KR101609753B1 - 진동계 및 공진 주파수 결정 방법 - Google Patents

진동계 및 공진 주파수 결정 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR101609753B1
KR101609753B1 KR1020147003783A KR20147003783A KR101609753B1 KR 101609753 B1 KR101609753 B1 KR 101609753B1 KR 1020147003783 A KR1020147003783 A KR 1020147003783A KR 20147003783 A KR20147003783 A KR 20147003783A KR 101609753 B1 KR101609753 B1 KR 101609753B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
frequency
predetermined
resonant frequency
vibration
oscillation
Prior art date
Application number
KR1020147003783A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20140048977A (ko
Inventor
크라이그 비. 맥카날리
앤드류 에스. 크래비츠
Original Assignee
마이크로 모우션, 인코포레이티드
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 마이크로 모우션, 인코포레이티드 filed Critical 마이크로 모우션, 인코포레이티드
Publication of KR20140048977A publication Critical patent/KR20140048977A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101609753B1 publication Critical patent/KR101609753B1/ko

Links

Images

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
    • 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
    • G01H—MEASUREMENT OF MECHANICAL VIBRATIONS OR ULTRASONIC, SONIC OR INFRASONIC WAVES
    • G01H13/00—Measuring resonant frequency
    • 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
    • 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
    • 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

Abstract

하나 또는 둘 이상의 유동 도관(103)들, 하나 또는 둘 이상의 픽오프 센서(105, 105')들, 및 구동기(104)를 포함하는 진동계(5)가 제공된다. 계측 전자기기(20)는 초기 진동 주파수를 포함하는 구동 신호를 이용하여 하나 또는 둘 이상의 유동 도관(103)들을 진동시키고 이에 응답하여 상기 하나 또는 둘 이상의 픽오프 센서(105, 105')들로부터 픽오프 센서 신호를 수신하고 미리 결정된 위상 증분에 의해 상기 픽오프 센서 신호와 상기 구동 신호 사이의 위상 차이를 옵셋하고 결과적인 진동 주파수 및 진폭을 결정하는 것을 반복하되, 상기 옵셋은 미리 결정된 진동 주파수 범위에 걸쳐 상기 진동 주파수를 효과적으로 스위핑하고 이에 따라 복수의 진동 진폭들 및 대응하는 복수의 진동 주파수들을 발생시키고 복수의 진동 진폭들에서 실질적으로 최대 진폭 응답을 결정하고 상기 대응하는 진동 주파수를 상기 공진 주파수를 포함하는 것으로서 지정하도록 구성된다.

