JP2002537551A - 雑音フィルタ処理を用いてコリオリ質量流量計等における振動を検出する装置および方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 振動構造体３に収容された物質と関連する処理パラメータが推定される。振動構造の複数の場所（５Ａ−５Ｄ）における運動を表わす複数の運動信号が受取られる。受取られた複数の運動信号（６０５）が作用力フィルタ（６１０）で作用力フィルタ処理され（１０２０）、振動構造に働く複数の作用力のうち問題の作用力に帰因し得る運動を弁別する作用力フィルタ処理された運動信号（６１５）を生じる。振動構造（３）に収容された物質と関連する処理パラメータ（６２５）が、作用力フィルタ処理された運動信号から推定される。

Description

【発明の詳細な説明】発明の分野 本発明は、センサおよび類似構造の分析に関し、特に、質量流量計のような処
理パラメータ・センサと、関連方法およびコンピュータ・プログラム製品に関す
る。発明の背景 多くのセンサ用途には、機械的振動その他の運動の検出が含まれる。このよう
な運動検出を用いるセンサの事例は、コリオリ質量流量計および振動管密度計を
含んでいる。これらの装置は、典型的に、周期的に駆動すなわち振動させられる
管路あるいは他の容器を含む。振動する物質で充填された系の振動モードは一般
に収容管路あるいは容器構造および内部に収容された物質の質量およびスティフ
ネスの組合わせ特性により影響されるので、管路あるいは容器内に含まれる物質
と関連する質量流量、密度などのような特性は、収容構造体に載置された運動ト
ランスジューサからの信号を処理することによって決定される。 典型的なコリオリ質量流量計は、パイプラインまたは他の輸送系統の系内に接
続されて、物質例えば流体、スラリーなどを系内で搬送する１つ以上の管路を含
んでいる。各管路は、例えば単純な曲げ、捩り、径方向の諸モードおよびその組
合わせを含む１組の固有振動モードを持つものと見なされる。典型的なコリオリ
質量流量計測の用途においては、物質が管路を通過するとき各管路がその固有振
動モードの１つにおいて共振状態に励振させられる。励振は典型的に、アクチュ
エータ、例えば管路を周期的に摂動させるボイスコイル型の駆動装置などの電気
機械的装置によって提供される。事例のコリオリ質量流量計については、Ｓｍｉ
ｔｈの米国特許第４，１０９，５２４号、Ｓｍｉｔｈ等の同第４，４９１，０２
５号、およびＳｍｉｔｈの米国再発行特許第３１，４５０号に記載されている。 一般に使用される形式のコリオリ質量流量計は、並列の物質経路を形成する並
列Ｕ字形管路を含んでいる。この管路は、管路間でその先端部付近に接続された
ボイスコイル・アクチュエータによって駆動される。アクチュエータに印加され
る周期的駆動信号が、管路を逆の周期的パターンで励振させる。管路内の流量が
実質的にゼロであるときは、管路に沿った諸点は略々同じ位相で振動する傾向が
ある。しかし、物質が管路内を通過しているときは、物質の流れから生じるコリ
オリ力は、管路の長手方向に沿って空間的に分散する点間で位相のずれを生じよ
うとする傾向があり、管路の流入端部の位相は一般に駆動装置より遅れ、管路の
流出端部の位相は一般に駆動装置より進む。管路上の２つの場所間に生じるこの
位相のずれは、管路内に流れる物質の質量流量に略々比例する。このような位相
のずれは，典型的に、管路の流入端部と流出端部付近にそれぞれ配置された第１
および第２の運動トランスジューサによって質量流量計の励振周波数で生成され
る運動信号間の位相のずれを計測することによって測定される。 不都合なことに、このような位相のずれの測定精度は、管路構造における非線
形性と非対称性とにより、ならびに流量計に取付けられるポンプおよびコンプレ
ッサにより生じる作用力のような余計な作用力により生じる位相のずれの要らざ
る影響により、ならびに流量計内に流れる物質により及ぼされる圧力により損な
われる。これらの要因の影響は、外部振動に帰因する影響を減じるようにバラン
スが取られた流量計の設計により、かつ周波数型フィルタ、例えば励振周波数か
ら外れた運動信号の成分を除去するよう設計された帯域通過フィルタによって、
一般に補償される。しかし、機械的な除去手法は、機械的な問題、例えば材料の
制限、取付け上の制約、重量制限、寸法的制限などによってしばしば制約され、
周波数型のフィルタ処理は励振周波数付近の要らざる振動の影響の除去において
は有効でないことがある。発明の概要 上記のことに照らして、本発明の目的は、振動管路または容器内に収容される
物質と関連する処理パラメータを更に正確に計測できる処理パラメータ・センサ
、および関連する方法およびコンピュータ・プログラム製品の提供にある。 本発明の別の目的は、構造的運動の更に正確な特性付けを提供することができ
る装置、方法およびコンピュータ・プログラム製品の提供にある。 本発明によれば、上記のおよび他の目的、特徴および利点は、管路、容器また
は他の機械的構造の運動を表わす運動信号を受取るよう構成され且つ前記構造に
働く多くの作用力のうち問題の作用力に帰因する運動を弁別する作用力フィルタ
処理された運動信号を生じるよう働く作用力フィルタを用いる装置、方法および
コンピュータ・プログラム製品により提供される。処理パラメータを検出する実
施の形態においては、管路または他の容器に収容される物質と関連する質量流量
あるいは密度のような処理パラメータの推定のため、作用力フィルタ処理された
運動信号が用いられる。他の実施の形態においては、更に別のモード通過および
（または）帯域通過フィルタ処理が適用されて、例えば処理パラメータの推定の
ために用いられる空間および（または）時間フィルタ処理された運動信号を生じ
る。 本発明は、構造に働く選択された作用力に帰因し得る運動を除去するよう働く
作用力フィルタが構造のモード分析から生成され、これにより、モード分析の適
用可能性をモード応答の単なる識別以上のものとすることの実現から起生する。
更に、このような作用力フィルタは、モードフィルタ処理および時間フィルタ処
理の手法と組合わされて、改善された運動検出精度を提供する。 本発明の一つの実施の形態によれば、振動構造に収容された物質と関連する処
理パラメータが推定される。振動構造の複数の場所における運動を表わす複数の
運動信号が受取られる。この受取られた複数の運動信号が、作用力フィルタで作
用力フィルタ処理され、作用力フィルタ処理された運動信号を生成し、この運動
信号が振動部に働く複数の作用力のうちの問題の作用力に帰因し得る運動を弁別
する。振動構造における物質と関連する処理パラメータは、作用力フィルタ処理
された運動信号から推定される。複数の運動信号値は、受取られた複数の運動信
号から生成されることが望ましく、作用力フィルタ処理は、複数の運動信号値に
対し作用力フィルタ・マトリクスを用いて作用力フィルタ処理された運動信号値
を生じるステップを含む。次いで、質量流量、密度などの処理パラメータが、作
用力フィルタ処理された運動信号値から推定される。本発明の特質によれば、作
用力フィルタ・マトリクスは、振動構造に対する周波数応答関数マトリクスと作
用力選択性マトリクスと周波数応答関数マトリクスの逆数との積を表わす。 本発明の一つの実施の形態によれば、作用力フィルタは、問題の周波数、例え
ば駆動モード共振周波数で推定される周波数の関数を表わす。処理パラメータは
、問題の周波数における作用力フィルタ処理された運動信号から推定される。受
取られた運動信号は、問題の周波数での構造の励振に応答する運動を表わす。 他の実施の形態によれば、作用力フィルタ処理が、時間（周波数）フィルタ処
理およびモードフィルタ処理と組合わされる。例えば、帯域通過フィルタ、例え
ば駆動モード共振周波数のような問題の周波数付近の通過域を持つフィルタは、
時間フィルタ処理された運動信号を生じるため、作用力フィルタ処理された運動
信号に適用される。次に、問題の周波数における時間フィルタ処理された運動信
号から、処理パラメータが推定される。別の実施の形態においては、作用力フィ
ルタとモード・リゾルバ例えば「モード通過」フィルタとの組合わせが複数の運
動信号に対して適用され、問題の振動モードと関連する構造の運動を弁別する空
間および時間フィルタ処理された運動信号を生成し、処理パラメータが空間およ
び時間フィルタ処理された運動信号から推定される。作用力フィルタ処理、時間
フィルタ処理およびモードフィルタ処理もまた組合わせて適用される。 本発明の別の特質によれば、構造に加わる複数の作用力のうち問題の作用力に
帰因し得る運動が推定される。構造の運動を表わす運動信号は、作用力フィルタ
処理され、問題の作用力に帰因し得る運動を弁別する作用力フィルタ処理された
運動信号を生じる。望ましくは、作用力フィルタ処理は、運動信号から生成され
る運動信号値に作用力フィルタ・マトリクスを適用して、作用力フィルタ処理さ
れた運動信号値を生じることを含む。作用力フィルタ・マトリクスは、構造に対
する周波数応答関数マトリクスと作用力選択性マトリクスと周波数応答関数マト
リクスの逆数との積を表わす。 本発明の別の特質によれば、処理パラメータ・センサが、物質を収容するよう
構成された構造と、該構造と作用的に関連して構造の運動を表わす複数の運動信
号を生じるよう働く複数の運動トランスジューサとを含んでいる。作用力フィル
タは、複数の運動信号に応答して、構造に作用する複数の作用力のうち問題の作
用力に帰因し得る運動を弁別する作用力フィルタ処理された運動信号を生じるよ
う働く。処理パラメータ推定器は、作用力フィルタ処理された運動信号に応答し
て、構造内の物質と関連する処理パラメータを推定するよう働く。好ましくは、
センサは複数の運動信号から複数の運動信号値を生成する手段を含み、作用力フ
ィルタは、複数の運動信号値に作用力フィルタ・マトリクスを適用して作用力フ
ィルタ処理された運動信号値を生じる手段を含み、処理パラメータ推定器は作用
力フィルタ処理された運動信号値から処理パラメータを推定する手段を含む。作
用力フィルタ・マトリクスは、構造に対する周波数応答関数マトリクスと作用力
選択性マトリクスと周波数応答関数マトリクスの逆数との積を表わす。 本発明更に別の特質によれば、構造に加わる複数の作用力のうち問題の作用力
に帰因し得る運動を決定するためのコンピュータ・プログラム製品が提供される
。該コンピュータ・プログラム製品は、媒体に具現されたコンピュータ可読プロ
グラム・コード手段を有するコンピュータ可読記憶媒体を含み、該コンピュータ
可読プログラム・コード手段は、構造の運動を表わす運動信号を作用力フィルタ
処理して、問題の作用力に帰因し得る運動を弁別する作用力フィルタ処理された
運動信号を生じるためのコンピュータ可読プログラム・コード手段を含む。この
コンピュータ可読プログラム・コード手段は、運動信号値に作用力フィルタ・マ
トリクスを適用して、作用力フィルタ処理された運動信号値を生じるためのコン
ピュータ可読プログラム・コード手段を含むことが望ましく、作用力フィルタ・
マトリクスは、構造に対する周波数応答関数マトリクスと作用力選択性マトリク
スと周波数応答関数マトリクスの逆数との積を表わす。 これにより、コリオリ質量流量計の管路のような構造での運動を推定するため
の改善された方法、装置およびコンピュータ、・プログラム製品が提供される。
実施の形態の詳細な記述 次に、本発明について、本発明の望ましい実施の形態が示される添付図面に関
して更に詳細に記述する。しかし、本発明は、多くの異なる形態で具現され得、
本文に記載される実施の形態に限定されるものと見なされるべきではなく、これ
らの実施の形態は開示が完全でありかつ当業者に対し本発明の範囲を完全に伝え
るように提示される。全図において同じ番号は類似の要素を指す。当業者には明
らかなように、本発明は、システム（装置）、方法あるいはコンピュータ・プロ
グラム製品として具現される。 本文に記載される本発明の実施の形態は、コリオリ質量流量計に関するもので
ある。しかし、当業者には、本文に述べる作用力フィルタ処理および関連する概
念が広範囲の機械的構造における運動の決定に対し一般に適用し得ること、従っ
て本発明の装置および方法がコリオリ質量流量計に限定されるものでないことが
明らかであろう。 振動管路のモード的挙動 コリオリ質量流量計の管路のような振動構造体の挙動については、関連する振
動の固有振動数を持つ１つ以上の固有モードに関して記述される。このモードお
よび関連する固有振動数は、固有ベクトルおよび関連固有ベクトルによって数学
的に説明され、固有ベクトルは相対強さでは一義的であるが、絶対強さではそう
ではなく、構造体の質量およびスティフネスに関しては直交的である。線形的に
独立する組のベクトルは、構造体の運動を記述する組でない数式への変換として
用いられる。特に、励振に対する構造体の応答は、スケーリングされたモードの
重畳として表わすことができ、スケーリングは構造体の運動に対する各モードの
影響を表わす。励振に応じて、幾つかのモードは他のモードより影響が大きい。
一部のモードは、所望のモードの共振周波数におけるエネルギに寄与するので望
ましくなく、従って駆動振動数において行われた位相差の測定のような所望のモ
ードの共振周波数において行われた測定結果を損なうおそれがある。 従来のコリオリ質量流量計は、典型的に構造的フィルタ処理および時間フィル
タ処理を用いて不要のモードの影響を減じる。従来の構造的フィルタ処理手法は
、同相および位相ずれの曲げモードを切離すため設計されたブレース・バーのよ
うな機械的特徴、不要のモードを励振するおそれの少ないように配置されたアク
チュエータ、および不要のモードに感応しにくいように配置されたトランスジュ
ーサを用いることを含む。構造的フィルタ処理手法は、不要のモードのエネルギ
を減じるには非常に有効であり得るが、形状および製造上の制約により制限を受
けることがある。 時間フィルタ処理手法は、典型的に時間領域あるいは周波数領域のパラメータ
に基いてトランスジューサ信号を修正する。例えば、典型的なコリオリ質量流量
計は、不要のモードと顕著に関連する周波数成分を除去するよう設計された周波
数領域フィルタを含む。しかし、不要モードからの非共振ネルギが所望のモード
の共振周波数のエネルギに著しく影響を及ぼし得る。周波数領域フィルタが一般
に所与の周波数における多くのモードの影響を弁別するには有効でないゆえに、
測定周波数における不要のモードの影響は処理パラメータ測定時には著しいエラ
ー源となり得る。 減衰が無視でき流量がゼロであるセンサ管路構造は、振動の完全に実際の固有
モードあるいは正常な振動モードであると仮定することができ、すなわち、各モ
ードにおいて、構造体の各点は同時に最大変位量に達する。しかし、無視できな
い減衰効果を持ち物質が内部を通過する実際の管路は、一般に、励振に対して複
雑な応答を生じ、すなわち、構造体の各点が一般に同時に最大振幅に達すること
はない。管路構造体の運動は実数成分と虚数成分とを持ち、即ち大きさの成分と
位相の成分とを持つ複合モードとして記述される。流動する物質により与えられ
るコリオリ力は、センサ管路の運動を数学的に複雑なものにする。 たとえ複雑であっても、複合モードの実数成分および虚数成分が定義により線
形的に独立的であるので、管路構造体の運動は、スケーリングされた固有モード
すなわち、「正常」モードの重畳と見なすことができる。複雑な運動を表わすに
は、複雑なスケーリング係数は構成要素の実正常モードの組合わせで用いられる
。特定の実正常モードは、複合モードの虚数成分とは密に相関され得るが、複合
モードの実数成分とはそれほど相関されない。従って、このような特定の実正常
モードは、センサ管路内の物質と関連するコリオリ力と更に密に関連付けられ得
、これにより、物質と関連するパラメータの正確な推定値を生じるための情報を
提供することができる。 コリオリ質量流量計の管路構造体の概念的モデルが図１に示されている。運動
トランスジューサ５Ａ、５Ｂ、５Ｃ（例えば、速度トランスジューサ）は、物質
８が管路３Ａ、３Ｂを通過するとき管路構造体１の第１および第２の管路３Ａ、
３Ｂの相対運動を検出するように配置される。応答ベクトル｛ｘ｝は、各トラン
スジューサにより生成された運動信号をサンプリングすることによって、運動ト
ランスジューサ５Ａないし５Ｃの出力から構成することができ、応答ベクトル｛
ｘ｝に対する運動信号値ｘ_１、ｘ_２、ｘ_３を生じる。実正常モード・マトリクス
［Φ］、すなわち、物理的運動ベクトルを複数の単一自由度（ＳＤＯＦ）の複数
のモードにおける運動を表わすモード運動ベクトル｛η｝と関連付ける固有ベク
トル・マトリクスは、

