JP4331599B2 - 正規モード分析を用いたコリオリ質量流量計の校正 - Google Patents
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Description
コリオリ・センサーは、典型的に、流れる材料を収容する振動導管の運動を検知することにより動作する。材料で充填された振動システムの振動モードは、一般に、導管及び該導管に収容される材料の全体としての質量、剛性及び減衰特性による影響を受けるため、質量流量、濃度及びそれに類似するもののような導管内の材料に関連する性質が、導管に関連付けられた運動トランスジューサからの信号を処理することにより決定され得る。
本発明の実施の形態によれば、材料を収容するよう構成された導管と、導管の運動を表す運動信号を生成するよう動作する複数の運動トランスジューサとを備えるパラメータ・センサーのための校正係数は、導管運動の正規モードの動的特性により求められ得る。校正係数は、例えば、質量流量を、運動トランスジューサにより生成される時間差又は位相関係といった運動信号間の時空的な関係に関連付け得る。校正係数は、例えば、運動のモード・ドメイン微分方程式の解を求めるステップ、及び、この解から校正係数を生成するステップにより生成され得る。
本発明の実施の形態によれば、コリオリ質量流量センサーは、材料を収容するセンサー導管の運動の正規モードの動的特性決定を用いて校正され得る。本発明のいくつかの実施の形態において、この正規モードの動的な特性決定は、質量流量に応じた流量センサー導管の正規モード間の結合を表すコリオリ項を含む運動のモード微分方程式を含む。
ただし、
ただし、Φrはr番目の正規モードに対するモード形状関数であり、固有値λ1r、λ2r及びモード形状関数Φrの境界条件{bc1、bc2、bc3、bc4}rはモード測定値から計算され得る。
図3は、本発明の実施の形態に従う校正係数生成回路300の例としての実現形態を図示する。校正係数生成回路300は、流量センサーのための校正係数325を決定するよう動作する。図示されるように、校正係数生成回路300は、例えば複数の正規モードを含むモード・ドメインにおける運動の微分方程式表現のような、導管運動の正規モードの動的特性決定を生成するよう動作する正規モード動的特性決定回路310を備える。校正係数生成回路300は、また、正規モード動的特性決定315から校正係数325を決定するよう動作する校正係数決定回路320を含む。例えば、校正係数決定回路320は、正規モード特性決定315から運動のモード微分方程式の解を生成し、この解から校正係数を決定するよう動作し得る。例えば、解から時間差又は位相関係の推定値を決定し、それから校正係数325を決定する。校正係数生成回路300は、更に、決定された校正係数325を質量流量センサーの質量流量推定回路360に伝達するよう動作するインターフェース回路330を含む。
1155の決定に必要な他のパラメータを決定する際に用いられ得る。
Claims (26)
- 材料を収容するよう構成された導管内の質量流量推定値を決定する方法において、
前記導管の運動の正規モードの動的特性決定に基づいて校正係数を決定するステップであって、前記正規モードの動的特性決定により、前記導管内の質量流量に応じて、導管の複数の正規モードから前記導管の運動の特性が決定されるステップと、
前記導管の所定の振動で前記導管を励振するステップと、
前記導管の複数の位置における前記導管の運動を表す複数の運動信号を生成するステップと、
前記決定された校正係数に従って前記運動信号を処理し、前記質量流量推定値を生ずるステップと、
を含むことを特徴とする方法。 - 請求項1記載の方法であって、校正係数を決定する前記ステップが、
前記導管の運動の複数の正規モードを含むモード・ドメインにおける運動のモード微分方程式の解を生成するステップと、
前記運動のモード微分方程式の前記生成された解から、前記校正係数を生成するステップと、
を備える方法。 - 請求項1記載の方法であって、前記校正係数が、質量流量を、前記複数の運動信号間の時空的関係に関連付ける方法。
- 請求項3記載の方法であって、前記校正係数が質量流量を時間差又は位相関係のいずれかに関連付ける方法。
- 請求項1記載の方法であって、前記正規モードの動的特性決定が、前記導管内の質量流量に応じた前記導管の複数の正規モード間の結合を示すモード・コリオリ項の関数として、前記導管の運動の特性を決定する方法。
- 請求項5記載の方法であって、校正係数を決定する前記ステップが、前記導管上の位置の関数として正規モードにおける前記導管の運動を示すモード形状関数から、前記モード・コリオリ項を決定するステップの後に起こる方法。
- 請求項5記載の方法であって、校正係数を決定する前記ステップが、所定の質量流量に応じて空間ドメインにおける前記導管の複数の分散された位置の運動を示す空間コリオリ特性決定から前記モード・コリオリ項を決定するステップの後に起こる方法。
- 請求項6記載の方法であって、前記モード形状関数が、固有値及び境界条件の関数である方法。