Description

진동계 및 공진 주파수 결정 방법 {VIBRATORY METER AND METHOD FOR DETERMINING RESONANT FREQUENCY}
본 발명은 진동계 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 진동계 및 공진 주파수 결정 방법에 관한 것이다.
코리올리 질량 유량계들 및 진동 밀도계(densitometer)들과 같은 진동 도관 센서들은 전형적으로 유동 재료를 함유하는 진동 도관의 운동을 검출함으로써 작동된다. 질량 유동, 밀도 등과 같은 도관 내의 재료와 관련된 특징들은 도관과 관련된 운동 변환기들로부터 수신된 측정 신호들을 프로세싱함으로써 결정될 수 있다. 진동 재료-충전 시스템의 진동 모드들은 일반적으로 도관 및 도관 내의 재료의 결합된 질량, 강도, 및 감쇄 특성들에 의해 영향을 받는다.
전형적인 코리올리 질량 유량계는 파이프라인 또는 다른 운반 시스템에 직렬로 연결되어 상기 시스템 내의 재료, 예를 들면 유체들, 슬러리들, 에멀션들 등을 이송하는 하나 또는 둘 이상의 도관들을 포함한다. 각각의 도관은 예를 들면, 단순한 굽힘, 비틀림, 레이디얼(radial), 및 커플링 모드들을 포함하는, 고유 진동 모드(natural vibration mode)들의 세트를 가지는 것으로 고려될 수 있다. 전형적인 코리올리 질량 유동 측정 적용에서, 재료가 도관을 통하여 유동할 때, 도관은 하나 또는 둘 이상의 진동 모드들 내에서 가진되며(excited), 도관의 운동은 도관을 따라 이격된 지점들에서 측정된다. 가진(excitation)은 전형적으로 주기적 방식으로 도관을 섭동하(perturb)는, 보이스 코일 유형 구동기와 같은, 액추에이터, 예를 들면, 전자기계적 장치에 의해 제공된다. 질량 유량은 변환기 위치들에서의 운동들 사이의 시간 지연 또는 위상 차이들을 측정함으로써 결정될 수 있다. 두 개의 이 같은 변환기들(또는 픽오프 센서들)은 전형적으로 유동 도관 또는 도관들의 진동 응답을 측정하기 위해 채용되며, 전형적으로 액추에이터의 상류 및 하류 위치들에 위치된다. 두 개의 픽오프 센서들은 전자 기기에 연결된다. 상기 기기는 두 개의 픽오프 센서들로부터 신호들을 수신하고 특히 질량 유량 측정을 얻기 위해 신호들을 프로세싱한다.
코리올리 질량 유량계들 및 진동 밀도계들과 같은 진동계들이 위치될 수 있어 진동 유동 도관 또는 도관들의 공진 주파수를 측정할 수 있다. 공진 주파수는 빈(empty) 유동 도관 또는 도관들의 공진 주파수를 포함할 수 있고 또는 유체-충전된 진동계의 공진 주파수를 포함할 수 있다. 유동 재료는 유동할 수 있거나 정지되어 있을 수 있다. 빈 유동 도관(들)의 측정된 진동 주파수는 유체 하나만의 밀도를 얻기 위하여, 유체-충전된 진동계의 측정된 공진 주파수를 프로세싱할 때 고려될 수 있다.
공진 주파수는 유동 재료의 밀도(ρ)를 결정하기 위해 이용될 수 있다. 밀도는 ρ= C(1/f)2로부터 결정될 수 있고, 여기서, f는 측정된 공진 주파수이고 C는 교정(calibration) 상수이다. 또한, 공진 주파수는 유동 재료의 질량 유량을 결정하는데 이용될 수 있으며 다른 유체 특성들을 발생시키는데 유용할 수 있다.
유동 재료는 액체들, 가스들, 또는 액체들, 가스들, 및/또는 고체들의 혼합물들을 포함하는 임의의 유체 방식을 포함할 수 있다. 가스들이 액체들보다 매우 낮은 밀도들을 가지기 때문에, 측정된 공진 주파수 내의 어떠한 에러들도 에러가 액체 밀도 측정들에 영향을 미치게 될 것보다 매우 더 많이 가스 밀도 측정들에 영향을 미칠 것이다. 또한, 작은 주파수 에러는 액체 밀도 측정에 대한 것보다 훨씬 더 큰 가스 밀도 에러로 변환될 수 있다.
본 발명의 하나의 양태에서, 진동계는:
하나 또는 둘 이상의 유동 도관들:
하나 또는 둘 이상의 유동 도관들에 부착되는 하나 또는 둘 이상의 픽오프 센서들;
하나 또는 둘 이상의 유동 도관들을 진동시키도록 구성된 구동기; 및
하나 또는 둘 이상의 픽오프 센서들 및 구동기에 커플링되는 계측 전자기기로서, 상기 계측 전자기기는 초기(initial) 진동 주파수를 포함하는 구동 신호를 이용하여 진동계의 하나 또는 둘 이상의 유동 도관들을 진동시키고 이에 응답하여 하나 또는 둘 이상의 픽오프 센서들로부터 픽오프 센서 신호를 수신하여, 미리 결정된 위상 증분에 의해 픽오프 센서 신호와 구동 신호 사이의 위상 차이를 옵셋하고(offset) 결과적인 진동 주파수 및 진폭을 측정하는 것을 반복하되, 옵셋은 미리 결정된 진동 주파수 범위에 걸쳐 진동 주파수를 효과적으로(operatively) 스위핑(sweep)하고 이에 따라 복수의 진동 진폭들 및 대응하는 복수의 진동 주파수들을 발생시키고 복수의 진동 진폭들에서의 실질적인 최대 진폭 응답을 결정하고 대응하는 진동 주파수를 공진 주파수를 포함하는 것으로서 지정하도록(designate) 구성되는, 계측 전자기기를 포함한다.
바람직하게는, 계측 전자기기는 옵셋으로부터 미리 결정된 안정화 기간(settling period) 후 결과적인 진동 주파수 및 결과적인 진동 진폭을 측정하도록 추가로 구성된다.
바람직하게는, 구동 신호는 실질적으로 일정한 진폭을 포함한다.
바람직하게는, 진동계는 진동 밀도계, 진동 가스 밀도계, 또는 코리올리 질량 유량계를 포함한다.
바람직하게는 계측 전자기기는 하나 또는 둘 이상의 유동 재료 정량화(quantification)들을 발생시키기 위하여 공진 주파수를 이용하도록 추가로 구성된다.
바람직하게는, 미리 결정된 진동 주파수 범위는 추정된 공진 주파수를 포함하도록 선택된다.
바람직하게는, 공진 주파수가 구해진(find) 후, 계측 전자기기는 미리 결정된 진동 주파수 범위를 미리 결정된 축소된(narrowed) 주파수 범위로 축소시키도록 추가로 구성되며, 옵셋 및 결정은 공진 주파수를 미리 결정된 축소된 주파수 범위 내에 위치시키기 위해 반복된다.
바람직하게는,공진 주파수가 구해진 후, 계측 전자기기는 미리 결정된 진동 주파수 범위를 미리 결정된 축소된 주파수 범위로 축소하도록 추가로 구성되며, 미리 결정된 축소된 주파수 범위는 구해진 공진 주파수의 실질적으로 중심에 있으며, 옵셋 및 결정은 공진 주파수를 미리 결정된 축소된 주파수 범위 내에 위치시키기 위해 반복된다.
바람직하게는, 공진 주파수가 구해지지 않은 경우, 계측 전자기기는 미리 결정된 진동 주파수 범위를 미리 결정된 확대된(widen) 주파수 범위로 확대하도록 추가로 구성되며, 옵셋 및 결정은 공진 주파수를 미리 결정된 확대된 주파수 범위 내에 위치시키기 위해 반복된다.
바람직하게는, 공진 주파수는 특별한 진동계 또는 특별한 유동 재료 중 하나 또는 둘다에 대해 결정될 수 있다.
본 발명의 하나의 양태에서, 진동계의 공진 주파수를 결정하는 방법은:
초기 진동 주파수를 포함하는 구동 신호를 이용하여 진동계의 하나 또는 둘 이상의 유동 도관들을 진동시키는 단계 및 이에 응답하여 픽오프 센서 신호를 수신하는 단계;
미리 결정된 위상 증분에 의해 픽오프 센서 신호와 구동 신호 사이의 위상 차이를 옵셋하는 단계 및 결과적인 진동 주파수 및 진폭을 측정하는 단계를 반복하는 단계로서, 상기 옵셋 단계는 미리 결정된 진동 주파수 범위에 걸쳐 진동 주파수를 효과적으로 스위핑하고 이에 따라 복수의 진동 진폭들 및 대응하는 복수의 진동 주파수들을 발생시키는, 옵셋 단계 및 측정 단계를 반복하는 단계; 및