【数１】 のように識別される。モード・マトリクス［Φ］は、多くの手法を用いて識別す
ることができる。例えば、本願の譲受人に譲渡され参考のため本文に援用される
１９９７年７月１１日出願の米国特許出願第０８／８９０，７８５号に記載され
るように、試行錯誤あるいは逆数法を用いることができる。 空間的作用力フィルタの導出 運動の微分方程式により運動系が記述される。

【数２】 但し、ｘは系に加えられた作用力｛Ｆ｝に応答する変位量を表わす。式（２）の
解は、調和関係にある作用力および線形の時間的不変系を仮定して、下式の形態
を取る。

【数３】 式（３）を系の固有値［λ］および固有ベクトル［Φ］について解くと、

【数４】 となる。但し、［δ（ω）］は、系のγ振動モードと関連する極を表わす。すな
わち、

【数５】 となる。［Ｑ］は、モード・スケーリング・マトリクス、すなわち、

【数６】 を表わし、＊は複素共役を示す。 系の変位応答で表すと、周波数応答関数マトリクス［Ｈ（ω）］は

【数７】 により与えられる。 固有ベクトル・マトリクス［Φ］が質量正規化されるならば、質量マトリクス
［Ｍ］は単位マトリクス［Ｉ］へ変換され、モード・スケーリング・マトリクス
［Ｑ］は、

【数８】 となる。固有値［λ］は、系の減衰する固有振動数と減衰された固有振動数とを
含む複素数である。 式（５）は、

【数９】 と換算される。但し、

【数１０】 および

【数１１】 である。なお、［δ（ω）］、［Ｗγ］、［Δ（ω）］および［Ｑ］は全て対角
マトリクスである。 わち

【数１２】 により計算される。 周波数応答関数マトリクスの逆数［Ｈ（ω）］^−１は、系のインピーダンスと
見な ｛Ｆ｝は、物理的応答を系のインピーダンスと乗じることにより決定される。す
なわち、

【数１３】 が成り立つ。 がスケーリング・マトリクス［Ａ］と予め乗じられる。すなわち、

【数１４】 となる。例えば、スケーリング・マトリクス［Ａ］は、余計な不要な力に帰因し
（０）を余計な力に対応するその対角位置に持ち、その他の場所に（１）を持つ
対角マトリクスを表わす。しかし、スケーリング・マトリクス［Ａ］は、増幅お れかを実現できることが理解されよう。 式（８）の両辺は、周波数応答関数マトリクス［Ｈ（ω）］と予め乗じられる
。 すなわち、

【数１５】 この式から、作用力フィルタ［ＦＦ（ω）］が

【数１６】 として定義される。式（５）および（１０）を組合わせると、

【数１７】 あるいは

【数１８】 が成り立つ。 このように、作用力フィルタ［ＦＦ（ω）］は、固有ベクトル（モード）・マ
トリクス［Φ］と、系の極についての情報とから決定され、その極の全ては些細
な要素のモデリング、実験的なモード分析、あるいは類似の手法を用いて決定し
得る。このような手法については、Ａｌｌｅｍａｎｇの文献「振動：分析的およ
び実験的なモード分析（Ｖｉｂｒａｔｉｏｎｓ：Ａｎａｌｙｔｉｃａｌ ａｎｄ
Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ Ｍｏｄａｌ Ａｎａｌｙｓｉｓ）」（Ｕｎｉｖｅｒ
ｓｉｔｙ ｏｆ Ｃｉｎｃｉｎｎａｔｉ刊）（ＵＣ−ＳＤＲＬ−ＣＮ−２０−２
６３−６６２）（１９９４年３月）に全般的に記載されている。このような手法
は、本発明の譲受人に譲渡され参考のため本文に援用される１９９８年７月１６
日出願の米国特許出願第０９／１１６，４１０号にも記載されている。 答に用いられて作用力フィルタ処理された応答を得る。作用力フィルタ処理され
た応答は、余計な力に帰因し得る物理的応答の構造マイナス成分の運動を表わす
ことが望ましい。当業者には、作用力フィルタ処理された運動は、多くの制御お
よび計測の用途を含む複数の異なる目的のために用いられることが理解されよう
。本文に述べた計測用途においては、例えば、作用力フィルタ処理された運動信
号は、物質を含む管路または容器の運動を表わす運動信号，例えば、管路または
容器における各部の変位、速度あるいは加速度を表わす信号から生成される。従
来の位相差あるいは時間差の測定は、作用力フィルタ処理された運動信号に対し
て用いられ、質量流量、密度および収容された物質と関連する他の処理パラメー
タの推定値を生成する。 図２Ａないし図５は、一例のコリオリ質量流量計のトランスジューサから生じ
た運動信号に対し用いられた作用力フィルタの作用、特に、駆動装置と複数の他
の余計な力の双方からの励振を受けるプロトタイプの３インチ・コリオリ質量流
量計のトランスジューサ（またはピックオフ部）の場所に対する応答を示してい
る。図２Ａないし図２Ｂは、通常の駆動力（図１の管路３Ａ、３Ｂを軸Ｗ、Ｗ′
に関して曲げる力）のみが余計な励振を生じることなく管路構造体に働いている
場合の管路の運動を表わす、フィルタ処理されなかった物理的応答１０と理想的
な応答２０とを示している。作用力フィルタ処理された応答３０は、先に述べた
ように、フィルタ処理されなかった応答１０に対して作用力フィルタを用いた結
果を示している。フィルタ処理されなかった応答１０は、余計な力による捩りモ
ードの励振を含む、管路構造体の第１の捩りモード（図１の軸Ｚ、Ｚ′周囲の運
動に対応）の応答周波数（約３２５Ｈｚ）にピーク値を呈する。理想的な応答２
０は、大きさが略々２桁低い捩りモード周波数における応答を示している。作用
力フィルタ処理された応答３０は、作用力フィルタが余計な力による励振を減じ
得ることを示している。 図２Ａないし図２Ｂの作用力フィルタ処理された応答３０は、ある周波数レン
ジの各周波数で推定された（先に述べたように、周波数の関数である）作用力フ
ィルタを用いて決定された。しかし、実際のコリオリ質量流量計または他のセン
サ用途においては、ある限定された数の周波数において作用力フィルタを評価す
ることが望ましい。例えば、従来の位相差または時間差タイプの計測が駆動モー
ド周波数で用いられるコリオリ質量流量計の使用においては、作用力フィルタを
駆動モード周波数においてのみ計算することが望ましい。 図３Ａおよび図３Ｂに示されるように、駆動モード周波数のみにおいて評価さ
れた作用力フィルタを用いると、駆動モードの共振周波数から外れた増幅応答を
呈する修正され且つ作用力フィルタ処理された応答４０を生じる結果となる。駆
動モードの共振周波数から外れたこのような増幅は、時間的（周波数領域の）帯
域通過フィルタを用いることによって補償することができる。この帯域通過フィ
ルタは、例えば、アナログ型２極フィルタあるいは有限インパルス応答（ＦＩＲ
）フィルタのようなディジタル・フィルタでよい。このような時間フィルタは、
駆動周波数付近の周波数以外の周波数において、作用力フィルタ処理された応答
の成分を減衰させる。単純なアナログ型の２極帯域通過フィルタは、

