KR102002126B1 - 진동 센서에 대한 드라이브 신호를 생성하는 방법 - Google Patents

진동 센서에 대한 드라이브 신호를 생성하는 방법 Download PDF

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Abstract

진동 센서(5)에 대한 드라이브 신호를 생성하는 방법(600)이 제공된다. 방법(600)은, 진동 신호를 제공하도록 구성된 진동 소자(104, 510)를 진동시키는 단계, 수신기 회로(134)를 이용하여 진동 소자(104, 510)로부터 진동 신호를 수신하는 단계, 수신기 회로(134) 및 진동 소자(104, 510)에 커플링된 드라이버 회로(138)를 이용하여 진동 소자(104, 510)를 진동시키는 드라이브 신호를 생성하는 단계, 및 생성된 드라이브 신호의 위상과 진동 신호의 위상을 비교하는 단계를 포함한다.

Description

진동 센서에 대한 드라이브 신호를 생성하는 방법{A METHOD OF GENERATING A DRIVE SIGNAL FOR A VIBRATORY SENSOR}
이하 설명되는 실시예들은, 진동 센서들(vibratory sensors)에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 진동 센서에 대한 드라이브 신호(drive signal)를 생성하는 방법에 관한 것이다.
진동 농도계(vibratory densitometer)들 및 진동 점도계(vibratory viscometer)들과 같은 진동 센서들은, 특징화될 유체의 존재하에서 진동하는 진동 소자의 모션을 검출함으로써 동작한다. 밀도, 점도, 온도 등과 같은 유체와 연관된 특성들은 진동 소자와 연관된 하나 또는 그 초과의 모션 트랜스듀서들로부터 수신된 진동 신호 또는 신호들을 프로세싱함으로써 결정될 수 있다. 진동 소자의 진동은 일반적으로, 유체와 조합된 진동 소자의 조합 질량, 강성도, 및 감쇠(damping) 특징들에 의해 영향을 받는다.
도 1은 진동 소자 및 진동 소자에 커플링된 계측 전자장치를 포함하는 종래 기술의 진동 센서를 나타낸다. 종래 기술의 진동 센서는, 진동 소자를 진동시키기 위한 드라이버 및 진동에 응답하여 진동 신호를 생성하는 픽오프(pickoff)를 포함한다. 진동 신호는 연속 시간 또는 아날로그 신호이다. 계측 전자장치는 진동 신호를 수신하고 그 진동 신호를 프로세싱하여 하나 또는 그 초과의 유체 특징들 또는 유체 측정들을 생성한다. 계측 전자장치는 진동 신호의 주파수 및 진폭 모두를 결정한다. 진동 신호의 주파수 및 진폭은 유체의 밀도를 결정하도록 더 프로세싱될 수 있다.
종래 기술의 진동 센서는 폐루프 회로를 이용하여 드라이버에 대한 드라이브 신호를 제공한다. 드라이브 신호는 통상적으로 수신된 진동 신호에 기초한다. 종래 기술의 폐루프 회로는, 진동 신호의 진동 신호 또는 파라미터들을 드라이브 신호로 변형시키거나 또는 통합한다. 예를 들어, 드라이브 신호는 수신된 진동 신호의 증폭된, 변조된, 또는 그렇지 않으면 변형된 버전일 수 있다. 이에 따라, 수신된 진동 신호는 타겟 주파수를 달성하기 위해 폐루프 회로를 가능하게 하는 피드백을 포함할 수 있다. 피드백을 이용하면, 폐루프 회로는 드라이브 주파수를 증분적으로 변화시키고 그리고 타겟 주파수에 도달할 때까지 진동 신호를 모니터링한다.
유체의 타겟 주파수는 드라이브 신호와 진동 신호 사이의 원하는 위상차와 상관될 수 있다. 유체의 점도 및 밀도와 같은 유체 특성들은, 드라이브 신호와 진동 신호 사이의 위상차가 135° 및 45°인 주파수들로부터 결정될 수 있다. 제 1 위상차 Φ1 및 제 2 위상차 Φ2로 나타낸 이러한 원하는 위상차들은 1/2 전력 또는 3dB 주파수들에 대응할 수 있다. 제 1 타겟 주파수 ω1은, 제 1 위상차 Φ1가 135°인 주파수로서 정의된다. 제 2 타겟 주파수 ω2는, 제 2 위상차 Φ2가 45°인 주파수로서 정의된다. 제 2 타겟 주파수 ω2에서 행해진 밀도 측정들은 유체 점도에 대해 독립적일 수 있다. 이에 따라, 제 2 위상차 Φ2가 45°인 경우에 행해진 밀도 측정들은 다른 위상차들에서 행해진 밀도 측정들 보다 더욱 정확할 수 있다.
폐루프 접근방식은, 제 2 위상차 Φ2를 달성하기 위해 드라이브 신호 주파수를 얼마나 많이 시프트할지 결정하기 위해 진동 신호의 주파수를 통상적으로 측정한다. 측정된 주파수를 이용하면, 측정된 주파수와 위상 사이의 관계는, 드라이브 신호와 진동 신호 사이에 45°의 위상차가 존재하는지 여부를 결정하는데 이용된다. 그러나, 유체 특성들을 측정하기 위한 폐루프 접근방식은 몇몇 관련된 이슈들을 갖는다. 예를 들어, 진동 신호의 주파수는 진동 신호와 드라이브 신호 사이에서 원하는 위상차를 획득하기 위해 먼저 측정되어야만 한다. 이는, 진동 신호는 노이즈에 대해 매우 작을 수 있기 때문에 문제가 될 수 있다. 그 결과, 진동 신호로부터 주파수를 측정하는 것은 필터링을 요구한다. 이러한 필터링은 주파수 측정시에 딜레이들을 야기할 수 있으며, 이는 드라이브 제어 알고리즘들에서의 불안정성을 야기할 수 있다. 추가적으로, 진동 신호에서의 임의의 필터링되지 않은 노이즈가 드라이브 신호에서 재현(reproduce)될 것이다. 드라이브 신호에서의 노이즈는 드라이브 불안정성뿐만 아니라 주파수 측정시의 부정확성들을 야기할 수 있다.
이에 따라, 폐루프 접근방식과 연관된 주파수 측정들을 요구하지 않는 진동 센서에 대한 드라이브 신호를 생성하기 위한 방법에 대한 필요성이 존재한다.
진동 센서에 대한 드라이브 신호를 생성하는 방법이 제공된다. 일 실시예에 따르면, 이 방법은, 진동 신호를 제공하도록 구성된 진동 소자를 진동시키는 단계, 수신기 회로를 이용하여 진동 소자로부터 진동 신호를 수신하는 단계를 포함한다. 이 방법은, 수신기 회로 및 진동 소자에 커플링된 드라이버 회로를 이용하여 진동 소자를 진동시키는 드라이브 신호를 생성하는 단계, 및 생성된 드라이브 신호의 위상과 진동 신호의 위상을 비교하는 단계를 더 포함한다.
진동 센서가 제공된다. 일 실시예에 따르면, 진동 센서는, 진동 신호를 제공하도록 구성된 진동 소자, 진동 소자로부터 진동 신호를 수신하는 수신기 회로, 및 수신기 회로 및 진동 소자에 커플링된 드라이버 회로를 포함한다. 드라이버 회로는, 진동 소자를 진동시키고 그리고 생성된 드라이브 신호의 위상과 진동 신호의 위상을 비교하는 드라이브 신호를 생성하도록 구성된다.