복수의 진동 진폭들에서 실질적으로 최대 진폭 응답을 결정하고 대응하는 진동 주파수를 공진 주파수를 포함하는 것으로서 지정하는 단계를 포함한다.
바람직하게는, 상기 방법은 옵셋 단계로부터 미리 결정된 안정화 기간 후 결과적인 진동 진폭 및 결과적인 진동 주파수를 측정하는 단계를 더 포함한다.
바람직하게는, 구동 신호는 실질적으로 일정한 진폭을 포함한다.
바람직하게는, 진동계는 진동 밀도계, 진동 가스 밀도계, 또는 코리올리 질량 유량계를 포함한다.
바람직하게는, 상기 방법은 하나 또는 둘 이상의 유동 재료 정량화들을 발생시키도록 공진 주파수를 이용하는 단계를 더 포함한다.
바람직하게는, 미리 결정된 진동 주파수 범위는 추정된 공진 주파수를 포함하도록 선택된다.
바람직하게는, 공진 주파수가 구해진 후, 미리 결정된 진동 주파수 범위는 미리 결정된 축소된 주파수 범위로 축소되며, 상기 옵셋 단계 및 결정 단계는 공진 주파수를 미리 결정된 축소된 주파수 범위 내에 위치시키기 위해 반복된다.
바람직하게는, 공진 주파수가 구해진 후, 미리 결정된 진동 주파수 범위는 미리 결정된 축소된 주파수 범위로 축소되며, 미리 결정된 축소된 주파수 범위가 구해진 공진 주파수의 실질적으로 중심에 위치되고 상기 옵셋 단계 및 결정 단계는 공진 주파수를 미리 결정된 축소된 주파수 범위 내에 위치시키기 위해 반복된다.
바람직하게는, 공진 주파수가 구해지지 않은 경우, 미리 결정된 진동 주파수 범위는 미리 결정된 확대된(widened) 주파수 범위로 확대되며 상기 옵셋 단계 및 결정 단계는 공진 주파수를 미리 결정된 확대된 주파수 범위 내에 위치시키기 위해 반복된다.
바람직하게는, 공진 주파수는 특별한 진동계 또는 특별한 유동 재료 중 하나 또는 둘다에 대해 결정될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 진동계 조립체 및 계측 전자기기를 포함하는 진동계를 도시한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 진동계 조립체에 커플링되는 계측 전자기기를 도시한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 진동계 내의 공진 주파수를 결정하는 방법의 흐름도이다.
도 4는 진동계의 정상 작동시 구동 신호 대 결과적인 픽오프 신호의 플롯이다.
도 5는 픽오프 신호가 구동 신호와 더 이상 동상(in phase)이 아닌 경우 픽오프 신호 대 구동 신호의 플롯이다.
도 6은 공진 주파수 결정의 예에서 구동 신호 주파수(저부 축선) 대 구동-픽오프 위상차(우측 축선) 대 픽오프 신호 진폭(좌측 축선)의 플롯이다.
도 7은 가스 밀도계 상의 구동부와 픽오프 신호 사이의 상대 위상의 조정 결과를 보여준다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 진동계의 공진 주파수를 결정하는 방법의 흐름도이다.
도 1 내지 도 8 및 아래의 설명은 본 발명의 최상 모드를 형성하여 이용하는 방법을 당업자에게 교시하기 위하여 특정 예들을 설명한다. 본 발명의 원리들을 교시하기 위하여, 일부의 종래의 양태들이 단순화되거나 생략되었다. 당업자는 본 발명의 범위 내에 있는 이러한 예들로부터의 변화들을 인정할 것이다. 당업자들은 아래 설명된 특징들이 본 발명의 다수의 변형예들을 형성하기 위하여 다양한 방식으로 결합될 수 있다는 것을 인정할 것이다. 결과적으로, 본 발명은 아래에 설명된 특정 예들로 제한되지 않고 단지 청구범위 및 이들의 균등물들로만 제한된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 진동계 조립체(10) 및 계측 전자기기(20)를 포함하는 진동계(5)를 보여준다. 진동계(5)는 코리올리 질량 유량계를 포함할 수 있고, 또한 진동 밀도계(5)로서 작동할 수 있다. 계측 전자기기(20)는 경로(26)에 대한 밀도, 질량 유량, 용적 유량, 총 질량 유동, 온도, 및 다른 정보를 제공하기 위하여 리드(100)들을 경유하여 진동계 조립체(10)에 연결된다.
진동계 조립체(10)는 한 쌍의 플랜지(101 및 101')들, 매니폴드(102 및 102')들, 구동기(104), 픽-오프 센서(105-105')들, 및 유동 도관(103A 및 103B)들을 포함한다. 구동기(104) 및 픽-오프 센서(105 및 105')들은 유동 도관(103A 및 103B)들에 연결된다. 진동계(5)가 임의의 형상, 크기, 재료, 또는 구성의 유동 도관(103A, 103B)들을 포함할 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 진동계(5)는 임의의 개수의 유동 도관들을 포함할 수 있다.
플랜지(101 및 101')들은 매니폴드(102 및 102')들에 부착된다. 매니폴드(102 및 102')들은 스페이서(106)의 마주하는 단부들에 부착된다. 스페이서(106)는 유동 도관(103A 및 103B)들 내의 바람직하지 않은 진동들을 방지하기 위하여 매니폴드(102 및 102')들 사이의 간격을 유지시킨다. 진동계 조립체(10)가 측정되는 재료를 운반하는 파이프라인 시스템(도시안됨) 내로 삽입될 때, 재료는 플랜지(101)를 통하여 진동계 조립체(10)로 유입되어 재료의 총 양이 유동 도관(103A 및 103B)들로 유입되도록 지향되는 입구 매니폴드(102)를 통하여 지나가서, 유동 도관(103A 및 103B)들을 통하여 그리고 출구 매니폴드(102') 내로 역으로 유동하며 출구 매니폴드(102')에서 재료가 플랜지(101')를 통하여 계기 조립체(10)로부터 배출된다.
유동 도관(103A 및 103B)들은 굽힘 축선(W--W 및 W'--W')들 각각을 중심으로 실질적으로 동일한 질량 분포, 관성 모멘트, 및 탄성 모듈들을 가지도록 입구 매니폴드(102) 및 출구 매니폴드(102')가 선택되어 적절히 장착된다. 유동 도관들은 본질적으로 평행한 방식으로 매니폴드들로부터 외측으로 연장한다.
유동 도관(103A 내지 103B)들은 구동기(104)에 의해 이들의 각각의 굽힘 축선(W 및 W')들을 중심으로 반대 방향들로 구동되고 이는 유동계의 제 1 위상차 굽힘 모드로 불린다. 구동기(104)는 유동 도관(103A)에 장착된 자석 및 유동 도관(103B)에 장착된 상대 코일(opposing coil)과 같은, 다수의 널리 알려진 배열체들 중 하나를 포함할 수 있다. 교류는 양 도관들을 오실레이팅하기 위해 상대 코일을 통하여 지나간다. 적절한 구동 신호는 리드(110)를 경유하여 계측 전자기기(20)에 의해 구동기(104)에 인가된다.
계측 전자기기(20)는 리드(111 및 111')들 상에 각각 센서 신호들을 송신한다. 계측 전자기기(20)는 구동기(104)가 유동 도관(103A 및 103B)들의 오실레이팅을 유발하는 구동 신호를 리드(110) 상에 생성한다. 계측 전자기기(20)는 질량 유량 측정을 계산하도록 픽-오프 센서(105 및 105')들로부터 수신되는 좌측 및 우측 속도 신호들을 프로세싱한다. 경로(26)는 계측 전자기기(20)가 조작자 및/또는 다른 장치들과 인터페이싱하는 것을 허용하는 입력 및 출력 수단을 제공하다.
도 1의 설명은 단지 코리올리 유량계 및/또는 진동 밀도계의 작동의 일 예만을 제공하지만, 본 발명의 교시를 제한하는 것으로 의도되지 않는다.
