JP2015038498A

JP2015038498A - アナログからデジタルへの変換ステージおよび２つ以上のアナログ信号をデジタル化するための位相同期方法

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Publication number: JP2015038498A
Application number: JP2014204531A
Authority: JP
Inventors: ポールジェイ．ヘイズ，; J Hays Paul; クレイグビー．マカナリー，; B Mcanally Craig
Original assignee: Micro Motion Inc
Current assignee: Micro Motion Inc
Priority date: 2014-10-03
Filing date: 2014-10-03
Publication date: 2015-02-26
Anticipated expiration: 2030-08-27
Also published as: JP5860942B2

Abstract

【課題】２つ以上のアナログデジタル変換器間の位相ドリフトの影響を補償する処理デバイスを備えたＡＤＣステージを提供する。【解決手段】アナログからデジタルへの変換ステージ３００は、２つ以上のアナログ信号を受け取り第一のアナログ信号から第一のデジタル信号を生成するとともに、少なくとも第二のアナログ信号から第二のデジタル信号を生成し、２つ以上のデジタル信号を作成し、これらの２つ以上のアナログ信号から１つ以上の冗長デジタル信号を生成する３つ以上のＡＤＣ３０３、３０５、３０７を備えている。１つ以上の冗長デジタル信号は２つ以上のデジタル信号と実質的に並列に生成される。処理デバイス３３０は１つ以上の冗長デジタル信号のうちの１つの冗長デジタル信号と２つ以上のデジタル信号のうちの対応するデジタル信号との間の位相差から位相ドリフト値を生成し、１つ以上の位相ドリフト値を用いて対応するデジタル信号を補償する。【選択図】図３

Description

本発明は、アナログからデジタルへの変換器（ＡＤＣ）に関するものであり、とくに多重ＡＤＣ間の位相の同期に関するものである。

コリオリ質量流量計および振動式デンシトメータの如き振動式導管センサーは、流動物質を収容している振動する導管の運動を検出するよう動作するのが一般的である。質量流量、密度などの如き導管内の物質に関する物性については、導管に接続されている運動トランスデューサから受け取る測定信号を処理することにより求めることができる。物質を充填した振動システムの振動モードは、収容している導管およびその導管に収容されている物質の質量、剛性およびダンピング特性に一般的に影響される。

典型的なコリオリ質量流量計は、配管または他の移送システムにインラインで接続されているとともに、システム内のたとえば流体、スラリー、エマルジョンなどの物質を移送する一または複数の導管を有している。各導管は、たとえば単純曲げモード、ねじれモード、ラジアルモードおよび結合モード含む一組の固有振動モードを有しているものとして考えることができる。コリオリ質量流量測定の典型的な用途では、物質が導管を流れている際に、導管が一または複数の振動モードで励振されて当該導管の運動が導管の複数の部位で間隔おいて測定される。励振は、通常、導管を周期的に摂動するボイスコイルタイプのドライバの如き電気機械デバイスのようなアクチュエータによって加えられる。複数のトランスデューサ位置における振動と振動との間の測定時間遅れまたは位相差を測定することによって質量流量を求めることが可能である。

このような２つのトランスデューサ（すなわち、ピックオフセンサー）は、１つ以上のフロー導管の応答振動を測定するために通常用いられ、また、アクチュエータの上流側または下流側の位置に通常設けられている。２つのピックオフセンサーは電子計装装置に接続されている。この電子計装装置は、たとえば、２つのピックオフセンサーから信号を受け取り、これらの信号を処理して質量流量測定値などを算出する。

これらのピックオフ信号は、通常、ピックオフセンサーコイルによって検出されるような振動によって生成される時間変動アナログ信号である。これらのアナログピックオフ信号は、次に、デジタル信号に変換されて処理される。

図１には、従来のコリオリ流量計用のアナログからデジタルへの変換器（ＡＤＣ）の構成が示されている。左側ピックオフ（ＬＰＯ）によって生成される左側ピックオフ信号は第一のＡＤＣの中に送られ、また右側ピックオフ（ＲＰＯ）センサーによって生成される右側ピックオフ信号は第二のＡＤＣの中に送られる。各ＡＤＣは、それに対応するアナログ信号をデジタル化し、そのデジタル化されたピックオフ信号をプロセッサまたは他の回路に向けて出力し、さらなる処理を可能とする。たとえば、さらなる処理には、コリオリ効果に起因するピックオフセンサー信号とピックオフセンサー信号との間の位相差を求めることが含まれうる。位相差を用いてメータを流れる質量流量を求めることができる。

２つのＡＤＣにより導入されるいかなる位相差であってもプロセッサにより感知されて質量流量の測定結果に対して悪い影響を与えることは明白である。ＡＤＣの位相ドリフト性能はその設計によって決まるものである。ＡＤＣの位相ドリフトは、入力信号振幅の変化、電源電圧の変化、ＥＭＣ効果、温度変化、入力周波数の変化、ノイズ内容、高調波成
分または他の理由によって影響されうる。

市販されかつ容易に利用可能なものは符号化と複合化とを組み合わせたものである符号複合器（コーデック）と呼ばれる機器である。符号複合器は、同じシリコンダイ上に２つのＡＤＣとデジタルからアナログへの変換器（ＤＡＣ）とを有しており、これらの構成部品は、可聴周波数範囲で（すなわち、最大約２０，０００Ｈｚまでの周波数で）動作するように設計されているのが一般的である。異なる製造業者が異なる製造プロセスを有しているため位相性能が非常に違ったものになるため、位相差が重要なものとなる２チャンネル型のアナログからデジタルへの変換に適切な符号複合器を見つけるのは困難なことである。それに加えて、符号複合器は、小さな位相差を許容することが可能な音響機器類で動作するように設計されているものである。したがって、市販の符号複合器はコリオリ流量計に用いることができるような位相仕様にはなっていない。さらに、位相ドリフトについての指定がなされていないため、製造業者はどの時点においてでも位相ドリフト性能を変更することができる。このことは、位相ドリフト性能をチェックし続けなければならない立場にユーザが置かれることになる。

本発明の１つの態様では、２つ以上のアナログ信号をデジタル化するためのアナログからデジタルへの変換（ＡＤＣ）ステージは、２つ以上のアナログ信号を受け取り、２つ以上のアナログ信号のうちの第一のアナログ信号から第一のデジタル信号を生成するとともに２つ以上のアナログ信号のうちの少なくとも第二のアナログ信号から少なくとも第二のデジタル信号を生成して２つ以上のデジタル信号を作成し、２つ以上のアナログ信号から１つ以上の冗長デジタル信号を生成するように構成されている３つ以上のＡＤＣであって、１つ以上の冗長デジタル信号が２つ以上のデジタル信号と実質的に並列に生成される３つ以上のＡＤＣと、３つ以上のＡＤＣと結合されている処理デバイスであって、当該処理デバイスが、１つ以上の冗長デジタル信号のうちの１つの冗長デジタル信号と２つ以上のデジタル信号のうちの対応するデジタル信号との間の位相差から位相ドリフト値を生成し、１つ以上の位相ドリフト値を用いて前述の対応するデジタル信号を補償するように構成されている処理デバイスとを備えている。

好ましくは、位相ドリフト値は、２つ以上のデジタル信号と実質的に同時に生成される。

好ましくは、２つ以上の位相ドリフト値は、２つ以上のデジタル信号と実質的に同時に生成される。

好ましくは、２つ以上のアナログ信号は、振動式フローメータによって生成される左側アナログピックオフ信号および右側アナログピックオフ信号である。

好ましくは、２つ以上のアナログ信号は、振動式フローメータによって生成される左側アナログピックオフ信号および右側アナログピックオフ信号であり、処理システムは、２つ以上のデジタル信号および位相ドリフト値を用いて流動物質の１つ以上の流動特性を求めるように構成されている。

好ましくは、２つ以上のアナログ信号は、コリオリ質量流量計によって生成される左側アナログピックオフ信号および右側アナログピックオフ信号であり、処理システムは、２つ以上のデジタル信号および位相ドリフト値を用いて流動物質の１つ以上の流動特性を求めるように構成されている。

好ましくは、１つ以上の冗長デジタル信号は、２つ以上のアナログ信号のうちの予め定められた固定アナログ信号から生成される。

好ましくは、１つ以上の冗長デジタル信号は、２つ以上のアナログ信号の中から循環的に生成される。

好ましくは、２つ以上のアナログ信号は、振動式フローメータによって生成される左側アナログピックオフ信号および右側アナログピックオフ信号であり、１つ以上の冗長デジタル信号を生成することと、位相ドリフト値を生成することと、及び対応するデジタル信号を補償することとは、左側アナログピックオフ信号から冗長デジタル左側ピックオフ信号を生成することと、右側アナログピックオフ信号から冗長デジタル右側ピックオフ信号を生成することと、デジタル左側ピックオフ信号と冗長デジタル左側ピックオフ信号との間の左側位相差から左側位相ドリフト値を生成することと、デジタル右側ピックオフ信号と冗長デジタル右側ピックオフ信号との間の右側位相差から右側位相ドリフト値を生成することと、左側位相ドリフト値を用いて左側デジタル信号を補償することと、右側位相ドリフト値を用いて右側デジタル信号を補償することと、を含む。

好ましくは、２つ以上のアナログ信号は、振動式フローメータによって生成される左側アナログピックオフ信号および右側アナログピックオフ信号であり、１つ以上の冗長デジタル信号を生成することと、位相ドリフト値を生成することと、及び対応するデジタル信号を補償することとは、左側アナログピックオフ信号から冗長デジタル左側ピックオフ信号を生成することと、デジタル左側ピックオフ信号と冗長デジタル左側ピックオフ信号との間の左側位相差から左側位相ドリフト値を生成することと、左側位相ドリフト値を用いて左側デジタル信号を補償することと、２回目に、右側アナログピックオフ信号から冗長デジタル右側ピックオフ信号を生成することと、２回目に、デジタル右側ピックオフ信号と冗長デジタル右側ピックオフ信号との間の右側位相差から右側位相ドリフト値を生成することと、２回目に、右側位相ドリフト値を用いて右側デジタル信号を補償することとを含む。

本発明の１つの態様では、２つ以上のアナログ信号をデジタル化するための位相同期方法は、２つ以上のアナログ信号のうちの第一のアナログ信号から第一のデジタル信号を生成し、２つ以上のアナログ信号のうちの少なくとも第二のアナログ信号から少なくとも第二のデジタル信号を生成することと、２つ以上のデジタル信号と実質的に並列に２つ以上のアナログ信号から１つ以上の冗長デジタル信号を生成することと、１つ以上の冗長デジタル信号のうちの１つの冗長デジタル信号と２つ以上のデジタル信号のうちの対応するデジタル信号との間の位相差から位相ドリフト値を生成することと、位相ドリフト値を用いて前述の対応するデジタル信号を補償することと、を含む。

好ましくは、位相ドリフト値は２つ以上のデジタル信号と実質的に同時に生成される。

好ましくは、２つ以上の位相ドリフト値は２つ以上のデジタル信号と実質的に同時に生成される。

好ましくは、１つ以上の冗長デジタル信号は、２つ以上のアナログ信号のうちの予め定められた固定アナログ信号から生成されている。

好ましくは、２つ以上のアナログ信号は、振動式フローメータによって生成される左側アナログピックオフ信号および右側アナログピックオフ信号であり、１つ以上の冗長デジタル信号を生成することと、位相ドリフト値を生成することと、及び対応するデジタル信号を補償することとは、左側アナログピックオフ信号から冗長デジタル左側ピックオフ信号を生成することと、デジタル左側ピックオフ信号と冗長デジタル左側ピックオフ信号との間の左側位相差から左側位相ドリフト値を生成することと、左側位相ドリフト値を用いて左側デジタル信号を補償することと、２回目に、右側アナログピックオフ信号から冗長デジタル右側ピックオフ信号を生成することと、２回目に、デジタル右側ピックオフ信号と冗長デジタル右側ピックオフ信号との間の右側位相差から右側位相ドリフト値を生成することと、２回目に、右側位相ドリフト値を用いて右側デジタル信号を補償することと、を含む。

コリオリ流量計用の従来型のアナログからデジタルへの変換器（ＡＤＣ）の構成を示す図である。メータ組立体およびメータ電子機器を有するコリオリ流量計を示す図である。本発明のある実施形態にかかるアナログからデジタルへの変換器（ＡＤＣ）ステージを示す図である。本発明にかかる２つ以上のアナログ信号をデジタル化するための位相同期方法を示すフローチャートである。第一の変換構成がスイッチによってセットされるようになっているＡＤＣ変換ステージを示す図である。図５に記載の状態からスイッチが変更されて他の変換構成がセットされているＡＤＣ変換ステージを示す。本発明の他の実施形態にかかるＡＤＣステージを示す図である。２つのアナログ入力部に代えて３つのアナログ入力部を備えている図７実施形態を示す図である。本発明の他の実施形態にかかるＡＤＣステージを示す図である。４つの離散時刻にわたって循環的に動作する図９のＡＤＣステージを示す図である。

図１〜図１０および下記の記載には、本発明を最良のモードで実施および利用する方法を当業者に教示するための具体的な実施形態が示されている。本発明の原理を教示するために、従来技術の一部が単純化または省略されている場合もある。当業者にとって明らかなように、これらの実施形態の変形例もまた本発明の技術範囲内に含まれる。また、当業者にとって明らかなように、以下の記載の構成要素をさまざまな方法で組み合わせて本発明の複数の変形例を形成することもできる。したがって、本発明は、以下の記載の特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲およびその均等物によってのみ限定されるものである。

図２には、メータ組立体１０およびメータ電子機器２０を備えているコリオリ流量計５が示されている。メータ組立体１０は、プロセス物質の質量流量および密度に応答するようになっている。メータ電子機器２０は、リード線１００を介してメータ組立体１００と接続されて、経路２６を介して密度、質量流量、温度に関する情報および他の情報を提供する。コリオリ流量計の構成を説明する。ただし、当業者にとって明らかなように、本発明を振動管式デンシトメータとして実施してもよい。

メータ組立体１０は、１対のマニホルド１５０および１５０’と、フランジネック１１０および１１０’を有するフランジ１０３および１０３’と、１対の平行なフローチューブ１３０および１３０’と、ドライブ機構１８０と、温度センサー１９０と、１対の速度（ピックオフ）センサー１７０Ｌおよび１７０Ｒとを有している。フローチューブ１３０および１３０’は、フローチューブマウント用ブロック１２０および１２０’において互いの方向に向かって近づいていく２つの実質的に真っ直ぐな流入口脚部１３１および１３１’と流出口脚部１３４および１３４’とを有している。フローチューブ１３０および１３０’は、それらの長さ方向に沿った位置にある２つの対称な部位で曲がっており、かつ、それらの長さ方向に沿って実質的に平行になっている。ブレースバー１４０および１４０’は、軸線ＷおよびＷ’を規定する働きを有しており、各フローチューブがそれを中心として振動するようになっている。

フローチューブ１３０および１３０’の側脚部１３１、１３１’、１３４、１３４’はフローチューブマウント用ブロック１２０および１２０’に固定され、次いで、これらのブロックはマニホルド１５０および１５０’に固定されている。このことにより、コリオリメータ組立体１０を通る連続した、かつ閉じた物質流路が形成されることになる。

測定するプロセス材料を移送するプロセス配管（図示せず）と孔１０２および１０２’を有するフランジ１０３および１０３’を流入口端部１０４および流出口端部１０４’を介して接続すると、物質は、フローメータの端部１０４の中に流入し、フランジ１０３内のオリフィス１０１を通り、マニホルド１５０を通り、表面１２１を有するフローチューブマウント用ブロック１２０へと導かれる。マニホルド１５０内では、物質は、分流し、フローチューブ１３０および１３０’を通って流れる。フローチューブ１３０および１３０’から流出する際、プロセス物質は、マニホルド１５０’内で合流して一つのストリームとなり、その後、流出口端部１０４’へと導かれる。この流出口端部１０４’は、フランジ１０３’によってプロセス配管と接続されている。

フロー導管１３０、１３０’は、曲げ軸Ｗ−ＷおよびＷ’−Ｗ’に対して実質的に同一
の質量分布、慣性モーメントおよびヤング率を有するように、選択され、かつ、フローチューブマウント用ブロック１２０および１２０’に適切にマウントされる。これらの曲げ軸は、ブレースバー１４０および１４０’を通り抜けるようになっている。フローチューブのヤング率が温度とともに変化し、この変化が流量および密度の計算に影響を与えるので、連続的にフローチューブの温度を測定すべく、測温抵抗体（ＲＴＤ）１９０がフローチューブ１３０’にマウントされてフローチューブの温度が連続的に測定される。フローチューブの温度、すなわちある与えられた電流値におけるＲＴＤの両端の電圧は、フローチューブを流れる物質の温度によって決まる。ＲＴＤの両端に現れる温度依存性電圧は、フローチューブ温度の変化に起因するフローチューブ１３０および１３０’の弾性率の変化を補償するためにメータ電子機器２０により周知の方法で用いられる。ＲＴＤはリード線１９５によってメータ電子機器２０に接続されている。

フローチューブ１３０および１３０’は、それぞれ対応する曲げ軸ＷおよびＷ’に対してかつフローメータ５の第一の逆位相曲げモードと呼ばれるモードで、互に反対方向にドライバ１８０により振動させられるようになっている。このドライブ機構１８０は、マグネットがフローチューブ１３０’にマウントされ反対側のコイルがフローチューブ１３０にマウントさているような複数の周知の構成のうちのいずれか一つの構成を有することができ、また、ドライブ機構には交流電流を流してこれらのフローチューブを振動させるようになっている。メータ電子機器２０により適切なドライブ信号がリード１１０を通じてドライバ１０４へ加えられる。

メータ電子機器２０はＲＴＤ温度信号をリード線１９５を通じて受け取り、左側速度信号および右側速度信号がそれぞれリード線１６５Ｌおよびリード線１６５Ｒに現れる。メータ電子機器２０は、リード線１８５を通じてドライブ要素１８０に向けてドライブ信号を発生し、チューブ１３０および１３０’を振動させる。メータ電子機器２０は、左側速度信号および右側速度信号ならびにＲＴＤ信号を処理して、たとえばメータ組立体１０を流れる物質の質量流量および／または密度を計算する。メータ電子機器２０は、この情報を、他の情報とともに、パス２６を通じて送る。

図３には、本発明のある実施形態にかかるアナログからデジタルへの変換（ＡＤＣ）ステージ３００が示されている。実施形態によっては、ＡＤＣステージ３００がメータ電子機器２０の１つのコンポーネントである場合もある。たとえば、ＡＤＣステージ３００は、多重アナログピックオフセンサー信号の如き多重アナログ入力を受け取ることができる。

図示されている実施形態のＡＤＣステージ３００は、アナログからデジタルへの第一の変換器（ＡＤＣ）３０３と、第二のＡＤＣ３０５と、第三のＡＤＣ３０７とを有している。これら３つのＡＤＣ３０３、３０５および３０７は、１つの処理デバイス３３０と結合されている。処理デバイス３３０は、デジタル信号とデジタル信号との間の位相差を検出し、それらの間の位相ドリフト（または位相差）の値を生成することができるデバイスであってもよい。処理デバイス３３０は、メータ電子機器２０内の別個のコンポーネントであってもよいし、または他のプロセッサもしくはデバイスの一部であってもよい。処理デバイス３３０は、信号と信号との間の位相差を求めることができるいかなるデバイスまたはサブデバイスであってもよい。

図示されている実施形態では、３つのＡＤＣ３０３、３０５および３０７は、左側ピックオフ（ＬＰＯ）センサー１７０Ｌおよび右側ピックオフ（ＲＰＯ）センサー１７０Ｒとスイッチ３２１および３２２を介して結合されている。これらのスイッチ３２１および３２２は、ＬＰＯ１７０ＬおよびＲＰＯ１７０Ｒを３つのＡＤＣ３０３、３０５および３０７に接続するように機能する。

３つ以上のＡＤＣ３０３、３０５、３０７は、２つ以上のアナログ信号を受け取り、２つ以上のアナログ信号のうちの第一のアナログ信号からの第一のデジタル信号を生成するとともに２つ以上のアナログ信号のうちの少なくとも第二のアナログ信号から少なくとも第二のデジタル信号を生成して２つ以上のデジタル信号を作成し、２つ以上のアナログ信号から１つ以上の冗長デジタル信号を生成するように構成されている。１つ以上の冗長デジタル信号は、２つ以上のデジタル信号と実質的に並列に生成される。処理デバイス３３０は、１つ以上の冗長デジタル信号のうちの１つの冗長デジタル信号と２つ以上のデジタル信号のうちの対応するデジタル信号との間の位相差から位相ドリフト値を生成するように構成されている。処理デバイス３３０は、１つ以上の位相ドリフト値を用いて前述の対応するデジタル信号を補償するように構成される。

実施形態によっては、１つ以上の冗長デジタル信号は、２つ以上のアナログ信号のうちの予め定められた固定アナログ信号から生成されるようになっている場合もある（図７〜図８およびそれに対応する説明を参照）。したがって、位相ドリフト値は、２つ以上のデジタル信号と実質的に同時に生成されることになる。あるいは、１つ以上の冗長デジタ
ル信号は、２つ以上のアナログ信号の中から循環的に生成されるようになっていてもよい（図１０およびそれに対応する説明を参照）。この実施形態では、２つ以上の位相ドリフト値は、２つ以上のデジタル信号と実質的に同時に生成されるようになっていてもよい。

また実施形態によっては、２つ以上のアナログ信号は、振動式フローメータ５によって生成される左側アナログピックオフ信号および右側アナログピックオフ信号である場合もある。処理システム３３０では、流動物質の１つ以上の流動特性を求めるために前述の２つ以上のデジタル信号および位相ドリフト値が用いられる。実施形態によっては、振動式フローメータ５がコリオリ質量流量計５である場合もある。コリオリ質量流量計５は、２つ以上のデジタル信号から質量流量測定値を生成する。２つ以上のデジタル信号は２つ以上のピックオフセンサーから受け取られるようになっている。

図４は、本発明に従って、２つ以上のアナログ信号をデジタル化するための位相同期方法を示すフローチャート４００である。ステップ４０１では、第一のデジタル信号が２つ以上のアナログ信号のうちの第一のアナログ信号から生成される。

ステップ４０２では、少なくとも１つの第二のデジタル信号が、２つ以上のアナログ信号のうちの少なくとも第二のアナログ信号から生成される。したがって、２つ以上のデジタル信号が作成されることになる。重要な点は、アナログ入力の数に応じて２つを超えるアナログ信号をデジタル化することができるという点である。

ステップ４０３では、２つ以上のアナログ信号から１つ以上の冗長デジタル信号が生成される。冗長デジタル信号の数は、利用可能なＡＤＣの数によって異なりうる。さらに、冗長デジタル信号の数は設計事項でありうる。１つ以上の冗長デジタル信号は、２つ以上のデジタル信号と実質的に並列に生成され、１つ以上の冗長デジタル信号は、２つ以上のデジタル信号のうちの１つ以上と比較されうる。

ステップ４０４では、位相ドリフト値が生成される。位相ドリフト値は、１つ以上の冗長デジタル信号のうちの１つの冗長デジタル信号と２つ以上のデジタル信号のうちの対応するデジタル信号との間の位相差から生成することができる。位相ドリフト値は、個々のＡＤＣの位相ドリフトを定量化したものである。位相ドリフト値は、２つのＡＤＣデバイスの間の位相ドリフトを定量化したものである。次に、位相ドリフト値は、位相同期のために用いることができる。位相ドリフト値は、適切なＡＤＣの出力に加えることができる。

ステップ４０５では、対応するデジタル信号（すなわち、冗長デジタル信号と比較されているデジタル信号）は位相ドリフト値を用いて補償される。当該補償には、デジタル信号の後の使用または処理の際に位相ドリフト値を用いることが含まれうる。

実施形態によっては、かかる方法は、同期方法において用いられる多重かつ実質的に並列な冗長信号を提供する場合もある。このような実施形態では、かかる方法は、左側アナログピックオフ信号から冗長デジタル左側ピックオフ信号を生成し、右側アナログピックオフ信号から冗長デジタル右側ピックオフ信号を生成し、デジタル左側ピックオフ信号と冗長デジタル左側ピックオフ信号との間の左側位相差から左側位相ドリフト値を生成し、デジタル右側ピックオフ信号と冗長デジタル右側ピックオフ信号の間の右側位相差から右側位相ドリフト値を生成し、左側位相ドリフト値を用いて左側デジタル信号を補償し、右側位相ドリフト値を用いて右側デジタル信号を補償することができる。

また、実施形態によっては、かかる方法は、同期方法において用いられる連続した冗長信号を提供する場合もある。このような実施形態では、かかる方法は、左側アナログピックオフ信号から冗長デジタル左側ピックオフ信号を生成し、デジタル左側ピックオフ信号と冗長デジタル左側ピックオフ信号との間の左側位相差から左側位相ドリフト値を生成し、左側位相ドリフト値を用いて左側デジタル信号を補償し、２回目に、右側アナログピックオフ信号から冗長デジタル右側ピックオフ信号を生成し、２回目に、デジタル右側ピックオフ信号と冗長デジタル右側ピックオフ信号との間の右側位相差から右側位相ドリフト値を生成し、２回目に、右側位相ドリフト値を用いて右側デジタル信号を補償することができる。

図５には、第一の変換構成がスイッチ３２１および３２２によってセットされているＡＤＣ変換ステージ３００が示されている。したがって、第一のＡＤＣ３０３はアナログ左側ピックオフ信号Ａ_Ｌを受け取ってデジタル左側ピックオフ信号Ｄ_Ｌを生成し、第三のＡＤＣ３０７はアナログ左側ピックオフ信号Ａ_Ｌを受け取って冗長デジタル左側ピックオフ信号Ｄ_Ｌ’を生成する。第二のＡＤＣ３０５はアナログ右側ピックオフ信号Ａ_Ｒを受け取ってデジタル右側ピックオフ信号Ｄ_Ｒを生成する。次いで、第一のＡＤＣ３０３における位相ドリフトを求めるために、冗長デジタル左側ピックオフ信号Ｄ_Ｌ’をデジタル左側ピックオフ信号Ｄ_Ｌと比較することができる。

デジタル左側ピックオフ信号Ｄ_Ｌおよび冗長デジタル左側ピックオフ信号Ｄ_Ｌが両方ともアナログ左側ピックオフ信号Ａ_Ｌから生成されているので、これらは同一の位相を有していなければならない。したがって、これらの２つのデジタル信号Ｄ_ＬおよびＤ_Ｌ’の間の位相差値は、第一のＡＤＣ３０３と第二のＡＤＣ３０５との間の相対的位相ドリフトの量を示すことになる。

この位相差値は、たとえば第一のＡＤＣ３０３に対する位相補償または位相調整を実行するために用いることができる。第一のＡＤＣ３０３ついての位相差値を後の処理において用いることができ、この後の処理では、第一のＡＤＣ３０３からのデジタル信号を位相差値に応じて修正することができる。また、このことには、位相差値を用いて数学的にまたは数値的にデジタル信号を修正することが含まれうる。

この位相差検出には、時間をあまり必要とせず、２つのピックオフ信号のデジタル化の邪魔とはならない。動作時、第一のＡＤＣ３０３は、流量の測定および処理のためにデジタル左側ピックオフ信号Ｄ_Ｌを出力する。それと同時に、第二のＡＤＣ３０５はデジタル右側ピックオフ信号Ｄ_Ｒを出力する。デジタル左側信号Ｄ_Ｌとデジタル右側信号Ｄ_Ｒとを用いてさまざまな流動特性および／または流動物質特性を計算することができる。

図６には、図５に示されている状態からスイッチ３２１およびスイッチ３２２が変更され、第二の変換構成がセットされているＡＤＣ変換ステージ３００が示されている。第一のＡＤＣ３０３および第二のＡＤＣ３０５はアナログ左側ピックオフ信号Ａ_Ｌを受け取り、第三のＡＤＣ３０７はアナログ右側ピックオフ信号Ａ_Ｒを受け取るようになっている。この構成では、第一のＡＤＣ３０３は冗長デジタル左側ピックオフ信号Ｄ_Ｌ’を生成し、第三のＡＤＣ３０７はデジタル右側ピックオフ信号Ｄ_Ｒを生成し、また第二のＡＤＣ３０５はデジタル左側ピックオフ信号Ｄ_Ｌを生成する。Ｄ_ＬとＤ_Ｌ’との間の位相差値を用いて第二のＡＤＣ３０５を補償または修正することができる。

上述の実施形態では、２つの比較は、第一のＡＤＣを第二のＡＤＣと比較し、次いで第三のＡＤＣを第二のＡＤＣと比較することである。その後、これらの２つのステップは繰り返される。それに代えて、位相ドリフト補償は３つ以上の比較を有していてもよい。限定するわけではないがたとえば、第一のＡＤＣを第三のＡＤＣと比較し、第一のＡＤＣを第二のＡＤＣと比較し、次いで第二のＡＤＣを第三のＡＤＣと比較する。その後、これらの３つのステップは繰り返される。

２つ以上の入力、３つ以上の出力（たとえば、Ａ_Ｌ、Ａ_Ｒ、Ａ_Ｌ’のセット、またはＡ_Ｌ、Ａ_Ｒ、Ａ_Ｌ、Ａ_Ｒ’のセット）および多重ＡＤＣデバイスが存在するので、その結果、ＡＤＣと出力との多くの組み合わせが可能である。重要な点は、３個１組のＡＤＣの位相ドリフトを監視するにあたって、すべての可能な組み合わせが必要となるわけではないという点である。最も単純なアルゴリズムは、３つのＡＤＣのうちの１つ、たとえば第二のＡＤＣ３０５を位相ドリフト検出にのみ用いることである（図７およびそれに対応する説明を参照）。しかしながら、さまざまな図面から分かるように、いかなる配置が用いられてもよい。

図７には、本発明の他の実施形態にかかるＡＤＣステージ３００が示されている。この実施形態では、第一のＡＤＣ３０３はデジタル左側信号Ｄ_Ｌを生成し、第三のＡＤＣ３０７はデジタル右側信号Ｄ_Ｒを生成し、第二のＡＤＣ３０５は冗長デジタル信号生成専用である。したがって、単一のスイッチ３２０のみが必要となっている。

動作時、スイッチ３２０は左側アナログ信号Ａ_Ｌまたは右側アナログ信号Ａ_Ｒのいずれかを第二のＡＤＣ３０５へ伝達する。第二のＡＤＣ３０５は、スイッチ３２０から伝達される信号に基づいて、冗長デジタル左側信号Ｄ_Ｌ’または冗長デジタル右側信号Ｄ_Ｒ’を生成する。この実施形態では、第二のＡＤＣ３０５は基準デバイスとして機能し、測定値または動作出力を生成しない。

明らかなように、この実施形態では、位相ドリフト測定は本質的に連続したものである。左側信号位相ドリフトが定量化された後、右側信号位相ドリフトが定量化され、そして元に戻って、左側信号位相ドリフトが定量化される。この実施形態は、単純で、最も高いサンプリング速度または限界動作条件を除くほとんどの場合において適切に位相ドリフトを定量化することが可能である。

図８には、２つのアナログ入力に代えて３つのアナログ入力を備えている図７の実施形態が示されている。先の場合と同様に、第二のＡＤＣ３０５は、循環的に、３つの入力のうちの１つを受け取り、それに対応する冗長デジタル出力を生成し、位相ドリフト定量化および補償を行うことができる。

図９には、本発明の他の実施形態にかかるＡＤＣステージ３００が示されている。この実施形態では、ＡＤＣステージ３００は、２つのアナログ入力と、４つのＡＤＣ３０３、
３０５、３０７および３０９とを有している。したがって、ＡＤＣステージ３００は、冗長デジタル信号を並列に生成することができる。したがって、この実施形態における位相ドリフト補償は、より厳密にかつ遅れる確率が少ないように位相ドリフトを追跡することが可能である。

この図面の４つのＡＤＣを備えた実施形態は、１つのチップ当たり２つのＡＤＣデバイスを有する市販の符号複合器を利用することが可能である。位相ドリフトを求めるのに１つのＡＤＣデバイスのみを用いて１つのＡＤＣを未使用のままにしておくのではなく、２つのＡＤＣを信号デジタル化に用いれば、４つのＡＤＣはすべてを任意の所望の動作パターンで用いることができる。

図面のＡＤＣステージ３００は、さまざまな方法で位相ドリフトを求めることが可能である。図示されているように、１つの動作方法では、４つのＡＤＣのうちの２つのＡＤＣを２つのデジタル出力信号の生成専用とし、残りの２つのＡＤＣを２つの冗長デジタル信号生成専用とすることができる。

他の動作方法では、これらのＡＤＣを循環的に交互にデジタル信号および冗長デジタル信号を生成するように制御することができる。この実施形態では、ＡＤＣのうちのどれも固定基準として機能せず、あるＡＤＣが故障する場合または過度の位相ドリフトを示す場合、誤差を最小限に抑えることが可能である（図１０およびそれに対応する説明を参照）。

図１０には、４つの離散時刻にわたって循環的に動作する図９のＡＤＣステージ３００が示されている。この動作実施形態では、各ＡＤＣは、デジタル出力および冗長デジタル出力（Ｄ_Ｌ、Ｄ_Ｒ、Ｄ_Ｌ’、Ｄ_Ｒ’）を生成する。第四の期間の終了時では、動作は、元に戻り、再び実行され、繰り返されることとなる。

