JP3537451B2 - 振動管流量計のための駆動回路モード・フィルタ - Google Patents
振動管流量計のための駆動回路モード・フィルタInfo
- Publication number
- JP3537451B2 JP3537451B2 JP50862499A JP50862499A JP3537451B2 JP 3537451 B2 JP3537451 B2 JP 3537451B2 JP 50862499 A JP50862499 A JP 50862499A JP 50862499 A JP50862499 A JP 50862499A JP 3537451 B2 JP3537451 B2 JP 3537451B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- signal
- flow tube
- mode
- drive
- weighting factor
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
- G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
- G01F1/76—Devices for measuring mass flow of a fluid or a fluent solid material
- G01F1/78—Direct mass flowmeters
- G01F1/80—Direct mass flowmeters operating by measuring pressure, force, momentum, or frequency of a fluid flow to which a rotational movement has been imparted
- G01F1/84—Coriolis or gyroscopic mass flowmeters
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
- G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
- G01F1/76—Devices for measuring mass flow of a fluid or a fluent solid material
- G01F1/78—Direct mass flowmeters
- G01F1/80—Direct mass flowmeters operating by measuring pressure, force, momentum, or frequency of a fluid flow to which a rotational movement has been imparted
- G01F1/84—Coriolis or gyroscopic mass flowmeters
- G01F1/8409—Coriolis or gyroscopic mass flowmeters constructional details
- G01F1/8413—Coriolis or gyroscopic mass flowmeters constructional details means for influencing the flowmeter's motional or vibrational behaviour, e.g., conduit support or fixing means, or conduit attachments
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
- G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
- G01F1/76—Devices for measuring mass flow of a fluid or a fluent solid material
- G01F1/78—Direct mass flowmeters
- G01F1/80—Direct mass flowmeters operating by measuring pressure, force, momentum, or frequency of a fluid flow to which a rotational movement has been imparted
- G01F1/84—Coriolis or gyroscopic mass flowmeters
- G01F1/8409—Coriolis or gyroscopic mass flowmeters constructional details
- G01F1/8431—Coriolis or gyroscopic mass flowmeters constructional details electronic circuits
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
- G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
- G01F1/76—Devices for measuring mass flow of a fluid or a fluent solid material
- G01F1/78—Direct mass flowmeters
- G01F1/80—Direct mass flowmeters operating by measuring pressure, force, momentum, or frequency of a fluid flow to which a rotational movement has been imparted
- G01F1/84—Coriolis or gyroscopic mass flowmeters
- G01F1/8409—Coriolis or gyroscopic mass flowmeters constructional details
- G01F1/8436—Coriolis or gyroscopic mass flowmeters constructional details signal processing
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
- G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
- G01F1/76—Devices for measuring mass flow of a fluid or a fluent solid material
- G01F1/78—Direct mass flowmeters
- G01F1/80—Direct mass flowmeters operating by measuring pressure, force, momentum, or frequency of a fluid flow to which a rotational movement has been imparted
- G01F1/84—Coriolis or gyroscopic mass flowmeters
- G01F1/845—Coriolis or gyroscopic mass flowmeters arrangements of measuring means, e.g., of measuring conduits
- G01F1/8468—Coriolis or gyroscopic mass flowmeters arrangements of measuring means, e.g., of measuring conduits vibrating measuring conduits
- G01F1/8472—Coriolis or gyroscopic mass flowmeters arrangements of measuring means, e.g., of measuring conduits vibrating measuring conduits having curved measuring conduits, i.e. whereby the measuring conduits' curved center line lies within a plane
- G01F1/8477—Coriolis or gyroscopic mass flowmeters arrangements of measuring means, e.g., of measuring conduits vibrating measuring conduits having curved measuring conduits, i.e. whereby the measuring conduits' curved center line lies within a plane with multiple measuring conduits
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N9/00—Investigating density or specific gravity of materials; Analysing materials by determining density or specific gravity
- G01N9/002—Investigating density or specific gravity of materials; Analysing materials by determining density or specific gravity using variation of the resonant frequency of an element vibrating in contact with the material submitted to analysis
- G01N2009/006—Investigating density or specific gravity of materials; Analysing materials by determining density or specific gravity using variation of the resonant frequency of an element vibrating in contact with the material submitted to analysis vibrating tube, tuning fork
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Measuring Volume Flow (AREA)
Description
発明の属する技術分野
本発明は、コリオリ質量流量計駆動装置に対する駆動
信号を生成する装置および方法に関する。特に、本発明
は、コリオリ流量計の振動流管において所望の振動モー
ドのみを励振する駆動信号の生成に関する。更に、本発
明は、モード・フィルタを用いて不要な駆動信号成分を
抑制し必要な駆動信号成分を増強することに関する。 課題の記述 管路を通過する物質についての質量流量その他の情報
を計測するためコリオリ効果質量流量計を用いることは
公知である。コリオリ流量計の事例は、全てがJ.E.スミ
ス等に与えられた1978年８月29日付の米国特許第4,109,
524号、1985年１月１日付の同第4,491,025号、および19
82年２月11日付の再発行米国特許第31,450号において開
示されている。これら流量計は、直線形状あるいは湾曲
形状の１本以上の流管を備えている。コリオリ質量流量
計における各流管の形状は１組の固有振動モードを有
し、この振動モードは単純な曲げ振動タイプ、捩り振動
タイプ、あるいは結合振動タイプであり得る。各流管
は、これら固有振動モードの１つにおける共振で振動す
るように駆動される。流量計の流入側での接続管路から
流量計への物質流は、単数あるいは複数の流管内へ指向
され、流出側の管路を経て流量計から流出する。物質で
充填された振動糸の固有振動モードは、一部は流管の合
成質量により、一部は流管内を流動する物質によって規
定される。 流量計を通過する流れがない場合、流管に沿った全て
の点が、同相であるいは補正が可能である小さな初期固
定位相のオフセットで印加される駆動装置の作用力によ
って振動する。物質が流れ始めると、コリオリ力が流管
に沿った各点に異なる位相を持たせる。流管の流出側に
おける位相は駆動装置を進ませるが、流管の流入側にお
ける位相は駆動装置を遅らせる。流管上には、流管の運
動を表わす正弦波信号を生じるピック・オフ・センサが
配置される。ピック・オフ・センサからの信号出力は、
ピック・オフ・センサの間の位相差を決定するように処
理される。２つのピック・オフ・センサ信号間の位相差
は、流管を流過する物質の質量流量に比例する。 各コリオリ流量計と各振動管密度計の主構成要素は、
駆動システム即ち励振システムである。この駆動システ
ムは、流管を振動させる周期的な物理力を流管へ印加す
るように動作する。前記駆動システムは、流量計の流管
に取付けられた駆動装置を含んでいる。この駆動装置機
構は、典型的に、１つの管路に取付けた磁石とこの磁石
に対して逆の関係に他の管路に取付けたコイル線とのよ
うな多くの周知の構成の１つを含んでいる。駆動回路
は、周期的な、典型的には正弦波状あるいは方形状の駆
動電圧を駆動装置へ連続的に印加する。周期的な駆動信
号に応答してコイルにより生じる連続的な交番磁界と磁
石により生じる一定磁界との相互作用によって、流動す
る両管路が最初に、その後維持される逆の正弦波パター
ンで振動するように強制される。当業者は、電気信号を
機械力へ変換することが可能である任意の装置が駆動装
置としての用途に適することを認識されよう。（カーペ
ンタに発行され、マイクロ・モーション社へ譲渡された
米国特許第4,777,833号参照）また、正弦波信号を用い
る必要はなく、むしろ任意の周期的信号が駆動装置信号
として適し得る（カロテイ等に発行されマイクロ・モー
ション社へ譲渡された米国特許第5,009,109号参照）。 唯一のモードではないが、コリオリ流量計が振動する
ように駆動される典型的なモードは、位相のずれた第１
の曲げモードである。位相のずれた第１の曲げモード
は、２管式コリオリ流量計の２本の管が相互に振動する
基本的曲げモードである。しかし、これは位相のずれた
第１の曲げモードにおいて駆動されるコリオリ流量計の
振動形態で存在する唯一の振動モードではない。無論、
励振され得る高次の振動モードが生じる。また、振動す
る流管に流体が流れてコリオリ力が生じる結果として、
他のモードとしても励振される位相のずれた第１の捩り
モードも生じる。また、同相の横方向振動モードも生じ
る。最終的には、位相のずれた第１の曲げモードで振動
するように駆動されるコリオリ流量計に実際に励振され
る数百の振動モードが生じる。位相のずれた第１の曲げ
モードに近い比較的狭い周波数範囲内でさえ、少なくと
も幾つかの付加的な振動モードが生じる。流管の被駆動
励振により励振される多数のモードに加えて、流量計に
対して外部の振動によるモードが励振され得る。例え
ば、処理管路の他の場所に配置されたポンプは、コリオ
リ流量計に振動モードを励振する振動をパイプ・ライン
に沿って生じることがあり得る。更なる望ましくないモ
ードがコリオリ流量計において励振されることがある別
の理由は、駆動装置要素が流管において対称的に配置さ
れなかったような製造公差の場合である。この結果、駆
動装置が偏った力を流管にもたらし、従って多重振動モ
ードを励振することになる。このように、位相のずれた
第１の曲げモードで振動あるいは共振するように駆動さ
れたコリオリ流量計は、位相のずれた第１の曲げモード
に加えて他の多くのモードで振動する管路を実際に含
む。位相のずれた第１の曲げモードと異なるモードで振
動するように駆動された流量計は、意図された駆動モー
ドに加えて、多重励振モードという同じ現象を生じる。 現存する駆動システムは、駆動信号を生じるようにフ
ィードバック信号、典型的にはピック・オフ・センサ信
号の１つを処理する。不都合なことに、駆動フィードバ
ック信号は、所望の励振モードに加えて他のモードから
の応答を含んでいる。このため、駆動フィードバック信
号は、不要な成分を除去するため周波数ドメイン・フィ
ルタを介して処理され、次いで、フィルタ処理された信
号は増幅されて駆動装置へ印加される。しかし、駆動フ
ィードバック信号の処理のため用いた周波数ドメイン・
フィルタは、駆動フィードバック信号に存在する他のモ
ード応答から１つの所望の駆動モードを分離することに
おいては有効でない。所望のモード共振周波数に近い他
のモードからの共振ずれ応答が存在し得る。また、所望
の共振周波数にほぼ等しい周波数における共振応答もあ
り得る。いずれの場合も、フィルタ処理された駆動フィ
ードバック信号即ち駆動信号は、流管の励振のため要求
されるモード以外の周波数におけるモード内容を典型的
に含んでいる。多重モード入力からの共振応答からなる