일부 실시예들에서 진동계(5)는 밀도계를 포함한다. 일부 실시예들에서 진동계(5)는 가스 밀도계를 포함한다. 대안적으로, 진동계(5)는 코리올리 유량계를 포함할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 진동계 조립체(10)에 커플링되는 계측 전자기기(20)를 도시한다. 계측 전자기기(20)는 피드백 루프(202)를 포함한다. 피드백 루프(202)는 진동계 조립체(10)로부터 픽오프 센서 신호를 수신한다. 피드백 루프(202)는 구동 신호를 발생하여 상기 구동 신호를 진동계 조립체(10)에 제공한다.
도시된 실시예에서 피드백 루프(202)는 위상 변환기(phase shifter; 201), 디지털-대-아날로그(D/A) 변환기(202), 아날로그-대-디지털(A/D) 변환기(203), 및 위상 센서(204)를 포함한다. 작동 중, 위상 변환기(201)는 D/A(202)에 의해 아날로그 구동 신호로 변환되어 유체 센서(200)에 제공되는 디지털 구동 신호를 발생시킨다. 픽오프 신호는 아날로그 픽오프 신호를 디지털화하여 이 신호를 위상 변환기(201)에 제공하는 A/D(203)에 제공한다. 위상 센서(204)는 입력(즉, 구동 신호) 위상을 출력(즉, 픽오프 신호) 위상과 비교하여 위상 변환기(201)에 제공되는 위상 차이 신호를 발생시킨다. 결과적으로, 위상 변환기(201)는 유체 센서(200)에 제공된 구동 신호의 주파수 및 위상 변환을 제어할 수 있다. 구동 신호의 진폭을 조정할 수 있는 증폭기가 도시되지 않는다. 구동 신호 진폭은 전형적으로 픽오프 신호 진폭보다 더 크다.
계측 전자기기(20)는 따라서 픽오프 센서 신호를 수신하고 픽오프 센서 신호를 적어도 부분적으로 기초로 하는 구동 신호를 발생시킨다. 구동 신호 주파수는 픽오프 신호 주파수를 기초로 할 수 있거나 동일할 수 있다. 구동 신호 진폭은 픽오프 신호 진폭을 기초로 할 수 있거나 동일할 수 있다. 구동 신호 위상과 픽오프 신호 위상 사이의 위상 차이가 또한 결정될 수 있고 계측 전자기기(20)에 의해 제어될 수 있다.
또한, 계측 전자기기(20)는 진동계 조립체(10)의 공진 주파수를 결정하도록 작동될 수 있다. 계측 전자기기(20)는 초기 진동 주파수를 포함하는 구동 신호를 이용하여 진동계 조립체(10)의 하나 또는 둘 이상의 유동 도관(103)들을 진동시키고 이에 응답하여 하나 또는 둘 이상의 픽오프 센서(105, 105')들로부터 픽오프 센서 신호를 수신하고, 미리 결정된 위상 증분에 의해 픽오프 센서 신호와 구동 신호 사이의 위상 차이를 옵셋하고 결과적인 진동 주파수 및 진폭을 측정하는 것을 반복하되, 상기 옵셋은 미리 결정된 진동 주파수 범위에 걸쳐 진동 주파수를 효과적으로 스위핑하고 이에 따라 복수의 진동 진폭들 및 대응하는 복수의 진동 주파수들을 발생시키며, 복수의 진동 진폭들에서 실질적으로 최대 진폭 응답을 결정하고 대응하는 진동 주파수를 공진 주파수를 포함하는 것으로서 지정하도록 구성된다.
계측 전자기기(20)는 위상 차이를 옵셋하고 이에 따라 진동 주파수를 변경시키도록 유체 센서(200)의 입력과 출력 사이의 위상을 제어하도록 구성된다. 주파수가 위상 옵셋을 바로 따르지 않을 수 있지만, 진동 주파수가 위상 차이 옵셋에 의해 변경시키는 것이 이루어질 것이다. 일부 실시예들에서 계측 전자기기(20)는 위상 옵셋 후 결과적인 진동 주파수 측정 전에 안정화 기간 동안 대기할 것이다. 예를 들면, 일부 실시예들에서, 미리 결정된 안정화 기간은 약 50 밀리초일 수 있다. 그러나, 다른 안정화 기간들이 고려될 수 있고 이는 본원의 설명 및 청구범위들의 범위 내에 있다.
계측 전자기기(20)는 시스템을 폐루프 제어하에 유지하는 동안 미리 결정된 진동 주파수 범위에 걸쳐 진동 주파수를 스위핑하기 위하여 위상 차이를 반복적으로 옵셋하도록 구성된다. 이 같은 위상 제어는 표준 위상-고정(locked) 루프 기술들을 이용하여 디지털 방식으로 실행될 수 있다. 일 실시예에서, 폐루프 제어는 적절하게 프로그래밍된 디지털 신호 프로세서(DSP)에 의해 수행될 수 있다. 그러나, 다른 피드백 또는 루프 제어 기술들이 채용될 수 있으며 이는 본원의 설명 및 청구범위 내에 있다.
상기 방법 및 장치는 공진 주파수를 정확하게 결정한다. 가스 또는 액체의 밀도가 변경됨에 따라, 센서의 공진 주파수가 변경된다. 결정된 공진 주파수는 정확한 밀도 측정을 발생시키기 위해 이용될 수 있다. 또한, 결정된 공진 주파수는 또한 최적 구동 주파수를 발생시키기 위해 이용될 수 있다.
상기 장치 및 방법은 가스 밀도에서의 변화들이 비교적 작은 진동 가스 밀도계들에서의 특별한 활용도를 구한다. 공진 주파수의 정확한 결정은 진동 밀도계들에서 매우 중요하다. 결론적으로, 가스를 위한 공진 주파수 결정에서의 임의의 에러들이 밀도 측정 정확도 상에 비교적 큰 영향을 미칠 수 있다. 상기 장치 및 방법은 또한 액체 또는 다상 밀도계들에서 이용될 수 있다. 가스 밀도계들은 더 낮은 굴곡 강도 및 더 높은 진동 주파수를 가지도록 구성됨으로써 액체 밀도계와 상이할 수 있다. 그러나, 정확한 주파수 및/또는 밀도는 또한 액체 또는 다상 밀도계들에서 바람직하다. 질량 유동 측정을 위해 실제 공진 주파수를 위치시키는 것이 밀도 측정들에 대해 중요하지 않을 수 있지만, 결정된 공진 주파수는 또한 코리올리 질량 유동계들에서 이용될 수 있다.
결정된 공진 주파수는 유동 재료 정량화들을 얻기 위해 이용될 수 있다. 결정된 공진 주파수는 유동 재료 밀도를 결정하기 위해 이용될 수 있다. 결정된 공진 주파수는 유동 재료 질량 유량을 결정하기 위해 이용될 수 있다. 다른 유동 재료 정량화들은 공극 분율, 액체 분율, 질량 분율, 점성, 및/또는 체적 유량을 포함한다. 부가 유동 재료 정량화들이 고려되고 이는 본원의 설명 및 청구범위의 범주 내에 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 진동계에서 공진 주파수를 결정하는 방법의 흐름도(300)이다. 단계(301)에서, 진동계(5)의 하나 또는 둘 이상의 유동 도관(105, 105')들은 구동기(104) 및 구동 신호를 이용하여 진동된다. 구동 신호는 진동 주파수를 포함한다. 공진 주파수 서치(search)의 시작시, 진동 주파수는 초기 진동 주파수를 포함한다. 구동 신호는 또한 진동 진폭을 포함한다. 일부 실시예들에서, 진동 진폭은 실질적으로 일정한 수준으로 유지된다. 결과적으로, 진동 신호는 실질적으로 일정한 진동 파워를 특정할 수 있다.
계측 전자기기(20)는 픽오프 센서 신호들 중 하나로부터 픽오프 센서 신호를 이용하여 구동 신호를 발생시킨다. 구동 신호를 발생시키기 위해 단지 하나의 픽오프 센서 신호가 요구된다. 또한, 공진 주파수를 결정하기 위하여 단지 하나의 픽오프 센서 신호가 요구된다. 픽오프 센서(105 또는 105') 어느 하나로부터의 픽오프 센서 신호는 공진 주파수 결정시 이용될 수 있다.
픽오프 센서 신호는 주파수, 위상, 및 진폭에서 구동 신호에 관련될 것이다. 그러나, 픽오프 센서 신호는 구동 신호와 반드시 일치하게 되는 것은 아니다. 일부 진폭 손실이 발생할 것이기 때문에, 픽오프 센서 신호는 구동 신호보다 더 작은 진폭을 가질 것이다. 하나 또는 둘 이상의 유동 도관(105, 105')들이 특히 공진 주파수가 추정되고 구해지지 않는 경우, 구동 주파수와 상이할 수 있는 하나 또는 둘 이상의 결과적인 주파수들로 진동할 수 있기 때문에, 픽오프 센서 신호는 상이한 주파수를 가질 수 있다. 마지막으로, 정상 작동시 및/또는 구동 신호 주파수가 본질적으로 시간이 지남에 따라 일정하게 남아 있는 것과 같이, 픽오프 센서 신호는 구동 신호와 동상으로 지연될 수 있다.
