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Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung
für die
Analyse von Sensoren und ähnlichen
Strukturen, und im Besonderen betrifft die Erfindung Prozessparameter-Sensoren
wie beispielsweise Massenstrommessgeräte.
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Hintergrund der Erfindung
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Viele
Sensoranwendungen beinhalten die Erfassung von mechanischer Schwingung
oder anderer Bewegung. Beispiele von Sensoren, die eine solche Bewegungserfassung
beinhalten, umfassen Coriolis-Massedurchflussmessgeräte und Dichtemessgeräte mit schwingendem
Rohr. Diese Vorrichtungen enthalten typischerweise ein Rohr oder
ein anderes Gefäß, das periodisch
angetrieben, das heißt,
in Schwingung versetzt wird. Eigenschaften wie beispielsweise Massenstrom,
Dichte und Ähnliches,
die mit einem in dem Rohr oder dem Gefäß enthaltenen Material verbunden
sind, können
durch Verarbeiten von Signalen durch Bewegungswandler, die auf der
Hüllenstruktur
positioniert sind, bestimmt werden, da die Schwingungsmoden des
schwingenden, mit Material gefüllten
Systems im Allgemeinen durch die kombinierten Masse- und Steifheitseigenschaften
des Material enthaltenden Rohres oder der Gefäßstruktur und des darin enthaltenen
Materials beeinflusst werden.
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Ein
typisches Coriolis-Massedurchflussmessgerät enthält eine oder mehrere Rohre,
die in einer Rohrleitung oder einem anderen Transportsystem in Reihe
miteinander verbunden sind und die Material, wie beispielsweise
Flüssigkeiten,
wässrige
Mischungen und Ähnliches,
in dem System transportieren. Jedes Rohr kann ausgehend von der Überlegung
betrachtet werden, dass es einen Satz natürlicher Schwingungsmoden, einschließlich von
beispielsweise einfachem Biegungsmodus, torsionalen, radialen und
kombinierten Moden aufweist. In einer typischen Anwendung einer
Messung mit Coriolis-Massedurchflussmessgerät wird jedes Rohr
bei Resonanz in einer seiner natürlichen
Schwingungsmoden erregt, wenn ein Material durch das Rohr hindurchströmt. Die
Erre gung wird gewöhnlicherweise
durch einen Aktuator, beispielsweise durch eine elektromagnetische
Vorrichtung wie zum Beispiels einen Aktuator mit Linearmotor bereitgestellt,
der das Rohr periodisch beeinträchtigt.
Exemplarische Coriolis-Massedurchflussmessgeräte werden
in den US-Patenten mit den Nummern 4.109.524 von Smith, 4.491.025
von Smith et al. und dem Dokument Re. 31.450 von Smith beschrieben.
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Ein
allgemeinhin verwendeter Typ von Coriolis-Massedurchflussmessgerät enthält parallel
angeordnete U-förmige
Rohre, die parallele Materialpfade bilden. Die Rohre werden durch
einen Aktuator mit Linearmotor angetrieben, der zwischen den Rohren
in der Nähe
ihrer Endspitzen verbunden ist. Ein periodisches auf den Aktuator
angelegtes Antriebssignal veranlasst die Rohre, in einander entgegengesetzten
periodischen Mustern erregt zu werden. Wenn die Strömungsmenge
durch ein Rohr im Wesentlichen Null beträgt, schwingen Punkte entlang
des Rohres tendenziell mit ungefähr
derselben Phase. Wenn jedoch Material durch das Rohr strömt, induzieren
Corioliskräfte,
die aus der Strömung
des Materials resultieren, tendenziell Verschiebungen zwischen räumlich voneinander
entfernten Punkten entlang der Länge
des Rohres, wobei die Phase des Einlassendes des Rohres im Allgemeinen
hinter der Antriebseinrichtung nacheilt und die Phase des Auslassendes
des Rohres im Allgemeinen der Antriebseinrichtung vorauseilt. Die
zwischen den beiden Positionen des Rohres induzierte Phasenverschiebung
ist annähernd
proportional zu dem Massenstrom des durch das Rohr strömenden Materials.
Diese Phasenverschiebung wird typischerweise durch das Messen einer
Phasenverschiebung zwischen Bewegungssignalen, die durch einen ersten
und einen zweiten Bewegungsumwandler, die jeweils in der Nähe des Einlassendes
und des Auslassendes des Rohres angeordnet sind, erzeugt werden,
bei der Erregungsfrequenz des Massenstrommessgerätes gemessen.
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Ungünstigerweise
kann die Genauigkeit einer solchen Phasenverschiebungsmessung durch
Nichtlinearitäten
und Asymmetrien in der Rohrstruktur, ebenso wie durch unerwünschte Einwirkungen
auf die Phasenverschiebung, die durch externe Kräfte, wie beispielsweise Kräfte, die
durch Pumpen und Kompressoren, die an das Strommessgerät angeschlossen
sind, erzeugt werden, ebenso wie durch Druckkräfte, die durch das durch das
Strommessgerät
fließende
Material ausgeübt
werden, erzeugt werden, beeinträchtigt
werden. Die Auswirkungen dieser Kräfte werden allgemeinhin durch
die Ver wendung von Designs von Strommessgeräten, die darauf ausgefegt sind,
die Auswirkungen, die auf externe Schwingungen zurückzuführen sind,
zu reduzieren und durch die Verwendung von Frequenzbereichfiltern,
beispielsweise Bandpassfiltern, die zum Ausfiltern von Komponenten
der Bewegungssignale, die von der Erregungsfrequenz entfernt liegen,
eingerichtet sind, kompensiert. Die Ansätze mechanischen Filterns unterliegen
jedoch oftmals Einschränkungen
seitens mechanischer Gesichtspunkte, beispielsweise Materialeinschränkungen,
Montageeinschränkungen,
Gewichtseinschränkungen,
Einschränkungen
hinsichtlich der Größe und Ähnliches,
und das Frequenzbereichsfiltern ist möglicherweise beim Entfernen
von unerwünschten
Schwingungseinwirkungen nahe der Erregungsfrequenz uneffektiv.
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Zusammenfassung der Erfindung
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In
Anbetracht der voranstehend genannten Probleme ist es eine Aufgabe
der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung bereitzustellen,
die auf genauere Weise Prozessparameter messen können, die mit einem in einem
schwingenden Rohr oder in einem Gefäß enthaltenen Material verbunden
sind.
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Es
ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung
und ein Verfahren bereitzustellen, die eine genauere Charakterisierung
der Bewegung der Struktur gewährleisten.
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Diese
sowie weitere Aufgaben, Leistungsmerkmale und Vorteile werden in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung durch die Vorrichtung, die Verfahren
und die Computerprodukte, die ein Kraftfilter verwenden, das zum
Empfangen von Bewegungssignalen, die die Bewegung eines Rohres,
eines Gefäßes oder einer
anderen mechanischen Struktur darstellen, eingerichtet ist und das
in Funktion ein kraftgefiltertes Bewegungssignal erzeugt, das Bewegung,
die auf eine Kraft von Interesse von einer Vielzahl von Kräften zurückzuführen ist,
die auf die Struktur einwirken, unterscheidet, bereitgestellt. In
Ausführungsformen
von Prozessparameter-Erfassungen kann das kraftgefilterte Bewegungssignal
zum Schätzen
eines Prozessparameters, wie beispielsweise Massenstrom oder Dichte,
der mit einem in einem Rohr oder einem anderen Gefäß enthaltenem
Material verbunden ist, verwendet werden. In anderen Ausführungsformen
wird ein zusätzliches
Modenpass- und/oder Bandpassfilter angewendet, um ein räumlich und/oder zeitlich
gefiltertes Bewegungssignal zu erzeugen, das ebenfalls zum Beispiel
für das
Schätzen
von Prozessparametern verwendet werden kann.
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Die
vorliegende Erfindung wird ausgehend von der Beobachtung entwickelt,
dass ein Kraftfilter, das in Funktion Bewegung, die auf ausgewählte auf
eine Struktur einwirkende Kräfte
zurückzuführen ist,
filtert, anhand einer Moden-Analyse der Struktur erzeugt werden
kann, wodurch die Anwendbarkeit von Moden-Analyse über die
bloße
Identifizierung von Moden-Frequenzgängen ausgeweitet wird. Zusätzlich dazu
kann ein solches Kraftfilter mit Techniken zum Moden-Filtern und
zeitlichem Filtern kombiniert werden, um eine verbesserte Genauigkeit
bei der Bewegungserfassung zu gewährleisten.
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Ein
Aspekt dieser Erfindung ist ein Verfahren zum Schätzen eines
Prozessparameters eines Materials anhand einer Vielzahl von Bewegungssignalen,
die durch an einer schwingenden Struktur, durch die ein Material
strömt,
befestigte Sensoren empfangen und durch diese erzeugt werden, wobei
die Vielzahl von Bewegungssignalen Bewegung an einer Vielzahl von
Positionen darstellt, wobei das Verfahren die folgenden Schritte
umfasst:
Erzeugen einer Vielzahl von Bewegungssignalwerten
anhand der empfangenen Vielzahl von Bewegungssignalen in Reaktion
auf das Empfangen einer Vielzahl von Bewegungssignalen;
wobei
das Verfahren durch die folgenden Schritte gekennzeichnet ist:
Anwenden
einer Kraft-Filtermatrix auf die Vielzahl von Bewegungssignalwerten,
um einen kraftgefilterten Bewegungssignalwert zu erzeugen, wobei
die Kraft-Filtermatrix ein Produkt wenigstens einer Frequenzgang-Funktionsmatrix
für die
schwingende Struktur und eines Reziproken der Frequenzgang-Funktionsmatrix darstellt;
und
Schätzen
eines mit dem Material in der schwingenden Struktur verbundenen
Prozessparameters anhand des kraftgefilterten Bewegungssignals.