駆動信号は、この駆動信号がモード内容を含む各モード
を励振する流管へエネルギを駆動装置を介して入力す
る。このような多モード駆動信号が、コリオリ流量計に
おける動作上の諸問題の原因となる。更に、周波数ドメ
イン・フィルタが、フィルタ処理された駆動信号に位相
の遅れを生じる。このことは、流管を所望の振幅で駆動
するのに大きな駆動電力を必要とする結果となり得る。 多モード駆動信号によって生じる１つの問題は、パイ
プラインの変動のような外部振動が駆動信号により増強
されることである。コリオリ流量計に対して外部のパイ
プライン振動が流量計を振動させるならば、駆動フィー
ドバック信号はパイプライン振動に対する応答を含んで
いる。パイプライン振動の少なくとも一部がフィルタの
周波数通過帯域内にあるならば、周波数ドメイン・フィ
ルタは不要な応答を除去できない。パイプライン振動に
対する不要な応答を含むフィルタ処理された駆動フィー
ドバック信号が増幅されて、駆動装置へ印加される。そ
こで駆動装置は、パイプライン振動の励振モードを増強
するように働く。 多モード駆動信号により生じる別の問題例は、流管の
駆動に利用し得る駆動電力の総量が問題となる時に生じ
る。色々な認可官庁により設定された固有の安全要件を
満たすために、コリオリ流量計の駆動装置で得られる全
電力量が制限される。このような電力の限度は、特に大
きな流量計において、また特に、ガスを伴う流体を測定
する大型の流量計においてコリオリ流量計に対する問題
となり得る。多モード駆動信号は、所望の駆動モード以
外のモードへもエネルギを注入するので非効率である。
このように、所与の動作条件設定に対して必要以上に短
時間で、固有の安全電力限度に達する。 更なる問題は、位相のずれた第１の曲げモードで駆動
さける流量計の事例においては、駆動装置の場所が位相
のずれた第２の曲げモードにおける最大振幅の位置でも
あることである。従って、位相のずれた第２の曲げモー
ドが、位相のずれた第１の曲げモードで振動するように
駆動されるコリオリ流量計において連続的に励振され
る。従って、駆動フィードバック信号、従って駆動信号
は位相のずれた第２の曲げモードにおける応答を含んで
いる。 多くの周波数におけるモード内容を含む駆動信号の更
なる問題は、コリオリ質量流量計により行われる密度測
定に関して生じる。コリオリ流量計あるいは振動管型密
度計における密度の測定は、振動する流管の共振周波数
の測定に依存する。流管が多重モードにおけるモード内
容を含む駆動信号に応答して駆動される時に、問題が生
じる。駆動信号における多重モードの重なりは、流管が
所望の駆動モードの真の共振周波数から共振がずれた状
態で駆動される結果となり得る。密度測定におけるエラ
ーが生じ得る。 コリオリ流量計の振動管を所望の駆動周波数で駆動す
るコリオリ流量計に対する駆動回路システムが必要とさ
れる。駆動フィードバック信号における所望の駆動モー
ドを増強しかつ不要な振動モードを抑制して所望の駆動
周波数のみにおけるモード内容を持つ駆動信号を生じる
駆動回路システムに対する更なる必要が存在する。 解決法の記述 本発明の駆動回路システムによって、上記の課題およ
び他の課題が解決され、当該分野における技術的進歩が
果たされる。本発明は、モード・フィルタを用いてコリ
オリ流量計あるいは密度計の駆動信号を生成する方法お
よび装置を提供する。このモード・フィルタは、振動流
管からフィードバック信号を受取り、不要な振動モード
が抑制されかつ所望のモードが増強された駆動信号を生
じる。このように、本発明の駆動システムを用いて、コ
リオリ流量計の流管の所望の励振モードのみを含む駆動
信号が生成される。 本発明のシステムは、コリオリ流量計の流管からのフ
ィードバック信号をモード・フィルタを介してフィルタ
処理する。モード・フィルタは、流量計流管の運動と関
連する運動、歪み、作用力（あるいはそれらの組合わ
せ）あるいは他の量の並進測定および（または）回転測
定を含む、空間における異なる点および（または）空間
における異なる方向において測定された多数のフィード
バック信号の和を利用する空間フィルタである。このモ
ード・フィルタは、振動する流管の全長に沿った異なる
点からの多数のフィードバック信号の和を利用する。モ
ード・フィルタは、重みづけされたフィードバック信号
を線形的に組合せて、不要な振動モードが抑制され所望
のモードが増強された、結果としてのフィルタ処理され
た信号を生じる。フィードバック信号は、流管における
特定位置における流管の運動あるいは多数の流管の相対
運動を表わす。典型的なコリオリ流量計は、コリオリ流
量計の質量流量の計算において用いられるピック・オフ
・センサからの信号の形態において利用可能な２つのフ
ィードバック信号をすでに有する。コリオリ流量計上の
ピック・オフ・センサにより生成される信号は、本発明
のシステムによってフィードバック信号として利用され
る。モード・フィルタは、少なくとも２つのフィードバ
ック信号を入力として必要とする。 本発明の駆動システムは、１つの実施の形態において
は、２本の並行な流管を備えるコリオリ流量計を駆動す
るために用いられる。２個のピック・オフ・センサが２
つのフィードバック信号を生じる。第３のフィードバッ
ク信号が、駆動部の位置に配置されるセンサにより供給
される。この３つのフィードバック信号がモード・フィ
ルタへ送られる。モード・フィルタは、各フィードバッ
ク信号に対する増幅器を含んでいる。別の重みづけ係
数、即ち増幅器の利得が各フィードバック信号に適用さ
れ、３つのフィードバック信号がモード・フィルタにお
ける加算器により線形結合される。モード・フィルタか
ら出力される結果的な信号が増幅されて駆動信号を生
じ、この駆動信号が駆動装置へ印加される。位相のずれ
た第１の捩りモードと位相のずれた第２の曲げモードと
において駆動信号におけるモード内容を抑制するモード
・フィルタが動作するように、モード・フィルタの増幅
器の増幅器利得が選択される。更に、駆動信号は、流量
計の所望の駆動モードである位相のずれた第１の曲げモ
ードのみのモード内容を有する。上記の信号処理は、無
論、ディスクリートなアナログ・コンポーネントあるい
はディジタル構成で実現することができる。本文におけ
る用語「増幅器」および「加算器」は、例えば、アナロ
グとディジタルの両方の構成に適用される。 モード・フィルタ自体は、各フィードバック信号と関
連する個々の増幅器と重みづけフィードバック信号を加
算する加算器とからなる。モード・フィルタにおける増
幅器の利得の大きさは、重みづけ係数と呼ばれる。フィ
ードバック信号は、モード・フィルタにおける各増幅器
により増幅された後は、重みづけフィードバック信号と
呼ばれる。加算器は、重みづけフィードバック信号を単
に加算してフィルタ出力信号を生じる。フィルタの出力
信号は、流管を駆動するのに充分に大きな振幅を持た
ず、従ってフィルタ出力信号が増幅されて駆動信号を生
じる。駆動信号は、同じモード内容を有するがフィルタ
が出力信号より大きな振幅を有する。 モード・フィルタによりフィードバック信号に印加さ
れる重みづけ係数を決定する多くの方法がある。このよ
うな様々な手法の全ては、その結果において同等である
が、幾つかの手法は他の手法よりも効率的でありかつ反
復が可能である。１つの手法は、所望の駆動モードのみ
のモード内容を持つ駆動信号が得られるまで、試行錯誤
によって重みづけ係数を単に選択することである。他の
様々な手法は、流量計構造の固有ベクトル行列の逆行列
あるいは擬似逆行列の計算を含む。このような行列の各
行は、特定のモードに対する適切な重みづけ係数を含ん
でいる。固有ベクトル行列の構成に必要な固有ベクトル
（または、モード・ベクトル）は、流量計の有限要素モ
デルのような数値的手段あるいは実験的なモード分析の
ような実験手段等の手段によって得ることができる。モ
ード・フィルタの重みづけ係数を決定する別の手法は、
修正相反モード・ベクトル法として知られる技法を用い
ることである。更に他の手法は、適応モード・フィルタ
として知られる。重みづけ係数を決定する手段は厳密な
ものではなく、任意の方法あるいはその組合わせでよ
い。 モード・フィルタは、多数のフィードバック信号を用
いることにより駆動信号から多数の不要なモードをフィ
ルタ処理するように構成することができる。本発明の有
効な効果を達成するためには、少なくとも２つのフィー
ドバック信号がモード・フィルタへ供給されねばならな
い。例えば、コリオリ流量計の２つのピック・オフ信号
は、モード・フィルタにより影響される２つのモードを
有する駆動信号を生じるため、モード・フィルタに対す
る唯一のフィードバック信号として用いることができ
る。この場合、フィルタは、位相のずれた第１の曲げモ
ード、即ち所望の駆動モードを有効に増強し、かつ位相
のずれた第１の捩りモードを抑制する。当該周波数範囲
における全ての望ましくないモードを完全に抑制するに
は、当該周波数範囲における全モード数と同じ数のフィ
ードバック信号を必要とする。モード数より少ない数の
フィードバック信号が利用可能である場合は、所望モー
ドの振幅が望ましくないモードの振幅に比して増強され
るが、望ましくないモードの応答は完全には除去するこ
とができない。 本発明のコリオリ流量計の駆動回路モード・フィルタ
は、現存する駆動信号システムを増強するために用いる
ことができ、あるいは、現存する駆動信号システムに代
えて用いることができる。 図面の簡単な説明 図１は、コリオリ流量計および関連する流量計電子装
置を示す図である。 図２は、従来技術のコリオリ流量計電子装置を示すブ
ロック図である。 図３は、コリオリ流量計に対する従来技術の駆動シス
テムを示すブロック図である。 図４は、本発明によるコリオリ流量計電子装置を示す
ブロック図である。 図５は、本発明によるコリオリ流量計の駆動システム
を示すブロック図である。 図６は、典型的な流管フィードバック信号の周波数応
答関数と現存の駆動回路による結果的な駆動信号の周波
数応答関数とを示すグラフである。 図７は、典型的な流管フィードバック信号の周波数応
答関数とフィードバック信号に対する構成振動モードの
寄与を示す更に他の周波数応答関数とを示すグラフであ
る。 図８は、試行錯誤によりモード・フィルタの重みづけ
係数を選択するプロセス・ステップを示すフローチャー
トである。 図９は、固有ベクトル行列の逆行列または擬似逆行列
を計算することによりモード・フィルタの重みづけ係数
を選択するプロセスを示すフローチャートである。 図10は、モード・フィルタを用いて流量計駆動信号を
生じるプロセスを示すフローチャートである。 詳細な説明 コリオリ流量計一般−図１ 図１は、コリオリ流量計組立体10と流量計電子装置20
とを含むコリオリ流量計５を示している。流量計電子装
置20は、密度、質量流量、体積流量および総合された質
量流量情報を経路26において提供するため、リード線10
0を介して流量計組立体10に接続されている。コリオリ
流量計の構造について記述するが、当業者には明らかな
ように、コリオリ質量流量計により提供される付加的な
測定能力なしに、振動管式密度計と結合して、本発明の
実施が可能である。 流量計組立体10は、１対のフランジ101、101′、マニ
フォールド102、および流管103A、103Bを含んでいる。
流管103A、103Bには、駆動部104とピック・オフ・セン
サ105、105′とが接続されている。支持バー106、106′
は、各流管が周囲で振動する軸Ｗ、Ｗ′を規制するよう
に働く。 計測されている処理物質を運ぶパイプライン系統（図
示せず）に流量計組立体10が挿入されると、物質は、フ
ランジ101を介して流量計組立体10へ流入し、物質が流
管103A、103Bへ流入するように指向されるマニフォール
ド102を通過し、流管103A、103Bを通過して再びマニフ
ォールド102へ戻り、このマニフォールドからフランジ1
01′を経て流量計組立体10を出る。 流管103A、103Bは、それぞれ曲げ軸Ｗ−ＷおよびＷ′
−Ｗ′に関して実質的に同じ質量分布、慣性モーメント
および弾性率を持つように選定され且つマニフォールド
102に適切に取付けられている。流管は、マニフォール
ドから実質的に平行に外方へ延びている。 流管103A、103Bは、その各々の曲げ軸Ｗ、Ｗ′に関し
て流量計の位相のずれた第１の曲げモードで駆動部104
により反対方向に駆動される。駆動部104は、流管103A
に取付けた磁石と、流管103Bに取付けられ両方の流管を
振動させるため交流が流される対向コイルとのような多
数の公知の装置の１つでよい。適切な駆動信号が、リー
ド線110を介して流量計電子装置20により駆動部104へ印
加される。 流量計電子装置20は、リード線111、111′上にそれぞ
れ生じる左右の速度信号を受取る。流量計電子装置20
は、リード線110上に駆動信号を生じて、駆動部104に流
管103A、103Bを振動させる。流量計電子装置20は、流量
計組立体10を通過する物質の質量流量と密度とを計算す
るため前記左右の速度信号を処理する。この情報は、流
量計電子装置20により経路26を経て利用手段（図示せ
ず）に印加される。 コリオリ流量計５が構造において振動管式密度計に非
常に類似することは当業者には公知である。振動管式密
度計もまた、流体が流動し、サンプル・タイプの密度計
の場合には流体が内部に保持される振動管を使用する。
振動管式密度計はまた、流管を振動するよう励振する駆
動システムを用いる。振動管式密度計は、密度の測定が
周波数の測定のみを必要とし位相の測定は不要であるの
で、典型的には１つのフィードバック信号のみを用い
る。本発明の記述は、振動管式密度計に等しく適用され
る。当業者は、現存するコリオリ流量計がモード・フィ
ルタに対する入力に用いられる２つのフィードバック信
号を有するのに対し、現存する振動管式密度計は典型的
には１つのフィードバック信号だけが利用可能であるこ
とを理解されよう。このように、本発明の振動管式密度
計に適用するためには、振動管式密度計に付加的なフィ
ードバック信号を設けるだけでよい。 従来技術の駆動システム−図２、図３および図６ 図２は、流量計電子装置20のブロック図を示してい
る。流量計電子装置20は、質量流量回路30と駆動回路40
とを含んでいる。質量流量回路30は、振動管における２
つの点の間の位相差に基いて振動管内の流体の質量流量
を計算する多くの公知回路の１つである。質量流量回路
30は、経路26を介して利用手段（図示せず）に対する出
力を生じる。該利用手段は、例えばディスプレイでよ
い。質量流量回路30の詳細は、当業者には周知であり、
本発明の一部をなすものではない。質量流量回路30に関
する事例については、1983年11月29日にスミスに発行さ
れマイクロ・モーション社へ名義が譲渡された米国再発
行特許第31,450号、あるいは1989年11月14日にゾロック
に発行され名義がマイクロ・モーション社に譲渡された
米国特許第4,879,911号、あるいは1993年８月３日にゾ
ロックに発行され名義がマイクロ・モーション社に譲渡
された同第5,231,884号を参照されたい。 現存する駆動回路システムにおいて、駆動回路40は、
左側のピック・オフ・センサ105から経路41によりフィ
ードバック信号を受取る。図３に関して更に詳細に述べ
るように、現存する駆動回路システムは、駆動部104に
対する経路110上に駆動信号を生成する。当業者は、現
存する駆動システムが代替的に駆動回路40に対するフィ
ードバックとして右側のピック・オフ・センサを用い得
ることを理解されよう。また、現存する駆動システムの
中には、駆動回路40に対するフィードバックとして両方
のピック・オフ信号の和を用いるものもある。 図３は、現存する駆動回路40のブロック図を示してい
る。駆動回路40は、流量計から１つのピック・オフ信号
の形態でフィードバック信号を受取り、駆動信号を経路
110上に生じるようにピック・オフ信号の強さを適正に
条件付ける。先に述べたように、現存する一部の駆動シ
ステムは、２つのピック・オフ信号を加算して、駆動信
号を生じるように加算された信号を処理する。駆動回路
40は、ピック・オフ・センサ105からの信号を経路41上
で受取る。ピック・オフ信号は整流器300へ送られ、次
いで積分器301へ送られる。積分器301から出力された信
号は、ピック・オフ・センサ105の信号の平均振幅を表
わす。平均振幅信号は、振幅制御部302へ入力される。
振幅制御部302は、積分器301からの平均振幅信号を基準
電圧Vrefと比較する。平均振幅が基準電圧より小さい
と、ピック・オフ信号が乗算器303で増幅され、振幅条
件付けられたピック・オフ信号が乗算器303から出力さ
れる。振幅条件付けられたピック・オフ信号は、電力増
幅器304により増幅されて、駆動部104へフィードバック
される最終駆動信号を生じる。駆動回路40は、比較的一
定の振幅を維持するよう動作する。現存する駆動制御回
路40の詳細は、コリオリ流量計電子装置の技術当業者に
は周知であり、本発明の一部をなすものではない。駆動
回路40の多くの実施の形態の更に詳細な論議について
は、米国特許第5,009,109号を参照されたい。 図６は、駆動回路40に対する入力および同回路からの
出力のモード内容を示している。図６は、入力作用力の