단계(302)에서, 위상 차이는 미리 결정된 위상 증분에 의해 옵셋된다. 위상 차이는 구동 신호 위상과 픽오프 센서 신호 위상 사이의 차이를 포함한다. 미리 결정된 위상 증분은 크기가 일정할 수 있거나 바람직하게는 서서히 변화되거나 변경될 수 있다. 일부 예들에서, 위상 차이는 실질적인 영(zero)의 위상 차이로부터 옵셋된다. 대안적으로, 위상 옵셋은 기존 위상 차이에 부가될 수 있다.
진동 주파수는 위상 옵셋에 의해 직접 변경되지 않는다. 그러나, 진동 주파수는 위상 차이 옵셋의 결과로서 변경될 것이다. 미리 결정된 안정화 기간은 진동 주파수가 위상 옵셋의 결과로서 변경된 것을 보장하기 위해 경과되는 것이 필요할 수 있다. 위상 차이의 반복적 옵셋의 결과로서, 진동 주파수는 미리 결정된 진동 주파수 범위에 걸쳐 (반복적으로) 스위핑된다.
미리 결정된 진동 주파수 범위는 공진 주파수를 포함하기 위해 추정되는 주파수들의 범위를 포함할 수 있다. 그러나, 가스의 실제 밀도는 예를 들면 온도 및 압력에 의한 것을 포함하여, 환경 상태들에 따라 변화될 수 있다. 공진 주파수의 예상된 변화는 예를 들면 1 헤르쯔 미만과 같이, 가스에 대해 작을 수 있다. 가스 밀도는 느리게 변경할 수 있거나 실질적으로 순간적으로 변경할 수 있다. 결과적으로, 가스-충전된 진동계의 공진 주파수는 시간이 지남에 따라 변경될 수 있다. 공진 주파수 변화는 밀도 변화와 상관 관계가 있으며, 여기에서 밀도(ρ)는 ρ=C밀도(1/f)2을 포함한다. C밀도 항은 교정 상수를 포함할 수 있다.
종래 기술에서, 주파수는 최대 진폭 응답을 검출하고 후속하여 공진 주파수를 구하기 위하여 스위핑되었다. 종래 기술에서, 위상 차이는 본질적으로 고정되는 것으로 고려되었으며 공진 주파수를 결정하는데 있어서 고려되지 않았다. 불행하게도, 위상 차이에서의 변화들 및 임의의 위상 차이에 대한 보상의 결여는 종래 기술에서 부정확할 수 있는 공진 주파수를 찾는 것을 초래할 수 있다.
단계(303)에서, 위상 차이가 미리 결정된 진동 주파수 범위를 통하여 진동 주파수를 스위핑하기 위해 옵셋될 때, 픽오프 센서 신호의 결과적인 진폭이 모니터링된다. 실질적으로 최대 진폭 응답이 결정된다. 또한, 대응하는 진동 주파수가 결정된다. 여기서, 픽오프 센서 신호의 최대 진폭 응답은 진동 주파수가 실질적으로 공진 주파수일 때 보여질 것이다.
이전에 논의된 바와 같이, 일부 실시예들에서 상기 방법은 결과적인 진동 주파수를 측정하기 전 위상 옵셋 후 안정화 기간 동안 대기할 것이다. 예를 들면, 일부 실시예들에서, 미리 결정된 안정화 기간은 약 50 밀리초일 수 있다. 그러나, 다른 안정화 기간들이 고려되며 이는 본원의 설명 및 청구범위의 범위 내에 있다.
단계(304)에서, 공진 주파수가 결정된다. 위상 차이 옵셋은 진동 주파수를 증가 또는 감소시키고 대응하는 복수의 진동 진폭들 및 복수의 진동 주파수들을 발생시키기 위해 이용된다. 최대 진폭 응답은 이전에 논의된 바와 같이 실질적으로 공진 주파수에 대응한다. 공진 주파수는 최대 진폭 응답을 생성하는 복수의 진동 주파수들 중에서 진동 주파수를 포함하는 것으로서 결정된다. 대안적으로, 공진 주파수가 지정될 수 있으며, 여기에서 지정된 진동 주파수는 최대 진폭 응답에 가장 근접한 위치에서 지정될 수 있으며, 여기에서 공진 주파수는 두 개의 인접한 진동 주파수들 사이에서 발생한다.
결정된 공진 주파수의 정확도는 미리 결정된 위상 증분의 크기를 선택함으로써 제어될 수 있다. 미리 결정된 위상 증분의 크기는 바람직한 주파수 분해능 및 바람직한 정확도를 달성하기 위해 선택될 수 있다. 더 작은 위상 증분은 더 정밀한 주파수 분해능에서 더욱 정확한 공진 주파수를 생성할 수 있지만, 더 많은 반복들 및 이에 따른 더 많은 서치 시간을 요구할 수 있다. 그러나, 분해능은 바람직한 경우 일부 실시예들에서 몇 밀리헤르쯔(a few mHz)의 척도로 공진 주파수를 분해할 수 있는 바와 같이 매우 정밀(fine)할 수 있다.
결정된 공진 주파수는 이전에 논의된 바와 같이, 하나 또는 둘 이상의 유동 재료 정량화들을 얻기 위하여 이용될 수 있다. 결정된 공진 주파수는 특별한 진동계에 대해 결정될 수 있다. 결정된 공진 주파수는 정상 작동 동안과 같은, 임의의 시간에 진동계에 대해 구해질 수 있다. 대안적으로, 결정된 공진 주파수는 예를 들면 계기 교정 또는 확인 작업의 부분으로서 구해질 수 있다. 결정된 공진 주파수는 특별한 유동 재료에 대해 결정될 수 있다. 예를 들면, 결정된 공진 주파수는 새로운 유동 재료가 먼저 계랑될 때 얻어질 수 있다. 대안적으로, 결정된 공진 주파수는 특별한 진동계 및 특별한 유동 재료 둘다를 위해 구해질 수 있다.
도 4는 진동계(5)의 정상 작동에서 구동 신호 대 결과적인 픽오프 신호의 플롯이다. 플롯은 전형적인 진동 작동을 반영하는데, 여기에서 진동계(5)는 본질적으로 정상-상태 조건들 하에서 작동된다. 결과적으로, 구동 신호 및 픽오프 신호는 실질적으로 동상 상태에 있다. 구동 신호의 진폭은 도시된 바와 같이 전형적으로 에너지가 정상 상태 진동을 유지하기 위해 시스템에 부가되는 경우와 같이, 픽오프 신호의 진폭을 초과한다.
이상적으로, 구동 신호의 위상은 픽오프 입력 신호와 정확히 동상 상태(또는 배향에 따라 180도 위상차)에 있을 것이다. 그러나, 모든 폐루프 시스템들은 잠재적 위상 변환의 소정의 소스(source)를 가질 수 있으며, 이에 따라 작동시 약간 벗어나게 공진을 구동하는 것이 가능하다.
이러한 유형의 적용에서 전통적인 폐루프 시스템들이 가진 문제점은 픽-오프 신호와 구동 신호 사이의 위상 차이가 계기의 실제 진동 주파수에 영향을 미칠 것이라는 것이다. 진동계 조립체(10)의 주파수가 밀도에 비례하기 때문에, 위상 차이와 같은 결정된 주파수에서의 어떠한 부정확성도 주파수 측정 에러들을 일으킬 수 있다.
도 5는 픽오프 신호가 더 이상 구동 신호와 동상이 아닌 경우의 구동 신호 대 픽오프 신호의 플롯이다. 신호들이 동상이 아닌 경우 두 개의 문제점이 발생한다. 첫번째 문제점은 더 큰 구동력이 동일한 픽오프 진폭을 달성하기 위해 요구될 것이라는 것이다. 이는, 구동 신호가 이제 픽오프 신호보다 매우 더 큰 진폭을 가지는 것으로, 도면에 도시된다. 불행하게도, 구동력의 증가는 구동부에서 입수가능한 최대 전력 비용(overhead)을 감소시키고, 구동부의 효율을 감소시키고, 그리고 결국 진동계(5)의 성능을 감소시킨다.
제 2 문제점은 동상에서의 구동이 아니기 때문에, 측정된 실제 주파수가 공진 주파수가 아니라는 것이다. 또한, (예를 들면, 온도에서의 변경들과 같은) 작동 환경에서의 변경들, 진동계 조립체(10)의 노화, 및/또는 구성요소들에 대한 손상은 시간이 지남에 따라 이러한 에러를 증가시킬 것이다. 결론적으로, 공진 주파수를 결정할 수 있는 것이 요구된다. 진동계(5)의 수명에 대한 것과 같이, 다양한 시점들에서 공진 주파수를 결정하는 것이 요구된다. 결정된 공진 주파수의 정확도에 영향을 미치는 어떠한 위상 차이 없이 공진 주파수를 정확하게 결정하는 것이 요구된다.
도 6은 공진 주파수 결정의 일 예에서 구동 신호 주파수(저부 축선) 대 구동-픽오프 위상 차이(우측 축선) 대 픽오프 신호 진폭(좌측 축선)의 플롯이다. 상기 플롯에서, 구동력은 일정하게 유지되는 반면 픽오프 신호에 대한 구동 신호의 위상은 반복적으로 옵셋된다. 전형적인 위상 증분은 예를 들면 위상 옵셋의 약 (-1.2356) 내지 (+1.2673) 도의 범위 내에 있을 수 있다. 그러나, 다른 위상 증분들이 고려되며 이는 본원의 설명 및 청구범위의 범주 내에 있다.
