JP2014526699A - 平均流量を決定するための振動型流量計及び方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、脈動流の平均流量を決定するための振動型流量計（5）を提供する。振動型流量計（5）は、少なくとも2つのピックオフセンサ（170L、170R）を含みかつ少なくとも2つの振動信号を発生するように構成される流量計アセンブリ（10）と、少なくとも2つの振動信号を受信して流量測定値信号を発生し、前記流量測定値信号を、各々が時間周期の略中心に置かれる単一の流量ピークを含む一連の時間周期に分割し、各時間周期の流量測定値を合計して周期和を発生し、かつ前記周期和を時間周期長さで除して周期平均流量を発生するように構成されるメータ電子機器（20）とを備え、前記メータ電子機器（20）は、一連の周期平均流量を平均流量信号として出力する。
【選択図】図２

Description

本発明は、振動型流量計及び方法に関し、より具体的には、平均流量を決定するための振動型流量計及び方法に関する。

コリオリ質量流量計及び振動式密度計等の振動式導管センサは、典型的には、流動する物質を収容して振動する導管の動きを検出することにより動作する。導管内の物質に関する、質量流量、密度などの特性は、導管に関連するモーショントランスデューサから受信される測定信号を処理することにより決定することができる。物質が充填されているシステムを振動させる振動モードは、概して、物質を収容する導管及び導管内に収容される物質の質量、剛性及び減衰特性によって複合的な影響を受ける。

典型的なコリオリ質量流量計は、管路または他の移送システム内で直列に接続されかつこのシステム内で例えば流体、スラリ、乳濁液である物質を運搬する1つまたは複数の導管を含む。各導管は、例えば単純曲げモード、捻れモード、放射モード及び結合モードを含む固有振動モードセットを有するものと見なされることがある。コリオリ質量流量測定のある典型的な用途では、導管は、導管を介する物質の流れに伴って1つまたは複数の振動モードで励振され、導管の動きが導管に沿って離隔されたポイントで測定される。励振は、典型的には、例えば、導管を周期的に摂動する、音声コイルタイプのドライバ等の電気機械的デバイスであるアクチュエータによって与えられる。質量流量は、複数のトランスデューサ位置における動きの時間遅延または位相差を測定して決定することができる。このようなトランスデューサ（またはピックオフセンサ）は、典型的には、1つまたは複数の流管の振動応答を測定するために2つ使用され、典型的には、アクチュエータの上流側及び下流側位置に位置決めされる。2つのピックオフセンサは、電子計装へ接続される。計装装置は、2つのピックオフセンサから信号を受信し、これらの信号を処理して、とりわけ質量流量測定値を導出する。したがって、コリオリ質量流量計及び密度計を含む振動型流量計は、流体を測定するために振動される1つまたは複数の流管を用いる。

流動流体の流量測定がしばしば希望される。流体の流れが安定している場合、このような流量測定は単純である。しかしながら、ポンピング流れのように、流れが脈動していれば、流量測定は脈動流の周期性を反映することがあり、流量測定値は、流れに伴って振幅、時間で変化する。
多くのタイプのポンプは、著しく周期的な流れを出力し、その結果、流れは、ポンプの周期（または運転速度）に従って脈動する。例えば、Texsteam5000シリーズの短ストローク薬液注入ポンプは、10パーセント「オン」のデューティサイクルで毎分5回という低いストローク速度を有する。

脈動流の流量測定は、瞬間流量測定ではなく平均流量測定を含むことがしばしば希望される。また、流量測定が略恒常的かつ代表的な流量測定値を含むこともしばしば希望される。また、流量測定が周期的に変わらないことが希望される場合も多い。流量計のユーザは、瞬間流量測定を望まない、または用いることができない場合もある。
脈動流の平均流量測定値を生成することにおける複雑な要素の1つは、脈動流が周期的な逆流を有し得ることである。別の複雑な要因として、ユーザの希望する平均流量測定値が、迅速な更新率を有しかつ実際の流れに著しくは、または目立っては遅れていないものであることがある。さらに、脈動間の周期が変わる場合、平均流量測定値は複雑化することがある。

脈動流の流量測定に対する先行技術による解決策の1つは、流れの減衰を用いることである。流れの減衰は、ソフトウェアフィルタリング（典型的には、一定のフィルタ係数を有する無限インパルス応答（IIR）または有限インパルス応答（FIR）フィルタを用いる）を含む。このフィルタリングは、瞬間的な流量出力を平滑化するが、包括的であって、脈動流の周期に対して非適応的である。流れの減衰は、周期的な流れのピークを減衰させる働きをする場合があり、周期性は、流れのピークを平坦化しかつ広げることによって幾分か低減される。流れの減衰は、負の流れ、または逆流という事変をなくす、または減らす働きをする場合がある。
しかしながら、このような減衰には欠点がある。その1つは、このような減衰は、著しく変わる平均流量を生み出す場合があることである。変化する平均流量は、流れの減衰が脈動流の周期に対して非適応であることから生じる場合がある。別の欠点は、減衰は、平均流量の変動を低減させ得るが、そのために平均流量測定値を、本明細書において論じる振動型流量計及び方法によって達成できる1周期より遙かに遅延させることである。