양상들
일 양상에 따르면, 진동 센서(5)에 대한 드라이브 신호를 생성하는 방법(600)은, 진동 신호를 제공하도록 구성된 진동 소자(104, 510)를 진동시키는 단계, 수신기 회로(134)를 이용하여 진동 소자(104, 510)로부터 진동 신호를 수신하는 단계, 수신기 회로(134) 및 진동 소자(104, 510)에 커플링된 드라이버 회로(138)를 이용하여 진동 소자(104, 510)를 진동시키는 드라이브 신호를 생성하는 단계, 및 생성된 드라이브 신호의 위상과 진동 신호의 위상을 비교하는 단계를 포함한다.
바람직하게, 생성된 드라이브 신호의 위상과 진동 신호의 위상을 비교하는 단계는, 샘플링된 생성된 드라이브 신호와 샘플링된 진동 신호를 비교하는 단계를 포함한다.
바람직하게, 방법(600)은 샘플링된 생성된 드라이브 신호와 샘플링된 진동 신호 중 적어도 하나로부터 적어도 하나의 주파수 성분을 제거하는 단계를 더 포함한다.
바람직하게, 샘플링된 생성된 드라이브 신호와 샘플링된 진동 신호를 비교하는 단계는, 샘플링된 생성된 드라이브 신호와 샘플링된 진동 신호의 상관을 수행하는 단계를 포함한다.
바람직하게, 샘플링된 생성된 드라이브 신호와 샘플링된 진동 신호를 비교하는 단계는, 샘플링된 생성된 드라이브 신호와 샘플링된 진동 신호 중 하나를 콘쥬게이팅(conjugating)하는 단계, 및 샘플링된 생성된 드라이브 신호와 샘플링된 진동 신호 중 콘쥬게이팅된 신호(conjugated one)와 샘플링된 생성된 드라이브 신호와 샘플링된 진동 신호 중 콘쥬게이팅되지 않은 신호(non-conjugated one)를 곱하는 단계를 포함한다.
바람직하게, 생성된 드라이브 신호의 위상과 진동 신호의 위상을 비교하는 단계는, 생성된 드라이브 신호의 위상과 진동 신호의 위상 사이에서 측정된 위상차 Φm를 결정하는 단계, 및 측정된 위상차 Φm가 타겟 위상차 Φt에 있는지 결정하기 위해 측정된 위상차 Φm를 타겟 위상차 Φt와 비교하는 단계를 포함한다.
바람직하게, 방법(600)은, 측정된 위상차 Φm가 타겟 위상차 Φt에 있는 경우 유체의 밀도를 측정하는 단계를 더 포함한다.
바람직하게, 방법(600)은, 생성된 드라이브 신호의 위상과 진동 신호의 위상의 비교로부터 커맨드 주파수 ω를 결정하는 단계, 커맨드 주파수 ω를 신호 생성기(147c)에 제공하는 단계, 및 신호 생성기(147c)를 이용하여 커맨드 주파수 ω에서 드라이브 신호르 생성하는 단계를 더 포함한다.
바람직하게, 방법(600)에서, 신호 생성기(147c)를 이용하여 커맨드 주파수 ω에서 드라이브 신호를 생성하는 단계는, 드라이브 신시사이저(544)(synthesizer)를 이용하여 신시사이징된 드라이브 신호를 형성하는 단계, 및 디지털-아날로그 컨버터(534)를 이용하여 신시사이징된 드라이브 신호를 생성된 드라이브 신호로 컨버팅하는 단계를 포함한다.
일 양상에 따르면, 진동 센서(5)는 진동 신호를 제공하도록 구성된 진동 소자(104, 510), 진동 소자(104)로부터 진동 신호를 수신하는 수신기 회로(134), 및 수신기 회로(134) 및 진동 소자(104)에 커플링된 드라이버 회로(138)를 포함하고, 이 드라이버 회로(138)는 진동 소자(104, 510)를 진동시키는 드라이브 신호를 생성하고 그리고 생성된 드라이브 신호의 위상과 진동 신호의 위상을 비교하도록 구성된다.
바람직하게, 드라이버 회로(138)는 샘플링된 생성된 드라이브 신호를 샘플링된 진동 신호와 비교하도록 구성된다.
바람직하게, 드라이버 회로(138)는, 샘플링된 생성된 드라이브 신호 및 샘플링된 진동 신호 중 적어도 하나로부터 적어도 하나의 주파수 성분을 제거하도록 추가로 구성된다.
바람직하게, 드라이버 회로(138)는 샘플링된 생성된 드라이브 신호 및 샘플링된 진동 신호의 상관을 수행하도록 더 구성된다.
바람직하게, 드라이버 회로(138)는, 샘플링된 생성된 드라이브 신호와 샘플링된 진동 신호 중 하나를 콘쥬게이팅하도록 추가로 구성되고, 샘플링된 생성된 드라이브 신호와 샘플링된 진동 신호 중 콘쥬게이팅된 신호를 샘플링된 생성된 드라이브 신호와 샘플링된 진동 신호 중 콘쥬게이팅되지 않은 신호와 곱한다.
바람직하게, 드라이버 회로(138)는 생성된 드라이브 신호의 위상과 진동 신호의 위상 사이의 측정된 위상차 Φm를 결정하고, 그리고 측정된 위상차 Φm가 타겟 위상차 Φt에 있는지 결정하기 위해, 측정된 위상차 Φm와 타겟 위상차 Φt를 비교하도록 구성된 위상 검출기(147b, 542)로 구성된다.
바람직하게, 드라이버 회로(138)는, 측정된 위상차 Φm가 타겟 위상차 Φt에 있을 때 유체의 밀도를 측정하도록 추가로 구성된다.
바람직하게, 드라이버 회로(138)는 위상 검출기(147b, 542) 및 신호 생성기(147c)로 구성되고, 여기서 위상 검출기(147b)는 생성된 드라이브 신호의 위상과 진동 신호의 위상의 비교로부터 커맨드 주파수 ω를 결정하도록 구성되고, 커맨드 주파수 ω를 신호 생성기(147c)에 제공하며; 신호 생성기(147c)는 커맨드 주파수 ω에서 드라이브 신호를 생성하도록 구성된다.
바람직하게, 신호 생성기(147c)는, 신시사이징된 드라이브 신호를 형성하도록 구성된 드라이브 신시사이저(544), 및 신시사이징된 드라이브 신호를 생성된 드라이브 신호로 컨버팅하도록 구성된 디지털-아날로그 컨버터(534)를 포함한다.
동일한 참조 수치는 모든 도면들 상에서 동일한 소자를 나타낸다. 도면들은 반드시 실척대로 스케일링되지 않는다는 점이 이해되어야 한다.
도 1은 진동 소자 및 진동 소자에 커플링된 계측 전자장치를 포함하는 종래 기술의 진동 센서를 나타낸다.
도 2는 일 실시예에 따른 진동 센서(5)를 나타낸다.
도 3은 일 실시예에 따른 진동 센서(5)를 나타낸다.
도 4는 드라이버 회로(138)의 더욱 상세화된 표현을 갖는 진동 센서(5)의 블록도를 나타낸다.
도 5는 일 실시예에 따른 진동 센서(5)의 블록도(500)를 나타낸다.
도 6은 일 실시예에 따른 드라이브 신호를 생성하는 방법(600)을 나타낸다.
도 2 내지 도 6 및 후술하는 상세한 설명은, 진동 센서에 대한 드라이브 신호를 생성하기 위한 방법의 실시예들의 최선의 형태를 형성하고 이용하는 방법에 대해 당업자들에게 교시하기 위한 구체적인 예시들을 도시한다. 신규의 원리들을 교시하는 목적을 위해, 몇몇 종래의 양상들은 간략화되거나 또는 생략되었다. 당업자들은 본 상세한 설명의 범위에 포함되는 이러한 예시들로부터의 변동들을 인식할 것이다. 당업자들은, 이하 설명되는 특성들이 진동 센서에 대한 드라이브 신호를 생성하기 위한 방법의 다수의 변동들을 형성하기 위해 다양한 방식들로 조합될 수 있다는 점을 인식할 것이다. 그 결과, 이하 설명되는 실시예들은, 이하 설명되는 특정 예시들로 제한되지 않으며 그러나 오직 청구항들 및 그 등가물들에 의해서만 제한된다.