공진 주파수 결정은 감지 요소의 공진 특성, 즉 진동계 조립체(10) 내에서 발생될 수 있는 공진 응답을 이용한다. 센서는 공진 주파수에서 매우 날카로운 진폭 정점을 보여줄 것이다. 픽오프 신호의 위상에 대해 구동 신호의 위상이 옵셋됨으로써, 진동 주파수를 주파수 스펙트럼 상방 및 하방으로 이동시키는 것이 가능하다. 여기서, 진동 주파수가 위상 차이 옵셋을 통하여 강제로 변경될 때 픽오프 신호 크기가 뾰족한(즉, 공진) 정점을 보여줄 것이라는 점을 알 수 있다.
도 7은 가스 밀도계에서의 구동 신호와 픽오프 신호 사이의 상대적 위상의 옵셋 결과를 보여준다. 센서가 공진으로 구동될 때, 픽오프 진폭은 정점이 된다. 이러한 알고리즘을 이용하여 정점을 위치시킴으로써, 이에 따라 전송기가 실질적으로 최적의 구동 신호를 생성하는 것을 보장하는 것이 가능하다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 진동계에서의 공진 주파수를 결정하는 방법의 흐름도(800)이다. 단계(801)에서, 진동계(5)의 하나 또는 둘 이상의 유동 도관(105, 105')들이 이전에 논의된 바와 같이 진동된다.
단계(802)에서, 위상 차이는 이전에 논의된 바와 같이, 미리 결정된 위상 증분에 의해 옵셋된다.
단계(803)에서, 픽오프 센서 신호의 결과적인 진폭은 이전에 논의된 바와 같이 모니터링된다.
단계(804)에서, 공진 주파수는 이전에 논의된 바와 같이 결정된다.
단계(805)에서, 공진 주파수가 구해지면, 상기 방법은 단계(807)로 진행된다. 이와 달리, 공진 주파수가 구해지지 않는 경우, 상기 방법은 단계(806)로 분기된다.
단계(806)에서, 미리 결정된 진동 주파수 범위가 확대된다. 이어서 상기 방법은 다시 단계(801)로 이동하고(loop) 공진 주파수 서치가 반복되지만, 더 확대된 미리 결정된 진동 주파수 범위에서 반복된다.
미리 결정된 진동 주파수 범위는 미리 결정된 양만큼 확대될 수 있다. 예를 들면, 미리 결정된 진동 주파수 범위는 50퍼센트 만큼 증가될 수 있거나, 두 배가 될 수 있거나, 또는 다른 방식들로 그리고 다른 크기(amount)들만큼 확대될 수 있다. 결과적으로, 주파수 스위프는 주파수들의 더 큰 범위를 포함할 수 있다. 이는 축소되고 상대적으로 정밀한 서치 분해능을 시작하도록 수행될 수 있으며, 여기에서 확대되고 정밀하지 않은(coarse) 분해능 공진 주파수 서치는 단지 축소된 공진 주파수 서치가 실패하는 경우에만 수행된다.
미리 결정된 위상 증분은 동일하게 유지될 것이다. 대안적으로, 확대되고, 정밀하지 않은 분해능 공진 주파수 서치에 대해, 더 확대된 미리 결정된 진동 주파수 범위를 유지하는데 있어서, 미리 결정된 위상 증분은 더 크게 이루어질 수 있거나 더 확대된 미리 결정된 진동 주파수 범위가 서치될 때조차 더 정밀한 주파수 분해능을 생성하기 위해 더 작게 이루어질 수 있다.
단계(807)에서, 정밀한 서치가 요구되는 경우, 상기 방법은 단계(808)로 분기된다. 그렇지 않으면, 더 축소되고, 정밀한 공진 주파수 서치가 요구되지 않는 경우, 상기 방법이 종료한다.
결정은 자동 결정일 수 있으며, 여기에서 정밀하지 않은 서치가 수행되고 이어서 정밀한 서치가 수행되며, 새롭고 축소된 미리 결정된 진동 주파수 범위가 정밀 서치를 위해 이용된다. 새롭고, 축소된 미리 결정된 진동 주파수 범위는 중앙에 위치될 수 있거나 단계(804)에서 구해진 결정된 공진 주파수를 포함할 수 있다.
대안적으로, 정밀한 서치를 위한 요구는 귀속된(imputed) 공진 주파수를 기초로 할 수 있다. 최대 진동 진폭이 최대 진동 진폭을 생성한 진동 주파수에서 또는 상기 진동 주파수의 미리 결정된 한계값 내에서 발생되지 않는 것이 생성된 진동 주파수들로부터 결정될 수 있다. 예를 들면, 두 개의 동일한 가장 큰 진폭 값들은 두 개의 인접한 주파수들에서 생성될 수 있으며, 여기에서 실제 진폭 응답 정점은 두 개의 진동 주파수들 사이의 어딘가에 있을 것이다. 그러나, 실제 정점이 미리 결정된 한계 내에 있는 경우, 상기 방법은 정밀한 서치가 요구되지 않는 것으로 판단할 수 있다.
공진 주파수를 결정하는 방법은, 흐름도에 도시된 바와 같이, 확대 프로세스 및 축소 프로세스 둘다를 포함할 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 대안적으로, 상기 방법은 더 정밀하지 않은 서치를 수행하기 위해 확대 프로세스만을 포함할 수 있다. 또 다른 대안에 있어서, 상기 방법은 더 정밀한 서치를 수행하기 위해 축소 프로세스만을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 진동계 및 방법은 바람직한 경우 수 개의 장점들을 제공하기 위하여 임의의 실시예들에 따라 채용될 수 있다. 진동계 및 방법은, 진동 주파수를 변동시키는 것이 주파수 결정을 왜곡하는 위상 차이 변화를 초래할 수 있기 때문에, 진동 주파수를 변동시킴에 의한 것보다 더 정확한 공진 주파수 결정을 제공할 수 있다.
진동계 및 방법은 픽오프 신호와 동상으로 구동됨으로써 전력을 덜 요구할 수 있다. 진동계 및 방법은 실질적으로 동일한 전력으로 하나 또는 둘 이상의 유동 도관들을 구동시킴으로써 개선된 공진 주파수 검출을 제공할 수 있다. 실질적으로 일정한 전력으로 하나 또는 둘 이상의 유동 도관들을 구동함으로써, 픽오프 센서 신호에서의 증가된 진폭은 진동력의 증가에 의하지 않을 수 있다.
진동계 및 방법은 동시에 주파수 및 위상을 변화시키지 않음으로써 개선된 공진 주파수 검출을 제공할 수 있다. 픽오프 센서 신호 위상이 주파수 스위프 동안 구동 신호 위상과 상이할 수 있기 때문에, 진동 주파수를 일정하게 유지하는 동안 위상 차이만을 변화시키기는 것이 더 정밀하고 확실하다.
진동계 및 방법은 밀도계들에서 개선된 공진 주파수 검출을 제공할 수 있다. 진동계 및 방법은 가스 밀도계들에서 개선된 공진 주파수 검출을 제공할 수 있으며, 여기에서 측정된 밀도는 낮으며 작은 부정확도가 더 큰 영향을 미친다.
진동계 및 방법은 개선된 공진 주파수 검출을 제공할 수 있으며, 여기에서 공진 주파수는 특별한 진동계에 대해 결정될 수 있다. 진동계 및 방법은 개선된 공진 주파수 검출을 제공할 수 있으며 여기에서 공진 주파수는 특별한 유동 재료에 대해 결정될 수 있다.
진동계 및 방법은 공진 주파수의 주기적 점검을 가능하게 한다. 진동계 및 방법은 대상 진동계의 상태를 평가하기 위해 시간이 지남에 따라 공진 주파수들의 비교를 가능하게 한다.
상기 실시예들의 상세한 설명들은 본 발명의 범주 내에 있는 발명자들에 의해 고려된 모든 실시예들의 완전한 설명이 아니다. 실제로, 당업자들은 추가 실시예들을 만들기 위해서 위에서 설명된 실시예들의 소정의 요소들이 다양하게 결합될 수 있거나 제거될 수 있다는 것을 인정할 것이며, 이 같은 추가 실시예들은 본 발명의 범주 및 교시들 내에 있다. 또한 위에서 설명된 실시예들이 본 발명의 범주 및 교시들 내에서 부가 실시예들을 만들기 위해 전체적으로 또는 부분적으로 결합될 수 있다는 것이 당업자에게 명백할 것이다. 따라서, 본 발명의 범주는 아래 청구범위들로부터 결정되어야 한다.

