动信号而产生导管响应第一激励按照预定频率的运动的相量表示。产生多个驱动信号可包括：根据第一周期性激励的相量表示、预期运动的相量表示、导管响应第一激励按照预定频率的运动的相量表示以及频率响应来产生按照预定频率的第二周期性激励的相量表示；以及根据第二周期性激励的相量表示产生多个驱动信号。

根据本发明的其它实施例，确定与导管中容纳的物质相关的过程参数。通过迭代地确定并向导管施加新激励以及确定响应所加新激励的运动，以便根据先前确定的激励、所确定的响应先前确定的激励的运动、预期的导管运动以及导管的频率响应来确定新激励，从而激励导管。处理表达受激励导管的运动的运动信号以产生与导管中容纳的物质相关的过程参数(例如，如质量流率之类的质量流量参数)的估算值。

可以激励导管，使得导管的某个位置的运动被约束为逼近预定运动。例如，可以激励导管，使得导管运动被约束为逼近导管的实际简正模式的预定边界条件。根据假定预定边界条件的程序处理运动信号以产生参数估算值。

在本发明的另一些实施例中，提供一种控制参数传感器的装置，该参数传感器包括配置成容纳物质的导管，多个可用于响应驱动信号来移动导管的激励器以及多个可用于产生表达导管运动的运动信号的运动换能器。所述装置包括形态控制电路，配置成耦合到运动换能器和激励器。形态控制电路可用于向多个激励器施加第一组驱动信号以便向导管施加第一激励，处理从多个运动换能器接收的运动信号以确定导管响应第一激励的运动，以及根据第一激励、所确定的响应第一激励的运动以及预期的导管运动向多个激励器施加第二组驱动信号，从而把第二激励施加到导管上。形态控制电路还可包括用于自适应地确定导管的频率响应的频率响应确定器电路，并且可根据第一激励、所确定的响应第一激励的运动、预期的导管运动以及所确定的频率响应来产生第二组驱动信号。

在本发明的其它实施例中，过程参数传感器包括配置成容纳物质的导管、多个可工作地与导管相联系的激励器以及多个可工作地与导管相联系的运动换能器。传感器还包括形态控制电路，配置成从多个运动换能器接收运动信号并且向多个激励器施加驱动信号。形态控制电路可用于激励导管，具体是通过迭代地确定并向导管施加新激励以及确定响应所加新激励的运动，以便根据先前确定的激励、所确定的响应先前确定的激励的运动以及预期的导管运动来确定新激励。过程参数估算器电路配置成从多个运动换能器接收运动信号，并且可用于处理所接收的运动信号以产生与导管中容纳的物质相关的过程参数(例如质量流率)的估算值。

根据本发明的其它实施例，提供一种用于控制参数传感器的计算机程序产品，参数传感器包括配置成容纳物质的导管、多个可工作地与导管相联系的激励器以及多个可工作地与导管相联系的运动换能器。计算机程序产品包括在计算机可读存储媒体中包含的计算机可读程序代码。计算机可读程序代码包括对运动换能器作出响应、用于确定导管响应施加到导管的已知第一激励的运动的程序代码。计算机可读程序代码还包括对用于确定运动的程序代码作出响应、用于根据已知第一激励、所确定的响应第一激励的运动以及预期的导管运动来确定要施加到导管的第二激励的程序代码。计算机可读程序代码还包括用于使多个激励器把第二激励施加到导管的程序代码。

本发明的一个方面包括控制参数传感器的方法，参数传感器包括配置成容纳物质的导管，所述方法包括以下步骤：

确定施加到导管的第一激励；以及

确定导管响应第一激励的运动；

所述方法的特征在于以下步骤：

根据所确定的第一激励、所确定的响应第一激励的运动以及预期的导管运动来确定要施加到导管的第二激励；以及

向导管施加第二激励。

最好是，预期运动包括按照预定频率的预期周期性运动；

其中确定第一激励包括确定按照预定频率的第一周期性激励；

其中确定导管响应第一激励的运动包括确定响应第一周期性激励的按照预定频率的周期性运动；

其中确定第二激励包括根据所确定的第一周期性激励、所确定的响应第一周期性激励的按照预定频率的周期性运动以及预期的周期性运动，确定要施加到导管上的按照预定频率的第二周期性激励；以及

其中施加第二激励包括向导管施加第二周期性激励。

最好是，所述方法还包括确定导管的频率响应，其中确定第二激励包括根据所确定的第一激励、所确定的响应第一激励的运动、预期的导管运动以及所确定的频率响应来确定第二激励。

最好是，确定频率响应包括假定非时变的频率响应。

最好是，确定频率响应包括自适应地确定频率响应。

最好是，自适应地确定频率响应包括根据递归最小二乘方估算过程来确定频率响应。

最好是，根据递归最小二乘方估算过程来确定频率响应包括根据加权递归最小二乘方估算过程来确定频率响应。

最好是，自适应地确定频率响应包括：

产生第一估算频率响应；

根据第一估算频率响应、所确定的第一激励以及所确定的导管响应第一激励的运动来产生第二估算频率响应；以及

其中确定第二激励包括根据所确定的第一激励、预期运动、所确定的响应第一激励的运动以及第一估算频率响应和第二估算频率响应其中至少一个频率响应来确定第二激励。

最好是，产生第一估算频率响应包括产生第一估算逆频率响应；

其中产生第二估算频率响应包括产生第二逆估算频率响应；以及

其中根据所确定的第一激励、预期运动、所确定的响应第一激励的运动以及第一估算频率响应和第二估算频率响应其中至少一个频率响应来确定第二激励包括：根据所确定的第一激励、预期运动、所确定的响应第一激励的运动以及第一估算逆频率响应和第二估算逆频率响应其中至少一个逆频率响应来确定第二激励。

最好是，产生第二估算频率响应包括根据递归最小二乘方估算过程从第一频率响应产生第二估算频率响应。

最好是，根据递归最小二乘方估算过程从第一估算频率响应产生第二估算频率响应包括：根据加权递归最小二乘方估算过程从第一估算频率响应产生第二估算频率响应。

最好是，确定第二激励包括根据所确定的第一激励、所确定的响应第一激励的运动、预期的导管运动来产生多个驱动信号；以及

其中施加第二激励包括把第二组驱动信号加至可工作地与导管相关联的多个激励器以产生第二激励。

最好是预期运动包括：

按照预定频率的预期周期性运动；

其中预期运动由按照预定频率的预期周期性运动的相量表示来表达；

其中确定第一激励包括产生按照预定频率的第一周期性激励的相量表示；

其中确定导管响应第一激励的运动包括处理表达导管响应第一激励的运动的运动信号而产生导管响应第一激励按照预定频率的运动的相量表示；以及

其中产生多个驱动信号包括：

根据第一周期性激励的相量表示、预期运动的相量表示、导管响应第一激励按照预定频率的运动的相量表示以及导管的频率响应来产生按照预定频率的第二周期性激励的相量表示；以及

根据第二周期性激励的相量表示产生多个驱动信号。

本发明的另一方面包括确定与导管中容纳的物质相关的过程参数的方法，所述方法的特征在于以下步骤：

通过迭代地确定并向导管施加新激励以及确定响应所加新激励的运动，以便根据先前确定的激励、所确定的响应先前确定的激励的运动、预期的导管运动以及导管的频率响应来确定新激励，从而激励导管；以及

处理表达受激励导管的运动的运动信号以产生导管中容纳的物质的过程参数的估算值。

最好是，处理运动信号包括处理运动信号以产生质量流量估算值。

最好是，激励导管包括这样激励导管，使得导管的某个位置的运动被约束为逼近预定运动。

最好是，激励导管包括这样激励导管，使得导管的某个位置的运动被约束为基本为零的运动。

最好是，激励导管包括把导管运动约束为逼近导管的实际简正模式的预定边界条件；以及

其中处理运动信号包括根据假定预定边界条件的过程处理运动信号。

最好是，根据假定预定边界条件的过程来处理运动信号包括根据从假定预定边界条件的导管运动的实际简正模态表征推导的校准因数来处理运动信号。

最好是，激励导管包括以第一弯曲模式驱动直管，使得管的第一和第二间隔开的位置呈现出接近于零的运动。

最好是，激励导管包括驱动位于管子的第一位置和第二位置之间的位置的第一激励器以及分别位于第一和第二位置附近的第二和第三激励器。

最好是，所述方法还包括确定频率响应。

最好是，确定频率响应包括假定非时变频率响应。

最好是，确定频率响应包括自适应地确定频率响应。

最好是，自适应地确定频率响应包括根据递归最小二乘方估算过程确定频率响应。

最好是，根据递归最小二乘方估算过程确定频率响应包括根据加权递归最小二乘方估算过程确定频率响应。

本发明的另一方面包括用于控制参数传感器的装置，参数传感器包括配置成容纳物质的导管、多个可用于响应驱动信号来移动导管的激励器以及多个可用于产生表达导管运动的运动信号的运动换能器，所述装置包括：

形态控制电路，配置成耦合到运动换能器和激励器，形态控制电路可用于向多个激励器施加第一组驱动信号以便向导管施加第一激励，处理从多个运动换能器接收的运动信号以确定导管响应第一激励的运动；

所述装置的特征在于所述形态控制电路还配置成：

根据第一激励、所确定的响应第一激励的运动以及预期的导管运动向多个激励器施加第二组驱动信号，从而把第二激励施加到导管上。

最好是，形态控制电路可用于根据第一激励、所确定的响应第一激励的运动、预期的导管运动以及所假定的非时变频率响应来产生第二组驱动信号。

最好是，形态控制电路还包括用于自适应地确定导管的频率响应的频率响应确定器电路，并且其中形态控制电路可用于根据第一激励、所确定的响应第一激励的运动、预期的导管运动以及所确定的频率响应来向多个激励器施加第二组驱动信号。

最好是，频率响应确定器电路可用于根据递归最小二乘方估算过程来确定频率响应。

最好是，频率响应确定器电路可用于根据加权递归最小二乘方估算过程来确定频率响应。

最好是，频率响应确定器电路可用于产生第一估算频率响应，并且根据第一估算频率响应、所确定的第一激励以及所确定的导管响应第一激励的运动来产生第二估算频率响应；以及

其中形态控制电路可用于根据所确定的第一激励、预期运动、所确定的响应第一激励的运动以及第一估算频率响应和第二估算频率响应其中至少一个来确定第二激励。

最好是，第一估算频率响应包括第一估算逆频率响应；

其中第二估算频率响应包括第二估算逆频率响应；以及

其中形态控制电路可用于根据所确定的第一激励、预期运动、所确定的响应第一激励的运动以及第一估算逆频率响应和第二估算逆频率响应其中至少一个来确定第二激励。

最好是，频率响应确定器电路可用于根据递归最小二乘方估算过程从第一估算频率响应中产生第二估算频率响应。

最好是，频率响应确定器电路可用于根据加权递归最小二乘方估算过程从第一估算频率响应中产生第二估算频率响应。

最好是，预期运动包括按照预定频率的预期周期性运动；

其中预期运动由按照预定频率的预期周期性运动的相量表示来表达；

其中确定第一激励包括产生按照预定频率的第一周期性激励的相量表示；

其中确定导管响应第一激励的运动包括处理表达导管响应第一激励的运动的运动信号而产生导管响应第一激励按照预定频率的运动的相量表示；以及

其中产生多个驱动信号包括：

根据第一周期性激励的相量表示、预期运动的相量表示、导管响应第一激励按照预定频率的运动的相量表示以及导管的频率响应来产生按照预定频率的第二周期性激励的相量表示；以及

