KR20090005293A - 측정 장치 및 그 사용 방법 - Google Patents
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Abstract
측정 기구는 수심(the depth of water) 또는 다른 값을 측정하기 위한 트랜스듀서와, 간섭 에러를 일으키는 물리적 파라미터를 측정하기 위한 트랜스듀서를 포함한다. 보정 다항식은 간섭 및 비선형성을 위한 출력 신호를 교정하기 위해 사용된다. 보정 다항식은 독립 변수들로서 트랜스듀서에 의해 생성된 신호와 종속 변수로서 출력 신호를 포함한다. 보정 다항식은 적어도 하나의 일차 측정 신호와, 독립 변수들로서 적어도 하나의 제 1 간섭 관련 신호 및 종속 변수로서 보정된 신호를 갖는 교정 다항식에 의해 형성된다. 보정 다항식을 형성하기 위해, 상기 일차 독립 변수와 적어도 하나의 간섭 관련 독립 변수를 구비하는 예비 보정 다항식이 전개된다. 종속 변수, 일차 독립 변수 및 적어도 하나의 간섭 관련 독립 변수의 복수의 데이타 세트들은 데스트 고정물로부터 생성된다. 이러한 데이타는 상기 예비 보정 다항식의 최하위 항목들을 소거하고 보정 다항식으로 초래되는 최상위 교차 항목들을 부가하기 위해 사용된다.
측정 기구, 트랜스듀서, 보정 다항식, 교정 다항식, 파라미터, 독립 변수, 종속 변수, 수심, 교차 항목
Description
본 발명은 예를 들어 압력, 유체의 유량(flow rate), 화학 유기물 증기 농도 및 온도와 같은 물리적 파라메터들을 측정하기 위한 장치와 같은 측정 장치 및 그 사용 방법에 관한 것이다.
통상적으로, 측정 기구는 노이즈(noise), 비선형성(nonlinearity) 및 간섭(interference)에 의해 영향을 받는다. 노이즈는 측정된 물리적 파라메터 값과 부가적인 정보에 의해 교정되지 않는 실제 물리적 파라메터 값 사이의 차이인 랜덤(random) 에러에 관한 것이다. 비선형성은 상기 기구의 선형 반응의 가정으로부터 발생하는 분류학적(systematic) 에러이다. 많은 트랜스듀서들(transducers)은 그 전기적 신호 전압 출력과 측정된 물리적 파라메터 값 사이에서 대략적인 수리학적(mathematical) 선형 관계를 갖는다. 이러한 선형 관계는 상기 기구의 데이타 처리를 매우 간단하게 한다. 상기 기구의 데이타 처리의 편리성과 설계시의 정밀도 사이에서 교환 조건이 있다. 정확도와 정밀도가 주어진 응용을 위한 데이터 처 리의 편리성 보다 더 중요하다면, 이들 비선형성 에러들은 고려되고 처리되어야만 한다. 이들 비선형성들과 관련하는 부가적인 정보는 측정된 물리적 파라메터 값을 교정하기 위해 사용될 수 있다. 간섭은 측정된 신호 상에서 다른 물리적 파라메터들의 영향으로부터 발생하는 다른 분류학적 에러이다. 이들 다른 물리적 파라메터들 상에서의 정보는 최초로 측정된 물리적 파라메터 값을 교정하기 위해 사용될 수 있다. 이러한 특허는 이들 적어도 두 가지 에러 기여(contribution); 즉 비선형성과 간섭의 처리와 주로 관계가 있다.
예를 들어, 측정 장치들 중 한가지 형태에서, 수심(the depth of water)은 이 물의 바닥부에서의 압력을 압력 센서로 검출함으로써 측정된다. 이들 기구에서 압력 센서들은 압력을 전압으로 변환하는 트랜스듀서들이다. 이러한 압력 센서는 압력을 깊이 단위로 변환함으로써 깊이 측정으로 더 변형되는 압력 신호 값으로 변환될 수 있는 전압 신호 출력을 갖는다. 몇몇 기구들에서, 깊이 측정은 미국 특허 제5,275,042호에서의 흐름 속도 또는 미국 특허 제5,371,686호에서의 평균 속도를 결정하기 위해 사용된다. 부가적인 정보로부터 예측할 수 없는 고유의 전기적 "화이트 노이즈(white noise ; 백색 소음)"로 인해, 상기 측정된 압력 파라메터 값은 측정 에러에 대한 노이즈 기여를 갖는다. 이들 센서들은 실제 압력과 신호 전압 출력 사이에서 선형 수리학적 관계를 갖는 것으로 더 가정한다. 이러한 관계가 단지 대략적이므로, 측정된 압력 파라메터 값은 측정 에러에 대한 비선형성 기여를 갖는다. 이들 센서들은 온도와 다른 물리적 파라메터에 의해 또한 영향을 받는다. 측정된 압력 파라메터 값은 측정 에러에 대한 간섭 기여를 갖는다.
다른 형태의 센서에서, 화학 유기물 증기 농도들은 유기물 증기 레별의 기능이 유기물 증기와 공기 중의 산소 사이의 경쟁으로 인해 변경될 때 그 저항을 전류로 변화시키는 산화 주석 비드(tin oxide bead)에 의해 검출된다. 유기물 증기들은 산화 주석을 금속 주석으로 환원시키는 반면에, 산소는 주석을 산화 주석으로 다시 산화시킨다. 주석과 산화 주석은 서로 다른 전기적 저항을 갖는다. 이러한 형태의 트랜스듀서에서, 상기 측정은 온도와 습도에 의해 영향을 받는다. 공기 중의 수증기와 온도는 산화 주석 비드의 저항에 영향을 받는다. 이러한 영향은 예를 들어 미국 특허 제6,123,904호에 개시된 바와 같은 유기 불순물을 위한 물 분석기와 같은 몇몇 다른 형태들의 기구들에서 사용된다. 상기 두 가지 실예는 노이즈, 비선형성 및 간섭에 의해 영향을 받는 많은 다른 형태의 장치들에 많은 다른 센서들이 있기 때문에 실예로서 제공되었다. 이들 센서들의 정확도와 정밀도는 출력 신호 전압이 온도 또는 습도와 같은 다른 물리적 조건에 의해 또한 영향을 받기 때문에 감소된다.
비선형성과 간섭에 의한 측정을 교정하기 위해 더 높은 차수(degree)의 다변수 다항식 보정 곡선(multivariant polynomial calibration curve)을 사용함으로써 측정 정밀도를 향상시키는 것이 공지되어 있다. 최소 제곱 회귀법(least squares regression method)을 포함하는 임의의 여러 방법들에 의해 다항식 보정 곡선에서 최적 계수의 항목들(terms)을 얻는 것이 공지되어 있다. 일반적으로, 보정 곡선은 마이크로컨트롤러(microcontroller)를 통하여 측정에 적용된다.
다항식 보정 곡선들을 사용하는 종래 기술에서, 다수의 항목들과 상기 항목 들의 차수와 같은 다항식의 일반적인 형태는 상기 계수들이 결정되기 전에 선택되어야 한다. 비록 다항식의 일반적인 형태가 보정 다항식의 사용으로부터 얻어진 정밀도에 커다란 영향을 미칠지라도, 몇몇 보정 필요성을 위해 완전하게 만족스러운 자동 접근법이 공지되어 있지 않다.
따라서, 본 발명의 목적은 보정 다항식을 제공하기 위해 분류학적 기술을 사용하는 측정 시스템을 보정하기 위한 신규한 기술을 제공하는 것이다.
본 발명의 상기 및 다른 목적에 따라, 적어도 제 1 값을 측정하기 위한 측정 기구는 상기 제 1 값 또는 파라메터를 나타내는 제 1 신호를 생성하기 위한 적어도 하나의 센서 또는 트랜스듀서와, 상기 제 1 값의 측정에 간섭하거나, 에러를 발생키기거나 또는 그 반대로 불명확하게 또는 부정확하게 되는 상기 제 1 값을 야기하는 값 또는 파라메터를 나타내는 제 2 신호를 생성하기 위한 적어도 하나의 다른 센서를 포함한다. 측정될 값을 검출하는 하나 또는 복수의 상기 센서들이 있고, 그리고 간섭, 에러 발생 또는 그 반대로 불명확하게 또는 부정확하하게 측정되는 값 또는 값들을 야기하는 값들을 측정하기 위해 하나 또는 복수의 센서들 또는 트랜스듀서들이 있다. 측정되는 값 또는 값들을 검출하기 위한 상기 센서 또는 센서들은 이후에 일차 센서 또는 트랜스듀서 또는 일차 센서들 또는 트랜스듀서들로서 참조되고, 측정되는 상기 값 또는 값들은 이후에 일차 값 또는 값들로서 참조될 것이다. 간섭, 에러 발생 또는 그 반대로 부정확하게 측정되는 상기 값을 야기하는 상기 값 또는 값들을 측정하는 센서 또는 센서들은 이후에 이차 센서 또는 센서들 또는 이차 트랜스듀서 또는 트랜스듀서들로서 참조된다. 일차 센서 또는 트랜스듀서에 의해 제공되는 신호는 본 명세서에서 일차 측정 신호로서 참조된다. 본 명세서에 기재되는 방법에 따라 일차 측정 신호의 교정으로부터 초래되는 신호는 이후에 보정 신호로서 참조된다.
본 명세서에서, 용어 "값(value)"과 용어 "파라메터(parameter)" 각각은 예를 들어 수심(水深)(the depth of water) 또는 압력 또는 온도 또는 에너지의 강도와 같은 검출되는 어떤 물리적 특성을 의미한다. 본 명세서에서 용어 "값"은 사람에 의해 사용되거나 이해되는 값들뿐만 아니라 사용되는 값들에 간섭하는 간섭 값들도 또한 포함한다. 예를 들어, 측정되는 값은 압력 센서에 의해 측정되는 압력일 수 있고, 간섭 관련 값(interference related value)은 압력 센서에 의해 제공되는 신호를 변경하는 온도일 수 있다.
상기 측정 기구는 보정 신호를 제공하기 위해 일차 측정 신호를 교정하기 위한 마이크로컨트롤러를 포함한다. 이후에, 이러한 신호와 간섭할 수 있는 값들은 간섭 관련 값들로서 참조되고, 이 간섭 관련 값들로부터 이차 센서 또는 트랜스듀서에 의해 생성된 상기 신호들은 간섭 관련 신호들로서 참조된다. 상기 신호들을 교정하기 위한 마이크로컨트롤러 또는 다른 장치들은 이후에 기준-최적화 교정 다항식 또는 곡선으로 또는 기준-최적화 보정 곡선 또는 다항식으로 참조되는 교정 다항식 또는 교정 곡선을 포함한다. 본 명세서에서, 용어 "기준-최적화 교정 다항식(criteria-optimized correction curve)" 또는 "기준-최적화 교정 곡선" 또는 "기준-최적화 보정 곡선(criteria-optimized calibration curve)" 또는 "기준-최적화 보정 다항식"은 하기에 기술되는 특정 절차를 사용하여 형성되는 관계를 의미한다. 기준-최적화 교정 다항식 또는 기준-최적화 교정 곡선은 간섭 관련 신호들과, 독립 변수들(independent varable)로서 이해관계의 교정되지 않은 값, 및 종속 변수로서 보정된 신호에 의해 지시된 바와 같은 측정되는 교정된 값을 포함한다.
마이크로컨트롤러는 일차 측정 신호와 하나 이상의 간섭 관련 신호들을 수신하기 위해 연결된다. 이것은 이해관계의 교정된 값을 나타내는 보정된 신호를 제공하여 마이크로컨드롤러가 간섭에 의한 일차 측정 신호를 교정하는 것을 가능하게 한다. 일 실시예에서, 측정 기구는 유동 베드내에서 유체 흐름의 용적율을 결정하기 위한 장치이다. 이러한 목적을 위해, 이 기구는 유동 베드내에서 유체 흐름의 평균율을 결정하기 위한 장치를 포함하고, 일차 센서는 유체를 위한 흐름 경로 하부에 위치된 압력 센서이다. 따라서, 일차 측정 신호는 유체의 깊이에 관한 것이다. 간섭 관련 센서는 본 실시예에서 온도 측정 센서이다.
본 실시예에서, 기준-최적화 교정 다항식은 독립 변수들로서 압력 센서와 온도 센서로부터의 그리고 종속 변수로서 깊이로부터의 신호들을 갖는다. 용적 흐름율은 물의 평균 유속과 수심을 곱함으로써 마이크로컨트롤러에 의해 계산된다. 적합한 실시예에서, 상기 평균 유속은 초음파 신호를 유동 베드의 유체내로 전달하고; 반사된 초음파 신호들을 수신하여; 대략적인 평균 속도를 계산하기 위해 상기 신호들을 사용함으로써 결정된다. 대략적인 평균 속도는 디지탈 신호들상에서 푸리에 변환(Fourier transform)을 실행하고, 그 기술 내용을 본 명세서에 참조를 위해 합체된 미국특허 제5,371,686호에 기재된 바와 같은 푸리에 변환 중 임의의 계수들을 평균함으로써 계산된다.
일 실시예에서, 기준-최적화 교정 다항식 또는 기준-최적화 교정 곡선을 형성하기 위한 절차는 예비 보정 다항식(preparatory calibration polynomail)을 복수의 독립 변수들로 형성하는 단계들을 포함한다. 이후에 일차 독립 변수로서 참조되는 독립 변수들 중 하나는 일차 측정 신호이다. 다른 독립 변수들은 간섭 관련 신호들이다. 종속 변수는 예를 들어 압력 센서로부터 간섭과 비선형성에 의해 교정된 일차 신호와 같은 수요가 많은(sought after) 측정된 값으로서 참조된다. 이 신호는 비록 보정된 신호가 아날로그 신호로부터 디지탈 신호로 변환되는 것에 의해 또는 상기 기구의 작동에 대해 충분한 다른 작동을 위한 적합한 회로의 다른 성분들에 따라 작동되는 것에 의해 더 변경될지라도 본 명세서에서는 보정된 신호로서 참조된다. 압력 센서가 침지되는 유체의 깊이를 지시하기 위해 이러한 압력 센서가 사용된다면, 활용되는 유니트내에서 물의 밀도를 반영하는 상수에 의해 곱해진 압력이 유체의 깊이를 지시하는 신호를 제공하기 때문에 종속 변수는 유체의 깊이 이다.
예비 보정 다항식은 그 항목으로서 측정 기구의 적용을 위한 종속 변수에서 요구되거나 또는 필요로 하는 정확도와 정밀도에 관련하는 기준에 의해 선택되는 차수로 상승되는 독립 변수를 포함한다. 정확도와 정밀도는 상기 기구의 유용성 또는 상기 기구를 사용하는 최종 절차의 필요성에 대해 중요하기 때문에 선택될 것이다. 예를 들어, 외과용 기구는 임의의 절차를 요구하거나 또는 안전성의 이유로 사용할 수 없다. 이 경우에, 환자의 안전성은 상기 기구의 정밀도를 결정하는 기준이다. 다른 한편, 정밀도는 사용되는 기구의 관점에서 선택된다. 독립 변수들의 차수와 교차 항목(cross term)의 수가 많으면 많을수록, 사용되는 마이크로컨트롤러 또는 다른 장치 또는 기술의 메모리가 많다. 따라서, 메모리의 크기가 제한된다면, 독립 변수들의 차수는 최종 측정의 정확도에 악역향을 미침에도 불구하고 제한될 것이다. 적합한 실시예에서, 상기 기준은 메모리의 크기 또는 마이크로컨트롤러의 속도일 수 있다.
독립 변수들의 가장 높은 차수가 선택되자마자, 예비 또는 작업 다항식은 복수의 항목들을 포함하여 형성된다. 각 항목은 그 내에서 독립 변수들 중 하나만을 가지나 예비 보정 다항식은 보다 낮은 차수의 변수들을 포함한다. 적합한 실시예에서, 이러한 점의 전개에서 준비된 예비 교정 다항식은 상기 보다 낮은 변수들 중 적어도 일부를 갖는 항목들을 포함한다. 적합한 실시예에서, 최상위로 선택된 차수로부터 제 1 차수까지 모든 차수들의 독립 변수들 중 하나 또는 모두가 포함된다. 예를 들어, 제 4 차수가 온도를 위해 선택된다면, 변수, C4T4는 계수 C4를 갖고, T3, T2 및 T와 같은 온도의 보다 낮은 모든 차수는 대응하는 계수 C3, C2 및 C1를 갖는다.
이 점에서, 교정 다항식의 전개시에 항목들은 그들 중 일부로서 복합 독립 변수들을 갖지 않는다. 두 개 이상의 독립 변수들의 적(product)을 포함하는 항목들은 이후에 교차 항목으로서 참조된다. 본 명세서에서, 상기 변수의 차수는 예를 들어 T4의 차수가 4로 되도록 상기 변수가 상승하는 거듭제곱(power)으로 참조된다.
상기 종속 변수, 독립 변수들 및 그들의 차수가 선택된 후에, 몇몇 교차 항목들은 예비 교정 다항식에 부가되고, 상기 계수는 최소 제곱 회귀법(least squares regression method)으로서 참조되는 잘 공지된 방법과 같은 어떤 공지된 방법을 사용하여 평가된다. 상기 계수들은 일차 및 이차 센서들을 포함하는 테스트 측정으로부터 얻어진 데이타를 사용하여 결정된다. 이점에 부가되는 교차 항목들은 보다 낮은 차수의 독립 변수들만을 적합하게 포함한다. 어떤 임의 수의 교차 항목들은 이 점에서 가능한 교차 항목들의 절반 이하를 선택하는 것이 요망되는 것외에는 아무것도 포함하지 않고 선택될 수 있다. 상기 변수들의 일반적인 형태가 종속 변수, 독립 변수들 및 상기 변수들의 선택된 차수를 갖는 교차 항목들을 포함하여 얻어진 후에, 상기 계수들이 평가된다.
상기 계수들은 테스트 측정으로부터 얻어진 데이타를 사용하여 평가된다. 보정된 신호들을 얻기 위해 상기 교정 다항식을 사용하여 할당된 기구는 테스트 구성 또는 특별 테스트 구성이 사용되면 작용할 것이다. 어느 경우에나, 일차 및 적어도 하나의 이차 트랜스듀서는 일차 값을 검출하기 위해 사용되고, 일차 값으로서 상기 간섭 관련 값 또는 값들은 보정된 신호를 결정하게 하는 측정가능한 방식으로 변화된다. 일차 값, 간섭 관련 값 및 교정된 값을 포함하는 각 데이타 세트가 얻어지고, 집합적으로 그들은 예비 교정 다항식들의 항목을 시험시에 사용된 데이타 베이스로 편집된다. 예를 들어, 압력 트랜스듀서는 일차 트랜스듀서일 수 있고, 서머스터(thermistor)는 이차 트랜스듀서일 수 있으며, 일차 트랜스듀서의 깊이는 종속 변수일 수 있다. 데이타는 수역(a body of water)내의 공지된 깊이에 상기 트랜스듀서들을 배치함으로써 수집되고, 깊이를 위한 교정 다항식의 계수들은 최소 제곱 회귀법과 같은 어떤 적합한 방법을 사용하여 알 수 있다. 이 점에서 그 전개시에 예비 교정 다항식은 본 명세서에서 제 1 스테이지 예비 교정 다항식으로서 참조된다.
제 1 스테이지 예비 교정 다항식이 형성된 후에, 제 2 스테이지 및 제 3 스테이지 예비 교정 다항식들은 보정된 신호를 계산하기 위해 사용되는 교정 다항식에 도달하는 최종 단계로 유도되어 형성된다. 제 2 스테이지 예비 교정 다항식들은 측정 정밀도에 최소 개량을 제공하는 항목들의 소거로부터 초래되고, 제 3 스테이지 교정 다항식들은 측정 정밀도에 최상의 개량을 제공하는 교차 항목들의 부가로부터 초래한다.
적합한 실시예에서, 제 2 및 제 3 스테이지 예비 교정 다항식들은 제 2 스테이지 및 제 3 스테이지 예비 교정 다항식들이 실질적으로 동일할 때까지 교대로 형성된다. 이 점에서, 제 2 스테이지 예비 교정 다항식으로부터 소거되는 항목은 제 3 스테이지 예비 다항식을 형성하기 위해 부가되거나 또는 제 3 스테이지 예비 교정 다항식을 형성하기 위해 부가되는 항목은 제 2 스테이지 교정 다항식을 형성하기 위해 제거된다. 이점에서 교정 다항식의 전개시에, 상기 다항식은 일관성(self-consistent)이 있다고 말한다. 적합한 실시예에서, 이러한 일관성있는 교정 다항식은 측정 기구에 의해 검출된 값들로부터 보정된 신호를 형성하기 위해 측정 기구에서 사용된다.
제 2 스테이지 예비 교정 다항식을 형성하기 위해, 제 1 스테이지 예비 다항식의 각 항목이 테스트되고, 상기 항목은 데이타 베이스로부터 상기 데이타를 사용하는 측정 정밀도를 최소로 향상하여, 복수의 데이타 세트들이 상기 제 2 스테이지 교정 다항식으로부터 소거된다. 일련의 제 2 스테이지 교정 다항식들은 측정 정밀도를 최소로 향상시키는 항목들을 소거함으로서 형성된다. 적합한 실시예에서, 항목들은 선택된 기준이 정합될 때까지 소거된다. 예를 들어, 항목들은 상기 다항식이 마이크로컨트롤러에 의해 선택된 메모리의 크기로 사용할 수 있을 때까지 또는 최소 기기의 정밀도를 향상시키는 항목들을 소거하고 최상의 정밀도를 향상시키는 항목들을 부가함으로서 형성되는 제 3 스테이지 예비 교정 다항식이 일관성있게 될 때까지 소거된다. 적합한 실시예에서, 일련의 제 2 스테이지 교정 다항식들은 제 3 스테이지 교정 다항식들의 형성과 연속적이 아니라 교호적이다.
제 2 스테이지 예비 교정 다항식을 형성할 시에 항목이 측정 정밀도를 최소로 향상시키는 것을 결정하기 위해, 일련의 시행(trial) 교정 다항식들이 형성된다. 시행 다항식은 상기 제 1 스테이지 교정 다항식으로부터의 항목을 소거하고, 시행 교정 다항식을 얻기 위해 제거되는 항목으로 상기 계수들을 결정하여, 다른 시행 교정 다항식들 보다 더 낮은 측정 정밀도를 향상시킨 시행 교정 다항식이 고려되는 것을 결정함으로써 형성된다. 이들 시행 다항식들은 시행 다항식이 종속 변수의 최상의 정밀도 및 정확도 결정을 제공하는 것을 결정하기 위해 비교된다. 상기 시행 교정 다항식은 상기 기준이 정합하거나 또는 상기 교정 다항식이 일관성있다면 항목들을 부가함으로써 형성되는 하나 이상의 가능한 제 3 스테이지 교정 다항식들을 제외하고는 최종 제 2 스테이지 예비 교정 다항식으로 초래되는 제 2 스테이지 예비 교정 다항식이 된다.
적합한 실시예에서, 제 2 스테이지 예비 교정 다항식들 각각은 제 1 또는 제 3 스테이지 예비 다항식 서로로부터 매 교차 항목의 소거로 형성된 매 시행 제 2 스테이지 다항식의 비교로부터 선택된다. 그러나, 교차 항목들에 부가하여 하나의 독립 변수만을 포함하는 항목들을 소거함으로써 양호한 결과를 얻을 수 있고, 다른 제 2 스테이지 교정 다항식들로 항목을 소거함으로써 형성되는 시행 교정 다항식을 형성하여 고려하고 및/또는 각 교차 항목의 소거에 의해 시행 다항식들을 형성하지 않으므로써 비교를 위해 더 적은 시행 교정 다항식들을 형성하나 시행 다항식을 형성하기 위해 소거되는 교차 항목들 중 일부만을 선택하는 것이 가능하다.
적합한 실시예에서, 제 2 스테이지 시행 교정 다항식들은 복수의 상이한 데이타 세트들을 사용하는 각 시행 교정 다항식을 위해 종속 변수를 여러 번 계산함으로써 비교된다. 계산된 값과 실제 값 사이의 편차는 상기 복수의 데이타 세트들 각각에서 각 시행 다항식을 위해 결정되고 이들 결과를 사용하여 비교가 이루어진다. 적합한 실시예에서, 몇몇 측정은 종속 변수를 위해 각각 미리 조절된 값으로 이루어진다. 예를 들면, 압력과 온도가 독립 변수들이고 수심이 종속 변수인 경우에, 압력과 온도의 몇몇 측정은 데이타 베이스를 생성하는 공지된 깊이에서 테스트 장치로 이루어진다. 각 시행 교정 다항식은 데이타 베이스에서 압력과 온도의 값들로부터의 깊이를 계산하기 위해 사용되고, 상기 계산된 깊이의 값은 데이타 베이스로부터의 복수의 데이타 세트들에서 데이타 베이스로부터 측정된 값들과 비교된다. 본 명세서에서 데이타 세트는 다양한 깊이, 온도 및 압력에서의 측정 세트이다. 여러 세트들은 각 교정 다항식에 의해 얻어지고, 각 시행 교정 다항식은 여러 세트들로 테스트된다.
적합한 실시예에서, 각 시행 교정 다항식을 위한 복수의 데이타 세트들로부터의 최대 편차는, 비록 부적합한 에러에 직접 관련되고 그리고 정밀도 향상시 상기 항목의 영향 또는 최대 편차 중 10 퍼센트 이내의 값과 같은 측정을 반영하는 어떤 다른 값이 사용될지라도 상기 항목이 폐기될 것으로 결정할시 사용되는 표준으로서 취해진다. 각 시행 교정 다항식을 위한 최대 편차의 평균이 계산되고 이것은 최하 평균 최대 편차를 야기하는 시행 교정 다항식을 결정하기 위해 사용된다. 최하 평균 최대 편차를 야기하는 제 2 스테이지 시행 교정 다항식은 제 2 스테이지 교정 다항식으로 취해진다. 비록 평균 최대 편차가 본 실시예에서 비교 표준으로서 사용될지라도, 예를 들어 평균 편차와 같은 편차의 중심 경향성(central tendency)의 어떤 다른 인디케이터는 더 정확하고 더 정밀한 측정을 제공하는 교정 다항식으로 초래되는 것을 제공하는 이러한 선택을 위해 사용될 것이다.
측정 정밀도를 향상시키기 위해, 새로운 교차 항목들은 시행 제 3 스테이지 예비 교정 다항식들을 형성하기 위해 한번에 하나씩 제 2 스테이지 예비 교정 다항식들에 부가된다. 각 시행 제 3 스테이지 예비 교정 다항식은 하나씩 부가된 교차 항목을 갖는 제 2 스테이지 예비 다항식의 항목들 모두를 포함한다. 시행 제 3 스테이지 교정 다항식들이 각각 계산되고, 측정 정밀도를 최상으로 향상시키는 교차 항목은 최종 제 3 스테이지 예비 다항식으로 남는다. 교차 항목이 부가될 때마다, 상기 모든 항목들의 계수들이 최적화되어, 부적합한 에러가 발견된다. 모든 부적합한 에러가 발견되면, 평균 최대 편차와 같은 중심 경향성 값은 부적합한 에러를 위해 결정된다. 시행 제 3 스테이지 교정 다항식에서 최하 평균 편차를 제공하는 교차 항목은 영구적으로 부가된다. 상기 절차로 얻어진 다항식들은 측정 기구를 보정하기 위해 사용될 것이다. 따라서, 측정 기구는 경제적으로 만들어지고 그럼에도 불구하고 고정밀도를 제공한다.
요약하면, 본 발명의 기구와 이것을 사용하는 방법은 여러 가지 장점들, 예를 들면 (1) 보다 용이하게 보정될 수 있고, (2) 그 몇몇 특성이 보다 용이하게 자동화되며, (3) 보다 정밀한 작동을 제공하는, 장점들을 갖는 것을 이해할 수 있다.
본 발명의 상기 목적들 및 다른 특징들은 첨부된 도면을 참조하면 하기 상세한 설명으로부터 더 양호하게 이해될 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 보정 곡선을 준비하기 위한 장치의 블록 다이아그램.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 기준-최적화 기구의 블록 다이아그램.
도 3은 기준-최적화 다항식 또는 곡선을 얻기 위한 흐름도.
도 4는 도 3의 공정에서 사용된 제 1 스테이지 다항식을 형성하기 위한 보조 공정의 흐름도.
도 5는 도 3의 공정에서 사용된 최상의 시행 제 2 스테이지 다항식을 선택하기 위한 보조 공정의 흐름도.
도 6은 도 3의 공정의 다른 단계를 실행하기 위해 내부에 침지되어 수심을 결정하기 위해 사용되는 압력 센서에 적용될 때의 공정의 흐름도.
도 7은 도 6의 흐름도의 일부를 보다 상세히 도시한 흐름도.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 용적 유속 계량기의 블록 다이아그램.
도 1에는 일차 트랜스듀서(primary transducer)(18), 이차 트랜스듀서(16), 보정 마이크로컨트롤러(calibration microcontroller)(14), 및 입출력 장치(12)를 갖는 보정 곡선 또는 다항식(calibration curve or polynomial)을 생성하기 위한 시스템(10)의 블록 다이아그램이 도시되어 있다. 시스템(10)에 의해 형성되는 보정 곡선은 때때로 본 명세서에 기술된 공정에 의해 형성되는 최적화 보정 곡선 또는 다항식으로서 참조되는 최적화 교정 다항식이다. 보정 마이크로컨트롤러(14)는 일차 트랜스듀서(18), 이차 트랜스듀서(16) 및 입출력 장치(12)와 전기적으로 연결되어 있다. 보정 마이크로컨트롤러(14)는 일차 트랜스듀서(18) 및 이차 트랜스듀서(16)로부터의 판독 값을 얻고 입출력 장치(12)의 제어 하에서 보정 곡선을 생성한다. 그런 다음 보정 곡선은 입출력 장치(12)를 통해서 다른 장치에 전달되거나 또는 하기에 더 상세히 기술되는 방식으로 일차 트랜스듀서(18)로부터 더 정밀한 출력을 얻기 위해 사용될 것이다.
일차 트랜스듀서(18)는 몇몇 적용에서 흥미로운 값을 나타내는 신호를 생성하는 경향이 있다. 이차 트랜스듀서(16)는 간섭 관련 값(interference related value)이다. 일차 트랜스듀서(18)로부터의 판독을 교정하여 간섭 관련 영향을 교정하기 위해 사용된다. 일차 트랜스듀서(18)에 의해 검출된 값은 일차 값이다. 일차 트랜스듀서(18)에 의해 생성된 전기 신호는 일차 측정 신호로서 참조되고, 교정 다항식에 의한 비선형성(nonlinearity)과 간섭을 위해 교정된 후에는 보정 신호로서 참조된다. 환경의 변화가 일차 측정 신호에 영향을 미치기 때문에, 이들 변화는 간섭 값들이다. 일차 값들과 간섭 값들은 실험 지점들을 고려할 수 있다. 이차 트랜스듀서(16)로부터의 간섭 관련 신호들은 이들이 측정 신호를 얻기 위한 목적을 위해 직접적으로 사용되지 않거나 또는 측정 신호를 얻기 위한 목적을 위해 사용되는 일차 트랜스듀서(18)의 판독으로부터 에러를 제거하기 위해서만 사용되기 때문에 이차로서 참조된다.
예를 들어 적합한 실시예에서, 시스템(10)은 공지된 유동 베드를 통해 평균 속도와 깊이를 측정하고 용적 유량을 결정하는 측정 기구에 사용되는 유체의 깊이에 의한 보정 곡선을 생성한다. 이러한 기구 및 시스템(10)에서, 일차 트랜스듀서(18)는 전기적 전압을 생성함으로써 압력에 반응하는 압력 센서이다. 일차 트랜스듀서(18)는 상기 기구내의 유동 베드 하부에 위치 설정되고 상기 시스템(10)에서 용기(20)내에 유체(22)의 상이한 공지된 깊이로 위치 설정된다. 이차 트랜스듀서(16)는 유체(22)의 온도에 반응하여 전압을 생성하는 서미스터(thermistor)이다. 온도는 일차 트랜스듀서(18)의 압력에 반응하는 전압을 변화시키기 때문에 상기 기구에서는 간섭이다.
적합한 실시예에서, 시스템(10)은 일차 트랜스듀서(18)의 유체 깊이, 온도 및 전압 출력에 상관하는 복수 세트의 데이타를 생성한다. 깊이 측정은 일차 측정 신호로 초래되는 일차 값이다. 각 세트의 데이타는 일차 측정 신호들인 일차 트랜스듀서(18)로부터의 출력 전압과, 일차 트랜스듀서(18)의 상이한 깊이에서 간섭 관련 값인 유체(22)의 온도의 복수의 판독을 포함한다. 예를 들면, 유체(22)는 온도 제어 장치(36)에 의해 특정 온도로 주어지고, 유체(22) 내의 일차 트랜스듀서(18)의 깊이는 용기(20)로부터 액체를 제거함으로써 변경되거나 또는 일차 트랜스듀서(18) 위의 유체는 일차 트랜스듀서(18)의 깊이를 변경함으로써 변경될 수 있다. 일차 트랜스듀서(18)로부터의 전압 출력은 일차 트랜스듀서(18)의 각 깊이에서 보정 마이크로컨트롤러(14)에서 판독되어 이에 기록되고, 그런 다음 상이한 온도와 깊이로 되는 유체(22)는 상이한 온도와 깊이들에서 한 세트의 깊이 및 온도 전압 데이터를 생성하여 기록하기 위해 판독치를 취해서 다시 변경된다. 이러한 공정은 여러 세트의 데이타를 생성하여 기록하기 위해 반복될 수 있다.
데이타 세트들은 일차 트랜스듀서(18)와 이차 트랜스듀서(16) 중 제 1의 하나로부터 일련의 출력 값들을 얻으므로써 얻어지는 한편, 일차 트랜스듀서(18)와 이차 트랜스듀서(16) 중 제 1의 하나가 제 1 자극 지점이고 일차 트랜스듀서와 이차 트랜스듀서의 다른 것이 상기 일련의 다른 자극 지점이다. 일련의 자극 값들 중 각각의 상이한 자극 값에서 일련의 출력 값들은 일차 및 이차 튜랜스듀서들로부 터 얻어진다. 일차 독립 변수(independent varable)는 일차 트랜스듀서(18)로부터 얻어진다. 본 명세서에서, 용어 "자극 지점(stimulating point)"은 독립 변수의 값을 의미한다. 예를 들어, 수평면(water level)이 종속 변수인 데이타 세트를 형성할 시에, 압력 센서(18)가 배치되는 상이한 레벨들은 각 자극 지점들이고, 측정에 의한 상이한 온도는 자극 지점들이다.
데이타 세트들은 예비 다항식의 한 항목(term)을 한번에 소거함으로써 예비 보정 다항식의 최하위 항목들을 소거하기 위해 사용된다. 나머지 항목들의 계수들이 결정되고, 최대 편차는 이 최대 편차가 상기 여러 항목들을 위해 결정될 때까지 결정된다. 최대 편차를 최상으로 증가시키는 항목들은 영구적으로 소거된다. 최하위 항목들이 보정 다항식으로부터 소거된 후에, 교차 항목들(cross term)은 한번에 부가되고, 교차 항목이 부가될 때마다 상기 다항식을 위한 계수들이 결정되며, 최대 편차는 소거된다. 최대 편차에서 최상의 효과를 갖는 교차 항목들은 영구적으로 부가된다.
일차 값은 일차 트랜스듀서(18)에 의해 검출되는 값이다. 본 실시예에서, 일차 값은 유체의 깊이이다. 일차 트랜스듀서(18)에 의해 생성된 전기적 신호는 일차 측정 신호로서 참조되고, 이것이 교정 다항식에 의해 비선형성과 간섭을 위해 교정된 후에 보정 신호로서 참조된다. 온도 변경이 압력 판독에 영향을 미치기 때문에, 온도 변경은 간섭 값들이다. 이차 트랜스듀서(16)는 온도를 측정하고, 이차 트랜스듀서(16)로부터의 신호들은 간섭 관련 신호들이다. 이차 트랜스듀서(16)로부터의 신호들은 이들이 흐름 스트림에서 물의 깊이도 평균 속도도 얻기 위한 목적 을 위해서 직접적으로 사용되지 않으나 이러한 목적을 위해 사용되는 일차 트랜스듀서(18)의 판독으로부터의 간섭을 제거하기 위해서 직접적으로 사용되지 않기 때문에 이차로서 참조된다.
보정 마이크로컨트롤러(14)는 적합한 실시예에서 수평면 또는 다른 압력 유도 수단인 복수의 데이타 포인트들에서 압력 센서(18)로부터의 출력 값의 판독을 얻는다. 수평면의 판독이 얻어지는 온도의 판독을 또한 얻는다. 모델의 프레임워크로서 작용하는 일반적인 형태의 다항식을 또한 수용하거나 또는 생성한다. 한편, 보정 마이크로컨트롤러가 도 1에서 참조되고, 도 1의 설명에서 이들 기능은 수동으로 또는 마이크로컨트롤러 또는 마이크로포로세서에 의해 실행되거나 또는 다른 목적과 보정을 위해 사용될 수 있다.
적합한 실시예에서, 다항식은 독립 변수로서 온도를 갖는 항목들, 독립 변수로서 압력을 갖는 항목들 및 온도와 압력의 합인 교차 항목들로 구성된다. 변수들의 차수(degree)(제곱 또는 지수(exponent))는 필요한 정밀도와 이용가능한 마이크로컨트롤러 메모리에 따라 선택된다. 시작 다항식의 계수들은 어떤 적합한 기술을 사용하는 데이타 세트로부터 결정된다. 적합한 실시예에서, 잘 공지된 최소 제곱 회귀법(least squares regression method)은 MathWorld - http://mathworld. wolfram.com/LeastSquaresFittingPolynomial.html로부터 에릭 더블유. 웨스테인(Eric W. Weisstein)의 "최소 제곱 고정---다항식(least squares fitting--polynomial)"에 기재된 바와 같이 사용된다. 이들 계수들이 발견된 후에, 최하위 교차 항목들이 소거되고, 설계 기준 내에 있는 최상위 교차 항목들은 하기에 기술 되는 방식으로 부가된다. 이러한 다항식은 측정 기구를 보정하기 위해 사용된다.
도 2에는 제어 및 계산 시스템(48), 제 1 센서(18), 제 2 센서(16), 제 3 센서(17), 및 정보 입출력 시스템(49)을 갖는 측정 기구(30)의 블록 다이아그램이 도시되어 있다. 제 1 센서(18)는 측정될 값을 검출하고 적합한 실시예에서 전기적 신호를 제어 및 계산 시스템(48)에 전달하는 일차 트랜스듀서이다. 이러한 신호는 환경으로 인해 왜곡될 수 있다. 온도 변경, 전자기장(electromagnetic field) 또는 다른 형태의 무선 주파수 간섭, 진동 또는 습기와 같은 환경 영향 등과 같은 여러 가지 다양한 간섭 원인이 있다. 제 2 및 제 3 센서들은 독립적으로 간섭 관련 원인을 측정하는 간섭 튜랜스듀서들이다. 제 2 센서(16)와 제 3 센서(17)로부터의 간섭 신호들은 제어 및 계산 시스템(48)에 또한 전달된다. 적합한 실시예에서, 제어 및 계산 시스템(48)은 기준-최적화 다항식인 보정 곡선 또는 다항식을 함유하는 마이크로프로세서를 포함한다.
이러한 구성에 대해, 제어 및 계산 시스템(48)으로의 입력은 정보 입출력 시스템(49)에 의해 판독되는 더 정밀한 신호로 초래된다. 적합한 실시예에서, 기준-최적화 기구(30)는 제 1 센서(18)가 압력 센서인 깊이 측정 시스템이다. 흐름 스트림 하부에 있는 이러한 압력 센서는 흐름 스트림에서 유체 수두로부터의 압력이고 제어 및 계산 시스템(48)에 전달되는 전기적 신호로 변환된다. 적합한 실시예에서, 하나의 간섭 센서만이 사용된다. 이러한 센서는 온도를 검출하는 제 2 센서(16)이다. 온도는 변화를 교정하기 위해 사용되고, 기준-최적화 다항식의 사용을 통한 제 1 센서(18)로부터의 신호 출력은 제어 및 계산 시스템(48)내의 마이크 로포로세서에 기록된다.
도 3에는 그 기본적인 단계들을 갖는 기준-최적화 기구를 보정할 시에 사용하기 위한 기준-최적화 다항식을 형성하는 방법의 흐름도(24)가 도시되어 있고, 상기 단계들은 제 1 스테이지 예비 보정 다항식을 형성하는 단계 26과, 한 세트의 시행(trial) 제 2 스테이지 다항식들을 생성하기 위해 제 1 또는 제 3 스테이지 다항식으로부터 한번에 한 항목을 소거하기는 단계 56과, 최상의 제 2 스테이지 예비 보정 다항식을 선택하는 단계 60과, 제 3 스테이지 예비 보정 다항식들을 형성하는 단계 66, 및 도 4에 완전히 도시된 바와 같은 최상의 시행 제 2 스테이지 다항식을 선택하는 단계 67을 포함한다.
제 3 스테이지 예비 보정 다항식들을 형성하는 단계 66은 항목이 미리 부가되어 소거되는 지를 단계 118이 결정하는 경우에만 실행된다. 항목이 미리 부가되어 소거된다면, 상기 다항식은 단계 78로 도시된 바와 같이 일관성(self-consistent)이 있어서, 보정 다항식의 형성은 완료한다. 유사하게, 프로그램(24)은 항목이 미리 부가되어 소거되지는 지를 단계 120이 결정하는 경우에만 한 세트의 시행 제 2 스테이지 다항식들을 생성하기 위해 제 1 또는 제 3 스테이지 다항식으로부터 한번에 한 항목을 소거하는 단계 56으로 복귀한다. 항목이 미리 부가되어 소거된다면, 다항식은 단계 78로 도시된 바와 같이 일관성이 있고, 보정 곡선은 결정된다.
단계 26에서 형성된 제 1 스테이지 다항식은 많은 항목들을 갖기 때문에, 한 세트의 많은 시행 제 2 스테이지 예비 다항식들은 단계 56에서 형성된다(소거되는 각 항목 마다 하나씩). 예를 들면, 제 1 스테이지 다항식이 세 개의 항목들을 포함한다면, 상기 세트의 시행 제 2 스테이지 예비 다항식들은 세 개의 다항식들을 포함한다. 다른 예로서, 제 1 스테이지 다항식이 y = C1X + C2X2 + C3XT 이면, 완성된 세트의 시행 제 2 스테이지 예비 다항식들은 y = C2X2 + C3XT , y = C1X + C3XT 및 y = C1X + C2X2 이다.
예비 제 2 스테이지 다항식에 부가되는 최상위 교차 항목들을 선택하기 위해서, 상기 공정은 단계 84(도 4 참조)에서 생성된 리스트로부터 하나의 새로운 교차 항목을 제 3 스테이지 시행 다항식을 형성하기 위해 제 2 스테이지 다항식에 부가하는 단계 66과, 최상의 시행 다항식을 선택하는 단계 67을 포함한다. 상기 세트의 제 3 스테이지 시행 다항식들은 단계 84(도 4 참조)에서의 리스트로부터 하나의 교차 항목을 제 2 스테이지 다항식에 부가함으로써 형성된다. 예를 들어, 단계 84(도 4 참조)에서의 리스트가 세 개의 교차 항목들을 함유한다면, 상기 세트의 제 3 스테이지 시행 다항들은 세개의 다항식들을 포함할 것이다. 부가적인 예로서, 교차 항목의 리스트가 교차 항목들인, X2T, X2T2 및 X3T 를 포함한다면, 그리고 제 2 스테이지 다항식이 y = C1X + C2X2 이라면, 완전한 세트의 제 3 스테이지 시행 다항식은 y = C1X + C2X2 + C3X2T, y = C1X + C2X2 + C3X2T2, 및 y = C1X + C2X2 + C3X3T 을 함유한다. 최상의 제 3 스테이지 시행 다항식을 선택하는 도 3의 단계 66에서의 상기 공정은 도 5와 관련하여 하기에 더 상세히 설명되는 공정 60에서 확대된다. 도 5의 공정 60은 제 2 스테이지 및 제 3 스테이지 시행 다항식 양자의 선택에 적용된다.
특히, 측정 기구에서 측정 정밀도는, 제 3 스테이지 예비 교정 다항식들을 형성하기 위해 새로운 교차 항목을 부가함으로써 선태된 기준 내에 머무르는 동안 증가한다. 부가되는 교차 항목들은 제 1 스테이지 예비 교정 다항식의 일부로 초기에 선택되는 교차 항목들을 제외하고는 제 1 스테이지 예비 교정 다항식들에서 독립 변수들로부터 형성되는 한 세트의 모두 가능한 교차 항목들로부터 선택된다. 초기 제 1 스테이지 예비 교정 다항식의 일부로 선택되는 항목들은 이들이 상술한 바와 같이 제 2 스테이지 예비 다항식을 형성할 시에 소거되지 않는한 제 2 및 제 3 예비 교정 다항식들에 잔류한다.
제 1 스테이지 예비 다항식에 부가하기 위해 고려되는 교차 항목들 각각은 제 3 스테이지 시행 교정 다항식에 이르는 하나의 단계로서 도 3의 단계 66에 도시된 바와 같은 제 2 스테이지 예비 교정 다항식에 부가된다. 적합한 실시예에서, 교차 항목들이 하나씩 부가되고, 그 후에 상기 다항식의 계수들이 제 3 스테이지 시행 교정 다항식을 형성하기 위해 최적화되며, 그런 다음 상술한 바와 같이 제 2 스테이지 예비 교정 다항식으로부터의 항목들을 소거하기 위해 사용되는 절차와 유사한 절차로 측정 정밀도를 향상시키는 교차 항목들을 선택하기 위해 평가된다.
적합한 실시예에서, 시행 교정 다항식들을 형성하기 위해 부가되는 교차 항 목들은 (1) 제 1 스테이지 예비 교정 다항식에 있지 않은 교차 항목들, 및 (2) 제 1 스테이지 예비 교정 다항식에서 독립 변수의 하위 또는 동등 차수에 대한 가장 높은 차수의 독립 변수를 포함하는 교차 항목이다. 예를 들어, 독립 변수들 중 하나에서 가장 높은 차수가 T4 라면, 보다 높은 차수의 독립 변수를 포함하기 위해 몇몇 상황 하에서 가능할 지라도 적합한 실시예에서 교차 항목들은 독립 변수들 T4, T3, T2 및 T 중 하나 이상을 포함하나 T5 를 포함하지 않는 교차 항목을 제공하기 위해 필요한 범위로 부가된다. 교차 항목들을 형성하기 위해 독립 변수들의 보다 낮은 차수들의 선택은 적합한 실시예에서 각 독립 변수를 위해 행해진다. 적합한 실시예에서, 하나의 새로운 교차 항목만은 하나 이상의 교차 항목이 포함될지라도 시행 다항식에 포함된다.
교차 항목이 부가될 때마다, 모든 항목들의 계수들이 평가되고, 부적합한 에러들은 제 2 스테이지 예비 교정 다항식들의 전개에 따라 기술되는 바와 같이 발견된다. 부적합한 에러들 모두가 발견될 때에, 평균 최대 편차와 같은 중심 경향 값은 부적합한 에러들을 위해 결정된다. 시행 제 3 교정 다항식에서 최하의 평균 편차를 제공하는 교차 항목은 영구적으로 부가된다. 측정 정밀도를 향상시키고 하나의 독립 변수만을 갖는 항목에서 가장 높은 차수의 독립 변수 보다 더 낮은 항목에서 독립 변수들을 갖는 교차 항목들은 예비 교정 다항식에 영구적으로 부가된다. 교차 항목들은 예비 교정 다항식들이 일관성(self-consistent)이 있거나 또는 제 1 스테이지 예비 교정 다항식에서 독립 변수의 가장 높은 차수 보다 더 낮거나 또는 동등한 차수의 독립 변수들을 가지는 교차 항목들 모두가 고려될 때까지 부가된다.
적합한 실시예가 제 1 스테이지 예비 교정 다항식에서 독립 변수 보다 더 낮은 차수의 독립 변수를 갖는 교차 항목들만을 포함하는 한편, 이것은 절대적으로 필요하지 않다. 설계 기준이 보다 높은 차수 변수들을 갖는 교차 항목들 또는 하나의 독립 변수만을 갖는 항목들을 부가함으로써 더 양호하게 된다면, 이들 항목들은 본 명세서에서 이러한 절차에 의해 평가될 수 있고, 평가 후에 선택될 것이며, 이들이 선택된 기준이라면 부가될 것이다. 따라서, 기준이 교정 다항식에 의해 요구되는 메모리 량에서 한계가 있고, 보다 큰 용량성 메모리가 제공된다면, 교정 다항식에 부가하기 위한 새로운 항목들은 이러한 절차에 따라 평가될 것이다.
적합한 실시예에서, 상기 공정 24는 항목이 미리 부가되어 소거될 때까지와 다항식이 일관성이 있는 것을 지시할 때까지 상기 단계들 56, 60, 118, 또는 66, 67 및 120을 계속한다. 언어 최적화 보정 곡선이 본 명세서에서 사용되는 동안, 이 보정 곡선은 본 발명의 범주 내에 있는 최적화 보정 다항식을 고려하여 가장 효과적인 형태로 완전하게 또는 완벽하게 전개될 필요가 없다. 단계 60과 66은 그들이 각 단계에서 증분적 향상을 만들기 때문에 어떤 고정된 지점에서 실행될 필요가 없다. 더욱이, 최하위 항목들의 소거는 충분한 항목들을 부가하는 단계와 교대될 필요도 없고 동일한 수의 항목들도 부가하여 소거될 필요도 없는 최상위 항목의 부가와 최하위 항목의 소거의 공정 중 하나만이 사용될 수 있다. 그러나, 적합한 실시예에서, 최하위 항목을 소거하는 단계와 더 높은 항목을 부가하는 단계가 번갈아 일어나고, 반복 공정은 항목들이 부가되는 단계 동안에 항목이 부가되어 소거될 때 까지 또는 항목이 이미 소거되어 부가될 때까지 계속된다. 이러한 점에서, 보정 곡선은 일관성 있다고 말한다.
도 4에는 기준을 위해 적합한 독립 변수들의 최대 차수를 선택하고 기준에 따른 다항식의 항목들의 수를 선택하는 단계 38과, 가능한 모든 교차 항목들의 리스트를 생성하는 단계 84와, 데이타 베이스을 얻는 단계 28(도 6 참조), 및 다항식의 차수까지 일차 독립 변수의 모든 제곱과 수개의 하위 제곱 교차 항목을 제 1 스테이지 예비 다항식으로 조합하는 단계 27을 포함하는 예비 다항식을 형성하기 위한 공정의 흐름도가 도시되어 있다. 제 1 스테이지 예비 다항식은 이러한 공정이 그들의 중요성에 따라 그들을 자동적으로 포함하기 때문에 특히 사용자가 그들 중요성의 순위(ranking)에 관해서 불확실하다면 교차 항목을 또한 포함하지 않는다.
독립 변수들의 최대 차수와 다항식의 항목들의 수의 선택은 기구의 복잡성과, 사용되는 메모리의 크기와, 얻어지는 측정 정밀도 사이의 절충을 일반적으로 포함한다. 측정 정밀도는 항목들의 수의 증가와, 변수들의 차수 및 교차 항목들의 수에 따라 증가한다. 다른 한편, 마이크로컨트롤러에 의해 실행되는 실시예에서, 항목들의 수의 증가와, 변수들의 차수, 및 교차 항목들의 수는 복잡성의 증가와 메모리의 크기를 요구한다. 적합한 실시예에서, 비록 본 명세서에 기재된 상기 공정들이 마이크로컨트롤러의 사용없이 수동으로 실행될지라도 마이크로컨트롤러는 사용된다.
독립 변수들의 가장 높은 차수가 선택되자 마자, 제 1 스테이지 예비 또는 작업 다항식은 복수의 항목들을 포함하여 형성된다. 이들 항목들 중 일부는 독립 변수들의 제곱을 포함하고, 다른 것들은 단계 84로 도시된 바와 같이 두개 이상의 독립 변수들의 합을 포함하는 교차 항목들이다. 두개 이상의 독립 변수들의 합을 포함하는 항목들은 본 명세서에서 교차 항목으로 참조된다. 상기 항목들을 위한 계수들은 잘 공지된 최소 제곱 회귀법과 같은 어떤 공지된 곡선 고정 방법을 사용하여 선택된다. 적합한 실시예에서, 최상위 선택된 차수로부터 제 1 차수까지 모든 차수의 독립 변수들 중 하나 또는 모두가 포함된다. 예를 들어, 제 4 차수가 온도를 위해 선택된다면, 변수 C4T4 는 계수 C4 를 갖고, T3, T2, 및 T1와 같은 온도의 하위 제곱들 모두는 대응하는 계수 C3, C2 및 C1를 갖는다.
도 5에는 데이타 베이스 내에서 하나의 데이타 세트에 다항식을 고정함으로써 시행 다항식의 항목들의 최적 계수들을 결정하는 단계 58과, 상기 단계 58에서 얻어진 다항식의 종속 변수와 데이타 세트에서 각 실험 지점을 위한 대응하는 종속 데이타 값과의 사이에서 편차 또는 부적합한 에러를 결정하는 단계 61, 및 특정 데이타 세트를 위한 최대 절대 값으로 상기 편차를 찾는 단계 62를 포함하는 최상의 시행 다항식을 선택하기 위한 공정(60)의 흐름도가 도시되어 있다. 상기 단계들 58, 61 및 62는 단계 63으로 도시된 바와 같이 데이타 베이스 내에서 각 데이타 세트를 위해 반복된다.
데이타 베이스의 분석을 완료한 후에, 데이타 베이스 내에서 모든 테이타 세트들을 위한 최대 편차들 모두의 평균 값은 단계 64에서 결정된다. 평균 최대 편차의 값은 특정 시행 다항식을 위한 중요성의 랭킹에 관한 것이다. 단계들 58, 61, 62 및 64는 그 중요성의 랭킹을 결정하기 위하여 다음 시행 다항식을 위해 단계 63으로 도시한 바와 같이 반복된다. 이러한 공정은 모든 시행 다항식들이 중요성으로 분류될 때까지 계속된다. 시행 다항식들 모두가 분류된 후에, 평균 최대 편차에 의한 최하위 값을 갖는 시행 다항식은 단계 65로 도시된 바와 같이 최상의 다항식으로 선택된다. 이러한 시행 다항식은 데이타 베이스와 함께 최소 편차 또는 부적합한 에러를 갖는다. 상기 공정(60)은 제 2 스테이지 및 제 3 스테이지 예비 보정 다항식들 양자에 동일하게 적용된다.
제 2 스테이지 예비 교정 다항식을 형성할 시에 항목이 측정 정밀도를 최소로 향상시키는 것을 결정하기 위해, 일련의 시행 교정 다항식들이 형성된다. 시행 다항식은 상기 제 1 스테이지 교정 다항식으로부터의 항목을 소거하고, 제 2 스테이지 시행 교정 다항식을 얻기 위해 제거되는 항목으로 상기 계수들을 결정하여, 고려되는 다른 제 2 스테이지 시행 교정 다항식들 보다 더 낮은 측정 정밀도를 향상시킨 제 2 스테이지 시행 교정 다항식들을 소거함으로써 형성된다. 이들 시행 다항식들은 시행 다항식이 종속 변수의 가장 정밀한 결정을 제공하는 것을 결정하기 위해 비교된다. 가장 정밀한 측정을 제공하는 제 2 스테이지 시행 교정 다항식은 제 2 스테이지 예비 교정 다항식으로 되고, 이는 상기 기준이 정합하거나 또는 상기 교정 다항식이 일관성있다면 항목들을 부가함으로써 형성되는 하나 이상의 가능한 제 3 스테이지 교정 다항식들을 제외하고는 최종 제 2 스테이지 예비 교정 다항식으로 초래된다.
적합한 실시예에서, 제 2 스테이지 예비 교정 다항식들 각각은 제 1 또는 제 3 스테이지 예비 다항식 서로로부터 매 교차 항목의 소거로 형성된 매 시행 제 2 스테이지 다항식의 비교로부터 선택된다. 그러나, 교차 항목들에 부가하여 하나의 독립 변수만을 포함하는 항목들을 소거함으로써 양호한 결과를 얻을 수 있고, 다른 제 2 스테이지 교정 다항식들로부터의 항목들을 소거함으로써 형성되는 시행 교정 다항식을 형성하여 고려하고 및/또는 각 교차 항목의 소거에 의해 시행 다항식들을 형성하지 않으므로써 비교를 위해 더 적은 시행 교정 다항식들을 형성하나 시행 다항식을 형성하기 위해 소거되는 교차 항목들 중 일부만을 선택하는 것이 가능하다.
적합한 실시예에서, 제 2 스테이지 시행 교정 다항식들은 복수의 상이한 데이타 세트들을 사용하는 각 시행 교정 다항식을 위해 종속 변수를 여러 번 계산함으로써 비교된다. 계산된 값과 실제 값 사이의 편차는 상기 복수의 데이타 세트들 각각에서 각 시행 다항식을 위해 결정되고 이들 결과를 사용하여 비교가 이루어진다. 적합한 실시예에서, 몇몇 측정은 종속 변수를 위해 각각 미리 조절된 값으로 이루어진다. 예를 들면, 압력과 온도가 독립 변수들이고 수심(the depth of water)이 종속 변수인 경우에, 압력과 온도의 몇몇 측정은 데이타 베이스를 생성하는 공지된 깊이에서 테스트 장치로 이루어진다. 각 시행 교정 다항식은 데이타 베이스에서 압력과 온도의 값들로부터의 깊이를 계산하기 위해 사용되고, 상기 계산된 깊이의 값은 데이타 베이스로부터의 복수의 데이타 세트들에서 데이타 베이스로부터 측정된 값들과 비교된다. 본 명세서에서 데이타 세트는 다양한 깊이, 온도 및 압력에서의 측정 세트이다. 여러 세트들은 각 교정 다항식에 의해 얻어지고, 각 시행 교정 다항식은 여러 세트들로 테스트된다.
적합한 실시예에서, 각 시행 교정 다항식을 위한 복수의 데이타 세트들로부터의 최대 편차는, 비록 부적합한 에러에 직접 관련되고 그리고 정밀도 향상시 상기 항목의 영향 또는 최대 편차 중 10 퍼센트 이내의 값과 같은 측정을 반영하는 어떤 다른 값이 사용될지라도 상기 항목이 폐기될 것으로 결정할시 사용되는 표준으로서 취해진다. 각 시행 교정 다항식을 위한 최대 편차의 평균이 계산되고 이것은 최하 평균 최대 편차를 야기하는 시행 교정 다항식을 결정하기 위해 사용된다. 최하 평균 최대 편차를 야기하는 제 2 스테이지 시행 교정 다항식은 제 2 스테이지 교정 다항식으로 취해진다. 비록 평균 최대 편차가 본 실시예에서 비교 표준으로서 사용될지라도, 예를 들어 평균 편차와 같은 편차의 중심 경향성의 어떤 다른 인디케이터는 더 정확하고 더 정밀한 측정을 제공하는 교정 다항식으로 초래되는 것을 제공하는 이러한 선택을 위해 사용될 것이다.
도 6에는 그 온도와 수평면이 제어되는 수조(water bath; 욕탕)에 압력 트랜스듀서 또는 센서 또는 서미스터를 배치하는 단계 88과, 수조와 수평면의 온도를 몇몇 선택된 초기 조건으로 설정하는 단계 90과, 데이타 세트를 형성하기 위해 복수의 수평면과 온도에서의 수평면과, 온도, 및 전압을 기록하는 단계 122, 및 데이타 세트가 완료된 후에 상이한 날짜 또는 상이한 센서 상에서 반복하는 부가적인 데이타 세트들을 계속하는 단계 128을 포함하는 복수의 데이타 세트들을 얻기 위한 공정(28)의 흐름도가 도시되어 있다.
도 7에는 수평면과 온도가 안정화될 때까지 기다리는 보조 단계 92와, 수평면 또는 트랜스듀서의 깊이, 온도 및 모든 트랜스튜서들로부터의 전압 신호 출력을 기록하는 보조 단계 94와, 새로운 조건을 위한 수평면 또는 온도 또는 양자를 재조절하는 단계와 모든 레벨과 온도가 기호화된다면 앞선 단계들 92, 94, 96을 단계 126에 도시한 바와 같이 반복하는 단계의 보조 단계 96를 구비하는 데이타 세트를 형성하기 위해 복수의 수평면과 온도로 수평면, 온도 및 전압을 기록하기 위한 단계 122의 흐름도가 도시되어 있다(도 6). 이들 단계들은 복수의 깊이들과 온도에서 데이타 관련 온도에 대한 압력 신호들이 얻어질 때까지 반복된다. 이들 단계들은 상기 도 1의 설명과 관련하여 더 상세히 기술된다. 물론, 트랜스듀서는 물 내에서 일 위치에 의한 복수의 온도를 위한 데이타를 얻기 위해 변화된 온도와 수조에서 단일 위치로 먼저 유지되고, 그런 다음 이들 단계들로 다시 변경된 상이한 깊이와 온도에 대해 이동된 트랜스듀서는 충분한 데이타가 얻어지나 이것이 더 시간 소비적 공정일 때까지 반복된다.
단계들 92, 94, 및 96은 하나의 데이트 세트만을 반복적으로 생성한다. 데이타 베이스는 집합 또는 복수의 데이타 세트들로 고려된다. 다른 한편, 데이타 세트는 상기 데이타 베이스의 보조세트이다. 데이타 세트는 특정 트랜스듀서 및 특정 날짜를 위한 보정 데이타만을 포함한다. 데이타 베이스는 모든 트랜스듀서와 모든 날짜를 위한 보정 데이타를 포함한다. 제 1 일째에 특정 트랜스듀서 상에 수집된 보정 데이타는 완전한 데이타 세트를 구성할 것이다. 다른 날짜에 동일한 트랜스듀서 상에 수집된 보정 데이타는 독립적이나 완전한 데이타 세트를 구성할 것이다. 다른 트랜스듀서 상에 수집된 보정 데이타는 또 다른 독립적이나 완전한 데이타 세트를 구성할 것이다. 모두 세개의 데이타 세트는 데이타 베이스에 함유될 것이다. 다른 경우에, 데이타 베이스는 복수의 데이타 세트로서 또한 참조된다.
상기 절차에 관하여, 기구는 간섭 및 비선형성에 의해 교정된 측정 값을 지시하는 보정 신호를 제공하기 위해 보정 다항식을 형성함으로써 보정된다. 보정 다항식을 준비하기 위해, 일차 독립 변수, 적어도 하나의 간섭 관련 독립 변수 및 일부 또는 전혀 없는 교차 항목을 포함하는 제 1 스테이지 예비 교정 다항식이 먼저 준비된다. 종속 변수, 일차 독립 변수 및 적어도 하나의 간섭 관련 독립 변수의 데이타 베이스인 복수의 데이타 세트들이 얻어진다. 데이타 세트들은 제 1 스테이지 예비 교정 다항식의 최하위 항목들을 소거하기 위해 그리고 상술한 바와 같은 최상위 교차 항목들을 부가하기 위해 사용된다.
기구를 만들시에, 설계 기준은 필요한 정밀성 또는 기구를 보정하기 위해 사용되는 메모리의 크기와 같은 것으로 선택되고, 기준-최적화 보정 곡선은 이러한 기준을 만족하기 위해 준비된다. 일차 트랜스듀서(18)와 적어도 하나의 이차 트랜스듀서(16)는 측정되는 값들과 측정 기구의 정밀성을 감소시키는 간섭 관련 신호들 또는 인수들을 검출하기 위해 선택된다. 마이크로컨트롤러(14)는 일차 트랜스듀서(18)에 의해 측정된 값을 교정하기 위해 프로그램된다. 기구는 부가적인 계산을 만들기 위해 이러한 교정된 값을 사용하고 및/또는 교정된 값의 디스플레이를 제공한다.
도 8에는 평균 속도 검출 시스템(114), 깊이 검출 시스템(116), 제어 및 계산 시스템(48A) 및 정보 입출력 시스템(49A)을 구비하는 용적 유동 메터(30A)의 블록 다이아그램이 도시되어 있다. 제어 및 계산 시스템(48A)은 평균 속도 검출 시 스템(114), 깊이 검출 시스템(116) 및 정보 입출력 시스템(49A)과 연통한다. 제어 및 계산 시스템(48A)은 (1) 정보 입출력 시스템(49A)으로부터 데이타 및 명령과 같은 입력 정보를 수신하고, (2) 이 정보를 정보 입출력 시스템(49A)에 제공하며, (3) 깊이 검출 시스템(116)으로부터 데이타와 정보를 수신하고, (4) 평균 속도 검출 시스템(114)으로부터의 전달 정보의 평균 시간을 수신한다. 깊이 검출 시스템(116)에서 수신된 데이타로부터 기준-최적화 다항식을 계산하거나 또는 이러한 정보를 정보 입출력 시스템(49A)을 통해 수신할 것이며, 깊이 정보와 평균 속도로부터 용적 유량을 계산할 것이다.
평균 속도 검출 시스템(114)은 자동 범위의 제어 하에서 및 임계 설정 시스템 하에서 초음파 도플러(Doppler) 송신기와 수신기를 포함한다. 속도 메터는 흐름 스트림의 대표적인 섹션을 통해서 또는 흐름 스트림의 전체 교차 섹션을 통해서 소리(sound)를 전달하고, 가장 빠른 푸리에 변환(Fourier transform) 분석기를 사용하여 디지탈화되고 분석되는 복잡한 신호를 다시 수신한다. 이러한 구성에 관해서, 수신 및 송신 트랜스듀서들(34, 32)은 흐름 스트림의 대표적인 부분(representative portion)에 비임을 방출하고 이 흐름 스트림의 대표적인 부분으로부터 반사를 수신하기 위해 수평 방향에 대해 직각으로 위치 설정된다.
측정 해상도는 흐름 스트림에서 가능한 속도 범위에 의해 야기된 주파수 변위의 전체 범위를 가로질러서 푸리에 변환 분석기의 각 항목에 의해 선택된 주파수 범위의 수에 의존한다. 이러한 예측된 속도 범위는 적합한 실시예에서 결정되고, 256 밴드의 주파수는 푸리에 변환 분석기의 포지티브 및 네가티브 항목들에 의해 선택된다.
본 명세서에서 용어 "대표적인 부분(representative portion)"은 용적을 갖는 전체 흐름 스트림의 일부를 의미하고, 이 용적은 대표적인 부분에서 상이한 속도에 대해 어떤 다른 작은 반사 부분과 동일한 속도를 갖는 전체 흐름 스트림의 반사 부분의 크기와 동일한 비율인 반사 부분을 갖는 흐름 스트림의 보다 작은 부분의 속도들 각각에 의한 유체 스트림에 대해 전체 흐름 스트림에서 유동하는 각 속도에서 유체 스트림의 더 작은 부분 내에 포함한다. 상기 비례는 흐름 스트림을 절단하는 가상 평면으로부터라기 보다는 유체의 용적으로부터의 신호를 반사함으로써 부분적으로 달성될 수 있다.
대표적인 부분의 이러한 한정에서, 대표적인 부분에서 특정 속도로 유동하는 각 유닛 영역은 상기 유량으로 유동하는 매 다른 교차 단면적과 동일한 비율인 상기 비율로 유동하는 전체 흐름 스트림의 유체 영역에 대한 비율을 갖는다. 따라서, 이러한 대표적인 부분은 전체 흐름 스트림의 평균 유량을 정확하게 반영한다.
실제로, 흐름 스트림의 전체 교차 단면적 또는 정확하게 대표적인 부분인 부분 중 어느 하나의 적합한 샘플에 대해 부족하기 때문에 약간의 부정확성은 항상 발생한다. 이것이 전체 교차 단면적 보다 대표적인 부분을 활용하는 것이 더 용이하기 때문에, 적합한 실시예는 대표적인 부분을 활용하고, 초음파가 반사되는 각도를 선택하고 각 속도에서 유동하는 유체의 비례 량이 수신 트랜스듀서 또는 트랜스듀서들(34)에서 신호를 반사하도록 수신되는 각도를 선택함으로써 이러한 대표적인 부분에 적합하게 도달한다. 상기 에러는 상기 반사된 신호가 코운(cone)으로서 고 려될 때에 트랜스듀서와 수직한 축에 대해 반사된 신호에서 대칭(symmetry)의 부족에 의해 야기된다. 그러나, 이것은 쉽게 교정될 수 있다. 상기 대칭의 부족은 2 퍼센트와 같은 고정된 인자 또는 상기 부적합한 양에 대한 다른 값을 사용함으로써 교정될 수 있다.
평균 속도 검출 시스템(114)은 입력 회로(40), 반사 처리 회로(42), 시간 제어 및 계산 시스템(48A), 정보 입출력 시스템(49A), 타이밍 회로(44) 및 신호 전송 발생기(46)를 부가로 포함한다. 입력 회로(40)는 그로부터 신호들을 수신하고, 그들 신호들을 자동 이득(gain) 제어로 증폭하여, 이 신호들을 컨덕터(74)를 통해서 반사 처리 회로(42)에 전달하기 위해 컨덕터(65)를 통해서 수신 트랜스듀서 또는 트랜스듀서 어레이(34)에 전기적으로 연결된다.
반사 처리 회로(42)는 (1) 진폭의 스캐닝 및 임계 값의 설정을 제어하는 컨덕터들(50, 52, 54, 및 58)을 통해서 타이밍 회로(44)에, 그리고 (2) 시간 제어 및 계산 시스템(48A)에 의해 사용하기 위한 데이타를 전달하는 컨덕터들(70, 72)을 통하고 시간 제어 및 계산 시스템(48A)으로부터 컨덕터(68)를 통해서 시간 제어 및 계산 시스템(48A)에 전기적으로 연결되고, 이로부터 신호들을 수신하는 회로는 시간 제어 및 계산 시스템(48A)으로 데이타 전송의 시간을 제어한다.
시간 제어 및 계산 시스템(48A)은 적합한 신호를 얻기 위해 자동 이득 제어 회로의 진폭 레벨을 조절하여 샘플 량과 주파수 차단 점을 입력 회로(40)에서 확립하고 전체 유량 메터(30A)의 동기화(synchronization)를 제어하기 위해 컨덕터들(63, 76)을 통해서 타이밍 회로(44)에 전기적으로 연결된다. 타이밍 회로(44)는 시간을 제어하기 위해 신호들을 전달하는 컨덕터(61)를 통해서 신호 전송 발생기(46)에 전기적으로 연결되고, 이점에서 신호 전송 발생기(46)는 컨덕터(67)를 통해서 송신 트랜스듀서 또는 트랜스듀서 어레이(32)에 신호들을 전달한다. 이들 신호들은 샘플 시간과 샘플 배수의 영역을 가로질러서 스캐닝하기 위해 전달된 초음파 신호들의 반복율 및 향상된 정밀도에 의한 비율을 제어한다.
압력 센서(18A)는 이에 깊이 정보를 전달하기 위해 시간 제어 및 계산 시스템(48A)에 전기적으로 연결되고, 컴퓨터 키보드와 다른 입력 장치를 포함하는 정보 입출력 시스템(49A)은 시간 제어 및 계산 시스템(48A)에 흐름 스트림의 단면적과 같은 정보를 제공한다. 이들 값들에 관해서, 시간 제어 및 계산 시스템(48A)은 흐름 스트림에서의 유동 면적과 평균 속도를 계산할 수 있고, 그로부터 본 기술 분야에 공지된 방식으로 흐름 스트림내의 유체 흐름의 비율을 계산한다.
일반적으로, 스트림의 전체 단면으로부터 도플러 변위 정보를 수신하기 위한 시도가 이루어졌다. 이 신호들은 실제 속도들과 이 속도들 각각의 단면적 모두를 나타내는 경향이 있다. 이들 속도들과 단면적은 곡선으로 나타나고, 이 속도들은 가로좌표로 나타나며, 단면적의 양은 각각의 그래프적으로 보았을 때에 세로좌표로서 속도 또는 작은 범위의 속도들을 갖는다. 이들 값은 속도와 이 속도를 갖는 영역으로서 수신된 초음파의 진폭을 나타내는 도플러 주파수 변위로 측정된다. 이 평균 속도 시스템은 미국특허 제5,777,892호에 매우 상세히 설명되어 있고, 그 기재 내용이 본 명세서에 참조로서 합체되었다.
기준-최적화 다항식의 다소 상세한 설명이 제공되는 반면에, 용어 "기준-최 적화 다항식"은 본 설명의 모든 특징에 제한되지 않는다. 용어 "기준-최적화 다항식"은 일차 독립 변수와 적어도 하나의 간섭 관련 독립 변수를 구비하는 예비 보정 다항식을 형성하는 단계와, 종속 변수, 일차 독립 변수 및 적어도 간섭 관련 독립 변수의 복수의 데이타 세트를 얻는 단계, 및 예비 보정 다항식의 최하위 항목들을 소거하거나 또는 일반적인 목적을 위해 제멋대로 선택된 기준이 적합하게 될 때까지 예비 보정 다항식에 최상위 교차 항목들을 부가하거나 또는 측정 정밀도를 향상시키는 교정 다항식을 제공하는 항목들을 부가하기 위해 데이타 세트들을 사용하는 단계를 포함하는 어떤 절차로서 참조된다.
본 명세서에서, 용어 "기준-최적화((criteria-optimized)"는 기구에 적용될 때에는 그 정밀도를 향상시키기 위해 기준-최적화 다항식을 사용하는 기구를 의미하고, 보정 곡선 또는 다항식에 적용될 때에는 상기 보정 곡선 또는 다항식이 일차 독립 변수 및 적어도 하나의 간섭 관련 독립 변수를 포함하는 예비 또는 예비 보정 다항식을 먼저 형성하고, 상기 다항식을 형성하기 전에 또는 후에 종속 변수, 일차 독립 변수 및 적어도 하나의 간섭 관련 독립 변수의 복수의 데이타 세트들을 얻고, 그런 다음 예비 보정 다항식의 최하위 항목들을 소거하거나 또는 최상위 항목들을 부가하기 위해 상기 데이타 세트를 사용함으로써 형성되는 것을 의미한다.
상기 설명으로부터, 본 발명의 기구와 이것을 사용하는 방법은 여러 가지 장점들, 예를 들면 (1) 보다 용이하게 보정될 수 있고, (2) 그 몇몇 특성이 보다 용이하게 자동화되며, (3) 보다 정밀한 작동을 제공하는, 장점들을 갖는 것을 이해할 수 있다.
본 발명의 적합한 실시예가 몇몇 특징으로 기재된 반면에, 상기 시스템에서 많은 변경과 변화는 본 발명으로부터 벗어남없이 가능하다. 따라서, 첨부된 청구범위의 범주내에서, 본 발명은 특정하게 기술된 것 이외에 다른 것을 예측할 수 있음을 이해해야 한다.
Claims (13)
- 값을 측정하고 보정된 신호를 제공하기 위한 측정 기구(30)로서,상기 값을 검출하고, 일차 측정 신호를 생성하는 적어도 하나의 일차 센서(18)와;상기 적어도 하나의 일차 센서(18)에 의해 생성된 상기 일차 측정 신호의 정밀도를 감소시키는 적어도 하나의 간섭 관련 값(interference related value)을 검출하기 위해 적어도 하나의 간섭 관련 신호를 생성하기 위한 적어도 하나의 이차 센서(16)에 의해 특정되는 마이크로컨트롤러(14)를 포함하고;상기 마이크로컨트롤러(14)는 상기 적어도 하나의 일차 측정 신호와, 독립 변수들(independent varable)로서 상기 적어도 하나의 간섭 관련 신호, 및 종속 변수로서 상기 보정된 신호를 구비하는 기준 최적화 교정 다항식(criteria optimized correction polynomial)을 포함하며;상기 마이크로컨트롤러(14)는 상기 적어도 하나의 일차 측정 신호와 상기 적어도 하나의 간섭 관련 신호를 수신하기 위해 연결되고,이에 의해 상기 마이크로컨트롤러(14)는 상기 보정된 신호를 제공하기 위해 상기 적어도 하나의 간섭 관련 신호에 의해 상기 적어도 하나의 일차 측정 신호를 교정하는 측정 기구.
- 제 1 항에 있어서,상기 측정 기구(30)는 유동 베드 내에서 유체 흐름의 용적량을 결정하기 위한 장치이고, 상기 유동 베드 내에서 유체 흐름의 평균율을 측정하기 위한 측정 장치를 포함하며,상기 적어도 하나의 일차 센서(18)는 압력 센서이고, 상기 유체를 위한 흐름 경로의 하부에 위치 설정되며, 이에 의해 상기 적어도 하나의 일차 측정 신호는 상기 유체의 깊이와 관련되고,상기 적어도 하나의 이차 센서(16)는 온도 측정 센서이고, 상기 기준-최적화 교정 다항식은 독립 변수들로서 깊이와 온도를 가지며,상기 마이크로컨트롤러(14)는 용적 속도를 제공하기 위해 측정된 값과 평균 속도를 곱하기 위한 수단을 부가로 포함하는 것을 특징으로 하는 측정 기구.
- 제 2 항에 있어서,상기 측정 장치는 상기 유동 베드(20) 내에서 상기 유체(22)내로 초음파 신호를 전달하기 위한 수단과; 반사된 초음파 신호들을 수신하기 위한 수단; 및 디지탈 신호들 상에서 푸리에 변환(Fourier transform)을 실행하여 상기 푸리에 변환의 계수들 중 임의를 평균화함으로써 대략적인 평균 속도를 계산하기 위해 디지탈 신호들을 활용하기 위한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 측정 기구.
- 제 2 항에 있어서,상기 측정 장치(20)는, 유체 스트림의 단면적의 적어도 대표적인 부 분(representative portion)을 가로지르는 각도로 유체 스트림안으로 초음파 신호를 전달하기 위한 수단;상기 유체의 단면적의 상기 적어도 대표적인 부분으로부터 반사된 초음파 신호들을 수신하기 위한 수단;상기 수신되어 반사된 초음파 신호를 상기 유체 스트림의 단면적의 상기 적어도 대표적인 부분으로부터의 반사를 나타내는 전기 신호로 변환하기 위한 수단; 및상기 유체 스트림의 대략적인 평균 속도를 계산하기 위해 상기 유체 스트림의 단면적의 상기 적어도 대표적인 부분으로부터의 반사를 나타내는 상기 전기 신호들 모두를 실질적으로 활용하는 단계를 포함하고;상기 유체 스트림의 대략적인 평균 속도를 계산하기 위해 상기 유체 스트림의 단면적의 상기 적어도 대표적인 부분으로부터의 반사를 나타내는 상기 전기 신호들 모두를 실질적으로 활용하는 상기 단계는 상기 전기 신호들 상에서 푸리에 변환을 실행하여 상기 푸리에 변환의 상기 계수들 중 임의를 평균하기 위한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 측정 기구.
- 제 1 항에 있어서,일차 값이 온도이고, 상기 적어도 하나의 일차 센서(18)는 유기물 증기 화확적 센서이며, 상기 적어도 하나의 이차 센서(16)는 습도를 측정하는 것을 특징으로 하는 측정 기구.
- 일차 독립 변수와 적어도 하나의 간섭 관련 독립 변수를 포함하는 예비 보정 다항식을 형성하는 단계;종속 변수, 상기 일차 독립 변수 및 상기 적어도 하나의 간섭 관련 독립 변수의 복수의 데이타 세트들을 얻는 단계;상기 예비 보정 다항식의 최하위 항목들(terms)을 소거하기 위해 상기 데이타 세트들을 사용하는 단계; 및최상위 교차 항목들(cross term)을 부가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 측정 기구 보정 방법.
- 제 6 항에 있어서,상기 예비 보정 다항식을 형성하는 단계는 다항식의 다수의 항목들을 선택하는 단계와; 낮은 차수(degree)의 교차 항목들을 부가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 측정 기구 보정 방법.
- 제 7 항에 있어서,상기 다항식의 다수의 항목들을 선택하는 단계는, 독립 변수의 가장 높은 차수의 최대 차수를 선택하는 단계와;상기 예비 보정 다항식의 복수의 항목들을 준비하는 단계로서, 상기 복수의 항목들 각각이 상기 독립 변수들 중 상이한 하나와 상기 독립 변수들 중 상이한 차 수를 포함하는, 준비 단계; 및몇몇 시행 교차 항목들을 부가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 측정 기구 보정 방법.
- 제 6 항에 있어서,상기 종속 변수, 상기 일차 독립 변수 및 상기 적어도 하나의 간섭 관련 독립 변수들의 복수의 데이타 세트들을 얻는 상기 단계는, 일차 트랜스듀서(18)와 이차 트랜스듀서(16) 중 제 1의 하나로부터 일련의 출력 값들을 얻는 단계로서, 일차 트랜스듀서(18)와 이차 트랜스듀서(16) 중 제 1의 하나가 제 1 자극 지점(stimuli point)이고, 일차 트랜스듀서(18)와 이차 트랜스듀서(16) 중 다른 하나가 일련의 다른 자극 지점인, 단계와; 상기 일차 및 이차 트랜스듀서들 중 다른 하나로부터 일련의 자극 값들 중 상이한 자극 값 각각에서 일련의 출력 값들을 얻는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 측정 기구 보정 방법.
- 제 6 항에 있어서,상기 예비 보정 다항식의 최하위 항목들을 소거하기 위해 상기 데이타 세트들을 사용하는 상기 단계는, 상기 예비 보정 다항식의 한 항목을 한번에 소거하는 단계; 나머지 항목들의 계수들을 결정하는 단계; 최대 편차가 상기 항목들 중 몇몇에 의해 결정될 때까지 최대 편차를 결정하는 단계; 및 상기 최대 편차에서 최소 영향을 갖는 항목들을 영구적으로 소거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 측정 기구 보정 방법.
- 제 6 항에 있어서,교차 항목들을 한번에 부가하는 단계; 교차 항목이 부가될 때마다 상기 다항식을 위한 계수들을 계산하는 단계; 상기 최대 편차를 결정하는 단계; 및 상기 최대 편차에서 가장 유익한 영향을 갖는 교차 항목들을 영구적으로 부가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 측정 기구 보정 방법.
- 설계 기준을 선택하는 단계;기준-최적화 보정 곡선을 준비하는 단계;일차 트랜스듀서(18)와 적어도 하나의 이차 트랜스듀서(16)를 선택하는 단계;상기 기준-최적화 보정 곡선을 사용하는 상기 일차 트랜스듀서(18)에 의해 측정된 값을 교정하기 위해 마이크로컨트롤러(48)를 프로그래밍하는 단계; 및상기 교정된 값을 사용하는 단계를 포함하는 기구 제조 방법.
- 제 12 항에 있어서,상기 기준-최적화 보정 곡선을 사용하는 상기 일차 트랜스듀서(18)에 의해 측정된 값을 교정하기 위해 마이크로컨트롤러(48)를 프로그래밍하는 상기 단계는, 항목들로서 일차 독립 변수와 적어도 하나의 간섭 관련 독립 변수를 포함하는 예비 보정 다항식을 형성하는 단계;종속 변수, 상기 일차 독립 변수 및 상기 적어도 하나의 간섭 관련 독립 변수의 복수의 데이타 세트들을 얻는 단계;상기 예비 보정 다항식의 최하위 항목들을 소거하기 위해 상기 데이타 세트들을 사용하는 단계; 및최상위 교차 항목들을 부가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기구 제조 방법.
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