Claims (20)

  1. 하나 또는 둘 이상의 유동 도관(103)들, 상기 하나 또는 둘 이상의 유동 도관(103)들에 부착되는 하나 또는 둘 이상의 픽오프 센서(pickoff sensor; 105, 105')들, 및 상기 하나 또는 둘 이상의 유동 도관(103)들을 진동시키도록 구성된 구동기(104)를 포함하는, 진동계(5)에 있어서,
    상기 하나 또는 둘 이상의 픽오프 센서(105, 105')들 및 상기 구동기(104)에 커플링되는 계측 전자기기(meter electronics; 20)를 포함하며,
    상기 계측 전자기기(20)는 초기(initial) 진동 주파수를 포함하는 구동 신호를 이용하여 상기 진동계(5)의 하나 또는 둘 이상의 유동 도관(103)들을 진동시키고 그리고 이에 응답하여 상기 하나 또는 둘 이상의 픽오프 센서(105, 105')들로부터 픽오프 센서 신호를 수신하고, 반복하여 미리 결정된 위상 증분(phase increment)에 의한 상기 픽오프 센서 신호와 상기 구동 신호 사이의 위상 차이를 옵셋하고(offset) 결과적인 진동 주파수 및 진폭을 측정하며, 상기 옵셋이 미리 결정된 진동 주파수 범위에 걸쳐 진동 주파수를 작동적으로(operatively) 스위핑하고(sweep) 이에 따라 복수의 진동 진폭들 및 대응하는 복수의 진동 주파수들을 발생시키고, 그리고 상기 복수의 진동 진폭들에서 최대 진폭 응답을 결정하고 대응하는 진동 주파수를 공진 주파수를 포함하는 것으로 지정하도록 구성되며,
    상기 공진 주파수가 구해진(find) 후, 상기 계측 전자기기(20)는 미리 결정된 진동 주파수 범위를 미리 결정된 축소된(narrowed) 주파수 범위로 축소하도록 추가로 구성되고, 상기 옵셋 및 결정이 상기 미리 결정된 축소된 주파수 범위 내에 상기 공진 주파수를 위치시키기 위해 반복되는 것을 특징으로 하는,
    진동계.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 계측 전자기기(20)는 상기 옵셋으로부터 미리 결정된 안정화 기간(settling period) 후 결과적인 진동 주파수 및 결과적인 진동 진폭을 측정하도록 추가로 구성되는,
    진동계.
  3. 청구항 3은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제 1 항에 있어서,
    상기 구동 신호는 일정한 진폭을 포함하는,
    진동계.
  4. 청구항 4은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제 1 항에 있어서,
    상기 진동계(5)는 진동 밀도계(vibrating densitometer), 진동 가스 밀도계, 또는 코리올리 질량 유량계를 포함하는,
    진동계.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 계측 전자기기(20)는 하나 또는 둘 이상의 유동 재료 정량화(qualification)들을 발생시키기 위해 상기 공진 주파수를 이용하도록 추가로 구성되는,
    진동계.
  6. 청구항 6은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제 1 항에 있어서,
    상기 미리 결정된 진동 주파수 범위는 추정된 공진 주파수를 포함하도록 선택되는,
    진동계.
  7. 청구항 7은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제 1 항에 있어서,
    상기 미리 결정된 축소된 주파수 범위가 상기 구해진 공진 주파수의 중심에 위치되는,
    진동계.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 공진 주파수가 구해지지 않은 경우, 상기 계측 전자기기(20)는 상기 미리 결정된 진동 주파수 범위를 미리 결정된 확대된(widen) 주파수 범위로 확대하도록 추가로 구성되고, 상기 옵셋 및 결정이 상기 공진 주파수를 상기 미리 결정된 확대된 주파수 범위 내에 위치시키기 위해 반복되는,
    진동계.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 공진 주파수는 상기 진동계 또는 유동 재료 중 하나 또는 둘다에 대해 결정될 수 있는,
    진동계.
  10. 초기 진동 주파수를 포함하는 구동 신호를 이용하여 진동계의 하나 또는 둘 이상의 유동 도관들을 진동시키는 단계 및 이에 응답하여 픽오프 센서 신호를 수신하는 단계를 포함하는, 진동계의 공진 주파수를 결정하는 방법에 있어서,
    미리 결정된 위상 증분에 의해 구동 신호와 픽오프 센서 신호 사이의 위상 차이를 옵셋하는 단계 및 결과적인 진동 주파수 및 진폭을 측정하는 단계를 반복하는 단계로서, 상기 옵셋하는 단계는 미리 결정된 진동 주파수 범위에 걸쳐 상기 진동 주파수를 작동적으로 스위핑하고 이에 따라 복수의 진동 진폭들 및 대응하는 복수의 진동 주파수들을 발생시키는, 옵셋하는 단계 및 측정하는 단계를 반복하는 단계; 및
    복수의 진동 진폭들 내의 최대 진폭 응답을 결정하는 단계 및 상기 대응하는 진동 주파수를 상기 공진 주파수를 포함하는 것으로서 지정하는 단계를 포함하며,
    상기 공진 주파수가 구해진 후, 상기 미리 결정된 진동 주파수 범위는 미리 결정된 축소된 주파수 범위로 축소되며, 상기 옵셋하는 단계 및 결정하는 단계가 상기 공진 주파수를 상기 미리 결정된 축소된 주파수 범위 내에 위치시키기 위해 반복되는 것을 특징으로 하는,
    진동계의 공진 주파수를 결정하는 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 옵셋하는 단계로부터 미리 결정된 안정화 기간 후 상기 결과적인 진동 주파수 및 결과적인 진동 진폭을 측정하는 단계를 더 포함하는,
    진동계의 공진 주파수를 결정하는 방법.
  12. 청구항 12은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제 10 항에 있어서,
    상기 구동 신호는 일정한 진폭을 포함하는,
    진동계의 공진 주파수를 결정하는 방법.
  13. 청구항 13은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제 10 항에 있어서,
    상기 진동계는 진동 밀도계, 진동 가스 밀도계, 또는 코리올리 질량 유량계를 포함하는,
    진동계의 공진 주파수를 결정하는 방법.
  14. 제 10 항에 있어서,
    하나 또는 둘 이상의 유동 재료 정량화들을 발생시키도록 상기 공진 주파수를 이용하는 단계를 더 포함하는,
    진동계의 공진 주파수를 결정하는 방법.
  15. 제 10 항에 있어서,
    상기 미리 결정된 진동 주파수 범위는 추정된 공진 주파수를 포함하도록 선택되는,
    진동계의 공진 주파수를 결정하는 방법.
  16. 청구항 16은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제 10 항에 있어서,
    상기 미리 결정된 축소된 주파수 범위가 상기 구해진 공진 주파수의 중심에 위치되는,
    진동계의 공진 주파수를 결정하는 방법.
  17. 제 10 항에 있어서,
    상기 공진 주파수가 구해지지 않은 경우, 상기 미리 결정된 진동 주파수 범위는 미리 결정된 확대된 주파수 범위로 확대되며, 상기 옵셋하는 단계 및 결정하는 단계가 공진 주파수를 상기 미리 결정된 확대된 주파수 범위 내에 위치시키기 위해 반복되는,
    진동계의 공진 주파수를 결정하는 방법.
  18. 청구항 18은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제 10 항에 있어서,
    상기 공진 주파수는 상기 진동계 또는 유동 재료 중 하나 또는 둘다에 대해 결정될 수 있는,
    진동계의 공진 주파수를 결정하는 방법.
  19. 삭제
  20. 삭제
KR1020147003783A 2011-07-13 2011-07-13 진동계 및 공진 주파수 결정 방법 KR101609753B1 (ko)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/US2011/043861 WO2013009307A1 (en) 2011-07-13 2011-07-13 Vibratory meter and method for determining resonant frequency