根据第二周期性激励的相量表示产生多个驱动信号。

本发明的另一方面包括过程参数传感器，该传感器包括：

配置成容纳物质的导管；

多个可工作地与导管相联系的激励器；

多个可工作地与导管相联系的运动换能器；

形态控制电路，配置成从多个运动换能器接收运动信号并且向多个激励器施加驱动信号；

所述装置的特征在于：

形态控制电路可用于激励导管，具体是通过迭代地确定并向导管施加新激励以及确定响应所加新激励的运动，以便根据先前确定的激励、所确定的响应先前确定的激励的运动、预期的导管运动以及导管的频率响应来确定新激励；以及

过程参数估算器电路配置成从多个运动换能器接收运动信号，并且可用于处理所接收的运动信号以产生与导管中容纳的物质相关的过程参数的估算值。

最好是，过程参数估算器电路包括质量流量估算器电路。

最好是，形态控制电路可用于激励导管，使得导管的某个位置的运动被约束为逼近预定运动。

最好是，形态控制电路可用于激励导管，使得导管的某个位置的运动被约束为基本为零的运动。

最好是，形态控制电路可用于把导管运动约束为逼近导管的实际简正模式的预定边界条件；以及

其中过程参数估算器电路可用于根据假定预定边界条件的过程处理所接收的运动信号。

最好是，过程参数估算器电路可用于根据从假定预定边界条件的导管运动的实际简正模态表征推导的校准因数来处理运动信号。

最好是，导管包括基本上直的管子，其中形态控制电路可用于以第一弯曲模式驱动管子，使得管子的第一和第二间隔开的位置呈现出接近于零的运动。

最好是，形态控制电路可用于驱动位于管子的第一位置和第二位置之间的位置的第一激励器以及分别位于第一和第二位置附近的第二和第三激励器。

最好是，包括可用于自适应地确定频率响应的频率响应确定器电路，其中形态控制电路可用于激励导管，具体是通过迭代地确定并向导管施加新激励以及确定响应所加新激励的运动，以便根据先前确定的激励、所确定的响应先前确定的激励的运动、预期的导管运动以及所确定的频率响应来确定新激励。

最好是，频率响应确定器电路可用于根据递归最小二乘方估算过程确定频率响应。

最好是，频率响应确定器电路可用于根据加权递归最小二乘方估算过程确定频率响应。

本发明的另一方面包括用于控制参数传感器的装置，参数传感器包括配置成容纳物质的导管、多个可工作地与导管相联系的激励器以及多个可工作地与导管相联系的运动换能器，所述装置包括：

对运动换能器作出响应、用于确定导管响应施加给导管的已知第一激励的运动的部件；

所述装置的特征在于：

对用于确定运动的部件作出响应、用于根据已知第一激励、所确定的响应第一激励的运动以及预期的导管运动来确定要施加到导管的第二激励的部件；以及

对用于确定第二激励的部件作出响应并且可工作地与多个激励器相联系、用于使激励器把第二激励施加到导管上的部件。

最好是，预期运动包括按照预定频率的预期周期性运动；

其中已知第一激励包括按照预定频率的已知第一周期性激励；

其中用于确定导管响应第一激励的运动的部件包括用于确定响应第一周期性激励的按照预定频率的周期性运动的部件；

其中用于确定第二激励的部件包括用于根据已知第一周期性激励、所确定的响应第一周期性激励的按照预定频率的周期性运动以及预期的周期性运动来确定要施加到导管上的按照预定频率的第二周期性激励的部件；以及

其中用于使多个激励器施加第二激励的部件包括用于使多个激励器向导管施加第二周期性激励的部件。

最好是，所述装置还包括用于确定导管的频率响应的部件，其中用于确定第二激励的部件包括用于根据已知第一激励、所确定的响应第一激励的运动、预期的导管运动以及所确定的频率响应来确定第二激励的部件。

最好是，用于确定频率响应的部件包括用于自适应地确定频率响应的部件。

最好是，用于自适应地确定频率响应的部件包括用于根据递归最小二乘方估算过程确定频率响应的部件。

最好是，用于根据递归最小二乘方估算过程确定频率响应的部件包括用于根据加权递归最小二乘方估算过程确定频率响应的部件。

最好是，用于自适应地确定频率响应的部件包括：

用于产生第一估算频率响应的部件；

用于根据第一估算频率响应、已知的第一激励以及所确定的导管响应第一激励的运动来产生第二估算频率响应的部件；以及

其中用于确定第二激励的部件包括用于根据已知的第一激励、预期运动、所确定的响应第一激励的运动以及第一估算频率响应和第二估算频率响应其中至少一个频率响应来确定第二激励的部件。

最好是，用于产生第一估算频率响应的部件包括用于产生第一估算逆频率响应的部件；

其中用于产生第二估算频率响应的部件包括用于产生第二估算逆频率响应的部件；以及

其中用于根据已知的第一激励、预期运动、所确定的响应第一激励的运动以及第一估算频率响应和第二估算频率响应其中至少一个来确定第二激励的部件包括用于根据已知的第一激励、预期运动、所确定的响应第一激励的运动以及第一估算逆频率响应和第二估算逆频率响应其中至少一个来确定第二激励的部件。

最好是，用于产生第二估算频率响应的部件包括用于根据递归最小二乘方估算过程从第一估算频率响应中产生第二估算频率响应的部件。

最好是，用于根据递归最小二乘方估算过程从第一估算频率响应中产生第二估算频率响应的部件包括用于根据加权递归最小二乘方估算过程从第一估算频率响应中产生第二估算频率响应的部件。

最好是，用于确定第二激励的部件包括用于根据已知的第一激励、所确定的响应第一激励的运动以及预期的导管运动来产生多个驱动信号的部件；以及

其中用于使多个激励器施加第二激励的部件包括用于把第二组驱动信号施加到多个激励器以产生第二激励的部件。

最好是，预期运动包括按照预定频率的预期周期性运动；

其中预期运动由按照预定频率的预期周期性运动的相量表示来表达；

其中已知第一激励由按照预定频率的第一周期性激励的相量表示来表达；

其中用于确定导管响应第一激励的运动的部件包括用于处理多个运动换能器产生的运动信号而产生导管响应第一激励的按照预定频率的运动的相量表示的部件；以及

其中用于施加多个驱动信号的部件包括：

用于根据第一周期性激励的相量表示、预期运动的相量表示、导管响应第一激励的按照预定频率的运动的相量表示以及导管的频率响应来产生按照预定频率的第二周期性激励的相量表示的部件；以及

用于根据第二周期性激励的相量表示产生多个驱动信号的部件。

本发明的另一方面包括一种用于控制参数传感器的计算机程序产品，参数传感器包括配置成容纳物质的导管、多个可工作地与导管相联系的激励器以及多个可工作地与导管相联系的运动换能器，计算机程序产品包括：

在计算机可读存储媒体中包含的计算机可读程序代码，计算机可读程序代码包括：

对运动换能器作出响应、用于确定导管响应施加到导管的已知第一激励的运动的程序代码；

所述计算机程序产品的特征在于：

对用于确定运动的程序代码作出响应、用于根据已知第一激励、所确定的响应第一激励的运动以及预期的导管运动来确定要施加到导管的第二激励的程序代码；以及

用于使多个激励器把第二激励施加到导管的程序代码。

最好是，预期运动包括按照预定频率的预期周期性运动；

其中已知第一激励包括按照预定频率的已知第一周期性激励；

其中用于确定导管响应第一激励的运动的程序代码包括用于确定响应第一周期性激励按照预定频率的周期性运动的程序代码；

其中用于确定第二激励的程序代码包括用于根据已知第一周期性激励、所确定的响应第一周期性激励的按照预定频率的周期性运动以及预期的周期性运动来确定要施加到导管上的按照预定频率的第二周期性激励的程序代码；以及

其中用于使多个激励器施加第二激励的程序代码包括用于使多个激励器向导管施加第二周期性激励的程序代码。

最好是，所述计算机可读程序代码还包括用于确定导管的频率响应的程序代码，其中用于确定第二激励的程序代码包括用于根据已知第一激励、所确定的响应第一激励的运动、预期的导管运动以及所确定的频率响应来确定第二激励的程序代码。

最好是，用于确定频率响应的程序代码包括用于自适应地确定频率响应的程序代码。

最好是，用于自适应地确定频率响应的程序代码包括用于根据递归最小二乘方估算过程确定频率响应的程序代码。

最好是，用于根据递归最小二乘方估算过程确定频率响应的程序代码包括用于根据加权递归最小二乘方估算过程确定频率响应的程序代码。

最好是，用于自适应地确定频率响应的程序代码包括：

用于产生第一估算频率响应的程序代码；

用于根据第一估算频率响应、已知的第一激励以及所确定的导管响应第一激励的运动来产生第二估算频率响应的程序代码；以及

其中用于确定第二激励的程序代码包括用于根据已知的第一激励、预期运动、所确定的响应第一激励的运动以及第一估算频率响应和第二估算频率响应其中至少一个来确定第二激励的程序代码。

最好是，用于产生第一估算频率响应的程序代码包括用于产生第一估算逆频率响应的程序代码；

其中用于产生第二估算频率响应的程序代码包括用于产生第二估算逆频率响应的程序代码；以及

其中用于根据已知的第一激励、预期运动、所确定的响应第一激励的运动以及第一估算频率响应和第二估算频率响应其中至少一个来确定第二激励的程序代码包括用于根据已知的第一激励、预期运动、所确定的响应第一激励的运动以及第一估算逆频率响应和第二估算逆频率响应其中至少一个来确定第二激励的程序代码。

最好是，用于产生第二估算频率响应的程序代码包括用于根据递归最小二乘方估算过程从第一估算频率响应中产生第二估算频率响应的程序代码。

最好是，用于根据递归最小二乘方估算过程从第一估算频率响应中产生第二估算频率响应的程序代码包括用于根据加权递归最小二乘方估算过程从第一估算频率响应中产生第二估算频率响应的程序代码。

最好是，预期运动包括按照预定频率的预期周期性运动；

其中预期运动由按照预定频率的预期周期性运动的相量表示来表达；

其中已知第一激励由按照预定频率的第一周期性激励的相量表示来表达；

其中用于确定导管响应第一激励的运动的程序代码包括用于处理表达导管运动的运动信号而产生导管响应第一激励的按照预定频率的运动的相量表示的程序代码；以及

其中用于使多个激励器施加第二激励的程序代码包括：用于根据第一周期性激励的相量表示、预期运动的相量表示、导管响应第一激励的按照预定频率的运动的相量表示以及导管的频率响应来产生按照预定频率的第二周期性激励的相量表示的程序代码。