振幅に対する流管応答振幅の対数比を示す縦軸と周波数
を示す横軸とを有する２つの周波数応答関数（FRF）の
グラフ600および602を示している。入力作用力の振幅
は、駆動信号、流体の乱流、外部振動源などに起因する
成分を含んでいる。図６の説明のため、入力作用力が全
ての周波数において等しい振幅を持つものと仮定する。
グラフ600および602の縦軸のスケールは異なり、横軸の
スケールは同じである。グラフ600は、フィードバック
信号に対応するFRF601を示している。図３については、
FRF601は、流管へ印加される入力作用力に関してピック
・オフ・センサ105から現存の駆動回路40へ経路41で運
ばれる信号を特徴付けている。FRF601は、位相のずれた
第１の曲げモード（振幅のピーク値が点Ａ）、位相のず
れた第１の捩りモード（振幅のピーク値が点Ｂ）、およ
び位相のずれた第２の曲げモード（振幅のピーク値が点
Ｃ）におけるモード内容を有する。グラフ602は、周波
数ドメイン・フィルタを用いる現存の駆動回路において
生成される駆動信号に対応するFRF603を示している。 図３では、FRF603は、流管に加えられる入力作用力に
関して、現存の駆動回路40から駆動部104へ経路110で運
ばれる信号を特徴付けている。FRF603は、駆動フィード
バック信号601の周波数ドメイン・フィルタ処理の影響
を示している。FRF603は、信号601（グラフ602では点線
で示される）を含む３つの同じモードからのモード内容
を呈するが、高周波成分は現存の駆動回路40の周波数ド
メイン・フィルタ処理によって低下する。 本発明による駆動システム（一般）−図４、図５および
図７ 図４は、質量流量回路30と流管駆動回路50とを含む流
量計電子装置400のブロック図を示す。流量計電子装置4
00は、図２および図３に関して述べた流量計電子装置20
に下記の点を除いて類似している。駆動回路50は、図５
に関して更に詳細に述べるように、駆動回路40とは異な
っている。また、駆動回路50は、駆動回路40と比較し
て、追加のフィードバック信号を入力として受取る。左
右のピック・オフ信号は、それぞれ経路41および42を介
して駆動回路50で受取られる。追加のフィードバック信
号が、追加のフィードバック・センサ401から経路403上
で受取られる。フィードバック・センサ401、コリオリ
流量計の流管に取付けられた任意数の付加的なフィード
バック・センサを表わす。以下に述べる本発明の実施の
形態では、フィードバック・センサ401は、コリオリ流
量計の流管における駆動部の位置に配置されるピック・
オフ・センサである。 図５は、現存の駆動制御回路40とモード・フィルタ50
0とを含む駆動回路50のブロック図を示す。現存の駆動
制御回路40は、図３に関して述べたのと同じ回路であ
る。ピック・オフ・センサ（フィードバック・センサ50
3）の１つからピック・オフ信号を直接受取る代わり
に、現存の駆動制御回路40はモード・フィルタ500によ
って出力される信号を受取る。モード・フィルタ500
は、ピック・オフ・センサ105、105′から経路111、11
1′によりフィードバック信号をそれぞれ受取る。フィ
ードバック・センサ401は、振動流管に取付けられ駆動
回路50に対するフィードバック信号を生じる任意数の付
加的なフィードバック・センサを表わす。追加の各フィ
ードバック・センサにより生じる追加の各フィードバッ
ク信号は、別の経路402を介して駆動回路50へ送られ
る。ピック・オフ・センサ105、105′および追加のセン
サ401は、本文ではまとめてフィードバック・センサ503
と呼ぶ。当業者は、ピック・オフ・センサ105、105′を
フィードバック・センサ503の１つとして用いなくとも
よいことを理解されよう。しかし、これらセンサが用い
られることが望ましい。これらセンサはモード・フィル
タ500のために、以下に述べるように、有用なフィード
バック信号を提供しかつこれらの信号が質量流量の計算
のため必要であるからである。 フィードバック・センサ503の各信号は、増幅器504〜
506の１つに入力される。増幅器506もまた、任意数の追
加のフィードバック・センサ401から信号を受取るため
の任意数の追加の増幅器を示している。増幅器504は利
得G1を持ち、増幅器505は利得G2を持ち、増幅器506は利
得GNを持つ。利得G1〜GNは、モード・フィルタ500によ
りフィードバック信号に加えられる重みづけ係数と呼ば
れる。経路507〜509における増幅器504〜506の出力は、
重みづけフィードバック信号と呼ばれる。重みづけフィ
ードバック信号は、加算器510により加算されてフィル
タ出力信号を経路511に生成する。 増幅器504〜506の利得G1〜GNは、経路511上のフィル
タ出力信号がフィードバック・センサ503からの任意の
フィードバック信号と比較して改善されたモード内容を
持つように選定される。改善されたモード内容を持つフ
ィルタ出力信号は、所望のモード応答が増幅され少なく
とも１つの望ましくないモード応答が抑制されるフィル
タ出力信号を意味する。 図７は、図４〜図７に関して述べたモード・フィルタ
の結果を示している。図７は、比較目的のため、図６か
らのグラフ600を含んでいる。グラフ600と同様に、グラ
フ700〜702は、入力作用力の振幅に対する流管の応答振
幅の対数比を表わす縦軸を有する。グラフ700〜702はそ
れぞれ、重ね合わせにより加え合わされたときFRF601を
構成する３つの振動モードに対応するFRFを示してい
る。グラフ700は、FRF601の位相のずれた第１の曲げモ
ード成分に対応するFRF703を示す。グラフ701は、FRF60
1の位相のずれた第１の捩りモードに対応するFRF704を
示す。グラフ702は、FRF601の位相のずれた第２の曲げ
モード成分に対応する信号成分705を示す。図５におい
て、FRF601は、フィードバック・センサ503の１つから
モード・フィルタ500への信号を特徴付ける。モード・
フィルタ500は、図４および図５に関して先に述べたよ
うに、FRF601からの所望の振動モードを除く全てを除去
するように働く。このように、FRF601の位相のずれた第
１の曲げモード成分に対応するFRF703は、モード・フィ
ルタ500から駆動制御回路40への経路511上の信号のモー
ド内容を表わしている。駆動部104に対する経路110上の
実際の駆動信号は、FRF703と異なる振幅を持つが、FRF7
03のモード内容は単純な増幅によっては変更されない。
従って、駆動回路50から駆動部104への経路110上の駆動
信号は、流量計組立体10の位相のずれた第１の曲げモー
ドのみを励振する。現存の駆動回路により生じる駆動信
号と本発明の駆動回路により生じる駆動信号との間の差
は、図６のFRF603（現存の駆動回路からの駆動信号のモ
ード内容）と図７のFRF703（本発明の駆動回路からの駆
動信号のモード内容）とを比較することによりグラフ上
で明らかである。 モード・フィルタの重みづけ係数の選定−図８および図
９ コリオリ流量計の駆動回路モード・フィルタに対する
重みづけ係数（図５における利得G1〜GN）の選定につい
ては、図８および図９に関して以下に更に詳細に述べ
る。コリオリ質量流量計のに駆動回路に適用されるモー
ド・フィルタに対する重みづけ係数を選択するため用い
ることができる種々の方法がある。重みづけ係数が決定
される手段は重要ではなく、任意の方法あるいは方法の
に組合わせが適切であり等価である。 コリオリ流量計の駆動回路のモード・フィルタに対す
る重みづけ係数を選定する１つの方法は、試行錯誤であ
る。図５および図７に関して述べたように、モード・フ
ィルタ500の所望の結果は、モード・フィルタに対する
任意のフィードバック信号入力と比較して改善されたモ
ード内容を有するフィルタ出力信号を生成することであ
る。図８は、試行錯誤方法を用いてモード・フィルタの
重みづけ係数を選定するため用いられるステップを示す
フローチャートである。ステップ801〜804は、所望のモ
ード内容を持つフィルタの出力信号（駆動信号）が得ら
れるまで反復される。ステップ801〜804は、モード・フ
ィルタ増幅器の利得の変更を可能にする駆動回路と共
に、必要なフィードバック信号を生じるように適正に計
装された実際のコリオリ流量計を用いて行われる。ある
いはまた、フィードバック信号は、例えばディジタル・
オーディオ・テープ・フォーマットで記録することがで
き、それぞれの経路でステップ801〜804を介してモード
・フィルタの駆動回路へ再び印加することができる。あ
るいはまた、ステップ801〜804は、コリオリ流量計およ
び関連する駆動回路の数値モデルを用いて実行される。 このプロセスは、ステップ800から始ってステップ801
へ続き、このステップで第１の組の重みづけ係数が選定
される。ステップ801の期間に、ステップ801が実行され
るごとに完全に新たな組の重みづけ係数（利得G1〜GN）
を選定することができ、あるいは、ステップ801が実行
されるごとに１つのフィードバック信号に対して新たな
重みづけ係数を選定することができる。ステップ802の
期間に、フィードバック信号がモード・フィルタへ印加
され、このフィルタでは各モード・フィルタ増幅器がス
テップ801により決定される利得の組を有する。ステッ
プ803の期間にフィルタ出力信号が測定され、モード・
フィルタに対するフィードバック信号入力との必要な比
較を許容するよう適宜に記録される。処理は、ステップ
803から判断ブロック804まで継続する。 判断ブロック804は、フィルタ出力信号がモード・フ
ィルタに入力されるフィードバック信号の任意の１つに
比して改善されたモード内容を有するか否かを判定する
ように働く。ユーザは、フィルタ出力信号におけるどん
なモード内容が良好であるか判断する。このように、
「改善されたモード内容」は、所望の駆動モードからの
モード内容のみが存在するフィルタ出力信号を意味し得
る。「改善されたモード内容」は、ユーザの仕様に従っ
て、例えば、所望の駆動モードの振幅の方が存在する他
のモードの振幅より少なくとも20dBだけ大きいことも意
味し得る。判断ブロック804の動作により、フィルタ出
力信号がモード内容を改善したと判定されるならば、処
理は、重みづけ係数プロセスが終了するステップ805へ
続く。フィルタ出力信号がモード内容を改善しなかった
ものと判断されるならば、処理はステップ801へ戻る。
ステップ801において新たな組の重みづけ係数が選定さ
れ、改善されたモード内容を含むフィルタ出力信号を生
じる１組の重みづけ係数を見出すためステップ802〜804
が再び処理される。 コリオリ流量計の駆動回路に対する重みづけ係数を選
定する方法は、固有ベクトル行列の逆行列または擬似逆
行列を計算することである。先に述べたように、コリオ
リ流量計の振動流管は振動モードの組合わせを提示して
いる。物理座標における流管の運動、例えば、流管にお
ける個々の点および方向における１つの応答は、流管の
運動についての有効な情報を容易に生じない連結式の分
析を必要とする。しかし、モード変換を用いて物理的応
答のベクトルをシステムのモード応答あるいはモード座
標へ変換することができる。標準的なモード変換は、 （１） ｘ＝Φη により与えられる。 但し、ｘは、物理的応答座標のベクトル、 Φは、列が当該流管の固有ベクトル（モード・ベ
クトルとも呼ばれる）である固有ベクトル行列、および ηは、モード応答座標のベクトルである。 固有ベクトル行列は、以下に述べるように、任意のコ
リオリ流量計の流管について展開することができる。物
理的ベクトルは、モード・フィルタに対する入力、即ち
フィードバック信号と見なすことができる。従って、式
（１）は、下記のようにモード座標応答であるηについ
て解かれる。 （２） η＝Φ†ｘ 式（１）を式（２）の形態にするには、固有ベクトル行
列Φの擬似逆行列を用いることを必要とする。固有ベク
トル行列が正方且つ非特異であるならば、固有ベクトル
行列の擬似逆行列ではなく逆行列（Φ-1）が式（２）に
おいて用いられる。この固有ベクトル行列は、流管から
のフィードバック信号の数が考察されるモード数に等し
く且つモード・ベクトルが一次的に独立的であるとき、
正方且つ非特異である。 下記の事例を用いて、コリオリ流量計の駆動回路モー
ド・フィルタに対する重みづけ係数を決定するためモー
ド行列の擬似逆行列を計算するプロセスを説明する。固
有ベクトル行列を作るため流量計の物理的モデルまたは
数値モデルを用いることができる。下記の例では、流量
計の数値モデルが用いられた。 有限要素モデルがモデルCMF100コリオリ質量流量計
（マイクロ・モーション社製造）の管から構成される。
このモデルは、物理的流量計上で流量計マニフォールド
に接続する流管の端部を接地するように固定される。有
限要素モデル化手法は、当業者には周知であり、本発明
の一部をなすものではない。事例の有限要素モデルは、
SDRC概念を用いて作られ、マクニール−シュウェンドラ
社から入手可能な有限要素コードであるMSC/NASTRANに
よって分析された。有限要素モデル化技術の当業者は、
任意の有限要素コードが代替的に使用できることを認識
しよう。フィードバック・センサの場所は、流管におけ
る右側のピック・オフ・センサ、駆動部および左側のピ
ック・オフ・センサに対応する磁石とコイルとの場所の
間の相対運動を表わす出力を生じるようにモデル化され
た。これらの「スカラー点」は、進歩した動的分析にお
ける標準的な手法である。コリオリ流量計の有限要素モ
デル化についての更なる情報は、「流体伝達タイムシェ
ンコ・ビームの振動分析のための有限要素（Ａ Finite
Element for the Vibration Analysis of ａ
Fluid−Conveying Timeshenko Beam）」（AIAA論文93
−1552）を参照されたい。 CMF100モデルの固有値係数は、CMF100センサに対する
下記の３行×10列の固有ベクトル行列を作るため有限要
素モデルから抽出される。 式（３）の全固有ベクトル行列Φfullにおける各行は、
流管における物理的場所に対応している。第１の行は左
側ピック・オフの場所に対応し、第２の行は駆動部の場
所に対応し、第３の行は右側ピック・オフの場所に対応
している。全固有ベクトル行列Φfullにおける各列は、
振動モードに対応している。この行列は、ピック・オフ
・センサにより生成される信号をモデル化するため周知
の方法で有限要素モデルにより用いられる。この行列
は、以下に述べるように、駆動回路モード・フィルタに
対する重みづけ係数を生成するために用いられる。全固
有ベクトル行列Φfullにおけるゼロの列（モード）は、
「同相モード」である。これは、両方の管が同じ速度と
方向で運動しているので、管の間に相対運動がないこと
を意味する。このため、フィードバック信号を生じるた
め用いられるセンサ、当例では速度センサ自体は、全て
の同相モードを除去することにより一種のモード・フィ
ルタとして働く。全固有ベクトル行列Φfullは、全ての
同相の列を除去することによって変形される。 式（４）は、変形された固有ベクトル行列Φreducedで
ある。標準モード変換式（１）は、下記のように、変形
された固有ベクトル行列Φreducedを用いて書き直され
る。 但し、ηｂは位相のずれた第１の曲げモードのモード座
標応答、ηｔは位相のずれた第１の捩りモードのモード
座標応答、およびη2bは位相のずれた第２の曲げモード
のモード座標応答、RPOは右側のピック・オフ・センサ
からの物理的応答、DRVは駆動部の場所におけるフィー
ドバック・センサからの物理的応答、およびLPOは左側
のピック・オフ・センサからの物理的応答である。式
（５）は、未知のベクトル量、即ちモード・ベクトルに
ついて解かれる。 変形された固有ベクトル行列は、Mathcadのような標準
的な市販の数学計算パッケージへ行列を移入し、これら
の計算パッケージにおいて得られる標準的な逆関数また
は擬似逆関数の１つを用いることにより反転される。結
果として得る式は、式（７）として示される。 式（７）における係数は、コリオリ流量計の駆動回路に
おけるモード・フィルタ増幅器に対する重みづけ係数で
ある。例えば、本例におけるように、フィードバック信
号から位相のずれた第１の曲げモードを抽出したけれ
ば、上記モード・フィルタのベクトル行列の第１の行が
下記のように用いられる。 （８） ηｂ＝8.2389（RPO）＋16.5795（DRV）＋8.238
9（LPO） 式（８）を簡単にするため、位相のずれた第１の曲げモ
ードのモード・ベクトル係数が103で乗じられた。図５
において、増幅器504の利得G1は、8.2389（左側のピッ
ク・オフ・センサに対応するモード・フィルタのベクト
ル係数）に設定され、利得G2は8.2389（右側のピック・
オフ・センサに対応するモード・フィルタのベクトル係
数）に設定され、利得GNは16.5795（駆動部の場所に対
応するモード・フィルタのベクトル係数）に設定され
る。重みづけ係数は、駆動制御回路40へ入力される適正
な振幅を持つフィルタ出力信号を経路511に与えるた
め、グループとして線形に変化される。 図９は、固有ベクトル行列の逆行列または擬似逆行列
を計算することにより駆動回路のモード・フィルタ係数