本発明の一態様において、脈動流の平均流量を決定するための振動型流量計は、
少なくとも2つのピックオフセンサを含み、かつ少なくとも2つの振動信号を発生するように構成される流量計アセンブリと、
少なくとも2つの振動信号を受信して流量測定値信号を発生し、流量測定値信号を、各々が時間周期の略中心に置かれる単一の流量ピークを含む一連の時間周期に分割し、各時間周期の流量測定値を合計して周期和を発生し、かつ周期和を時間周期長さで除して周期平均流量を発生するように構成されるメータ電子機器とを備え、前記メータ電子機器は、一連の周期平均流量を平均流量信号として出力する。

好ましくは、平均流量信号は平均質量流量信号を含む。
好ましくは、平均流量信号は平均容積流量信号を含む。
好ましくは、時間周期長さは略一定である。
好ましくは、時間周期長さは適応的である。
好ましくは、メータ電子機器は、流量測定値信号における周期性を決定するように構成される。
好ましくは、メータ電子機器は、流量測定値信号における周期性を決定するように構成され、周期性は、流量測定値信号に対して離散型フーリエ変換（DFT）を実行することにより決定される。

好ましくは、メータ電子機器は、流量測定値信号における周期性を決定するように構成され、周期性は、流量測定値信号におけるピークを走査することにより決定される。
好ましくは、メータ電子機器は、流量測定値信号における周期性を決定するように構成され、周期性は、流量測定値信号におけるピークを走査することにより決定され、走査することは、メータ電子機器が、流量測定値信号における流れアーティファクトを、所定のピーク振幅しきい値、所定のピーク幅しきい値または所定の最小ピークスペーシングしきい値のうちの1つまたはそれ以上と比較することを含む。
好ましくは、メータ電子機器は、流量測定値信号における周期性を決定するように構成され、周期性は、流量測定値信号に対してウィンドウ解析を実行することにより決定される。

本発明の一態様において、脈動流の平均流量を決定するための方法は、
振動型流量計の2つ以上のピックオフセンサから2つ以上の振動応答信号を受信して、流量測定値信号を発生する工程と、
流量測定値信号を、各々が時間周期の略中心に置かれる単一の流量ピークを含む一連の時間周期に分割する工程と、
各時間周期の流量測定値を合計して周期和を発生する工程と、
周期和を時間周期長さで除して周期平均流量を発生する工程とを含み、一連の周期平均流量は平均流量信号として出力される。

好ましくは、平均流量信号は平均質量流量信号を含む。
好ましくは、平均流量信号は平均容積流量信号を含む。
好ましくは、時間周期長さは略一定である。
好ましくは、時間周期長さは適応的である。
好ましくは、流量測定値信号を一連の時間周期に分割する工程は、流量測定値信号における周期性を決定する工程を含む。
好ましくは、流量測定値信号を一連の時間周期に分割する工程は、流量測定値信号における周期性を決定する工程を含み、周期性は、流量測定値信号に対して離散型フーリエ変換（DFT）を実行することにより決定される。
好ましくは、流量測定値信号を一連の時間周期に分割する工程は、流量測定値信号における周期性を決定する工程を含み、周期性は、流量測定値信号におけるピークを走査する工程により決定される。

好ましくは、流量測定値信号を一連の時間周期に分割する工程は、流量測定値信号における周期性を決定する工程を含み、周期性は、流量測定値信号におけるピークを走査することにより決定され、走査する工程は、流量測定値信号における流れアーティファクトを、所定のピーク振幅しきい値、所定のピーク幅しきい値または所定の最小ピークスペーシングしきい値のうちの1つまたはそれ以上と比較する工程を含む。
好ましくは、流量測定値信号を一連の時間周期に分割する工程は、流量測定値信号における周期性を決定する工程を含み、周期性は、流量測定値信号に対してウィンドウ解析を実行する工程により決定される。

全ての図面を通じて、同じ参照数字は同じ要素を表す。図面は、必ずしも縮尺通りではない。
図1は、本発明による振動型流量計を示す。 図2は、本発明の一実施形態による振動型流量計のメータ電子機器を示す。 図3Aは、本発明の一実施形態による、脈動流の代表的な処理工程を示す。 図3Bは、本発明の一実施形態による、脈動流の代表的な処理工程を示す。 図3Cは、本発明の一実施形態による、脈動流の代表的な処理工程を示す。 図4Aは、脈動流の一例を示す。 図4Bは、脈動流の一例を示す。 図4Cは、脈動流の一例を示す。 図4Dは、脈動流の一例を示す。 図4Eは、脈動流の一例を示す。 図5は、本発明の一実施形態による、脈動流の平均流量を決定するための方法を示すフローチャートである。

図1〜図5及び以下の説明は、当業者に本発明の最良の態様を利用する方法を開示するための具体例を描写するものである。発明の原理を教示する目的で、従来的な態様の中には、単純化または省略されているものがある。当業者は、本発明の範囲に含まれるこれらの例から変形例を認識するであろう。当業者は、以下に述べる特徴を様々に組み合わせれば、本発明の変形例を多く形成できることも認識するであろう。結果として、本発明は以下に述べる具体例に限定されるものではなく、請求の範囲及びその均等物によってのみ限定される。