【数１９】 により数学的に表わされる。但し、中心周波数ω_ｃは駆動周波数である。図４お
よび図４Ｂは、単一周波数の作用力フィルタを帯域通過フィルタと組合わせた結
果として得る時間フィルタ処理された応答５０を示している。 問題の作用力に帰因し得る運動を弁別する精度の向上もまた、望ましくない振
動モードにおける運動と関連する、作用力フィルタ処理された応答の成分を除去
するモードフィルタ処理を用いて達成される。このようなモードフィルタ処理手
法については、１９９８年７月１６日出願の米国特許出願第０９／１１６，４１
０号において詳細に記載されている。先に述べたシミュレートされた構造体にお
ける運動トランスジューサからの運動信号に適用される前記特許出願に記載され
た形式の空間的「モード通過」フィルタは、図５に示されるモード通過フィルタ
処理された応答６０を生じる。この応答６０は、第２の曲げモード周波数（約７
００Ｈｚ）において、低減された応答を呈する。このモード通過フィルタ処理は
、上記の作用力通過フィルタと組合わされると、空間フィルタ処理された応答７
０を生じる。駆動モード周波数を中心とする通過域を持つ時間的帯域通過フィル
タもまた用いられるならば、空間および時間フィルタ処理された応答８０が生成
される。この空間および時間フィルタ処理された信号８０は、例えば、従来の位
相差型のコリオリ質量流量測定に対して用いることができる。 先に述べた、作用力フィルタ処理並びに補助的な帯域通過およびモードフィル
タ処理は、他の形式の管路、容器あるいは図１に示した２重管形態以外の物質を
収容する構造体に適用される。例えば以下に詳細に述べるように、作用力フィル
タ処理は、直線管流量計の管路の運動を特徴付けるために適用される。当業者は
、本発明が一般的に任意数の流量計および類似のパラメータ・センサ以外の形式
の構造体の運動の特徴付けに対しても適用可能であることを理解されよう。 質量流量計の事例 本発明による特定の実施の形態について、特に、いわゆる「直線管」型コリオ
リ質量流量計の実施の形態について次に記述する。しかし、当業者は、本発明が
図１に概念的に示された構造体１のような湾曲管路構造ばかりでなく、質量流量
計や密度計などにおいて用いられるような他の物質収容構造体に対しても適用可
能であることを理解されよう。当業者は更に、本発明が広範囲の他の構造におけ
る運動の特徴付けに対しても適用し得ることを理解されよう。 以降の論議は、質量流量計管路のような構造体の運動を表わす運動信号の成分
を処理するため「作用力フィルタ処理」を用いることに関する。ここで述べる作
用力フィルタは、構造体に働く複数の作用力のうちの１つ以上の作用力に帰因し
得る運動を弁別するように働く。当業者は、本文で述べるような運動信号成分の
「弁別」が、問題の所与の作用力と関連する成分の識別、ならびに、問題の作用
力以外の余計な力と関連する１つ以上の成分の減衰と見なされることを理解され
よう。例えば、質量流量計の管路における物質の通過から生じるコリオリ力と関
連する運動成分は、物質における圧力パルス、およびポンプやコンプレッサなど
のような流量計に接続された装置の振動のようなものから生じる余計な「望まし
くない」力と関連する成分を減衰させることによって弁別される。 図６は、本発明の一つの実施の形態による作用力フィルタ処理を実現する処理
パラメータ・センサ６００の一例を示している。処理パラメータ・センサ６００
は、「直線管」型管路構造体１にフランジ２において接続されたパイプライン７
からの物質８を収容するような形態の管路３を含む構造体１を含んでいる。管路
３を包囲するハウジング４内では、アクチュエータ６が管路３を励振させるよう
に働く。アクチュエータ６の反対側に管路３に沿って配置された速度トランスジ
ューサ５Ａ、５Ｂと、フランジ２付近に配置された歪みケージ５Ｃ、５Ｄとを含
む運動トランスジューサ５Ａないし５Ｄが設けられている。運動トランスジュー
サ５Ａないし５Ｄは、例えばアクチュエータ６により与えられた駆動力、物質８
により与えられた圧力、およびパイプライン７により与えられた力のような他の
余計な作用力、およびパイプライン７に接続されたポンプ、コンプレッサその他
の装置によって生じフランジ２を介して管路３に送られる作用力を含む複数の作
用力Ｆに応答して管路３の運動を表わす運動信号６０５を生じる。 また、処理パラメータ・センサ６００は、運動信号６０５を受取るように構成
され且つ余計な力に帰因し得る運動を除去するように動作してフィルタ処理され
た運動信号６１５を生じる作用力フィルタ６１０を含む。先に述べたような構造
体１のモードの特徴付けから得られることが望ましい作用力フィルタ６１０は、
運動を複数の振動モードにおける運動として特徴付け、構造体１に働く複数の作
用力Ｆのうちの問題の作用力に帰因し得る運動を弁別する。処理パラメータ推定
器６２０は、作用力フィルタ処理された運動信号６１５に応答して、フィルタ処
理された運動信号６１５から質量流量のような処理パラメータを推定するように
働く。 先に述べたように、作用力フィルタ６１０は、余計な力、例えばセンサ６００
により生成されるパラメータの推定値を例えば損なうか他の方法で不正確にする
おそれがある成分と関連する運動信号６０５の成分を減衰するのに用いられる。
例えば、作用力フィルタ６１０は、構造体１のフランジ２に働く剪断力と関連す
る運動信号６０５の成分を減衰させるために用いられる。図示されるセンサ５Ａ
ないし５Ｄの場合は、これらの剪断力は、例えばフランジ２付近に配置された歪
みケージ５Ｃ、５Ｄによって最もよく観察される。このため、運動トランスジュ
ーサ信号から構造体に働く作用力の弁別は、一般に位置、帯域幅などのようなト
ランスジューサ特性に依存することが理解されよう。 センサ６００に対して他の形態も用いられることが理解されよう。多くのアク
チュエータが用いられ、ならびに更に多くの運動トランスジューサが構造体１の
異なる場所に配置される。例えば、運動トランスジューサはアクチュエータの場
所に配置することもできる。更に、構造体の運動を決定するための情報の更に多
くの供給源を提供する１組の運動トランスジューサ、すなわち構造体１に働く力
の数より多くの数のトランスジューサを用いてもよい。このような複数決定要因
の組に対して、本発明の譲受人に譲渡され参考のため本文に援用される１９９８
年７月１６日出願の米国特許出願第０９／１１６，８４５号に記載されたものと
類似の方法で、最小２乗法を用いることもできる。 図７は、本発明の一つの実施の形態による作用力フィルタ６１０のディジタル
構成を示している。運動信号６０５は、サンプラ７１０によりサンプリングされ
てアナログ電圧サンプルを生じ、アナログ／ディジタル（Ａ／Ｄ）・コンバータ
７２０によりディジタル運動信号値７２５へ変換される。例えば、記憶媒体７４
０に格納されてコンピュータ７３０で実行するプログラム・コードとして実現さ
れる作用力フィルタ６１０は、ディジタル運動信号値７２５を処理して、フィル
タ処理された運動信号値６１５を生じる。フィルタ処理された運動信号値６１５
は、ここでは記憶媒体７４０に格納されたプログラム・コードで実現されてコン
ピュータ７３０で実行するように示される処理パラメータ推定器６２０によって
更に処理されて推定処理パラメータ６２５を生じる。 図８に示されるように、作用力フィルタ６１０は、運動ベクトル、例えば先に んでいる。また、作用力フィルタ６１０は、運動ベクトルを作用力フィルタ・マ
トリクス、例えば先に述べた作用力フィルタ・マトリクス｛ＦＦ（ω）｝と乗じ
て、フィルタ処理された運動ベクトル、例えば作用力フィルタ処理された速度応 当業者は、図７および図８のコンピュータ７３０がマイクロプロセッサ、ディ
ジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）および特化された計算能力を持つ特定用途集積
回路（ＡＣＩＳ）のような種々の異なる計算デバイスを含むことを理解されよう
。例えば、作用力フィルタ６１０はマトリクス計算を用いて実現されることが望
ましいため、コンピュータ７３０は、アルファ・マイクロプロセッサ（コンパッ
ク・コンピュータ社製）のような汎用プロセッサの制御下でこのようなマトリク
ス計算を最適に実施するためのＴＭ３２０Ｃ４０シリーズ（テキサス・インスト
ルメンツ社製）のチップのようなＤＳＰを用いて実現される。しかし、当業者は
、本発明が、処理された運動信号の数、時間的要件などと関連する計算負荷に応
じて種々の計算デバイスを用いて実現するように修正可能であることを理解され
よう。 図９は、図６の処理パラメータ推定器６２０の質量流量構成例を示している。
運動トランスジューサ５により生じる運動信号６０５は、作用力フィルタ６１０
によってフィルタ処理され、第１および第２の作用力フィルタ処理された値６１
５ａ、６１５ｂを生じる。この第１および第２の作用力フィルタ処理された値６
１５ａ、６１５ｂは、例えば、図６の管路構造体１の第１および第２の場所のそ する成分）に対応する。処理パラメータ推定器６２０は、第１および第２の作用
力フィルタ処理された値６１５ａ、６１５ｂ間の位相差６２３を決定する手段６
２２を含んでいる。決定された位相差６２３から質量流量の推定値６２５を生じ
るための手段６２４が設けられる。 図１０および図１１は、本発明の特質による処理パラメータを推定する動作の
例を示すフローチャートである。当業者は、これらフローチャートの動作がコン
ピュータ命令を用いて実現できることを理解されよう。これらの命令は、コンピ
ュータまたは他のデータ処理装置（図７および図８のコンピュータ７３０のよう
な）において実行され、図示された動作を行うよう働く装置（システム）を作る
。コンピュータ命令は、図示された動作を実施するようコンピュータその他のデ
ータ処理装置に指令することができる図７および図８の記憶媒体７４０のような
コンピュータ可読媒体、例えば集積回路メモリ、磁気ディスク、テープなどにコ
ンピュータ可読プログラム・コードとしても格納され、これにより図示された動
作を実施するための手段を提供する。コンピュータ可読プログラム・コードは、
コンピュータまたは他のデータ処理装置において実行され、コンピュータで実現
されるプロセスを装置に実施させる。従って、図１０および図１１は、図示され
た動作を実施するための装置（システム）、コンピュータ・プログラム製品およ
び方法をサポートする。 本発明の特質による処理パラメータを推定するための動作の例１０００が図１
０に示される。印加された複数の力に応答する図６の管路構造体１のような管路
の運動を表わす運動信号が受取られる（ブロック１０１０）。作用力フィルタは
、受取られた運動信号１０２０に適用されて、問題の作用力に帰因し得る運動を
弁別する、作用力フィルタ処理された運動信号を生じる（ブロック１０２０）。
処理パラメータ、例えば質量流量、密度などが、作用力フィルタ処理された運動
信号から推定される（ブロック１０３０）。 図１１に示される本発明の特質によれば、質量流量を推定する動作１１００は
、物質が図６の管路構造体１を通過するときの構造体の運動を表わす運動信号を
受取ることを含む（ブロック１１１０）。運動ベクトル、例えば図７のディジタ
ル運動信号値７２５のような複数の運動信号値から構成される速度ベクトルが、
受取った運動信号から生成される（ブロック１１２０）。この運動ベクトルは、
作用力フィルタ・マトリクスと乗じられ、作用力フィルタ処理された運動ベクト
ルを生じる。質量流量は、フィルタ処理された運動信号ベクトルから推定される
（１１３０）。 図１２は、本発明の別の実施の形態による事例のパラメータ・センサ１２００
を示している。このパラメータ・センサ１２００は、図６に関して先に述べたよ
うな構成要素を含む管路構造体１を含む。この処理パラメータ・センサ１２００
は、運動信号６０５を受取ように構成され、図６に関して先に述べたように、作
用力フィルタ処理された運動信号６１５を生じるよう働く作用力フィルタ６１０
をも含んでいる。 作用力フィルタ処理された運動信号６１５は更に、帯域通過フィルタ６５０、
すなわち、作用力フィルタ処理された運動信号６１５の選択された周波数範囲内
の周波数成分を選択的に通す時間（周波数領域）フィルタによって更に処理され
る。例えば、選択された周波数範囲は、アクチュエータ６により励振された管路
構造体１の駆動モードの共振周波数付近で規定される狭い帯域である。帯域通過
フィルタ６５０は時間フィルタ処理された運動信号６５５を生じ、該信号６５５
から処理パラメータ推定器６２０が質量流量、密度などのような処理パラメータ
の推定値６２５を生成する。 図１３は、図１２の作用力フィルタ６２０と帯域通過フィルタ６５０のディジ
タル構成例を示している。運動信号６０５は、サンプラ７１０によりサンプリン
グされてアナログ運動信号を生じ、Ａ／Ｄコンバータ７２０によりディジタル運
動信号値７２５へ変換される。記憶媒体７４０に格納されコンピュータ７３０で
実行するプログラム・コードにより実現される作用力フィルタ６２０は、ディジ
タル運動信号値７２５を処理し、作用力フィルタ処理された運動信号値６１５を
生じる。記憶媒体７４０に格納されてコンピュータ７３０で実行されるプログラ
ム・コードにより実現される帯域通過フィルタ６５０は、作用力フィルタ処理さ
れた運動信号６１５を時間フィルタ処理し、時間フィルタ処理された運動信号６
５５を生じる。この時間フィルタ処理された運動信号６５５の値は、次に、記憶
媒体７４０に格納されコンピュータ７３０で実行するプログラム・コードにより
実現された処理パラメータ推定器６２０により用いられて、処理パラメータの推
定値６２５を生じる。 当業者は、図１３のコンピュータ７３０がマイクロプロセッサ、ディジタル信
号プロセッサ（ＤＳＰ）および特化された計算能力を持つ特定用途集積回路（Ａ
ＳＩＣ）のような色々な異なる計算デバイスを含むことを理解されよう。例えば
、作用力フィルタ６１０はマトリクス計算を用いて実現されることが望ましいの
で、コンピュータ７３０は、アルファ・マイクロプロセッサ（コンパック・コン
ピュータ社製）のような汎用プロセッサの制御下で、このようなマトリクス計算
を最適に実施するため、ＴＭ３２０Ｃ４０シリーズ（テキサス・インストルメン
ツ社製）のチップのようなＤＳＰを用いて実現される。しかし、当業者は、本発
明が、処理される運動信号の数、時間的要件などと関連する計算的な負荷に応じ
て、種々の計算デバイスを用いる構成に修正可能であることを理解されよう。 図１４は、本発明の別の実施の形態による処理パラメータ・センサ１４００の
事例を示している。このパラメータ・センサ１４００は、図６および図１２に関
して先に述べたような管路構造体１を含んでいる。当該処理パラメータ・センサ
１４００は、図６および図１２に関して先に述べたように、運動信号６０５を受
取るように構成されていて作用力フィルタ処理された運動信号６１５を生じるよ
うに働く作用力フィルタ６１０を含む。 作用力フィルタ処理された運動信号６１５は更に、運動信号６１５により表わ
される運動を複数のモード成分、すなわち管路構造体１の複数の振動モードと関
連する成分へ分けるよう働くモード・リゾルバ６６０によって処理される。この
モード・リゾルバ６６０は、空間フィルタ処理された運動信号６６５（すなわち
、以下に更に詳細に述べるように、物理的またはモードのいずれかの座標フレー
ムにおける運動を表わす信号）を生じ、該信号から処理パラメータ推定器６２０
が質量流量などの処理パラメータの推定値６２５を生じる。図１４のモード・リ
ゾルバ６６０のようなモード・リゾルバの動作については、前掲の１９９８年７
月１６日出願の米国特許出願第０９／１１６，４１０号に記載されている。 図１５に示されるように、パラメータ・センサ１４００は、物理的な座標領域
に空間フィルタ処理された応答６６５を生じる「モード通過」フィルタ６６０′
、 を適用する、すなわち、