を決定する処理ステップを示すフローチャートである。
上記の固有ベクトル行列の逆行列または擬似逆行列の計
算は、高度の動的分析技術における当業者には周知であ
り、駆動回路モード・フィルタ係数を決定するための有
用なツールである。図９のフローチャートは、ブロック
900で開始しステップ901へ進む。ステップ901の期間
に、固有ベクトル行列が形成される。先に述べたよう
に、固有ベクトル行列に対する固有ベクトルを決定する
方法は、固有ベクトルが抽出される流量計の有限要素モ
デルを形成することによる。別の試みは、流量計の物理
的サンプルから固有ベクトルを直接に決定するため実験
的なモード分析を用いることである。実験的なモード分
析は、当業者には周知であり、その法法および使用は本
発明の一部をなすものでない。適切な方法により固有ベ
クトルがいったん得られると、固有ベクトル行列が作ら
れる。式（３）は、流管上の３つの点における10個の振
動モードに対する全固有ベクトル行列の一例である。固
有ベクトル行列の行数は自由度を表わすが、固有ベクト
ル行列の各列は異なるモードを表わす。固有ベクトル行
列は、除去されるべきモードへ変形される。本例では、
これは係数として０を持つ列を除くことによって行われ
る。本文に述べた構造およびセンサの例では、係数０を
持つ列（モード）は同相のモードである。処理は、ステ
ップ901からステップ902へ進む。 ステップ902の期間に、固有ベクトル行列の逆行列ま
たは擬似逆行列が計算される。固有ベクトル行列の逆行
列または擬似逆行列の各行は、特定のモードと関連する
モード・フィルタ係数を含んでいる。これは、一般に式
（２）により表わされ、上例では式（７）によって示さ
れる。処理は、次にステップ903へ進む。 ステップ903の期間に、適切なモード・フィルタの重
みづけ係数が選定される。上例においては、流量計は位
相のずれた第１の曲げモードで駆動され、従って、位相
のずれた第１の曲げモードに対するモード・フィルタ係
数が選定される。しかし、異なるモードに対するモード
・フィルタ係数を選定することによって、異なる用法に
対して異なるモード・フィルタを形成することができ
る。例えば、位相のずれた第１の曲げモードの代わり
に、位相のずれた第１の捩りモードで流管を駆動するよ
うに配置された複数の駆動部を持つ流量計を構成するこ
ともできる。この場合、位相のずれた第１の捩りモード
に対するモード・フィルタ係数、即ち式（７）における
２番目の行は、モード・フィルタに対する重みづけ係数
として用いられる。更なる事例は、コリオリ流量計の流
管において多数のモードを同時にかつ正確に励振するよ
うに選択する場合である。位相のずれた第１の曲げモー
ドと位相のずれた第１の捩りモードで流管を駆動しよう
と欲するならば、２つのモード・フィルタが用いられ
る。１つのモード・フィルタは、位相のずれた第１のモ
ードに対する重みづけ係数を用いて位相のずれた第１の
曲げモードのみにおけるモード内容を持つフィルタ出力
信号を生じる。第２のモード・フィルタは、位相のずれ
た第１の捩りモードに対する重みづけ係数を用いて、位
相のずれた第１の捩りモードのみにおけるモード内容を
持つフィルタ出力信号を生成する。この２つのフィルタ
出力信号は、加算されて位相のずれた第１の曲げモード
と位相のずれた第１の捩りモードのみにおけるモード内
容を持つ駆動信号を生じる。適切なモード・フィルタの
重みづけ係数を選定した後、処理はブロック904で終了
する。 流量計駆動回路モード・フィルタのフローチャート−図
10 図10は、モード・フィルタを用いてコリオリ流量計駆
動信号を生じる処理ステップを示すフローチャートであ
る。処理は、ステップ1000で開始し、ステップ1001へ進
む。ステップ1001の期間に、モード・フィルタ駆動回路
は、振動する流管から２つ以上のフィードバック信号を
受取る。処理は、次にステップ1002へ進み、ここで各フ
ィードバック信号がその対応する重みづけ係数だけ増幅
される。この重みづけされたフィードバック信号は、ス
テップ1003の期間に加算されてフィルタ出力信号を生じ
る。ステップ1004の期間に、フィルタ出力信号が増幅さ
れて、流管駆動要素へフィードバックされる駆動信号を
生じる。ステップ1004は、利得制御機能をも含む。この
プロセスは、流量計の動作が終了するステップ1005まで
続行する。 ここでは、特定の実施の形態が開示されたが、特許請
求の範囲に文言上あるいは「均等理論」の下で含まれる
モード・フィルタを用いる代替的なコリオリ流量計駆動
システムを当業者が設計するであろうことが予期され
る。
信号を生成する装置および方法に関する。特に、本発明
は、コリオリ流量計の振動流管において所望の振動モー
ドのみを励振する駆動信号の生成に関する。更に、本発
明は、モード・フィルタを用いて不要な駆動信号成分を
抑制し必要な駆動信号成分を増強することに関する。 課題の記述 管路を通過する物質についての質量流量その他の情報
を計測するためコリオリ効果質量流量計を用いることは
公知である。コリオリ流量計の事例は、全てがJ.E.スミ
ス等に与えられた1978年８月29日付の米国特許第4,109,
524号、1985年１月１日付の同第4,491,025号、および19
82年２月11日付の再発行米国特許第31,450号において開
示されている。これら流量計は、直線形状あるいは湾曲
形状の１本以上の流管を備えている。コリオリ質量流量
計における各流管の形状は１組の固有振動モードを有
し、この振動モードは単純な曲げ振動タイプ、捩り振動
タイプ、あるいは結合振動タイプであり得る。各流管
は、これら固有振動モードの１つにおける共振で振動す
るように駆動される。流量計の流入側での接続管路から
流量計への物質流は、単数あるいは複数の流管内へ指向
され、流出側の管路を経て流量計から流出する。物質で
充填された振動糸の固有振動モードは、一部は流管の合
成質量により、一部は流管内を流動する物質によって規
定される。 流量計を通過する流れがない場合、流管に沿った全て
の点が、同相であるいは補正が可能である小さな初期固
定位相のオフセットで印加される駆動装置の作用力によ
って振動する。物質が流れ始めると、コリオリ力が流管
に沿った各点に異なる位相を持たせる。流管の流出側に
おける位相は駆動装置を進ませるが、流管の流入側にお
ける位相は駆動装置を遅らせる。流管上には、流管の運
動を表わす正弦波信号を生じるピック・オフ・センサが
配置される。ピック・オフ・センサからの信号出力は、
ピック・オフ・センサの間の位相差を決定するように処
理される。２つのピック・オフ・センサ信号間の位相差
は、流管を流過する物質の質量流量に比例する。 各コリオリ流量計と各振動管密度計の主構成要素は、
駆動システム即ち励振システムである。この駆動システ
ムは、流管を振動させる周期的な物理力を流管へ印加す
るように動作する。前記駆動システムは、流量計の流管
に取付けられた駆動装置を含んでいる。この駆動装置機
構は、典型的に、１つの管路に取付けた磁石とこの磁石
に対して逆の関係に他の管路に取付けたコイル線とのよ
うな多くの周知の構成の１つを含んでいる。駆動回路
は、周期的な、典型的には正弦波状あるいは方形状の駆
動電圧を駆動装置へ連続的に印加する。周期的な駆動信
号に応答してコイルにより生じる連続的な交番磁界と磁
石により生じる一定磁界との相互作用によって、流動す
る両管路が最初に、その後維持される逆の正弦波パター
ンで振動するように強制される。当業者は、電気信号を
機械力へ変換することが可能である任意の装置が駆動装
置としての用途に適することを認識されよう。（カーペ
ンタに発行され、マイクロ・モーション社へ譲渡された
米国特許第4,777,833号参照）また、正弦波信号を用い
る必要はなく、むしろ任意の周期的信号が駆動装置信号
として適し得る（カロテイ等に発行されマイクロ・モー
ション社へ譲渡された米国特許第5,009,109号参照）。 唯一のモードではないが、コリオリ流量計が振動する
ように駆動される典型的なモードは、位相のずれた第１
の曲げモードである。位相のずれた第１の曲げモード
は、２管式コリオリ流量計の２本の管が相互に振動する
基本的曲げモードである。しかし、これは位相のずれた
第１の曲げモードにおいて駆動されるコリオリ流量計の
振動形態で存在する唯一の振動モードではない。無論、
励振され得る高次の振動モードが生じる。また、振動す
る流管に流体が流れてコリオリ力が生じる結果として、
他のモードとしても励振される位相のずれた第１の捩り
モードも生じる。また、同相の横方向振動モードも生じ
る。最終的には、位相のずれた第１の曲げモードで振動
するように駆動されるコリオリ流量計に実際に励振され
る数百の振動モードが生じる。位相のずれた第１の曲げ
モードに近い比較的狭い周波数範囲内でさえ、少なくと
も幾つかの付加的な振動モードが生じる。流管の被駆動
励振により励振される多数のモードに加えて、流量計に
対して外部の振動によるモードが励振され得る。例え
ば、処理管路の他の場所に配置されたポンプは、コリオ
リ流量計に振動モードを励振する振動をパイプ・ライン
に沿って生じることがあり得る。更なる望ましくないモ
ードがコリオリ流量計において励振されることがある別
の理由は、駆動装置要素が流管において対称的に配置さ
れなかったような製造公差の場合である。この結果、駆
動装置が偏った力を流管にもたらし、従って多重振動モ
ードを励振することになる。このように、位相のずれた
第１の曲げモードで振動あるいは共振するように駆動さ
れたコリオリ流量計は、位相のずれた第１の曲げモード
に加えて他の多くのモードで振動する管路を実際に含
む。位相のずれた第１の曲げモードと異なるモードで振
動するように駆動された流量計は、意図された駆動モー
ドに加えて、多重励振モードという同じ現象を生じる。 現存する駆動システムは、駆動信号を生じるようにフ
ィードバック信号、典型的にはピック・オフ・センサ信
号の１つを処理する。不都合なことに、駆動フィードバ
ック信号は、所望の励振モードに加えて他のモードから
の応答を含んでいる。このため、駆動フィードバック信
号は、不要な成分を除去するため周波数ドメイン・フィ
ルタを介して処理され、次いで、フィルタ処理された信
号は増幅されて駆動装置へ印加される。しかし、駆動フ
ィードバック信号の処理のため用いた周波数ドメイン・
フィルタは、駆動フィードバック信号に存在する他のモ
ード応答から１つの所望の駆動モードを分離することに
おいては有効でない。所望のモード共振周波数に近い他
のモードからの共振ずれ応答が存在し得る。また、所望
の共振周波数にほぼ等しい周波数における共振応答もあ
り得る。いずれの場合も、フィルタ処理された駆動フィ
ードバック信号即ち駆動信号は、流管の励振のため要求
されるモード以外の周波数におけるモード内容を典型的
に含んでいる。多重モード入力からの共振応答からなる
駆動信号は、この駆動信号がモード内容を含む各モード
を励振する流管へエネルギを駆動装置を介して入力す
る。このような多モード駆動信号が、コリオリ流量計に
おける動作上の諸問題の原因となる。更に、周波数ドメ
イン・フィルタが、フィルタ処理された駆動信号に位相
の遅れを生じる。このことは、流管を所望の振幅で駆動
するのに大きな駆動電力を必要とする結果となり得る。 多モード駆動信号によって生じる１つの問題は、パイ
プラインの変動のような外部振動が駆動信号により増強
されることである。コリオリ流量計に対して外部のパイ
プライン振動が流量計を振動させるならば、駆動フィー
ドバック信号はパイプライン振動に対する応答を含んで
いる。パイプライン振動の少なくとも一部がフィルタの
周波数通過帯域内にあるならば、周波数ドメイン・フィ
ルタは不要な応答を除去できない。パイプライン振動に
対する不要な応答を含むフィルタ処理された駆動フィー
ドバック信号が増幅されて、駆動装置へ印加される。そ
こで駆動装置は、パイプライン振動の励振モードを増強
するように働く。 多モード駆動信号により生じる別の問題例は、流管の
駆動に利用し得る駆動電力の総量が問題となる時に生じ
る。色々な認可官庁により設定された固有の安全要件を
満たすために、コリオリ流量計の駆動装置で得られる全
電力量が制限される。このような電力の限度は、特に大
きな流量計において、また特に、ガスを伴う流体を測定
する大型の流量計においてコリオリ流量計に対する問題
となり得る。多モード駆動信号は、所望の駆動モード以
外のモードへもエネルギを注入するので非効率である。
このように、所与の動作条件設定に対して必要以上に短
時間で、固有の安全電力限度に達する。 更なる問題は、位相のずれた第１の曲げモードで駆動
さける流量計の事例においては、駆動装置の場所が位相
のずれた第２の曲げモードにおける最大振幅の位置でも
あることである。従って、位相のずれた第２の曲げモー
ドが、位相のずれた第１の曲げモードで振動するように
駆動されるコリオリ流量計において連続的に励振され
る。従って、駆動フィードバック信号、従って駆動信号
は位相のずれた第２の曲げモードにおける応答を含んで
いる。 多くの周波数におけるモード内容を含む駆動信号の更
なる問題は、コリオリ質量流量計により行われる密度測
定に関して生じる。コリオリ流量計あるいは振動管型密
度計における密度の測定は、振動する流管の共振周波数
の測定に依存する。流管が多重モードにおけるモード内
容を含む駆動信号に応答して駆動される時に、問題が生
じる。駆動信号における多重モードの重なりは、流管が
所望の駆動モードの真の共振周波数から共振がずれた状
態で駆動される結果となり得る。密度測定におけるエラ
ーが生じ得る。 コリオリ流量計の振動管を所望の駆動周波数で駆動す
るコリオリ流量計に対する駆動回路システムが必要とさ
れる。駆動フィードバック信号における所望の駆動モー
ドを増強しかつ不要な振動モードを抑制して所望の駆動
周波数のみにおけるモード内容を持つ駆動信号を生じる
駆動回路システムに対する更なる必要が存在する。 解決法の記述 本発明の駆動回路システムによって、上記の課題およ
び他の課題が解決され、当該分野における技術的進歩が
果たされる。本発明は、モード・フィルタを用いてコリ
オリ流量計あるいは密度計の駆動信号を生成する方法お
よび装置を提供する。このモード・フィルタは、振動流
管からフィードバック信号を受取り、不要な振動モード
が抑制されかつ所望のモードが増強された駆動信号を生
じる。このように、本発明の駆動システムを用いて、コ
リオリ流量計の流管の所望の励振モードのみを含む駆動
信号が生成される。 本発明のシステムは、コリオリ流量計の流管からのフ
ィードバック信号をモード・フィルタを介してフィルタ
処理する。モード・フィルタは、流量計流管の運動と関
連する運動、歪み、作用力（あるいはそれらの組合わ
せ）あるいは他の量の並進測定および（または）回転測
定を含む、空間における異なる点および（または）空間
における異なる方向において測定された多数のフィード
バック信号の和を利用する空間フィルタである。このモ
ード・フィルタは、振動する流管の全長に沿った異なる
点からの多数のフィードバック信号の和を利用する。モ
ード・フィルタは、重みづけされたフィードバック信号
を線形的に組合せて、不要な振動モードが抑制され所望
のモードが増強された、結果としてのフィルタ処理され
た信号を生じる。フィードバック信号は、流管における
特定位置における流管の運動あるいは多数の流管の相対
運動を表わす。典型的なコリオリ流量計は、コリオリ流
量計の質量流量の計算において用いられるピック・オフ
・センサからの信号の形態において利用可能な２つのフ
ィードバック信号をすでに有する。コリオリ流量計上の
ピック・オフ・センサにより生成される信号は、本発明
のシステムによってフィードバック信号として利用され
る。モード・フィルタは、少なくとも２つのフィードバ
ック信号を入力として必要とする。 本発明の駆動システムは、１つの実施の形態において
は、２本の並行な流管を備えるコリオリ流量計を駆動す
るために用いられる。２個のピック・オフ・センサが２
つのフィードバック信号を生じる。第３のフィードバッ
ク信号が、駆動部の位置に配置されるセンサにより供給
される。この３つのフィードバック信号がモード・フィ
ルタへ送られる。モード・フィルタは、各フィードバッ
ク信号に対する増幅器を含んでいる。別の重みづけ係
数、即ち増幅器の利得が各フィードバック信号に適用さ
れ、３つのフィードバック信号がモード・フィルタにお
ける加算器により線形結合される。モード・フィルタか
ら出力される結果的な信号が増幅されて駆動信号を生
じ、この駆動信号が駆動装置へ印加される。位相のずれ
た第１の捩りモードと位相のずれた第２の曲げモードと
において駆動信号におけるモード内容を抑制するモード
・フィルタが動作するように、モード・フィルタの増幅
器の増幅器利得が選択される。更に、駆動信号は、流量
計の所望の駆動モードである位相のずれた第１の曲げモ
ードのみのモード内容を有する。上記の信号処理は、無
論、ディスクリートなアナログ・コンポーネントあるい
はディジタル構成で実現することができる。本文におけ
る用語「増幅器」および「加算器」は、例えば、アナロ
グとディジタルの両方の構成に適用される。 モード・フィルタ自体は、各フィードバック信号と関
連する個々の増幅器と重みづけフィードバック信号を加