Claims

２つ以上のアナログ信号をデジタル化するためにアナログからデジタルへ変換する（ＡＤＣ）ステージ（３００）であって、
前記２つ以上のアナログ信号を受け取り、前記２つ以上のアナログ信号のうちの第一のアナログ信号から第一のデジタル信号を生成するとともに前記２つ以上のアナログ信号のうちの少なくとも第二のアナログ信号から少なくとも第二のデジタル信号を生成して２つ以上のデジタル信号を作成し、前記２つ以上のアナログ信号から１つ以上の冗長デジタル信号を生成するように構成されている３つ以上のＡＤＣであって、前記１つ以上の冗長デジタル信号が前記２つ以上のデジタル信号と実質的に並列に生成される３つ以上のＡＤＣ（３０３、３０５、３０７）と、
前記３つ以上のＡＤＣ（３０３、３０５、３０７）と結合されている処理デバイスであって、該処理デバイスが、前記１つ以上の冗長デジタル信号のうちの１つの冗長デジタル信号と前記２つ以上のデジタル信号のうちの対応するデジタル信号との間の位相差から位相ドリフト値を生成し、前記１つ以上の位相ドリフト値を用いて前記対応するデジタル信号を補償するように構成されている処理デバイス（３３０）とを備えてなる、ＡＤＣステージ（３００）。
前記位相ドリフト値が、前記２つ以上のデジタル信号と実質的に同時に生成されてなる、請求項１に記載のＡＤＣステージ（３００）。
２つ以上の位相ドリフト値が、前記２つ以上のデジタル信号と実質的に同時に生成されてなる、請求項１に記載のＡＤＣステージ（３００）。
前記２つ以上のアナログ信号が、振動式フローメータによって生成される左側アナログピックオフ信号および右側アナログピックオフ信号である、請求項１に記載のＡＤＣステージ（３００）。
前記２つ以上のアナログ信号が振動式フローメータによって生成される左側アナログピックオフ信号および右側アナログピックオフ信号であり、
前記処理システム（３３０）が前記２つ以上のデジタル信号および前記位相ドリフト値を用いて流動物質の１つ以上の流動特性を求めるように構成されてなる、請求項１に記載のＡＤＣステージ（３００）。
前記２つ以上のアナログ信号がコリオリ質量流量計によって生成される左側アナログピックオフ信号および右側アナログピックオフ信号であり、
前記処理システム（３３０）が前記２つ以上のデジタル信号および前記位相ドリフト値を用いて流動物質の１つ以上の流動特性を求めるように構成されてなる、請求項１に記載のＡＤＣステージ（３００）。
前記１つ以上の冗長デジタル信号が、前記２つ以上のアナログ信号のうちの予め定められた固定アナログ信号から生成されてなる、請求項１に記載のＡＤＣステージ（３００）。
前記１つ以上の冗長デジタル信号が、前記２つ以上のアナログ信号の中から循環的に生成されてなる、請求項１に記載のＡＤＣステージ（３００）。
前記２つ以上のアナログ信号が、振動式フローメータによって生成される左側アナログピックオフ信号および右側アナログピックオフ信号であり、
前記１つ以上の冗長デジタル信号を生成することと、前記位相ドリフト値を生成するこ
とと、及び前記対応するデジタル信号を補償することとが、
前記左側アナログピックオフ信号から冗長デジタル左側ピックオフ信号を生成することと、
前記右側アナログピックオフ信号から冗長デジタル右側ピックオフ信号を生成することと、
前記デジタル左側ピックオフ信号と前記冗長デジタル左側ピックオフ信号との間の左側位相差から左側位相ドリフト値を生成することと、
前記デジタル右側ピックオフ信号と前記冗長デジタル右側ピックオフ信号との間の右側位相差から右側位相ドリフト値を生成することと、
前記左側位相ドリフト値を用いて前記左側デジタル信号を補償することと、
前記右側位相ドリフト値を用いて前記右側デジタル信号を補償することと、
を含む、請求項１に記載のＡＤＣステージ（３００）。
前記２つ以上のアナログ信号が、振動式フローメータによって生成される左側アナログピックオフ信号および右側アナログピックオフ信号であり、
前記１つ以上の冗長デジタル信号を生成することと、前記位相ドリフト値を生成することと、及び前記対応するデジタル信号を補償することとが、
前記左側アナログピックオフ信号から冗長デジタル左側ピックオフ信号を生成することと、
前記デジタル左側ピックオフ信号と前記冗長デジタル左側ピックオフ信号との間の左側位相差から左側位相ドリフト値を生成することと、
前記左側位相ドリフト値を用いて前記左側デジタル信号を補償することと、
２回目に、右側アナログピックオフ信号から冗長デジタル右側ピックオフ信号を生成することと、
前記２回目に、前記デジタル右側ピックオフ信号と前記冗長デジタル右側ピックオフ信号との間の右側位相差から右側位相ドリフト値を生成することと、
前記２回目に、前記右側位相ドリフト値を用いて前記右側デジタル信号を補償することと、
を含む、請求項１に記載のＡＤＣステージ（３００）。
２つ以上のアナログ信号をデジタル化するための位相同期方法であって、
前記２つ以上のアナログ信号のうちの第一のアナログ信号から第一のデジタル信号を生成するとともに、前記２つ以上のアナログ信号のうちの少なくとも第二のアナログ信号から少なくとも第二のデジタル信号を生成することと、
前記２つ以上のデジタル信号と実質的に並列に、前記２つ以上のアナログ信号から１つ以上の冗長デジタル信号を生成することと、
前記１つ以上の冗長デジタル信号のうちの１つの冗長デジタル信号と前記２つ以上のデジタル信号のうちの対応するデジタル信号との間の位相差から位相ドリフト値を生成することと、
前記位相ドリフト値を用いて前記対応するデジタル信号を補償することと、
を含む、位相同期方法。
前記位相ドリフト値が、前記２つ以上のデジタル信号と実質的に同時に生成される、請求項１１に記載の位相同期方法。
２つ以上の位相ドリフト値が、前記２つ以上のデジタル信号と実質的に同時に生成される、請求項１１に記載の位相同期方法。
前記２つ以上のアナログ信号が、振動式フローメータによって生成される左側アナログピックオフ信号および右側アナログピックオフ信号である、請求項１１に記載の位相同期
方法。
前記２つ以上のアナログ信号が、振動式フローメータによって生成される左側アナログピックオフ信号および右側アナログピックオフ信号であり、
前記方法が、前記２つ以上のデジタル信号および前記位相ドリフト値を用いて流動物質の１つ以上の流動特性を求めることをさらに含んでいる、請求項１１に記載の位相同期方法。
前記２つ以上のアナログ信号が、コリオリ質量流量計によって生成される左側アナログピックオフ信号および右側アナログピックオフ信号であり、
前記方法が、前記２つ以上のデジタル信号および前記位相ドリフト値を用いて流動物質の１つ以上の流動特性を求めることをさらに含んでいる、請求項１１に記載の位相同期方法。
前記１つ以上の冗長デジタル信号が、前記２つ以上のアナログ信号のうちの１つ以上の予め定められた固定アナログ信号から生成される、請求項１１に記載の位相同期方法。
前記１つ以上の冗長デジタル信号が、前記２つ以上のアナログ信号の中から循環的に生成される、請求項１１に記載の位相同期方法。
前記２つ以上のアナログ信号が、振動式フローメータによって生成される左側アナログピックオフ信号および右側アナログピックオフ信号であり、
前記１つ以上の冗長デジタル信号を生成するステップと、前記位相ドリフト値を生成するステップと、及び前記対応するデジタル信号を補償するステップとが、
前記左側アナログピックオフ信号から冗長デジタル左側ピックオフ信号を生成することと、
前記右側アナログピックオフ信号から冗長デジタル右側ピックオフ信号を生成することと、
前記デジタル左側ピックオフ信号と前記冗長デジタル左側ピックオフ信号との間の左側位相差から左側位相ドリフト値を生成することと、
前記デジタル右側ピックオフ信号と前記冗長デジタル右側ピックオフ信号との間の右側位相差から右側位相ドリフト値を生成することと、
前記左側位相ドリフト値を用いて前記左側デジタル信号を補償することと、
前記右側位相ドリフト値を用いて前記右側デジタル信号を補償することと、
を含む、請求項１１に記載の位相同期方法。
前記２つ以上のアナログ信号が、振動式フローメータによって生成される左側アナログピックオフ信号および右側アナログピックオフ信号であり、
前記１つ以上の冗長デジタル信号を生成するステップと、前記位相ドリフト値を生成するステップと、及び前記対応するデジタル信号を補償するステップとが、
前記左側アナログピックオフ信号から冗長デジタル左側ピックオフ信号を生成することと、
前記デジタル左側ピックオフ信号と前記冗長デジタル左側ピックオフ信号との間の左側位相差から左側位相ドリフト値を生成することと、
前記左側位相ドリフト値を用いて前記左側デジタル信号を補償することと、
２回目に、前記右側アナログピックオフ信号から冗長デジタル右側ピックオフ信号を生成することと、
前記２回目に、前記デジタル右側ピックオフ信号と前記冗長デジタル右側ピックオフ信号との間の右側位相差から右側位相ドリフト値を生成することと、
前記２回目に、前記右側位相ドリフト値を用いて前記右側デジタル信号を補償すること
と、
を含む、請求項１１に記載の位相同期方法。