【数２０】 であるフィルタを構成するモード・リゾルバを含んでいる。 但し、

【数２１】 であり、［Φ］は先に述べたようなモード変換マトリクスを表わし、［Ａ］は望
ましくないモードに対応する対角に沿った場所に「０」を、また問題となるモー
ドに対応する対角場所に「１」を有する対角モード選択性マトリクスを表わす。 国特許出願第０９／１１６，４１０号に記載されるように、質量流量などの処理
パラメータの推定値を生じるのに用いられる。 図１６に示されるように、本発明の別の実施の形態によれば、パラメータ・セ
ンサ１４００は、モード座標領域内に空間フィルタ処理された信号６６５を生じ
るモード運動推定器６６０″、例えば、モード変換マトリクス［Φ］を用いて推
定されたモード応答｛η_ＦＦ｝を生じる推定器を実現するモード・リゾルバを含
んでいる。モード応答｛η_ＦＦ｝の選択された成分は、処理パラメータ推定器６
２０により用いられて、前掲の１９９８年７月１６日出願の米国特許出願第０９
／１１６，４１０号に記載されるように処理パラメータを推定する。 図１７は、図１４の作用力フィルタ６２０とモード・リゾルバ６６０とのディ
ジタル構成例を示している。運動信号６０５がサンプラ７１０によりサンプリン
グされてアナログ運動信号値を生じ、Ａ／Ｄコンバータ７２０によりディジタル
運動信号値７２５へ変換される。記憶媒体７４０に格納されコンピュータ７３０
で実行するプログラム・コードにより実現される作用力フィルタ６１０がディジ
タル運動信号値７２５を処理して、フィルタ処理された運動信号値６１５を生じ
る。記憶媒体７４０に格納されてコンピュータ７３０で実行されるプログラム・
コードにより同様に実現されるモード・リゾルバ６６０が、フィルタ処理された
運動信号値６１５を処理して（先に述べたように、モードあるいは物理的ないず
れかの座標において）空間フィルタ処理された運動信号値６６５を生じる。次に
、空間フィルタ処理された運動信号値６６５が、記憶媒体７４０に格納され記憶
媒体７４０で実行するプログラム・コードにより同様に実現される処理パラメー
タ推定器６２０により用いられて処理パラメータの推定値６２５を生じる。 当業者は、図１７のコンピュータ７３０が、マイクロプロセッサ、ディジタル
信号プロセッサ（ＤＳＰ）および特定された計算能力を持つ特定用途集積回路（
ＡＳＩＣ）などの種々の異なる計算デバイスを含むことを理解されよう。例えば
、作用力フィルタ６１０はマトリクス計算を用いて実現されることが望ましいか
ら、コンピュータ７３０は、アルファ・マイクロプロセッサ（コンパック・コン
ピュータ社製）のような汎用プロセッサの制御下で、このようなマトリクス計算
を最適に実施するため、ＴＭ３２０Ｃ４０シリーズ（テキサス・インストルメン
ツ社製）のようなチップのようなＤＳＰを用いて実現される。しかし、当業者は
、本発明が、処理される運動信号の数、時間的な要件などと関連する計算上の負
荷に応じて、種々の計算デバイスを用いて実現するよう変更可能であることを理
解されよう。 図１８に示されるように、パラメータ・センサ１８００は、作用力フィルタ処
理に関して時間フィルタ処理および空間フィルタ処理を実現する。この処理パラ
メータ・センサ１８００は、作用力フィルタ処理された運動信号６１５を生じる
作用力フィルタ６１０を含んでいる。該信号６１５は帯域通過フィルタ６５０と
モード・リゾルバ６６０とにより更に処理されて空間および時間フィルタ処理さ
れた運動信号６６５を生じる。信号６６５は、先に述べたように物理的あるいは
モードのいずれかの座標フレーム内の運動を表わす。処理パラメータ推定器６２
０は、空間および時間フィルタ処理された運動信号６６５から質量流量などの処
理パラメータの推定値６２５を生じる。 図１９に示されるように、図１８の作用力フィルタ６１０、帯域通過フィルタ
６５０およびモード・リゾルバ６６０は、ディジタル的に実現される。運動信号
６０５はサンプラ７１０によりサンプリングされてアナログ運動信号値を生じ、
Ａ／Ｄコンバータ７２０によりディジタル運動信号値７２５へ変換される。記憶
媒体７４０に格納されコンピュータ７３０で実行するプログラム・コードにより
実現される作用力フィルタ６１０は、ディジタル運動信号値７２５を処理してフ
ィルタ処理された運動信号値６１５を生じる。記憶媒体７４０に格納されコンピ
ュータ７３０で実行されるプログラム・コードにより同様に実現される帯域通過
フィルタ６５０は、フィルタ処理された運動信号値６１５を時間フィルタ処理し
、時間フィルタ処理された運動信号値６５５を生じる。この時間フィルタ処理さ
れた運動信号値６５５は、次いで、モード・リゾルバ６６０を用いて空間フィル
タ処理され、記憶媒体７４０に格納されコンピュータ７３０で実行するプログラ
ム・コードにより同様に実現される処理パラメータ推定器６２０によって用いら
れて処理パラメータの推定値６２５を生じる。 当業者は、図１９のコンピュータ７３０が、マイクロプロセッサ、ディジタル
信号プロセッサ（ＤＳＰ）および特化された計算能力を持つ特定用途集積回路（
ＡＳＩＣ）などの種々の異なる計算デバイスを含むことを理解されよう。例えば
、作用力フィルタ６１０はマトリクス計算を用いて実現されることが望ましいか
ら、コンピュータ７３０は、アルファ・マイクロプロセッサ（コンパック・コン
ピュータ社製）のような汎用プロセッサの制御下で、このようなマトリクス計算
を最適に実施するため、ＴＭ３２０Ｃ４０シリーズ（テキサス・インストルメン
ツ社製）のチップのようなＤＳＰを用いて実現される。しかし、当業者は、本発
明が、処理される運動信号の数、時間的要件などと関連する計算的な負荷に応じ
て、種々の計算デバイスを用いる構成に変更可能であることを理解されよう。 当業者は、本文に述べた作用力フィルタ処理、帯域フィルタ処理およびモード
フィルタ処理が本文に述べた実施の形態以外の多くの方法で実現されることを理
解されよう。例えば、本文に述べた作用力フィルタ処理、帯域通過フィルタ処理
およびモードフィルタ処理は、個別の計算として実現され、あるいは等価の結果
を得る１つ以上の計算へ組合わされ得る。本文に述べた作用力フィルタ処理、時
間（帯域通過）フィルタ処理、および空間（モード）フィルタ処理もまた、本文
に述べた計算手法と等価の結果を生じるパラメータ形態において実現される。作
用力フィルタ処理、帯域通過（時間）フィルタ処理、およびモード（空間）フィ
ルタ処理の機能の順序もまた、本文に示した実施の形態に対して述べたものから
変更することもできる。 これらのフィルタ処理機能の部分もまた、アナログ信号処理手法を用いて実現
することができる。例えば、図１２に関して記述された帯域通過フィルタ処理は
、ディジタル・コンピュータではなく、アナログ電子回路において実現され得る
。かかるアナログフィルタ処理により生じるアナログ・フィルタ処理信号は、例
えば従来の位相計測回路、例えば従来のコリオリ質量流量計において一般に用い
られるゼロ交差タイプの検出回路において直接用いることができる。 当業者は、本発明が装置として、コリオリ質量流量計の一部として、あるいは
かかる装置により実施される方法として具現されているが、本発明は磁気ディス
ク、集積回路メモリ・デバイス、磁気テープ、バブル・メモリなどのコンピュー
タ可読記憶媒体において具現されるコンピュータ可読命令またはプログラム・コ
ード手段の形態で製造の一品目において具現されることも理解されよう。例えば
、本発明の一特質によれば、作用力フィルタおよび関連パラメータ推定器は、コ
ンピュータまたは他のデータ・プロセッサへロードされ、コリオリ質量流量計管
路のような構造体と作用的に関連する運動トランスジューサから供給される運動
信号に応答して実行されるコンピュータ可読プログラム・コード手段において具
現される。 図面および明細書において、本発明の典型的な望ましい実施の形態が開示され
、特定の用語が用いられているが、これら用語は一般的かつ記述のための意味の
みにおいて、限定の目的ではなく用いられ、本発明の範囲は請求の範囲に記載さ
れている。

【図面の簡単な説明】

【図１】 従来のコリオリ質量流量計構造を概念的に示す。

【図２】 ＡおよびＢは、本発明の実施の形態によるプロトタイプのコリオリ質量流量計
に対する周波数応答の例を示す。

【図３】 ＡおよびＢは、本発明の実施の形態によるプロトタイプのコリオリ質量流量計
に対する周波数応答の例を示す。

【図４】 ＡおよびＢは、本発明の実施の形態によるプロトタイプのコリオリ質量流量計
に対する周波数応答の例を示す。

【図５】 本発明の実施の形態によるプロトタイプのコリオリ質量流量計に対する周波数
応答の例を示す。

【図６】 本発明の一つの実施の形態によるパラメータ・センサを示す概略図である。

【図７】 本発明の実施の形態による作用力フィルタおよび処理パラメータ推定器を実現
うるための構成要素を示す概略図である。

【図８】 本発明の実施の形態による作用力フィルタおよび処理パラメータ推定器を実現
うるための構成要素を示す概略図である。

【図９】 本発明の一つの実施の形態による処理パラメータ推定器の例を示す。

【図１０】 本発明の特質による処理パラメータを推定するための動作例を示す。

【図１１】 本発明の特質による処理パラメータを推定するための動作例を示す。

【図１２】 本発明の別の実施の形態によるパラメータ・センサを示す。

【図１３】 本発明の一つの実施の形態による作用力フィルタ、帯域通過フィルタおよび処
理パラメータ推定器を実現するための構成要素を示す概略図である。

【図１４】 本発明の更に他の実施の形態によるパラメータ・センサを示す。

【図１５】 本発明の更に他の実施の形態によるパラメータ・センサを示す。

【図１６】 本発明の更に他の実施の形態によるパラメータ・センサを示す。

【図１７】 本発明の一つの実施の形態による作用力フィルタ、モード・リゾルバおよび処
理パラメータ推定器を実現するための構成要素を示す概略図である。

【図１８】 本発明の別の実施の形態によるパラメータ・センサを示す。

【図１９】 本発明の一つの実施の形態による作用力フィルタ、モード・リゾルバおよび処
理パラメータ推定器を実現するための構成要素を示す概略図である。

【手続補正書】

【提出日】平成１４年４月１日（２００２．４．１）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項２０】 前記処理パラメータ推定器（６２０）が質量流量推定器を
含む、請求項１９記載の電子装置。

【手続補正書】

【提出日】平成１４年４月２日（２００２．４．２）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】発明の詳細な説明

【補正方法】変更

【補正の内容】

【発明の詳細な説明】

【０００１】 発明の分野 本発明は、センサおよび類似構造の分析のための方法および装置に関し、特に
、質量流量計のような処理パラメータ・センサに関する。

【０００２】 発明の背景 多くのセンサ用途には、機械的振動その他の運動の検出が含まれる。このよう
な運動検出を用いるセンサの事例は、コリオリ質量流量計および振動管密度計を
含んでいる。これらの装置は、典型的に、周期的に駆動すなわち振動させられる
管路あるいは他の容器を含む。振動する物質で充填された系の振動モードは一般
に収容管路あるいは容器構造および内部に収容された物質の質量およびスティフ
ネスの組合わせ特性により影響されるので、管路あるいは容器内に含まれる物質
と関連する質量流量、密度などのような特性は、収容構造体に載置された運動ト
ランスジューサからの信号を処理することによって決定される。

【０００３】 典型的なコリオリ質量流量計は、パイプラインまたは他の輸送系統の系内に接
続されて、物質例えば流体、スラリーなどを系内で搬送する１つ以上の管路を含
む。各管路は、例えば単純な曲げ、捩り、径方向の諸モードおよびその組合わせ
を含む１組の固有振動モードを持つものと見なされる。典型的なコリオリ質量流
量計測の用途においては、物質が管路を通過するとき各管路がその固有振動モー
ドの１つにおいて共振状態に励振させられる。励振は典型的に、アクチュエータ
、例えば管路を周期的に摂動させるボイスコイル型の駆動装置などの電気機械的
装置によって提供される。事例のコリオリ質量流量計については、Ｓｍｉｔｈの
米国特許第４，１０９，５２４号、Ｓｍｉｔｈ等の同第４，４９１，０２５号、
およびＳｍｉｔｈの米国再発行特許第３１，４５０号に記載されている。

【０００４】 一般に使用される形式のコリオリ質量流量計は、並列の物質経路を形成する並
列Ｕ字形管路を含んでいる。この管路は、管路間でその先端部付近に接続された
ボイスコイル・アクチュエータによって駆動される。アクチュエータに印加され
る周期的駆動信号が、管路を逆の周期的パターンで励振させる。管路内の流量が
実質的にゼロであるときは、管路に沿った諸点は略々同じ位相で振動する傾向が
ある。しかし、物質が管路内を通過しているときは、物質の流れから生じるコリ
オリ力は、管路の長手方向に沿って空間的に分散する点間で位相のずれを生じよ
うとする傾向があり、管路の流入端部の位相は一般に駆動装置より遅れ、管路の
流出端部の位相は一般に駆動装置より進む。管路上の２つの場所間に生じるこの
位相のずれは、管路内に流れる物質の質量流量に略々比例する。このような位相
のずれは，典型的に、管路の流入端部と流出端部付近にそれぞれ配置された第１
および第２の運動トランスジューサによって質量流量計の励振周波数で生成され
る運動信号間の位相のずれを計測することによって測定される。

【０００５】 不都合なことに、このような位相のずれの測定精度は、管路構造における非線
形性と非対称性とにより、ならびに流量計に取付けられるポンプおよびコンプレ
ッサにより生じる作用力のような余計な作用力により生じる位相のずれの要らざ
る影響により、ならびに流量計内に流れる物質により及ぼされる圧力により損な
われる。これらの要因の影響は、外部振動に帰因する影響を減じるようにバラン
スが取られた流量計の設計により、かつ周波数領域フィルタ、例えば励振周波数
から外れた運動信号の成分を除去するよう設計された帯域通過フィルタによって
、一般に補償される。しかし、機械的な除去手法は、機械的な問題、例えば材料
の制限、取付け上の制約、重量制限、寸法的制限などによってしばしば制約され
、周波数領域フィルタ処理は励振周波数付近の要らざる振動の影響の除去におい
ては有効でないことがある。

【０００６】 発明の概要 上記のことに照らして、本発明の目的は、振動管路または容器内に収容される
物質と関連する処理パラメータを更に正確に計測できる方法および装置を提供す
ることである。

【０００７】 本発明の別の目的は、構造的運動の更に正確な特性付けを提供することができ
る装置、方法およびコンピュータ・プログラム製品の提供にある。 本発明によれば、上記のおよび他の目的、特徴および利点は、管路、容器また
は他の機械的構造の運動を表わす運動信号を受取るよう構成され且つ前記構造に
働く多くの作用力のうち問題の作用力に帰因する運動を弁別する作用力フィルタ
処理された運動信号を生じるよう働く作用力フィルタを用いる装置、方法および
コンピュータ・プログラム製品により提供される。処理パラメータを検出する実
施の形態においては、管路または他の容器に収容される物質と関連する質量流量
あるいは密度のような処理パラメータの推定のため、作用力フィルタ処理された
運動信号が用いられる。他の実施の形態においては、更に別のモード通過および
（または）帯域通過フィルタ処理が適用されて、例えば処理パラメータの推定の
ために用いられる空間および（または）時間フィルタ処理された運動信号を生じ
る。

【０００８】 本発明は、構造に働く選択された作用力に帰因し得る運動を除去するよう働く
作用力フィルタが構造のモード分析から生成され、これにより、モード分析の適
用可能性をモード応答の単なる識別以上のものとすることの実現から起生する。
更に、このような作用力フィルタは、モードフィルタ処理および時間フィルタ処
理の手法と組合わされて、改善された運動検出精度を提供する。

【０００９】 本発明の一つの実施の形態によれば、振動構造に収容された物質と関連する処
理パラメータが推定される。振動構造の複数の場所における運動を表わす複数の
運動信号が受取られる。この受取られた複数の運動信号が、作用力フィルタで作
用力フィルタ処理され、作用力フィルタ処理された運動信号を生成し、この運動
信号が振動部に働く複数の作用力のうちの問題の作用力に帰因し得る運動を弁別
する。振動構造における物質と関連する処理パラメータは、作用力フィルタ処理
された運動信号から推定される。複数の運動信号値は、受取られた複数の運動信
号から生成されることが望ましく、作用力フィルタ処理は、複数の運動信号値に
対し作用力フィルタ・マトリクスを用いて作用力フィルタ処理された運動信号値
を生じるステップを含む。次いで、質量流量、密度などの処理パラメータが、作
用力フィルタ処理された運動信号値から推定される。本発明の特質によれば、作
用力フィルタ・マトリクスは、振動構造に対する周波数応答関数マトリクスと作
用力選択性マトリクスと周波数応答関数マトリクスの逆数との積を表わす。

【００１０】 本発明の一つの実施の形態によれば、作用力フィルタは、問題の周波数、例え
ば駆動モード共振周波数で推定される周波数の関数を表わす。処理パラメータは
、問題の周波数における作用力フィルタ処理された運動信号から推定される。受
取られた運動信号は、問題の周波数での構造の励振に応答する運動を表わす。