算する加算器とからなる。モード・フィルタにおける増
幅器の利得の大きさは、重みづけ係数と呼ばれる。フィ
ードバック信号は、モード・フィルタにおける各増幅器
により増幅された後は、重みづけフィードバック信号と
呼ばれる。加算器は、重みづけフィードバック信号を単
に加算してフィルタ出力信号を生じる。フィルタの出力
信号は、流管を駆動するのに充分に大きな振幅を持た
ず、従ってフィルタ出力信号が増幅されて駆動信号を生
じる。駆動信号は、同じモード内容を有するがフィルタ
が出力信号より大きな振幅を有する。 モード・フィルタによりフィードバック信号に印加さ
れる重みづけ係数を決定する多くの方法がある。このよ
うな様々な手法の全ては、その結果において同等である
が、幾つかの手法は他の手法よりも効率的でありかつ反
復が可能である。１つの手法は、所望の駆動モードのみ
のモード内容を持つ駆動信号が得られるまで、試行錯誤
によって重みづけ係数を単に選択することである。他の
様々な手法は、流量計構造の固有ベクトル行列の逆行列
あるいは擬似逆行列の計算を含む。このような行列の各
行は、特定のモードに対する適切な重みづけ係数を含ん
でいる。固有ベクトル行列の構成に必要な固有ベクトル
（または、モード・ベクトル）は、流量計の有限要素モ
デルのような数値的手段あるいは実験的なモード分析の
ような実験手段等の手段によって得ることができる。モ
ード・フィルタの重みづけ係数を決定する別の手法は、
修正相反モード・ベクトル法として知られる技法を用い
ることである。更に他の手法は、適応モード・フィルタ
として知られる。重みづけ係数を決定する手段は厳密な
ものではなく、任意の方法あるいはその組合わせでよ
い。 モード・フィルタは、多数のフィードバック信号を用
いることにより駆動信号から多数の不要なモードをフィ
ルタ処理するように構成することができる。本発明の有
効な効果を達成するためには、少なくとも２つのフィー
ドバック信号がモード・フィルタへ供給されねばならな
い。例えば、コリオリ流量計の２つのピック・オフ信号
は、モード・フィルタにより影響される２つのモードを
有する駆動信号を生じるため、モード・フィルタに対す
る唯一のフィードバック信号として用いることができ
る。この場合、フィルタは、位相のずれた第１の曲げモ
ード、即ち所望の駆動モードを有効に増強し、かつ位相
のずれた第１の捩りモードを抑制する。当該周波数範囲
における全ての望ましくないモードを完全に抑制するに
は、当該周波数範囲における全モード数と同じ数のフィ
ードバック信号を必要とする。モード数より少ない数の
フィードバック信号が利用可能である場合は、所望モー
ドの振幅が望ましくないモードの振幅に比して増強され
るが、望ましくないモードの応答は完全には除去するこ
とができない。 本発明のコリオリ流量計の駆動回路モード・フィルタ
は、現存する駆動信号システムを増強するために用いる
ことができ、あるいは、現存する駆動信号システムに代
えて用いることができる。 図面の簡単な説明 図１は、コリオリ流量計および関連する流量計電子装
置を示す図である。 図２は、従来技術のコリオリ流量計電子装置を示すブ
ロック図である。 図３は、コリオリ流量計に対する従来技術の駆動シス
テムを示すブロック図である。 図４は、本発明によるコリオリ流量計電子装置を示す
ブロック図である。 図５は、本発明によるコリオリ流量計の駆動システム
を示すブロック図である。 図６は、典型的な流管フィードバック信号の周波数応
答関数と現存の駆動回路による結果的な駆動信号の周波
数応答関数とを示すグラフである。 図７は、典型的な流管フィードバック信号の周波数応
答関数とフィードバック信号に対する構成振動モードの
寄与を示す更に他の周波数応答関数とを示すグラフであ
る。 図８は、試行錯誤によりモード・フィルタの重みづけ
係数を選択するプロセス・ステップを示すフローチャー
トである。 図９は、固有ベクトル行列の逆行列または擬似逆行列
を計算することによりモード・フィルタの重みづけ係数
を選択するプロセスを示すフローチャートである。 図10は、モード・フィルタを用いて流量計駆動信号を
生じるプロセスを示すフローチャートである。 詳細な説明 コリオリ流量計一般−図１ 図１は、コリオリ流量計組立体10と流量計電子装置20
とを含むコリオリ流量計５を示している。流量計電子装
置20は、密度、質量流量、体積流量および総合された質
量流量情報を経路26において提供するため、リード線10
0を介して流量計組立体10に接続されている。コリオリ
流量計の構造について記述するが、当業者には明らかな
ように、コリオリ質量流量計により提供される付加的な
測定能力なしに、振動管式密度計と結合して、本発明の
実施が可能である。 流量計組立体10は、１対のフランジ101、101′、マニ
フォールド102、および流管103A、103Bを含んでいる。
流管103A、103Bには、駆動部104とピック・オフ・セン
サ105、105′とが接続されている。支持バー106、106′
は、各流管が周囲で振動する軸Ｗ、Ｗ′を規制するよう
に働く。 計測されている処理物質を運ぶパイプライン系統（図
示せず）に流量計組立体10が挿入されると、物質は、フ
ランジ101を介して流量計組立体10へ流入し、物質が流
管103A、103Bへ流入するように指向されるマニフォール
ド102を通過し、流管103A、103Bを通過して再びマニフ
ォールド102へ戻り、このマニフォールドからフランジ1
01′を経て流量計組立体10を出る。 流管103A、103Bは、それぞれ曲げ軸Ｗ−ＷおよびＷ′
−Ｗ′に関して実質的に同じ質量分布、慣性モーメント
および弾性率を持つように選定され且つマニフォールド
102に適切に取付けられている。流管は、マニフォール
ドから実質的に平行に外方へ延びている。 流管103A、103Bは、その各々の曲げ軸Ｗ、Ｗ′に関し
て流量計の位相のずれた第１の曲げモードで駆動部104
により反対方向に駆動される。駆動部104は、流管103A
に取付けた磁石と、流管103Bに取付けられ両方の流管を
振動させるため交流が流される対向コイルとのような多
数の公知の装置の１つでよい。適切な駆動信号が、リー
ド線110を介して流量計電子装置20により駆動部104へ印
加される。 流量計電子装置20は、リード線111、111′上にそれぞ
れ生じる左右の速度信号を受取る。流量計電子装置20
は、リード線110上に駆動信号を生じて、駆動部104に流
管103A、103Bを振動させる。流量計電子装置20は、流量
計組立体10を通過する物質の質量流量と密度とを計算す
るため前記左右の速度信号を処理する。この情報は、流
量計電子装置20により経路26を経て利用手段（図示せ
ず）に印加される。 コリオリ流量計５が構造において振動管式密度計に非
常に類似することは当業者には公知である。振動管式密
度計もまた、流体が流動し、サンプル・タイプの密度計
の場合には流体が内部に保持される振動管を使用する。
振動管式密度計はまた、流管を振動するよう励振する駆
動システムを用いる。振動管式密度計は、密度の測定が
周波数の測定のみを必要とし位相の測定は不要であるの
で、典型的には１つのフィードバック信号のみを用い
る。本発明の記述は、振動管式密度計に等しく適用され
る。当業者は、現存するコリオリ流量計がモード・フィ
ルタに対する入力に用いられる２つのフィードバック信
号を有するのに対し、現存する振動管式密度計は典型的
には１つのフィードバック信号だけが利用可能であるこ
とを理解されよう。このように、本発明の振動管式密度
計に適用するためには、振動管式密度計に付加的なフィ
ードバック信号を設けるだけでよい。 従来技術の駆動システム−図２、図３および図６ 図２は、流量計電子装置20のブロック図を示してい
る。流量計電子装置20は、質量流量回路30と駆動回路40
とを含んでいる。質量流量回路30は、振動管における２
つの点の間の位相差に基いて振動管内の流体の質量流量
を計算する多くの公知回路の１つである。質量流量回路
30は、経路26を介して利用手段（図示せず）に対する出
力を生じる。該利用手段は、例えばディスプレイでよ
い。質量流量回路30の詳細は、当業者には周知であり、
本発明の一部をなすものではない。質量流量回路30に関
する事例については、1983年11月29日にスミスに発行さ
れマイクロ・モーション社へ名義が譲渡された米国再発
行特許第31,450号、あるいは1989年11月14日にゾロック
に発行され名義がマイクロ・モーション社に譲渡された
米国特許第4,879,911号、あるいは1993年８月３日にゾ
ロックに発行され名義がマイクロ・モーション社に譲渡
された同第5,231,884号を参照されたい。 現存する駆動回路システムにおいて、駆動回路40は、
左側のピック・オフ・センサ105から経路41によりフィ
ードバック信号を受取る。図３に関して更に詳細に述べ
るように、現存する駆動回路システムは、駆動部104に
対する経路110上に駆動信号を生成する。当業者は、現
存する駆動システムが代替的に駆動回路40に対するフィ
ードバックとして右側のピック・オフ・センサを用い得
ることを理解されよう。また、現存する駆動システムの
中には、駆動回路40に対するフィードバックとして両方
のピック・オフ信号の和を用いるものもある。 図３は、現存する駆動回路40のブロック図を示してい
る。駆動回路40は、流量計から１つのピック・オフ信号
の形態でフィードバック信号を受取り、駆動信号を経路
110上に生じるようにピック・オフ信号の強さを適正に
条件付ける。先に述べたように、現存する一部の駆動シ
ステムは、２つのピック・オフ信号を加算して、駆動信
号を生じるように加算された信号を処理する。駆動回路
40は、ピック・オフ・センサ105からの信号を経路41上
で受取る。ピック・オフ信号は整流器300へ送られ、次
いで積分器301へ送られる。積分器301から出力された信
号は、ピック・オフ・センサ105の信号の平均振幅を表
わす。平均振幅信号は、振幅制御部302へ入力される。
振幅制御部302は、積分器301からの平均振幅信号を基準
電圧Vrefと比較する。平均振幅が基準電圧より小さい
と、ピック・オフ信号が乗算器303で増幅され、振幅条
件付けられたピック・オフ信号が乗算器303から出力さ
れる。振幅条件付けられたピック・オフ信号は、電力増
幅器304により増幅されて、駆動部104へフィードバック
される最終駆動信号を生じる。駆動回路40は、比較的一
定の振幅を維持するよう動作する。現存する駆動制御回
路40の詳細は、コリオリ流量計電子装置の技術当業者に
は周知であり、本発明の一部をなすものではない。駆動
回路40の多くの実施の形態の更に詳細な論議について
は、米国特許第5,009,109号を参照されたい。 図６は、駆動回路40に対する入力および同回路からの
出力のモード内容を示している。図６は、入力作用力の
振幅に対する流管応答振幅の対数比を示す縦軸と周波数
を示す横軸とを有する２つの周波数応答関数（FRF）の
グラフ600および602を示している。入力作用力の振幅
は、駆動信号、流体の乱流、外部振動源などに起因する
成分を含んでいる。図６の説明のため、入力作用力が全
ての周波数において等しい振幅を持つものと仮定する。
グラフ600および602の縦軸のスケールは異なり、横軸の
スケールは同じである。グラフ600は、フィードバック
信号に対応するFRF601を示している。図３については、
FRF601は、流管へ印加される入力作用力に関してピック
・オフ・センサ105から現存の駆動回路40へ経路41で運
ばれる信号を特徴付けている。FRF601は、位相のずれた
第１の曲げモード（振幅のピーク値が点Ａ）、位相のず
れた第１の捩りモード（振幅のピーク値が点Ｂ）、およ
び位相のずれた第２の曲げモード（振幅のピーク値が点
Ｃ）におけるモード内容を有する。グラフ602は、周波
数ドメイン・フィルタを用いる現存の駆動回路において
生成される駆動信号に対応するFRF603を示している。 図３では、FRF603は、流管に加えられる入力作用力に
関して、現存の駆動回路40から駆動部104へ経路110で運
ばれる信号を特徴付けている。FRF603は、駆動フィード
バック信号601の周波数ドメイン・フィルタ処理の影響
を示している。FRF603は、信号601（グラフ602では点線
で示される）を含む３つの同じモードからのモード内容
を呈するが、高周波成分は現存の駆動回路40の周波数ド
メイン・フィルタ処理によって低下する。 本発明による駆動システム（一般）−図４、図５および
図７ 図４は、質量流量回路30と流管駆動回路50とを含む流
量計電子装置400のブロック図を示す。流量計電子装置4
00は、図２および図３に関して述べた流量計電子装置20
に下記の点を除いて類似している。駆動回路50は、図５
に関して更に詳細に述べるように、駆動回路40とは異な
っている。また、駆動回路50は、駆動回路40と比較し
て、追加のフィードバック信号を入力として受取る。左
右のピック・オフ信号は、それぞれ経路41および42を介
して駆動回路50で受取られる。追加のフィードバック信
号が、追加のフィードバック・センサ401から経路403上
で受取られる。フィードバック・センサ401、コリオリ
流量計の流管に取付けられた任意数の付加的なフィード
バック・センサを表わす。以下に述べる本発明の実施の
形態では、フィードバック・センサ401は、コリオリ流
量計の流管における駆動部の位置に配置されるピック・
オフ・センサである。 図５は、現存の駆動制御回路40とモード・フィルタ50
0とを含む駆動回路50のブロック図を示す。現存の駆動
制御回路40は、図３に関して述べたのと同じ回路であ
る。ピック・オフ・センサ（フィードバック・センサ50
3）の１つからピック・オフ信号を直接受取る代わり
に、現存の駆動制御回路40はモード・フィルタ500によ
って出力される信号を受取る。モード・フィルタ500
は、ピック・オフ・センサ105、105′から経路111、11
1′によりフィードバック信号をそれぞれ受取る。フィ
ードバック・センサ401は、振動流管に取付けられ駆動
回路50に対するフィードバック信号を生じる任意数の付
加的なフィードバック・センサを表わす。追加の各フィ
ードバック・センサにより生じる追加の各フィードバッ
ク信号は、別の経路402を介して駆動回路50へ送られ
る。ピック・オフ・センサ105、105′および追加のセン
サ401は、本文ではまとめてフィードバック・センサ503
と呼ぶ。当業者は、ピック・オフ・センサ105、105′を
フィードバック・センサ503の１つとして用いなくとも
よいことを理解されよう。しかし、これらセンサが用い
られることが望ましい。これらセンサはモード・フィル
タ500のために、以下に述べるように、有用なフィード
バック信号を提供しかつこれらの信号が質量流量の計算
のため必要であるからである。 フィードバック・センサ503の各信号は、増幅器504〜
506の１つに入力される。増幅器506もまた、任意数の追
加のフィードバック・センサ401から信号を受取るため
の任意数の追加の増幅器を示している。増幅器504は利
得G1を持ち、増幅器505は利得G2を持ち、増幅器506は利
得GNを持つ。利得G1〜GNは、モード・フィルタ500によ
りフィードバック信号に加えられる重みづけ係数と呼ば
れる。経路507〜509における増幅器504〜506の出力は、
重みづけフィードバック信号と呼ばれる。重みづけフィ
ードバック信号は、加算器510により加算されてフィル
タ出力信号を経路511に生成する。 増幅器504〜506の利得G1〜GNは、経路511上のフィル
タ出力信号がフィードバック・センサ503からの任意の
フィードバック信号と比較して改善されたモード内容を
持つように選定される。改善されたモード内容を持つフ
ィルタ出力信号は、所望のモード応答が増幅され少なく
とも１つの望ましくないモード応答が抑制されるフィル
タ出力信号を意味する。 図７は、図４〜図７に関して述べたモード・フィルタ
の結果を示している。図７は、比較目的のため、図６か
らのグラフ600を含んでいる。グラフ600と同様に、グラ
フ700〜702は、入力作用力の振幅に対する流管の応答振
幅の対数比を表わす縦軸を有する。グラフ700〜702はそ
れぞれ、重ね合わせにより加え合わされたときFRF601を
構成する３つの振動モードに対応するFRFを示してい
る。グラフ700は、FRF601の位相のずれた第１の曲げモ
ード成分に対応するFRF703を示す。グラフ701は、FRF60
1の位相のずれた第１の捩りモードに対応するFRF704を
示す。グラフ702は、FRF601の位相のずれた第２の曲げ
モード成分に対応する信号成分705を示す。図５におい
て、FRF601は、フィードバック・センサ503の１つから
モード・フィルタ500への信号を特徴付ける。モード・
フィルタ500は、図４および図５に関して先に述べたよ
うに、FRF601からの所望の振動モードを除く全てを除去
するように働く。このように、FRF601の位相のずれた第
１の曲げモード成分に対応するFRF703は、モード・フィ
ルタ500から駆動制御回路40への経路511上の信号のモー
ド内容を表わしている。駆動部104に対する経路110上の
実際の駆動信号は、FRF703と異なる振幅を持つが、FRF7