도 2는 일 실시예에 따른 진동 센서(5)를 나타낸다. 진동 센서(5)는 진동 소자(104) 및 계측 전자장치(20)를 포함할 수 있고, 여기서 진동 소자(104)는 리드 또는 리드들(100)에 의해 계측 전자장치(20)에 커플링된다. 일부 실시예들에서, 진동 센서(5)는 진동 타인(tine) 센서 또는 포크(fork) 밀도 센서(도 3 및 첨부 논의 참조)를 포함할 수 있다. 그러나, 다른 진동 센서들도 고려되고 상세한 설명 및 청구항들의 범위 내에 있다.
진동 센서(5)는 특징화될 유체 내부로 적어도 부분적으로 침지될 수 있다. 유체는 액체 또는 가스를 포함할 수 있다. 대안적으로, 유체는, 혼입된(entrained) 기체, 혼입된 고체, 다수의 액체들, 또는 이들의 조합들을 포함하는 액체와 같은 멀티-위상 유체를 포함할 수 있다. 일부 예시적인 유체들은 시멘트 슬러리, 석유 제품들 등을 포함한다. 진동 센서(5)는, 파이프 또는 도관, 탱크, 컨테이너, 또는 다른 유체 용기들 내에 탑재될 수 있다. 진동 센서(5)는 또한 유체 흐름을 지향시키기 위한 매니폴드 또는 유사 구조체 내에 탑재될 수 있다. 그러나, 다른 탑재 어레인지먼트들이 고려되고 상세한 설명 및 청구항들의 범위 내에 있다.
진동 센서(5)는 유체 측정들을 제공하기 위해 동작한다. 진동 센서(5)는, 유동 또는 비-유동 유체를 포함하는 유체에 대한 유체 밀도 및 유체 점도의 하나 또는 그 초과를 포함하는 유체 측정들을 제공할 수 있다. 진동 센서(5)는, 유체 질량 유량, 유체 체적 유량, 및/또는 유체 온도를 포함하는 유체 측정들을 제공할 수 있다. 이러한 목록은 완전한 것은 아니며, 진동 센서(5)는 다른 유체 특징들을 측정 또는 결정할 수 있다.
계측 전자장치(20)는 리드 또는 리드들(100)을 통해 진동 소자(104)에 전력을 제공할 수 있다. 계측 전자장치(20)는 리드 또는 리드들(100)을 통해 진동 소자(104)의 동작을 제어한다. 예를 들어, 계측 전자장치(20)는 드라이브 신호를 생성하고 그리고 생성된 드라이브 신호를 진동 소자(104)에 제공할 수 있으며, 여기서 진동 소자(104)는 생성된 드라이브 신호를 이용하여 하나 또는 그 초과의 진동 컴포넌트들 내에 진동을 생성한다. 생성된 드라이브 신호는 진동 소자(104)의 진동 진폭 및 주파수를 제어할 수 있다. 생성된 드라이브 신호는 또한 진동 지속주기 및/또는 진동 타이밍을 제어할 수 있다.
계측 전자장치(20)는 또한 리드 또는 리드들(100)을 통해 진동 소자(104)로부터 진동 신호 또는 신호들을 수신할 수 있다. 계측 전자장치(20)는, 예를 들어, 밀도 측정을 생성하기 위해 진동 신호 또는 신호들을 프로세싱할 수 있다. 계측 전자장치(20)는 신호 또는 신호들의 주파수를 결정하기 위해 진동 소자(104)로부터 수신된 진동 신호 또는 신호들을 프로세싱한다. 게다가, 또는 이에 더해, 계측 전자장치(20)는, 예를 들어, 유체 유량을 결정하기 위해 프로세싱될 수 있는 유체의 다른 특징들, 예를 들어, 신호들 사이의 점도 또는 위상 시프트를 결정하기 위해 진동 신호 또는 신호들을 프로세싱한다. 다른 진동 응답 특징들 및/또는 유체 측정들이 고려되고 상세한 설명 및 청구항들의 범위 내에 있다.
계측 전자장치(20)는 통신 링크(26)에 추가로 커플링될 수 있다. 계측 전자장치(20)는 통신 링크(26)를 통해 진동 신호를 통신할 수 있다. 계측 전자장치(20)는 또한, 측정 값 또는 값들을 생성하기 위해 수신된 진동 신호를 프로세싱할 수 있고 그리고 통신 링크(26)를 통해 측정 값 또는 값들을 통신할 수 있다. 이에 더해, 계측 전자장치(20)는 통신 링크(26)를 통해 정보를 수신할 수 있다. 예를 들어, 계측 전자장치(20)는 통신 링크(26)를 통해 커맨드들, 업데이트들, 동작 값들 또는 동작 값 변화들, 또는 프로그래밍 업데이트들 또는 변화들을 수신할 수 있다.
도 3은 일 실시예에 따른 진동 센서(5)를 나타낸다. 계측 전자장치(20)는 나타낸 실시예에서 샤프트(115)에 의해 진동 소자(104)에 커플링된다. 샤프트(115)는 임의의 원하는 길이일 수 있다. 샤프트(115)는 적어도 부분적으로 정공(hollow)일 수 있다. 배선들 또는 다른 컨덕터들은 샤프트(115)를 통해 진동 소자(104)와 계측 전자장치(20) 사이를 연장할 수 있다. 계측 전자장치(20)는, 수신기 회로(134), 인터페이스 회로(136), 및 드라이버 회로(138)와 같은 회로 컴포넌트들을 포함한다. 나타낸 실시예에서, 수신기 회로(134) 및 드라이버 회로(138)는 진동 소자(104)의 리드들에 직접 커플링된다. 대안적으로, 계측 소자들(20)은 진동 소자(104)와는 별도의 컴포넌트 또는 디바이스를 포함할 수 있고, 여기서 수신기 회로(134) 및 드라이버 회로(138)는 리드 또는 리드들(100)을 통해 진동 소자(104)에 커플링된다.
나타낸 실시예에서, 진동 센서(5)의 진동 소자(104)는 튜닝 포크 구조체(tuning fork structure)를 포함하고, 여기서 진동 소자(104)는 측정되고 있는 유체 내에 적어도 부분적으로 침지되어 있다. 진동 소자(104)는, 파이프, 도관, 탱크, 그릇(receptacle), 매니폴드, 또는 임의의 다른 유체-처리 구조체와 같은 다른 구조체에 고정될 수 있는 하우징(105)을 포함한다. 하우징(105)은 진동 소자(104)를 함유하는(retain) 반면, 진동 소자(104)는 적어도 부분적으로 노출된 채로 남겨진다. 따라서, 진동 소자(104)는 유체 내에 침지되도록 구성된다.
나타낸 실시예에서 진동 소자(104)는, 유체 내부로 적어도 부분적으로 연장하도록 구성된 제 1 및 제 2 타인들(112 및 114)을 포함한다. 제 1 및 제 2 타인들(112 및 114)은 임의의 원하는 교차-단면 형상을 가질 수 있는 세장형(elongated) 소자들을 포함한다. 제 1 및 제 2 타인들(112 및 114)은 그 속성상 적어도 부분적으로는 유연적일 수 있거나 또는 탄력적일 수 있다. 진동 센서(5)는 압전 결정 소자(piezo-electric crystal element)들을 포함하는 대응하는 제 1 및 제 2 압전 소자들(122 및 124)을 추가로 포함한다. 제 1 및 제 2 압전 소자들(122 및 124)은 제 1 및 제 2 타인들(112 및 114) 각각에 인접하게 위치된다. 제 1 및 제 2 압전 소자들(122 및 124)은 제 1 및 제 2 타인들(112 및 114)과 접촉하고 그리고 기계적으로 상호작용하도록 구성된다.