【００１１】 他の実施の形態によれば、作用力フィルタ処理が、時間（周波数）フィルタ処
理およびモード・フィルタ処理と組合わされる。例えば、帯域通過フィルタ、例
えば駆動モード共振周波数のような問題の周波数付近の通過域を持つフィルタは
、時間フィルタ処理された運動信号を生じるよう、作用力フィルタ処理された運
動信号に適用される。次に、問題の周波数における時間フィルタ処理された運動
信号から、処理パラメータが推定される。別の実施の形態においては、作用力フ
ィルタとモード・リゾルバ例えば「モード通過」フィルタとの組合わせが、問題
の振動モードと関連する構造の運動を弁別する空間フィルタ処理および時間フィ
ルタ処理された運動信号を生成するよう、複数の運動信号に対して適用され、処
理パラメータが空間フィルタ処理および時間フィルタ処理された運動信号から推
定される。作用力フィルタ処理、時間フィルタ処理およびモードフィルタ処理も
また組合わせて適用される。

【００１２】 本発明の別の実施の形態によれば、構造に加わる複数の作用力のうちの問題の
作用力に帰因し得る運動が推定される。構造の運動を表わす運動信号は、作用力
フィルタ処理され、問題の作用力に帰因し得る運動を弁別する作用力フィルタ処
理された運動信号を生じる。望ましくは、作用力フィルタ処理は、運動信号から
生成される運動信号値に作用力フィルタ・マトリクスを適用して、作用力フィル
タ処理された運動信号値を生じることを含む。作用力フィルタ・マトリクスは、
構造に対する周波数応答関数マトリクスと作用力選択性マトリクスと周波数応答
関数マトリクスの逆数との積を表わす。

【００１３】 本発明の別の実施の形態によれば、処理パラメータ・センサが、物質を収容す
るよう構成された構造と、該構造と作用的に関連して構造の運動を表わす複数の
運動信号を生じるよう働く複数の運動トランスジューサとを含んでいる。作用力
フィルタは、複数の運動信号に応答して、構造に作用する複数の作用力のうち問
題の作用力に帰因し得る運動を弁別する作用力フィルタ処理された運動信号を生
じるよう働く。処理パラメータ推定器は、作用力フィルタ処理された運動信号に
応答して、構造内の物質と関連する処理パラメータを推定するよう働く。好まし
くは、センサは複数の運動信号から複数の運動信号値を生成する手段を含み、作
用力フィルタは、複数の運動信号値に作用力フィルタ・マトリクスを適用して作
用力フィルタ処理された運動信号値を生じる手段を含み、処理パラメータ推定器
は作用力フィルタ処理された運動信号値から処理パラメータを推定する手段を含
む。作用力フィルタ・マトリクスは、構造に対する周波数応答関数マトリクスと
作用力選択性マトリクスと周波数応答関数マトリクスの逆数との積を表わす。

【００１４】 この発明の別の特質は、 物質が通過する振動構造体に固定されたセンサにより生成されて受取られた複
数の運動信号から前記物質の処理パラメータを推定する方法であって、前記複数
の運動信号が複数の場所での運動を表す方法において、 前記複数の運動信号の受取りに応答して、受信された前記複数の運動信号から
、複数の運動信号値を生成するステップと、 前記複数の運動信号値に作用力フィルタ・マトリクスを適用し、作用力フィル
タ処理された運動信号を生成するステップであって、前記作用力フィルタ・マト
リクスが、前記振動構造体の少なくとも周波数応答関数マトリクスと該周波数応
答関数マトリクスの逆数との積を表すステップと、 前記振動構造体における物質と関連する処理パラメータを記の作用力フィルタ
処理された運動信号から推定するステップと、 を含む方法、 を提供する。

【００１５】 別の特質は、推定する前記ステップが、前記の作用力フィルタ処理された運動
信号値をからプロセス・パラメータを推定するステップを含むことである。 別の特質は、 前記作用力フィルタ・マトリクスが、前記振動構造体の周波数
応答関数マトリクスと、外部からの不要な作用力に帰因する応答における成分を
減衰させる作用力選択性マトリクスと、前記周波数応答関数マトリクスの逆数と
の積を表すことである。

【００１６】 別の特質は、前記作用力フィルタ・マトリクスが、問題の周波数で評価された
周波数の関数を表し、推定する前記ステップが、前記問題の周波数における作用
力フィルタ処理された運動信号から処理パラメータを推定するステップを含むこ
とである。

【００１７】 別の特質は、前記の問題の周波数で前記構造体を励振させるステップを含み、
前記運動信号を受取る前記ステップが前記励振に応答することである。 別の特質は、前記の作用力フィルタ処理された運動信号に帯域通過フィルタを
適用して、時間フィルタ処理された運動信号を生じるステップを含み、処理パラ
メータを推定する前記ステップが、処理パラメータを前記の問題の周波数におけ
る前記の時間フィルタ処理された運動信号から推定するステップを含むことであ
る。

【００１８】 別の特質は、前記作用力フィルタとモード・リゾルバとの組合わせを前記複数
の運動信号へ適用し、問題の振動モードと関連する構造体の運動を弁別する空間
フィルタ処理および時間フィルタ処理された運動信号を生じるステップであって
、前記モード・リゾルバが、前記の作用力フィルタ処理された運動信号によって
表される運動を複数のモード成分へ分解するステップを含み、処理パラメータを
推定する前記ステップが、空間フィルタ処理および時間フィルタ処理された運動
信号から処理パラメータを推定するステップを含むことである。

【００１９】 別の特質は、前記モード・リゾルバが、前記の作用力フィルタ処理された運動
信号から空間フィルタ処理および時間フィルタ処理された運動信号を生成するよ
う動作するモード通過フィルタを含むことである。

【００２０】 別の特質は、前記作用力フィルタと帯域通過フィルタとモード・リゾルバとの
組合わせを前記の複数の運動信号へ適用し、空間フィルタ処理および時間フィル
タ処理された運動信号を生じるステップを含み、処理パラメータを推定する前記
ステップが、前記の空間フィルタ処理および時間フィルタ処理された運動信号か
ら処理パラメータを推定するステップを含むことである。

【００２１】 別の特質は、処理パラメータを推定する前記ステップが、質量流量を前記の作
用力フィルタ処理された運動信号から推定するステップを含むことである。 別の特質は、アクチュエータにより振動させられている構造体を通過する物質
の処理パラメータを、前記構造体に固定された運動トランスジューサにより生成
される運動信号から決定するよう構成された処理パラメータ・センサのための電
子装置であって、 前記の複数の運動信号から複数の運動信号値を生成するよう構成された回路で
あって、前記の複数の運動信号を受取る作用力フィルタを提供するよう構成され
、作用力フィルタ・マトリクスを複数の運動信号値に適用して作用力フィルタ処
理された運動信号値を生成することによって、前記の複数の運動信号から、前記
構造体に働く複数の作用力のうちの問題の作用力に帰因し得る運動を弁別する作
用力フィルタ処理された運動信号を生じるよう働き、前記作用力フィルタ・マト
リクスが、前記振動構造体の少なくとも周波数応答関数マトリクスと該周波数応
答関数マトリクスの逆数との積である回路と、 前記の作用力フィルタ処理された運動信号に応答して、前記構造体を通過する
物質と関連する処理パラメータを推定するよう働く処理パラメータ推定器と、 を備える電子装置、 である。

【００２２】 別の特質は、前記処理パラメータ推定器が、処理パラメータを前記の作用力フ
ィルタ処理された運動信号から推定する装置を含むことである。 別の特質は、前記作用力フィルタ・マトリクスが、前記構造体に対する周波数
応答関数マトリクスと、外部からの不要な作用力に帰因する応答における成分を
減衰させる作用力選択性マトリクスと、周波数応答関数マトリクスの逆数との積
を表わすことである。

【００２３】 別の特質は、前記作用力フィルタが、問題の周波数において推定された周波数
の関数を表わし、前記処理パラメータ推定器が、処理パラメータを問題の周波数
における作用力フィルタ処理された運動信号から推定するよう働くことである。

【００２４】 別の特質は、前記作用力フィルタが、問題の周波数における周期的成分を持つ
複数の作用力フィルタ処理された運動信号を生じるように働き、前記処理パラメ
ータ推定器が、前記の問題の周波数における前記の複数の作用力フィルタ処理さ
れた運動信号の周期的成分の各々の間の位相差を検出するよう働く位相検出器を
含むことである。

【００２５】 別の特質は、前記アクチュエータが、前記の問題の周波数において前記構造体
を励振させるよう働くことである。 別の特質は、前記の作用力フィルタ処理された運動信号を受取り、前記の作用
力フィルタ処理された運動信号から、時間フィルタ処理された運動信号を生じる
よう働く帯域通過フィルタを提供するよう構成された回路であり、前記処理パラ
メータ推定器は、処理パラメータを前記の時間フィルタ処理された運動信号から
推定するよう働く。

【００２６】 別の特質は、前記の作用力フィルタ処理された運動信号を前記作用力フィルタ
から受取り、振動モードと関連する前記構造体の運動を弁別する空間フィルタ処
理された運動信号を生じるよう働くモード・リゾルバを提供するよう構成された
回路であり、前記処理パラメータ推定器は、処理パラメータを前記の空間フィル
タ処理された運動信号から推定するよう働く。

【００２７】 別の特質は、前記の作用力フィルタ処理された運動信号を受取り、前記の空間
フィルタ処理および時間フィルタ処理された運動信号を前記の作用力フィルタ処
理された運動信号から生じるよう働くモード通過フィルタを提供するよう構成さ
れた回路であり、前記処理パラメータ推定器は、処理パラメータを前記の空間フ
ィルタ処理および時間フィルタ処理された運動信号から推定するよう働く。

【００２８】 別の特質は、前記処理パラメータ推定器が質量流量推定器を含むことである。 これにより、コリオリ質量流量計の管路のような構造での運動を推定するため
の改善された方法および装置が提供される。

【００２９】 実施の形態の詳細な記述 次に、本発明について、本発明の望ましい実施の形態が示される添付図面に関
して更に詳細に記述する。しかし、本発明は、多くの異なる形態で具現され得、
本文に記載される実施の形態に限定されるものと見なされるべきではなく、これ
らの実施の形態は開示が完全でありかつ当業者に対し本発明の範囲を完全に伝え
るように提示される。全図において同じ番号は類似の要素を指す。当業者には明
らかなように、本発明は、システム、装置あるいは方法として具現される。

【００３０】 本文に記載される本発明の実施の形態は、コリオリ質量流量計に関するもので
ある。しかし、当業者には、本文に述べる作用力フィルタ処理および関連する概
念が広範囲の機械的構造における運動の決定に対し一般に適用し得ること、従っ
て本発明の装置および方法がコリオリ質量流量計に限定されるものでないことが
明らかであろう。

【００３１】 振動管路のモード的挙動 コリオリ質量流量計の管路のような振動構造体の挙動については、関連する振
動の固有振動数を持つ１つ以上の固有モードに関して記述される。このモードお
よび関連する固有振動数は、固有ベクトルおよび関連固有値によって数学的に説
明され、固有ベクトルは相対的な大きさでは一義的であるが、絶対的な大きさで
はそうではなく、構造体の質量およびスティフネスに関しては直交的である。線
形的に独立な組のベクトルは、構造体の運動を記述する数式を分解する変換とし
て用いられる。特に、励振に対する構造体の応答は、スケーリングされたモード
の重畳として表わすことができ、スケーリングは構造体の運動に対する各モード
の寄与を表わす。励振に応じて、幾つかのモードは他のモードより大きく寄与す
る。一部のモードは、所望のモードの共振周波数におけるエネルギに寄与するの
で望ましくなく、従って駆動振動数において行われた位相差の測定のような所望
のモードの共振周波数において行われた測定結果を損なうおそれがある。

【００３２】 従来のコリオリ質量流量計は、典型的に、構造的フィルタ処理および時間フィ
ルタ処理を用いて不要のモードの影響を減じる。従来の構造的フィルタ処理手法
は、同相および位相ずれの曲げモードを切離すため設計されたブレース・バーの
ような機械的特徴、不要のモードを励振するおそれの少ないように配置されたア
クチュエータ、および不要のモードに感応しにくいように配置されたトランスジ
ューサを用いることを含む。構造的フィルタ処理手法は、不要のモードのエネル
ギを減じるには非常に有効であり得るが、形状および製造上の制約により制限を
受けることがある。

【００３３】 時間フィルタ処理手法は、典型的に時間領域あるいは周波数領域のパラメータ
に基いてトランスジューサ信号を修正する。例えば、典型的なコリオリ質量流量
計は、不要のモードと顕著に関連する周波数成分を除去するよう設計された周波
数領域フィルタを含む。しかし、不要モードからの非共振ネルギが所望のモード
の共振周波数のエネルギに著しく影響を及ぼし得る。周波数領域フィルタが一般
に所与の周波数における多くのモードの影響を弁別するには有効でないゆえに、
測定周波数における不要のモードの影響は処理パラメータ測定時には著しいエラ
ー源となり得る。

【００３４】 減衰が無視でき流量がゼロであるセンサ管路構造は、振動の完全に実際の固有
モードあるいは正常な振動モードであると仮定することができ、すなわち、各モ
ードにおいて、構造体の各点は同時に最大変位量に達する。しかし、無視できな
い減衰効果を持ち物質が内部を通過する実際の管路は、一般に、励振に対して複
雑な応答を生じ、すなわち、構造体の各点が一般に同時に最大振幅に達すること
はない。管路構造体の運動は実数成分と虚数成分とを持ち、即ち大きさの成分と
位相の成分とを持つ複合モードとして記述される。流動する物質により与えられ
るコリオリ力は、センサ管路の運動を数学的に複雑なものにする。

【００３５】 たとえ複雑であっても、複合モードの実数成分および虚数成分が定義により線
形的に独立的であるので、管路構造体の運動は、スケーリングされた固有モード
すなわち、「正常」モードの重畳と見なすことができる。複雑な運動を表わすに
は、複雑なスケーリング係数は構成要素の実正常モードの組合わせで用いられる
。特定の実正常モードは、複合モードの虚数成分とは密に相関され得るが、複合
モードの実数成分とはそれほど相関されない。従って、このような特定の実正常
モードは、センサ管路内の物質と関連するコリオリ力と更に密に関連付けられ得
、これにより、物質と関連するパラメータの正確な推定値を生じるための情報を
提供することができる。