03のモード内容は単純な増幅によっては変更されない。
従って、駆動回路50から駆動部104への経路110上の駆動
信号は、流量計組立体10の位相のずれた第１の曲げモー
ドのみを励振する。現存の駆動回路により生じる駆動信
号と本発明の駆動回路により生じる駆動信号との間の差
は、図６のFRF603（現存の駆動回路からの駆動信号のモ
ード内容）と図７のFRF703（本発明の駆動回路からの駆
動信号のモード内容）とを比較することによりグラフ上
で明らかである。 モード・フィルタの重みづけ係数の選定−図８および図
９ コリオリ流量計の駆動回路モード・フィルタに対する
重みづけ係数（図５における利得G1〜GN）の選定につい
ては、図８および図９に関して以下に更に詳細に述べ
る。コリオリ質量流量計のに駆動回路に適用されるモー
ド・フィルタに対する重みづけ係数を選択するため用い
ることができる種々の方法がある。重みづけ係数が決定
される手段は重要ではなく、任意の方法あるいは方法の
に組合わせが適切であり等価である。 コリオリ流量計の駆動回路のモード・フィルタに対す
る重みづけ係数を選定する１つの方法は、試行錯誤であ
る。図５および図７に関して述べたように、モード・フ
ィルタ500の所望の結果は、モード・フィルタに対する
任意のフィードバック信号入力と比較して改善されたモ
ード内容を有するフィルタ出力信号を生成することであ
る。図８は、試行錯誤方法を用いてモード・フィルタの
重みづけ係数を選定するため用いられるステップを示す
フローチャートである。ステップ801〜804は、所望のモ
ード内容を持つフィルタの出力信号（駆動信号）が得ら
れるまで反復される。ステップ801〜804は、モード・フ
ィルタ増幅器の利得の変更を可能にする駆動回路と共
に、必要なフィードバック信号を生じるように適正に計
装された実際のコリオリ流量計を用いて行われる。ある
いはまた、フィードバック信号は、例えばディジタル・
オーディオ・テープ・フォーマットで記録することがで
き、それぞれの経路でステップ801〜804を介してモード
・フィルタの駆動回路へ再び印加することができる。あ
るいはまた、ステップ801〜804は、コリオリ流量計およ
び関連する駆動回路の数値モデルを用いて実行される。 このプロセスは、ステップ800から始ってステップ801
へ続き、このステップで第１の組の重みづけ係数が選定
される。ステップ801の期間に、ステップ801が実行され
るごとに完全に新たな組の重みづけ係数（利得G1〜GN）
を選定することができ、あるいは、ステップ801が実行
されるごとに１つのフィードバック信号に対して新たな
重みづけ係数を選定することができる。ステップ802の
期間に、フィードバック信号がモード・フィルタへ印加
され、このフィルタでは各モード・フィルタ増幅器がス
テップ801により決定される利得の組を有する。ステッ
プ803の期間にフィルタ出力信号が測定され、モード・
フィルタに対するフィードバック信号入力との必要な比
較を許容するよう適宜に記録される。処理は、ステップ
803から判断ブロック804まで継続する。 判断ブロック804は、フィルタ出力信号がモード・フ
ィルタに入力されるフィードバック信号の任意の１つに
比して改善されたモード内容を有するか否かを判定する
ように働く。ユーザは、フィルタ出力信号におけるどん
なモード内容が良好であるか判断する。このように、
「改善されたモード内容」は、所望の駆動モードからの
モード内容のみが存在するフィルタ出力信号を意味し得
る。「改善されたモード内容」は、ユーザの仕様に従っ
て、例えば、所望の駆動モードの振幅の方が存在する他
のモードの振幅より少なくとも20dBだけ大きいことも意
味し得る。判断ブロック804の動作により、フィルタ出
力信号がモード内容を改善したと判定されるならば、処
理は、重みづけ係数プロセスが終了するステップ805へ
続く。フィルタ出力信号がモード内容を改善しなかった
ものと判断されるならば、処理はステップ801へ戻る。
ステップ801において新たな組の重みづけ係数が選定さ
れ、改善されたモード内容を含むフィルタ出力信号を生
じる１組の重みづけ係数を見出すためステップ802〜804
が再び処理される。 コリオリ流量計の駆動回路に対する重みづけ係数を選
定する方法は、固有ベクトル行列の逆行列または擬似逆
行列を計算することである。先に述べたように、コリオ
リ流量計の振動流管は振動モードの組合わせを提示して
いる。物理座標における流管の運動、例えば、流管にお
ける個々の点および方向における１つの応答は、流管の
運動についての有効な情報を容易に生じない連結式の分
析を必要とする。しかし、モード変換を用いて物理的応
答のベクトルをシステムのモード応答あるいはモード座
標へ変換することができる。標準的なモード変換は、 （１） ｘ＝Φη により与えられる。 但し、ｘは、物理的応答座標のベクトル、 Φは、列が当該流管の固有ベクトル（モード・ベ
クトルとも呼ばれる）である固有ベクトル行列、および ηは、モード応答座標のベクトルである。 固有ベクトル行列は、以下に述べるように、任意のコ
リオリ流量計の流管について展開することができる。物
理的ベクトルは、モード・フィルタに対する入力、即ち
フィードバック信号と見なすことができる。従って、式
（１）は、下記のようにモード座標応答であるηについ
て解かれる。 （２） η＝Φ†ｘ 式（１）を式（２）の形態にするには、固有ベクトル行
列Φの擬似逆行列を用いることを必要とする。固有ベク
トル行列が正方且つ非特異であるならば、固有ベクトル
行列の擬似逆行列ではなく逆行列（Φ-1）が式（２）に
おいて用いられる。この固有ベクトル行列は、流管から
のフィードバック信号の数が考察されるモード数に等し
く且つモード・ベクトルが一次的に独立的であるとき、
正方且つ非特異である。 下記の事例を用いて、コリオリ流量計の駆動回路モー
ド・フィルタに対する重みづけ係数を決定するためモー
ド行列の擬似逆行列を計算するプロセスを説明する。固
有ベクトル行列を作るため流量計の物理的モデルまたは
数値モデルを用いることができる。下記の例では、流量
計の数値モデルが用いられた。 有限要素モデルがモデルCMF100コリオリ質量流量計
（マイクロ・モーション社製造）の管から構成される。
このモデルは、物理的流量計上で流量計マニフォールド
に接続する流管の端部を接地するように固定される。有
限要素モデル化手法は、当業者には周知であり、本発明
の一部をなすものではない。事例の有限要素モデルは、
SDRC概念を用いて作られ、マクニール−シュウェンドラ
社から入手可能な有限要素コードであるMSC/NASTRANに
よって分析された。有限要素モデル化技術の当業者は、
任意の有限要素コードが代替的に使用できることを認識
しよう。フィードバック・センサの場所は、流管におけ
る右側のピック・オフ・センサ、駆動部および左側のピ
ック・オフ・センサに対応する磁石とコイルとの場所の
間の相対運動を表わす出力を生じるようにモデル化され
た。これらの「スカラー点」は、進歩した動的分析にお
ける標準的な手法である。コリオリ流量計の有限要素モ
デル化についての更なる情報は、「流体伝達タイムシェ
ンコ・ビームの振動分析のための有限要素（Ａ Finite
Element for the Vibration Analysis of ａ
Fluid−Conveying Timeshenko Beam）」（AIAA論文93
−1552）を参照されたい。 CMF100モデルの固有値係数は、CMF100センサに対する
下記の３行×10列の固有ベクトル行列を作るため有限要
素モデルから抽出される。 式（３）の全固有ベクトル行列Φfullにおける各行は、
流管における物理的場所に対応している。第１の行は左
側ピック・オフの場所に対応し、第２の行は駆動部の場
所に対応し、第３の行は右側ピック・オフの場所に対応
している。全固有ベクトル行列Φfullにおける各列は、
振動モードに対応している。この行列は、ピック・オフ
・センサにより生成される信号をモデル化するため周知
の方法で有限要素モデルにより用いられる。この行列
は、以下に述べるように、駆動回路モード・フィルタに
対する重みづけ係数を生成するために用いられる。全固
有ベクトル行列Φfullにおけるゼロの列（モード）は、
「同相モード」である。これは、両方の管が同じ速度と
方向で運動しているので、管の間に相対運動がないこと
を意味する。このため、フィードバック信号を生じるた
め用いられるセンサ、当例では速度センサ自体は、全て
の同相モードを除去することにより一種のモード・フィ
ルタとして働く。全固有ベクトル行列Φfullは、全ての
同相の列を除去することによって変形される。 式（４）は、変形された固有ベクトル行列Φreducedで
ある。標準モード変換式（１）は、下記のように、変形
された固有ベクトル行列Φreducedを用いて書き直され
る。 但し、ηｂは位相のずれた第１の曲げモードのモード座
標応答、ηｔは位相のずれた第１の捩りモードのモード
座標応答、およびη2bは位相のずれた第２の曲げモード
のモード座標応答、RPOは右側のピック・オフ・センサ
からの物理的応答、DRVは駆動部の場所におけるフィー
ドバック・センサからの物理的応答、およびLPOは左側
のピック・オフ・センサからの物理的応答である。式
（５）は、未知のベクトル量、即ちモード・ベクトルに
ついて解かれる。 変形された固有ベクトル行列は、Mathcadのような標準
的な市販の数学計算パッケージへ行列を移入し、これら
の計算パッケージにおいて得られる標準的な逆関数また
は擬似逆関数の１つを用いることにより反転される。結
果として得る式は、式（７）として示される。 式（７）における係数は、コリオリ流量計の駆動回路に
おけるモード・フィルタ増幅器に対する重みづけ係数で
ある。例えば、本例におけるように、フィードバック信
号から位相のずれた第１の曲げモードを抽出したけれ
ば、上記モード・フィルタのベクトル行列の第１の行が
下記のように用いられる。 （８） ηｂ＝8.2389（RPO）＋16.5795（DRV）＋8.238
9（LPO） 式（８）を簡単にするため、位相のずれた第１の曲げモ
ードのモード・ベクトル係数が103で乗じられた。図５
において、増幅器504の利得G1は、8.2389（左側のピッ
ク・オフ・センサに対応するモード・フィルタのベクト
ル係数）に設定され、利得G2は8.2389（右側のピック・
オフ・センサに対応するモード・フィルタのベクトル係
数）に設定され、利得GNは16.5795（駆動部の場所に対
応するモード・フィルタのベクトル係数）に設定され
る。重みづけ係数は、駆動制御回路40へ入力される適正
な振幅を持つフィルタ出力信号を経路511に与えるた
め、グループとして線形に変化される。 図９は、固有ベクトル行列の逆行列または擬似逆行列
を計算することにより駆動回路のモード・フィルタ係数
を決定する処理ステップを示すフローチャートである。
上記の固有ベクトル行列の逆行列または擬似逆行列の計
算は、高度の動的分析技術における当業者には周知であ
り、駆動回路モード・フィルタ係数を決定するための有
用なツールである。図９のフローチャートは、ブロック
900で開始しステップ901へ進む。ステップ901の期間
に、固有ベクトル行列が形成される。先に述べたよう
に、固有ベクトル行列に対する固有ベクトルを決定する
方法は、固有ベクトルが抽出される流量計の有限要素モ
デルを形成することによる。別の試みは、流量計の物理
的サンプルから固有ベクトルを直接に決定するため実験
的なモード分析を用いることである。実験的なモード分
析は、当業者には周知であり、その法法および使用は本
発明の一部をなすものでない。適切な方法により固有ベ
クトルがいったん得られると、固有ベクトル行列が作ら
れる。式（３）は、流管上の３つの点における10個の振
動モードに対する全固有ベクトル行列の一例である。固
有ベクトル行列の行数は自由度を表わすが、固有ベクト
ル行列の各列は異なるモードを表わす。固有ベクトル行
列は、除去されるべきモードへ変形される。本例では、
これは係数として０を持つ列を除くことによって行われ
る。本文に述べた構造およびセンサの例では、係数０を
持つ列（モード）は同相のモードである。処理は、ステ
ップ901からステップ902へ進む。 ステップ902の期間に、固有ベクトル行列の逆行列ま
たは擬似逆行列が計算される。固有ベクトル行列の逆行
列または擬似逆行列の各行は、特定のモードと関連する
モード・フィルタ係数を含んでいる。これは、一般に式
（２）により表わされ、上例では式（７）によって示さ
れる。処理は、次にステップ903へ進む。 ステップ903の期間に、適切なモード・フィルタの重
みづけ係数が選定される。上例においては、流量計は位
相のずれた第１の曲げモードで駆動され、従って、位相
のずれた第１の曲げモードに対するモード・フィルタ係
数が選定される。しかし、異なるモードに対するモード
・フィルタ係数を選定することによって、異なる用法に
対して異なるモード・フィルタを形成することができ
る。例えば、位相のずれた第１の曲げモードの代わり
に、位相のずれた第１の捩りモードで流管を駆動するよ
うに配置された複数の駆動部を持つ流量計を構成するこ
ともできる。この場合、位相のずれた第１の捩りモード
に対するモード・フィルタ係数、即ち式（７）における
２番目の行は、モード・フィルタに対する重みづけ係数
として用いられる。更なる事例は、コリオリ流量計の流
管において多数のモードを同時にかつ正確に励振するよ
うに選択する場合である。位相のずれた第１の曲げモー
ドと位相のずれた第１の捩りモードで流管を駆動しよう
と欲するならば、２つのモード・フィルタが用いられ
る。１つのモード・フィルタは、位相のずれた第１のモ
ードに対する重みづけ係数を用いて位相のずれた第１の
曲げモードのみにおけるモード内容を持つフィルタ出力
信号を生じる。第２のモード・フィルタは、位相のずれ
た第１の捩りモードに対する重みづけ係数を用いて、位
相のずれた第１の捩りモードのみにおけるモード内容を
持つフィルタ出力信号を生成する。この２つのフィルタ
出力信号は、加算されて位相のずれた第１の曲げモード
と位相のずれた第１の捩りモードのみにおけるモード内
容を持つ駆動信号を生じる。適切なモード・フィルタの
重みづけ係数を選定した後、処理はブロック904で終了
する。 流量計駆動回路モード・フィルタのフローチャート−図
10 図10は、モード・フィルタを用いてコリオリ流量計駆
動信号を生じる処理ステップを示すフローチャートであ
る。処理は、ステップ1000で開始し、ステップ1001へ進
む。ステップ1001の期間に、モード・フィルタ駆動回路
は、振動する流管から２つ以上のフィードバック信号を
受取る。処理は、次にステップ1002へ進み、ここで各フ
ィードバック信号がその対応する重みづけ係数だけ増幅
される。この重みづけされたフィードバック信号は、ス
テップ1003の期間に加算されてフィルタ出力信号を生じ
る。ステップ1004の期間に、フィルタ出力信号が増幅さ
れて、流管駆動要素へフィードバックされる駆動信号を
生じる。ステップ1004は、利得制御機能をも含む。この
プロセスは、流量計の動作が終了するステップ1005まで
続行する。 ここでは、特定の実施の形態が開示されたが、特許請
求の範囲に文言上あるいは「均等理論」の下で含まれる
モード・フィルタを用いる代替的なコリオリ流量計駆動
システムを当業者が設計するであろうことが予期され
る。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 平２−66410（ＪＰ，Ａ)
特開 平８−62014（ＪＰ，Ａ)
特開 昭55−94117（ＪＰ，Ａ)
特表 平６−508930（ＪＰ，Ａ)
特表 平４−506410（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
G01F 1/84
G01N 9/00
Claims (26)
- 【請求項１】物質の特性を計測する装置であって、前記
物質が通過する流管と、該流管における第１の場所に取
付けられ、該第１の場所における流管の運動を表わす第
１の運動信号を生成する第１のセンサ手段（105）と、
前記流管における第２の場所に取付けられ、該第２の場
所における流管の運動を表わす第２のセンサ手段（10
5′）と、前記流管を振動させる駆動システムとを備え
てなり、前記第１の運動信号及び前記第２の運動信号が
複数の振動モードを表す装置において、 前記流管に隣接して配置され、駆動信号に応答して前記
流管を振動させる駆動手段（104）と、 前記第１と第２の運動信号を受取り、前記駆動信号を生
成する空間フィルタ手段（50）と を備え、前記空間フィルタ手段が、 第１の重みづけ係数を前記第１の運動信号に適用して第
１の重みづけされた信号（507）を生じる第１の重みづ
け手段（504）と、 第２の重みづけ係数を前記第２の運動信号に適用して第
２の重みづけされた信号（508）を生じる第２の重みづ
け手段（505）と、 前記第１の重みづけされた信号と前記第２の重みづけさ
れた信号とを組合せて前記駆動信号を生成する加算手段
と、 を備え、 前記第１の重みづけ係数と前記第２の重みづけ係数と
が、前記複数の振動モードのうちの所望の振動モードを
強め、前記複数の振動モードのうちの不所望の振動モー