제 1 압전 소자(122)는 제 1 타인(112)의 적어도 일부와 접촉된다. 또한, 제 1 압전 소자(122)는 드라이버 회로(138)에 전기적으로 커플링된다. 드라이버 회로(138)는 생성된 드라이브 신호를 제 1 압전 소자(122)에 제공한다. 제 1 압전 소자(122)는, 생성된 드라이브 신호에 영향을 받을 때 연장하고 수축한다. 그 결과, 제 1 전압 소자(122)는 대안적으로, 진동 모션(점선 참조)에서 좌우로 제 1 타인(112)을 변형시키고 대체할 수 있으며, 주기적이고 왕복하는 방식으로 유체를 방해한다.
제 2 압전 소자(124)는, 유체 내에서의 제 2 타인(114)의 변형들에 대응하는 진동 신호를 생성하는 수신기 회로(134)에 커플링된 것으로 나타난다. 제 2 타인(114)의 움직임은 제 2 압전 소자(124)에 의해 대응 전기 진동 신호가 생성되도록 야기한다. 제 2 압전 소자(124)는 진동 신호를 계측 전자장치(20)에 송신한다. 계측 전자장치(20)는 인터페이스 회로(136)를 포함한다. 인터페이스 회로(136)는 외부 디바이스들과 통신하도록 구성될 수 있다. 인터페이스 회로(136)는, 진동 측정 신호 또는 신호들을 통신하고, 그리고 결정된 유체 특징들을 하나 또는 그 초과의 외부 디바이스들에 통신할 수 있다. 계측 전자장치(20)는, 진동 신호의 진동 신호 주파수 및 진동 신호 진폭과 같은 진동 신호 특징들을 인터페이스 회로(136)를 통해 송신할 수 있다. 계측 전자장치(20)는, 무엇보다도, 유체의 밀도 및/또는 점도와 같은 유체 측정치들을 인터페이스 회로(136)를 통해 송신할 수 있다. 다른 유체 측정치들이 고려되고 상세한 설명 및 청구항들의 범위 내에 있다. 이에 더해, 인터페이스 회로(136)는, 예를 들어, 측정 값들을 생성하기 위한 커맨드들 및 데이터를 포함하는 통신들을 외부 디바이스들로부터 수신할 수 있다. 일부 실시예들에서, 수신기 회로(134)는 드라이버 회로(138)에 커플링되며, 여기서 수신기 회로(134)는 진동 신호를 드라이버 회로(138)에 제공한다.
드라이버 회로(138)는 진동 소자(104)에 대한 드라이브 신호를 생성한다. 드라이버 회로(138)는 생성된 드라이브 신호의 특징들을 변형시킬 수 있다. 진동 소자(104)는 일반적으로, 주변 유체의 영향으로서 공진 주파수에서 유지된다. 드라이버 회로(138)는 개루프 드라이브(147)를 포함한다. 개루프 드라이브(147)는 드라이버 회로(138)에 의해 이용되어 드라이브 신호를 생성하여 생성된 드라이브 신호를 진동 소자(104)에(예를 들어, 제 1 압전 소자(122)에) 공급할 수 있다. 일부 실시예들에서, 개루프 드라이브(147)는 초기 주파수 ω0에서 시작하는 타겟 위상차 Φt를 달성하기 위해 드라이브 신호를 생성한다. 개루프 드라이브(147)는 진동 신호로부터의 피드백에 기초하여 동작하지 않는다. 따라서, 이하에서 더욱 상세하게 설명되는 바와 같이, 개루프 드라이브(147)는 생성된 드라이브 신호를, 노이즈 없이 그리고 진동 신호를 필터링하는 것으로 인한 시간 딜레이 없이, 제공할 수 있다.
도 4는 드라이버 회로(138)의 더욱 상세화된 표현을 갖는 진동 센서(5)의 블록도를 나타낸다. 진동 센서(5)는 드라이버 회로(138)와 함께 나타난다. 수신기 회로(134) 및 인터페이스 회로(136)는 명료함을 위해 나타내지 않는다. 드라이버 회로(138)는 개루프 드라이브(147)에 커플링된 아날로그 입력 필터(138a) 및 아날로그 출력 필터(138b)를 포함한다. 아날로그 입력 필터(138a)는 진동 신호를 필터링하고, 그리고 아날로그 출력 필터(138b)는 생성된 드라이브 신호를 필터링한다.
개루프 드라이브(147)는 위상 검출기(147b)에 커플링된 아날로그-디지털 컨버터(147a)를 포함한다. 위상 검출기(147b)는 신호 생성기(147c)에 커플링된다.
또한, 제 1 압전 소자(122) 및 제 2 압전 소자(124)를 포함하는 진동 소자(104)가 나타난다. 개루프 드라이브(147)는 신호들을 샘플링하고, 프로세싱하고, 그리고 생성하는 하나 또는 그 초과의 코드들 또는 프로그램들을 실행하도록 구성된 디지털 신호 프로세서로 구현될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 개루프 드라이브(147)는 디지털 신호 프로세서 등에 커플링된 전자장치 회로로 구현될 수 있다.
제 1 압전 소자(122)에 의해 제공되는 진동 신호는 아날로그 입력 필터들(138a)에 전송된다. 아날로그 입력 필터들(138a)은, 진동 신호가 아날로그-디지털 컨버터(147a)에 의해 샘플링되기 전에 진동 신호를 필터링한다. 나타낸 실시예에서, 아날로그 입력 필터들(138a)은, 임의의 적합한 저역 통과 필터가 채용될 수 있지만, 개루프 드라이브(147)의 샘플 레이트의 약 1/2인 컷오프 주파수를 갖는 저역 통과 필터로 구성될 수 있다. 연산 증폭기 필터와 같은 분산된 또는 별도의 임의의 적합한 컴포넌트들이 채용될 수 있지만, 저역 통과 필터는 인덕터, 커패시터, 저항기와 같은 패시브(passive) 컴포넌트들에 의해 제공될 수 있다.
아날로그-디지털 컨버터(147a)는 샘플링된 진동 신호를 형성하기 위해 필터링된 진동 신호를 샘플링할 수 있다. 아날로그-디지털 컨버터(147a)는 또한, 생성된 드라이브 신호를 제 2 채널을 통해 샘플링할 수 있다. 샘플링은 임의의 적절한 샘플링 방법에 의해서 행해질 수 있다. 인식될 수 있는 바와 같이, 아날로그-디지털 컨버터(147a)에 의해 샘플링된 생성된 드라이브 신호는 진동 신호와 연관된 노이즈를 갖지 않는다. 생성된 드라이브 신호가 위상 검출기(147b)에 제공된다.
위상 검출기(147b)는 샘플링된 진동 신호와 생성된 드라이브 신호의 위상들을 비교할 수 있다. 도 5를 참조하여 이하에 더욱 상세하게 설명되는 것과 같이, 위상 검출기(147b)는 2개의 신호들 사이의 위상차를 검출하기 위해 신호들을 샘플링, 프로세싱, 및 생성하는 하나 또는 그 초과의 코드들 또는 프로그램들을 실행하도록 구성된 프로세서일 수 있다. 도 4의 실시예를 또한 참조하면, 이 비교는 샘플링된 진동 신호와 샘플링된 생성된 드라이브 신호 사이의 측정된 위상차 Φm를 제공한다.