【００３６】 コリオリ質量流量計の管路構造体の概念的モデルが図１に示されている。運動
トランスジューサ５Ａ、５Ｂ、５Ｃ（例えば、速度トランスジューサ）は、物質
８が管路３Ａ、３Ｂを通過するとき、管路構造体１の第１および第２の管路３Ａ
、３Ｂの相対運動を検出するように配置される。応答ベクトル｛ｘ｝は、例えば
、各トランスジューサにより生成された運動信号をサンプリングすることによっ
て、運動トランスジューサ５Ａないし５Ｃの出力から構成することができ、応答
ベクトル｛ｘ｝に対する運動信号値ｘ₁、ｘ₂、ｘ₃を生じる。実正常モード・マ
トリクス［Φ］、すなわち、物理的運動ベクトルを複数の単一自由度（ＳＤＯＦ
）のモードにおける運動を表わすモード運動ベクトル｛η｝と関連付ける固有ベ
クトル・マトリクスは、

【００３７】

【数１】 ｛ｘ｝＝［Φ］｛η｝ （１） のように識別される。モード・マトリクス［Φ］は、多くの手法を用いて識別す
ることができる。

【００３８】 空間的作用力フィルタの導出 運動の微分方程式により運動系が記述される。

【００３９】

【数２】 但し、Ｍは、質量により系に作用する作用力、Ｃは、系に作用するコリオリ力、
Ｋは、系に作用する外部からの作用力であり、ｘは、系に印加された作用力｛Ｆ
｝に応答する変位量を表わす。式（２）の解は、調和関係にある作用力および線
形の時間的不変系を仮定して、下式の形態を取る。

【００４０】

【数３】 式（３）を系の固有値［λ］および固有ベクトル［Φ］について解くと、

【００４１】

【数４】 となる。但し、［δ（ω）］は、系のγ振動モードと関連する極

【００４２】

【数５】 を表す。［Ｑ］は、モード・スケーリング・マトリクス

【００４３】

【数６】 を表わし、＊は複素共役を示す。

【００４４】 系の変位応答で表すと、周波数応答関数マトリクス［Ｈ（ω）］は

【００４５】

【数７】 により与えられる。

【００４６】 Ｔは管路の振動周期であり、固有ベクトル・マトリクス［Φ］が質量正規化さ
れるならば、質量マトリクス［Ｍ］は単位マトリクス［Ｉ］へ変換され、モード
・スケーリング・マトリクス［Ｑ］は、

【００４７】

【数８】 となる。固有値［λ］は、系の減衰する固有振動数と減衰された固有振動数とを
含む複素数である。

【００４８】 式（５）は、

【００４９】

【数９】 と換算される。但し、

【００５０】

【数１０】 および

【００５１】

【数１１】 である。なお、［δ（ω）］、［Ｗγ］、［Δ（ω）］および［Ｑ］は全て対角
マトリクスである。

【００５２】 系の物理的応答

【００５３】

【外１】 は、式（４）および（５）の簡単な組合わせ形態、すなわち

【００５４】

【数１２】 により計算される。

【００５５】 周波数応答関数マトリクスの逆数［Ｈ（ω）］^-1は、系のインピーダンスと見
なされる。換言すれば、複数の物理的応答

【００５６】

【外２】 が与えられると、系に働く作用力｛Ｆ｝は、物理的応答を系のインピーダンスと
乗じることにより決定される。すなわち、

【００５７】

【数１３】 が成り立つ。

【００５８】 作用力フィルタ処理された物理的応答

【００５９】

【外３】 を決定するため、式（７）の両辺がスケーリング・マトリクス［Ａ］と予め乗じ
られる。すなわち、

【００６０】

【数１４】 となる。例えば、スケーリング・マトリクス［Ａ］は、余計な不要な力に帰因し
得る応答

【００６１】

【外４】 における成分を減衰させる「選択性」マトリクス、例えば、ゼロ（０）を余計な
力に対応するその対角位置に持ち、その他の場所に（１）を持つ対角マトリクス
を表わす。しかし、スケーリング・マトリクス［Ａ］は、増幅および位相の反転
を含む、応答

【００６２】

【外５】 に対する他の複数のフィルタ処理動作のいずれかを実現できることが理解されよ
う。

【００６３】 式（８）の両辺は、周波数応答関数マトリクス［Ｈ（ω）］と予め乗じられる
。すなわち、

【００６４】

【数１５】 となる。この式から、作用力フィルタ［ＦＦ（ω）］が

【００６５】

【数１６】 として定義される。式（５）および（１０）を組合わせると、

【００６６】

【数１７】 あるいは

【００６７】

【数１８】 が成り立つ。

【００６８】 このように、作用力フィルタ［ＦＦ（ω）］は、固有ベクトル（モード）・マ
トリクス［Φ］と系の極についての情報とから決定され、その極の全ては些細な
要素のモデリング、実験的なモード分析、あるいは類似の手法を用いて決定し得
る。このような手法については、Ａｌｌｅｍａｎｇの文献「振動：分析的および
実験的なモード分析（Ｖｉｂｒａｔｉｏｎｓ：Ａｎａｌｙｔｉｃａｌ ａｎｄ
Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ Ｍｏｄａｌ Ａｎａｌｙｓｉｓ）」（Ｕｎｉｖｅｒ
ｓｉｔｙ ｏｆ Ｃｉｎｃｉｎｎａｔｉ刊）（ＵＣ−ＳＤＲＬ−ＣＮ−２０−２
６３−６６２）（１９９４年３月）に全般的に記載されている。

【００６９】 先に述べたように、作用力フィルタは、速度ベクトル

【００７０】

【外６】 のような物理的応答に用いられて、作用力フィルタ処理された応答を得る。作用
力フィルタ処理された応答は、余計な力に帰因し得る物理的応答の構造マイナス
成分の運動を表わすことが望ましい。当業者には、作用力フィルタ処理された運
動は、多くの制御および計測の用途を含む複数の異なる目的のために用いられる
ことが理解されよう。本文に述べた計測用途においては、例えば、作用力フィル
タ処理された運動信号は、物質を含む管路または容器の運動を表わす運動信号、
例えば、管路または容器における各部の変位、速度あるいは加速度を表わす信号
から生成される。従来の位相差あるいは時間差の測定は、作用力フィルタ処理さ
れた運動信号に対して用いられ、質量流量、密度および収容された物質と関連す
る他の処理パラメータの推定値を生成する。

【００７１】 図２Ａないし図５は、一例のコリオリ質量流量計のトランスジューサから生じ
た運動信号に対し用いられた作用力フィルタの作用、特に、駆動装置と複数の他
の余計な力の双方からの励振を受けるプロトタイプの３インチ（８．３３ｃｍ）
・コリオリ質量流量計のトランスジューサ（またはピックオフ部）の場所に対す
る応答を示している。図２Ａないし図２Ｂは、通常の駆動力（図１の管路３Ａ、
３Ｂを軸Ｗ、Ｗ′に関して曲げる力）のみが、余計な励振を生じることなく、管
路構造体に働いている場合の管路の運動を表わす、フィルタ処理されなかった物
理的応答１０と理想的な応答２０とを示している。作用力フィルタ処理された応
答３０は、先に述べたように、フィルタ処理されなかった応答１０に対して作用
力フィルタを用いた結果を示している。フィルタ処理されなかった応答１０は、
余計な力による捩りモードの励振を含む、管路構造体の第１の捩りモード（図１
の軸Ｚ、Ｚ′周囲の運動に対応）の応答周波数（約３２５Ｈz）にピーク値を呈
する。理想的な応答２０は、大きさが略々２桁低い捩りモード周波数における応
答を示している。作用力フィルタ処理された応答３０は、作用力フィルタが余計
な力による励振を減じ得ることを示している。

【００７２】 図２Ａないし図２Ｂの作用力フィルタ処理された応答３０は、ある周波数レン
ジの各周波数で推定された（先に述べたように、周波数の関数である）作用力フ
ィルタを用いて決定された。しかし、実際のコリオリ質量流量計または他のセン
サ用途においては、ある限定された数の周波数において作用力フィルタを評価す
ることが望ましい。例えば、従来の位相差または時間差タイプの計測が駆動モー
ド周波数で用いられるコリオリ質量流量計の使用においては、作用力フィルタを
駆動モード周波数においてのみ計算することが望ましい。

【００７３】 図３Ａおよび図３Ｂに示されるように、駆動モード周波数のみにおいて評価さ
れた作用力フィルタを用いると、駆動モードの共振周波数から外れた増幅応答を
呈する、修正され且つ作用力フィルタ処理された応答４０を生じる結果となる。
駆動モードの共振周波数から外れたこのような増幅は、時間的（周波数領域の）
帯域通過フィルタを用いることによって補償することができる。この帯域通過フ
ィルタは、例えば、アナログ型２極フィルタあるいは有限インパルス応答（ＦＩ
Ｒ）フィルタのようなディジタル・フィルタでよい。このような時間フィルタは
、駆動周波数付近の周波数以外の周波数において、作用力フィルタ処理された応
答の成分を減衰させる。単純なアナログ型の２極帯域通過フィルタは、

【００７４】

【数１９】 により数学的に表わされる。但し、中心周波数ω_cは駆動周波数である。図４Ａ
および図４Ｂは、単一周波数の作用力フィルタを帯域通過フィルタと組合わせた
結果として得る、時間フィルタ処理された応答５０を示している。

【００７５】 問題の作用力に帰因し得る運動を弁別する精度の向上もまた、望ましくない振
動モードにおける運動と関連する、作用力フィルタ処理された応答の成分を除去
するモードフィルタ処理を用いて達成される。先に述べたシミュレートされた構
造体における運動トランスジューサからの運動信号に適用される空間的「モード
通過」フィルタは、図５に示されるモード通過フィルタ処理された応答６０を生
じる。この応答６０は、第２の曲げモード周波数（約７００Ｈz）において、低
減された応答を呈する。このモード通過フィルタ処理が上記の作用力通過フィル
タと組合わされると、空間フィルタ処理された応答７０が生じる。駆動モード周
波数を中心とする通過域を持つ時間的帯域通過フィルタもまた用いられるならば
、空間および時間フィルタ処理された応答８０が生成される。この空間および時
間フィルタ処理された信号８０は、例えば、従来の位相差型のコリオリ質量流量
測定に対して用いることができる。

【００７６】 先に述べた、作用力フィルタ処理並びに補助的な帯域通過およびモードフィル
タ処理は、他の形式の管路、容器あるいは図１に示した２重管形態以外の物質を
収容する構造体に適用される。例えば以下に詳細に述べるように、作用力フィル
タ処理は、直線管流量計の管路の運動を特徴付けるために適用される。当業者は
、本発明が一般的に任意数の流量計および類似のパラメータ・センサ以外の形式
の構造体の運動の特徴付けに対しても適用可能であることを理解されよう。

【００７７】 質量流量計の事例 本発明による特定の実施の形態について、特に、いわゆる「直線管」型コリオ
リ質量流量計の実施の形態について次に記述する。しかし、当業者は、本発明が
図１に概念的に示された構造体１のような湾曲管路構造ばかりでなく、質量流量
計や密度計などにおいて用いられるような他の物質収容構造体に対しても適用可
能であることを理解されよう。当業者は更に、本発明が広範囲の他の構造におけ
る運動の特徴付けに対しても適用し得ることを理解されよう。

【００７８】 以降の論議は、質量流量計管路のような構造体の運動を表わす運動信号の成分
を処理するため「作用力フィルタ処理」を用いることに関する。ここで述べる作
用力フィルタは、構造体に働く複数の作用力のうちの１つ以上の作用力に帰因し
得る運動を弁別するように働く。当業者は、本文で述べるような運動信号成分の
「弁別」が、問題の所与の作用力と関連する成分の識別、ならびに、問題の作用
力以外の余計な力と関連する１つ以上の成分の減衰と見なされることを理解され
よう。例えば、質量流量計の管路における物質の通過から生じるコリオリ力と関
連する運動成分は、物質における圧力パルス、およびポンプやコンプレッサなど
のような流量計に接続された装置の振動のようなものから生じる余計な「望まし
くない」力と関連する成分を減衰させることによって弁別される。

【００７９】 図６は、本発明の一つの実施の形態による作用力フィルタ処理を実現する処理
パラメータ・センサ６００の一例を示している。処理パラメータ・センサ６００
は、「直線管」型管路構造体１にフランジ２において接続されたパイプライン７
からの物質８を収容するような形態の管路３を含む構造体１を含んでいる。管路
３を包囲するハウジング４内では、アクチュエータ６が管路３を励振させるよう
に働く。アクチュエータ６の反対側に管路３に沿って配置された速度トランスジ
ューサ５Ａ、５Ｂと、フランジ２の付近に配置された歪みケージ５Ｃ、５Ｄとを
含む運動トランスジューサ５Ａないし５Ｄが設けられている。運動トランスジュ
ーサ５Ａないし５Ｄは、例えば、アクチュエータ６により与えられた駆動力、物
質８により与えられた圧力、およびパイプライン７により与えられた力のような
他の余計な作用力、およびパイプライン７に接続されたポンプ、コンプレッサそ
の他の装置によって生じフランジ２を介して管路３に送られる作用力を含む複数
の作用力Ｆに応答して、管路３の運動を表わす運動信号６０５を生じる。

【００８０】 また、処理パラメータ・センサ６００は、運動信号６０５を受取るように構成
され且つ余計な力に帰因し得る運動を除去するように動作してフィルタ処理され
た運動信号６１５を生じる作用力フィルタ６１０を提供する回路を含む。先に述
べたような構造体１のモードの特徴付けから得られることが望ましい作用力フィ
ルタ６１０は、運動を複数の振動モードにおける運動として特徴付け、構造体１
に働く複数の作用力Ｆのうちの問題の作用力に帰因し得る運動を弁別する。処理
パラメータ推定器６２０は、作用力フィルタ処理された運動信号６１５に応答し
て、フィルタ処理された運動信号６１５から質量流量のような処理パラメータを
推定するように働く。

