KR20110009239A - 신호처리방법, 신호처리장치, 및 코리올리 유량계 - Google Patents

신호처리방법, 신호처리장치, 및 코리올리 유량계 Download PDF

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Abstract

적어도 1개, 혹은 한 쌍의 플로우 튜브에 작용하는 코리올리의 힘에 비례한 위상차 및/ 또는 진동 주파수를 검출하고, 피계측 유체의 질량 유량 및/또는 밀도를 얻는 코리올리 유량계에 있어서, 한 쌍의 진동 검출 센서인 속도 센서 혹은 가속도 센서로부터 출력되는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 A/D변환기와, 한 쌍의 진동 검출 센서에 대응하는 디지털 신호를 주파수 변환하는 한 쌍의 직교 주파수 변환기와, 한 쌍의 진동 검출 센서로부터 출력되는 어느 하나의 디지털 신호에 기초하여 주파수를 계측하는 주파수 계측기와, 상기 디지털 주파수 신호의 θ(1-1/N)의 주파수 신호를 생성하는 발신기를 구비하고, 직교 주파수 변환기에 의해서 생성된 신호를 이용하여 위상차를 얻도록 한다.

Description

신호처리방법, 신호처리장치, 및 코리올리 유량계{SIGNAL PROCESSING METHOD, SIGNAL PROCESSING DEVICE, AND CORIOLIS FLOWMETER}
본 발명은, 유관(流管)에 작용하는 코리올리의 힘에 비례한 위상차 및/또는 진동 주파수를 검출하는 것에 의해 피계측 유체의 질량 유량 및/또는 밀도를 얻는 코리올리 유량계에 관한 것이다.
코리올리 유량계는, 피측정 유체가 유통하는 유관의 양단을 지지하고, 그 지지점 둘레에 유관의 흐르는 방향과 수직인 방향으로 진동을 가했을 때에, 유관(이하, 진동이 가해질 유관을 플로우 튜브라고 한다)에 작용하는 코리올리의 힘이 질량 유량에 비례하는 것을 이용한 질량 유량계이다. 코리올리 유량계는 주지의 것이고, 코리올리 유량계에서의 플로우 튜브의 형상은 직관식과 만곡관식으로 대별되어 있다.
그리고, 코리올리 유량계는, 피측정 유체가 흐르는 측정관을 양단에서 지지하고, 지지된 측정관의 중앙부를 지지선에 대해, 직각인 방향으로 교번(交番) 구동했을 때, 측정관의 양단 지지부와 중앙부와의 사이의 대칭 위치에 질량 유량에 비례한 위상차 신호를 검출하는 질량 유량계이다. 위상차 신호는 질량 유량에 비례하고 있는 양이지만, 구동 주파수를 일정하게 하면, 위상차 신호는 측정관의 관측 위치에서의 시간차 신호로서 검출할 수 있다.
측정관의 교번 구동의 주파수를 측정관의 고유의 진동수와 동일하게 하면, 피측정 유체의 밀도에 따른 일정한 구동 주파수를 얻을 수 있어, 작은 구동 에너지로 구동하는 것이 가능해지기 때문에, 최근에는 측정관을 고유 진동수로 구동하는 것이 일반적이 되어 있고, 위상차 신호는 시간차 신호로서 검출된다.
직관식의 코리올리 유량계는, 양단이 지지된 직관의 중앙부 직관축에 수직인 방향의 진동을 가했을 때, 직관의 지지부와 중앙부와의 사이에서 코리올리의 힘에 의한 직관의 변위차, 즉 위상차 신호를 얻을 수 있어, 그 위상차 신호에 기초하여 질량 유량을 검지하도록 구성되어 있다. 이러한 직관식의 코리올리 유량계는, 심플, 컴팩트하고 견고한 구조를 가지고 있다. 그러나, 높은 검출 감도를 얻을 수 없다고 하는 문제점도 더불어 가지고 있다.
이것에 대해서, 만곡관식의 코리올리 유량계는, 코리올리의 힘을 유효하게 취출하기 위한 형상을 선택할 수 있는 면에서, 직관식의 코리올리 유량계보다 뛰어나, 실제로, 고감도의 질량 유량을 검출할 수 있다.
그리고, 플로우 튜브를 구동하기 위한 구동수단으로서는, 코일과 마그넷의 조합으로 이용되는 것이 일반적으로 되어 있다. 그 코일과 마그넷의 부착에 관해서는, 플로우 튜브의 진동 방향에 대해서 오프셋하지 않는 위치에 부착하는 것이, 코일과 마그넷의 위치 관계의 엇갈림을 최소로 하는데 있어서 바람직하다. 따라서, 병렬로 2개의 플로우 튜브를 구비하는 만곡관식의 코리올리 유량계와 같은 2개의 병렬 플로우 튜브에서는, 코일과 마그넷을 끼워 넣는 상태로 부착되어 있다. 그 때문에, 마주하는 2개의 플로우 튜브의 거리가 적어도 코일과 마그넷을 끼워 넣는 분량만큼 멀어지는 설계가 이루어지고 있다.
2개의 플로우 튜브가 각각 평행하는 면내에 존재하는 코리올리 유량계로서, 입구지름이 큰 코리올리 유량계나 플로우 튜브의 강성이 높은 코리올리 유량계의 경우에는, 구동수단의 파워를 높일 필요가 있기 때문에, 큰 구동수단을 2개의 플로우 튜브의 사이에 끼워넣지 않으면 안된다. 그 때문에, 플로우 튜브의 근원인 고정 단부에서도, 그 플로우 튜브끼리의 거리가 필연적으로 넓어지도록 설계되어 있다.
일반적으로 알려져 있는 U자관의 측정 튜브로 이루어지는 코리올리 유량계 (1)는, 도 16에 도시하는 바와 같이, 2개의 U자관 형상의 측정 튜브(2, 3)의 검출기(4)와 변환기(5)를 가지고 구성되어 있다.
측정 튜브(2,3)의 검출기(4)에는, 측정 튜브(2,3)를 공진 진동시키는 가진기 (加振器: 6)와, 상기 가진기(6)에 의해서 진동했을 때에 측정 튜브(2,3)의 좌측에 생기는 진동속도를 검출하는 좌측 속도 센서(7)와, 상기 가진기(6)에 의해서 진동했을 때에 측정 튜브(2,3)의 우측에 생기는 진동속도를 검출하는 우측 속도 센서 (8)와, 진동속도 검출시의 측정 튜브(2,3)내를 흐르는 피측정 유체의 온도를 검출하는 온도 센서(9)를 구비하고 있다. 이들 가진기(6)와, 좌측 속도 센서(7)와, 우측 속도 센서(8)와, 온도 센서(9)는, 각각 변환기(5)에 접속되어 있다.
이 코리올리 유량계(1)의 측정 튜브(2,3)내에 흐르는 피측정 유체는, 측정 튜브(2,3)의 우측{우측 속도 센서(8)가 설치되어 있는 측}으로부터 좌측{좌측 속도 센서(7)가 설치되어 있는 측}으로 흐르게 되어 있다.
따라서, 우측 속도 센서(8)에 의해서 검출되는 속도신호는, 측정 튜브(2,3)에 유입하는 피측정 유체의 입구측 속도신호가 된다. 또한, 좌측 속도 센서(7)에 의해서 검출되는 속도신호는, 측정 튜브(2,3)로부터 유출되는 피측정 유체의 출구측 속도신호가 된다.
한편, 진동속도를 검출하는 좌측 속도 센서(7), 우측 속도 센서(8)는, 각각 가속도 센서이더라도 물론 좋다.
코리올리 유량계 변환기(5)는, 도 17에 도시하는 바와 같이 블록 구성을 가지고 있다.
이 코리올리 유량계 변환기(5)는, 구동 제어부(10)와, 위상 계측부(11)와, 온도 계측부(12)에 의해서 구성되어 있다.
즉, 코리올리 유량계 변환기(5)는, 입출력 포트(15)를 가지고 있다. 이 입출력 포트(15)에는, 구동 제어부(10)를 구성하는 구동신호 출력단자(16)가 설치되어 있다. 구동 제어부(10)는, 측정 튜브(2,3)에 부착된 가진기(6)에, 소정의 모드의 신호를 구동신호 출력단자(16)로부터 출력하고, 측정 튜브(2,3)가 공진 진동시키고 있다.
이 구동신호 출력단자(16)에는, 증폭기(17)를 개재하여, 구동 회로(18)가 접속되어 있다. 이 구동 회로(18)에서는, 측정 튜브(2,3)를 공진 진동시키는 구동 신호를 생성하고, 상기 구동 신호를 증폭기(17)에 출력한다. 이 증폭기에서는, 입력한 구동 신호를 증폭하여, 구동신호 출력단자(16)로 출력한다. 이 구동신호 출력단자(16)에서는, 증폭기(17)로부터 출력되어 오는 구동 신호를 가진기(6)로 출력한다.
또한, 입출력 포트(15)에는, 가진기(6)에 의해서 진동했을 때에 측정 튜브 (2,3)의 좌측에 생기는 진동속도의 검출신호를 입력하는 좌측 속도신호 입력단자 (19)가 설치되어 있고, 이 좌측 속도신호 입력단자(19)는, 위상 계측부(11)를 구성하고 있다.
또한, 입출력 포트(15)에는, 가진기(6)에 의해서 진동했을 때에 측정 튜브 (2,3)의 우측에 생기는 진동속도의 검출신호를 입력하는 우측 속도신호 입력단자 (20)가 설치되어 있고, 이 우측 속도신호 입력단자(20)는, 위상 계측부(11)를 구성하고 있다.
위상 계측부(11)는, 측정 튜브(2,3)에 부착된 가진기(6)에, 소정의 모드의 신호를 구동신호 출력단자(16)로부터 출력하고, 가진기(6)에 의해서 측정 튜브 (2,3)를 진동했을 때의 한 쌍의 속도 센서의 진동 신호를 A/D 변환하여 디지털 변환 처리를 한 후, 변환된 신호의 위상차를 구하고 있다.
좌측 속도신호 입력단자(19)에는, 증폭기(21)의 입력단자가 접속되어 있고, 이 증폭기(21)의 출력단자에는, A/D 변환기(22)가 접속되어 있다. 이 A/D 변환기 (22)에서는, 좌측 속도신호 입력단자(19)로부터 출력되는 진동 신호를 증폭기(21)로 증폭한 아날로그 신호를 디지털 값으로 변환하고 있다.
A/D 변환기(22)에는, 연산기(23)가 접속되어 있다.
또한, 우측 속도신호 입력단자(20)에는, 증폭기(24)의 입력단자가 접속되어 있고, 이 증폭기(24)의 출력단자에는, A/D 변환기(25)가 접속되어 있다. 이 A/D 변환기(25)에서는, 우측 속도신호 입력단자(20)로부터 출력되는 진동 신호를 증폭기 (24)로 증폭한 아날로그 신호를 디지털 값으로 변환하고 있다.
그리고, A/D 변환기(25)에서 출력되는 디지털 신호는, 연산기(23)에 입력된다.
또한, 입출력 포트(15)에는, 온도 센서(9)로부터의 검출치를 입력하는 온도 계측부(12)를 구성하는 온도신호 입력단자(26)가 설치되어 있다. 온도 계측부(12)는, 측정 튜브(2,3)내에 설치되어 측정 튜브(2,3)내의 온도를 검출하는 온도 센서 (9)에 의한 검출 온도에 의해서 튜브 온도의 보상을 행하고 있다.
이 온도 센서(9)에는, 일반적으로 저항형 온도 센서가 이용되고 있고, 저항치를 계측하는 것에 의해서 온도를 산출하고 있다.
온도신호 입력단자(26)에는, 온도 계측회로(27)가 접속되어 있고, 이 온도 계측회로(27)에 의해서 온도 센서(9)로부터 출력되는 저항치에 기초하여 측정 튜브 (2,3)내의 온도를 산출하고 있다. 이 온도 계측회로(27)에서 산출한 측정 튜브 (2,3)내의 온도는, 연산기(23)에 입력되도록 되어 있다.
이러한 코리올리 유량계(1)에 의한 위상 계측방법은, 측정 튜브(2,3)에 부착된 가진기(6)로부터, 측정 튜브(2,3)에 1차 모드로 진동이 주어져, 이 진동이 주어진 상태에서, 측정 튜브(2,3)내에 피측정 유체가 흐르면, 측정 튜브(2,3)에 위상 모드가 생성된다.
따라서, 코리올리 유량계(1)의 우측 속도 센서(8)로부터의 신호(입구측 속도신호)와 좌측 속도 센서(7)로부터의 신호(출구측 속도신호)는, 이 2개의 신호가 중첩된 형태로 출력된다. 이 2개의 신호가 중첩된 형태로 출력되는 신호는, 유량 신호 뿐만이 아니라 불필요한 노이즈 성분을 많이 포함하고 있고, 또한 계측 유체의 밀도 변화 등에 의해서도 진동수가 변화해 버린다.
그 때문에, 좌측 속도 센서(7)와 우측 속도 센서(8)로부터의 신호중, 불필요한 신호를 없앨 필요가 있다. 그러나, 좌측 속도 센서(7)와 우측 속도 센서(8)로부터의 신호중, 불필요한 신호를 제거하고, 위상을 계산하는 것은 매우 어렵다.
또한, 코리올리 유량계(1)는, 매우 고정밀한 계측과 고속인 응답성이 요구되는 것이 종종 있다. 이 요구를 만족하기 위해서는, 매우 복잡한 연산과 높은 처리 능력을 가진 연산기를 필요로 하고, 코리올리 유량계(1) 그 자체가 매우 고가인 것이 되어 있다.
이러한 것으로부터, 코리올리 유량계(1)에는, 항상 계측 주파수에 맞춘 최적인 필터와 고속의 연산 방법을 겸비한 위상차 계측방법의 확립이 필요하게 된다.
종래의 유량을 계산하기 위한 위상차 계측방법에 있어서, 노이즈를 제거하기 위한 필터 처리방법으로서는, 아날로그 필터를 이용한 방법과, 디지털 필터를 이용한 방법이 있다.
아날로그 필터를 이용한 방법은, 비교적 염가로 구성할 수 있다(예를 들면, 일본 공개특허공보 평성 2-66410호, 일본 특허공표공보 평성10-503017호 참조). 그러나, 이 일본 공개특허공보 평성 2-66410호, 일본 특허공표공보 평성 10-503017호에서 필터의 능력을 올리는 것에는 한계가 있어, 코리올리 유량계의 필터로서는, 충분하지 않다고 하는 문제점이 있다.
최근, 디지털 신호처리를 이용한 코리올리 유량계가 많이 개발되어 있고, 종래의 유량을 계산하기 위한 위상차 계측방법에 있어서, 노이즈를 제거하기 위한 필터 처리방법으로서 디지털 필터를 이용한 방법이 개발되어 있다.
디지털 신호처리를 이용한 코리올리 유량계의 타입으로서는, 종래, 푸리에 변환을 이용하여 위상을 계측하는 방법(예를 들면, 일본특허공보 제2799243호 참조), 노치 필터(notch filter), 밴드패스 필터(band-pass filter) 등의 필터 테이블을 갖는 것에 의해서, 입력 주파수에 맞춘 최적인 테이블을 선택하여, 위상을 계측하는 방법(예를 들면, 일본 특허공보 제2930430호, 일본 특허공보 제 3219122호 참조) 등이 있다.
《푸리에 변환을 이용한 위상 계측방법》
푸리에 변환을 이용한 위상 계측방법에 의한 코리올리 유량계 변환기는, 도 18에 도시하는 바와 같이 블록 구성을 이용하여 행하여진다.
도 18에 있어서, 좌측 속도 센서(7)에 의해서 검출되는 가진기(6)에 의해서 진동했을 때에 측정 튜브(2,3)의 좌측에 생기는 진동속도의 검출신호(출구측 속도신호)를 입력하는 입출력 포트(15)에 설치되어 있는 좌측 속도신호 입력단자(19)에는, 로우패스 필터(low pass filter: 30)가 접속되어 있다. 이 로우패스 필터(30)는, 가진기(6)에 의해서 측정 튜브(2,3)를 진동했을 때에, 측정 튜브(2,3)의 좌측에 생기는 진동속도를 검출하는 좌측 속도 센서(7)로부터 출력되는 좌측 속도신호(출구측 속도신호)를 주파수 필터를 통하여, 낮은 주파수의 좌측 속도신호(출구측 속도신호)만을 추출하는 회로이다.
이 로우패스 필터(30)에는, A/D컨버터(31)가 접속되어 있다. 이 A/D컨버터(31)는, 로우패스 필터(30)로부터 출력되어 오는 아날로그 신호인 좌측 속도신호를 디지털 신호로 변환하는 것이다. 이 A/D컨버터(31)에서 디지털 신호로 변환된 좌측 속도신호는, 위상차 계측기(32)에 입력된다.
또한, 이 A/D컨버터(31)에는 타이밍 발생기(33)가 접속되어 있다. 이 타이밍 발생기(33)는, 입력 주파수의 M배(M은 자연수)의 샘플링의 타이밍을 생성하는 것이다.
한편, 우측 속도 센서(8)에 의해서 검출되는 가진기(6)에 의해서 진동했을 때에 측정 튜브(2,3)의 우측에 생기는 진동속도의 검출신호(입구측 속도신호)를 입력하는 입출력 포트(15)에 설치되어 있는 우측 속도신호 입력단자(20)에는, 로우패스 필터(34)가 접속되어 있다. 이 로우패스 필터(34)는, 가진기(6)에 의해서 측정 튜브(2,3)를 진동했을 때에, 측정 튜브(2,3)의 우측에 생기는 진동속도를 검출하는 우측 속도 센서(8)로부터 출력되는 우측 속도신호(입구측 속도신호)를 주파수 필터를 통하여, 낮은 주파수의 우측 속도신호(입구측 속도신호)만을 추출하는 회로이다.
이 로우패스 필터(34)에는 A/D컨버터(35)가 접속되어 있다. 이 A/D컨버터 (35)는, 로우패스 필터(34)로부터 출력되어 오는 아날로그 신호인 우측 속도신호를 디지털 신호로 변환하는 것이다. 이 A/D컨버터(35)에서 디지털 신호로 변환된 우측 속도신호는, 위상차 계측기(32)에 입력된다.
또한, 이 A/D컨버터(35)에는, 타이밍 발생기(33)가 접속되어 있다. 이 타이밍 발생기(33)는, 입력 주파수의 M배(M은 자연수)의 샘플링의 타이밍을 생성하는 것이다.
또한, 우측 속도 센서(8)에 의해서 검출되는 가진기(6)에 의해서 진동했을 때에 측정 튜브(2,3)의 우측에 생기는 진동속도의 검출신호(입구측 속도신호)를 입력하는 입출력 포트(15)에 설치되어 있는 우측 속도신호 입력단자(20)에는, 주파수 계측기(36)가 접속되어 있다. 이 주파수 계측기(36)는, 우측 속도 센서(8)에 의해서 검출되는 가진기(6)에 의해서 진동했을 때에 측정 튜브(2,3)의 우측에 생기는 진동속도의 검출신호(입구측 속도신호)의 주파수를 계측하는 것이다.
이 주파수 계측기(36)에는, 타이밍 발생기(33)가 접속되어 있다. 이 주파수 계측기(36)에서 계측된 주파수는, 타이밍 발생기(33)로 출력되어 타이밍 발생기 (33)에서 입력 주파수의 M배(M은 자연수)의 샘플링의 타이밍이 생성되어 A/D컨버터 (31,35)에 출력된다.
이 위상차 계측기(32)와, 타이밍 발생기(33)와, 주파수 계측기(36)에 의해서 위상 계측 연산기(40)가 구성되어 있다.
도 18에 도시하는 바와 같이 구성되는 푸리에 변환을 이용한 위상 계측방법에서는, 우측 속도 센서(8)로부터의 입력신호(입구측 속도신호)가, 우선, 주파수 계측기(36)에 입력되어 주파수가 계측된다. 이 주파수 계측기(36)에서 계측된 주파수는, 타이밍 발생기(33)에 입력되고, 이 타이밍 발생기(33)에서는, 입력 주파수의 M배(M은 자연수)의 샘플링의 타이밍이 생성되어, A/D컨버터(31,35)에 입력된다.
또한, A/D컨버터(31)에서 디지털 신호로 변환된 측정 튜브(2,3)의 좌측에 생기는 진동속도의 검출신호(출구측 속도신호)와, A/D컨버터(35)에서 디지털 신호로 변환된 측정 튜브(2,3)의 우측에 생기는 진동속도의 검출신호(입구측 속도신호)는, 위상차 계측기(32)에 입력된다. 그리고, 이 위상차 계측기(32)에서, 내장되는 디스크리트 푸리에 변환기(Discrete Fourier Transform: DFT)에 의해 푸리에 변환되어, 그 변환된 신호의 실수 성분과 허수 성분과의 비(比)로부터 위상차가 연산된다.
《디지털 필터를 이용한 위상 계측방법》
디지털 필터를 이용한 위상 계측방법에서의 코리올리 유량계 변환기에 대해서, 도 19, 도 20에 도시하는 블록 구성도를 이용하여 설명한다.
디지털 필터에는, 노치 필터나 밴드패스 필터 등의 주파수 선택수단이 있어, 이 노치 필터나 밴드패스 필터 등의 주파수 선택수단을 이용하여 입력신호의 S/N비 (signal to noise ratio)를 향상시키는 것이다.
도 19에는, 디지털 필터로서 노치 필터를 이용한 코리올리 유량계 변환기의 블록 구성이 도시되어 있다.
도 19에 도시한 입출력 포트(15), 좌측 속도신호 입력단자(19), 우측 속도신호 입력단자(20), 로우패스 필터(30,34), A/D컨버터(31,35)는, 도 18에 도시한 입출력 포트(15), 좌측 속도신호 입력단자(19), 우측 속도신호 입력단자(20), 로우패스 필터(30,34), A/D컨버터(31,35)와 동일한 구성을 갖는 것이다.