측정된 위상차 Φm는 타겟 위상차 Φt와 비교된다. 타겟 위상차 Φt는 진동 신호와 생성된 드라이브 신호 사이에서의 원하는 위상차이다. 타겟 위상차 Φt가 대략적으로 45°인 실시예에서, 측정된 위상차 Φm과 타겟 위상차 Φt 사이의 차이는, 측정된 위상차 Φm이 또한 45°와 동일하거나 약 45°인 경우에는 0일 수 있다. 그러나, 임의의 적절한 타겟 위상차 Φt는 대안적인 실시예들에서 채용될 수 있다. 측정된 위상차 Φm와 타겟 위상차 Φt 사이의 비교를 이용하면, 위상 검출기(147b)는 커맨드 주파수 ω를 생성할 수 있다.
커맨드 주파수 ω는 드라이브 신호를 생성하도록 채용될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 측정된 위상차 Φm와 타겟 위상차 Φt 사이의 비교로부터 결정되지 않은 초기 주파수 ω0가 채용될 수 있다. 초기 주파수 ω0는 초기 생성된 드라이브 신호를 형성하는데 이용되는 사전선택된 주파수일 수 있다. 초기 생성된 드라이브 신호는 이전에 설명된 바와 같이 샘플링될 수 있고 그리고 샘플링된 진동 신호와 비교될 수 있다. 샘플링된 초기 생성된 드라이브 신호와 샘플링된 진동 신호 사이의 비교는 커맨드 주파수 ω를 생성하는데 이용될 수 있다. 커맨드 주파수 ω 및 초기 주파수 ω0는, 임의의 적합한 단위들이 채용될 수 있지만 초당 라디안(radian) 단위를 가질 수 있다. 커맨드 주파수 ω 또는 초기 주파수 ω0는 신호 생성기(147c)에 제공될 수 있다.
신호 생성기(147c)는 위상 검출기(147b)로부터 커맨드 주파수 ω를 수신할 수 있고 그리고 생성된 드라이브 신호에 커맨드 주파수 ω와 동일한 주파수를 제공할 수 있다. 생성된 드라이브 신호는, 앞서 논의된 바와 같이, 아날로그-디지털 컨버터(147a)에 전송된다. 생성된 드라이브 신호는 또한, 아날로그 출력 필터(138b)를 통해 제 2 압전 소자(124)에 전송된다. 추가적으로 또는 대안적으로, 생성된 드라이브 신호는 다른 실시예들에서 다른 컴포넌트들에 전송될 수 있다. 이에 따라, 이러한 그리고 다른 실시예들에서, 이하에 더욱 상세하게 설명되는 바와 같이, 생성된 드라이브 신호는 측정된 위상차 Φm와 타겟 위상차 Φt 사이의 차이로부터 결정될 수 있다.
도 5는 일 실시예에 따른 진동 센서(5)의 블록도(500)를 나타낸다. 블록도(500)는 진동 소자(510)를 포함한다. 진동 소자(510)는 드라이버(510a) 및 픽오프(510b)를 포함한다. 블록도(500)는 또한 픽오프(510b)에 커플링된 진동 이득(520)을 포함한다. 진동 이득(520)은 코덱 블록(530)에 있는 아날로그-디지털 컨버터(532)에 커플링된다. 아날로그-디지털 컨버터(532)는 디지털 신호 프로세서(DSP) 블록(540)에서 위상 검출기(542)에 커플링된다. DSP 블록(540)은 또한 위상 검출기(542)로부터 신호를 수신하는 드라이브 신시사이저(544)를 포함한다. 드라이브 신시사이저(544)는 드라이브 이득(550)에 커플링된 디지털-아날로그 컨버터(534)에 커플링된다. 드라이브 이득(550)은 드라이브 스테이지(560) 및 아날로그-디지털 컨버터(532)에 커플링된다. 드라이브 이득(550)은 코덱 블록(530)에 의해 제공되는 생성된 드라이브 신호를 증폭시킬 수 있다.
코덱 블록(530)은, 임의의 적합한 구성들이 채용될 수 있는 2-웨이 컨버터로서 나타난다. 나타낸 바와 같이, 코덱 블록(530) 내의 아날로그-디지털 컨버터(532)는 진동 이득(520)으로부터 진동 신호를 수신한다. 대안적인 실시예들에서, 진동 신호는 픽오프(510b)로부터 직접 아날로그-디지털 컨버터(532)에 제공될 수 있다. 아날로그-디지털 컨버터(532)는, 샘플링된 진동 신호를 생성하기 위해 샘플링 레이트 및 해상도를 이용하여, 연속 시간 신호일 수 있는 진동 신호를 샘플링한다. 아날로그-디지털 컨버터(532)는 샘플링 이전에 진동 신호로부터 원하지 않는 주파수 성분들을 제거하는 안티-에일리어싱 필터(anti-aliasing filter)를 포함할 수 있다.
아날로그-디지털 컨버터(532)는 또한 드라이브 이득(550)에 의해 제공된 생성된 드라이브 신호를 샘플링한다. 드라이브 이득(550)으로부터 생성된 드라이브 신호는, 임의의 적합한 신호가 제공될 수 있지만, 연속 시간 신호일 수 있다. 진동 신호와 유사하게, 아날로그-디지털 컨버터(532)는 생성된 드라이브 신호를 적절한 샘플링 레이트 및 해상도를 이용하여 샘플링할 수 있다. 아날로그-디지털 컨버터(532)는 또한, 샘플링 이전에, 생성된 드라이브 신호로부터 임의의 원치않는 주파수 성분들을 제거하는 안티-에일리어싱 필터를 포함할 수 있다. 샘플링된 진동 신호 및 샘플링된 생성된 드라이브 신호는 DSP 블록(540) 내의 위상 검출기(542)에 제공된다. 이하에 설명되는 바와 같이, 위상 검출기(542)는, 측정된 위상차 Φm을 결정하기 위해, 샘플링된 진동 신호를 샘플링된 생성된 드라이브 신호와 비교한다.
나타낸 실시예에서, 위상 검출기(542)는 샘플링된 신호들을 상관시킴으로써 샘플링된 진동 신호와 샘플링된 생성된 드라이브 신호 사이의 측정된 위상차 Φm을 결정할 수 있다. 예를 들어, 신호들을 샘플링하고, 프로세싱하고, 그리고 생성하는 하나 또는 그 초과의 코드들 또는 프로그램들은, 측정된 위상차 Φm를 결정하기 위해 데시메이션 및 다른 DSP 기능들과 함께 변환(transform)을 구현할 수 있다. 이러한 실시예 그리고 다른 실시예들은 이하의 방정식들로 설명될 수 있다.
생성된 드라이브 신호 및 진동 신호는 복소 평면에서 이하의 방정식들 [1] 및 [2]로 표현될 수 있다.
Figure 112018006288535-pat00001
Figure 112018006288535-pat00002
함수는 생성된 드라이브 신호의 복소 표현이고,
Figure 112018006288535-pat00003
함수는 진동 신호의 복소 표현이다.
Figure 112018006288535-pat00004
항은, 주파수 ω의 k 정수배들을 포함하고, 주파수 성분들을 나타낸다. 데시메이션 또는 다른 필터링은 주파수 성분들을 제거하는데 이용될 수 있다.
이에 따라, 주파수 성분들을 갖지 않는 복소 표현들이 방정식 [3] 및 [4]으로 기록될 수 있다.
Figure 112018006288535-pat00005
이전 방정식들 [3] 및 [4] 상에서 복소 콘쥬게이션 및 상관(예를 들어, 곱셈)을 수행하는 것은 이하 나타낸 방정식 [5]을 초래한다.
Figure 112018006288535-pat00006
함수들 중 하나는 콘쥬게이팅되지 않는(예를 들어, 비-콘쥬게이팅된)다는 점이 인식될 수 있다. 방정식 [5]으로부터, 생성된 드라이브 신호와 진동 신호 사이에서 측정된 위상차 Φm는
Figure 112018006288535-pat00007
일 수 있다.