【００８１】 先に述べたように、作用力フィルタ６１０は、余計な力、例えばセンサ６００
により生成されるパラメータの推定値を例えば損なうか不正確にするおそれがあ
る成分と関連する運動信号６０５の成分を減衰するのに用いられる。例えば、作
用力フィルタ６１０は、構造体１のフランジ２に働く剪断力と関連する運動信号
６０５の成分を減衰させるために用いられる。図示されるセンサ５Ａないし５Ｄ
の場合は、これらの剪断力は、例えばフランジ２付近に配置された歪みケージ５
Ｃ、５Ｄによって最もよく観察される。このため、運動トランスジューサ信号か
ら構造体に働く作用力の弁別は、一般に位置、帯域幅などのようなトランスジュ
ーサ特性に依存することが理解されよう。

【００８２】 センサ６００に対して他の形態も用いられることが理解されよう。多くのアク
チュエータが用いられ、ならびに更に多くの運動トランスジューサが構造体１の
異なる場所に配置される。例えば、運動トランスジューサはアクチュエータの場
所に配置することもできる。更に、構造体の運動を決定するための情報の更に多
くの供給源を提供する１組の運動トランスジューサ、すなわち、構造体１に働く
力の数より多くの数のトランスジューサを用いてもよい。最小２乗法を用いるこ
ともできる。

【００８３】 図７は、本発明の一つの実施の形態による作用力フィルタ６１０のディジタル
構成を示している。運動信号６０５は、サンプラ７１０によりサンプリングされ
てアナログ電圧サンプルを生じ、アナログ／ディジタル（Ａ／Ｄ）・コンバータ
７２０によりディジタル運動信号値７２５へ変換される。例えば、記憶媒体７４
０に格納されてコンピュータ７３０で実行するプログラム・コードとして実現さ
れる作用力フィルタ６１０は、ディジタル運動信号値７２５を処理して、フィル
タ処理された運動信号値６１５を生じる。フィルタ処理された運動信号値６１５
は、ここでは記憶媒体７４０に格納されたプログラム・コードで実現されてコン
ピュータ７３０で実行するように示される処理パラメータ推定器６２０によって
更に処理されて推定処理パラメータ６２５を生じる。

【００８４】 図８に示されるように、作用力フィルタ６１０は、運動ベクトル、例えば先に
述べた速度応答ベクトル

【００８５】

【外７】 を運動信号値７２５から生成する手段６１１を含んでいる。また、作用力フィル
タ６１０は、運動ベクトルを作用力フィルタ・マトリクス、例えば先に述べた作
用力フィルタ・マトリクス｛ＦＦ（ω）｝と乗じて、フィルタ処理された運動ベ
クトル、例えば作用力フィルタ処理された速度応答

【００８６】

【外８】 を生成する手段６１３をも含む。

【００８７】 当業者は、図７および図８のコンピュータ７３０がマイクロプロセッサ、ディ
ジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）および特化された計算能力を持つ特定用途集積
回路（ＡＣＩＳ）のような種々の異なる計算デバイスを含むことを理解されよう
。例えば、作用力フィルタ６１０はマトリクス計算を用いて実現されることが望
ましいため、コンピュータ７３０は、アルファ・マイクロプロセッサ（コンパッ
ク・コンピュータ社製）のような汎用プロセッサの制御下でこのようなマトリク
ス計算を最適に実施するためのＴＭ３２０Ｃ４０シリーズ（テキサス・インスト
ルメンツ社製）のチップのようなＤＳＰを用いて実現される。しかし、当業者は
、本発明が、処理された運動信号の数、時間的要件などと関連する計算負荷に応
じて種々の計算デバイスを用いて実現するように修正可能であることを理解され
よう。

【００８８】 図９は、図６の処理パラメータ推定器６２０の質量流量構成例を示している。
運動トランスジューサ５により生じる運動信号６０５は、作用力フィルタ６１０
によってフィルタ処理され、第１および第２の作用力フィルタ処理された値６１
５ａ、６１５ｂを生じる。この第１および第２の作用力フィルタ処理された値６
１５ａ、６１５ｂは、例えば、図６の管路構造体１の第１および第２の場所のそ
れぞれにおける運動を表わす、作用力フィルタ処理された運動ベクトル

【００８９】

【外９】 の第１および第２の成分

【００９０】

【外１０】 および

【００９１】

【外１１】 （速度トランスジューサ５Ａ、５Ｂに対応する成分）に対応する。処理パラメー
タ推定器６２０は、第１および第２の作用力フィルタ処理された値６１５ａ、６
１５ｂ間の位相差６２３を決定する手段６２２を含んでいる。決定された位相差
６２３から質量流量の推定値６２５を生じるための手段６２４が設けられる。

【００９２】 図１０および図１１は、本発明の特質による処理パラメータを推定する動作の
例を示すフローチャートである。当業者は、これらフローチャートの動作がコン
ピュータ命令を用いて実現できることを理解されよう。これらの命令は、コンピ
ュータまたは他のデータ処理装置（図７および図８のコンピュータ７３０のよう
な）において実行され、図示された動作を行うよう働く装置（システム）を作る
。コンピュータ命令は、図示された動作を実施するようコンピュータその他のデ
ータ処理装置に指令することができる図７および図８の記憶媒体７４０のような
コンピュータ可読媒体、例えば集積回路メモリ、磁気ディスク、テープなどにコ
ンピュータ可読プログラム・コードとしても格納され、これにより図示された動
作を実施するための手段を提供する。コンピュータ可読プログラム・コードは、
コンピュータまたは他のデータ処理装置において実行され、コンピュータで実現
されるプロセスを装置に実施させる。従って、図１０および図１１は、図示され
た動作を実施するための装置（システム）、コンピュータ・プログラム製品およ
び方法をサポートする。

【００９３】 本発明の特質による処理パラメータを推定するための動作の例１０００が図１
０に示される。印加された複数の力に応答する図６の管路構造体１のような管路
の運動を表わす運動信号が受取られる（ブロック１０１０）。作用力フィルタは
、受取られた運動信号１０２０に適用されて、問題の作用力に帰因し得る運動を
弁別する、作用力フィルタ処理された運動信号を生じる（ブロック１０２０）。
処理パラメータ、例えば質量流量、密度などが、作用力フィルタ処理された運動
信号から推定される（ブロック１０３０）。

【００９４】 図１１に示される本発明の特質によれば、質量流量を推定する動作１１００は
、物質が図６の管路構造体１を通過するときの構造体の運動を表わす運動信号を
受取ることを含む（ブロック１１１０）。運動ベクトル、例えば図７のディジタ
ル運動信号値７２５のような複数の運動信号値から構成される速度ベクトルが、
受取った運動信号から生成される（ブロック１１２０）。この運動ベクトルは、
作用力フィルタ・マトリクスと乗じられ、作用力フィルタ処理された運動ベクト
ルを生じる。質量流量は、フィルタ処理された運動信号ベクトルから推定される
（１１３０）。

【００９５】 図１２は、本発明の別の実施の形態による事例のパラメータ・センサ１２００
を示している。このパラメータ・センサ１２００は、図６に関して先に述べたよ
うな構成要素を含む管路構造体１を含む。この処理パラメータ・センサ１２００
は、運動信号６０５を受取ように構成され、図６に関して先に述べたように、作
用力フィルタ処理された運動信号６１５を生じるよう働く作用力フィルタ６１０
をも含んでいる。

【００９６】 作用力フィルタ処理された運動信号６１５は更に、帯域通過フィルタ６５０、
すなわち、作用力フィルタ処理された運動信号６１５の選択された周波数範囲内
の周波数成分を選択的に通す時間（周波数領域）フィルタによって更に処理され
る。例えば、選択された周波数範囲は、アクチュエータ６により励振された管路
構造体１の駆動モードの共振周波数付近で規定される狭い帯域である。帯域通過
フィルタ６５０は時間フィルタ処理された運動信号６５５を生じ、該信号６５５
から処理パラメータ推定器６２０が質量流量、密度などのような処理パラメータ
の推定値６２５を生成する。

【００９７】 図１３は、図１２の作用力フィルタ６２０と帯域通過フィルタ６５０のディジ
タル構成例を示している。運動信号６０５は、サンプラ７１０によりサンプリン
グされてアナログ運動信号を生じ、Ａ／Ｄコンバータ７２０によりディジタル運
動信号値７２５へ変換される。記憶媒体７４０に格納されコンピュータ７３０で
実行するプログラム・コードにより実現される作用力フィルタ６２０は、ディジ
タル運動信号値７２５を処理し、作用力フィルタ処理された運動信号値６１５を
生じる。記憶媒体７４０に格納されてコンピュータ７３０で実行されるプログラ
ム・コードにより実現される帯域通過フィルタ６５０は、作用力フィルタ処理さ
れた運動信号６１５を時間フィルタ処理し、時間フィルタ処理された運動信号６
５５を生じる。この時間フィルタ処理された運動信号６５５の値は、次に、記憶
媒体７４０に格納されコンピュータ７３０で実行するプログラム・コードにより
実現された処理パラメータ推定器６２０により用いられて、処理パラメータの推
定値６２５を生じる。

【００９８】 当業者は、図１３のコンピュータ７３０がマイクロプロセッサ、ディジタル信
号プロセッサ（ＤＳＰ）および特化された計算能力を持つ特定用途集積回路（Ａ
ＳＩＣ）のような色々な異なる計算デバイスを含むことを理解されよう。例えば
、作用力フィルタ６１０はマトリクス計算を用いて実現されることが望ましいの
で、コンピュータ７３０は、アルファ・マイクロプロセッサ（コンパック・コン
ピュータ社製）のような汎用プロセッサの制御下で、このようなマトリクス計算
を最適に実施するため、ＴＭ３２０Ｃ４０シリーズ（テキサス・インストルメン
ツ社製）のチップのようなＤＳＰを用いて実現される。しかし、当業者は、本発
明が、処理される運動信号の数、時間的要件などと関連する計算的な負荷に応じ
て、種々の計算デバイスを用いる構成に修正可能であることを理解されよう。

【００９９】 図１４は、本発明の別の実施の形態による処理パラメータ・センサ１４００の
事例を示している。このパラメータ・センサ１４００は、図６および図１２に関
して先に述べたような管路構造体１を含んでいる。当該処理パラメータ・センサ
１４００は、図６および図１２に関して先に述べたように、運動信号６０５を受
取るように構成されていて作用力フィルタ処理された運動信号６１５を生じるよ
うに働く作用力フィルタ６１０を含む。

【０１００】 作用力フィルタ処理された運動信号６１５は更に、運動信号６１５により表わ
される運動を複数のモード成分、すなわち管路構造体１の複数の振動モードと関
連する成分へ分けるよう働くモード・リゾルバ６６０によって処理される。この
モード・リゾルバ６６０は、空間フィルタ処理された運動信号６６５（すなわち
、以下に更に詳細に述べるように、物理的またはモードのいずれかの座標フレー
ムにおける運動を表わす信号）を生じ、該信号から処理パラメータ推定器６２０
が質量流量などの処理パラメータの推定値６２５を生じる。図１４のモード・リ
ゾルバ６６０のようなモード・リゾルバの動作については、１９９８年７月１６
日出願の米国特許出願第０９／１１６，４１０号に記載されている。

【０１０１】 図１５に示されるように、パラメータ・センサ１４００は、物理的な座標領域
に空間フィルタ処理された応答６６５を生じる「モード通過」フィルタ６６０′
、例えば、１つ以上の特定のモードと関連する作用力フィルタ処理された応答

【０１０２】

【外１２】 の成分を選択的に含む作用力フィルタ処理された応答

【０１０３】

【外１３】 から空間フィルタ処理された物理的応答

【０１０４】

【外１４】 を生じるように、モード通過フィルタ・マトリクス［Ψ｝を適用する、すなわち
、

【０１０５】

【数２０】 であるフィルタを構成するモード・リゾルバを含んでいる。 但し、

【０１０６】

【数２１】 であり、［Φ］は先に述べたようなモード変換マトリクスを表わし、［Ａ］は望
ましくないモードに対応する対角に沿った場所に「０」を、また問題となるモー
ドに対応する対角場所に「１」を有する対角モード選択性マトリクスを表わす。
空間フィルタ処理された応答

【０１０７】

【外１５】 は、前掲の１９９８年７月１６日出願の米国特許出願第０９／１１６，４１０号
に記載されるように、質量流量などの処理パラメータの推定値を生じるのに用い
られる。

【０１０８】 図１６に示されるように、本発明の別の実施の形態によれば、パラメータ・セ
ンサ１４００は、モード座標領域内に空間フィルタ処理された信号６６５を生じ
るモード運動推定器６６０″、例えば、モード変換マトリクス［Φ］を用いて推
定されたモード応答｛η_FF｝を生じる推定器を実現するモード・リゾルバを含ん
でいる。モード応答｛η_FF｝の選択された成分は、処理パラメータを推定するよ
う処理パラメータ推定器６２０により用いられる。

【０１０９】 図１７は、図１４の作用力フィルタ６２０とモード・リゾルバ６６０とのディ
ジタル構成例を示している。運動信号６０５がサンプラ７１０によりサンプリン
グされてアナログ運動信号値を生じ、Ａ／Ｄコンバータ７２０によりディジタル
運動信号値７２５へ変換される。記憶媒体７４０に格納されコンピュータ７３０
で実行するプログラム・コードにより実現される作用力フィルタ６１０がディジ
タル運動信号値７２５を処理して、フィルタ処理された運動信号値６１５を生じ
る。記憶媒体７４０に格納されてコンピュータ７３０で実行されるプログラム・
コードにより同様に実現されるモード・リゾルバ６６０が、フィルタ処理された
運動信号値６１５を処理して（先に述べたように、モードあるいは物理的ないず
れかの座標において）空間フィルタ処理された運動信号値６６５を生じる。次に
、空間フィルタ処理された運動信号値６６５が、記憶媒体７４０に格納され記憶
媒体７４０で実行するプログラム・コードにより同様に実現される処理パラメー
タ推定器６２０により用いられて処理パラメータの推定値６２５を生じる。

【０１１０】 当業者は、図１７のコンピュータ７３０が、マイクロプロセッサ、ディジタル
信号プロセッサ（ＤＳＰ）および特定された計算能力を持つ特定用途集積回路（
ＡＳＩＣ）などの種々の異なる計算デバイスを含むことを理解されよう。例えば
、作用力フィルタ６１０はマトリクス計算を用いて実現されることが望ましいか
ら、コンピュータ７３０は、アルファ・マイクロプロセッサ（コンパック・コン
ピュータ社製）のような汎用プロセッサの制御下で、このようなマトリクス計算
を最適に実施するため、ＴＭ３２０Ｃ４０シリーズ（テキサス・インストルメン
ツ社製）のようなチップのようなＤＳＰを用いて実現される。しかし、当業者は
、本発明が、処理される運動信号の数、時間的な要件などと関連する計算上の負
荷に応じて、種々の計算デバイスを用いて実現するよう変更可能であることを理
解されよう。

【０１１１】 図１８に示されるように、パラメータ・センサ１８００は、作用力フィルタ処
理に関して時間フィルタ処理および空間フィルタ処理を実現する。この処理パラ
メータ・センサ１８００は、作用力フィルタ処理された運動信号６１５を生じる
作用力フィルタ６１０を含んでいる。該信号６１５は帯域通過フィルタ６５０と
モード・リゾルバ６６０とにより更に処理されて空間および時間フィルタ処理さ
れた運動信号６６５を生じる。信号６６５は、先に述べたように物理的あるいは
モードのいずれかの座標フレーム内の運動を表わす。処理パラメータ推定器６２
０は、空間および時間フィルタ処理された運動信号６６５から質量流量などの処
理パラメータの推定値６２５を生じる。

【０１１２】 図１９に示されるように、図１８の作用力フィルタ６１０、帯域通過フィルタ
６５０およびモード・リゾルバ６６０は、ディジタル的に実現される。運動信号
６０５はサンプラ７１０によりサンプリングされてアナログ運動信号値を生じ、
Ａ／Ｄコンバータ７２０によりディジタル運動信号値７２５へ変換される。記憶
媒体７４０に格納されコンピュータ７３０で実行するプログラム・コードにより
実現される作用力フィルタ６１０は、ディジタル運動信号値７２５を処理してフ
ィルタ処理された運動信号値６１５を生じる。記憶媒体７４０に格納されコンピ
ュータ７３０で実行されるプログラム・コードにより同様に実現される帯域通過
フィルタ６５０は、フィルタ処理された運動信号値６１５を時間フィルタ処理し
、時間フィルタ処理された運動信号値６５５を生じる。この時間フィルタ処理さ
れた運動信号値６５５は、次いで、モード・リゾルバ６６０を用いて空間フィル
タ処理され、記憶媒体７４０に格納されコンピュータ７３０で実行するプログラ
ム・コードにより同様に実現される処理パラメータ推定器６２０によって用いら
れて処理パラメータの推定値６２５を生じる。

【０１１３】 当業者は、図１９のコンピュータ７３０が、マイクロプロセッサ、ディジタル
信号プロセッサ（ＤＳＰ）および特化された計算能力を持つ特定用途集積回路（
ＡＳＩＣ）などの種々の異なる計算デバイスを含むことを理解されよう。例えば
、作用力フィルタ６１０はマトリクス計算を用いて実現されることが望ましいか
ら、コンピュータ７３０は、アルファ・マイクロプロセッサ（コンパック・コン
ピュータ社製）のような汎用プロセッサの制御下で、このようなマトリクス計算
を最適に実施するため、ＴＭ３２０Ｃ４０シリーズ（テキサス・インストルメン
ツ社製）のチップのようなＤＳＰを用いて実現される。しかし、当業者は、本発
明が、処理される運動信号の数、時間的要件などと関連する計算的な負荷に応じ
て、種々の計算デバイスを用いる構成に変更可能であることを理解されよう。

【０１１４】 当業者は、本文に述べた作用力フィルタ処理、帯域フィルタ処理およびモード
フィルタ処理が本文に述べた実施の形態以外の多くの方法で実現されることを理
解されよう。例えば、本文に述べた作用力フィルタ処理、帯域通過フィルタ処理
およびモードフィルタ処理は、個別の計算として実現され、あるいは等価の結果
を得る１つ以上の計算へ組合わされ得る。作用力フィルタ処理関数、時間（帯域
通過）フィルタ処理関数および空間（モード）フィルタ処理関数もまた、本文で
述べた計算手法と等価の結果を生じるパラメータ形態において実現される。作用
力フィルタ処理、帯域通過（時間）フィルタ処理およびモード（空間）フィルタ
処理の機能の順序もまた、本文に述べた実施の形態に対して記述されたものから
変更することもできる。

【０１１５】 これらのフィルタ処理機能の部分もまた、アナログ信号処理手法を用いて実現
することができる。例えば、図１２に関して記述された帯域通過フィルタ処理は
、ディジタル・コンピュータではなく、アナログ電子回路において実現され得る
。かかるアナログフィルタ処理により生じるアナログ・フィルタ処理信号は、例
えば従来の位相計測回路、例えば従来のコリオリ質量流量計において一般に用い
られるゼロ交差タイプの検出回路において直接用いることができる。

【０１１６】 当業者は、本発明が装置として、コリオリ質量流量計の一部として、あるいは
かかる装置により実施される方法として具現されているが、本発明は磁気ディス
ク、集積回路メモり・デバイス、磁気テープ、バブル・メモリなどのコンピュー
タ可読記憶媒体において具現されるコンピュータ可読命令またはプログラム・コ
ード手段の形態で製造の一品目において具現されることも理解されよう。例えば
、本発明の一特質によれば、作用力フィルタおよび関連パラメータ推定器は、コ
ンピュータまたは他のデータ・プロセッサへロードされ、コリオリ質量流量計管
路のような構造体と作用的に関連する運動トランスジューサから供給される運動
信号に応答して実行されるコンピュータ可読プログラム・コード手段において具
現される。

【０１１７】 図面および明細書において、本発明の典型的な望ましい実施の形態が開示され
、特定の用語が用いられているが、これら用語は一般的かつ記述のための意味の
みにおいて、限定の目的ではなく用いられ、本発明の範囲は請求の範囲に記載さ
れている。

Claims (22)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 物質が通過する振動構造体（３）に固定されたセンサ（５Ａ
   −５Ｄ）により生成された複数の運動信号（６０５）から前記物質の処理パラメ
   ータを推定する方法（１０００）であって、 前記振動構造体（３）の複数の場所における運動を表わす複数の運動信号（６
   ０５）を受取るステップ（１０１０）と、 受取られた複数の運動信号（６０５）を作用力フィルタ（６１０）で作用力フ
   ィルタ処理し、前記振動構造体（３）に働く複数の作用力のうちの問題の作用力
   に帰因し得る運動を弁別する作用力フィルタ処理された運動信号（６１５）を生
   成するステップ（１０２０）と、 前記振動構造体（３）における物質と関連する処理パラメータを前記の作用力
   フィルタ処理された運動信号から推定するステップ（１０３０）と、 を含む方法。
2. 【請求項２】 前記の複数の運動信号の受取りに応答して、複数の運動信号
   値を前記の受取られた複数の運動信号から生成するステップ（１１２０）を更に
   含む請求項１記載の方法（１０００）。
3. 【請求項３】 作用力フィルタ処理する前記ステップ（１０２０）が、 作用力フィルタ処理された前記運動信号の値を生じるため、作用力フィルタ・
   マトリクスを前記の複数の運動信号へ印加するステップ（１１３０） を含む請求項２記載の方法（１０００）。
4. 【請求項４】 前記処理パラメータを推定する前記ステップ（１０３０）が
   、 処理パラメータ（６２５）を前記の作用力フィルタ処理された運動信号の値か
   ら推定するステップ（１１４０） を含む請求項３記載の方法。
5. 【請求項５】 前記作用力フィルタ・マトリクスが、前記振動構造体に対す
   る周波数応答関数マトリクスと、作用力選択マトリクスと、周波数応答関数マト
   リクスの逆数との積を表わす請求項２記載の方法（１０００）。
6. 【請求項６】 前記作用力フィルタが、問題の周波数において推定される周
   波数の関数を表わし、 処理パラメータを推定する前記ステップが、 処理パラメータ（６２５）を、問題の周波数における作用力フィルタ処理され
   た運動信号６１５から推定するステップ を含む請求項１記載の方法（１０００）。
7. 【請求項７】 問題の周波数で前記構造体（３）を励振させるステップを更
   に含み、 前記運動信号６０５を受取る前記ステップ（１０１０）が前記励振に応答する
   請求項６記載の方法（１０００）。
8. 【請求項８】 時間フィルタ処理された運動信号（６５５）を生じるため、
   帯域通過フィルタ（６５０）を作用力フィルタ処理された運動信号（６１５）に
   印加するステップを更に含み、 処理パラメータ（６２５）を推定する前記ステップ（１０３０）が、処理パラ
   メータを問題の周波数における時間フィルタ処理された運動信号（６５５）から
   推定するステップを含む請求項６記載の方法。
9. 【請求項９】 問題の振動モードと関連する構造体（３）の運動を弁別する
   空間および時間フィルタ処理された運動信号（６６５）を生じるため、前記作用
   力フィルタ（６１０）とモード・リゾルバ（６６０）の組合わせを前記の複数の
   運動信号（６０５）へ印加するステップ を更に含み、 処理パラメータ（６２５）を推定する前記ステップ（１０３０）が、処理パラ
   メータを空間および時間フィルタ処理された運動信号（６６５）から推定するス
   テップを含む請求項１記載の方法。
10. 【請求項１０】 前記モード・リゾルバ（６６０）が、モード通過フィルタ
    （６６０）を含む請求項９記載の方法。
11. 【請求項１１】 空間および時間フィルタ処理された運動信号を生じるため
    、作用力フィルタ（６１０）と、帯域通過フィルタ（６５０）と、モード・リゾ
    ルバ（６６０）との組合わせを前記の複数の運動信号（６０５）へ印加するステ
    ップを更に含み、 処理パラメータ（６２５）を推定する前記ステップ（１０３０）が、処理パラ
    メータを前記の空間および時間フィルタ処理された運動信号（６６５）から推定
    するステップを含む請求項１記載の方法（１０００）。
12. 【請求項１２】 処理パラメータを推定する前記ステップが、 質量流量を前記の作用力フィルタ処理された運動信号から推定するステップを
    含む請求項１記載の方法。
13. 【請求項１３】 アクチュエータ（６）により振動させられる構造体（３）
    を通過する物質の処理パラメータ（６２５）を、前記構造体（３）に固定された
    運動トランスジューサ（５Ａ−５Ｄ）により生成された運動信号（６０５）から
    決定する処理パラメータ・センサ（６００）のための電子装置であって、 前記の複数の運動信号（６０５）を受取り、該信号から、前記構造体に働く複
    数の作用力のうち問題の作用力に帰因し得る運動を弁別する作用力フィルタ処理
    された運動信号（６１５）を生じるよう働く作用力フィルタ（６１０）と、 前記作用力フィルタ処理された運動信号に応答して、前記構造体（３）を通過
    する物質と関連する処理パラメータ（６２５）を推定するよう働く処理パラメー
    タ推定器（６２０）と、 を備える電子装置。
14. 【請求項１４】 前記作用力フィルタ（６１０）が、 前記の複数の運動信号（６０５）に応答して、該複数の運動信号（６０５）か
    ら複数の運動信号値を生成する手段（１１２０）と、 作用力フィルタ・マトリクスを前記の複数の運動信号値へ印加して、作用力フ
    ィルタ処理された運動信号の値を生じる手段（１１３０）と、 を有し、前記処理パラメータ推定器（６２０）が、処理パラメータを前記の作用
    力フィルタ処理された運動信号から推定する装置（１１４０）を含む請求項１３
    記載の電子装置。
15. 【請求項１５】 前記作用力フィルタ・マトリクスが、前記構造体に対する
    周波数応答関数マトリクスと、作用力選択性マトリクスと、周波数応答関数マト
    リクスの逆数との積を表わす請求項１４記載の流量計電子装置。
16. 【請求項１６】 前記作用力フィルタ（６１０）が、問題の周波数において
    推定された周波数の関数を表わし、前記処理パラメータ推定器が、処理パラメー
    タを問題の周波数における作用力フィルタ処理された運動信号から推定するよう
    働く請求項１３記載の電子装置。
17. 【請求項１７】 前記作用力フィルタ（６１０）が、問題の周波数における
    周期的成分を持つ複数の作用力フィルタ処理された運動信号（６１５）を生じる
    ように働き、前記処理パラメータ推定器が、問題の周波数における前記の複数の
    作用力フィルタ処理された運動信号の周期的成分の各々の間の位相差を検出する
    よう働く位相検出器を含む請求項１６記載の電子装置。
18. 【請求項１８】 前記アクチュエータ（６）が、問題の周波数において前記
    構造体（３）を励振させるよう働く請求項１６記載の電子装置。
19. 【請求項１９】 前記の作用力フィルタ処理された運動信号を受取り、時間
    フィルタ処理された運動信号（６５５）を作用力フィルタ処理された運動信号か
    ら生じるよう働く帯域通過フィルタ（６５０）を更に備え、 前記処理パラメータ推定器が、処理パラメータを前記の時間フィルタ処理され
    た運動信号から推定するよう働く 請求項１６記載の電子装置。
20. 【請求項２０】 前記の作用力フィルタ処理された運動信号を作用力フィル
    タ（６１０）から受取り、振動モードと関連する前記構造体の運動を弁別する空
    間フィルタ処理された運動信号（６６５）を生じるよう働くモード・リゾルバ（
    ６６０）を更に備え、 前記処理パラメータ推定器（６２０）が、処理パラメータ（６２５）を前記の
    空間フィルタ処理された運動信号（６６５）から推定するよう働く 請求項１３記載の電子装置。
21. 【請求項２１】 前記の作用力フィルタ処理された運動信号（６１５）を受
    取り、前記の空間および時間フィルタ処理された運動信号（６６５）を前記の作
    用力フィルタ処理された運動信号（６１５）から生じるよう働くモード通過フィ
    ルタ（６６０）を更に備え、 前記処理パラメータ推定器（６２０）が、処理パラメータ（６２５）を前記の
    空間および時間フィルタ処理された運動信号（６６５）から推定するよう働く請
    求項１３記載の電子装置。
22. 【請求項２２】 前記処理パラメータ推定器（６２０）が質量流量推定器を
    含む請求項２１記載の電子装置。