ドを抑制する装置。 - 【請求項２】前記流管がコリオリ質量流量計の一部であ
る、請求項１記載の装置。 - 【請求項３】前記流管が振動管式密度計の一部である、
請求項１記載の装置。 - 【請求項４】前記駆動手段が前記流管に取付けられる、
請求項２記載の装置。 - 【請求項５】前記加算手段が、 前記第１の重みづけされた信号と前記第２の重みづけさ
れた信号とを組合せてモード的にフィルタ処理された信
号（511）を生成する加算手段（510）と、 前記のモード的にフィルタ処理された信号を増幅して前
記駆動信号を生成する増幅手段（40）と、 を含む、請求項１記載の装置。 - 【請求項６】前記流管における第３の場所に取付けら
れ、該第３の場所における前記流管の運動を表わす第３
の運動信号を生成する第３のセンサ手段（401）を更に
備える、請求項５記載の装置。 - 【請求項７】前記第３の場所が、前記駆動手段が前記流
管と相互作用する位置付近にある、請求項６記載の装
置。 - 【請求項８】第３の重みづけ係数を前記第３の運動信号
に適用して第３の重みづけされた信号（509）を生じる
第３の重みづけ手段（506）と、 前記第１と第２と第３の重みづけされた信号を組合せて
前記駆動信号を生成する加算手段と、 を更に備える、請求項６記載の装置。 - 【請求項９】前記第１のセンサ手段と前記第２のセンサ
手段とが速度センサである、請求項１記載の装置。 - 【請求項１０】前記第１のセンサ手段と前記第２のセン
サ手段とが位置センサである、請求項１記載の装置。 - 【請求項１１】前記第１のセンサ手段と前記第２のセン
サ手段とが加速度センサである、請求項１記載の装置。 - 【請求項１２】前記の第１センサ手段と前記第２のセン
サ手段とが歪み計である、請求項１記載の装置。 - 【請求項１３】前記第１の重みづけ手段と前記第２の重
みづけ手段とがアナログ増幅器である、請求項１記載の
装置。 - 【請求項１４】前記空間フィルタ手段が、前記第１と第
２の運動信号をディジタル信号へ変換するアナログ／デ
ィジタル・コンバータを更に含み、 前記第１の重みづけ手段と前記第２の重みづけ手段とが
ディジタル増幅器である、請求項１記載の装置。 - 【請求項１５】前記駆動信号と基準電圧とに応答して、
前記流管の最大振動振幅を実質的に一定のレベルに維持
する振幅制御手段を更に備える、請求項１記載の装置。 - 【請求項１６】流管（103A、103B）を振動させて該流管
を通過する物質の特性を測定する方法であって、 前記流管の第１の場所における該流管の運動を表わし且
つ複数の振動モードを表す第１の運動信号を受取るステ
ップと、 前記流管の第２の場所における該流管の運動を表わし且
つ複数の振動モードを表す第２の運動信号を受取るステ
ップと、 第１の重みづけ係数を前記第１の運動信号へ適用して第
１の重みづけされた信号を生じるステップと、 第２の重みづけ係数を前記第２の運動信号へ適用して第
２の重みづけされた信号を生じるステップと、 前記第１の重みづけされた信号と前記第２の重みづけさ
れた信号とを加算して駆動信号を生成するステップと、 前記駆動信号を駆動部（104）へ印加して前記駆動信号
に応答して前記流管を振動させるステップと、 を含み、 前記第１の重みづけ係数と前記第２の重みづけ係数と
が、前記複数の振動モードのうちの所望の振動モードを
強め、前記複数の振動モードのうちの不所望の振動モー
ドを抑制する方法。 - 【請求項１７】加算する前記ステップが、 前記第１の重みづけされた信号と前記第２の重みづけさ
れた信号とを加算してモード的にフィルタ処理された信
号を生成するステップと、 前記のモード的にフィルタ処理された信号を増幅して前
記駆動信号を生成するステップと、 を含む、請求項16記載の方法。 - 【請求項１８】前記流管の第３の場所における該流管の
運動を表わす第３の運動信号を受取るステップを更に含
む、請求項17記載の方法。 - 【請求項１９】第３の重みづけ係数を前記第３の運動信
号へ適用して第３の重みづけされた信号を生じるステッ
プと、 前記第１の重みづけされた信号と前記第２の重みづけさ
れた信号と前記第３の重みづけされた信号とを加算して
前記駆動信号を生成するステップと、 を更に含む、請求項18記載の方法。 - 【請求項２０】前記駆動信号と基準電圧とに応答して、
前記流管の最大振動振幅を実質的に一定のレベルに維持
するように前記流管の最大振動振幅を制御するステップ
を更に含む、請求項16記載の方法。 - 【請求項２１】前記流管のＮ個の場所における該流管の
運動に対する固有ベクトル行列を形成するステップと、 前記固有ベクトル行列の逆行列または擬似逆行列につい
て解を求めて前記流管に対するモード・フィルタ・ベク
トルを得るステップであって、前記モード・フィルタ・
ベクトルがＮ組の係数を含み、該Ｎ組の係数のそれぞれ
が、前記流管に存在する複数の振動モードの１つに関連
するステップと、 前記流管における前記Ｎ個の場所に配置されたフィード
バック・センサからのフィードバック信号に適用される
べき前記第１の重みづけ係数及び前記第２の重みづけ係
数として、前記Ｎ組の係数のうちの１組を選定するステ
ップと、 を更に含む、請求項17記載の方法。 - 【請求項２２】形成する前記ステップが、 前記固有ベクトル行列に対する固有ベクトルを生成する
ため、前記流管における実験的モード分析を実施するス
テップを含む、請求項21記載の方法。 - 【請求項２３】形成する前記ステップが、 前記流管の有限要素モデルを生成するステップと、 前記固有ベクトル行列に対する前記有限要素モデルから
固有ベクトルを抽出するステップと、 を含む、請求項21記載の方法。 - 【請求項２４】解を求める前記ステップが、 式ｘ＝Φηのηについて解を求めるステップを含み、こ
こで、 ｘは物理的応答座標のベクトルであり、 Φは前記固有ベクトル行列であり、 ηは前記Ｎ組の係数を含む前記モード・フィルタ・ベク
トルである、 請求項21記載の方法。 - 【請求項２５】選定する前記ステップが、 前記流管を振動させる駆動信号として、前記流管に存在
する前記複数の振動モードのうちのどれを抽出すべきか
を決定するステップと、 決定する前記ステップに応答して、前記第１の重みづけ
係数及び前記第２の重みづけ係数として前記Ｎ組の係数
から所望の組の係数を選定するステップと、 を含む、請求項24記載の方法。 - 【請求項２６】一時的な第１の重みづけ係数と一時的な
第２の重みづけ係数とを選定するステップと、 前記第１の重みづけ係数として前記一時的な第１の重み
づけ係数を前記第１の運動信号へ適用して前記第１の重
みづけされた信号を生成するステップと、 前記第２の重みづけ係数として前記一時的な第２の重み
づけ係数を前記第２の運動信号へ適用して前記第２の重
みづけされた信号を生成するステップと、 前記第１の運動信号及び前記第２の運動信号に比較して
前記駆動信号がモード内容を改善したか否かを決定する
ステップと、 前記駆動信号がモード内容を改善したことの決定に応答
して、前記一時的な第１の重みづけ係数を動作時の第１
の重みづけ係数として、かつ前記一時的な第２の重みづ
け係数を動作時の第２の重みづけ係数として選定するス
テップと、 を更に含む、請求項17記載の方法。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US08/890,785 | 1997-07-11 | ||
| US08/890,785 US6199022B1 (en) | 1997-07-11 | 1997-07-11 | Drive circuit modal filter for a vibrating tube flowmeter |
| PCT/US1998/009572 WO1999002945A1 (en) | 1997-07-11 | 1998-05-11 | Drive circuit modal filter for a vibrating tube flowmeter |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002508078A JP2002508078A (ja) | 2002-03-12 |
| JP3537451B2 true JP3537451B2 (ja) | 2004-06-14 |
Family
ID=25397143
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP50862499A Expired - Fee Related JP3537451B2 (ja) | 1997-07-11 | 1998-05-11 | 振動管流量計のための駆動回路モード・フィルタ |
Country Status (14)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6199022B1 (ja) |
| EP (1) | EP0995082B1 (ja) |
| JP (1) | JP3537451B2 (ja) |
| KR (1) | KR20010021725A (ja) |
| CN (1) | CN1137372C (ja) |
| AR (1) | AR012509A1 (ja) |
| AU (1) | AU735750B2 (ja) |
| BR (1) | BR9810585A (ja) |
| CA (1) | CA2291237A1 (ja) |
| DE (1) | DE69807888T2 (ja) |
| HK (1) | HK1028808A1 (ja) |
| ID (1) | ID24949A (ja) |
| PL (1) | PL338072A1 (ja) |
| WO (1) | WO1999002945A1 (ja) |
Families Citing this family (38)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8447534B2 (en) * | 1997-11-26 | 2013-05-21 | Invensys Systems, Inc. | Digital flowmeter |
| US7784360B2 (en) | 1999-11-22 | 2010-08-31 | Invensys Systems, Inc. | Correcting for two-phase flow in a digital flowmeter |
| US20030216874A1 (en) | 2002-03-29 | 2003-11-20 | Henry Manus P. | Drive techniques for a digital flowmeter |
| US8467986B2 (en) | 1997-11-26 | 2013-06-18 | Invensys Systems, Inc. | Drive techniques for a digital flowmeter |
| US6092429A (en) † | 1997-12-04 | 2000-07-25 | Micro Motion, Inc. | Driver for oscillating a vibrating conduit |
| US6577977B2 (en) * | 1999-02-16 | 2003-06-10 | Micro Motion, Inc. | Process parameter sensor apparatus, methods and computer program products using force filtering |
| US6347293B1 (en) * | 1999-07-09 | 2002-02-12 | Micro Motion, Inc. | Self-characterizing vibrating conduit parameter sensors and methods of operation therefor |
| US6378354B1 (en) * | 2000-07-21 | 2002-04-30 | Micro Motion, Inc. | System for calibrating a drive signal in a coriolis flowmeter to cause the driver to vibrate a conduit in a desired mode of vibration |
| US6466880B2 (en) | 2001-02-16 | 2002-10-15 | Micro Motion, Inc. | Mass flow measurement methods, apparatus, and computer program products using mode selective filtering |
| BRPI0207229B8 (pt) * | 2001-02-16 | 2016-06-07 | Micro Motion Inc | métodos e aparelho de medida de fluxo de massa utilizando filtragem seletiva de modo |
| US6694279B2 (en) | 2001-02-16 | 2004-02-17 | Micro Motion, Inc. | Methods, apparatus, and computer program products for determining structural motion using mode selective filtering |
| US6535826B2 (en) | 2001-02-16 | 2003-03-18 | Micro Motion, Inc. | Mass flowmeter methods, apparatus, and computer program products using correlation-measure-based status determination |
| US6505135B2 (en) * | 2001-03-13 | 2003-01-07 | Micro Motion, Inc. | Initialization algorithm for drive control in a coriolis flowmeter |
| US7010288B2 (en) * | 2002-05-06 | 2006-03-07 | Cingular Wireless Ii, Llc | System and method for providing an automatic response to a telephone call |
| DE10237209B4 (de) * | 2002-08-14 | 2004-07-29 | Siemens Flow Instruments A/S | Durchflußmesseranordnung |
| NL1023395C2 (nl) * | 2003-05-12 | 2004-11-15 | Tno | Coriolis Massastroommeter. |
| DE10322851A1 (de) * | 2003-05-19 | 2004-12-16 | Endress + Hauser Flowtec Ag, Reinach | Coriolis-Durchflußmeßgerät |
| KR101011809B1 (ko) * | 2003-09-29 | 2011-02-07 | 마이크로 모우션, 인코포레이티드 | 코리올리 유량계용 진단 장치 및 방법 |
| US7073396B2 (en) * | 2004-05-26 | 2006-07-11 | Krohne Ag | Coriolis mass flowmeter |
| EP1628118A2 (de) * | 2004-07-29 | 2006-02-22 | Krohne AG | Coriolis-Massendurchflussmessgerät und Verfahren zur Herstellung eines Coriolis-Massendurchflussmessgeräts |
| JP5144266B2 (ja) | 2004-09-09 | 2013-02-13 | マイクロ・モーション・インコーポレーテッド | ２つの振動モード間のコリオリ結合を測定することにより管路での流量を測定する方法及び装置 |
| CN100458377C (zh) | 2004-09-27 | 2009-02-04 | 微动公司 | 本征矢量的流动中确定的方法和设备 |
| US20060211981A1 (en) * | 2004-12-27 | 2006-09-21 | Integrated Sensing Systems, Inc. | Medical treatment procedure and system in which bidirectional fluid flow is sensed |
| JP5575355B2 (ja) * | 2006-10-06 | 2014-08-20 | 株式会社 資生堂 | 紫外線防御効果の評価装置 |