図1は、本発明の一実施形態による振動型流量計5を示す。振動型流量計5は、流量計アセンブリ10と、メータ電子機器20とを備える。メータ電子機器20は、リード線100を介してメータアセンブリ10へ接続され、かつ通信路26を介して密度、質量流量、容積流量、質量流量合計、温度の各測定値または他の測定値または情報のうちの1つまたはそれ以上を提供するように構成される。いくつかの実施形態では、振動型流量計5はコリオリ流量計5を備えることができる。振動型流量計が、ドライバ、ピックオフセンサ、流管の数、または振動の動作モードに関わらず、如何なる方式の振動型流量計も備え得ることは、当業者には明らかであるはずである。さらに、その他に振動型流量計5が振動式密度計を備え得ることも認識されるべきである。
流量計アセンブリ10は、1対のフランジ101及び101'と、マニフォールド102及び102'と、ドライバ104と、ピックオフセンサ105及び105'と、流管103A及び103Bとを含む。ドライバ104及びピックオフセンサ105及び105'は、流管103A及び103Bへ接続される。

フランジ101及び101'は、マニフォールド102及び102'へ取り付けられる。いくつかの実施形態では、マニフォールド102及び102'は、スペーサ106の反対の両端へ取り付けることができる。スペーサ106は、管路の力が流管103A及び103Bへ伝達されないようにマニフォールド102及び102'間のスペーシングを保持する。測定される流動流体を運ぶ管路（不図示）内へ流量計アセンブリ10が挿入されると、流動流体はフランジ101から流量計アセンブリ10に入って入口マニフォールド102を通過し、ここで流動流体全量が流管103A及び103Bへ進入するように方向づけられて流管103A及び103Bを通って流れ、出口マニフォールド102'へと戻ってフランジ101'から流量計アセンブリ10を出る。
流動流体は、液体であることがある。流動流体は、ガスであることがある。流動流体は、同伴ガス及び／または同伴固体を含む液体等の多相流体であることもある。

流管103A及び103Bは、各々が略同一の質量分布、慣性モーメント及び曲げ軸W--W及び曲げ軸W'--W'を中心とする弾性モジュールを有するように選択され、かつ入口マニフォールド102及び出口マニフォールド102'へ適切に取り付けられる。流管103A及び103Bは、マニフォールド102及び102'から外側へ基本的に並列して延出する。
流管103A及び103Bは、ドライバ104により個々の曲げ軸W及びW'を中心として反対方向に駆動され、この時点を、振動型流量計5の第1の逆位相曲げモードと称する。ドライバ104は、流管103Aへ取り付けられる磁石及び流管103Bへ取り付けられる対向するコイル等の多くの周知の装置のうちの1つであってもよい。対向するコイルには交流電流が流され、両方の導管が振動される。メータ電子機器20は、リード線110を介してドライバ104へ適切な駆動信号を印加する。ドライバとしては他のデバイスも企図され、本明細書及び請求の範囲の範囲に含まれる。

メータ電子機器20は、リード線111及び111'上のセンサ信号をそれぞれ受信する。メータ電子機器20は、リード線110上に駆動信号を生成し、これにより、ドライバ104が流管103A及び103Bを振動させる。センサとしては他のデバイスも企図され、本明細書及び請求の範囲の範囲に含まれる。
メータ電子機器20は、ピックオフセンサ105及び105'から左右の速度信号を処理し、とりわけ流量を計算する。通信路26は、メータ電子機器20がオペレータと、または他の電子システムとインタフェースできるようにする入出力手段を提供する。図1は、単に、コリオリ流量計等の振動型流量計の動作の一例を描写したものであり、本発明の開示内容を限定するものではない。

一の実施形態におけるメータ電子機器20は、流管103A及び103Bを振動するように構成される。振動は、ドライバ104によって実行される。メータ電子機器20は、さらに、結果的に生じる振動信号をピックオフセンサ105及び105'から受信する。振動信号は、流管103A及び103Bの振動応答を含む。メータ電子機器20は、振動応答を処理して応答周波数及び／または位相差を決定する。メータ電子機器20は、振動応答を処理して、流動流体の質量流量及び／または密度を含む1つまたは複数の流量測定値を決定する。振動応答特性及び／または流量測定は、他にも企図され、本明細書及び請求の範囲の範囲に含まれる。
ある実施形態では、流管103A及び103Bは、図示されているような略U字形の流管である。あるいは、他の実施形態では、流管は略Y字形または直線状の流管であることもある。流量計の形状及び／または構造は、他にも使用可能であり、本明細書及び請求の範囲の範囲に含まれる。