- 請求項6記載の方法であって、更に、前記モード形状関数を決定するステップを含む方法。
- 請求項9記載の方法であって、モード形状関数を決定する前記ステップが、所定の固有値及び所定の境界条件から前記モード形状関数を決定するステップを含む方法。
- 請求項6記載の方法であって、校正係数を決定する前記ステップが、前記導管内の所定の質量流量に対するモード形状関数の直交性を決定するステップの後に起こり、前記モード形状関数が前記導管上の位置の関数として正規モードにおける前記導管の運動を示す方法。
- 請求項11記載の方法であって、更に、前記モード形状関数を決定するステップを含む方法。
- 請求項1記載の方法であって、校正係数を決定する前記ステップが、
前記正規モードの動的特性決定から前記導管の複数の位置に対する推定された空間応答を生成するステップと、
前記推定された空間応答から前記校正係数を生成するステップと、
を備える方法。 - 請求項13記載の方法であって、前記推定された空間応答から校正係数を決定する前記ステップが、
前記複数の位置における運動間の時空的関係を決定するステップと、
前記の決定された時空的関係から前記校正係数を決定するステップと、
を含む方法。 - 請求項1記載の方法であって、校正係数を決定する前記ステップが、複数の運動トランスジューサにより作り出される運動信号から前記校正係数を生成するステップを含む方法。
- 材料(108)を収容するよう構成された導管(103)と、前記導管の運動を表す運動信号を生成するよう動作する複数の運動トランスジューサ(105)と、前記導管を励振するよう動作する少なくとも一つのアクチュエータ(106)と、校正係数に従って前記運動信号から質量流量を推定するよう動作する質量流量推定回路(360)とを備える質量流量センサーであって、
前記導管の運動の正規モードの動的特性決定から校正係数を生成するよう動作する校正係数生成回路(300)を含み、
前記正規モードの動的特性決定が、前記導管内の質量流量に応じて、前記導管の複数の正規モードから前記導管の運動の特性を決定し、
前記校正係数生成回路が、前記生成された校正係数(325)を前記質量流量推定回路に伝達するよう動作するインターフェース回路(330)を含むことを特徴とする質量流量センサー。 - 請求項16記載の質量流量センサーであって、前記校正係数生成回路が、前記導管の運動の正規モードの動的特性決定を生成するよう動作する正規モード動的特性決定回路(310)を備える質量流量センサー。
- 請求項16記載の質量流量センサーであって、前記正規モードの動的特性決定が、前記導管内の質量流量に応じて前記導管の複数の正規モード間の結合を示すモード・コリオリ項の関数として前記導管の運動の特性を決定する質量流量センサー。
- 請求項18記載の質量流量センサーであって、前記校正係数生成回路が、前記導管の位置の関数として正規モードにおける前記導管の運動を示すモード形状関数から、前記モード・コリオリ項を決定するよう動作する質量流量センサー。
- 請求項19記載の質量流量センサーであって、前記校正係数生成回路が、所定の固有値及び所定の境界条件から前記モード形状関数を決定するよう動作する質量流量センサー。
- 請求項16記載の質量流量センサーであって、前記校正係数生成回路が、前記正規モードの動的特性決定から前記導管の複数の位置に対する推定された空間応答を生成し、該推定された空間応答から前記校正係数を生成するよう動作する質量流量センサー。
- 請求項16記載の質量流量センサーであって、前記校正係数生成回路が、前記パラメータ・センサーの前記複数の運動トランスジューサから運動信号を受け取るよう構成され、受取った該運動信号から前記校正係数を生成するよう動作する質量流量センサー。
- 請求項16記載の質量流量センサーであって、
前記質量流量推定回路が、前記運動信号を受信するよう構成され、前記導管に対する所定の境界条件の仮定に基づき前記導管の運動の正規モードの特性決定から求められた校正係数を用いて、前記運動信号から質量流量推定値を生成するよう動作し、
更に、前記導管の運動を前記所定の境界条件に近づけるよう規制する手段(730A及び730B)を備える質量流量センサー。 - 請求項23記載の質量流量センサーであって、前記質量流量推定回路が、時間差又は位相関係のうちの一つを決定し、時間差又は位相関係のうちの前記決定された一つに前記校正係数を適用して質量流量推定値を生成するよう動作する質量流量センサー。
- 請求項23記載の質量流量センサーであって、導管の運動を規制する前記手段が、前記導管の運動に応じて前記導管に力を加え、それにより前記仮定された境界条件に近似する境界条件を引き起こす手段を備える質量流量センサー。
- 請求項23記載の質量流量センサーであって、更に、少なくとも二つの運動トランスジューサから運動信号を受取るよう構成され、それに応じて少なくとも一つのアクチュエータを制御するよう動作する形状制御回路を備える質量流量センサー。
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