附图简介

图1是说明根据本发明的实施例的参数传感器的示意图。

图2-4是说明根据本发明的实施例、用于激励参数传感器导管的示范操作的流程图。

图5是说明根据本发明的实施例的参数传感器所用的控制体系结构的示意图。

图6和7是说明根据本发明的其它实施例的参数传感器的示意图。

图8是说明根据本发明的另一些实施例的示范参数传感器操作的流程图。

图9是说明根据本发明的实施例、用于根据激励相量信号产生激励信号的装置的示意图。

图10是说明根据本发明的实施例、用于产生响应相量信号的装置的示意图。

实施例的详细描述

下面参照其中示出本发明实施例的附图，更全面地描述本发明。但是，本发明可以用许多不同形式来实施，而不应视为仅限于此处陈述的实施例；相反，提供这些实施例是为了使本公开彻底和完整，并且全面地将本发明的范围传达给本领域的技术人员。所有图中的类似的标号指的是类似的部分。本领域的技术人员应当知道，本发明可以作为系统(装置)、方法或计算机程序产品来实施。

本文描述的本发明的实施例涉及科里奥利质量流量计，它采用单个基本上直的导管，该导管不需要例如经机械调谐的平衡杆。本发明在这类应用中特别有利。但是，本领域的技术人员应当理解，本发明还可以与其它类型的流量计结构配合使用，包括传统的带有机械平衡杆的弯管结构和直管结构。

本领域的技术人员会理解，本发明可以作为装置和/或方法和/或计算机程序产品来实施。本发明可以在硬件方面或者在硬件和软件方面的结合中实现。此外，本发明还可采取计算机程序产品的形式，该产品包括具有在媒体中包含的计算机可用程序代码的计算机可用存储媒体。可以利用任何适当的计算机可读媒体，包括半导体存储装置(例如RAM、ROM、EEPROM等)、硬盘、CD-ROM、光存储装置以及磁存储装置。

用于执行本发明操作的计算机程序代码可以用面向对象的编程语言来编写，诸如Java或C++和/或过程编程语言、如“C”。程序代码可以在单个计算机或诸如微控制器、微处理器或数字信号处理器(DSP)之类的数据处理装置上执行，或者可以在多个装置、例如多个数据处理装置上执行，这些装置经由电子电路板内的串行或并行数据总线、机架或组件进行通信，或者构成诸如局域网(LAN)、广域网(WAN)或因特网之类的数据通信网络的一部分。

下面根据本发明的实施例，参照方法、装置(系统)和计算机程序产品的流程图说明和/或框图来描述本发明。应当理解，可以通过计算机程序代码(指令)来实现流程图说明和/或框图中的各框，以及流程图说明和/或框图中各框的组合。这些计算机程序代码可以提供给通用计算机的处理器、专用计算机或者其它可编程数据处理装置以产生一种机器，使得经由计算机的处理器或其它可编程数据处理装置执行的指令创建用于实现流程图和/或框图中各框或一些框中指定的功能的部件。这些计算机程序产品还可以包含在计算机可读存储媒体中(例如磁盘或半导体存储器、代码磁存储器等)，它可以指引计算机或其它可编程数据处理装置以特定的方式工作，使得计算机可读存储器中存储的计算机程序产生一种产品，其中包含实现流程图和/或框图中的一个或多个框中指定功能的指令装置。这些计算机程序代码还可以装在计算机或其它可编程数据处理装置上，从而使一系列操作步骤在计算机或其它可编程装置上执行，以产生计算机实现的过程，使得在计算机或其它可编程装置上执行的代码提供用于实现流程图和/或框图中的一个或多个框中指定功能的步骤。

概述

下列讨论提供了支持根据本发明实施例的装置、方法和计算机程序产品的基本理论说明。应当理解，本发明的范围不限于此理论说明。例如，下列讨论说明了计算操作。尽管这些操作是按特定的顺序和组织给出的，以便于理解本发明，但是应当理解，所述计算操作可以在本发明的范围之内重新排序、以不同方式组合或者以其它方式修改。因此，还应当理解，一般而言，本发明不仅包括本文所述的特定计算操作，而且包括等效操作。

典型科里奥利质量流量计包括具有直的、弯的或其它结构且适合于从例如管道中接收物质的导管。通常采用一个或多个激励器、例如线圈型驱动器来激励(振动)导管。运动换能器、例如线圈型速度或位移传感器通常附着在导管上，当物质从中流过时产生指明导管运动的信号。这些运动信号通常经过处理而产生导管的间隔位置的相对运动的测量结果，例如相位或时间差(“Δt”)测量结果，这又可用于产生质量流量估算值。

如果流量传感器“系统”由正弦波驱动，并且在激励的下一次变化之前达到稳定状态，则系统的行为可以用其频率响应来描述。通常以某种驱动频率来驱动直管科里奥利质量流量计，该驱动频率通常等于或接近直管导管的第一弯曲模式的共振频率，可以通过只考虑驱动频率下的频率响应来达到进一步简化。在驱动频率，振动系统可以在频域中表示为矩阵方程：

             v_k+1＝Hf_k                          (1)

其中f_k是代表施加到导管的一些位置的周期性激励(例如力)的激励相量的矢量，v_k+1是代表在导管的一些位置响应激励的导管运动(例如速度)的响应相量的矢量，H是频率响应矩阵。例如，正弦驱动信号可以由激励相量矢量f_k合成，并且施加到激励器以把力加到传感器导管，在系统稳定下来之后，响应所加力而产生的运动信号可以经过处理而产生响应相量矢量v_k+1。频率响应矩阵H可以视为系统频率响应在驱动频率处的“切片”。

使响应相量矢量v_k+1逼近目标响应相量矢量v_T的激励相量矢量f_k可以作为下列关系式的解来确定：

                    Hf_k＝v_T                       (2)

方程(2)的解f_*可以利用等式(3)来计算：

                    f_*＝H^-1v_T                     (3)

如果频率响应矩阵H是方阵并且满秩，则等式(3)的解应当是可行的。

科里奥利质量流量计一般明显是时变的，即，具有随流体密度、流体或环境温度、安装和其它因素而变化的系统频率响应。但是，可以假设频率响应H的这种变化是不明显的，这样，就可以假定频率响应是非时变的，测量在某个给定时间的频率响应H_o，然后使用这个所测量的频率响应H_o来计算激励矢量：

                    H_of_k＝v_T

$f_k=H_o^{-1}{v}_T---\left(4\right)$

利用H_o计算激励相量矢量f_k可能导致响应矢量v与设定点v_T之间的偏差。但是，即使是实际频率响应与假定频率响应H_o之间的小差异也会导致估算响应的明显偏差。

假定非时变频率响应的替代方案是不断更新频率响应估算值H_o以维持近似值H_o与实际频率响应之间的较好匹配。例如，可以迭代地对等式(4)求解。为了导出此迭代解，首先形成误差矢量e的模方L：

                    e＝H_of-v_T                  (5)

$L={\left|\right|e\left|\right|}_2^2=e^{H}e----\left(6\right)$

模方L是误差矢量e的共轭转置矩阵与其本身的矢量积。它是复数激励相量矢量f的非负实数标量值函数。它衡量f与等式(4)的解的接近程度。如果等式(4)的解存在，解出以下最优化问题：

$\underset{f}{\min }L\left(f\right)----\left(7\right)$

可以视为等效于解出等式(4)。

此二次最优化问题可以用梯度下降迭代技术来求解。激励相量矢量的初始估算值(猜想)f_k可用来产生激励相量矢量的新估算值f_k+1：

$f_{k+1}=f_k-\frac{1}{2}\mathrm{\μ}\left[{\▿}_f\left(L\right)\right]----\left(8\right)$

估算值序列{f_k，f_k+1，f_k+2，…}沿着L对f的梯度_f步进。梯度_f是f在L平面上最急剧增大的方向。对于复数矢量自变量，梯度_f可以定义为：

${\▿}_f\left(L\right)=2\frac{\∂L}{\∂f^H}-----\left(9\right)$

展开目标函数L：

             L＝[H_of-v_T]^H[H_of-v_T]

$L=f^H{H}_o^H{H}_{o}f-f^H{H}_o^H{v}_T-v_T^H{H}_{o}f+v_T^H{v}_T---\left(10\right)$

并且估算梯度_f：

${\▿}_f\left(L\right)=2\frac{\∂L}{\∂f^H}=2[H_o^H{H}_{o}f-H_o^H{v}_T]----\left(11\right)$

梯度_f可以在当前激励矢量猜想f_k上估算。在式(11)中用f_k代替f并且代入式(8)，得到：

$f_{k+1}=f_k-\mathrm{\μ}[H_o^H{H}_o{f}_k-H_o^H{v}_T]--\left(12\right)$

如果序列{f_k，f_k+1，f_k+2，…}收敛，则随着k→∞：

$[I-I+\mathrm{\μ}{H}_o^H{H}_o]f_{\∞}=\mathrm{\μ}{H}_o^H{v}_T$

$H_o^H{H}_o{f}_{\∞}=H_o^H{v}_T---\left(13\right)$

                          H_of_∞＝v_T

随着k→∞，序列{f_k，f_k+1，f_k+2，…}的极限值可视为等式(4)的解。

等式(12)可能收敛或发散，取决于μ和H_o的值。

对等式(12)的稳定性进行简单的测试。重新把等式(12)排列成标准形式：

$f_{k+1}=[I-\mathrm{\μ}{H}_o^H{H}_o]f_k+\mathrm{\μ}{H}_o^H{v}_T--\left(14\right)$

如果矩阵的本征值：

$[I-\mathrm{\μ}{H}_o^H{H}_o]---\left(15\right)$

全部在复平面上的单位圆内，则迭代一般是稳定的，并且序列{f_k，f_k+1，f_k+2，…}应当收敛，在极限情况下产生等式(4)的解。

如果迭代是稳定的，但是收敛速度非常慢，则它可具有有限值。迭代步长μ是可由用户设定的自由参数，其选择一般影响迭代收敛速度。如果为最佳收敛速度选择μ，则收敛速度受到下式限制：

$\frac{L\left(f_{k+1}\right)}{L\left(f_k\right)}\≥{\left(\frac{r-1}{r+1}\right)}^2---\left(16\right)$

其中r是矩阵[H_o ^HH_o]的条件数。条件数是矩阵的最大本征值与最小本征值之比：

$r=\frac{\max \left(\mathrm{eig}\left(\right[H_o^H{H}_o\left]\right)\right)}{\min \left(\mathrm{eig}\left(\right[H_o^H{H}_o\left]\right)\right)}---\left(17\right)$