図2は、本発明の一実施形態による振動型流量計5のメータ電子機器20を示す。メータ電子機器20は、インタフェース201と、処理システム203とを含むことが可能である。メータ電子機器20は、メータアセンブリ10から、ピックオフ／速度センサ信号等の第1及び第2のセンサ信号を受信する。メータ電子機器20は、第1及び第2のセンサ信号を処理して、メータアセンブリ10を通って流れる流動物質の流れ特性を入手する。例えば、メータ電子機器20は、センサ信号から、例えば位相差、周波数、時間差（Δt）、密度、質量流量及び／または容積流量のうちの1つまたはそれ以上を決定することができる。メータ電子機器20は、流量測定値信号223を発生することができる。メータ電子機器20は、略平均流量信号238を発生することができる。さらに、本発明に従って、他の流れ特性も決定することができる。

インタフェース201は、速度センサ170L及び170Rの一方から、図1のリード線100を介してセンサ信号を受信する。インタフェース201は、任意の方式のフォーマット、増幅、バッファリング、他等の任意の必要な、または望ましい信号処理を実行することができる。あるいは、幾つかの、または全ての信号処理を処理システム203において実行することもできる。
さらに、インタフェース201は、メータ電子機器20と外部デバイスとの間の通信を有効化することができる。インタフェース201は、任意の方式の電子的、光学的または無線式の通信を行う能力を有する。
ある実施形態におけるインタフェース201は、デジタイザ（不図示）を含み、センサ信号は、アナログセンサ信号を含む。デジタイザは、アナログ式センサ信号をサンプリングしてデジタル化し、デジタルセンサ信号を生成する。インタフェース／デジタイザは、任意の必要な縮小化(decimation)も実行することができ、デジタルセンサ信号は、必要な信号処理量を低減しかつ処理時間を短縮するために縮小される。

処理システム203は、メータ電子機器20の動作を管理し、かつ流量計アセンブリ10からの流量測定値を処理する。処理システム203は、1つまたは複数の処理ルーチンを実行し、これにより、1つまたは複数の流れ特性を生成するために流量測定値を処理する。
処理システム203は、汎用コンピュータ、マイクロプロセッサ、論理回路または他の汎用またはカスタマイズされた処理デバイスであることが可能である。処理システム203は、複数の処理デバイス間に分散されることがある。処理システム203は、格納システム204等の任意の方式の一体型または独立型電子格納媒体を含むことがある。

図示されている実施形態では、処理システム203は、流量計アセンブリ10からセンサ信号を受信し、センサ信号を少なくとも一時的に2つ以上の振動応答220として格納し、かつ2つ以上の振動応答220から様々な流量測定値を生成する。処理システム203は、これらの2つ以上の振動応答220から流量測定値信号223を発生することができる。流量測定値信号223は、瞬間的な質量流量または瞬間的な容積流量を含むことがある。処理システム203は、流量測定値信号223から平均流量信号238を発生することができる。平均流量信号238は、平均質量流量または平均容積流量を含むことがある。処理システム203は、流量測定値信号223及び平均流量信号238を格納し、表示し、ログしかつ／または送信することができる。

格納システム204は、処理システム203により実行されるルーチンを格納することができる。いくつかの実施形態では、格納システム204は、流量測定値信号223を発生するために流量ルーチン214を格納する。いくつかの実施形態では、格納システム204は、流量ピーク、流量ピーク位置及びピーク間のタイムスパン（即ち、周期）を決定するために周期性ルーチン219を格納する。いくつかの実施形態では、格納システム204は、流量測定値信号223から平均流量信号238を発生する平均化ルーチン216を格納する。
ある実施形態では、格納システム204は、振動型流量計5を作動させるために用いる変数を格納してもよく、かつメータ電子機器20により生成される値を格納してもよい。格納システム204は、流量測定値から生み出される流れ特性を格納してもよい。
格納システム204は、速度／ピックオフセンサ170L及び170Rから受信される2つ以上の振動応答220を格納してもよい。2つ以上の振動応答220は、2列またはそれ以上の時変デジタル測定値の列であってもよい。

格納システム204は、時間周期長さ227を格納してもよい。時間周期長さ227は、例えば現行の流量ピークと先行する流量ピークとの間のタイムスパン等の、連続するピーク間（または、連続する正または負のピーク同士の間）のタイムスパンであってもよい。時間周期長さ227が、2つ以上の長さ値を格納してもよく、かつ複数の長さ値を格納してもよいことは理解されるべきである。さらに、時間周期長さは、流量の変動に伴って変わり得ることも理解されるべきである。
格納システム204は、周期和231を格納してもよい。周期和231は、特定の時間周期の流量振幅値の合計であってもよい。周期和231は、2つ以上の時間周期に対応して2つ以上の和を格納し得ることは理解されるべきである。
格納システム204は、周期平均235を格納してもよい。周期平均235は、特定の時間周期の計算された平均流量値を含む。周期平均235は、2つ以上の時間周期に対応して2つ以上の平均値を格納し得ることは理解されるべきである。