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20140048977A KR20140048977A (ko) 2014-04-24
KR101609753B1 true KR101609753B1 (ko) 2016-04-06

Family

ID=44774096

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020147003783A KR101609753B1 (ko) 2011-07-13 2011-07-13 진동계 및 공진 주파수 결정 방법

Country Status (13)

Country Link
US (1) US9395236B2 (ko)
EP (1) EP2732249B1 (ko)
JP (1) JP5826929B2 (ko)
KR (1) KR101609753B1 (ko)
CN (1) CN103827641B (ko)
AR (1) AR087108A1 (ko)
AU (1) AU2011372790B2 (ko)
BR (1) BR112014000510B1 (ko)
CA (1) CA2840181C (ko)
HK (1) HK1198373A1 (ko)
MX (1) MX2013014863A (ko)
RU (1) RU2569048C2 (ko)
WO (1) WO2013009307A1 (ko)

Families Citing this family (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008109841A1 (en) 2007-03-07 2008-09-12 Invensys Systems, Inc. Coriolis frequency tracking
US9625103B2 (en) * 2011-06-08 2017-04-18 Micro Motion, Inc. Method and apparatus for determining and controlling a static fluid pressure through a vibrating meter
RU2619829C1 (ru) 2013-04-18 2017-05-18 Майкро Моушн, Инк. Проверка датчика измерителя для вибрационного измерителя
CN105308432B (zh) * 2013-04-23 2019-01-08 高准公司 生成用于振动传感器的驱动信号的方法
US9863798B2 (en) 2015-02-27 2018-01-09 Schneider Electric Systems Usa, Inc. Systems and methods for multiphase flow metering accounting for dissolved gas
CN104792379B (zh) * 2015-04-08 2018-01-12 浙江大学 一种基于流体状态检测的科氏流量计振幅自适应控制方法
WO2016176596A1 (en) * 2015-04-30 2016-11-03 Schlumberger Technology Corporation Multiphase flow meters and related methods
EP3329230B1 (en) * 2015-07-27 2020-11-18 Micro Motion, Inc. Off-resonance cycling for coriolis flowmeters
CN105136281B (zh) * 2015-10-14 2018-03-02 基康仪器股份有限公司 振弦式传感器的频率测量装置和方法
US9513149B1 (en) * 2015-10-29 2016-12-06 Invensys Systems, Inc. Coriolis flowmeter
JP7008632B2 (ja) * 2016-02-26 2022-01-25 マイクロ モーション インコーポレイテッド 駆動信号を制限すること
CN107192447A (zh) * 2017-05-17 2017-09-22 苏交科集团股份有限公司 一种搜索结构物振动频率的窄带搜峰法
CN110709678B (zh) * 2017-06-14 2021-09-07 高准公司 最小化振动仪表中的多音调驱动信号中的波峰
EP3767249B1 (en) * 2017-08-23 2023-05-24 Micro Motion Inc. Vibratory flow meter with multichannel flow tube
CN107817026B (zh) * 2017-11-29 2023-10-10 吉林大学 基于同步共振的高分辨率差压式流量传感器及检测方法
DE102017131199A1 (de) 2017-12-22 2019-06-27 Endress + Hauser Flowtec Ag Coriolis-Massendurchfluß-Meßgerät
AT520557B1 (de) * 2018-01-24 2019-05-15 Anton Paar Gmbh Verfahren zur Ermittlung eines korrigierten Werts für die viskositätsabhängige Schallgeschwindigkeit in einem zu untersuchenden Fluid
DE102019003075A1 (de) * 2019-04-30 2020-11-05 Endress+Hauser Flowtec Ag Messgerät zum Charakterisieren eines inhomogenen, fließfähigen Mediums
DE102019126883A1 (de) * 2019-10-07 2021-04-08 Endress+Hauser Flowtec Ag Verfahren zum Überwachen eines Meßgeräte-Systems
WO2021255034A1 (de) 2020-06-18 2021-12-23 Endress+Hauser Flowtec Ag VIBRONISCHES MEßSYSTEM
DE102020131649A1 (de) 2020-09-03 2022-03-03 Endress + Hauser Flowtec Ag Vibronisches Meßsystem
DE102020127382A1 (de) 2020-10-16 2022-04-21 Endress+Hauser Flowtec Ag Verfahren zum Überprüfen eines vibronischen Meßsystems

Family Cites Families (26)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2071848B (en) * 1980-02-28 1984-05-23 Marconi Co Ltd Mass flow measurement device
DE8712331U1 (ko) * 1986-09-26 1988-01-28 Flowtec Ag, Reinach, Basel, Ch
US4996871A (en) * 1989-06-02 1991-03-05 Micro Motion, Inc. Coriolis densimeter having substantially increased noise immunity
AU2433592A (en) * 1991-08-01 1993-03-02 Micro Motion, Inc. Coriolis effect mass flow meter
EP0702212A3 (en) * 1994-09-13 1996-08-14 Fuji Electric Co Ltd Phase shift measurement device and associated mass flow meter
US5831178A (en) * 1995-08-29 1998-11-03 Fuji Electric Co., Ltd. Vibration type measuring instrument
US20030216874A1 (en) 2002-03-29 2003-11-20 Henry Manus P. Drive techniques for a digital flowmeter
US8447534B2 (en) * 1997-11-26 2013-05-21 Invensys Systems, Inc. Digital flowmeter
US6092409A (en) * 1998-01-29 2000-07-25 Micro Motion, Inc. System for validating calibration of a coriolis flowmeter
US6354154B1 (en) * 1999-06-30 2002-03-12 Micro Motion, Inc. Balance bar for a coriolis flowmeter
US6347293B1 (en) * 1999-07-09 2002-02-12 Micro Motion, Inc. Self-characterizing vibrating conduit parameter sensors and methods of operation therefor
US6688176B2 (en) * 2000-01-13 2004-02-10 Halliburton Energy Services, Inc. Single tube densitometer
US6910366B2 (en) * 2001-08-24 2005-06-28 Endress + Hauser Flowtec Ag Viscometer
US6640194B2 (en) * 2001-10-31 2003-10-28 Intel Corporation Timing jitter frequency detector for timing recovery systems
US6944566B2 (en) 2002-03-26 2005-09-13 Lockheed Martin Corporation Method and system for multi-sensor data fusion using a modified dempster-shafer theory
US6782325B2 (en) * 2002-09-30 2004-08-24 Micro Motion, Inc. Programmable coriolis flow meter electronics for outputting information over a single output port
US7065455B2 (en) * 2003-08-13 2006-06-20 Invensys Systems, Inc. Correcting frequency in flowtube measurements
EP1759177B1 (en) * 2004-06-22 2022-02-23 Micro Motion, Inc. Meter electronics and method for detecting a residual material in a flow meter assembly
CN100565128C (zh) * 2004-09-09 2009-12-02 微动公司 通过测量两种振动模式之间的科里奥利耦合测量流经管道的流量的方法和装置
KR101484074B1 (ko) * 2005-03-29 2015-01-19 마이크로 모우션, 인코포레이티드 유체의 특성을 결정하기 위한 방법 및 코리올리 유량계
KR20130025951A (ko) * 2005-09-19 2013-03-12 마이크로 모우션, 인코포레이티드 진동 유량계에 대한 확인 진단을 위한 방법 및 전자 계측장치
KR20120005558A (ko) 2005-09-20 2012-01-16 마이크로 모우션, 인코포레이티드 진동 유량계에 대한 구동 신호를 생성하기 위한 방법 및 계측 전자장치
KR20070114837A (ko) 2007-10-25 2007-12-04 마이크로 모우션, 인코포레이티드 유체의 특성을 결정하기 위한 방법 및 코리올리 유량계
US8589091B2 (en) * 2008-02-11 2013-11-19 Micro Motion, Inc. System, method, and computer program product for detecting a process disturbance in a vibrating flow device
WO2009134830A1 (en) * 2008-05-01 2009-11-05 Micro Motion, Inc. Vibratory flow meter for determining one or more flow fluid characteristics of a multi-phase flow fluid
WO2011072711A1 (de) * 2009-12-14 2011-06-23 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zum betreiben eines coriolis-massendurchflussmessgeräts sowie coriolis-massendurchflussmessgerät

Also Published As

Publication number Publication date
RU2569048C2 (ru) 2015-11-20
MX2013014863A (es) 2014-03-26
AR087108A1 (es) 2014-02-12
CA2840181A1 (en) 2013-01-17
EP2732249A1 (en) 2014-05-21
EP2732249B1 (en) 2020-03-18
CN103827641B (zh) 2016-06-29
US9395236B2 (en) 2016-07-19
WO2013009307A1 (en) 2013-01-17
BR112014000510A2 (pt) 2017-02-21
HK1198373A1 (zh) 2015-04-10
AU2011372790B2 (en) 2015-04-09
CN103827641A (zh) 2014-05-28
JP2014521085A (ja) 2014-08-25
AU2011372790A1 (en) 2014-01-16
BR112014000510B1 (pt) 2020-03-31
RU2014105294A (ru) 2015-08-20
KR20140048977A (ko) 2014-04-24
CA2840181C (en) 2017-01-24
JP5826929B2 (ja) 2015-12-02
US20140190238A1 (en) 2014-07-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101609753B1 (ko) 진동계 및 공진 주파수 결정 방법
KR101484074B1 (ko) 유체의 특성을 결정하기 위한 방법 및 코리올리 유량계
KR101744477B1 (ko) 진동 유량계 및 제로 체크 방법
US8396674B2 (en) Vibration-type measuring device
KR101018401B1 (ko) 강성 계수 또는 질량 계수 중 하나 이상을 결정하기 위한방법 및 계측 전자장치
KR101868375B1 (ko) 측방향 모드 강성을 결정함으로써 진동계에서 유체 튜브의 횡단면적의 변화에 대한 검출
JP6416092B2 (ja) 改良されたメータゼロに関するコリオリ流量計および方法
JP2014522972A5 (ko)
KR102560585B1 (ko) 유량계의 강성 계수를 검증할 시기를 결정하기 위한 방법
KR102545163B1 (ko) 용해 모니터링 방법 및 장치
KR20070114837A (ko) 유체의 특성을 결정하기 위한 방법 및 코리올리 유량계
RU2377503C1 (ru) Электронный измеритель и способы определения одного или нескольких коэффициентов жесткости или массовых коэффициентов
JP2017083465A (ja) 改良されたメータゼロに関するコリオリ流量計および方法

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right