| EP2257776B1 (en) * | 2008-02-11 | 2017-08-02 | Micro Motion, Inc. | Method for detecting a process disturbance in a vibrating flow device |
| CN102113215B (zh) * | 2008-07-30 | 2013-12-25 | 微动公司 | 在包括一个或多个数字滤波器的处理系统中优化处理器操作 |
| DE102009012474A1 (de) * | 2009-03-12 | 2010-09-16 | Endress + Hauser Flowtec Ag | Meßsystem mit einem Messwandler vom Vibrationstyp |
| CN101840212B (zh) * | 2010-05-27 | 2012-07-04 | 北京航空航天大学 | 一种用于科氏质量流量计的副振动反馈控制装置 |
| KR20160002956A (ko) * | 2013-04-23 | 2016-01-08 | 마이크로 모우션, 인코포레이티드 | 진동 센서에 대한 드라이브 신호를 생성하는 방법 |
| CN103412631A (zh) * | 2013-08-12 | 2013-11-27 | 浪潮电子信息产业股份有限公司 | 一种多路输出电源加权反馈设计方法 |
| DE102015002893A1 (de) * | 2015-03-09 | 2016-09-15 | Festo Ag & Co. Kg | Verfahren zum Betreiben eines Massendurchflusssensors und Massendurchflusssensor |
| WO2017019016A1 (en) * | 2015-07-27 | 2017-02-02 | Micro Motion, Inc. | A method of determining the left eigenvectors in a flowing coriolis flowmeter |
| EP3329230B1 (en) * | 2015-07-27 | 2020-11-18 | Micro Motion, Inc. | Off-resonance cycling for coriolis flowmeters |
| DE102016114860A1 (de) * | 2016-08-10 | 2018-02-15 | Endress + Hauser Flowtec Ag | Treiberschaltung sowie damit gebildete Umformer-Elektronik bzw. damit gebildetes Meßsystem |
| DE112021003296A5 (de) | 2020-06-18 | 2023-05-11 | Endress+Hauser Flowtec Ag | Vibronisches Meßsystem |
| DE102020131649A1 (de) | 2020-09-03 | 2022-03-03 | Endress + Hauser Flowtec Ag | Vibronisches Meßsystem |
| CN113252508B (zh) * | 2021-06-28 | 2021-11-02 | 中国计量科学研究院 | 一种用于谐振式密度计的闭环控制系统及方法 |
| CN115077646B (zh) * | 2022-08-18 | 2022-11-01 | 南京天梯自动化设备股份有限公司 | 一种信号调节电路以及信号偏移自检校正方法 |
Family Cites Families (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4781069A (en) | 1986-06-05 | 1988-11-01 | Exac Corporation | Mode selection apparatus for multiple tube coriolis type mass flow meters |
| US4777833A (en) | 1986-11-12 | 1988-10-18 | Micro Motion, Inc. | Ferromagnetic drive and velocity sensors for a coriolis mass flow rate meter |
| DE69032658T2 (de) | 1989-06-09 | 1999-02-11 | Micro Motion Inc | Stabilitätsverbesserung bei einem coriolis-massenflussmesser |
| US5009109A (en) | 1989-12-06 | 1991-04-23 | Micro Motion, Inc. | Flow tube drive circuit having a bursty output for use in a coriolis meter |
| EP0462711A1 (en) | 1990-06-16 | 1991-12-27 | Imperial Chemical Industries Plc | Fluid flow measurement |
| WO1992014123A1 (en) | 1991-02-05 | 1992-08-20 | Donald Reed Cage | Improved coriolis mass flow rate meter |
| US5373745A (en) | 1991-02-05 | 1994-12-20 | Direct Measurement Corporation | Single path radial mode Coriolis mass flow rate meter |
| US5497665A (en) | 1991-02-05 | 1996-03-12 | Direct Measurement Corporation | Coriolis mass flow rate meter having adjustable pressure and density sensitivity |
| EP0578113B1 (de) | 1992-07-06 | 1997-11-19 | Krohne Messtechnik Gmbh & Co. Kg | Massendurchflussmessgerät |
| DE4413239C2 (de) | 1993-10-28 | 2000-09-28 | Krohne Messtechnik Kg | Verfahren zur Auswertung der Meßsignale eines Massendurchflußmeßgeräts |
| US5469748A (en) * | 1994-07-20 | 1995-11-28 | Micro Motion, Inc. | Noise reduction filter system for a coriolis flowmeter |
| DE69515576T2 (de) | 1994-09-09 | 2000-09-14 | Fuji Electric Co Ltd | Schwingungsmessvorrichtung |
| US5555190A (en) * | 1995-07-12 | 1996-09-10 | Micro Motion, Inc. | Method and apparatus for adaptive line enhancement in Coriolis mass flow meter measurement |
| US5827979A (en) | 1996-04-22 | 1998-10-27 | Direct Measurement Corporation | Signal processing apparati and methods for attenuating shifts in zero intercept attributable to a changing boundary condition in a Coriolis mass flow meter |
| US5734112A (en) | 1996-08-14 | 1998-03-31 | Micro Motion, Inc. | Method and apparatus for measuring pressure in a coriolis mass flowmeter |
-
1997
- 1997-07-11 US US08/890,785 patent/US6199022B1/en not_active Expired - Lifetime
-
1998
- 1998-05-11 CN CNB988071193A patent/CN1137372C/zh not_active Expired - Lifetime
- 1998-05-11 AU AU73788/98A patent/AU735750B2/en not_active Ceased
- 1998-05-11 BR BR9810585-0A patent/BR9810585A/pt not_active IP Right Cessation
- 1998-05-11 JP JP50862499A patent/JP3537451B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 1998-05-11 ID IDW20000250A patent/ID24949A/id unknown
- 1998-05-11 DE DE69807888T patent/DE69807888T2/de not_active Expired - Lifetime
- 1998-05-11 WO PCT/US1998/009572 patent/WO1999002945A1/en active IP Right Grant
- 1998-05-11 CA CA002291237A patent/CA2291237A1/en not_active Abandoned
- 1998-05-11 EP EP98921110A patent/EP0995082B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1998-05-11 PL PL98338072A patent/PL338072A1/xx unknown
- 1998-05-11 KR KR1020007000284A patent/KR20010021725A/ko active IP Right Grant
- 1998-07-10 AR ARP980103363A patent/AR012509A1/es unknown
-
2000
- 2000-12-15 HK HK00108136A patent/HK1028808A1/xx not_active IP Right Cessation
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| BR9810585A (pt) | 2000-09-05 |
| CN1263595A (zh) | 2000-08-16 |
| CA2291237A1 (en) | 1999-01-21 |
| HK1028808A1 (en) | 2001-03-02 |
| ID24949A (id) | 2000-08-31 |
| EP0995082B1 (en) | 2002-09-11 |
| CN1137372C (zh) | 2004-02-04 |
| JP2002508078A (ja) | 2002-03-12 |
| AU735750B2 (en) | 2001-07-12 |
| KR20010021725A (ko) | 2001-03-15 |
| PL338072A1 (en) | 2000-09-25 |
| WO1999002945A1 (en) | 1999-01-21 |
| AR012509A1 (es) | 2000-10-18 |
| EP0995082A1 (en) | 2000-04-26 |
| DE69807888T2 (de) | 2003-01-23 |
| DE69807888D1 (de) | 2002-10-17 |
| AU7378898A (en) | 1999-02-08 |
| US6199022B1 (en) | 2001-03-06 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP3537451B2 (ja) | 振動管流量計のための駆動回路モード・フィルタ | |
| JP3586425B2 (ja) | 振動管処理パラメータ・センサのための汎用化されたモード空間駆動制御システム | |
| US11029183B2 (en) | Vibratory flowmeter and method for meter verification | |
| KR100976233B1 (ko) | 코리올리 유량계에 대한 진단 장치 및 방법 | |
| US6378354B1 (en) | System for calibrating a drive signal in a coriolis flowmeter to cause the driver to vibrate a conduit in a desired mode of vibration | |
| KR101206377B1 (ko) | 진동 유량계에 대한 구동 신호를 생성하기 위한 방법 및 계측 전자장치 | |
| KR100802993B1 (ko) | 자동-특성화 진동 도관 파라미터 센서 | |
| KR20010072277A (ko) | 진동 도관 및 보정된 질량 유량 추정을 발생시키는 방법 | |
| AU742211B2 (en) | Combined pickoff and oscillatory driver for use in coriolis flowmeters and method of operating the same | |
| US6233526B1 (en) | Vibrating conduit parameter sensors and methods of operation therefor utilizing spatial integration | |
| RU2324150C2 (ru) | Диагностическое устройство и способы диагностики расходомера кориолиса | |
| MXPA00000281A (en) | Drive circuit modal filter for a vibrating tube flowmeter |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20040224 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20040317 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| S802 | Written request for registration of partial abandonment of right |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R311802 |
|
| R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080326 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090326 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100326 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110326 Year of fee payment: 7 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110326 Year of fee payment: 7 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120326 Year of fee payment: 8 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130326 Year of fee payment: 9 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130326 Year of fee payment: 9 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140326 Year of fee payment: 10 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |