KR20080063410A - 유량계의 제1 센서 신호와 제2 센서 신호 사이의 위상차를결정하기 위한 방법 및 계측 전자장치 - Google Patents

유량계의 제1 센서 신호와 제2 센서 신호 사이의 위상차를결정하기 위한 방법 및 계측 전자장치 Download PDF

Info

Publication number
KR20080063410A
KR20080063410A KR1020087011946A KR20087011946A KR20080063410A KR 20080063410 A KR20080063410 A KR 20080063410A KR 1020087011946 A KR1020087011946 A KR 1020087011946A KR 20087011946 A KR20087011946 A KR 20087011946A KR 20080063410 A KR20080063410 A KR 20080063410A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
sensor signal
signal
phase difference
frequency
flow meter
Prior art date
Application number
KR1020087011946A
Other languages
English (en)
Inventor
크레이그 비. 맥날리
데니즈 엠. 헨로트
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 KR20080063410A publication Critical patent/KR20080063410A/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
    • 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
    • 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
    • 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
    • G01F1/8436—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
    • G01F15/00—Details of, or accessories for, apparatus of groups G01F1/00 - G01F13/00 insofar as such details or appliances are not adapted to particular types of such apparatus
    • G01F15/02—Compensating or correcting for variations in pressure, density or temperature
    • G01F15/022—Compensating or correcting for variations in pressure, density or temperature using electrical means
    • G01F15/024—Compensating or correcting for variations in pressure, density or temperature using electrical means involving digital counting
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R23/00—Arrangements for measuring frequencies; Arrangements for analysing frequency spectra
    • G01R23/02—Arrangements for measuring frequency, e.g. pulse repetition rate; Arrangements for measuring period of current or voltage
    • G01R23/12—Arrangements for measuring frequency, e.g. pulse repetition rate; Arrangements for measuring period of current or voltage by converting frequency into phase shift
    • 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
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T137/00—Fluid handling
    • Y10T137/8158—With indicator, register, recorder, alarm or inspection means

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Measuring Volume Flow (AREA)
  • Measuring Phase Differences (AREA)

Abstract

본원발명의 일 실시예에 따라 유량계의 제1 센서 신호와 제2 센서 신호 사이의 위상차를 결정하기 위한 계측 전자장치(20)가 제공된다. 상기 계측 전자장치(20)는 제1 센서 신호와 제2 센서 신호를 수신하기 위한 인터페이스(201) 및 상기 인터페이스(201)와 통신하는 처리 시스템(203)을 포함하고, 상기 처리 시스템(203)이 상기 제1 센서 신호와 제2 센서 신호를 수신하고, 상기 제1 센서 신호로부터 90도 위상 편이를 생성하고, 상기 제1 센서 신호 및 90도 위상 편이로부터 주파수를 계산하도록 구성된다. 상기 처리 시스템(203)은 상기 주파수를 이용하여 사인 및 코사인 신호를 생성하고, 상기 위상차를 결정하기 위하여 상기 사인 및 코사인 신호를 이용하여 상기 제1 센서 신호 및 제2 센서 신호를 이상 복조하도록 더 구성된다.
코리올리, 위상차, 유량계

Description

유량계의 제1 센서 신호와 제2 센서 신호 사이의 위상차를 결정하기 위한 방법 및 계측 전자장치 {METER ELECTRONICS AND METHODS FOR DETERMINING A PHASE DIFFERENCE BETWEEN A FIRST SENSOR SIGNAL AND A SECOND SENSOR SIGNAL OF A FLOW METER}
본원발명은 유량계의 제1 센서 신호와 제2 센서 신호 사이의 위상차를 결정하기 위한 방법 및 계측 전자장치에 관한 것이다.
1985년 1월 1일 J.E. Smith 등에게 허여된 미국 특허 번호 4,491,025 및 1982년 2월 11일 J.E. Smith 에게 허여된 Re. 31,450 호에 개시된 것과 같은 파이프라인을 통해 유동하는 물질의 질량 유동, 밀도, 용적 유동 및 기타 정보를 측정하기 위한 코리올리 질량 유량계를 사용하는 것이 공지되어 있다. 이러한 유량계는 다른 구성의 유동관을 하나 또는 그 이상 구비한다. 각각의 도관 구성은 예를 들어, 단수 굽힘, 비틀림, 방사상 및 결합된 모드를 포함하는 자연 진동 세트를 갖는 것으로 간주할 수 있다. 통상의 코리올리 질량 유동 측정 장치에서, 도관 구성은 물질이 도관을 통해 유동함에 따라 하나 또는 그 이상의 진동 모드로 여기되며, 도관의 운동은 도관을 따라 이격되어 있는 위치에서 측정된다.
물질이 채워진 시스템의 진동 모드는 유동관 내의 물질 및 유동관의 결합된 질량에 의해 부분적으로 규정된다. 물질은 유량계의 유입구 측 상에 연결된 파이프라인으로부터 유량계로 흐른다. 이후 물질은 유동관 또는 유동관들로 향하게 되고 유량계를 떠나 배출구 측 상에 연결된 파이프라인으로 흐르게 된다.
드라이버는 유동관에 하중을 가한다. 하중은 유동관이 진동하도록 한다. 유량계를 통해 흐르는 물질이 없다면, 유동관을 따른 모든 지점은 동일한 위상으로 진동한다. 물질이 유동관을 통해 유동함에 따라, 코리올리 가속도가 유동관을 따른 각각의 위치들이 유동관을 따른 다른 위치에 대하여 다른 위상을 갖도록 한다. 유동관의 유입구 측에서의 위상은 드라이버에 뒤처지는 반면, 배출구 측에서의 위상은 드라이버를 앞선다. 유동관의 다른 위치에 센서들이 배치되어 다른 위치에서의 유동관의 운동을 나타내는 사인함수 신호를 생성한다. 두 개의 센서 신호 간의 위상차는 유동관 또는 유동관을 통해 유동하는 물질의 질량 유량에 비례한다. 종래의 방식 중 하나에서는 이산 푸리에 변환(Discrete Fourier Transform; DFT) 또는 고속 푸리에 변환(Fast Fourier Transform; FFT)이 센서 신호 사이의 위상차를 결정하기 위해 사용된다. 유동관 조립체의 진동 주파수 응답 및 위상차가 질량 유량을 얻기 위해 사용된다.
종래의 방식 중 하나에서는 예를 들어 진동 드라이버 시스템으로 송신되는 주파수를 사용함으로써 독립된 기준 신호가 픽오프(pickoff) 신호 주파수를 결정하기 위해 사용된다. 다른 종래의 방식에서는 픽오프 센서에 의해 생성된 진동 주파수 응답이 노치 필터(notch filter)에 있는 주파수에 중심을 맞춤(centering)으로써 결정될 수 있으며, 여기서 종래 기술의 유량계는 노치 필터의 노치를 픽오프 센 서 주파수에 유지하려고 시도한다. 이러한 종래 기술은 정지된 상태에서는 매우 잘 작동하며, 여기서 유량계 내의 유동 물질은 균일하며 최종 픽오프 신호 주파수는 비교적 안정적이다. 그러나 액체 유동 물질 내에 공기 기포가 있거나 유동 물질이 액체 및 고체를 포함하는 2-상 유동(two-phase flow)과 같이, 유동 물질이 균일하지 않은 경우에는 종래기술의 위상 측정은 실패하게 된다. 이러한 상황에서, 종래 기술에서 결정된 주파수는 빠르게 요동한다. 빠르고 큰 주파수 변이의 상태 동안에는, 픽오프 신호가 필터 대역폭 외부로 이동하여 잘못된 위상 및 주파수 측정이 이루어질 수 있다. 이는 또한, 유량계가 빈 상태(empty condition)와 채워진 상태(full condition)에서 번갈아 가며 반복적으로 작동하는 엠티-풀-엠티 배칭(empty-full-empty batching) 에서도 문제가 된다. 또한, 센서의 주파수가 빠르게 이동하면, 복조(demodulation) 과정은 실제 또는 측정된 주파수를 따라갈 수 없어서 잘못된 주파수에서의 복조가 이루어지게 된다. 결정된 주파수가 부정확하거나 잘못되면, 후속적으로 얻어지는 밀도, 용적 유량 등의 값도 부정확하거나 잘못된다는 것을 이해해야 한다. 더욱이, 이러한 오차는 계속되는 유동 특성 측정에서 증가하게 된다.
종래 기술에서, 픽오프 신호는 노치 필터를 실행하기 위하여 디지털화되어 디지털 방식으로 다루어진다. 노치 필터는 단지 주파수의 좁은 대역만을 수용한다. 그러므로 목적 주파수가 변경되면 노치 필터는 주기 시간에 대해 목적 신호를 추적할 수 없게 된다. 통상적으로, 디지털 노치 필터 실행은 요동하는 목적 신호를 추적하는데 1-2 초가 소요된다. 주파수를 결정하기 위해 종래 기술에서 요구되는 시 간으로 인하여, 주파수 및 위상 결정이 오차를 포함할 뿐만 아니라 오차 측정은 오차 및/또는 2-상 유동이 실제적으로 일어나는 시간 간격(time span)을 초과하는 시간 간격을 포함하게 되는 결과가 발생한다. 이는 노치 필터 실행의 비교적 늦은 응답에 기인한다.
결과적으로 종래 기술의 유량계는 유량계 내의 유동 물질의 2-상 유동 과정 동안에 픽오프 센서 주파수를 정확하거나, 빠르거나, 만족스럽게 추적하거나 결정할 수 없다. 결과적으로, 종래 기술은 결정된 픽오프 주파수를 사용하여 위상차를 유도하므로, 위상 결정도 마찬가지로 느리고 오차를 갖기 쉽다. 따라서 주파수 측정에서의 어떠한 오차도 위상 결정에서 증가하게 된다. 결과적으로 주파수 결정 및 위상 결정에서 오차가 증가하여 질량 유량의 결정에 있어 오차를 증가시키게 된다. 또한, 결정된 주파수 값은 밀도 값을 결정하기 위해 사용되므로(밀도는 제곱 주파수 분의 1과 거의 동일하다), 주파수 결정에서의 오차는 밀도 결정에서도 반복되거나 증가하게 된다. 이는 또한 용적 유량의 경우에도 마찬가지인데, 용적 유량은 질량 유량을 밀도로 나눈 것과 동일하기 때문이다.
결정된 주파수를 사용하여 위상차가 유도될 수 있으므로, 주파수 결정을 향상시키게 되면 빠르고 신뢰성 있는 위상차 결정을 제공할 수 있게 된다.
상기한 문제점들 및 기타의 문제점들은 유량계의 제1 센서 신호와 제2 센서 신호 사이의 위상차를 결정하기 위한 방법 및 계측 전자장치를 제공함으로써 해결되고 기술적 진보가 달성된다.
본원발명의 일 실시예에 따라 유량계의 제1 센서 신호와 제2 센서 신호 사이의 위상차를 결정하기 위한 계측 전자장치가 제공된다. 상기 계측 전자장치는 제1 센서 신호와 제2 센서 신호를 수신하기 위한 인터페이스 및 상기 인터페이스와 통신하는 처리 시스템을 포함한다. 상기 처리 시스템은 상기 제1 센서 신호와 제2 센서 신호를 수신하고, 상기 제1 센서 신호로부터 90도 위상 편이를 생성하고, 상기 제1 센서 신호 및 90도 위상 편이로부터 주파수를 계산하도록 구성된다. 상기 계측 전자장치는 상기 주파수를 이용하여 사인 및 코사인 신호를 생성하고, 상기 위상차를 결정하기 위하여 상기 사인 및 코사인 신호를 이용하여 상기 제1 센서 신호 및 제2 센서 신호를 이상 복조하도록 더 구성된다.
본원발명의 일 실시예에 따라 유량계의 제1 센서 신호와 제2 센서 신호 사이의 위상차를 결정하기 위한 방법이 제공된다. 상기 방법은 상기 제1 센서 신호 및 제2 센서 신호를 수신하는 단계, 상기 제1 센서 신호로부터 90도 위상 편이를 생성하는 단계, 및 상기 제1 센서 신호 및 90도 위상 편이로부터 주파수를 계산하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 상기 주파수를 이용하여 사인 및 코사인 신호를 생성하는 단계를 더 포함한다. 상기 방법은 상기 위상차를 결정하기 위하여 상기 사인 및 코사인 신호를 이용하여 상기 제1 센서 신호 및 제2 센서 신호를 이상 복조시키는 단계를 더 포함한다.
본원발명의 일 실시예에 따라 유량계의 제1 센서 신호와 제2 센서 신호 사이의 위상차를 결정하기 위한 방법이 제공된다. 상기 방법은 상기 제1 센서 신호 및 제2 센서 신호를 수신하는 단계, 상기 제1 센서 신호로부터 90도 위상 편이를 생성하는 단계, 상기 제1 센서 신호 및 90도 위상 편이로부터 주파수를 계산하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 상기 주파수를 이용하여 사인 및 코사인 신호를 생성하는 단계를 더 포함한다. 상기 방법은 상기 사인 및 코사인 신호를 이용하여 상기 제1 센서 신호 및 제2 센서 신호를 이상 복조시키는 단계로서 제1 복조 신호 및 제2 복조 신호를 생성하는, 이상 복조 단계를 더 포함한다. 상기 방법은 고 주파수 성분을 제거하기 위하여 상기 제1 복조 신호 및 제2 복조 신호를 필터링하는 단계 및 상기 위상차를 결정하기 위하여 상기 제1 복조 신호 및 제2 복조 신호를 교차-상관시키는 단계를 더 포함한다.
본원발명의 태양
계측 전자장치의 일 태양에서, 상기 처리 시스템은 상기 주파수 및 위상차 중 하나 또는 그 이상을 이용하여 질량 유량, 밀도, 또는 용적 유량 중 하나 또는 그 이상을 계산하도록 더 구성된다.
계측 전자장치의 다른 태양에서는, 상기 처리 시스템이 힐버트 변환을 이용하여 90도 위상 편이를 계산하도록 더 구성된다.
계측 전자장치의 또 다른 태양에서는, 상기 이상 복조가 제1 복조 신호 및 제2 복조 신호를 생성하고, 상기 처리 시스템이 고 주파수 성분을 제거하기 위하여 상기 제1 복조 신호 및 제2 복조 신호를 필터링하도록, 그리고 위상차를 결정하기 위하여 상기 제1 복조 신호 및 제2 복조 신호를 교차-상관시키도록 더 구성된다.
상기 방법의 일 태양에서는, 상기 방법이 상기 주파수 및 위상차 중 하나 또는 그 이상을 이용하여 질량 유량, 밀도, 또는 용적 유량 중 하나 또는 그 이상을 계산하는 단계를 더 포함한다.
상기 방법의 다른 태양에서는, 상기 방법이 힐버트 변환을 이용하여 90도 위상 편이를 계산하는 단계를 더 포함한다.
상기 방법의 또 다른 태양에서는, 상기 이상 복조 단계가 제1 복조 신호 및 제2 복조 신호를 생성하고, 상기 이상 복조 단계가 고 주파수 성분을 제거하기 위하여 상기 제1 복조 신호 및 제2 복조 신호를 필터링하는 단계 및 상기 위상차를 결정하기 위하여 상기 제1 복조 신호 및 제2 복조 신호를 교차-상관시키는 단계를 더 포함한다.
모든 도면에 대하여 동일한 도면부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 1은 본원발명의 실시예의 코리올리 유량계를 도시한다.
도 2는 본원발명의 실시예에 따른 계측 전자장치를 도시한다.
도 3은 본원발명의 일 실시예에 따른 처리 시스템의 일부에 대한 블록 다이어그램을 도시한다.
도 4는 본원발명의 일 실시예에 따른 힐버트 변환 블록을 상세히 도시한다.
도 5는 본원발명의 일 실시예에 따른 분석 블록의 주파수 부분의 블록 다이어그램이다.
도 6은 본원발명의 일 실시예에 따른 분석 블록의 위상차 부분의 블록 다이어그램이다.
도 7은 본원발명의 일 실시예에 따른 위상차 이상 복조 방법의 순서도를 도시한다.
도 1-7 및 이하의 설명은 본원발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본원발명의 최상의 모드를 사용하고 제작하는 방법에 대하여 설명하기 위한 구체적인 실시예를 설명한다. 본원발명의 원리를 설명하기 위하여, 몇몇의 통상적인 측면은 간략하게 설명되거나 생략되었다. 본원발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 이러한 실시예의 수정이 본원발명의 기술분야에 속한다는 것을 알 수 있다. 본원발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 이하에 설명된 특징들이 다양한 방식으로 결합되어 본원발명의 다양한 수정을 형성하게 된다는 것을 알 수 있다. 결과적으로, 본원발명은 이하에 기술된 특정 실시예에 의하여 제한되지 않으며, 단지 청구범위 및 그 균등물에 의해서만 제한된다.
도 1은 유량계 조립체(10) 및 계측 전자장치(20)를 포함하는 코리올리 유량계(5)를 도시한다. 유량계 조립체(10)는 프로세스 물질의 밀도 및 질량 유량에 응답한다. 계측 전자장치(20)는 리드(lead; 100)를 통해 유량계 조립체(10)에 연결되어 경로(26)로 밀도, 질량 유량(mass flow rate), 및 온도에 관한 정보를 제공할 뿐만 아니라 본원발명과 관련없는 기타의 정보도 제공한다. 비록 본원발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본원발명이 코리올리 질량 유량계에 의해 제공되는 추가적인 측정 능력이 없이도 진동의 관 농도계(densitometer)로서 실시될 수 있다는 것이 자명하기는 하지만, 코리올리 유량계 구조체에 관해 기술한 다.
유량계 조립체(10)는 한 쌍의 매니폴드(150, 150'), 플랜지 넥(flange neck)을 갖는 플랜지(103, 103'), 한 쌍의 평행한 유동관(130, 130'), 드라이버 메커니즘(180), 온도 센서(190), 및 한 쌍의 속도 센서(170L, 170R)를 포함한다. 유동관(130, 130')은 두 개의 실질적으로 곧은 유입구 다리(131, 131') 및 배출구 다리(134, 134')를 갖는데, 이는 유동관 장착 블록(120, 120')에서 서로를 향해 모인다. 유동관(130, 130')은 그 길이를 따라 두 개의 대칭 지점에서 굽혀지며 그 길이에 걸쳐 실질적으로 평행하다. 브레이스 바(brace bar; 140, 140')는 축(W, W')을 형성하는데 사용되며, 이 축 주위로 각각의 유동관이 진동한다.
유동관(130, 130')의 측면 다리(131, 131') 및 (134, 134')는 유동과 장착 블록(120, 120')에 고정적으로 부착되며, 이들 블록은, 계속해서, 매니폴드(150, 150')에 고정적으로 부착된다. 이는 코리올리 유량계 조립체(10)를 통하는 연속적인 밀폐 물질 경로를 제공한다.
구멍(102, 102')을 갖는 플랜지(103, 103')가 유입 단부(104) 및 배출 단부(104')를 통해 측정되는 프로세스 물질을 운반하는 프로세스 라인(도시되지 않음)에 연결되면, 물질은 플랜지(103)의 오리피스(101)를 통해 유량계의 단부(104)로 유입되어 매니폴드(150)를 통해 표면(121)을 갖는 유동관 장착 블록(120)으로 안내된다. 매니폴드(150) 내에서 물질은 분리되어 유동관(130, 130')을 통해 전달된다. 유동관(130, 130')을 여기시키면, 프로세스 물질은 매니폴드(150')에서 단일한 스트림으로 재결합되고, 이후 볼트 구멍(102')을 갖는 플랜지(103')에 의하여 프로세스 라인(도시되지 않음)에 연결된 배출 단부(104')로 전달된다.
유동관(130, 130')은 각각, 굽힘축(W--W 및 W'--W')에 대해 실질적으로 동일한 질량 분포, 관성 모멘트, 및 영률(Young's modulus)을 갖도록, 유동관 장착 블록(120, 120')에 대해 선택되어 적절하게 장착된다. 이러한 굽힘축은 브레이스 바(140, 140')를 통해 지나간다. 유동관의 영률이 온도에 따라 변하므로, 또한 이러한 변화가 밀도 및 유동의 계산에 영향을 미치므로, 저항성 온도 검측기(resistive temperature detector; RTD)(190)가 유동관(130')에 장착되어 유동관의 온도를 계속적으로 측정한다. 유동관의 온도 및 주어진 통과 전류에 대해 RTD 에 걸쳐 나타나는 전압은 유동관을 통과하는 물질의 온도에 의해 지배된다. RTD에 걸쳐 나타나는 온도 종속성 전압은 계측 전자장치(20)에서 공지의 방법으로 사용되어 유동관의 임의의 온도 변화로 기인하는 유동관(130, 130')의 탄성계수의 변화를 보상한다. RTD 는 리드(195)에 의하여 계측 전자장치(20)에 연결된다.
양 유동관(130, 130')은 드라이버(180)에 의하여 그 각각의 굽힘축(W 및 W')에 대하여 반대 방향으로 소위 유량계의 제1 이상(out-of-phase) 굽힘 모드에서 구동된다. 드라이버 메커니즘(180)은 유동관(130')에 장착되는 자석 및 유동관(130)에 장착되는 대향 코일과 같은 많은 공지의 장치 중 하나를 포함할 수 있으며, 양 도관을 진동시키기 위하여 교류가 이를 통과한다. 계측 전자장치(20)에 의하여 적당한 구동신호가 리드(185)를 통해 드라이버 메커니즘(180)으로 인가된다.
계측 전자장치(20)는 리드(195) 상에서 RTD 신호를 수신하며, 각각 리드(165L, 165R) 상에 나타나는 좌우 속도 신호를 수신한다. 계측 전자장치(20)는 리드(185) 상에 나타나는 구동 신호를 생성하여 부재(180)를 구동시키고 유동관(130, 130')을 진동시킨다. 계측 전자장치(20)는 유량계 조립체(10)를 통과하는 물질의 밀도 및 질량 유량을 계산하기 위하여 RTD 신호와 좌우 속도 신호를 처리한다. 이러한 정보는 다른 정보와 함께 계측 전자장치(20)에 의하여 경로(26)를 통해 이용 수단(29)에 적용된다.
도 2는 본원발명의 일 실시예에 따른 계측 전자장치(20)를 도시한다. 계측 전자장치(20)는 인터페이스(201) 및 처리 시스템(203)을 포함할 수 있다. 계측 전자장치(20)는 픽오프/속도 센서 신호와 같이 유량계 조립체(10)로부터의 제1 및 제2 센서 신호(210 및 211)를 수신한다. 계측 전자장치(20)는 코리올리 유량계로서의 작동을 포함하여 농도계(densitometer)로서도 작동하거나 질량 유량계로서도 작동할 수 있다. 계측 전자장치(20)는 유량계 조립체(10)를 통과하여 유동하는 유동 물질의 유동 특성을 얻기 위하여 제1 및 제2 센서 신호(210 및 211)를 처리한다. 예를 들어, 계측 전자장치(20)는 센서 신호로부터 위상차, 주파수, 시간차(Δt), 밀도, 질량 유량, 용적 유량 중 하나 또는 그 이상을 결정할 수 있다. 또한, 다른 유동 특성도 본원발명에 따라 결정될 수 있다. 이러한 결정에 대해서는 이하에서 기술된다.
위상차 결정 및 주파수 결정은 종래 기술에서의 그러한 결정보다 더 빠르고 정확하며 신뢰성이 있다. 이는 유동 특성을 계산하기 위해 요구되는 처리 시간을 유리하게 감소시키며 양 유동 특성의 정확성을 증가시킨다. 결과적으로 주파수 및 위상차이는 종래기술에서보다 더욱 빠르게 결정될 수 있다.
종래 기술의 주파수 결정 방법은 실행하는 데 있어 통상적으로 1~2 초가 소요된다. 대조적으로, 본원발명에 따른 주파수 결정은 50 미리 세컨드(ms) 정도의 적은 시간에 실행될 수 있다. 처리 시스템의 유형 및 구성, 진동 응답의 샘플링 율(sampling rate), 필터 크기, 데시메이션 비율(decimation rate) 등등에 따라 더욱 빠른 주파수 결정도 가능하다. 50 ms 의 주파수 결정 속도에서 본원발명에 따른 계측 전자장치(20)는 종래 기술보다 약 40배 빠를 수 있다.
인터페이스(201)는 도 1의 리드(100)를 통해서 속도 센서(170L, 170R) 중 하나로부터 센서 신호를 수신한다. 인터페이스(201)는 포매팅(formatting), 증폭(amplification), 버퍼링(buffering) 등의 방식과 같이, 필요하거나 요구되는 신호 조정(signal conditioning)을 수행할 수 있다. 대안적으로, 신호 조정 중 일부 또는 전부는 처리 시스템(203)에서 실행될 수 있다.
또한 인터페이스(201)는 계측 전자장치(20)와 외부 장치 사이의 통신을 가능하게 할 수 있다. 인터페이스(201)는 전자, 광학, 또는 무선 통신의 어떠한 방식도 가능할 수 있다.
일 실시예에서 인터페이스(201)는 디지타이저(digitizer; 202)와 연결되며, 여기서 센서 신호는 아날로그 센서 신호를 포함한다. 디지타이저(202)는 아날로그 센서 신호를 표본추출하고 디지털화하여 디지털 센서 신호를 생성한다. 디지타이저(202)는 또한 요구되는 어떠한 데시메이션도 실행할 수 있으며, 여기서 디지털 센서 신호는 요구되는 신호 처리의 양을 줄이고 처리 시간을 줄이기 위하여 데시메이트(decimate)된다. 데시메이션은 이하에서 보다 자세히 설명된다.
처리 시스템(203)은 계측 전자장치(20)의 가동을 수행하며 유량계 조립체(10)로부터 유동 측정치를 처리한다. 처리 시스템(203)은 하나 또는 그 이상의 처리 과정(processing routine)을 실행하며 이로써 하나 또는 그 이상의 유동 특성을 생성하기 위하여 유동 측정치를 처리한다.
처리 시스템(203)은 일반적 용도의 컴퓨터, 마이크로 프로세스 시스템, 논리 회로, 또는 기타의 일반 용도나 주문형 처리 장치를 포함할 수 있다. 처리 시스템(203)은 다수의 처리 장치 사이에 분배될 수 있다. 처리 시스템(202)은 저장 시스템(204)과 같이, 어떠한 형태의 일체형 또는 독립형 전자 저장 매체도 포함할 수 있다.
처리 시스템(203)은 하나 또는 그 이상의 유동 특성을 결정하기 위하여 제1 센서 신호(210) 및 제2 센서 신호(211)를 처리한다. 하나 또는 그 이상의 유동 특성으로는 예를 들어, 유동 물질에 대한 위상차, 주파수, 시간차(Δt), 질량 유량, 및/또는 밀도가 있다.
도시된 실시예에서, 처리 시스템(203)은 하나의 90도 위상 편이(213) 및 두 개의 센서 신호(210, 211)로부터 유동 특성을 결정한다. 처리 시스템(203)은 하나의 90도 위상 편이(213) 및 두 개의 센서 신호(210, 211)로부터 적어도 위상 차 및 주파수를 결정할 수 있다. 또한, 처리 시스템(203)은 특히 유동 물질에 대한 위상차, 시간차(Δt), 및/또는 질량 유량을 결정할 수 있다.
저장 시스템(204)은 유량계 파라미터 및 데이터, 소프트웨어 루틴(software routines), 상수 값, 및 변수 값을 저장할 수 있다. 일 실시예에서, 저장 시스 템(204)은 처리 시스템(203)에 의하여 실행되는 처리 과정을 포함한다. 저장 시스템(204)은 일 실시예에서 위상 편이 루틴(212), 위상차 루틴(215), 주파수 루틴(216), 시간차(Δt) 루틴(217), 및 유동 특성 루틴(218)을 저장한다.
일 실시예에서, 저장 시스템(204)은 코리올리 유량계(5)와 같은 유량계를 작동시키기 위해 사용되는 변수들을 저장한다. 저장 시스템(204)은 일 실시예에서 제1 센서 신호(210) 및 제2 센서 신호(211)와 같은 변수들을 저장하는데, 이는 속도/픽오프 센서(170L, 170R)로부터 수신된다. 또한, 저장 시스템(204)은 유동 특성을 결정하기 위해 생성되는 90도 위상 편이(213)를 저장할 수 있다.
일 실시예에서, 저장 시스템(204)은 유동 측정으로부터 얻어지는 하나 이상의 유동 특성을 저장한다. 저장 시스템(204)은 일 실시예에서 위상차(220), 주파수(221), 시간차(Δt)(222), 질량 유량(223), 밀도(224), 및 용적 유량(225)과 같은 유동 특성을 저장한다.
위상 편이 루틴(212)은 입력 신호에 대하여, 즉 센서 신호(210)에 대하여 90도 위상 편이를 실행한다. 위상 편이 루틴(212)은 일 실시예에서, 힐버트 변환(Hilbert transform)(이하에서 설명됨)을 실행한다.
위상차 루틴(215)은 이상 복조(quadrature demodulation)를 사용하여 위상차를 결정한다. 위상차를 결정하기 위하여 추가적인 정보가 사용될 수도 있다. 일 실시예에서 위상차는 제1 센서 신호(210), 제2 센서 신호(211), 및 주파수(221)로부터 계산될 수 있다. 결정된 위상차는 저장 시스템(204)의 위상차(220)에 저장될 수 있다. 위상차는, 결정된 주파수(221)로부터 결정될 때, 종래 기술에서보다 더 욱 빠르게 계산되어 얻어질 수 있다. 이는 높은 유량 속도를 갖는 유량계 장치 또는 다중 위상 유동이 발생하는 경우에 있어 중요한 차이를 제공할 수 있다.
주파수 루틴(216)은 90도 위상 편이(213)로부터 (제1 센서 신호(210) 또는 제2 위상 신호(211)에 의해 나타내지는 것과 같은) 주파수를 결정한다. 결정된 주파수는 저장 시스템(204)의 주파수(221) 내에 저장될 수 있다. 주파수는, 90도 위상 편이(213) 및 센서 신호(210 또는 211)로부터 결정될 때, 종래 기술에서보다 더욱 빠르게 계산되어 얻어질 수 있다. 이는 높은 유량 속도를 갖는 유량계 장치 또는 다중 위상 유동이 발생하는 경우에 있어 중요한 차이를 제공할 수 있다.
시간차(Δt) 루틴(217)은 제1 센서 신호(210) 및 제2 센서 신호(211) 사이의 시간차(Δt)를 결정한다. 시간차(Δt)는 저장 시스템(204)의 시간차(Δt)(222)에 저장될 수 있다. 시간차(Δt)는 결정된 주파수에 의해 나눠진 결정된 위상을 실질적으로 포함하며, 따라서 질량 유량을 결정하기 위해 사용된다.
유동 특성 루틴(218)은 하나 이상의 유동 특성을 결정할 수 있다. 유동 특성 루틴(218)은 이러한 추가적인 유동 특성을 얻기 위하여, 예를 들어, 결정된 주파수(221) 및 결정된 위상차(220)를 사용할 수 있다. 이러한 결정을 위하여, 예를 들어 질량 유량이나 밀도와 같은 추가적인 정보가 사용될 수 있다는 것을 이해해야 한다. 유동 특성 루틴(218)은 시간차(Δt)(222)로부터, 따라서 위상차(220) 및 주파수(221)로부터 질량유량을 결정할 수 있다. 질량 유량을 결정하기 위한 공식은, 본 명세서에 참조로서 병합되는 티트로(Titlow) 등의 미국 특허 번호 5,027,662호에 개시되어 있다. 질량 유량은 유량계 조립체(10)의 유동 물질의 질량 유동과 관 련된다. 마찬가지로, 유동 특성 루틴(218)은 밀도(224) 및/또는 용적 유량(225)도 결정할 수 있다. 결정된 질량 유량, 밀도, 및 용적 유량은 저장 시스템(204)의 질량 유량(223), 밀도(224), 및 용적 유량(225)에 각각 저장될 수 있다. 또한, 유동 특성은 계측 전자장치(20)에 의하여 외부 장치로 전달될 수 있다.
도 3은 본원발명의 일 실시예에 따른 처리 시스템(203)의 일부에 대한 블록 다이어그램(300)을 도시한다. 도면에서, 블록들은 처리 회로나 처리 작동/루틴을 나타낸다. 블록 다이어그램(300)은 스테이지 1 필터 블록(stage 1 filter block; 301), 스테이지 2 필터 블록(stage 2 filter block; 302), 힐버트 변환 블록(303), 및 분석 블록(304)을 포함한다. LPO 및 RPO 입력은 좌측 픽오프 신호 입력 및 우측 픽오프 신호 입력을 포함한다. LPO 나 RPO 중 하나는 제1 센서 신호를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 스테이지 1 필터 블록(301) 및 스테이지 2 필터 블록(302)은 처리 시스템(203)에서 실행되는 디지털 유한 임펄스 응답(Finite Impulse Response; FIR) 다상 데시메이션 필터(polyphase decimation filter)를 포함한다. 이러한 필터는 센서 신호 중 하나 또는 둘 모두에 대한 데시메이팅 및 필터링을 위한 최적의 방법을 제공하며, 이러한 필터링 및 데시메이팅은 시간 순서에서 동일한 데시메이션 비율로 실행된다. 대안적으로 스테이지 1 필터 블록(301) 및 스테이지 2 필터 블록(302)은 무한 임펄스 응답(Infinite Impulse Response; IIR) 필터 또는 기타 적당한 디지털 필터나 필터 프로세스를 포함할 수 있다. 그러나 다른 필터링 프로세스 및/또는 필터링 실시가 고려될 수 있고 이는 본 명세서 및 청구범위에 있 다는 것을 이해하여야 한다.
도 4는 본원발명의 일 실시예에 따른 힐버트 변환 블록(303)을 상세히 도시한다. 도시된 실시예에서, 힐버트 변환 블록(303)은 LPO 필터 블록(402)과 평행하게 LPO 지연 블록(401)을 포함한다. LPO 지연 블록(401)은 샘플링 지연(sampling delay)을 도입한다. 따라서 LPO 지연 블록(401)은 LPO 필터 블록(402)에 의해 필터링되는 LPO 디지털 신호 샘플보다 시간에 있어 뒤에 있는 LPO 디지털 신호 샘플을 선택한다. LPO 필터 블록(402)은 입력된 디지털 신호 샘플에 대해 90도 위상 편이를 실행한다.
힐버트 변환 블록(303)은 위상 측정의 제공에 대한 제1 단계이다. 힐버트 변환 블록(303)은 필터링되고 데시메이팅된 LPO 및 RPO 신호를 수신하여 힐버트 변환을 실행한다. 힐버트 변환은 LPO신호의 90도 위상-편이된 버전을 생성한다. 따라서 힐버트 변환 블록(303)의 출력은, 원래의 동상(I) 신호 성분 LOP I와 함께, 새로운 이상(Q) 성분 LPO Q를 제공한다.
힐버트 변환 블록(303)에 대한 입력은 다음과 같이 나타낼 수 있다:
Figure 112008035352516-PCT00001
힐버트 변환을 사용하면 출력은 다음과 같이 된다:
Figure 112008035352516-PCT00002
원래의 항을 힐버트 변환의 출력과 결합하면 다음과 같다:
Figure 112008035352516-PCT00003
도 5는 본원발명의 일 실시예에 따른 분석 블록(304)의 주파수 부분(500)의 블록 다이어그램이다. 도시된 실시예에서 분석 블록(304)은 주파수 및 Δt 측정의 최종 스테이지이다. 도시된 실시예에서 주파수 부분(500)은 단일 센서 신호의 동상(I) 및 이상(Q) 성분으로부터 주파수를 결정한다. 주파수 부분(500)은 좌 또는 우측 픽오프 신호(LPO 또는 RPO) 중 하나에 대해 작동할 수 있다. 도시된 실시예에서 주파수 부분(500)은 LPO 신호에 대해 작동한다. 도시된 실시예에서 주파수 부분(500)은 합 블록(501), 켤레 복소수 블록(502), 샘플링 블록(503), 복소수 곱셈 블록(504), 필터 블록(505), 위상 각 블록(506), 상수 블록(507), 및 나눗셈 블록(508)을 포함한다.
합 블록(501)은 센서 신호의 동상(I) 및 이상(Q) 성분 모두를 수신하여 전달한다. 켤레 블록(502)은 센서 신호(여기서는 LPO 신호)에 대한 켤레 복소수를 실행한다. 지연 블록(503)은 샘플링 지연(sampling delay)을 도입하고, 따라서 시간순으로 오래된 디지털 신호 샘플을 선택한다. 이러한 오래된 디지털 신호 샘플은 복소수 곱셈 블록(504)에서 현재의 디지털 신호와 곱해진다. 복소수 곱셈 블록(504)은 아래의 식(12)을 실행하여 LPO 신호와 LPO 켤레 신호를 곱한다. 필터 블록(505)은 상술한 FIR 필터와 같은 디지털 필터를 실행한다. 필터 블록(505)은 센서 신호의 동상((I) 및 이상(Q) 성분으로부터 고조파함유기(harmonic content)를 제거할 뿐만 아니라 신호를 데시메이트하기 위해 사용되는 다상 데시메이션 필터를 포함할 수 있다. 필터 계수는 예를 들어 10의 인자에 의한 데시메이션과 같이 입력된 신호의 데시메이션을 제공하도록 선택될 수 있다. 위상 각 블록(506)은 LPO 신호의 동상(I) 및 이상(Q) 성분으로부터 위상 각을 결정한다. 위상 각 블록(506)은 아래의 식(13)을 실행한다. 상수 블록(507)은 식(14)에 도시된 바와 같이 2π로 나누어지는 샘플율(Fs)을 포함하는 인자를 공급한다. 나눗셈 블록(508)은 식(14)의 나눗셈 과정을 실행한다.
주파수 처리과정은 아래의 식을 실행한다:
Figure 112008035352516-PCT00004
따라서 두 개의 연속적이 샘플 사이의 각도는:
Figure 112008035352516-PCT00005
이는 좌측 픽오프의 라디안 주파수이다. Hz 로 변환하면:
Figure 112008035352516-PCT00006
여기서 "Fs" 는 힐버트 변환 블록(303)의 비율이다. 전술한 실시예에서 "Fs"는 약 2 kHz 이다.
도 6은 본원발명의 일 실시예에 따른 분석 블록(304)의 위상차 부분(600)의 블록 다이어그램이다. 위상차 부분(600)은 LPO 입력 신호 및 RPO 입력 신호 사이 의 위상차를 출력한다. 위상차 부분(600)은 도 5의 주파수 부분(500)과 함께 분석 블록(304) 내에 포함될 수 있다. 도면에서, 블록들은 처리 회로나 처리 작용/루틴을 나타낸다. 위상차 부분(600)은 변조 발생기 블록(modulation generator block; 601), 합 블록(602), 실수 대 복소수(real-to-complex block)(604 및 605), 이상 복조 블록(608 및 609), 데시메이션 블록(610 및 611), 켤레 복소수 블록(612), 및 상관 블록(correlation block)(614)을 포함한다.
변조 발생기 블록(601)은 주파수 부분(500)에 의해 출력되는 라디안 주파수 값(ω)으로부터 사인 및 코사인 항을 생성한다. 따라서 변조 발생기 블록(601)은 주파수 부분(500)으로부터 주파수 기준치(reference)를 수신한다. 주파수 부분(500)이 종래기술에서보다 더욱 빠르고 신뢰성 있게 얻어질 수 있으므로, 결과적으로 위상차 결정도 역시 종래기술에서보다 더욱 빠르고 신뢰성 있게 얻어질 수 있게 된다. 사인 및 코사인 항은 주파수 기준치의 동상(I) 및 이상(Q) 성분을 포함한다. 변조 발생기 블록(601)에 의해 생성된 사인 및 코사인 항은 합 블록(602)으로 입력된다.
합 블록(602)은 변조 발생기 블록(601)으로부터 동상(I) 및 이상(Q) 성분을 수신한다. 합 블록(602)은 동상(I) 및 이상(Q) 성분을 결합하고 이를 이상 복조 블록(608 및 609)으로 보낸다.
실수 대 복소수 블록(604 및 605)은 LPO 및 RPO 입력 신호의 허수(즉, 이상) 성분을 생성한다. 결과적인 동상(실수) 및 이상(허수) 성분은 사인 및 코사인 성분 모두를 포함하는 사인곡선(sinusoids)을 포함한다. 실수 대 복소수 블록(604 및 605)은 양 신호의 결과적인 동상(실수) 및 이상(허수) 성분을 해당하는 이상 복조 블록(608 및 609)으로 보낸다.
이상 복조 블록(608 및 609)은 사인 곡선을 이용하여 LPO 및 RPO 신호를 복조한다. 이러한 복조는 제1 복조 신호 및 제2 복조 신호를 생성한다. 또한, 상기 복조는 LPO 및 RPO 각각에 대하여 0 주파수 성분 및 고 주파수 성분을 생성한다. 고 주파수 성분은 후에 제거된다(아래 참조). 이상 복조 블록(608 및 609)의 출력은 각각 데시메이션 블록(610 및 611)으로 보내진다.
데시메이션 블록(610 및 611)은 LPO 및 RPO 이상 복조 신호를 데시메이트할 수 있다. 예를 들어 데시메이션 블록(610 및 611)은 예를 들어 약 10의 인자로 이들 두 신호를 데시메이트할 수 있다. 또한, 데시메이션 블록(610 및 611)은 복조 신호의 임의의 요구되는 필터링도 수행할 수 있다. 예를 들어, 일 실시예에서 데시메이션 블록(610 및 611)은 신호를 데시메이트할 뿐만 아니라 센서 신호의 동상(I) 및 이상(Q) 성분으로부터 고조파 량(harmonic content)(즉, 고 주파수 성분)을 제거하기 위하여 사용되는 다상(polyphase) 데시메이션 필터를 포함할 수 있다. 필터 계수는, 예를 들어 10의 인자에 의한 데시메이션과 같이, 입력된 신호의 데시메이션을 제공하도록 선택될 수 있다. 데시메이션 블록(610 및 611)은 복조된 RPO 신호를 켤레 복소수 블록(612)을 보내고 복조된 LPO 신호는 상관 블록(614)으로 보낸다.
켤레 복소수 블록(612)은 복조된 RPO 신호에 대한 켤레 복소수를 실행한다. 켤레 복소수 블록(612)은 켤레 복소수 복조 RPO 신호를 상관 블록(614)으로 보낸 다.
상관 블록(614)은 복조된 LPO 및 RPO 신호를 상관시킨다. 상관 과정에 선행하는 켤레 복소수 과정은 교차-상관(cross-correlation) 과정을 포함한다. 복소수 상관 과정은 식 (17) 및 (18)에 나타난 결과를 생성하는 곱셈과정(multiplication)을 포함할 수 있다. 결과적으로, 상관 블록(614)은 위상차(또는 위상각) 값을 생성한다. 결정된 위상차는 다양한 유동 특성을 결정하는데 사용될 수 있다. 도 6에 도시된 두 개의 분리된 이상 복조 과정으로 인해서, 위상차 부분(600)은 이상 복조 체인(chain)으로도 언급될 수 있다.
도 7은 본원발명의 일 실시예에 따른 위상차 이상 복조 방법의 순서도(700)를 도시한다. 단계(701)에서 제1 및 제2 센서 신호가 수신된다.
단계(702)에서는, 제1 또는 제2 센서 신호 중 하나에 대하여 90도 위상 편이가 생성된다.
단계(703)에서는, 90도 위상 편이 및 상응하는 센서 신호로부터 주파수(f)가 결정된다. 주파수(f)는 라디안 주파수로도 표현될 수 있다:
Figure 112008035352516-PCT00007
결정된 주파수(f)는 유동 특성을 결정하는데 사용될 수 있다. 결정된 주파수(f)는, 예를 들어 위에서 설명된 QD 체인 방법을 사용함으로써, 제1 및 제2 센서 신호 간의 위상차를 결정하는데에도 사용될 수 있다.
단계(704)에서는, 기준 신호(Wk)가 생성된다. 기준 신호(Wk)는 사인 및 코 사인 신호를 포함한다. 기준 신호(Wk)는 LPO 및 RPO 신호와 동일한 주파수를 갖는다. 라디안 주파수(ω)는 다음과 같은 사인 곡선 복조 기준 신호(Wk)를 순환적으로(recursively) 생성하기 위하여 복조 발생기에 의하여 작동될 수 있으며:
Figure 112008035352516-PCT00008
다음과 같은 LPO 및 RPO 입력 신호를 구비한다:
Figure 112008035352516-PCT00009
단계(705)에서는, 센서 신호(xLPO)가 기준 신호(Wk)로 복조된다. 복조 과정은 복조된 LPO 신호를 생성하기 위하여 센서 신호(xLPO)를 기준 신호(Wk)와 혼합(mixing)하거나 곱하는 과정을 포함한다.
단계(706)에서는, 센서 신호(xRPO)가 기준 신호(Wk)로 복조된다. 복조 과정은 복조된 RPO 신호를 생성하기 위하여 센서 신호(xRPO)를 기준 신호(Wk)와 혼합(mixing)하거나 곱하는 과정을 포함한다.
결과적으로, 이상 복조 블록(608 및 609)의 출력부에서의 복조된 신호는 다음과 같으며:
Figure 112008035352516-PCT00010
이는 다음과 같이 고칠 수 있다:
Figure 112008035352516-PCT00011
단계(707)에서는, 복조된 신호가 고 주파수 항을 제거하기 위하여 필터링된다. 이상 복조로부터의 이러한 고 주파수 항은 위의 식 (13) 및 (14)의 [exp(-j(2ωk+ΦLPO / RPO))] 항을 포함한다. 고 주파수 항을 제거하기 위하여 로패스 필터 과정이 사용될 수 있다. 일 실시예에서, 필터링 과정은 데시메이션 필터의 (I,Q) 데시메이션 X 40 듀얼 캐스케이드(dual cascade)를 포함할 수 있다. 이러한 필터링 과정의 출력은 다음과 같이 표현될 수 있다:
Figure 112008035352516-PCT00012
단계(708)에서는, (도 6의 복조된 RPO 신호와 같이) 복조된 신호 중 하나가 켤레 복소수 과정에 놓인다. 이러한 켤레 복소수 과정은 음의 허수 신호를 형성한다.
단계(709)에서는, 필터 출력이 복소수 상관 단계에 의하여 상관된다. 복소수 상관 과정의 켤레 복소수 및 상관 단계는 다음을 생성한다:
Figure 112008035352516-PCT00013
여기서 두 번째 z 항은 단계(708)로부터의 켤레 복소수를 표현한다. 식 (16)으로부터 다음과 같은 상관/곱셈 출력이 얻어진다:
Figure 112008035352516-PCT00014
결과적으로, 위상각은 다음과 같다:
Figure 112008035352516-PCT00015
따라서 위상차가 출력된다.
본원발명에 따른 유량계의 제1 센서 신호와 제2 센서 신호 사이의 위상차를 결정하기 위한 방법 및 계측 전자장치는 필요하다면 몇 가지 이점을 얻기 위하여 어떤 실시예에 따라서라도 실행될 수 있다. 본원발명은 결정된 주파수와 제1 및 제2 센서 신호로부터 위상차를 계산한다. 본원발명은 높은 정확성과 신뢰성을 갖는 위상차 결정을 제공할 수 있다. 본원발명은 더 적은 처리 시간을 사용하면서도 종래기술에서보다 더 빠른 위상차 결정을 제공할 수 있다.

Claims (11)

  1. 유량계의 제1 센서 신호와 제2 센서 신호 사이의 위상차를 결정하기 위한 계측 전자장치(20)로서,
    제1 센서 신호와 제2 센서 신호를 수신하기 위한 인터페이스(201); 및
    상기 인터페이스(201)와 통신하는 처리 시스템(203); 을 포함하고,
    상기 처리 시스템(203)이 상기 제1 센서 신호와 제2 센서 신호를 수신하고, 상기 제1 센서 신호로부터 90도 위상 편이를 생성하고, 상기 제1 센서 신호 및 90도 위상 편이로부터 주파수를 계산하고, 상기 주파수를 이용하여 사인 및 코사인 신호를 생성하고, 상기 위상차를 결정하기 위하여 상기 사인 및 코사인 신호를 이용하여 상기 제1 센서 신호 및 제2 센서 신호를 이상 복조하도록 구성되는,
    유량계의 제1 센서 신호와 제2 센서 신호 사이의 위상차를 결정하기 위한 계측 전자장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 처리 시스템(203)이 상기 주파수 및 위상차 중 하나 또는 그 이상을 이용하여 질량 유량, 밀도, 또는 용적 유량 중 하나 또는 그 이상을 계산하도록 더 구성되는,
    유량계의 제1 센서 신호와 제2 센서 신호 사이의 위상차를 결정하기 위한 계 측 전자장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 처리 시스템(203)이 힐버트 변환을 이용하여 90도 위상 편이를 계산하도록 더 구성되는,
    유량계의 제1 센서 신호와 제2 센서 신호 사이의 위상차를 결정하기 위한 계측 전자장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 이상 복조가 제1 복조 신호 및 제2 복조 신호를 생성하고,
    상기 처리 시스템(203)이 고 주파수 성분을 제거하기 위하여 상기 제1 복조 신호 및 제2 복조 신호를 필터링하도록, 그리고 위상차를 결정하기 위하여 상기 제1 복조 신호 및 제2 복조 신호를 교차-상관시키도록 더 구성되는,
    유량계의 제1 센서 신호와 제2 센서 신호 사이의 위상차를 결정하기 위한 계측 전자장치.
  5. 유량계의 제1 센서 신호와 제2 센서 신호 사이의 위상차를 결정하기 위한 방 법으로서,
    상기 제1 센서 신호 및 제2 센서 신호를 수신하는 단계;
    상기 제1 센서 신호로부터 90도 위상 편이를 생성하는 단계;
    상기 제1 센서 신호 및 90도 위상 편이로부터 주파수를 계산하는 단계;
    상기 주파수를 이용하여 사인 및 코사인 신호를 생성하는 단계; 및
    상기 위상차를 결정하기 위하여 상기 사인 및 코사인 신호를 이용하여 상기 제1 센서 신호 및 제2 센서 신호를 이상 복조시키는 단계; 를 포함하는,
    유량계의 제1 센서 신호와 제2 센서 신호 사이의 위상차를 결정하기 위한 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 주파수 및 위상차 중 하나 또는 그 이상을 이용하여 질량 유량, 밀도, 또는 용적 유량 중 하나 또는 그 이상을 계산하는 단계를 더 포함하는,
    유량계의 제1 센서 신호와 제2 센서 신호 사이의 위상차를 결정하기 위한 방법.
  7. 제5항에 있어서,
    힐버트 변환을 이용하여 90도 위상 편이를 계산하는 단계를 더 포함하는,
    유량계의 제1 센서 신호와 제2 센서 신호 사이의 위상차를 결정하기 위한 방법.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 이상 복조 단계가 제1 복조 신호 및 제2 복조 신호를 생성하고,
    상기 이상 복조 단계가 고 주파수 성분을 제거하기 위하여 상기 제1 복조 신호 및 제2 복조 신호를 필터링하는 단계 및 상기 위상차를 결정하기 위하여 상기 제1 복조 신호 및 제2 복조 신호를 교차-상관시키는 단계를 더 포함하는,
    유량계의 제1 센서 신호와 제2 센서 신호 사이의 위상차를 결정하기 위한 방법.
  9. 유량계의 제1 센서 신호와 제2 센서 신호 사이의 위상차를 결정하기 위한 방법으로서,
    상기 제1 센서 신호 및 제2 센서 신호를 수신하는 단계;
    상기 제1 센서 신호로부터 90도 위상 편이를 생성하는 단계;
    상기 제1 센서 신호 및 90도 위상 편이로부터 주파수를 계산하는 단계;
    상기 주파수를 이용하여 사인 및 코사인 신호를 생성하는 단계;
    상기 사인 및 코사인 신호를 이용하여 상기 제1 센서 신호 및 제2 센서 신호 를 이상 복조시키는 단계로서 제1 복조 신호 및 제2 복조 신호를 생성하는, 이상 복조 단계;
    고 주파수 성분을 제거하기 위하여 상기 제1 복조 신호 및 제2 복조 신호를 필터링하는 단계; 및
    상기 위상차를 결정하기 위하여 상기 제1 복조 신호 및 제2 복조 신호를 교차-상관시키는 단계; 를 포함하는,
    유량계의 제1 센서 신호와 제2 센서 신호 사이의 위상차를 결정하기 위한 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 주파수 및 위상차 중 하나 또는 그 이상을 이용하여 질량 유량, 밀도, 또는 용적 유량 중 하나 또는 그 이상을 계산하는 단계를 더 포함하는,
    유량계의 제1 센서 신호와 제2 센서 신호 사이의 위상차를 결정하기 위한 방법.
  11. 제9항에 있어서,
    힐버트 변환을 이용하여 90도 위상 편이를 계산하는 단계를 더 포함하는,
    유량계의 제1 센서 신호와 제2 센서 신호 사이의 위상차를 결정하기 위한 방 법.
KR1020087011946A 2005-10-18 2006-10-16 유량계의 제1 센서 신호와 제2 센서 신호 사이의 위상차를결정하기 위한 방법 및 계측 전자장치 KR20080063410A (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US72788905P 2005-10-18 2005-10-18
US60/727,889 2005-10-18

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020117007401A Division KR101216649B1 (ko) 2005-10-18 2006-10-16 유량계의 제1 센서 신호와 제2 센서 신호 사이의 위상차를 결정하기 위한 방법 및 계측 전자장치

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20080063410A true KR20080063410A (ko) 2008-07-03

Family

ID=37891506

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020087011946A KR20080063410A (ko) 2005-10-18 2006-10-16 유량계의 제1 센서 신호와 제2 센서 신호 사이의 위상차를결정하기 위한 방법 및 계측 전자장치
KR1020117007401A KR101216649B1 (ko) 2005-10-18 2006-10-16 유량계의 제1 센서 신호와 제2 센서 신호 사이의 위상차를 결정하기 위한 방법 및 계측 전자장치

Family Applications After (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020117007401A KR101216649B1 (ko) 2005-10-18 2006-10-16 유량계의 제1 센서 신호와 제2 센서 신호 사이의 위상차를 결정하기 위한 방법 및 계측 전자장치

Country Status (14)

Country Link
US (1) US8165830B2 (ko)
EP (1) EP1949047B1 (ko)
JP (1) JP4960967B2 (ko)
KR (2) KR20080063410A (ko)
CN (2) CN101297179A (ko)
AR (1) AR055449A1 (ko)
AU (1) AU2006304333B2 (ko)
BR (1) BRPI0617471B1 (ko)
CA (1) CA2626245C (ko)
DK (1) DK1949047T3 (ko)
HK (1) HK1198838A1 (ko)
PL (1) PL1949047T3 (ko)
RU (1) RU2373499C1 (ko)
WO (1) WO2007047524A2 (ko)

Families Citing this family (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
MX2007007808A (es) * 2004-12-29 2007-08-21 Micro Motion Inc Calculo a alta velocidad de frecuencia y de gase para medidores de flujo.
US8751171B2 (en) * 2007-03-07 2014-06-10 Invensys Systems, Inc. Coriolis frequency tracking
JP4436882B1 (ja) * 2009-02-06 2010-03-24 株式会社オーバル 信号処理方法、信号処理装置、およびコリオリ流量計
JP4436883B1 (ja) 2009-02-06 2010-03-24 株式会社オーバル 信号処理方法、信号処理装置、およびコリオリ流量計
JP4436884B1 (ja) * 2009-02-06 2010-03-24 株式会社オーバル 信号処理方法、信号処理装置、およびコリオリ流量計
JP4694645B1 (ja) * 2010-02-19 2011-06-08 株式会社オーバル 信号処理方法、信号処理装置、及び振動型密度計
JP4694646B1 (ja) * 2010-02-19 2011-06-08 株式会社オーバル 信号処理方法、信号処理装置、およびコリオリ流量計
EP2612143A4 (en) * 2010-09-03 2017-01-18 Los Alamos National Security LLC Apparatus and method for noninvasive particle detection using doppler spectroscopy
KR20160002956A (ko) * 2013-04-23 2016-01-08 마이크로 모우션, 인코포레이티드 진동 센서에 대한 드라이브 신호를 생성하는 방법
JP6478975B2 (ja) * 2013-04-26 2019-03-06 マイクロ モーション インコーポレイテッド 振動式センサ及び振動式センサにて振動を変える方法
US9170136B2 (en) 2013-11-05 2015-10-27 Amphenol Thermometrics, Inc. Systems and methods for flow sensing in a conduit
JP6510047B2 (ja) * 2014-11-14 2019-05-08 マイクロ モーション インコーポレイテッド 誤り率を減じるための方法及び装置
US9863798B2 (en) 2015-02-27 2018-01-09 Schneider Electric Systems Usa, Inc. Systems and methods for multiphase flow metering accounting for dissolved gas
US10523261B2 (en) * 2016-03-31 2019-12-31 Apple Inc. Co-channel wireless detection
JP6608396B2 (ja) * 2017-01-18 2019-11-20 横河電機株式会社 フィールド機器及びフィールド機器管理システム
US10216333B2 (en) 2017-06-30 2019-02-26 Microsoft Technology Licensing, Llc Phase error compensation in single correlator systems
US10642243B2 (en) 2018-03-01 2020-05-05 Semiconductor Components Industries, Llc Methods and apparatus for an encoder
FR3086055B1 (fr) 2018-09-13 2021-10-15 Commissariat Energie Atomique Dispositif de mesure de debit massique
RU2751097C2 (ru) * 2019-08-30 2021-07-08 Федеральное государственное автономное учреждение "Военный инновационный технополис "ЭРА" Устройство определения фазы радиолокационного сигнала
DE102020116281A1 (de) * 2020-06-19 2021-12-23 Endress+Hauser SE+Co. KG Vibronischer Sensor
CN116337191B (zh) * 2023-04-18 2024-03-15 淮阴工学院 过零检测和正交解调混合的科氏流量计相位差计算方法

Family Cites Families (32)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
USRE31450E (en) * 1977-07-25 1983-11-29 Micro Motion, Inc. Method and structure for flow measurement
US4187721A (en) * 1977-07-25 1980-02-12 S & F Associates Method and structure for flow measurement
US4477773A (en) * 1982-08-02 1984-10-16 Raytheon Company Frequency measuring apparatus
US4675614A (en) * 1982-10-20 1987-06-23 Rockwell International Corporation Phase difference measurement system
US4491025A (en) * 1982-11-03 1985-01-01 Micro Motion, Inc. Parallel path Coriolis mass flow rate meter
US4655089A (en) * 1985-06-07 1987-04-07 Smith Meter Inc. Mass flow meter and signal processing system
SU1471145A1 (ru) * 1987-03-06 1989-04-07 Белорусский Политехнический Институт Способ определени частоты синусоидального сигнала
US5027662A (en) * 1987-07-15 1991-07-02 Micro Motion, Inc. Accuracy mass flow meter with asymmetry and viscous damping compensation
US4914956A (en) * 1987-07-22 1990-04-10 Exac Corporation Method and circuit for processing sensory input signals of the type obtained from coriolis mass flow rate sensors and the like
US5069074A (en) * 1987-07-22 1991-12-03 Exac Corporation Apparatus and method for measuring the mass flow rate of material flowing through at least one vibrating conduit
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
JP3200827B2 (ja) * 1993-12-24 2001-08-20 横河電機株式会社 コリオリ質量流量計
GB9410906D0 (en) * 1994-06-01 1994-07-20 Wichita Company Ltd Brake performance monitoring
JP3219122B2 (ja) * 1994-07-11 2001-10-15 横河電機株式会社 コリオリ質量流量計
US6311136B1 (en) * 1997-11-26 2001-10-30 Invensys Systems, Inc. Digital flowmeter
SE511145C2 (sv) * 1997-12-23 1999-08-09 Ericsson Telefon Ab L M Metod och anordning för detektering av fasskillnad
FR2781048B1 (fr) * 1998-07-10 2000-09-15 Faure Herman Mesures croisees des signaux acoustiques d'un debitmetre
KR20060116260A (ko) * 1998-12-08 2006-11-14 에머슨 일렉트릭 컴파니 코리올리 질량 유동 제어기
US6505131B1 (en) * 1999-06-28 2003-01-07 Micro Motion, Inc. Multi-rate digital signal processor for signals from pick-offs on a vibrating conduit
US6318156B1 (en) * 1999-10-28 2001-11-20 Micro Motion, Inc. Multiphase flow measurement system
DE60139548D1 (de) 2000-03-23 2009-09-24 Invensys Sys Inc Korrektur für eine zweiphasenströmung in einem digitalen durchflussmesser
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
DE602004017571D1 (de) * 2003-01-21 2008-12-18 Expro Meters Inc Vorrichtung und verfahren zur messung der gasvolumenfraktion eines in einem rohr strömenden fluids
US7117104B2 (en) * 2004-06-28 2006-10-03 Celerity, Inc. Ultrasonic liquid flow controller
MX2007007808A (es) * 2004-12-29 2007-08-21 Micro Motion Inc Calculo a alta velocidad de frecuencia y de gase para medidores de flujo.
KR101206381B1 (ko) * 2005-03-29 2012-11-29 마이크로 모우션, 인코포레이티드 가스 유동 물질 내의 액체 유동 분율을 결정하기 위한 방법 및 계측 전자장치
AU2006251659B2 (en) * 2005-05-20 2010-12-16 Micro Motion, Inc. Meter electronics and methods for determining void fraction of gas
KR20110003401A (ko) * 2005-05-20 2011-01-11 마이크로 모우션, 인코포레이티드 코리올리 유량계 신호로부터 다상 유체의 질량 분율을 신속히 결정하기 위한 방법 및 계측 전자장치
BRPI0611164B1 (pt) * 2005-05-27 2018-04-03 Micro Motion, Inc. Métodos e componente eletrônico de medição para detectar rapidamente uma não-uniformidade de um material fluindo através de um fluxômetro coriolis
KR20080039498A (ko) * 2005-08-18 2008-05-07 마이크로 모우션, 인코포레이티드 유량계의 다상 유동 물질에 대한 센서 신호를 처리하기위한 방법 및 계측 전자장치
AU2006292641B2 (en) * 2005-09-20 2011-09-22 Micro Motion, Inc. Meter electronics and methods for generating a drive signal for a vibratory flowmeter
AU2007357101B2 (en) * 2007-07-30 2011-08-18 Micro Motion, Inc. Flow meter system and method for measuring flow characteristics of a three phase flow

Also Published As

Publication number Publication date
AR055449A1 (es) 2007-08-22
CA2626245A1 (en) 2007-04-26
EP1949047B1 (en) 2015-03-25
CA2626245C (en) 2013-05-14
KR101216649B1 (ko) 2012-12-31
WO2007047524A3 (en) 2007-06-07
US20080252283A1 (en) 2008-10-16
JP2009511934A (ja) 2009-03-19
AU2006304333B2 (en) 2010-12-16
AU2006304333A1 (en) 2007-04-26
EP1949047A2 (en) 2008-07-30
BRPI0617471A2 (pt) 2011-07-26
CN101297179A (zh) 2008-10-29
CN103852120A (zh) 2014-06-11
PL1949047T3 (pl) 2015-08-31
DK1949047T3 (en) 2015-04-20
WO2007047524A2 (en) 2007-04-26
JP4960967B2 (ja) 2012-06-27
KR20110039399A (ko) 2011-04-15
RU2373499C1 (ru) 2009-11-20
HK1198838A1 (en) 2015-06-12
BRPI0617471B1 (pt) 2018-03-06
US8165830B2 (en) 2012-04-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101216649B1 (ko) 유량계의 제1 센서 신호와 제2 센서 신호 사이의 위상차를 결정하기 위한 방법 및 계측 전자장치
CA2602769C (en) Meter electronics and methods for determining a liquid flow fraction in a gas flow material
AU2006279675B2 (en) Meter electronics and methods for processing sensor signals for a multi-phase flow material in a flowmeter
EP1851515B1 (en) High speed frequency and phase estimation for flow meters
AU2006251657A1 (en) Meter electronics and methods for rapidly determining a mass fraction of a multi-phase from a coriolis flow meter signal
KR101153466B1 (ko) 가스의 보이드 분율을 결정하기 위한 방법 및 계측전자장치

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E601 Decision to refuse application
J201 Request for trial against refusal decision
A107 Divisional application of patent
AMND Amendment
B601 Maintenance of original decision after re-examination before a trial
J301 Trial decision

Free format text: TRIAL DECISION FOR APPEAL AGAINST DECISION TO DECLINE REFUSAL REQUESTED 20110228

Effective date: 20120131

WITB Written withdrawal of application