格納システム204は、平均流量信号238を格納してもよい。平均流量信号238は、一連の、または一列の周期平均値を含んでもよい。一連の周期平均値は、一連の連続する時間周期または窓について生成される。一連の周期平均値は、時間順の平均流量信号238へ加算されると平均流量信号238になる。
格納システム204は、所定のピーク振幅しきい値226を格納してもよい。ピーク振幅しきい値226は、流量アーティファクトが流量ピークとして判定されるために必要な最小流量振幅であってもよい。
格納システム204は、所定のピーク幅しきい値228を格納してもよい。ピーク幅しきい値228は、流量アーティファクトを流量ピークとして判定するために必要な最小ピーク幅であってもよい。あるいは、またはさらに、ピーク幅しきい値228は、流量アーティファクトを流量ピークとして判定するために必要な最大ピーク幅であってもよい。別の代替例では、ピーク幅しきい値228は、流量アーティファクトを流量ピークとして判定するために満たさなければならないピーク幅範囲であってもよい。

格納システム204は、所定の最小ピークスペーシング233を格納してもよい。所定の最小ピークスペーシング233は、連続する、または隣接する流量ピーク間の時間的な最小スペーシングを含む。いくつかの実施形態では、現行の流量ピークが平均化のための流量ピークであると判定されるためには、先行するピークから所定の最小ピークスペーシング233だけ離隔されていなければならない。これにより、複数のピークが、図4Cのグラフ中央に示されている複数のピークのような次の流量ピークと判定されることを防止することができる。
メータ電子機器20は、流量ルーチン214の実行に際して、平均流量信号を発生するように構成される。メータ電子機器20は、流量ルーチン214の実行に際して、さらに、周期性ルーチン219及び／または平均化ルーチン216を実行してもよい。メータ電子機器20は、流量ルーチン214の実行に際して、少なくとも2つの振動信号を受信して流量測定値信号を発生し、流量測定値信号を、各々が時間周期の略中心に置かれる単一の流量ピークを含む一連の時間周期に分割し、各時間周期の流量測定値を合計して周期和を生成し、かつ周期和を時間周期長さで除して周期平均流量を生成するように構成される。最後に、メータ電子機器20は、一連の周期平均流量を平均流量信号として出力する。いくつかの実施形態では、平均流量信号は平均質量流量信号を含む。あるいは、平均流量信号は平均容積流量信号を含んでもよい。

いくつかの実施形態では、時間周期長さは固定的であっても、略一定であってもよい。あるいは、時間周期長さは適応的であってもよく、測定される流れの変化に伴って変わってもよい。
いくつかの実施形態では、メータ電子機器20は、流量測定値信号における周期性を決定するように構成されてもよい。周期性は、流量測定値信号に離散型フーリエ変換（DFT）を実行して決定されてもよい。DFTは、周波数領域スペクトルを生成するために用いることができ、流量ピークの周期性は、このスペクトルから決定することができる。
ある実施形態では、周期性は、流量測定値信号のピークを走査することによって決定されてもよい。走査は、信号の振幅、幅及びスペーシングを所定の値または範囲と比較することを含んでもよい。いくつかの実施形態では、走査は、メータ電子機器20が流量測定値信号における流れアーティファクトを所定のピーク振幅しきい値226、所定のピーク幅しきい値228または所定の最小ピークスペーシングしきい値233のうちの1つまたはそれ以上と比較することを含んでもよい。所定のこれらの値を満足する流れアーティファクトのみが、流量ピークと決定されるべきものと判定される。この方法では、図4Eに示されている低いスパイク等のより小さい流量異常は、流量ピークであると判定されない。このようなより小さい流量異常は、流量測定値信号を超短持続時間の時間周期に分割して平均化プロセスに影響を与える場合があり、処理時間及び処理負荷を上昇させる。

周期性は、流量測定値信号にウィンドウ解析を実行して決定されてもよい。ウィンドウ解析は、複数の時間窓または移動窓を用いて流量測定値信号を処理することを含む。ウィンドウ処理において、窓は周期的に次の位置へ移動され、窓の境界内に存在する信号を処理して振幅ピーク示度が生成される。次いで、窓が次の位置へ移動され、処理が繰り返される。最大の振幅またはエネルギーコンテンツの時点を決定するために、窓のコンテンツが処理されてもよい。窓は、重なっても、別々であってもよい。処理は、窓毎に最大信号振幅の示度を生成してもよく、一連の窓は、流量測定値信号における確認可能な全ての流量ピークを決定できるようにし得る情報を生成する。

図3A〜図3Cは、本発明の一実施形態による、脈動流の代表的な処理工程を示す。図3Aは、振幅が異なる流量ピーク及び離隔時間が異なる流量ピークを含む代表的な脈動流を示す。図3Aは、流量測定値信号も含む。最初の3つの流量ピークは、時間周期長さL₂分だけ離隔されている。次の4つの流量ピークは、時間周期長さL₁分だけ離隔されている。最後の2つの流量ピークは、時間周期長さL₂分だけ離隔されている。第1、第2及び第9の流量ピークは、振幅3を有する。第3のピークは、振幅4を有する。第4、第6、第7及び第8の流量ピークは、振幅2を有する。第5の流量ピークは、振幅1を有する。
図3Bは、周期性が決定されかつ信号が一連の時間周期に分割された後の、図3Aの流れを示す。各流量ピークは、その時間周期の略中心に置かれていることは留意されるべきである。第1、第2及び第8の時間周期または時間窓W₁、W₂及びW₈は、長さL₂を有する。第3、第4、第5、第6及び第7の時間周期W₃−W₇は、長さL₁を有する。

図示されている例において、時間周期W₃及びW₇が、隣の周期W₂及びW₈と連続していないことは留意されるべきである。しかしながら、これらは、所望されれば隣の周期W₂及びW₈まで広がるように構成されることも可能である。あるいは、周期同士が重なることもある。
図3Cは、流量測定値信号から導出された平均流量信号を含む。図3Bの周期W₁−W₉における流量ピークは各々、対応する周期平均で置換されている。図3Bと図3Cとの間の矢印が、図3A〜図3Bに示されているような流量測定値信号から図3Cの平均流量信号を生成する際の処理遅延を示していることは留意されるべきである。
本例における周期W₅内の流量ピークは、平均化を目的とする流量ピークを構成するには不十分な振幅を有するものと判定されている。例えば、振幅値は、ピーク振幅しきい値226と比較されて、しきい値より少ない場合がある。その結果、時間周期W₅は、図示されているように、周期平均ゼロを有する場合がある。あるいは、時間周期W₅における流量アーティファクトは、隣の周期W₄及びW₆の一方または両方に包含される（但し、周期の中心からオフセットされる）場合もある。

別の代替例では、周期性処理は、流量アーティファクトをピーク振幅しきい値226と比較して、小さいピークは周期終点を構成するに足る大きさではないと判定する場合があるが、この時点で、小さいピークは先行する周期W₄または後続の周期W₆の何れかに包含されることになる。
周期W₈の周期平均は、周期W₈における流量ピークの振幅が周期W₇の流量ピーク振幅と同じであるにも関わらず、周期W₇の周期平均より少なく示されている。これは、周期W₈の長さL₂が、周期W₇の長さL₁より大きいことに起因する。
同様に、周期W₃における周期平均は、周期W₂の周期平均より大きい。これは、周期W₂よりも周期W₃においてピーク振幅が大きく、かつ周期長さが少ないことの双方に起因する。

図4A〜図4Eは、脈動流の様々な例を示す。図4Aは、定間隔で流量測定ピークを含む脈動流の測定の一例を示す。流量ピークは、本例では略同一であって、略定期的かつ予測可能な周期的間隔で発生する。その結果、この流量測定値波形の平均流量の生成は単純なものとなる。
図4Bは、（上下の図の波形に比べて）第2の脈動が早い脈動流を含む。ピーク間のこのような周期性の変化は、流量平均値に影響を与える。平均化プロセスに依存して、このような周期外れの流量ピークは、先行技術において測定される場合、平均化が一定数の周期にわたって行われれば大きく遷移する平均流量出力値を生み出すことがある。例えば、第2の脈動は、第1の脈動と平均化されて第1の周期における人為的に押し上げられた平均値をもたらし、かつ後続の時間周期において、これに続く人為的に押し下げられた平均値をもたらす可能性もある。

図4Cは、ピークが一様でない脈動流を含む。事例によっては、ピークは部分的な窪みを含むこともあれば、複数の部分的なピークを含むこともある。これにより、脈動流の周期性の決定が複雑になる場合がある。
図4Dは、ピークが水平軸（または流れの振幅ゼロ）より下に窪む部分を含む脈動流を含む。流量測定値におけるこれらの窪みは、逆流または負の流れの瞬間を示す。この場合もやはり、負の流れによって、脈動流の周期性を決定するプロセスが複雑になることがある。さらに、負の流れにより、平均化が事実上不均一かつ粗いものになる場合がある。
図4Eは、周期的な流量ピークの間に余分なピークが発生している脈動流を含む。これは、バルブの開閉、ポンプのフィードバックまたは調整、ポンプに起因しない圧力の急上昇または降下または他の原因を含む、流量計環境に起因する場合がある。このようなスパイクの不規則性は、小さいスパイクが流量ピークであると判定されれば平均値に悪影響を与えることがあり、よって、信号の周期性にも影響が及ぶ。

図5は、本発明の一実施形態による、脈動流の平均流量を決定するための方法を示すフローチャート500である。ステップ501において、振動型流量計は、流量測定値信号を発生する。振動型流量計は、2つ以上の振動信号を用いて流量測定値信号を発生する。2つ以上の振動信号は、当該技術分野において知られているように、振動する1つまたは複数の流管上の2つ以上の離隔したピックオフセンサ位置間の位相差を決定するために処理されてもよい。位相差は、流量測定値信号を発生するために使用される。さらに、当該技術分野において知られているように、流量測定値信号の発生に際しては、他の値、定数またはデータが使用される場合もある。流量測定値信号は経時的に変化し、かつ計器を介する流動物質の流れを略瞬時に追跡する。

ステップ502において、周期性処理は流量ピークを決定し、かつ決定された流量ピーク間の時間周期を決定する。続いて、流量測定値信号は、決定された一連の時間周期に分割される（図3B参照）。時間周期は略一様であってもよいが、流れの周期性に従って変わってもよい。時間周期は、重なっても、略別々であってもよい。時間周期は、確認可能な流量ピーク間の発生順の間隔に対応する長さの周期を含んでもよい。流量ピークは、正のピークまたは負のピークを含むことが可能である。信号の周期性及び流量ピーク間のタイムスパンを決定し、かつ流量ピーク周期に従って流量測定値信号を平均することにより、生成される周期平均値は、脈動流をより詳細に描写する。さらに、生成される周期平均値は、長さが変わる流量ピーク周期に関して計算される平均値を含んでもよい。
時間周期は、好ましくは、時間周期当たり唯一の流量ピークを含む、または流量ピーク群を含むように構成される。あるいは、時間周期は、所定の大きさしきい値より大きい唯一の流量ピークまたは流量ピーク群を含むように構成されてもよい。

時間周期は、好ましくは、特定の流量ピークまたは流量ピーク群付近を略中心にするように構成される。各流量ピークを対応する時間周期の中心にすることにより、生成される周期平均値は、脈動流をより詳細に描写する。
周期性プロセスは、流れアーティファクトが所定のピーク振幅しきい値226を満たすことを必要とする場合がある。ある流量ピークは、この流量ピークが平均化のためのピークを含むかどうかを決定するために、所定のピーク振幅しきい値226と比較されてもよい。所定のピーク振幅しきい値226を超える流量ピークは、決定された流量ピークを含むものと判定されてもよい。判定は、所定のピーク振幅しきい値226に関する判定のみを含む場合もあれば、後に論じるように、ピーク幅及びピークスペーシングを含む流れアーティファクトの他の態様の判定と組み合わされる場合もある。

周期性処理は、流れアーティファクトが所定のピーク幅しきい値228を満たすことを必要とする場合がある。所定のピーク幅しきい値228は、最小ピーク幅を含んでもよい。所定のピーク幅しきい値228は、最大ピーク幅を含む場合もある。さらに、所定のピーク幅しきい値228はピーク幅範囲を含んでもよく、流れアーティファクトは、例えば流れアーティファクトがピーク幅範囲を満たす場合に限って、決定された流量ピークであるものと判定される。
周期性処理は、流れアーティファクトが所定の最小ピークスペーシング233を満たすことを必要とする場合がある。予め決められる最小ピークスペーシング233は、連続する、または隣接する流量ピーク間の時間的な最小スペーシングを含む。周期性処理は、現行の流量ピークが平均化のための流量ピークであると判定されるためには、先行するピークから所定の最小ピークスペーシング233だけ離隔されることを必要とする場合がある。これにより、図4Cのグラフ中央に示されている複数のピーク等の複数のピークが次の流量ピークと判定されることを防止することができる。
周期特性としては他にも企図され、本明細書及び請求の範囲の範囲に含まれる。同様に、他の信号ピーク特性も企図され、本明細書及び請求の範囲の範囲に含まれる。

周期性は、先に論じたように、離散型フーリエ変換（DFT）を用いることによって決定されてもよい。周期性は、先に論じたように、ピークを走査することによって決定されてもよい。周期性は、先に論じたように、ウィンドウ解析によって決定されてもよい。
ステップ503では、時間周期毎の流量測定値が合計され、特定の時間周期の周期和が生成される。流量測定値は、任意の適切な方式で合計されてもよい。例えば、流量測定値がデジタル信号を含む場合、合計することは、特定の窓について一連の振幅値または時間関連のバイナリ値を合計することである可能性がある。

ステップ504では、各周期和が、対応する時間周期長さで分割される。分割によって、その時間周期の周期平均流量が生成される。こうして生成される周期平均流量は各々、実際の流れから遅れる。しかしながら、いくつかの実施形態では、各周期平均流量の実際の流れからの遅れは、効果的には僅か約1つの時間周期であってもよい。結果的に、所望されれば、時間周期長さを減らすことにより、平均流量信号の実際の流量に対する同期性を変更することができる。しかしながら、時間周期長さは、確認可能な流量ピーク間のスペーシングを追跡するように適応的に変更される場合、流量ピークの周波数／スペーシングが増大し／流量ピークのスペーシングが低減すれば、時間周期長さは自動的に低減する。その結果、平均流量信号の相対的な粗さまたは精細さは、脈動流の変化に適応して変わる。
ステップ505では、平均流量信号が出力される。平均流量信号は、一連の周期平均流量を含む。一連の周期平均流量は流動流体の平均流量を含み、平均流量は、流量の変化と略同期する。

本発明による振動型流量計及び方法は、所望されれば、幾つかの優位点を提供するために任意の実施形態に従って用いることができる。任意の実施形態による振動型流量計及び方法は、脈動流をより良く処理する場合がある。任意の実施形態による振動型流量計及び方法は、より精密かつ高信頼性の平均流量を発生する場合がある。任意の実施形態による振動型流量計及び方法は、高速で更新する平均流量を発生する場合がある。任意の実施形態による振動型流量計及び方法は、瞬間流量からの遅れが最小限である平均流量を発生する場合がある。
上述の実施形態に関する詳細な説明は、本発明者らにより発明の範囲に包含されることが企図される全ての実施形態を網羅的に説明したものではない。実際に、当業者には、上述の実施形態の所定の構成要素を様々に組み合わせる、または排除することによりさらなる実施形態が生み出され得ること、かつこのようなさらなる実施形態も本発明の範囲及び教示内容に含まれることが認識されるであろう。また、当業者には、上述の実施形態の全体または一部を組み合わせれば、本発明の範囲及び教示内容に含まれる追加的な実施形態が生み出され得ることも明らかとなるであろう。したがって、本発明の範囲は、添付の請求の範囲から決定されるべきものである。

Claims (20)

1. 脈動流の平均流量を決定するための振動型流量計（5）であって、
   少なくとも2つのピックオフセンサ（170L、170R）を含み、かつ少なくとも2つの振動信号を発生するように構成される流量計アセンブリ（10）と、
   前記少なくとも2つの振動信号を受信して流量測定値信号を発生し、前記流量測定値信号を、各々が時間周期の略中心に置かれる単一の流量ピークを含む一連の時間周期に分割し、各時間周期の流量測定値を合計して周期和を発生し、かつ前記周期和を時間周期長さで除して周期平均流量を発生するように構成されるメータ電子機器（20）とを備え、前記メータ電子機器（20）は、一連の周期平均流量を平均流量信号として出力する振動型流量計（5）。
2. 前記平均流量信号は平均質量流量信号を含む、請求項1に記載の振動型流量計（5）。
3. 前記平均流量信号は平均容積流量信号を含む、請求項1に記載の振動型流量計（5）。
4. 前記時間周期長さは略一定である、請求項1に記載の振動型流量計（5）。
5. 前記時間周期長さは適応的である、請求項1に記載の振動型流量計（5）。
6. 前記メータ電子機器（20）は、前記流量測定値信号における周期性を決定するように構成される、請求項1に記載の振動型流量計（5）。
7. 前記メータ電子機器（20）は、前記流量測定値信号における周期性を決定するように構成され、前記周期性は、前記流量測定値信号に対して離散型フーリエ変換（DFT）を実行することにより決定される、請求項1に記載の振動型流量計（5）。
8. 前記メータ電子機器（20）は、前記流量測定値信号における周期性を決定するように構成され、前記周期性は、前記流量測定値信号におけるピークを走査することにより決定される、請求項1に記載の振動型流量計（5）。
9. 前記メータ電子機器（20）は、前記流量測定値信号における周期性を決定するように構成され、前記周期性は、前記流量測定値信号におけるピークを走査することにより決定され、前記走査することは、前記メータ電子機器（20）が、前記流量測定値信号における流れアーティファクトを、所定のピーク振幅しきい値（226）、所定のピーク幅しきい値（228）または所定の最小ピークスペーシングしきい値（233）のうちの1つまたはそれ以上と比較することを含む、請求項1に記載の振動型流量計（5）。
10. 前記メータ電子機器（20）は、前記流量測定値信号における周期性を決定するように構成され、前記周期性は、前記流量測定値信号に対してウィンドウ解析を実行することにより決定される、請求項1に記載の振動型流量計（5）。
11. 脈動流の平均流量を決定するための方法であって、
    振動型流量計の2つ以上のピックオフセンサから2つ以上の振動応答信号を受信して、流量測定値信号を発生する工程と、
    前記流量測定値信号を、各々が時間周期の略中心に置かれる単一の流量ピークを含む一連の時間周期に分割する工程と、
    各時間周期の流量測定値を合計して周期和を発生する工程と、
    前記周期和を時間周期長さで除して周期平均流量を発生する工程を含み、一連の周期平均流量は平均流量信号として出力される方法。
12. 前記平均流量信号は平均質量流量信号を含む、請求項11に記載の方法。
13. 前記平均流量信号は平均容積流量信号を含む、請求項11に記載の方法。
14. 前記時間周期長さは略一定である、請求項11に記載の方法。
15. 前記時間周期長さは適応的である、請求項11に記載の方法。
16. 前記流量測定値信号を一連の時間周期に分割する工程は、前記流量測定値信号における周期性を決定する工程を含む、請求項11に記載の方法。
17. 前記流量測定値信号を一連の時間周期に分割する工程は、前記流量測定値信号における周期性を決定する工程を含み、前記周期性は、前記流量測定値信号に対して離散型フーリエ変換（DFT）を実行することにより決定される、請求項11に記載の方法。
18. 前記流量測定値信号を一連の時間周期に分割する工程は、前記流量測定値信号における周期性を決定する工程を含み、前記周期性は、前記流量測定値信号におけるピークを走査することにより決定される、請求項11に記載の方法。
19. 前記流量測定値信号を一連の時間周期に分割する工程は、前記流量測定値信号における周期性を決定する工程を含み、前記周期性は、前記流量測定値信号におけるピークを走査することにより決定され、前記走査することは、前記流量測定値信号における流れアーティファクトを、所定のピーク振幅しきい値、所定のピーク幅しきい値または所定の最小ピークスペーシングしきい値のうちの1つまたはそれ以上と比較することを含む、請求項11に記載の方法。
20. 前記流量測定値信号を一連の時間周期に分割する工程は、前記流量測定値信号における周期性を決定する工程を含み、前記周期性は、前記流量測定値信号に対してウィンドウ解析を実行することにより決定される、請求項11に記載の方法。

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