所以，如果[H_o ^HH_o]的本征值分散较大，则收敛通常会缓慢。如果该比值接近1，则收敛通常会较快。例如，如果r＝1.1，则通过等式(16)，目标函数L会在每步迭代中按照不小于1/441的因子减小。

对于某些系统，[H_o ^HH_o]的条件数可能很大，导致等式(14)收敛慢。为了加速收敛，等式(5)中的原误差矢量可以乘以加权矩阵P：

            e＝P[H_of-v_T]                     (18)

使加权误差的模方最小化仍可以产生等式(4)的正确解。但是，选择加权矩阵P可能减小稳定性和迭代的收敛速度。

利用加权误差矢量，等式(14)的迭代变成：

$f_{k+1}=[I-\mathrm{\μ}{H}_o^H{P}^{H}P{H}_o]f_k+\mathrm{\μ}{H}_o^H{P}^{H}P{v}_T---\left(19\right)$

现在，收敛速度可以通过以下矩阵的本征值分布来确定：

$\left[H_o^H{P}^H{\mathrm{PH}}_o\right]---\left(20\right)$

对加权矩阵P的所需选择是：

$P=H_o^{-1}---\left(21\right)$

把等式(21)代入等式(19)：

$f_{k+1}=[I-\mathrm{\μI}]f_k+\mathrm{\μ}{H}_o^{-1}{v}_T--\left(22\right)$

P的这种选择可能是所期望的，因为它可以导致沿着所有维的快速收敛。实际上，如果μ＝1，则收敛可能在单个步骤中就发生。

即使收敛特性得到改善，激励识别问题仍然对建模误差很敏感。特别是，如果估算频率响应不准确，则把激励f_∞应用于实际系统时，可能产生的响应与设定点不匹配，即v_∞≠v_T。

等式(12)可以重新排列为：

$f_{k+1}=f_k-\mathrm{\μ}{H}_o^H[H_o{f}_k-v_T]---\left(23\right)$

如果激励相量矢量f_k在步骤k应用于实际系统，则：

             Hf_k＝v_k+1                      (24)

可以在步骤k+1测量v_k+1。假定存在小的建模误差H_o≌H，并且把等式(24)代入等式(23)，则激励模式的迭代变成：

$f_{k+1}=f_k-\mathrm{\μ}{H}_o^H[v_{k+1}-v_T]--\left(25\right)$

其中方括号中的项是在步骤k+1中所测量的系统响应与预期响应的偏差。如果等式(25)所表示的迭代过程收敛，则激励模式会调整，使得即使频率响应模型H_o不是十分准确，测量响应v_k+1也会逼近预期响应v_T。

用矩阵P对误差矢量加权，等式(23)变为：

$f_{k+1}=f_k-\mathrm{\μ}{H}_o^H{P}^{H}P[H_o{f}_k-v_T]---\left(26\right)$

并且等式(25)变为：

$f_{k+1}=f_k-\mathrm{\μ}{H}_o^H{P}^{H}P[v_{k+1}-v_T]---\left(27\right)$

利用等式(21)设置 $P=H_o^{-1},$ 则：

$f_{k+1}=f_k-\mathrm{\μ}{H}_o^{-1}[v_{k+1}-v_T]--\left(28\right)$

利用等式(24)并且重新排列以检查收敛性：

$f_{k+1}=[I-\mathrm{\μ}{H}_o^{-1}H]f_k-\mathrm{\μ}{H}_o^{-1}{v}_T---\left(29\right)$

如果下式(30)的本征值包含在单位圆中，则这个迭代应当稳定：

$[I-\mathrm{\μ}{H}_o^{-1}H]--\left(30\right)$

迭代的收敛速度可由下式(31)的本征值分布来确定：

$\left[H_o^{-1}H\right]--\left(31\right)$

建模误差越小，以下近似越接近：

一般来说，这种近似越好，本征值的分布越紧密，收敛越快。如果建模误差大得足以使迭代发散，则可选择步长μ＜1.0，以便在比等式(16)所预测的速度低的速度下恢复收敛。

如果系统的频率响应模型准确，上述迭代过程的收敛可以非常快(例如仅用几步)。根据本发明的一些方面，在存在系统变化、如流体属性或安装结构的变化时，传感器导管系统的频率响应模型经过迭代地更新，从而减小建模误差并且维持预期的估算响应矢量到预期响应的收敛。

在力调整等式(28)中，使用频率响应的逆矩阵的模型来计算新的力估算值。根据本发明的一些实施例，更新频率响应模型包括根据最小二乘方估算过程迭代确定逆频率响应Q：

$Q=H_o^{-1}---\left(33\right)$

逆频率响应Q可以通过求解矩阵方程来确定：

           Q[v_k-N+1，…，v_k-1，v_k]＝[f_k-N，…，f_k-2，f_k-1]    (34)

其中Q是未知矩阵，[f_k-N，…，f_k-2，f_k-1，f_k]和[v_k-N+1，…，v_k-1，v_k，v_k+1]分别是所测量的激励和响应相量矢量，在N步骤上按列堆叠。定义：

           F＝[f_k-N，…，f_k-2，f_k-1]       (35)

           V＝[v_k-N+1，…，v_k-1，v_k]       (36)

则重写等式(34)：

           QV＝F                           (37)

等式(37)的最小二乘方解是：

              Q＝FV^H[VV^H]^-1                (38)

这可以通过一次一行地考虑Q来表示。形成误差行矢量：

              e_i＝[q_iV-f_i]                 (39)

当e_i e_i ^H对q_i的梯度q_i为零时，均方误差最小：

${\▿}_{q_i}\left(e_i{e_i}^H\right)=q_i{\mathrm{VV}}^H-f_i{V}^H=0--\left(40\right)$

或者          q_i＝f_iV^H[VV^H]^-1              (41)

在等式(41)中按下标i堆叠各行而得到等式(38)。矩阵VV^H必须是满秩的才存在解。这是对在收集到足够的数据来计算系统逆模型之前所需要到的最小步骤数N的约束。

等式(38)可能是计算Q的麻烦的方法。激励和响应数据矩阵F和V随着时间线性增长，矩阵求逆一般不是希望实时执行的运算。在利用初始激励和响应数据对逆频率响应Q进行初始估算之后，一般希望能够利用新激励和响应矢量来更新逆频率响应Q，而不用重新处理所有先前收集的数据。在步骤k的逆频率响应Q_k为：

          Q_k＝FV^H[VV^H]^-1                 (42)

为了在步骤k+1产生逆频率响应的新估算值，可以把激励和响应矢量f_k、v_k+1分别附加到F和V。在步骤k+1的逆频率响应Q_k+1为：

     Q_k+1＝[F，f_k][V，v_k+1]^H[[V，v_k+1][V，v_k+1]^H]^-1    (43)

等式(43)可以经过处理，使得“新”逆频率响应估算值Q_k+1可以作为“旧”逆频率响应估算值Q_k的修改来计算。这可以避免保存“旧”激励和响应数据、即步骤k+1之前的步骤所用的数据的必要。

为了简化符号，定义：

        G_k＝VV^H                        (44)

把新数据v_k+1附加于矢量V：

       G_k+1＝[V，v_k+1][V，v_k+1]^H       (45)

组合等式(44)和(45)：

$G_{k+1}=G_k+v_{k+1}{v}_{k+1}^H--\left(46\right)$

把等式(46)代入等式(43)：

               Q_k+1＝[F，f_k][V，v_k+1]^H[G_k+1]^-1    (47)

展开等式(47)：

$Q_{k+1}=[{\mathrm{FV}}^H{+f_k{v}_{k+1}^H]\left[G_{k+1}\right]}^{-1}---\left(48\right)$

等式(48)包含初始数据矩阵F和V。为了把第一项FV^H表达成仅步骤k和步骤k+1的各项的函数，写成：

${\mathrm{FV}}^H=\left[{\mathrm{FV}}^H{G}_k^{-1}\right]G_k--\left(49\right)$

则使用等式(44)和(46)：

               FV^H＝Q_kG_k                          (50)

分离等式(45)中的G_k并且代入等式(50)：

${\mathrm{FV}}^H=Q_k[G_{k+1}-v_{k+1}{v}_{k+1}^H]---\left(51\right)$

展开等式(51)：

${\mathrm{FV}}^H=Q_k{G}_{k+1}-Q_k{v}_{k+1}{v}_{k+1}^H---\left(52\right)$

把等式(52)代入等式(48)：

$Q_{k+1}=[Q_k{G}_{k+1}-Q_k{v}_{k+1}{v}_{k+1}^H+f_k{v}_{k+1}^H][G_{k+1}{]}^{-1}--\left(53\right)$

等式(53)可以简化为：

$Q_{k+1}=Q_k+[f_k-Q_k{v}_{k+1}]v_{k+1}^H{G}_{k+1}^{-1}---\left(54\right)$

等式(54)描述了根据前一步骤k中产生的估算值Q_k和步骤k中的激励和响应数据f_k、v_k，在步骤k+1产生逆频率响应的估算值Q_k+1的递归过程。

此递归可直接用来改进系统逆模型，但是有可能避免对矩阵G_k+1求逆。对等式(46)两边都求逆矩阵：

$G_{k+1}^{-1}=[G_k+v_{k+1}{v}_{k+1}^H{]}^{-1}---\left(55\right)$

应用矩阵逆引理(Iemma)：

$G_{k+1}^{-1}=G_k^{-1}+G_k^{-1}{v}_{k+1}[I+{v_{k+1}}^H{G}_k^{-1}{v}_{k+1}{]}^{-1}{v}_{k+1}^H{G}_k^{-1}--\left(56\right)$

I+v_k+1 G_k ^-1 V_k+1 ^H实际上是标量，所以矩阵求逆可以简化为标量除法，使得等式(56)可以写为：

$G_{k+1}^{-1}=G_k^{-1}+\left[\frac{G_k^{-1}{v}_{k+1}{v}_{k+1}^H{G}_k^{-1}}{1+v_{k+1}^H{G}_k^{-1}{v}_{k+1}}\right]------\left(57\right)$

定义：

$P_k=G_k^{-1}--\left(58\right)$

重写等式(57)：

$P_{k+1}=P_k+\left[\frac{P_k{v}_{k+1}{v}_{k+1}^H{P}_k}{1+v_{k+1}^H{P}_k{v}_{k+1}}\right]---\left(59\right)$

重写等式(54)：

$Q_{k+1}=Q_k+[f_k-Q_k{v}_{k+1}]v_{k+1}^H{P}_{k+1}--\left(60\right)$

从等式(60)中可以看出，步骤k+1中逆频率响应的更新估算值Q_k+1可以从步骤k的先前估算值Q_k、步骤k的激励f_k、对激励f_k的响应v_k+1以及步骤k的因子P_k产生。

根据本发明的其它实施例，可以采用加权递归最小二乘方估算过程来自适应地估算频率响应。在系统逆模型的更新中，可以引入遗忘因子λ∈(0，1]，从而对旧数据加权低于对当前数据加权。按照类似于上述的过程：

        Q_k＝FV^H[VV^H]^-1                     (61)

$Q_{k+1}=[F,f_k]\left[\begin{array}{cc}\mathrm{\λI}& 0\\ 0& 1\end{array}\right]{[V,v_{k+1}]}^H{\left[\right[V,v_{k+1}\left]\left[\begin{array}{cc}\mathrm{\λI}& 0\\ 0& 1\end{array}\right]\right[V,v_{k+1}{]}^H]}^{-1}--\left(62\right)$

        G_k＝VV^H                            (63)

$G_{k+1}=[V,v_{k+1}]\left[\begin{array}{cc}\mathrm{\λI}& 0\\ 0& 1\end{array}\right]{[V,v_{k+1}]}^H--\left(64\right)$

$G_{k+1}=\mathrm{\λ}{G}_k+v_{k+1}{v}_{k+1}^H---\left(65\right)$

$Q_{k+1}=[F,f_k]\left[\begin{array}{cc}\mathrm{\λI}& 0\\ 0& 1\end{array}\right]{[V,v_{k+1}]}^H{\left[G_{k+1}\right]}^{-1}--\left(66\right)$

$Q_{k+1}=[\mathrm{\λF}{V}^H+f_k{v}_{k+1}^H]{\left[G_{k+1}\right]}^{-1}--\left(67\right)$

${\mathrm{FV}}^H=\left[{\mathrm{FV}}^H{G}_k^{-1}\right]G_k--\left(68\right)$

        FV^H＝Q_kG_k                      (69)

${\mathrm{FV}}^H=Q_k[G_{k+1}-v_{k+1}{v}_{k+1}^H]/\mathrm{\λ}---\left(70\right)$

$Q_{k+1}=[Q_k{G}_{k+1}-Q_k{v}_{k+1}{v}_{k+1}^H+f_k{v}_{k+1}^H]{\left[G_{k+1}\right]}^{-1}--\left(71\right)$

$G_{k+1}^{-1}=[\mathrm{\λ}{G}_k+v_{k+1}{v}_{k+1}^H{]}^{-1}--\left(72\right)$

$G_{k+1}^{-1}={\left[\mathrm{\λ}{G}_k\right]}^{-1}-{\left[\mathrm{\λ}{G}_k\right]}^{-1}{v}_{k+1}[I+v_{k+1}^H[\mathrm{\λ}{G}_k{]}^{-1}{v}_{k+1}{]}^{-1}{v}_{k+1}^H{\left[\mathrm{\λ}{G}_k\right]}^{-1}--\left(73\right)$

$P_k=G_k^{-1}--\left(74\right)$

$P_{k+1}=[P_k/\mathrm{\λ}]-[P_k/\mathrm{\λ}]v_{k+1}[I+v_{k+1}^H[P_k/\mathrm{\λ}\left]v_{k+1}{]}^{-1}{v}_{k+1}^H\right[P_k/\mathrm{\λ}]--\left(75\right)$

$P_{k+1}=\frac{1}{\mathrm{\λ}}[P_k-\frac{P_k{v}_{k+1}{v}_{k+1}^H{P}_k}{\mathrm{\λ}+v_{k+1}^H{P}_k{v}_{k+1}}]---\left(76\right)$

以及

$Q_{k+1}=Q_k+[f_k-Q_k{v}_{k+1}]v_{k+1}^H{P}_{k+1}--\left(77\right)$

遗忘因子的典型值是λ＝0.95。完整的加权递归最小二乘方估算过程可以描述如下：

        v_k+1＝Hf_k

$P_{k+1}=\underset{\‾}{1}[P_k-\frac{P_k{v}_{k+1}{v}_{k+1}^H{P}_k}{+v_{k+1}^H{P}_k{v}_{k+1}}]--\left(78\right)$

$Q_{k+1}=Q_k+[f_k-Q_k{v}_{k+1}]v_{k+1}^H{P}_{k+1}$

             f_k+1＝f_k-Q_k[v_k+1-v_T]

虽然等式(78)说明了在计算更新激励相量矢量f_k+1、Q_k、Q_k+1或一些派生物或者其组合时Q_k的使用可用在更新激励相量矢量f_k+1的公式中。仿真看来好象表明，当使用Q_k+1时收敛可能更快，但是当使用Q_k时更稳定。

示范传感器装置和操作

图1说明根据本发明的实施例的参数传感器100。传感器100包括导管103，导管103配置成容纳流过其中的物质、例如流体。通常与科里奥利型流量传感器配合使用的多个激励器106、如线圈型驱动器可工作地与导管103相关联。具体来讲，激励器106可用于对施加到激励器106的驱动信号109作出响应而向导管103施加激励。多个运动换能器105也可工作地与导管相关联，产生运动信号107，运动信号107表示导管103响应激励器106强加的激励、与流过导管103的物质相关的激励以及可能从外部源(如安装、管道连接等)强加到导管103上的其它激励而产生的运动。

传感器100还包括可用于接收运动信号107并产生驱动信号109的传感器电子电路110。具体来讲，传感器电子电路110包括形态控制电路112，可用于以如上所述的方式从运动信号107产生驱动信号109，例如参考公式(28)或(78)。为了便于说明，未标出参数传感器电子电路110的其它可能的组成部分、如用于从运动信号107产生参数估算值的电路。

应当理解，传感器电子电路110可以多种不同方式来实现。例如，传感器电子电路110可包括与传感器100的其它部分以集成方式封装的电子电路。作为备选方式，传感器电子电路110的全部或一部分可以分开封装和/或与其它电子电路、如过程控制电路集成在一起。应当理解，一般来讲，传感器电子电路可以利用专用硬件、软件或者在专用或通用计算硬件上执行的固件、或者它们的组合来实现。

图2-4说明根据本发明的实施例、用于控制参数传感器、如图1所示的参数传感器100的操作。应当理解，图2-4的操作可以在电子电路中、如图1的传感器电子电路110中实现。例如，图2-4的操作可以利用在微处理器或其它计算装置上执行的计算机程序代码来实现。

参照图2，确定施加到传感器导管、如图1所示的传感器导管103的第一激励(框210)，其形式为例如力的相量或其它表示。例如通过处理运动信号、如图1的运动信号107以产生导管运动的相量或其它表示，从而确定导管响应第一激励而产生的运动(框220)。然后，根据所确定的第一激励、预期的导管运动、所确定的响应第一激励的运动以及导管的频率响应来确定要施加到导管的第二激励，例如沿着以上参照等式(28)或(78)所述的程序来进行(框230)。然后把所确定的第二激励施加到导管(框240)。

具体来讲，根据图3所示的本发明的实施例，传感器电路的控制可以作为迭代过程来实现。根据这种过程的操作300包括确定施加到传感器导管的激励(框310)。确定导管响应所确定的激励而产生的运动(框320)，以及根据所确定的激励、响应所确定的激励的运动、预期的导管运动以及导管的频率响应来确定要施加到导管的新激励(框330)。然后把这个新确定的激励施加到导管(框340)，确定响应新施加的激励而产生的运动，并且用来确定要施加到导管的另一激励(框320-340)。如果所需收敛条件存在，则这些操作(框320-340)的迭代可导致实际导管运动逼近预期运动，如上所述。

根据图4所示的本发明的实施例的操作400，沿着参考等式(78)所述的程序，通过结合运动控制操作自适应地产生频率响应可以得到改进的性能。确定频率响应估算值(例如步骤k的估算逆频率响应Q_k)(框410)。确定施加到导管的激励，以及导管响应激励而产生的运动(框420、430)。根据先前产生的频率响应估算值、所确定的激励以及所确定的响应所确定激励而产生的运动，产生新的频率响应估算值(例如步骤k+1的逆频率响应估算值Q_k+1)(框440)。根据先前确定的激励、所确定的响应先前确定的激励而发生的运动、预期的导管运动以及新产生的估算频率响应和/或先前产生的估算频率响应，确定要施加到导管的新激励(框450)。这个激励被施加到导管(框460)，并且操作以迭代方式继续进行(框470、430-460)，以向着预期运动驱动导管运动(假定有利的收敛条件)。

图5说明根据本发明的实施例的参数传感器500的组成部分。参数传感器500包括配置成容纳物质的导管503。激励器506和运动换能器505可工作地与导管503相关联。控制器电路510包括处理器530(例如微处理器、微控制器、数字信号处理器(DSP)或者其它计算装置)以及相关的存储媒体(例如集成电路存储器、磁存储媒体、光存储媒体等)。模数(A/D)转换和信号处理电路540把运动换能器505产生的运动信号507处理成适当的数字形式以供处理器530处理。应当理解，电路540可包括例如放大器、抗混淆滤波器和/或其它信号处理电路。数模(D/A)和信号处理电路520从处理器530产生的数字信号来产生适当的模拟驱动信号509，用于驱动激励器506。应当理解，电路520可包括例如重构滤波器、功率放大器和/或其它信号处理电路。

处理器530实现驱动控制环路部分，包括响应相量确定器电路531、减法电路532、激励相量确定器电路533、频率响应确定器电器535以及驱动信号发生器电路534。响应相量确定器电路531可用于通过如以下参照图10所述的解调，利用周期性参考信号537，从A/D电路540所产生的数字信号产生表示导管505的周期性运动的响应相量矢量v。

减法电路532从响应相量矢量v中减去参考响应相量矢量v_T，从而确定误差矢量，并将其传送到激励相量确定器电路533。激励相量确定器电路533根据频率响应估算值Q从误差矢量来产生激励矢量f。频率响应确定器电器535可根据分别由响应相量确定器电路531和激励相量确定器电路533产生的响应矢量v和激励矢量f以自适应方式产生频率响应估算值。驱动信号发生器电路534例如通过以下参考图9所述的调制，根据参考信号537从所确定的激励f产生数字驱动信号。

应当理解，控制器510可以利用多种不同类型的电子电路来实现。例如，如上所述，控制器510的许多部分可以在微处理器或其它高集成度的计算装置中实现，其中诸如响应相量确定器电路531、激励相量确定器电路533等部分可以一种或多种软件(或固件)、例程、对象或其它配置成在计算装置上执行的模块结构的形式来实现。例如，这些部分可以作为程序代码来实现，这些程序代码配置成在微处理器、微控制器、DSP或其它数据处理电路上执行，并且利用仿真和实时信号处理设计软件、如Math Works，Inc.，Natick MA提供的Simulink和Real-Time Workshop产品来产生。但是应当理解，这些部分的功能可以在分立数字硬件或以模拟(连续域)方式执行等效处理功能的模拟电路中实现。还应当理解，处理器530和转换器电路520、540的功能可以集成在一个或多个装置中，诸如专用集成电路(ASIC)。应当理解，一般来说，控制器510的各部分可以利用专用硬件、软件或在专用或通用计算装置上执行的固件、或者这些形式的组合来实现，控制器510的功能可以集成在单个单元、如配置成位于激励器506和换能器505附近的电子封装中，或者可以位于相隔很远的设备、如远程过程控制设备中。