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In Übereinstimmung
mit einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung umfasst der Schritt des Schätzens des
Prozessparameters den Schritt des:
Schätzens eines Prozessparameters
anhand des kraftgefilterten Bewegungssignalwertes.
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Eine
weitere Ausführungsform
ist so eingerichtet, dass die Kraftfilter-Matrix ein Produkt aus
Frequenzgang-Funktionsmatrix für
die schwingende Struktur, einer Kraft-Selektivitätsmatrix, die Komponenten in
dem Frequenzgang dämpft,
die auf unerwünschte äußere Kräfte zurückzuführen sind,
und eines Reziproken der Frequenzgang-Funktionsmatrix, darstellt.
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Eine
weitere Ausführungsform
ist so eingerichtet, dass die Kraft-Filtermatrix eine Funktion der
Frequenz darstellt, die bei einer Frequenz von Interesse bewertet
wird, und wobei der Schritt des Schätzens eines Prozessparameters
den folgenden Schritt umfasst:
Schätzen eines Prozessparameters
anhand eines kraftgefilterten Bewegungssignals bei der Frequenz
von Interesse.
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Eine
weitere Ausführungsform
ist so eingerichtet, dass die Struktur bei einer Frequenz von Interesse erregt
wird; und wobei der Schritt des Empfangs des Bewegungssignals in
Reaktion auf die Erregung stattfindet.
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Eine
weitere Ausführungsform
ist so eingerichtet, dass ein Bandpassfilter auf das kraftgefilterte
Bewegungssignal angewendet wird, um ein zeitlich gefiltertes Bewegungssignal
zu erzeugen; und
wobei der Schritt des Schätzens eines Prozessparameters
den Schritt des Schätzens
eines Prozessparameters anhand des zeitlich gefilterten Bewegungssignals
bei der Frequenz von Interesse umfasst.
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Eine
weitere Ausführungsform
ist so eingerichtet, dass eine Kombination der Kraft-Filtermatrix und
einer Moden-Auflösungseinrichtung
auf die Vielzahl von Bewegungssignalen angewendet wird, um ein räumlich und
zeitlich gefiltertes Bewegungssignal zu erzeugen, das Bewegung der
Struktur unterscheidet, die mit einer Schwingungsmode von Interesse
verbunden ist, wobei die Moden-Auflösungseinrichtung in Funktion
Bewegung, die durch das kraftgefilterte Bewegungssignal dargestellt
wird, in eine Vielzahl von Modenkomponenten auflöst; und
wobei der Schritt
des Schätzens
eines Prozessparameters den Schritt des Schätzens eines Prozessparameters
anhand des räumlich
und zeitlich gefilterten Bewegungssignals umfasst.
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Eine
weitere Ausführungsform
ist so eingerichtet, dass die Moden-Auflösungseinrichtung
ein Modenpassfilter umfasst, das in Funktion ein räumlich und
zeitlich gefiltertes Bewegungssignal anhand des kraftgefilterten
Bewegungssignals erzeugt.
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Eine
weitere Ausführungsform
ist so eingerichtet, dass eine Kombination der Kraft-Filtermatrix, eines Bandpassfilters
und einer Moden-Auflösungseinrichtung
auf die Vielzahl von Bewegungssignalen angewendet wird, um ein räumlich und
zeitlich gefiltertes Bewegungssignal zu erzeugen; und wobei der
Schritt des Schätzens
eines Prozessparameters den Schritt des Schätzens eines Prozessparameters
anhand des räumlich
und zeitlich gefilterten Bewegungssignals umfasst.
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Eine
weitere Ausführungsform
ist so eingerichtet, dass der Schritt des Schätzens eines Prozessparameters
den folgenden Schritt umfasst:
Schätzen des Massenstroms anhand
des kraftgefilterten Bewegungssignals.
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Ein
weiterer Aspekt der Erfindung ist Elektronik für einen Prozessparameter-Sensor,
die so konfiguriert ist, dass sie einen Prozessparameters eines
Materials, das durch eine Struktur strömt, die von einem Aktuator in
Schwingung versetzt wird, anhand von Bewegungssignalen bestimmt,
die von Bewegungswandlern erzeugt werden, die an der Struktur befestigt
sind, wobei die Elektronik Folgendes umfasst:
eine Schaltung,
die so konfiguriert ist, dass sie eine Vielzahl von Bewegungssignalen
anhand der Vielzahl von Bewegungssignalen erzeugt;
wobei die
Elektronik dadurch gekennzeichnet ist, dass:
die Schaltung
so konfiguriert ist, dass sie ein Kraftfilter bereitstellt, das
die Vielzahl von Bewegungssignalen empfängt und in Funktion ein kraftgefiltertes
Bewegungssignal daraus erzeugt, das Bewegung unterscheidet, die
auf eine Kraft von Interesse aus einer Vielzahl von Kräften zurückzuführen ist,
die auf die Struktur wirken, indem sie eine Kraft-Filtermatrix auf
die Vielzahl von Bewegungssignalwerten anwendet, um einen kraftgefilterten
Bewegungssignalwert zu erzeugen, wobei die Kraft-Filtermatrix ein
Produkt wenigstens einer Frequenzgang-Funktionsmatrix für die schwingende
Struktur und eines Reziproken der Frequenz-Funktionsmatrix darstellt;
und
eine Prozessparameter-Schätzeinrichtung, die in Funktion
einen Prozessparameter, der mit dem durch die Struktur strömenden Material
verbunden ist, in Reaktion auf das kraftgefilterte Bewegungssignal
schätzt.
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In Übereinstimmung
mit einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung umfasst die Prozessparameter-Schätzeinrichtung
eine Einrichtung zum Schätzen
eines Prozessparameters anhand des kraftgefilterten Bewegungssignalwertes.
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Eine
weitere Ausführungsform
ist so eingerichtet, dass die Kraft-Filtermatrix ein Produkt einer
Frequenzgang-Matrix für
die Struktur, einer Kraftselektivitäts-Matrix, die Komponenten
in dem Frequenzgang dämpft,
die auf unerwünschte äußere Kräfte zurückzuführen sind,
und eines Reziproken der Frequenzgang-Funktionsmatrix darstellt.
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Eine
weitere Ausführungsform
ist so eingerichtet, dass das Kraftfilter eine Funktion einer Frequenz darstellt,
die bei einer Frequenz von Interesse bewertet wird, und wobei die
Prozessparameter-Schätzeinrichtung
in Funktion einen Prozessparameter anhand des kraftgefilterten Bewegungssignals
bei der Frequenz von Interesse schätzt.
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Eine
weitere Ausführungsform
ist so eingerichtet, dass das Kraftfilter in Funktion eine Vielzahl
kraftgefilterter Bewegungssignale mit periodischen Komponenten bei
der Frequenz von Interesse erzeugt, und wobei die Prozessparameter-Schätzeinrichtung
einen Phasendetektor umfasst, der in Funktion eine Phasendifferenz zwischen
jeweiligen der periodischen Komponenten der Vielzahl kraftgefilterter
Bewegungssignale bei der Frequenz von Interesse erfasst.
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Eine
weitere Ausführungsform
ist so eingerichtet, dass der Aktautor in Funktion die Struktur
bei der Funktion von Interesse erregt.
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Eine
weitere Ausführungsform
ist so eingerichtet, dass eine Schaltung so konfiguriert ist, dass
sie ein Bandpassfilter bereitstellt, das das kraftgefilterte Bewegungssignal
empfängt
und das in Funktion ein zeitlich gefiltertes Bewegungssignal aus
dem kraftgefilterten Bewegungssignal erzeugt; und
wobei die
Prozessparameter-Schätzeinrichtung
in Funktion einen Prozessparameter anhand des zeitlich gefilterten
Bewegungssignals schätzt.
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Eine
weitere Ausführungsform
ist so eingerichtet, dass eine Schaltung so konfiguriert ist, dass
sie eine Moden-Auflösungseinrichtung
bereitstellt, die das kraftgefilterte Bewegungssignal von dem Kraftfilter
empfängt
und in Funktion ein räumlich
gefiltertes Bewegungssignal erzeugt, das Bewegung der Struktur unterscheidet,
die mit einer Schwingungsmode zusammenhängt; und
wobei die Prozessparameter-Schätzeinrichtung
in Funktion einen Prozessparameter anhand des räumlich gefilterten Bewegungssignals
schätzt.
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Eine
weitere Ausführungsform
ist so eingerichtet, dass eine Schaltung so konfiguriert ist, dass
sie ein Modenpassfilter bereitstellt, das das kraftgefilterte Bewegungssignal
empfängt
und in Funktion ein räumlich und
zeitlich gefiltertes Bewegungssignal anhand des kraftgefilterten
Bewegungssignals erzeugt; und
wobei die Prozessparameter-Schätzeinrichtung
in Funktion einen Prozessparameter anhand des räumlich und zeitlich gefilterten
Bewegungssignals schätzt.
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Eine
weitere Ausführungsform
ist so eingerichtet, dass die Prozessparameter-Schätzeinrichtung
eine Massenstrom-Schätzeinrichtung
umfasst.
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Dadurch
werden verbesserte Verfahren und eine Vorrichtung zum Schätzen von
Bewegung in einer Struktur, wie beispielsweise einem Rohr eines
Coriolis-Massedurchflussmessgerätes bereitgestellt.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 illustriert
auf konzeptuelle Weise den Aufbau eines herkömmlichen Coriolis-Massedurchflussmessgerätes.
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Die 2A bis 2B, 3A bis 3B, 4A bis 4B und 5 illustrieren
exemplarische Frequenzgänge
für einen
Prototyp eines Coriolis-Massedurchflussmessgerätes in Übereinstimmung mit den Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung.