전술한 바는, 측정된 위상차 Φm이 결정될 수 있는 방법을 나타내는 예시적인 실시예를 도시한다. 인식될 수 있는 바와 같이, 위상 검출기(542)의 상이한 실시예들은 샘플링된 진동 신호 및 샘플링된 생성된 드라이브 신호 사이에서 측정된 위상차 Φm을 결정할 수 있다. 도 6을 참조하여 이하에 더욱 상세하게 설명되는 바와 같이, 측정된 위상차 Φm은 커맨드 주파수 ω를 결정하는데 이용될 수 있다. 도 5를 여전히 참조하면, 커맨드 주파수 ω는 드라이브 신시사이저(544)에 제공된다.
드라이브 신시사이저(544)는, 커맨드 주파수 ω를 수신하는 하나 또는 그 초과의 코드들 또는 프로그램들을 실행하고 그리고 신시사이징된 드라이브 신호를 제공하는 프로세서일 수 있다. 신시사이징된 드라이브 신호는 간단한 정현파 신호의 이산 표현일 수 있다. 예를 들어, 신시사이징된 드라이브 신호는 간단한 정현파 신호에 대응하는 엔벨롭을 갖는 임펄스 열(impulse train)일 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 드라이브 신시사이저(544)는 디지털 회로, 필드 프로그래머블 게이트 어레이(FPGA) 등일 수 있다.
예를 들어, 디지털 회로는 커맨드 주파수 ω에 대응하는 크기를 갖는 직류(DC) 전압 신호를 수신할 수 있다. 대안적인 실시예에서, 드라이브 신시사이저는, 전압 신호(예를 들어, 직류 등)를 수신할 수 있고, 전압 신호에 비례하는 커맨드 주파수 ω를 생성된 드라이브 신호에 제공할 수 있다.
나타낸 실시예에서, 드라이브 신시사이저(544)는 신시사이징된 드라이브 신호를 디지털-아날로그 컨버터(534)에 제공한다. 디지털-아날로그 컨버터(534)는 신시사이징된 드라이브 신호를 생성된 드라이브 신호로 컨버팅한다. 디지털-아날로그 컨버터(534)는, 임의의 적합한 디지털-아날로그 컨버터(534)가 채용될 수 있지만, 예를 들어, 임펄스 열을 계단형 정현 파형(stepped sinusoidal waveform)으로 컨버팅하는 영차 홀드(zero-order hold)일 수 있다. 드라이브 신시사이저(544)가 앞서 설명된 디지털 회로 또는 FPGA인 이러한 실시예들과 같은 대안적인 실시예들에서, 디지털-아날로그 컨버터(534)는 필요로되지 않을 수도 있다. 이러한 실시예들에서, 생성된 드라이브 신호는 디지털-아날로그 컨버전 없이 제공될 수 있다. 이러한 실시예들 그리고 다른 실시예들에서, 생성된 드라이브 신호는 커맨드 주파수 ω에 또는 그 주위에 있는 간단한 정현파 신호일 수 있다. 대안적인 실시예들에서, 생성된 드라이브 신호는 1개 초과의 주파수 성분들로 구성될 수 있다. 나타낸 실시예들에서, 생성된 드라이브 신호는 드라이브 이득(550)으로 전송된다.
드라이브 이득(550)은, 생성된 드라이브 신호를 증폭시키고 그리고 증폭된 생성된 드라이브 신호를 아날로그-디지털 컨버터(532) 및 드라이브 스테이지(560)에 제공한다. 드라이브 이득(550) 및 드라이브 스테이지(560)는 원하는 파형을 달성하기 위해 생성된 드라이브 신호를 변형시킬 수 있다. 예를 들어, 드라이브 이득(550)은 드라이버(510a)에 이용가능한 전력을 초과하도록 생성된 드라이브 신호를 증폭시킬 수 있다. 이에 따라, 생성된 드라이브 신호가 연속 시간 정현파 신호인 실시예들에서, 드라이버(510a)에 제공된 생성된 드라이브 신호는 사다리꼴 형상을 가질 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 생성된 드라이브 신호는, 삼각형 파형, 상이한 파형들의 체인 등과 같은 다른 형상들을 가질 수 있다. 이하에 더욱 상세하게 설명되는 바와 같이, 이러한 파형들 및 다른 파형들은 측정된 위상차 Φm로부터 결정된 커맨드 주파수 ω를 이용하여 형성될 수 있다.
도 6은 일 실시예에 따라 드라이브 신호를 생성하는 방법(600)을 나타낸다. 방법(600)은 단계(610)를 통해 시작한다. 단계(610)에서, 제 2 타인(114)에 의해 진동이 측정된다. 제 2 타인(114)은 유체 내 진동들로 인해 진동한다. 진동들은 커맨드 주파수 ω 또는 초기 주파수 ω0에서 진동하는 제 1 타인(112)으로 인해 유체 내에 존재할 수 있다. 제 2 압전 소자(124)는 진동 신호를 아날로그 입력 필터들(138a)에 전송한다. 아날로그 입력 필터들(138a)은 노이즈를 제거하기 위해 그리고 진동 신호의 대역폭을 한정시키기 위해 진동 신호를 필터링한다. 필터링된 진동 신호는 아날로그-디지털 컨버터(147a, 532)에 전송된다. 신호 생성기(147c)로부터 생성된 드라이브 신호도 또한 아날로그-디지털 컨버터(147a, 532)에 전송된다.
단계(620)에서, 진동 신호 및 생성된 드라이브 신호는 아날로그-디지털 컨버터(147a, 532)에 의해 샘플링된다. 샘플링은, 진동 신호 및 생성된 드라이브 신호를, 예를 들어, 이진 포맷 형태로 있을 수 있는 수들의 시퀀스로 컨버팅하는 임의의 적절한 샘플링 방법일 수 있다. 샘플링은 임의의 적절한 샘플링 레이트 및 비트 해상도에서 행해질 수 있다.
단계(630)에서, 샘플링된 진동 신호의 위상과 샘플링된 생성된 드라이브 신호의 위상 사이에서 측정된 위상차 Φm은 위상 검출기(147b)에 의해 결정된다. 측정된 위상차 Φm이 도(degree)들의 단위를 갖는 각도이지만, 다른 실시예들에서는 라디안과 같은 다른 유닛들이 채용될 수 있다. 대안적으로, 위상차 보다는 시간차가 채용될 수 있다.
단계(640)에서, 측정된 위상차 Φm은 타겟 위상차 Φt와 비교된다. 앞서 설명된 실시예들에서, 타겟 위상차 Φt는 45°이다. 비교가 측정된 위상차 Φm이 타겟 위상차 Φt와 동일하다고 나타낸다면, 방법(600)은 단계(660)에서 동일한 커맨드 주파수 ω 또는 초기 주파수 ω0에서 드라이브 신호를 생성하는 것을 계속한다. 측정된 위상차 Φm이 타겟 위상차 Φt와 동일하지 않다고 나타낸다면, 커맨드 주파수 ω는 단계(650)에서 결정된다.
단계(650)에서, 커맨드 주파수 ω는 측정된 위상차 Φm으로부터 결정될 수 있다. 예를 들어, 앞서 설명된 실시예들에서, 측정된 위상차 Φm이 타겟 위상차 Φt 미만이면, 커맨드 주파수 ω는 증가된다. 측정된 위상차 Φm이 타겟 위상차 Φt 보다 크면, 커맨드 주파수 ω는 감소된다. 그러나, 대안적인 실시예들에서, 커맨드 주파수 ω는 대안 수단을 통해 측정된 위상차 Φm로부터 결정될 수 있다. 이러한 실시예 및 다른 실시예에서, 커맨드 주파수 ω는 단계(660)에서 드라이브 신호를 생성하는데 이용된다.
단계(660)에서, 신호 생성기(147c)는 커맨드 주파수 ω에서 생성된 드라이브 신호를 형성한다. 일 실시예에서, 신호 생성기(147c)는 드라이브 신시사이저(544) 및 디지털-아날로그 컨버터(534)로 구성된다. 대안적으로, 신호 생성기(147c)는 디지털 회로, FPGA, 등으로 구성될 수 있다. 도 5를 참조하여 설명된 실시예에서, 생성된 드라이브 신호는 드라이브 신시사이저(544)에 의해 제공된 신시사이징된 드라이브 신호로부터 형성된다. 이러한 그리고 다른 실시예들에서, 생성된 드라이브 신호는, 임의의 다른 적절한 신호 또는 신호들이 제공될 수 있지만, 단일의 주파수를 갖는 정현파 드라이브 신호일 수 있다.
생성된 드라이브 신호는 진동 소자(104, 510)를 진동시키는데 이용된다. 도 5에 나타낸 바와 같이, 생성된 드라이브 신호는 드라이브 이득(550) 및 드라이브 스테이지(560)에 제공된다. 드라이브 이득(550) 및 드라이브 스테이지(560)는 생성된 드라이브 신호를 변형시켜 드라이버(510a)에 제공한다. 그러나, 생성된 드라이브 신호는 다른 수단들을 통해 진동 소자(104, 510)에 제공될 수 있다. 예를 들어, 생성된 드라이브 신호는 드라이버(510a)에 직접 제공될 수 있다. 생성된 드라이브 신호는 또한 샘플링되고 측정될 수 있다. 예를 들어, 도 6에 나타낸 바와 같이, 단계(660)는 또한 생성된 드라이브 신호를 단계(620)에 리턴하며, 여기서 생성된 드라이브 신호가 샘플링된다.
동작시에, 위상 검출기(147b)는 커맨드 주파수 ω를 신호 생성기(147c)에 전송할 수 있다. 일부 실시예들에서, 드라이버 회로(138)는, 타겟 위상차 Φt를 달성하기 위해 개루프 방식으로 그리고 커맨트 주파수 ω에서 진동 소자(104)(예를 들어, 제 1 타인(112), 드라이버(510a) 등)를 진동시킨다. 타겟 위상차 Φt는 유체의 밀도를 정확하게 측정하기 위해 45°일 수 있다. 그러나, 대안적인 실시예들에서, 타겟 위상차 Φt는 다른 값일 수 있다.
방법(600) 및 진동 센서(5)는 생성된 드라이브 신호를 제공할 수 있다. 예를 들어, 생성된 드라이브 신호는 커맨드 주파수 ω에서 신호 생성기(147c)에 의해 제공될 수 있다. 일 실시예에서, 신호 생성기(147c)는 드라이브 신시사이저(544) 및 디지털-아날로그 컨버터(534)로 구성될 수 있다. 커맨드 주파수 ω는 진동 신호와 생성된 드라이브 신호 사이의 측정된 위상차 Φm으로부터 결정될 수 있다. 측정된 위상차 Φm은 위상 검출기(147b, 542)를 이용하여 결정될 수 있다.
인식될 수 있는 바와 같이, 진동 신호의 주파수는 측정되지 않거나 또는 진동 신호의 주파수는 생성된 드라이브 신호의 주파수와 비교되지 않는다. 대신에, 진동 신호 및 생성된 드라이브 신호의 위상은, 신호들을 샘플링하고, 프로세싱하고, 그리고 생성하는 하나 또는 그 초과의 코드들 또는 프로그램들을 이용하여 결정될 수 있다. 예를 들어, 앞서 설명된 실시예에 따르면, 샘플링된 진동 신호 및 샘플링된 드라이브 신호는, 측정된 위상차 Φm을 결정하기 위해 주파수 성분들 없이 콘쥬게이팅되고 상관된다. 이에 따라, 진동 신호와 생성된 드라이브 신호 사이의 측정된 위상차 Φm은 종래 기술의 진동 계측기들과 연관된 딜레이들 없이 결정될 수 있다. 이에 더해, 신호 생성기(147c)는 진동 신호와 연관된 노이즈를 갖지 않는(free) 생성된 드라이브 신호를 제공한다. 예를 들어, 전술한 실시예들에서 설명된 바와 같이, 위상 검출기(542)는 측정된 위상차 Φm을 결정하기 이전에 샘플링된 진동 신호와 생성된 드라이브 신호의 주파수 성분들을 제거한다.
이에 따라, 생성된 드라이브 신호는 종래 기술과 연관된 진동 신호 또는 타임 딜레이로부터의 노이즈를 포함하지 않는다. 생성된 드라이브 신호가 진동 신호와 연관된 노이즈를 갖지 않기 때문에, 밀도 측정은 더욱 정확하다. 이에 더해, 종래 기술의 필터링과 연관된 어떠한 타임 딜레이도 존재하지 않기 때문에, 생성된 드라이브 신호는 더욱 안정적이다. 이러한 이점 및 다른 이점은, 방법(600) 및 진동 센서(5)뿐만 아니라 대안적인 실시예들을 통해서도 획득될 수 있다.
전술한 실시예들의 상세한 설명들은, 발명자들에 의해 본 상세한 설명의 범위 내에 있는 것으로 고려되는 모든 실시예들의 철저한 설명은 아니다. 사실상, 당업자들은, 앞서-설명된 실시예들의 특정 소자들이 추가적인 실시예들을 생성하기 위해 다양하게 조합되거나 또는 제거될 수 있고, 이러한 추가적인 실시예들은 본 상세한 설명의 범위 및 교시들 내에 포함된다는 점을 인식할 것이다. 또한, 앞서-설명된 실시예들은 본 상세한 설명의 범위 및 교시들 내에서 추가적인 실시예들을 생성하기 위해 전체적으로 또는 부분적으로 조합될 수 있다는 점이 당업자들에게 명백하게 될 것이다.
따라서, 특정 실시예들이 본원에 예시를 위해 설명되지만, 당업자들이 인식하는 바와 같이, 다양한 균등한 변형들이 본 상세한 설명의 범위 내에서 가능하다. 본원에 제공된 교시들은, 앞서 설명된 그리고 첨부된 도면들에 나타낸 실시예들에만 적용될 수 있는 것이 아니라 진동 센서에 대한 드라이브 신호를 생성하기 위한 다른 방법들에도 적용될 수 있다. 이에 따라, 앞서 설명된 실시예들의 범위는 이하의 청구항들로부터 결정되어야 한다.

Claims (18)

  1. 진동 센서(5)에 대한 드라이브 신호를 생성하는 방법(600)으로서,
    진동 신호를 제공하도록 구성된 진동 소자(104, 510)를 진동시키는 단계;
    수신기 회로(134)를 이용하여 상기 진동 소자(104, 510)로부터 상기 진동 신호를 수신하는 단계;
    상기 수신기 회로(134) 및 상기 진동 소자(104, 510)에 커플링된 드라이버 회로(138)를 이용하여 상기 진동 소자(104, 510)를 진동시키는 상기 드라이브 신호를 생성하는 단계;
    생성된 드라이브 신호의 위상을 상기 진동 신호의 위상과 비교하는 단계; 및
    상기 생성된 드라이브 신호의 위상과 상기 진동 신호의 위상의 비교로부터 커맨드 주파수 ω를 결정하는 단계
    를 포함하고,
    상기 드라이브 신호는 상기 드라이버 회로(138) 내 개루프 드라이브(open-loop drive, 147)에 의해 상기 커맨드 주파수 ω에서 생성되는,
    진동 센서(5)에 대한 드라이브 신호를 생성하는 방법(600).
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 생성된 드라이브 신호의 위상을 상기 진동 신호의 위상과 비교하는 단계는, 샘플링된 생성된 드라이브 신호를 샘플링된 진동 신호와 비교하는 단계를 포함하는,
    진동 센서(5)에 대한 드라이브 신호를 생성하는 방법(600).
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 샘플링된 생성된 드라이브 신호 및 상기 샘플링된 진동 신호 중 적어도 하나로부터 적어도 하나의 주파수 성분을 제거하는 단계를 더 포함하는,
    진동 센서(5)에 대한 드라이브 신호를 생성하는 방법(600).
  4. ◈청구항 4은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제 2 항에 있어서,
    상기 샘플링된 생성된 드라이브 신호를 상기 샘플링된 진동 신호와 비교하는 단계는, 상기 샘플링된 생성된 드라이브 신호와 상기 샘플링된 진동 신호의 상관(correlation)을 수행하는 단계를 포함하는,
    진동 센서(5)에 대한 드라이브 신호를 생성하는 방법(600).
  5. ◈청구항 5은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제 2 항에 있어서,
    상기 샘플링된 생성된 드라이브 신호를 상기 샘플링된 진동 신호와 비교하는 단계는:
    상기 샘플링된 생성된 드라이브 신호 및 상기 샘플링된 진동 신호 중 하나를 콘쥬게이팅(conjugating)하는 단계; 및
    상기 샘플링된 생성된 드라이브 신호와 상기 샘플링된 진동 신호 중 콘쥬게이팅된 신호를, 상기 샘플링된 생성된 드라이브 신호와 상기 샘플링된 진동 신호 중 콘쥬게이팅되지 않은 신호와 곱하는 단계를 포함하는,
    진동 센서(5)에 대한 드라이브 신호를 생성하는 방법(600).
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 생성된 드라이브 신호의 위상과 상기 진동 신호의 위상을 비교하는 단계는:
    상기 생성된 드라이브 신호의 위상과 상기 진동 신호의 위상 사이의 측정된 위상차 Φm를 결정하는 단계; 및
    상기 측정된 위상차 Φm이 타겟 위상차 Φt에 있는지 여부를 결정하기 위해 상기 측정된 위상차 Φm를 타겟 위상차 Φt와 비교하는 단계를 포함하는,
    진동 센서(5)에 대한 드라이브 신호를 생성하는 방법(600).
  7. ◈청구항 7은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제 6 항에 있어서,
    상기 측정된 위상차 Φm이 상기 타겟 위상차 Φt에 있을 때, 유체의 밀도를 측정하는 단계를 더 포함하는,
    진동 센서(5)에 대한 드라이브 신호를 생성하는 방법(600).
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 커맨드 주파수 ω를 신호 생성기(147c)에 제공하는 단계; 및
    상기 신호 생성기(147c)를 이용하여 상기 커맨드 주파수 ω에서 상기 드라이브 신호를 생성하는 단계를 더 포함하는,
    진동 센서(5)에 대한 드라이브 신호를 생성하는 방법(600).
  9. ◈청구항 9은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제 8 항에 있어서,
    상기 신호 생성기(147c)를 이용하여 상기 커맨드 주파수 ω에서 상기 드라이브 신호를 생성하는 단계는:
    드라이브 신시사이저(544)를 이용하여 신시사이징된(synthesized) 드라이브 신호를 형성하는 단계; 및
    디지털-아날로그 컨버터(534)를 이용하여 상기 신시사이징된 드라이브 신호를 상기 생성된 드라이브 신호로 컨버팅하는 단계를 포함하는,
    진동 센서(5)에 대한 드라이브 신호를 생성하는 방법(600).
  10. 진동 센서(5)로서,
    진동 신호를 제공하도록 구성된 진동 소자(104, 510);
    상기 진동 소자(104)로부터 상기 진동 신호를 수신하는 수신기 회로(134); 및
    상기 수신기 회로(134) 및 상기 진동 소자(104)에 커플링된 드라이버 회로(138)를 포함하고,
    상기 드라이버 회로(138)는:
    상기 진동 소자(104, 510)를 진동시키는 드라이브 신호를 생성하고;
    생성된 드라이브 신호의 위상과 상기 진동 신호의 위상을 비교하고; 그리고
    상기 생성된 드라이브 신호의 위상과 상기 진동 신호의 위상의 비교로부터 커맨드 주파수 ω를 결정하도록 구성되며,
    상기 드라이브 신호는 상기 드라이버 회로(138) 내 개루프 드라이브(147)에 의해 상기 커맨드 주파수 ω에서 생성되는,
    진동 센서(5).
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 드라이버 회로(138)는, 샘플링된 생성된 드라이브 신호와 샘플링된 진동 신호를 비교하도록 구성되는,
    진동 센서(5).
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 드라이버 회로(138)는 추가로, 상기 샘플링된 생성된 드라이브 신호 및 상기 샘플링된 진동 신호 중 적어도 하나로부터 적어도 하나의 주파수 성분을 제거하도록 구성되는,
    진동 센서(5).
  13. ◈청구항 13은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제 11 항에 있어서,
    상기 드라이버 회로(138)는 추가로, 상기 샘플링된 생성된 드라이브 신호 및 상기 샘플링된 진동 신호의 상관을 수행하도록 구성되는,
    진동 센서(5).
  14. ◈청구항 14은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제 11 항에 있어서,
    상기 드라이버 회로(138)는 추가로:
    상기 샘플링된 생성된 드라이브 신호 및 상기 샘플링된 진동 신호 중 하나를 콘쥬게이트하고; 그리고
    상기 샘플링된 생성된 드라이브 신호 및 상기 샘플링된 진동 신호 중 콘쥬게이팅된 신호를, 상기 샘플링된 생성된 드라이브 신호 및 상기 샘플링된 진동 신호 중 콘쥬게이팅되지 않은 신호와 곱하도록 구성되는,
    진동 센서(5).
  15. 제 10 항에 있어서,
    상기 드라이버 회로(138)는:
    상기 생성된 드라이브 신호의 위상과 상기 진동 신호의 위상 사이에서 측정된 위상차 Φm을 결정하고; 그리고
    상기 측정된 위상차 Φm이 타겟 위상차 Φt에 있는지 여부를 결정하기 위해 상기 측정된 위상차 Φm을 타겟 위상차 Φt와 비교하도록 구성된
    위상 검출기(147b, 542)로 구성되는,
    진동 센서(5).
  16. ◈청구항 16은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제 15 항에 있어서,
    상기 드라이버 회로(138)는, 상기 측정된 위상차 Φm이 상기 타겟 위상차 Φt에 있을 때, 유체의 밀도를 측정하도록 더 구성되는,
    진동 센서(5).
  17. 제 10 항에 있어서,
    상기 드라이버 회로(138)는, 위상 검출기(147b, 542) 및 신호 생성기(147c)로 구성되고,
    상기 위상 검출기(147b)는, 상기 생성된 드라이브 신호의 위상과 상기 진동 신호의 위상의 비교로부터 상기 커맨드 주파수 ω를 결정하도록 구성되고, 상기 커맨드 주파수 ω를 신호 생성기(147c)에 제공하며; 그리고
    상기 신호 생성기(147c)는, 상기 커맨드 주파수 ω에서 상기 드라이브 신호를 생성하도록 구성되는,
    진동 센서(5).
  18. ◈청구항 18은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제 17 항에 있어서,
    상기 신호 생성기(147c)는:
    신시사이징된(synthesized) 드라이브 신호를 형성하도록 구성된 드라이브 신시사이저(544); 및
    상기 신시사이징된 드라이브 신호를 상기 생성된 드라이브 신호로 컨버팅하도록 구성된 디지털-아날로그 컨버터(534)를 포함하는,
    진동 센서(5).
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