图9说明电路900的示范实现，它产生激励信号945，该信号可用于驱动激励器、如图5的激励器506。把激励相量矢量信号f加到实部和虚部确定器电路910，该电路910产生分别代表相量矢量信号f的实部和虚部的第一和第二信号Re{f}，Im{f}。实部和虚部信号Re{f}，Im{f}分别加到相应的乘法器电路920、930，在此与相应的I和Q(正交)正弦波参考信号Ref_I、Ref_Q相乘。乘法器电路920、930所产生的信号925、935通过求和电路940相加在一起，产生激励信号945。

现在参照图10，用于产生响应相量矢量信号v的电路1000包括第一和第二希耳伯特变换器电路1010、1020，它们分别处理运动信号(如图5的转换器电路540产生的运动信号)和正弦波参考信号(如图9的I参考信号Ref_I)。在除法器电路1030中把从运动信号导出的信号1015除以从参考信号导出的信号1025。然后通过低通滤波器1040对除法器电路1030的输出1035进行滤波，产生响应相量信号v。

应当理解，图9的电路900和图10的电路1000可以多种不同方式来实现。例如，电路900、1000的各种功能块可以在前述Simulink的仿真环境中由标准和/或定制的信号处理模型来构造，然后利用前述Real-Time Workshop软件进行处理，从而产生配置成执行电路900、1000的功能块的功能的操作的可执行代码。

图6表示出参数传感器600，说明根据本发明的实施例如何能把形态控制与参数(例如质量流量)估算集成在一起。参数传感器600包括配置成容纳物质的导管603，连同可工作地关联的激励器606和运动换能器605。换能器605产生的运动信号607被传送到传感器电子电路610。传感器电子电路610包括参数估算器电路612，电路612配置成接收所有或一部分运动信号607并且可用于从中产生过程参数估算值。例如，参数估算器电路612可包括质量流量估算器电路，该电路根据运动信号607之中的时间差或相位关系产生质量流量估算值，其中利用了按传统方式导出的校准因数，或者利用如与此同时提交的序列号为09/941462的Normen的美国专利申请中描述的模型估算技术导出的校准因数，该专利申请的标题是“Apparatus，Methodand Computer Program Products for Generating Mass Flow CalibrationFactors Using a Normal Modal Dynamic Characterization of a Material-Containing Conduit”，现通过引用将其完整地结合于此。传感器电子电路610还包括形态控制电路614，可用于根据本发明利用形态控制技术从运动信号607产生驱动信号609，如参考等式(28)和(78)所述。

应当理解，图6的传感器600的体系结构适用于各种不同的传感器配置。例如，图6的体系结构适用于各种各样的导管结构，包括但不限于直管和弯管配置。图6的体系结构还适用于导管603、激励器606、换能器605和电子电路610的各种不同方案。例如，图6的体系结构适用于传统的科里奥利质量流量计配置，其中导管603、激励器606、换能器605和电子电路610结合成一个整体单元，该单元设计成连接在管道中或者其它物质传送设施中。但是，应当理解，图6的体系结构还适合其它配置，包括例如“夹紧”配置，其中，管道或其它导管的现有部分用作传感器导管603，而激励器606、换能器605和电子电路610附着于或以其它方式接合到现有管道上而形成参数传感器。

图7说明根据本发明的实施例的示范直管型传感器700。传感器700包括配置成容纳物质的导管703。导管703由外壳704包围并连接到外壳704，而且配置成在第一和第二法兰702处连接到管道系统。相对激励器706A安排在导管703和外壳704之间，并且可用于引起导管703相对于外壳704的运动。相对运动换能器705A可用于检测导管703相对于外壳704的运动。第一和第二惯性激励器、如音圈型惯性激励器定位成在法兰702附近接合外壳704。假定外壳704与导管703在法兰702附近刚性连接，则惯性激励器706可用于向法兰703附近的导管703施加力。第一和第二惯性运动换能器706B可用于测量外壳704的运动，从而测量接近法兰702的导管703的运动。

运动换能器705A、705B产生运动信号707，这些信号被传送到传感器电子电路710。所有或一部分运动信号707、如相对运动换能器705A所产生的运动信号由参数估算器电路712(例如质量流量估算器电路)接收，该电路处理所接收的运动信号以产生过程参数、如质量流率的估算值。

所有或一部分运动信号707可由形态控制电路714接收，该电路处理所接收的运动信号，从而为激励器706A、706B产生驱动信号。例如，形态控制电路714可用于驱动导管703，使得导管703在预定频率以第一弯曲模式振动，而法兰702附近的运动被约束为接近于零速度。这种约束运动可用来尽量减小会降低参数估算器电路712产生的参数估算值的精确度的偏置影响。例如，如上述序列号为09/941462的题为“Apparatus，Methods and Computer Program Productsfor Generating Mass Flow Calibration Factors Using a Normal ModalDynamic Characterization of a Material-Containing Conduit”的专利申请中所述，对于使用根据简正模的假定边界条件来预测的校准因数的参数传感器，这种约束运动可能特别符合需要。

图8说明根据本发明的实施例的示范参数传感器操作800。通过迭代地确定和向导管施加一系列激励并确定响应激励的运动来激励传感器导管，其中每个激励是根据先前施加的激励、对先前施加的激励的响应(例如响应设定点相量矢量)以及导管系统的频率响应来确定的(框810)。可假定频率响应是恒定的，例如上文参考等式(28)所述，或者可以自适应地确定，例如上文参考等式(78)所述。表示受激励导管的运动的运动信号经过处理，产生过程参数估算值，例如质量流率估算值(框820)。如上面参照图7所述，可以利用多种不同技术来产生参数估算值，包括一些技术，当激励把导管的周期性运动约束到预定模式(例如导管的实际简正模式的预定边界条件、如第一弯曲模式)时，这些技术可获得改善的准确度。

在采用和不采用频率响应模型的自适应更新的条件下，执行直管传感器、如图7的传感器700的行为仿真。具体来讲，针对若干组流量和安装条件来研究这些过程的收敛性，这些条件跨过如表1中总结的质量流量计的典型工作范围的包络。对于表1，在步骤k＝0，激励矢量的初始猜想是f_k＝[0，0，0]^T，而响应设定点是v_T＝[1，0，0]^T，也就是说，在1.0英寸/秒的速度下驱动传感器管子，左和右法兰运动驱动为零。当L(f_k)/L(f₀)≤0.001时，全收敛定义为步骤k。达到这种L的减小所需的迭代步骤数量记录在表1中。

表1
							差异温度(°F)	流体密度(SG)	从法兰夹紧(英寸)	无模型自适应时收敛的步数	有模型自适应时收敛的步数
1	-100	0.8	24	3	7
						2	0	0.8	24	2	7
3	200	0.8	24	5	6
						4	-100	1.0	24	3	7
5	0	1.0	24	1	7
						6	200	1.0	24	4	6
7	-100	1.2	24	3	7
						8	0	1.2	24	2	7
9	200	1.2	24	4	6
						10	-100	0.8	13.3	3	10
11	0	0.8	13.3	2	9
						12	200	0.8	13.3	7	8
13	-100	1.0	13.3	3	10
						14	0	1.0	13.3	2	9
15	200	1.0	13.3	30	8
						16	-100	1.2	13.3	3	10
17	0	1.2	13.3	2	9
						18	200	1.2	13.3	10	8
19	-100	0.8	10.4	11	8
						20	0	0.8	10.4	7	8
21	200	0.8	10.4	∞	7
						22	-100	1.0	10.4	10	8
23	0	1.0	10.4	3	8
						24	200	1.0	10.4	∞	7
25	-100	1.2	10.4	8	8
						26	0	1.2	10.4	∞	8
27	200	1.2	10.4	∞	8

表1的第五列表明在没有自适应估算频率响应的条件下响应相量收敛到设定点的步数，如以上等式(28)所示。表1的第六列表明在采用以上等式(78)的过程时响应相量收敛到设定点的步数。从表1中可以看出，采用频率响应的自适应估算时收敛较慢。但是，在“最差情况”的温度条件下的收敛在采用联机模型自适应时比不采用这种自适应时要好一些。

在附图和说明中，公开了本发明的典型实施例，虽然采用了具体术语，但是它们仅在普通的描述性意义上使用，不用于限定，本发明的范围由以下权利要求书来陈述。

Claims (70)

1.一种控制参数传感器(100)的方法(200)，所述参数传感器包括配置成容纳物质的导管(103)，所述方法包括以下步骤：

确定(210)施加到所述导管的第一激励；以及

确定(220)所述导管响应所述第一激励的运动；

所述方法的特征在于以下步骤：

根据所述确定的第一激励、所述确定的响应所述第一激励的运动以及预期的导管运动来确定(230)要施加到所述导管的第二激励；以及

向所述导管施加(240)所述第二激励。

2.如权利要求1所述的方法(200)，其特征在于：

所述预期的运动包括按照预定频率的预期周期性运动；

确定所述第一激励包括确定按照所述预定频率的第一周期性激励；

确定所述导管响应所述第一激励的运动包括确定响应所述第一周期性激励的按照所述预定频率的周期性运动；

确定第二激励包括根据所述确定的第一周期性激励、所述确定的响应所述第一周期性激励的按照所述预定频率的周期性运动以及所述预期的周期性运动，确定要施加到所述导管上的按照所述预定频率的第二周期性激励；以及

施加所述第二激励包括向所述导管施加所述第二周期性激励。

3.如权利要求1所述的方法(200)，其特征在于还包括：确定所述导管(103)的频率响应，其中确定第二激励包括根据所述确定的第一激励、所述确定的响应所述第一激励的运动、所述预期的导管运动以及所述确定的频率响应来确定第二激励。

4.如权利要求3所述的方法(200)，其特征在于：确定频率响应包括假定非时变的频率响应。

5.如权利要求3所述的方法(200)，其特征在于：确定频率响应包括自适应地确定所述频率响应。

6.如权利要求5所述的方法(200)，其特征在于：自适应地确定所述频率响应包括根据递归最小二乘方估算过程来确定所述频率响应。

7.如权利要求6所述的方法(200)，其特征在于：根据递归最小二乘方估算过程来确定所述频率响应包括根据加权递归最小二乘方估算过程来确定所述频率响应。

8.如权利要求5所述的方法(200)，其特征在于：

自适应地确定所述频率响应包括：

产生第一估算频率响应；

根据所述第一估算频率响应、所述确定的第一激励以及所述确定的所述导管响应所述第一激励的运动来产生第二估算频率响应；以及

确定第二激励包括根据所述确定的第一激励、所述预期运动、所述确定的响应所述第一激励的运动以及所述第一估算频率响应和所述第二估算频率响应其中至少一个频率响应来确定所述第二激励。

9.如权利要求8所述的方法(200)，其特征在于：

产生第一估算频率响应包括产生第一估算逆频率响应；

产生第二估算频率响应包括产生第二估算逆频率响应；以及

根据所述确定的第一激励、所述预期运动、所述确定的响应所述第一激励的运动以及所述第一估算频率响应和所述第二估算频率响应其中至少一个频率响应来确定所述第二激励包括根据所述确定的第一激励、所述预期运动、所述确定的响应所述第一激励的运动以及所述第一估算逆频率响应和所述第二估算逆频率响应其中至少一个逆频率响应来确定所述第二激励。

10.如权利要求8所述的方法(200)，其特征在于：产生第二估算频率响应包括根据递归最小二乘方估算过程从所述第一频率响应产生所述第二估算频率响应。

11.如权利要求10所述的方法(200)，其特征在于：根据递归最小二乘方估算过程从所述第一估算频率响应产生所述第二估算频率响应包括根据加权递归最小二乘方估算过程从所述第一估算频率响应产生所述第二估算频率响应。

12.如权利要求1所述的方法(200)，其特征在于：

确定第二激励包括根据所述确定的第一激励、所述确定的响应所述第一激励的运动以及所述导管(103)的预期运动来产生多个驱动信号(109)；以及

施加所述第二激励包括把第二组驱动信号施加到可工作地与所述导管相关联的多个激励器(106)以产生所述第二激励。

13.如权利要求12所述的方法(200)，其特征在于：

所述预期运动包括按照预定频率的预期周期性运动；

所述预期运动由按照所述预定频率的所述预期周期性运动的相量表示来表达；

确定第一激励包括产生按照所述预定频率的第一周期性激励的相量表示；

确定所述导管(103)响应所述第一激励的运动包括处理表达所述导管响应所述第一激励的运动的运动信号(107)以产生所述导管响应所述第一激励而按照所述预定频率的运动的相量表示；以及

产生多个驱动信号(109)包括：

根据所述第一周期性激励的相量表示、所述预期运动的相量表示、所述导管响应所述第一激励而按照所述预定频率的运动的相量表示以及所述导管的频率响应来产生按照所述预定频率的第二周期性激励的相量表示；以及

根据所述第二周期性激励的相量表示产生所述多个驱动信号。

14.一种确定与导管(103)中容纳的物质相关的过程参数的方法(400)，所述方法的特征在于以下步骤：

通过迭代地确定新激励并向所述导管施加新激励，以及确定(430)响应所述施加的新激励的运动，以便根据先前确定的激励、所确定的响应所述先前确定的激励的运动、预期的导管运动以及导管的频率响应来确定(440)新激励，从而激励所述导管；以及

处理(450)表达所述受激励导管的运动的运动信号(107)以产生所述导管中容纳的物质的过程参数的估算值。

15.如权利要求14所述的方法(400)，其特征在于：处理运动信号(107)包括处理所述运动信号以产生质量流量估算值。

16.如权利要求14所述的方法(400)，其特征在于：激励所述导管(103)包括激励所述导管，使得所述导管的某个位置的运动被约束为逼近预定运动。

17.如权利要求14所述的方法(400)，其特征在于：激励所述导管(103)包括激励所述导管，使得所述导管的某个位置的运动被约束为基本为零的运动。

18.如权利要求14所述的方法(400)，其特征在于：

激励所述导管(103)包括把所述导管的运动约束为逼近所述导管的实际简正模式的预定边界条件；以及

处理运动信号(107)包括根据假定所述预定边界条件的过程处理所述运动信号。

19.如权利要求16所述的方法(400)，其特征在于：根据假定所述预定边界条件的过程来处理所述运动信号(107)包括根据从假定所述预定边界条件的所述导管(103)的运动的实际简正模态表征推导的校准因数来处理所述运动信号。

20.如权利要求14所述的方法(400)，其特征在于：激励所述导管(103)包括以第一弯曲模式驱动直管，使得所述管的第一和第二间隔开的位置呈现出接近于零的运动。

21.如权利要求20所述的方法(400)，其特征在于：激励所述导管(103)包括驱动位于所述管子的第一位置和第二位置之间的位置的第一激励器以及分别位于所述第一位置和第二位置附近的第二和第三激励器。

22.如权利要求14所述的方法(400)，其特征在于：所述方法还包括确定所述频率响应。

23.如权利要求22所述的方法(400)，其特征在于：确定所述频率响应包括假定非时变频率响应。

24.如权利要求22所述的方法(400)，其特征在于：确定所述频率响应包括自适应地确定所述频率响应。

25.如权利要求24所述的方法(400)，其特征在于：自适应地确定所述频率响应包括根据递归最小二乘方估算过程确定所述频率响应。

26.如权利要求25所述的方法(400)，其特征在于：根据递归最小二乘方估算过程确定所述频率响应包括根据加权递归最小二乘方估算过程确定所述频率响应。

27.一种用于控制参数传感器(100)的装置，所述参数传感器包括配置成容纳物质的导管(103)、多个可用于响应驱动信号(109)来移动所述导管的激励器(106)以及多个可用于产生表达导管运动的运动信号(107)的运动换能器(105)，所述装置包括：

形态控制电路(112)，配置成耦合到所述运动换能器和所述激励器，所述形态控制电路可用于向所述多个激励器施加第一组驱动信号以便向所述导管施加第一激励，以及处理从所述多个运动换能器接收的运动信号以确定所述导管响应所述第一激励的运动；

所述装置的特征在于所述形态控制电路还配置成：

根据所述第一激励、所述确定的响应所述第一激励的运动以及预期的导管运动向所述多个激励器施加第二组驱动信号，从而把第二激励施加到所述导管上。

28.如权利要求27所述的装置，其特征在于：所述形态控制电路(112)可用于根据所述第一激励、所述确定的响应所述第一激励的运动、所述导管(103)的预期运动以及所假定的非时变频率响应来产生第二组驱动信号(109)。

29.如权利要求28所述的装置，其特征在于：所述形态控制电路(112)还包括可用于自适应地确定所述导管(103)的频率响应的频率响应确定器电路(535)，以及所述形态控制电路可用于根据所述第一激励、所述确定的响应所述第一激励的运动、所述导管的预期运动以及所述确定的频率响应来向所述多个激励器(106)施加所述第二组驱动信号(109)。

30.如权利要求29所述的装置，其特征在于：所述频率响应确定器电路(535)可用于根据递归最小二乘方估算过程来确定所述频率响应。

31.如权利要求30所述的装置，其特征在于：所述频率响应确定器电路(535)可用于根据加权递归最小二乘方估算过程来确定所述频率响应。

32.如权利要求29所述的装置，其特征在于：

所述频率响应确定器电路(535)可用于产生第一估算频率响应，并且根据所述第一估算频率响应、所述确定的第一激励以及所述确定的所述导管(103)响应所述第一激励的运动来产生第二估算频率响应；以及

所述形态控制电路(112)可用于根据所述确定的第一激励、所述预期运动、所述确定的响应所述第一激励的运动以及所述第一估算频率响应和所述第二估算频率响应其中至少一个来确定所述第二激励。

33.如权利要求32所述的装置，其特征在于：

所述第一估算频率响应包括第一估算逆频率响应；

所述第二估算频率响应包括第二估算逆频率响应；以及

所述形态控制电路(112)可用于根据所述确定的第一激励、所述预期运动、所述确定的响应所述第一激励的运动以及所述第一估算逆频率响应和所述第二估算逆频率响应其中至少一个来确定所述第二激励。

34.如权利要求32所述的装置，其特征在于：所述频率响应确定器电路(535)可用于根据递归最小二乘方估算过程从所述第一估算频率响应产生所述第二估算频率响应。

35.如权利要求34所述的装置，其特征在于：所述频率响应确定器电路(535)可用于根据加权递归最小二乘方估算过程从所述第一估算频率响应中产生所述第二估算频率响应。

36.如权利要求27所述的装置，其特征在于：

所述预期运动包括按照预定频率的预期周期性运动；

所述预期运动由按照所述预定频率的所述预期周期性运动的相量表示来表达；

确定第一激励包括产生按照所述预定频率的第一周期性激励的相量表示；

确定所述导管(103)响应所述第一激励的运动包括处理表达所述导管响应所述第一激励的运动的运动信号(107)，从而产生所述导管响应所述第一激励的按照所述预定频率的运动的相量表示；以及

产生多个驱动信号(109)包括：

根据所述第一周期性激励的相量表示、所述预期运动的相量表示、所述导管响应所述第一激励的按照所述预定频率的运动的相量表示以及所述导管的频率响应来产生按照所述预定频率的第二周期性激励的相量表示；以及

根据所述第二周期性激励的相量表示产生所述多个驱动信号。

37.一种过程参数传感器(600)，包括：

配置成容纳物质的导管(603)；

多个可工作地与所述导管相关联的激励器(606)；

多个可工作地与所述导管相关联的运动换能器(605)；

形态控制电路(614)，配置成从所述多个运动换能器接收运动信号(607)并且向所述多个激励器施加驱动信号(609)；

所述装置的特征在于：

所述形态控制电路可用于激励所述导管，具体是通过迭代地确定新激励并向所述导管施加新激励，以及确定响应所述施加的新激励的运动，以便根据先前确定的激励、所确定的响应所述先前确定的激励的运动、所述导管的预期运动以及所述导管的频率响应来确定新激励；以及

过程参数估算器电路(612)配置成从所述多个运动换能器接收运动信号，并且可用于处理所述接收的运动信号以产生与所述导管中容纳的物质相关的过程参数的估算值。

38.如权利要求37所述的传感器(600)，其特征在于：所述过程参数估算器电路(612)包括质量流量估算器电路。

39.如权利要求37所述的传感器(600)，其特征在于：所述形态控制电路(614)可用于激励所述导管(603)，使得所述导管的某个位置的运动被约束为逼近预定运动。

40.如权利要求37所述的传感器(600)，其特征在于：所述形态控制电路(614)可用于激励所述导管(603)，使得所述导管的某个位置的运动被约束为基本为零的运动。

41.如权利要求37所述的传感器(600)，其特征在于：

所述形态控制电路(614)可用于把所述导管(603)的运动约束为逼近所述导管的实际简正模式的预定边界条件；以及

所述过程参数估算器电路(612)可用于根据假定所述预定边界条件的过程处理所述接收的运动信号(607)。

42.如权利要求41所述的传感器(600)，其特征在于：所述过程参数估算器电路(612)可用于根据从假定所述预定边界条件的所述导管(603)的运动的实际简正模态表征推导的校准因数来处理所述运动信号(607)。

43.如权利要求37所述的传感器(600)，其特征在于：所述导管(603)包括基本上直的管子，以及所述形态控制电路(614)可用于以第一弯曲模式驱动所述管子，使得所述管子的间隔开的第一和第二位置呈现出接近于零的运动。

44.如权利要求43所述的传感器(600)，其特征在于：所述形态控制电路(614)可用于驱动位于所述管子的第一位置和第二位置之间的位置的第一激励器以及分别位于所述第一和第二位置附近的第二和第三激励器。

45.如权利要求37所述的传感器(600)，其特征在于还包括可用于自适应地确定所述频率响应的频率响应确定器电路(535)，其中所述形态控制电路(614)可用于激励所述导管(603)，具体是通过迭代地确定新激励并向所述导管施加新激励，以及确定响应所述施加的新激励的运动，以便根据先前确定的激励、所确定的响应所述先前确定的激励的运动、所述导管的预期运动以及所述确定的频率响应来确定新激励。

46.如权利要求45所述的传感器(600)，其特征在于：所述频率响应确定器电路(535)可用于根据递归最小二乘方估算过程确定所述频率响应。

47.如权利要求46所述的传感器(600)，其特征在于：所述频率响应确定器电路(535)可用于根据加权递归最小二乘方估算过程确定所述频率响应。

48.一种用于控制参数传感器(100)的装置，所述参数传感器包括配置成容纳物质的导管(103)、多个可工作地与所述导管相联系的激励器(106)以及多个可工作地与所述导管相联系的运动换能器(105)，所述装置包括：

对所述运动换能器作出响应、用于确定所述导管响应施加给所述导管的已知第一激励的运动的部件；

所述装置的特征在于：

对用于确定运动的部件作出响应、用于根据所述已知第一激励、所述确定的响应所述第一激励的运动以及所述导管的预期运动来确定要施加到所述导管的第二激励的部件；以及

对用于确定第二激励的部件作出响应并且可工作地与所述多个激励器相联系、用于使所述激励器把所述第二激励施加到所述导管上的部件。

49.如权利要求48所述的装置，其特征在于：

所述预期运动包括按照预定频率的预期周期性运动；

所述已知的第一激励包括按照所述预定频率的已知的第一周期性激励；

用于确定所述导管响应所述第一激励的运动的所述部件包括用于确定响应所述第一周期性激励的按照所述预定频率的周期性运动的部件；

用于确定第二激励的部件包括用于根据所述已知第一周期性激励、所述确定的响应所述第一周期性激励的按照预定频率的周期性运动以及所述预期的周期性运动来确定要施加到所述导管上的按照所述预定频率的第二周期性激励的部件；以及

用于使所述多个激励器施加所述第二激励的所述部件包括用于使所述多个激励器向所述导管施加所述第二周期性激励的部件。

50.如权利要求48所述的装置，其特征在于还包括用于确定所述导管(103)的频率响应的部件，其中用于确定第二激励的所述部件包括用于根据所述已知第一激励、所述确定的响应所述第一激励的运动、所述导管的预期运动以及所述确定的频率响应来确定所述第二激励的部件。

51.如权利要求50所述的装置，其特征在于：用于确定所述频率响应的所述部件包括用于自适应地确定所述频率响应的部件。

52.如权利要求51所述的装置，其特征在于：用于自适应地确定所述频率响应的所述部件包括用于根据递归最小二乘方估算过程确定所述频率响应的部件。

53.如权利要求52所述的装置，其特征在于，用于根据递归最小二乘方估算过程确定所述频率响应的所述部件包括用于根据加权递归最小二乘方估算过程确定所述频率响应的部件。

54.如权利要求51所述的装置，其特征在于：

用于自适应地确定所述频率响应的所述部件包括：

用于产生第一估算频率响应的部件；

用于根据所述第一估算频率响应、所述已知的第一激励以及所述确定的所述导管响应所述第一激励的运动来产生第二估算频率响应的部件；以及

用于确定第二激励的部件包括用于根据所述已知的第一激励、所述预期运动、所述确定的响应所述第一激励的运动以及所述第一估算频率响应和所述第二估算频率响应其中至少一个来确定所述第二激励的部件。

55.如权利要求54所述的装置，其特征在于：

用于产生第一估算频率响应的所述部件包括用于产生第一估算逆频率响应的部件；

用于产生第二估算频率响应的所述部件包括用于产生第二估算逆频率响应的部件；以及

用于根据所述已知的第一激励、所述预期运动、所述确定的响应所述第一激励的运动以及所述第一估算频率响应和所述第二估算频率响应其中至少一个来确定所述第二激励的所述部件包括用于根据所述已知的第一激励、所述预期运动、所述确定的响应所述第一激励的运动以及所述第一估算逆频率响应和所述第二估算逆频率响应其中至少一个来确定所述第二激励的部件。

56.如权利要求54所述的装置，其特征在于：用于产生第二估算频率响应的所述部件包括用于根据递归最小二乘方估算过程从所述第一估算频率响应中产生所述第二估算频率响应的部件。

57.如权利要求55所述的装置，其特征在于：用于根据递归最小二乘方估算过程从所述第一估算频率响应中产生所述第二估算频率响应的所述部件包括用于根据加权递归最小二乘方估算过程从所述第一估算频率响应中产生所述第二估算频率响应的部件。

58.如权利要求48所述的装置，其特征在于：

用于确定第二激励的所述部件包括用于根据所述已知的第一激励、所述确定的响应所述第一激励的运动以及所述导管的预期运动来产生多个驱动信号(109)的部件；以及

用于使所述多个激励器(106)施加所述第二激励的所述部件包括用于把所述第二组驱动信号施加到所述多个激励器以产生所述第二激励的部件。

59.如权利要求58所述的装置，其特征在于：

所述预期运动包括按照预定频率的预期周期性运动；

所述预期运动由按照所述预定频率的所述预期周期性运动的相量表示来表达；

所述已知第一激励由按照所述预定频率的第一周期性激励的相量表示来表达；

用于确定所述导管(103)响应所述第一激励的运动的部件包括用于处理所述多个运动换能器(105)产生的运动信号(107)而产生所述导管响应所述第一激励的按照所述预定频率的运动的相量表示的部件；以及

用于施加多个驱动信号(109)的部件包括：

用于根据所述第一周期性激励的相量表示、所述预期运动的相量表示、所述导管响应所述第一激励的按照所述预定频率的运动的相量表示以及所述导管的频率响应来产生按照所述预定频率的第二周期性激励的相量表示的部件；以及

用于根据所述第二周期性激励的相量表示产生所述多个驱动信号的部件。

60.一种用于控制参数传感器(100)的计算机程序产品，所述参数传感器包括配置成容纳物质的导管(103)、多个可工作地与所述导管相联系的激励器(106)以及多个可工作地与所述导管相联系的运动换能器(105)，所述计算机程序产品包括：

在计算机可读存储媒体中包含的计算机可读程序代码，所述计算机可读程序代码包括：

对所述运动换能器作出响应、用于确定所述导管响应施加到该导管的已知第一激励的运动的程序代码；

所述计算机程序产品的特征在于：

对用于确定运动的所述程序代码作出响应、用于根据所述已知第一激励、所述确定的响应所述第一激励的运动以及所述导管的预期运动来确定要施加到所述导管的第二激励的程序代码；以及

用于使所述多个激励器把第二激励施加到所述导管的程序代码。

61.如权利要求60所述的计算机程序产品，其特征在于：

所述预期运动包括按照所述预定频率的预期周期性运动；

所述已知的第一激励包括按照所述预定频率的已知的第一周期性激励；

用于确定所述导管响应所述第一激励的运动的所述程序代码包括用于确定响应所述第一周期性激励按照所述预定频率的周期性运动的程序代码；

用于确定第二激励的所述程序代码包括用于根据所述已知第一周期性激励、所述确定的响应所述第一周期性激励的按照所述预定频率的周期性运动以及所述预期的周期性运动来确定要施加到所述导管上的按照所述预定频率的第二周期性激励的程序代码；以及

用于使所述多个激励器施加所述第二激励的所述程序代码包括用于使所述多个激励器向所述导管施加所述第二周期性激励的程序代码。

62.如权利要求60所述的计算机程序产品，其特征在于：所述计算机可读程序代码还包括用于确定所述导管(103)的频率响应的程序代码，其中用于确定第二激励的所述程序代码包括用于根据所述已知第一激励、所述确定的响应所述第一激励的运动、所述导管的预期运动以及所述确定的频率响应来确定所述第二激励的程序代码。

63.如权利要求62所述的计算机程序产品，其特征在于：用于确定频率响应的所述程序代码包括用于自适应地确定所述频率响应的程序代码。

64.如权利要求63所述的计算机程序产品，其特征在于：用于自适应地确定所述频率响应的所述程序代码包括用于根据递归最小二乘方估算过程确定所述频率响应的程序代码。

65.如权利要求64所述的计算机程序产品，其特征在于：用于根据递归最小二乘方估算过程确定所述频率响应的所述程序代码包括用于根据加权递归最小二乘方估算过程确定所述频率响应的程序代码。

66.如权利要求63所述的计算机程序产品，其特征在于：

用于自适应地确定所述频率响应的所述程序代码包括：

用于产生第一估算频率响应的程序代码；

用于根据所述第一估算频率响应、所述已知的第一激励以及所述确定的导管响应第一激励的运动来产生第二估算频率响应的程序代码；以及

用于确定第二激励的所述程序代码包括用于根据所述已知的第一激励、所述预期运动、所述确定的响应所述第一激励的运动以及所述第一估算频率响应和所述第二估算频率响应其中至少一个来确定所述第二激励的程序代码。

67.如权利要求66所述的计算机程序产品，其特征在于：

用于产生第一估算频率响应的所述程序代码包括用于产生第一估算逆频率响应的程序代码；

用于产生第二估算频率响应的所述程序代码包括用于产生第二估算逆频率响应的程序代码；以及

用于根据所述已知的第一激励、所述预期运动、所述确定的响应所述第一激励的运动以及所述第一估算频率响应和所述第二估算频率响应其中至少一个来确定所述第二激励的所述程序代码包括用于根据所述已知的第一激励、所述预期运动、所述确定的响应所述第一激励的运动以及所述第一估算逆频率响应和所述第二估算逆频率响应其中至少一个来确定所述第二激励的程序代码。

68.如权利要求66所述的计算机程序产品，其特征在于：用于产生第二估算频率响应的所述程序代码包括用于根据递归最小二乘方估算过程从所述第一估算频率响应中产生所述第二估算频率响应的程序代码。

69.如权利要求68所述的计算机程序产品，其特征在于：用于根据递归最小二乘方估算过程从所述第一估算频率响应中产生所述第二估算频率响应的所述程序代码包括用于根据加权递归最小二乘方估算过程从所述第一估算频率响应中产生所述第二估算频率响应的程序代码。

70.如权利要求60所述的计算机程序产品，其特征在于：

所述预期运动包括按照预定频率的预期周期性运动；

所述预期运动由按照所述预定频率的所述预期周期性运动的相量表示来表达；

所述已知第一激励由按照所述预定频率的第一周期性激励的相量表示来表达；

用于确定所述导管响应所述第一激励的运动的所述程序代码包括用于处理表达所述导管运动的运动信号而产生所述导管响应所述第一激励的按照所述预定频率的运动的相量表示的程序代码；以及

用于使所述多个激励器施加所述第二激励的所述程序代码包括：用于根据所述第一周期性激励的相量表示、所述预期运动的相量表示、所述导管响应所述第一激励的按照所述预定频率的运动的相量表示以及所述导管的频率响应来产生按照所述预定频率的第二周期性激励的相量表示的程序代码。

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