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6 illustriert
einen Parametersensor in Übereinstimmung
mit einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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Die 7 und 8 sind
schematische Diagramme, die die Komponenten zum Implementieren von Kraftfiltern
und Prozessparameter-Schätzeinrichtungen
in Übereinstimmung
mit Ausführungsformen
der vorliegende Erfindung illustrieren.
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9 illustriert
eine exemplarische Prozessparameter-Schätzeinrichtung in Übereinstimmung
mit einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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Die 10 bis 11 illustrieren
exemplarische Operationen für
das Schätzen
eines Prozessparameters in Übereinstimmung
mit Aspekten der vorliegenden Erfindung.
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12 illustriert
einen Parametersensor in Übereinstimmung
mit einer weiteren Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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13 ist
ein schematisches Diagramm, das die Komponenten zum Implementieren
eines Kraftfilters, eines Bandpassfilters und einer Prozessparameter-Schätzeinrichtung
in Übereinstimmung
mit einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung illustriert.
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Die 14 bis 16 illustrieren
Parametersensoren in Übereinstimmung
mit noch einer weiteren Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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17 ist
ein schematisches Diagramm, das Komponenten zum Implementieren eines
Kraftfilters, einer Moden-Auflösungseinrichtung
und einer Prozessparameter-Schätzeinrichtung
in Übereinstimmung
mit einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung illustriert.
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18 illustriert
einen Parametersensor in Übereinstimmung
mit noch einer weiteren Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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19 ist
ein schematisches Diagramm, das Komponenten zum Implementieren eines
Kraftfilters, einer Moden-Auflösungseinrichtung
und einer Prozessparameter-Schätzeinrichtung
in Übereinstimmung
mit einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung illustriert.
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Ausführliche Beschreibung der Ausführungsformen
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Im
Folgenden wird die vorliegende Erfindung ausführlich und in Bezug auf die
beigefügten
Zeichnungen beschrieben, in denen bevorzugte Ausführungsformen
der Erfindung dargestellt sind. Diese Erfindung kann jedoch auch
in vielen anderen Formen ausgeführt
sein und sollte nicht im die hierin beschriebenen Ausführungsformen
beschränkenden
Sinne erachtet werden; diese Ausführungsformen sind vielmehr
deshalb bereitgestellt, damit diese Offenbarung gründlich und
vollständig
ist und den Personen mit der gewöhnlichen
Erfahrung auf dem Gebiet der Technik den Umfang der Erfindung vollständig vermittelt.
Gleiche Referenznummern bezeichnen in der gesamten Beschreibung
gleiche Elemente. Wie dies den Personen mit der gewöhnlichen
Erfahrung auf dem Gebiet der Technik offensichtlich sein wird, kann
die vorliegende Erfindung als Systemvorrichtung oder als Verfahren
ausgeführt
werden.
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Die
hierin beschriebenen Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung betreffen Coriolis-Massedurchflussmessgeräte. Den
Personen mit der gewöhnlichen
Erfahrung auf dem Gebiet der Technik wird jedoch offensichtlich
sein, dass die hierin beschriebenen Konzepte des Kraftfilterns und
davon verwandte Konzepte im Allgemeinen auf das Er fassen von Bewegung
in einer großen
Bandbreite von mechanischen Strukturen angewendet werden kann, und
dementsprechend sind die Vorrichtung und die Verfahren der vorliegenden
Erfindung nicht auf das Messen von Massenstrom mit Hilfe von Coriolis-Massedurchflussmessgeräten beschränkt.
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Moden-Verhalten eines schwingenden
Rohres
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Das
Verhalten einer schwingenden Struktur, wie beispielsweise einem
Rohr eines Coriolis-Massedurchflussmessgerätes kann hinsichtlich einer
oder mehrerer natürlicher
Moden, die damit zusammenhängende
natürliche
Schwingungsfrequenzen aufweisen, beschrieben werden. Die Moden und
die damit zusammenhängenden
natürlichen
Frequenzen können
mathematisch durch Eigenvektoren und damit verbundenen Eigenwerten
beschrieben werden, wobei die Eigenvektoren eindeutig in der relativen
Größenordnung
jedoch nicht in der absoluten Größenordnung
und orthogonal in Bezug auf die Masse und Steifheit der Struktur
sind. Der linear unabhängige
Satz von Vektoren kann als eine Transformation zum Entkoppeln von
Gleichungen, die die Bewegung der Struktur beschreiben, verwendet
werden. Insbesondere bedeutet dies, dass der Frequenzgang der Struktur
bei einer Erregung als eine Überlagerung
von skalierten Moden dargestellt werden kann, wobei die Skalierung
den Beitrag einer jeden Mode zu der Bewegung der Struktur darstellt.
In Abhängigkeit
von der jeweiligen Erregung kann der Beitrag einiger Moden größer als
bei anderen sein. Einige Moden können
unerwünscht
sein, da sie möglicherweise
Energie bei der Resonanzfrequenz von gewünschten Moden einbringen und
aus diesem Grund die Messungen, die bei der Resonanzfrequenz einer
gewünschten
Mode vorgenommen werden, wie beispielsweise Messungen der Phasendifferenz,
die bei der Antriebsfrequenz vorgenommen werden, beeinträchtigen.
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Herkömmliche
Coriolis-Massedurchflussmessgeräte
wenden typischerweise strukturelles und zeitliches Filtern zum Reduzieren
der Auswirkungen von unerwünschten
Moden an. Zu den herkömmlichen
Verfahren des strukturellen Filterns gehört das Verwenden von mechanischen
Einrichtungen, wie beispielsweise Versteifungseinrichtungen, die
eingerichtet sind, um gleichphasige und phasenveschobene Biegungsmoden
zu entkoppeln, Aktuatoren, die so positioniert sind, dass sie mit
einer geringeren Wahrscheinlichkeit unerwünschte Moden erregen und Bewegungswandler,
die so angeordnet sind, dass sie weniger empfindlich gegenüber unerwünschten
Moden sind. Verfahren des strukturellen Filterns können sehr
effektiv beim Reduzieren der Energie von unerwünschten Moden sein, sie können jedoch
aufgrund von Einschränkungen
der Geometrie und der Herstellung nur beschränkten Einsatz finden.
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Verfahren
des zeitlichen Filterns modifizieren typischerweise Wandlersignale
auf Basis von Zeitbereichs- oder Frequenzbereichsparametern. So
kann beispielsweise ein typisches Coriolis-Massedurchflussmessgerät Frequenzbereichsfilter
enthalten, die eingerichtet sind, um Frequenzkomponenten, die signifikant mit
unerwünschten
Moden zusammenhängen,
zu entfernen. Außerhalb
der Resonanz liegende Energie von unerwünschten Moden kann jedoch einen
beträchtlichen
Beitrag zum Einbringen von Energie bei der Resonanzfrequenz eines
gewünschten
Modus aufweisen. Aufgrund der Tatsache, dass Frequenzbereichsfilter
im Allgemeinen beim Unterscheiden der Beiträge von mehreren Moden bei einer
gegebenen Frequenz uneffektiv sind, kann der Beitrag von unerwünschten
Moden bei einer Messfrequenz eine signifikante Fehlerquelle bei Prozessparameter-Messungen
darstellen.
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Bei
einer Sensor-Rohranordnung mit einer verschwindend geringen Dämpfung und
einer Strömungsmenge
Null kann davon ausgegangen werden, dass sie rein reale natürliche Schwingungsmoden
aufweist, das heißt,
dass in jeder Mode jeder Punkt der Struktur die maximale Verschiebung
gleichzeitig erreicht. Ein reales Rohr mit einer nicht verschwindend
geringen Dämpfung
und einem durch es hindurchströmenden
Material weist jedoch im Allgemeinen einen komplexen Frequenzgang
bei Erregung auf, das heißt,
Punkte der Struktur erreichen im Allgemeinen nicht gleichzeitig
die maximale Amplitude. Die Bewegung einer Rohrstruktur kann als
eine komplexe Mode beschrieben werden, die reale und imaginäre Komponenten,
oder, alternativ dazu, Größenordnungs-
und Phasenkomponenten aufweist. Aufgrund der durch das strömende Material
hervorgerufenen Corioliskräfte
wird die Bewegung des Sensorrohres mathematisch komplex gestaltet.
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Selbst
wenn diese komplex ist, kann die Bewegung einer Rohrstruktur als
eine Überlagerung
von skalierten natürlichen
oder „normalen" Moden beschrieben
werden, da die realen und imaginären
Bestandteile einer komplexen Mode von der Definition her linear
unabhängig
sind. Um eine komplexe Bewegung darzustellen, werden komplexe Skalierungskoeffizienten
für das
Kombinieren der einen Bestandteil bildenden real-normalen Moden
verwendet. Bestimmte real-normale Moden können eng mit der imaginären Komponente
der komplexen Mode korreliert sein, während sie mit der realen Komponente
der komplexen Mode in weniger signifikantem Ausmaß korreliert
sind. Dementsprechend sind diese bestimmten real-normalen Moden
möglicherweise
enger mit den Corioliskräften
korreliert, die mit dem Material in dem Sensorrohr zusammenhängen, und
können
demzufolge Informationen zum Erzeugen einer genauen Schätzung eines
mit dem Material zusammenhängenden
Parameters bereitstellen.
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In 1 ist
ein konzeptuelles Modell einer Rohrstruktur eines Coriolis-Massedurchflussmessgerätes 1 dargestellt.
Bewegungswandler 5A, 5B, 5C (beispielsweise
Geschwindigkeitswandler) sind angeordnet, um die relative Bewegung
des ersten und des zweiten Rohres 3A, 3B der Rohrstruktur 1 zu
erfassen, wenn ein Material 8 durch die Rohre 3A, 3B strömt. Ein
Frequenzgangvektor {x} kann anhand der Ausgaben der Bewegungswandler 5A bis 5C erzeugt
werden, so beispielsweise durch Abtasten von Bewegungssignalen,
die durch jeden der Bewegungswandler zum Erzeugen von Bewegungssignalwerten
x1, x2, x3 für
den Frequenzgangvektor {x} erzeugt werden. Eine real-normale Moden-Matrix
[Φ], das
heißt,
eine Eigenvektormatrix, die den Vektor der physikalischen Bewegung
mit einem Vektor der Moden-Bewegung {η}, der die Bewegung in einer
Vielzahl von Moden mit einem einzigen Freiheitsgrad (SDOF „single
degree of freedom")
darstellt, in Beziehung setzt, kann so identifiziert werden, dass
sich Folgendes ergibt: {x} = [Φ]{η}. (1)
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Die
Moden-Matrix [Φ]
kann unter Verwendung einer Anzahl von Verfahren identifiziert werden.
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Herleitung eines räumlichen
Kraftfilters
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Ein
dynamisches System kann durch eine Differenzialgleichung zu Bewegung
beschrieben werden:
[M]{ẍ}
+ [C]{ẋ} + [K]{x} = {F}, (2) wobei
[M] eine Massen-Matrix ist, [C] eine Dämpfungs-Matrix ist, [K] eine
Steifheits-Matrix
ist, und x die Verschiebung in Reaktion auf auf das System aufgebrachte
Kräfte
{F} darstellt. Eine Lösung
der Gleichung (2) unter der Annahme von harmonischen Kräften und
einem linearen zeitinvarianten System, nimmt die folgende Form an:
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Das
Lösen der
Gleichung (3) für
Eigenwerte [λ]
und Eigenvektoren [Φ]
des Systems, ergibt Folgendes:
{ẋ}
= ⟦Φ][Q][δ(ω)][Φ⟧r + [Φ][Q].[δ(ω)][Φ]r|{F} (4)wobei
[δ(ω)] die mit
r Schwingungsmoden des Systems zusammenhängenden Pole darstellt
[Q] stellt eine Moden-Skalierungsmatrix
dar.
und * bezeichnet einen komplexen
reziproken Wert.
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Eine
Frequenzgang-Funktionsmatrix [H(ω)]
kann hinsichtlich des Frequenzgangs der Verschiebung des Systems
durch die folgende Gleichung bestimmt werden:
[H(ω)]
= [Φ][Q][δ(ω)][ϕ]r + [Φ][Q][δ(ω)][Φ]. (5) wobei T eine
transponierte Matrix bezeichnet, und wenn die Eigenvektor-Matrix
durch Masse normalisiert ist, wird die Masse-Matrix [M] in die Identitäts-Matrix
[l] umgewandelt, und die Moden-Skalierungsmatrix [Q] wird:
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Die
Eigenwerte [λ]
sind komplexe Zahlen, die die Dämpfungs-
und die gedämpften
natürlichen
Frequenzen des Systems enthalten.
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Gleichung
5 kann auf die folgende Gleichung reduziert werden:
[H(ω)]
= [Φ][Wr][Δ(ω)][φ]r, (6)wobei
und
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Es
wird festgestellt, dass es sich bei [δ(ω)], [Wr],
[Δ(ω)] und [Q]
um allesamt diagonale Matrizen handelt.
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Der
physikalische Frequenzgang {ẋ} des Systems kann durch eine
kompakte Form einer Kombination der Gleichungen (4) und (5) berechnet
werden: {ẋ} = [H(ω)][F] (7)
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Die
Inverse der Frequenzgang-Funktionsmatrix [H(ω)]–1 kann
als die Impedanz des Systems betrachtet werden. Mit anderen Worten
bedeutet dies, vorausgesetzt, es ist ei ne Vielzahl von physikalischen
Frequenzgängen
{ẋ} vorhanden, können
Kräfte
{F}, die auf das System einwirken, durch Multiplizieren der physikalischen
Frequenzgänge
mit der Impedanz des Systems bestimmt werden: {F} = [H(ω)]–1{ẋ} (8)
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Um
einen kraftgefilterten physikalischen Frequenzgang {ẋ]FF zu bestimmen, können beide Seiten der Gleichung
(8) vorab mit einer Skalierungsmatrix [A] multipliziert werden. [A]{F} = [A][H(ω)]–1{ẋ} (9)
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So
kann die Skalierungsmatrix [A] beispielsweise eine „Selektivitätsmatrix" darstellen, die
Komponenten in dem Frequenzgang {ẋ} dämpft, die auf unerwünschte äußere Kräfte zurückzuführen sind,
wie beispielsweise eine diagonale Matrix mit Nullen („0") an Positionen auf
ihrer Diagonalen, die den äußeren Kräften entsprechen
und („1")-en, die sich an
anderen Position befinden. Es wird jedoch offensichtlich sein, dass
die Skalierungsmatrix [A] eine beliebige einer Reihe von anderen
Filterungsoperationen an dem Frequenzgang {ẋ} implementieren
könnte,
einschließlich
Verstärkung
und Phasenumkehrung.
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Anschließend können beide
Seiten der Gleichung (9) mit der Frequenzgang-Funktionsmatrix [H(ω)] vorab multipliziert werden: {ẋFF} = [H(ω)][A]{F}{ẋ}
= [H(ω)][A][H(ω)]–1{ẋ}, (10)anhand derer
ein Kraftfilter [FF(ω)]
auf die folgende Weise definiert werden kann: [FF(ω)]
= [H(ω)][A][H(ω)]–1. (11)
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Das
Kombinieren der Gleichungen (5) und (11) ergibt folgende Gleichungen: [FF(ω)]
= [Φ][Wr][Δ(ω)][Φ]r[A]([Φ][Wr][Δ(ω)][Φ]r)–1 (12) [FF(ω)]
= [Φ][Wr][Δ(ω)][Φ]r[A]([Φ]r)–1[Δ(ω)]–1[Wr]–1[Φ]–1 (13)
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Das
Kraftfilter [FF(ω)]
kann dementsprechend anhand der Eigenvektoren-(Moden) Matrix [Φ] und anhand
von Informationen über
die Pole des Systems bestimmt werden, von denen alles unter Verwendung
von Modellieren endlicher Elemente, experimenteller Moden-Analyse
oder ähnlichen
Verfahren bestimmbar ist. Solche Verfahren sind im Allgemeinen in
einem Text mit dem Titel Vibrations: Analytical and Experimental
Modal Analysis, von Allemang, veröffentlicht durch die University
of Cincinnati (UC-SDRL-CN-20-263-662)
(März 1994),
beschrieben.
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Wie
voranstehend beschrieben wurde, kann ein Kraftfilter, so wie beispielsweise
ein Geschwindigkeitsvektor {ẋ}, auf einen physikalischen
Frequenzgang angewendet werden, um einen kraftgefilterten Frequenzgang
herzuleiten. Der kraftgefilterte Frequenzgang stellt vorzugsweise
die Bewegung einer Struktur Minus der Komponenten des physikalischen
Frequenzgangs, die auf äußere Kraft
zurückzuführen sind,
dar. Es wird den Personen mit der gewöhnlichen Erfahrung auf dem
Gebiet der Technik offensichtlich sein, dass die kraftgefilterte
Bewegung für
eine Reihe von Zwecken verwendet werden kann, einschließlich einer
Reihe von Regel- und Messanwendungen. In den hierein beschriebenen
Messanwendungen können
beispielsweise kraftgefilterte Bewegungssignale anhand von Bewegungssignalen
erzeugt werden, die Bewegung eines Rohres oder eines Gefäßes, das
Material enthält,
beispielsweise Signale, die Verschiebung, Geschwindigkeit oder Beschleunigung
an Positionen an dem Rohr oder dem Gefäß repräsentieren, darstellen. Herkömmliche
Phasen- oder Zeitdifferenzmessungen können auf das kraftgefilterte
Bewegungssignal angewendet werden, um Schätzungen des Massenstroms, der
Dichte und anderer Prozessparameter, die mit dem enthaltenen Material zusammenhängen, zu
erzeugen.
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Die 2A bis 5 illustrieren
die Effekte eines Kraftfilters, das auf von einem Bewegungswandler eines
Coriolis-Massedurchflussmessgerätes
erzeugte Bewegungssignale angelegt wird, insbesondere Frequenzgänge für eine Position
eines Bewegungswandlers (oder Abtastsonde) eines Prototyps von Coriolis-Massendurchflussmessgerät mit einer
8,83 cm Abmessung, die Erregung von sowohl einer Antriebseinrichtung
als auch einer Vielzahl von anderen äußeren Kräften unterliegen. Die 2A bis 2B illustrieren
einen nicht gefilterten physikalischen Frequenzgang 10 und
einen idealen Frequenzgang 20, die eine Rohrbewegung, wenn
lediglich die normale Antriebskraft (eine Kraft, die die Rohre 3A, 3V aus 1 über den
Achsen W, W' biegt)
ohne eine äußere Erregung
auf die Rohrstruktur wirken, darstellt. Ein kraftgefilterter Frequenzgang 30 stellt
das Ergebnis des Anwendens eines Kraftfilters auf die voranstehend
beschriebene Weise auf den ungefilterten Frequenzgang 10 dar.
Der ungefilterte Frequenzgang 10 erfährt eine Spitze bei der Resonanzfrequenz
(325 Hz) einer ersten Verdrehungsmode der Rohrstruktur (entsprechend
der Bewegung über den
Achsen Z, Z' in 1),
wodurch eine Erregung der Verdrehungsmode durch die äußeren Kräfte angezeigt wird.
Der ideale Frequenzgang 20 illustriert einen Frequenzgang
bei der Verdrehungsmoden-Frequenz,
die normalerweise zwei Größenordnungen
kleiner ist. Der kraftgefilterte Frequenzgang 30 illustriert,
dass das Kraftfilter die Erregung aufgrund von äußeren Kräften reduzieren kann.
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Der
kraftgefilterte Frequenzgang 30 aus den 2A bis 2B wurde
unter Verwendung eines Kraftfilters (eine Funktion einer Frequenz,
wie voranstehend beschrieben), das bei jeder Frequenz eines Bereichs von
Frequenzen bewertet wird, bestimmt. In einem Coriolis-Massedurchflussmessgerät aus der
Praxis oder einer anderen Sensoranwendung, kann es jedoch vorzuziehen
sein, dass das Kraftfilter bei einer beschränkten Anzahl von Frequenzen
bewertet wird. So kann es beispielsweise in Anwendungen eines Coriolis-Massedurchflussmessgerätes, bei
denen herkömmliche
Phasen- oder Zeitdifferenztypmessungen bei der Antriebsmoden-Frequenz
durchgeführt
werden, wünschenswert
sein, das Kraftfilter lediglich bei der Antriebsmoden-Frequenz zu
berechnen.
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Wie
dies in den
3A und
3B dargestellt
ist, resultiert das Anwenden eines Kraftfilters, das lediglich bei
der Antriebsmoden-Frequenz bewertet wurde, in einem modifizierten
kraftgefilterten Frequenzgang
40, der einen verstärkten Frequenzgang
entfernt von der Antriebsmoden-Resonanzfrequenz erfährt. Diese Verstärkung entfernt
von der Antriebsmoden-Resonanzfrequenz kann durch Anwenden eines
zeitlichen (Frequenzbereichs-)Bandpassfilters kompensiert werden.
Das Bandpassfilter kann beispielsweise ein analoges, zweipoliges
Filter oder ein digitales Filter, wie zum Beispiel ein FIR-Filter
(finite impulse response – begrenztes Ansprechen
auf Impuls) sein. Solch ein zeitliches Filter dämpft Komponenten des kraftgefilterten
Frequenzganges, die andere sind, als jene, die nahe der Antriebsfrequenz
liegen. Ein einfaches analoges, zweipoliges Bandpassfilter kann
mathematisch durch folgende Gleichung dargestellt werden:
wobei die Mittenfrequenz ω
C die Antriebsfrequenz ist. Die
4A bis
4B illustrieren
den zeitlich gefilterten Frequenzgang
50, der aus dem Kombinieren
eines Filters mit einer einzigen Antriebsfrequenz mit einem Bandpassfilter
resultiert.
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Eine
erhöhte
Genauigkeit bei der Unterscheidung von Bewegung, die auf eine Kraft
von Interesse zurückzuführen ist,
kann auch unter Verwendung von Moden-Filtern zum Ausfiltern von
Komponenten des kraftgefilterten Frequenzganges, die mit der Bewegung
in unerwünschten
Schwingungsmoden zusammenhängen, erzielt
werden. Ein räumliches „Modenpassfilter" des hierin beschriebenen
Typs, das auf die Bewegungssignale von einem Bewegungswandler auf
der oben beschriebenen simulierten Struktur angewendet wird, liefert den
Modenpass-gefilterten Frequenzgang 60, der in 5 dargestellt
ist. Der Frequenzgang 60 erfährt einen reduzierten Frequenzgang
bei der zweiten Biegungsmoden-Frequenz (~700 Hz). Wenn dieses Modenpassfiltern
mit einem Kraft-Passfilter,
wie oben beschrieben, kombiniert wird, wird ein räumlich gefilterter
Frequenzgang 70 erzeugt. Wenn ein zeitliches Bandpassfilter
mit einem Bandpass, der auf der Antriebsmoden-Frequenz zentriert
ist, ebenfalls angewendet wird, wird ein räumlich und zeitlich gefilterter
Frequenzgang 80 erzeugt. Das räumlich und zeitlich gefilterte
Signal 80 kann beispielsweise für eine herkömmliche Phasendifferenz-Messung
mit Coriolis-Massedurchflussmessgerät verwendet werden.
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Das
voranstehend beschriebene Kraftfiltern und das zusätzliche
Bandpass- und Modenfiltern kann auch auf andere Typen von Rohren,
Gefäßen oder
andere Material enthaltende Strukturen mit Ausnahme der in 1 dargestellten
Zwei-Rohr-Konfiguration angewendet werden. Wie dies im Folgenden
ausführlich
beschrieben wird, kann das Kraftfiltern beispielsweise zum Charakterisieren
von Bewegung eines Rohres eines Strommessgerätes mit geradem Rohr verwendet
werden. Den Personen mit der gewöhnlichen
Erfahrung auf dem Gebiet der Technik wird es auch offensichtlich
sein, dass die vorliegende Erfindung im Allgemeinen auch für die Charakterisierung
von Bewegung einer beliebigen Anzahl von Typen von Strukturen, die
andere sind, als Strommessgeräte
und ähnliche
Parametersensoren, angewendet werden können.
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Exemplarische Massenstrommessgeräte
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Im
Folgenden werden spezifische Ausführungsformen in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung beschrieben, und insbesondere werden
exemplarische Ausführungsformen
von sogenannten „Straight tube"-Coriolis-Massedurchflussmessgeräten (mit
geradem Rohr) beschrieben. Es wird den Personen mit der gewöhnlichen
Erfahrung auf dem Gebiet der Technik jedoch offensichtlich sein,
dass die vorliegende Erfindung auch auf Strukturen mit gekrümmtem Rohr,
wie beispielsweise auf die in 1 konzeptuell
dargestellte Struktur 1 anwendbar ist, ebenso wie auf andere
Material enthaltende Strukturen, wie die, die beispielsweise in
Massedurchflussmessgeräten,
Dichtemessgeräten
und Ähnlichem
angewendet werden. Es wird den Personen mit der gewöhnlichen
Erfahrung auf dem Gebiet der Technik darüber hinaus offensichtlich sein,
dass sie auch auf die Charakterisierung von Bewegung in einer großen Anzahl
von verschiedenen anderen Strukturen angewendet werden kann.
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Die
folgende Beschreibung betrifft die Anwendung von „Kraftfiltern" zum Verarbeiten
von Komponenten von Bewegungssignalen, die Bewegung einer Struktur,
wie beispielsweise eines Rohres eines Massenstrommessgerätes darstellen.
Die hierin beschrieben Kraftfilter sind eingerichtet, um Bewegung
zu unterscheiden, die auf eine oder mehrere einer Vielzahl von Kräften zurückzuführen sind,
die auf die Struktur einwirken. Es wird den Personen mit der gewöhnlichen
Erfahrung auf dem Gebiet der Technik offensichtlich sein, dass der
Begriff Unterscheidung" einer
Bewegungssignalkomponente, wie dies hierin beschrieben ist, als
eine Identifizierung einer Komponente, die mit einer gegebenen Kraft
von Interesse zusammenhängt,
ebenso als ein Dämpfen
von einer oder mehreren Komponenten, die auf die äußeren Kräften mit
Ausnahme der Kraft von Interesse zurückzuführen sind, angesehen werden
kann. So können
beispielsweise Bewegungskomponenten, die mit Corioliskraft, die
sich aus dem Strom eines Materials durch ein Rohr eines Massenstrommessgerätes ergibt,
zusammenhängt,
durch Dämpfen
von Komponenten, die mit äußeren, „unerwünschten" Kräften, die
von Umständen
wie beispielsweise Druckimpulsen in dem Material und Schwingungen
der an das Stromessgerät angeschlossenen
Vorrichtungen wie zum Beispiel Pumpen und Kompressoren und Ähnliches,
resultieren, unterschieden werden.
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6 illustriert
einen exemplarischen Prozessparameter-Sensor 600, der Kraftfiltern
in Übereinstimmung
mit einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung implementiert. Der Prozessparameter-Sensor 600 umfasst
eine Rohrstruktur mit einem „geraden
Rohr" 1 einschließlich einem
Rohr 3, das konfiguriert ist, um ein Material 8 von
einer Rohrleitung 7, die mit der Struktur 1 durch
Flansche 2 verbunden ist, zu enthalten. Innerhalb eines
Gehäuses 4,
das das Rohr 3 umgibt, erregt ein Aktuator 6 in
Funktion das Rohr 3. Es sind Bewegungswandler 5A bis 5D bereitgestellt,
die Geschwindigkeitswandler 5A, 5B, die entlang
des Rohres 3 auf gegenüberliegenden
Seiten des Aktuators 6 positioniert sind und Dehnungsmesser 5C, 5D umfassen,
die in der Nähe
der Flansche 2 positioniert sind. Die Bewegungswandler 5A bis 5D erzeugen
Bewegungssignale 605, die Bewegung des Rohres 3 in
Reaktion auf eine Vielzahl von Kräften F darstellen, die beispielsweise eine
durch den Aktuator 6 ausgeübte Antriebskraft, durch das
Material 8 ausgeübte
Druckkräfte
und andere äußere Kräfte wie
beispielsweise Kräfte,
die durch die Leitung 7 ausgeübt werden und Kräfte, die
durch Pumpen, Kompressoren und andere Vorrichtungen (nicht dargestellt),
die mit der Leitung 7 verbunden sind, umfassen können und über die
Flansche 2 zu der Leitung 3 übertragen werden.
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Darüber hinaus
enthält
der Prozessparameter-Sensor 600 auch eine Schaltung zum
Bereitstellen eines Kraftfilters 610, das konfiguriert
ist, um die Bewegungssignale 605 zu empfangen und das in
Funktion Bewegung filtert, die auf äußere Kräfte zurückzuführen ist, um ein gefiltertes
Bewegungssignal 615 zu erzeugen. Das Kraftfilter 610,
das vorzugsweise von einer Moden-Charakterisierung der Struktur 1,
wie oben beschrieben, hergeleitet ist, charakterisiert Bewegung
als Bewegung in einer Vielzahl von Schwingungsmoden und unterscheidet
Bewegung, die auf eine Kraft von Interesse von einer Vielzahl von
Kräften
F, die auf die Struktur 1 einwirken, zurückzuführen ist.
Ein Prozessparameter-Sensor 620 reagiert auf das kraftgefilterte
Bewegungssignal 615 und schätzt in Funktion einen Prozessparameter,
wie beispielsweise Massenstrom, anhand des kraftgefilterten Bewegungssignals 615.
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Wie
dies voranstehend beschrieben wurde, kann das Kraftfilter 610 verwendet
werden, um Komponenten des Bewegungssignals 605 zu dämpfen, die
mit den äußeren Kräften zusammenhängen, beispielsweise
Komponenten, die zum Beispiel eine durch den Sensor 600 erzeugte
Parameterschätzung
beeinträchtigt oder
auf eine andere Weise ungenau gestaltet. So kann das Kraftfilter 610 beispielsweise
verwendet werden, um Komponenten der Bewegungssignale 605,
die mit den Schärkräften, die
auf die Flansche 2 der Struktur 1 einwirken, zusammenhängen, zu
dämpfen.
Für die
dargestellten Sensoren 5A bis D können diese Schärkräfte am besten
durch beispielsweise die Dehnungsmesser 5C, 5D beobachtet
werden, die in der Nähe
der Flansche 2 angeordnet sind. Dementsprechend wird es
offensichtlich sein, dass die Unterscheidung von auf eine Struktur
einwirkenden Kräften
anhand von Bewegungswandler-Signalen im Allgemeinen von den Eigenschaften
der Bewegungswandler, wie beispielsweise Verschiebung, Bandbreite
und Ähnliches,
abhängt.
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Es
wird offensichtlich sein, dass für
den Sensor 600 auch andere Konfigurationen verwendet werden können. Es
kann eine Vielzahl von Aktuatoren verwendet werden, ebenso wie zusätzliche
Bewegungswandler oder Bewegungswandler, die an anderen Positionen
auf der Struktur 1 angeordnet sind. So kann beispielsweise
ein Bewegungswandler an einer Position eines Aktuators angeordnet
sein. Zusätzlich
dazu kann ein Satz von Bewegungswandlern verwendet werden, der eine überbestimmte
Quelle an Informationen zum Bestimmen der Bewegung der Struktur
bereitstellt, das heißt,
eine Anzahl von Bewegungswandlern, die größer ist als die Anzahl von
Kräften,
die auf die Struktur 1 einwirken. Auf solch einen überbestimmten
Satz können
Techniken der kleinsten Quadrate angewendet werden.
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7 illustriert
eine digitale Implementierung eines Kraftfilters 610 in Übereinstimmung
mit einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Die Bewegungssignale 605 werden
durch eine Abtasteinrichtung 710 abgetastet, um analoge
Spannungsabtastwerte zu erzeugen, die durch eine Analog-/Digital-Umwandlungseinrichtung
(A/D) 720 in Werte digitaler Bewegungssignale 725 umgewandelt
werden. In implementierter Form, beispielsweise als ein Programmcode,
der auf einem Speichermedium 740 gespeichert ist und auf
einem Computer 730 ausgeführt wird, verarbeitet das Kraftfilter 610 die
digitalen Bewegungssignalwerte 725, um gefilterte Bewegungssignalwerte 615 zu
erzeugen. Die gefilterten Bewegungssignalwerte 615 können anschließend durch
eine Prozesspara meter-Schätzeinrichtung 620,
hier als ein auf dem Speichermedium 740 gespeicherter und
auf dem Computer 730 ausgeführter Programmcode implementiert
dargestellt, weiter verarbeitet werden, um einen geschätzten Prozessparameter 625 zu
erzeugen.
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Wie
dies in 8 dargestellt ist, kann das
Kraftfilter 610 eine Einrichtung 611 zum Erzeugen
eines Bewegungsvektors, beispielsweise des oben beschriebenen Geschwindigkeits-Frequenzgangvektors
{ẋ} anhand der Bewegungssignalwerte 725 umfassen.
Das Kraftfilter 610 kann darüber hinaus auch eine Einrichtung 613 zum
Multiplizieren des Bewegungsvektors mit einer Kraftfilter-Matrix,
beispielsweise die oben beschriebene Kraftfilter-Matrix [FF(ω)] umfassen,
um einen gefilterten Bewegungsvektor, zum Beispiel den kraftgefilterten Geschwindigkeits-Frequenzgang
{ẋ}FF zu erzeugen.
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Es
wird den Personen mit der gewöhnlichen
Erfahrung auf dem Gebiet der Technik offensichtlich sein, dass der
in den 7 und 8 dargestellte Computer 730 eine
Reihe verschiedener Rechenvorrichtungen wie beispielsweise Mikroprozessoren,
digitale Signalprozessoren (DSPs) und anwendungsspezifische integrierte
Schaltungen (ASICs) mit spezialisierten Rechenfähigkeiten umfassen kann. Da
beispielsweise das Kraftfilter 610 vorzugsweise unter Verwendung
von Matrixberechnungen implementiert ist, kann der Computer 730 unter
Verwendung eines DSP, wie beispielsweise einem Chip der TM320C40-Reihe
(hergestellt von Texas Instruments Inc.) zum optimalen Durchführen solcher
Matrixberechnungen unter der Steuerung eines allgemeinen Prozessors,
wie zum Beispiel einem Alpha-Mikroprozessor (hergestellt von Compaq
Computer Corp.), implementiert sein. Den Personen mit der gewöhnlichen
Erfahrung auf dem Gebiet der Technik wird jedoch auch offensichtlich
sein, dass die vorliegende Erfindung dahingehend abgeändert werden
kann, dass sie unter Verwendung einer Reihe von Rechenvorrichtungen
je nach den Rechenlasten, die mit der Anzahl der verarbeiteten Bewegungssignale,
Zeitplananforderungen und Ähnlichem
zusammenhängen,
implementiert ist.
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9 illustriert
eine exemplarische Massenstromimplementierung der in 6 dargestellten
Prozessparameter-Schätzeinrichtung 620.
Durch Bewegungswandler 5 erzeugte Bewegungssignale 605 werden durch
ein Kraftfilter 610 gefiltert, das einen ersten und einen
zweiten kraftgefilterten Wert 615a, 615b erzeugt. Der
erste und der zweite kraftgefilterte Wert 615a, 615b können beispielsweise
einer ersten und einer zweiten Kompo nente ẋFF1 und ẋFF2 eines kraftgefilterten Bewegungsvektors
{ẋFF} an einer jeweiligen ersten
und zweiten Position auf der in 6 dargestellten
Rohrstruktur entsprechen (Komponenten, die den Geschwindigkeitsumwandlern 5A, 5B entsprechen).
Die Prozessparameter-Schätzeinrichtung 620 enthält eine
Einrichtung 622 zum Bestimmen einer Phasendifferenz 623 zwischen
dem ersten und dem zweiten kraftgefilterten Wert 615a, 615b.
Es ist eine Einrichtung 624 zum Erzeugen einer Schätzung 625 des
Massenstroms anhand der bestimmten Phasendifferenz 623 bereitgestellt.
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Die 10 und 11 sind
Darstellungen von Ablaufplänen
von exemplarischen Operationen für
das Schätzen
von Prozessparametern in Übereinstimmung
mit Aspekten der vorliegenden Erfindung. Es wird den Personen mit
der gewöhnlichen
Erfahrung auf dem Gebiet der Technik offensichtlich sein, dass die
Operationen dieser Ablaufpläne
unter Verwendung von Computeranweisungen implementiert werden können. Diese Anweisungen
können
auf einem Computer oder einer anderen Datenverarbeitungsvorrichtung
(wie beispielsweise dem Computer 730 der 7 und 8)
ausgeführt
werden, um eine Vorrichtung (System) zu erzeugen, das in Funktion
die dargestellten Operationen durchführt. Die Computeranweisungen
können
darüber
hinaus auch als ein durch einen Computer lesbaren Programmcode auf
einem computerlesbaren Medium, wie beispielsweise dem in den 7 und 8 dargestellten
Speichermedium, wie beispielsweise einem Speicher einer integrierten
Schaltung, einer Magnetplatte, einem Band oder Ähnlichem gespeichert werden,
das einen Computer oder eine andere Datenverarbeitungsvorrichtung
zum Durchführen
der dargestellten Operationen anweisen kann, wodurch eine Einrichtung
zum Durchführen
der dargestellten Operationen bereitgestellt wird. Der computerlesbare
Programmcode kann auch auf einem Computer oder einer anderen Datenverarbeitungsvorrichtung
ausgeführt
werden, um die Vorrichtung zu veranlassen, einen computerimplementierten
Prozess durchzuführen.
Dementsprechend zeigen die 10 und 11 Vorrichtungen
(Systeme), Computerprogrammprodukte und Verfahren zum Durchführen der
darin dargestellten Operationen.
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In 10 sind
exemplarische Operationen 1000 zum Schätzen eines Prozessparameters
in Übereinstimmung
mit einem Aspekt der vorliegenden Erfindung dargestellt. Es werden
Bewegungssignale, die Bewegung einer Rohrstruktur, wie beispielsweise
der in 6 dargestellten Rohrstruktur 1, in Reaktion
auf eine Vielzahl von aufgebrachten Kräften empfangen (Block 1010).
Ein Kraftfilter wird auf die empfangenen Bewegungs signale 1020 angewendet,
um ein gefiltertes Bewegungssignal zu erzeugen, das Bewegung unterscheidet,
die auf eine Kraft von Interesse zurückzuführen ist (Block 1020).
Ein Prozessparameter, beispielsweise Massenstrom, Dichte oder Ähnliches,
wird anhand des kraftgefilterten Bewegungssignals geschätzt (Block 1030).
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In Übereinstimmung
mit einem Aspekt der vorliegenden Erfindung, der in 11 dargestellt
ist, umfassen Operation 1100 zum Schätzen von Massenstrom das Empfangen
von Bewegungssignalen, die Bewegung einer Rohrstruktur, wie beispielsweise
der in 6 dargestellten Rohrstruktur 1 darstellen,
wenn ein Material durch die Struktur strömt (Block 1110). Es
wird ein Bewegungsvektor, zum Beispiel ein Geschwindigkeitsvektor,
der aus einer Vielzahl von Bewegungssignalwerten wie beispielsweise
den digitalen Bewegungssignalwerten 725 auf 7 erzeugt
wurde, anhand der empfangenen Bewegungssignale erstellt (Block 1120).
Der Bewegungsvektor wird mit einer Kraftfilter-Matrix multipliziert, um einen kraftgefilterten
Bewegungsvektor zu erzeugen. Der Massenstrom wird anhand des gefilterten
Bewegungssignalvektors geschätzt
(Block 1130).
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12 illustriert
einen exemplarischen Parametersensor 1200 in Übereinstimmung
mit einer weiteren Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Der Parametersensor 1200 enthält eine
Rohrstruktur 1 einschließlich von Komponenten, die
voranstehend in Bezug auf 6 beschrieben
wurden. Der Prozessparameter-Sensor 1200 umfasst darüber hinaus
ein Kraftfilter 610, das eingerichtet ist, um die Bewegungssignale 605 zu
empfangen, und es erzeugt in Funktion ein kraftgefiltertes Bewegungssignal 615,
wie dies voranstehend in Bezug auf 6 beschrieben
wurde.
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Das
kraftgefilterte Bewegungssignal 615 wird weiter durch ein
Bandpassfilter 650, das heißt, ein zeitliches (Frequenzbereich-)Filter
verarbeitet, das vorzugsweise Frequenzkomponenten des kraftgefilterten
Bewegungssignals 615 in einem ausgewählten Bereich von Frequenzen
durchlässt.
So kann der ausgewählte Bereich
von Frequenzen beispielsweise ein enges Band sein, das über eine
Resonanzfrequenz einer Antriebsmode der Rohrstruktur, die durch
den Aktuator 6 erregt wird, definiert wird. Das Bandpassfilter 650 erzeugt
ein zeitlich gefiltertes Bewegungssignal 655 anhand dessen
eine Prozessparameter-Schätzeinrichtung 620 eine Schätzung 625 eines
Prozessparameters, wie beispielsweise Massenstrom, Dichte oder Ähnliches
erzeugt.
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13 illustriert
eine exemplarische digitale Implementierung des Kraftfilters 620 und
des in 12 dargestellten Bandpassfilters 650.
Bewegungssignale 605 werden durch eine Abtasteinrichtung 710 abgetastet,
wodurch analoge Bewegungssignalwerte erzeugt werden, die durch eine
Analog-Digital-Umwandlungseinrichtung 720 in digitale Bewegungssignalwerte 725 umgewandelt
werden. Das Kraftfilter 620, das durch einen auf einem
Speichermedium 740 gespeicherten und auf einem Computer 730 ausgeführten Programmcode
implementiert ist, verarbeitet die digitalen Bewegungssignalwerte 725,
um kraftgefilterte Bewegungssignalwerte 615 zu erzeugen.
Das Bandpassfilter 650, das ebenfalls durch einen auf dem
Speichermedium 740 gespeicherten und auf dem Computer 730 ausgeführten Programmcode
implementiert ist, führt
ein zeitliches Filtern der kraftgefilterten Bewegungssignalwerte 615 durch,
wodurch zeitlich gefilterte Bewegungssignalwerte 655 erzeugt
werden. Die zeitlich gefilterten Bewegungssignale 655 werden
anschließend
durch eine Prozessparameter-Schätzeinrichtung 620,
die ebenfalls durch einen auf dem Speichermedium 740 gespeicherten
und auf dem Computer 730 ausgeführten Programmcode implementiert
ist, zum Erzeugen einer Schätzung
eines Prozessparameters verwendet.
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Es
wird den Personen mit der gewöhnlichen
Erfahrung auf dem Gebiet der Technik offensichtlich sein, dass der
in 13 dargestellte Computer 730 eine Reihe
verschiedener Rechenvorrichtungen, wie beispielsweise Mikroprozessoren,
digitale Signalprozessoren (DSPs) und anwendungsspezifische integrierte
Schaltungen (ASICs) mit spezialisierten Rechenfähigkeiten enthalten kann. Da
beispielsweise das Kraftfilter 610 vorzugsweise unter Verwendung
von Matrixberechnungen implementiert ist, kann der Computer 730 unter
Verwendung eines DSP, wie beispielsweise einem Chip der TM320C40-Reihe
(hergestellt von Texas Instruments Inc.) zum optimalen Durchführen solcher
Matrixberechnungen unter der Steuerung eines allgemeinen Prozessors,
wie zum Beispiel einem Alpha-Mikroprozessor (hergestellt von Compaq
Computer Corp.), implementiert sein. Den Personen mit der gewöhnlichen
Erfahrung auf dem Gebiet der Technik wird jedoch auch offensichtlich
sein, dass die vorliegende Erfindung dahingehend abgeändert werden
kann, dass sie unter Verwendung einer Reihe von Rechenvorrichtungen
je nach den Rechenlasten, die mit der Anzahl der verarbeiteten Bewegungssignale,
Zeitplananforderungen und Ähnlichem
zusammenhängen,
implementiert ist.
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14 illustriert
einen exemplarischen Prozessparameter-Sensor 1400 in Übereinstimmung
mit einer anderen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Der Parametersensor 1400 umfasst
eine Rohrstruktur 1, wie voranstehend in Bezug auf die 6 und 12 beschrieben.
Der Prozessparameter-Sensor 1400 enthält ein Kraftfilter 610,
das konfiguriert ist, um die Bewegungssignale 605 zu empfangen
und um in Funktion ein kraftgefiltertes Bewegungssignal 615 zu
erzeugen, wie dies voranstehend in Bezug auf die 6 und 12 beschrieben
wurde.
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Das
kraftgefilterte Bewegungssignal 615 wird weiter durch eine
Moden-Auflösungseinrichtung 660 verarbeitet,
die in Funktion Bewegung, die durch das kraftgefilterte Bewegungssignal 615 dargestellt
ist, in eine Vielzahl von Moden-Komponenten auflöst, das heißt, Komponenten, die mit einer
Vielzahl von Schwingungsmoden der Rohrstruktur 1 zusammenhängen. Die
Moden-Auflösungseinrichtung 660 erzeugt
ein räumlich
gefiltertes Signal 665 (das heißt, ein Signal, das Bewegung
in entweder einem physikalischen oder einem modalen Koordinatenrahmen
darstellen kann, wie dies ausführlicher
zu einem späteren
Zeitpunkt beschrieben wird), anhand dessen eine Prozessparameter-Schätzeinrichtung 620 eine
Schätzung
eines Prozessparameters, wie beispielsweise Massenstrom erzeugt.
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Wie
dies in 15 dargestellt ist, kann ein
Parametersensor 1400 eine Moden-Auflösungseinrichtung umfassen,
die einen „Modenpass"-filter 660' implementiert,
das einen räumlich
gefilterten Frequenzgang 665 in einem physikalischen Koordinatenrahmenbereich
erzeugt, beispielsweise ein Filter, das eine Modenpassfilter-Matrix
[Ψ] anwendet,
um einen räumlich
gefilterten physikalischen Frequenzgang {ẋMPF}
anhand des kraftgefilterten Frequenzganges {ẋFF}
zu erzeugen, der vorzugsweise Komponenten des kraftgefilterten Frequenzganges
{ẋFF} enthält, der mit einer oder mehreren
bestimmten Moden von Interessen zusammenhängt: {ẋMPF} = [Ψ]{ẋFF},wobei
[Ψ] = [Φ][A][Φ]–1,
und
wobei [Φ]
eine Modentransformations-Matrix wie oben beschrieben darstellt,
und [A] stellt eine diagonale Moden-Selektivitätsmatrix, die „0-en"entlang ihrer Diagonalen
positioniert hat, die unerwünschten
Moden entsprechen, und die „1-en" an diagonalen Positionen
angeordnet hat, die Moden von Interesse entsprechen. Der räumlich gefilterte
Frequenzgang {ẋMPF} kann verwendet
werden, um Schätzungen
von Prozessparametern, wie beispielsweise Massenstrom zu erzeugen.
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Wie
dies in 16 dargestellt ist, kann in
einer weiteren Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ein Parameter-Sensor 1400 eine
Moden-Auflösungseinrichtung
umfassen, die eine Modenbewegungs-Schätzeinrichtung 660'' implementiert, beispielsweise
eine Schätzeinrichtung,
die eine Modentransformations-Matrix [Φ] zum Erzeugen eines geschätzten Moden-Frequenzganges
{ηFF} anwendet, die ein räumlich gefiltertes Signal 665 in
einem Moden-Koordinatenbereich erzeugt. Es können ausgewählte Komponenten des Moden-Frequenzganges
{ηFF} durch die Prozessparameter-Schätzeinrichtung 620 zum
Schätzen
eines Prozessparameters verwendet werden.
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17 illustriert
eine exemplarische digitale Implementierung des Kraftfilters 620 und
der Moden-Auflösungseinrichtung 660 aus 14.
Es werden Bewegungssignale 605 durch die Abtasteinrichtung 710 abgetastet,
wodurch analoge Bewegungssignalwerte erzeugt werden, die durch eine
Analog-Digital-Umwandlungseinrichtung 720 in digitale Bewegungssignalwerte 725 umgewandelt
werden. Das Kraftfilter 610, das durch einen auf einem
Speichermedium 740 gespeicherten und auf einem Computer 730 ausgeführten Programmcode
implementiert ist, verarbeitet die digitalen Bewegungssignalwerte 725,
um kraftgefilterte Bewegungssignalwerte 615 zu erzeugen.
Die Moden-Auflösungseinrichtung 660,
die ebenfalls durch einen auf einem Speichermedium 740 gespeicherten
und auf dem Computer 730 ausgeführten Programmcode implementiert
ist, verarbeitet die kraftgefilterten Bewegungssignale 615,
wodurch räumlich
gefilterte Bewegungssignalwerte 665 (beispielsweise, in
entweder Moden- oder physikalischen Koordinaten, wie oben beschrieben
wurde, erzeugt werden. Die räumlich
gefilterten Bewegungssignalwerte 665 werden anschließend durch
eine Prozessparameter-Schätzeinrichtung 620 verwendet,
die ebenfalls durch einen auf einem Speichermedium 740 gespeicherten und
auf dem Computer 730 ausgeführten Programmcode implementiert
ist, um eine Schätzung 625 eines
Prozessparameters zu erzeugen.
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Es
wird den Personen mit der gewöhnlichen
Erfahrung auf dem Gebiet der Technik offensichtlich sein, dass der
in 17 dargestellte Computer 730 eine Reihe
verschiedener Rechenvorrichtungen, wie beispielsweise Mikroprozessoren,
digitale Signalprozessoren (DSPs) und anwendungsspezifische integrierte
Schaltungen (ASICs) mit spezialisierten Rechenfähigkeiten enthalten kann. Da
beispielsweise das Kraftfilter 610 vorzugsweise unter Verwendung
von Matrixberechnungen implementiert ist, kann der Computer 730 unter
Verwendung eines DSP, wie beispielsweise einem Chip der TM320C40-Reihe
(hergestellt von Texas Instruments Inc.) zum optimalen Durchführen solcher
Matrixberechnungen unter der Steuerung eines allgemeinen Prozessors,
wie zum Beispiel einem Alpha-Mikroprozessor (hergestellt von Compaq
Computer Corp.), implementiert sein. Den Personen mit der gewöhnlichen
Erfahrung auf dem Gebiet der Technik wird jedoch auch offensichtlich
sein, dass die vorliegende Erfindung dahingehend abgeändert werden
kann, dass sie unter Verwendung einer Reihe von Rechenvorrichtungen
je nach den Rechenlasten, die mit der Anzahl der verarbeiteten Bewegungssignale,
Zeitplananforderungen und Ähnlichem
zusammenhängen,
implementiert ist.
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Wie
dies in 18 dargestellt ist, kann ein
Parametersensor 1800 sowohl das zeitliche als auch das räumliche
Filtern zusammen mit Kraftfiltern implementieren. Der Prozessparameter-Sensor 1800 enthält ein Kraftfilter 610,
das ein kraftgefiltertes Bewegungssignal 615 erzeugt, das
weiter durch ein Bandpassfilter 650 und eine Moden-Auflösungseinrichtung 600 verarbeitet
wird, um ein räumlich
und zeitlich gefiltertes Bewegungssignal 665 zu erzeugen,
welches Bewegung entweder in einem physikalischen oder einem Moden-Koordinatenrahmen,
wie dies voranstehend beschrieben wurde, darstellen kann. Eine Prozessparameter-Schätzeinrichtung 620 erzeugt
eine Schätzung 625 eines
Prozessparameters wie beispielsweise Massenstrom anhand des räumlich und
zeitlich gefilterten Bewegungssignals 665.
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Wie
dies in 19 dargestellt ist, können das
Kraftfilter 610, das Bandpassfilter 650 und die
Moden-Auflösungseinrichtung 660 aus 18 digital
implementiert sein. Bewegungssignale 605 werden durch eine
Abtasteinrichtung 710 abgetastet, wodurch analoge Bewegungssignalwerte
erzeugt werden, die durch eine Analog-Digital-Umwandlungseinrichtung 720 in
digitale Bewegungssignalwerte 725 umgewandelt werden. Das
Kraftfilter 610, das durch einen auf einem Speichermedium 740 gespeicherten
und auf einem Computer 730 ausgeführten Programmcode implementiert
ist, verarbeitet die digitalen Bewegungssignalwerte 725, um
kraftgefilterte Bewegungssignalwerte 615 zu erzeugen. Das
Bandpassfilter 650, das ebenfalls durch einen auf dem Speichermedium 740 gespeicherten
und auf dem Computer 730 ausgeführten Programmcode implementiert
ist, führt
ein zeitliches Filtern der kraftgefilterten Bewegungssignalwerte 615 durch,
wodurch zeitlich gefilterte Bewegungssignalwerte 655 erzeugt
werden. Die zeitlich gefilterten Bewegungssignalwerte 655 werden
anschließend
unter Verwendung der Moden-Auflösungseinrichtung 660 räumlich gefiltert,
um räumlich und
zeitlich gefilterte Bewegungssignalwerte 665 zu erzeugen,
die durch eine Prozessparameter-Schätzeinrichtung 620,
die ebenfalls durch einen auf dem Speichermedium 740 gespeicherten
und auf dem Computer 730 ausgeführten Programmcode implementiert
ist, zum Erzeugen einer Schätzung 625 eines
Prozessparameters verwendet werden kann.
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Es
wird den Personen mit der gewöhnlichen
Erfahrung auf dem Gebiet der Technik offensichtlich sein, dass der
in 19 dargestellte Computer 730 eine Reihe
verschiedener Rechenvorrichtungen wie beispielsweise Mikroprozessoren,
digitale Signalprozessoren (DSPs) und anwendungsspezifische integrierte
Schaltungen (ASICs) mit spezialisierten Rechenfähigkeiten umfassen kann. Da
beispielsweise das Kraftfilter 610 vorzugsweise unter Verwendung
von Matrixberechnungen implementiert ist, kann der Computer 730 unter
Verwendung eines DSP, wie beispielsweise einem Chip der TM320C40-Reihe
(hergestellt von Texas Instruments Inc.) zum optimalen Durchführen solcher
Matrixberechnungen unter der Steuerung eines allgemeinen Prozessors,
wie zum Beispiel einem Alpha-Mikroprozessor (hergestellt von Compaq
Computer Corp.), implementiert sein. Den Personen mit der gewöhnlichen
Erfahrung auf dem Gebiet der Technik wird jedoch auch offensichtlich
sein, dass die vorliegende Erfindung dahingehend abgeändert werden
kann, dass sie unter Verwendung einer Reihe von Rechenvorrichtungen
je nach den Rechenlasten, die mit der Anzahl der verarbeiteten Bewegungssignale,
Zeitplananforderungen und Ähnlichem
zusammenhängen,
implementiert ist.
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Es
wird den Personen mit der gewöhnlichen
Erfahrung auf dem Gebiet der Technik offensichtlich sein, dass das
Kraftfiltern, das Bandpassfiltern und das Moden-Filtern, die hierin
beschrieben wurden, auf eine Reihe anderer Weisen implementiert
werden können
als in den hierin beschriebenen Ausführungsformen dargelegt ist.
So können
beispielsweise die Matrixberechnungen für das hierin beschriebene Kraftfiltern,
das Bandpassfiltern und das Moden-Filtern als separate Berechnungen
implementiert sein oder zu einer oder mehreren Berechnungen) kombiniert
werden, die äquivalente
Ergebnisse erzielen. Das hierin beschriebene Kraftfiltern, das zeitliche
(Bandpass)filtern und das räumliche
(Moden)filtern können
auch in parametrischen Formen implementiert werden, die den hierin
beschriebenen Rechenverfahren entsprechend äquivalente Ergebnisse hervorbringen.
Die Reihenfolge des Kraftfilterns, des zeitlichen (Bandpass)filterns
und des räumlichen
(Moden)filterns kann auch ausgehend von der für die hierin erläuterten
Ausführungsformen
beschriebenen Reihenfolge geändert
werden.
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Abschnitte
dieser Filterfunktionen können
ebenfalls unter Verwendung von analogen Signalverarbeitungsverfahren
implementiert werden. So kann beispielsweise das in Bezug auf 12 beschriebene
Bandpassfiltern in analogen elektrischen Schaltung anstatt einem
digitalen Computer implementiert sein. Die analogen gefilterten
Signale, die durch ein solches analoges Filtern erzeugt werden,
können
direkt verwendet werden, so zum Beispiel in den herkömmlichen
Phasenmessungsschaltungen, beispielsweise Erfassungsschaltungen
mit Nulldurchgang, die gemeinhin in herkömmlichen Coriolis-Massedurchflussmessgeräten verwendet werden.
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Es
wird den Personen mit der gewöhnlichen
Erfahrung auf dem Gebiet der Technik darüber hinaus offensichtlich sein,
dass, obgleich die vorliegende Erfindung als eine Vorrichtung, beispielsweise
als Teil eines Coriolis-Massedurchflussmessgerätes ausgeführt sein kann, diese auch als
Verfahren ausgeführt
sein kann, die durch eine solche Vorrichtung angewendet werden können.
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In
den Zeichnungen und der Spezifizierung wurden typische bevorzugte
Ausführungsformen
der Erfindung offenbart, und obgleich spezifische Begriffe verwendet
werden, werden diese lediglich in einem generischen und beschreibenden
Sinne verwendet, und sie sind nicht im einschränkenden Sinne zu erachten,
wobei der Umfang der Erfindung in den folgenden Ansprüchen definiert
ist.
und * bezeichnet einen komplexen reziproken Wert.