도 19에 있어서, A/D컨버터(31)에는, 노치 필터(51)가 접속되어 있다. 이 노치 필터(51)는, A/D컨버터(31)에서 디지털 신호로 변환된 좌측 속도신호를 기초로 주파수를 선택하고, 입력신호의 S/N비를 향상하여 출력하는 것이다.
이 노치 필터(51)에는, 위상 계측기(52)가 접속되어 있고, 이 위상 계측기 (52)는, 노치 필터(51)에 의해서 S/N비를 향상시킨 후의 디지털 신호로 변환된 좌측 속도신호의 위상을 계측하는 것이다.
또한, 노치 필터(51)에는, 주파수 계측기(53)가 접속되어 있다. 이 주파수 계측기(53)는, 노치 필터(51)에 의해서 S/N비를 향상시킨 후의 디지털 신호로 변환된 좌측 속도신호의 주파수를 계측하는 것이다.
그리고, 이 주파수 계측기(53)에서 계측된 주파수는, 노치 필터(51)에 입력된다.
또한, A/D컨버터(35)에는, 노치 필터(54)가 접속되어 있다. 이 노치 필터 (54)는, A/D컨버터(31)에서 디지털 신호로 변환된 좌측 속도신호를 기초로 주파수를 선택하고, 입력신호의 S/N비를 향상하여 출력하는 것이다.
이 노치 필터(54)에는, 위상 계측기(52)가 접속되어 있고, 이 위상 계측기 (52)는, 노치 필터(54)에 의해서 S/N비를 향상시킨 후의 디지털 신호로 변환된 우측 속도신호의 위상을 계측하는 것이다.
또한, 노치 필터(54)에는, 주파수 계측기(53)에서 계측된 주파수가, 입력되도록 되어 있다.
도 19에 있어서, 클록(55)은, 동기를 취하기 위한 것으로, A/D컨버터(31,35)에 입력되어, A/D컨버터(31)와 A/D컨버터(35)의 동기를 취하고 있다.
이 노치 필터(51,54)와, 위상 계측기(52)와, 주파수 계측기(53)와, 클록(55)에 의해서 위상 계측 연산기(50)가 구성되어 있다.
도 20에는, 디지털 필터로서 밴드패스 필터(BPF)를 이용한 코리올리 유량계 변환기의 블록 구성이 도시되어 있다.
도 20에 도시한 입출력 포트(15), 좌측 속도신호 입력단자(19), 우측 속도신호 입력단자(20), 로우패스 필터(30,34), A/D컨버터(31,35)는, 도 19에 도시한 입출력 포트(15), 좌측 속도신호 입력단자(19), 우측 속도신호 입력단자(20), 로우패스 필터(30,34), A/D컨버터(31,35)와 동일한 구성을 갖는 것이다.
도 20에 있어서, A/D컨버터(31)에는, 밴드패스 필터(BPF)(61)가 접속되어 있다. 이 밴드패스 필터(61)는, A/D컨버터(31)에서 디지털 신호로 변환된 가진기(6)에 의해서 측정 튜브(2,3)를 진동했을 때에, 측정 튜브(2,3)의 좌측에 생기는 진동속도를 검출하는 좌측 속도 센서(7)로부터 출력되는 좌측 속도신호(출구측 속도신호)를, 주파수 필터를 통하여, 설정된 주파수의 좌측 속도신호(출구측 속도신호)만을 추출하는 회로이다.
이 밴드패스 필터(61)에는, 위상 계측기(62)가 접속되어 있고, 이 위상 계측기(62)는, 밴드패스 필터(61)에 의해서 S/N비를 향상시킨 후의 디지털 신호로 변환된 좌측 속도신호의 위상을 계측하는 것이다.
또한, 밴드패스 필터(61)에는, 주파수 계측기(63)가 접속되어 있다. 이 주파수 계측기(63)는, A/D컨버터(31)에 의해서 디지털 신호로 변환되어 밴드패스 필터 (61)에 의해서 S/N비를 향상시킨 후의 좌측 속도신호의 주파수를 계측하는 것이다.
그리고, 이 주파수 계측기(63)에서 계측된 주파수는, 밴드패스 필터(61)에 입력된다.
또한, A/D컨버터(35)에는, 밴드패스 필터(64)가 접속되어 있다. 이 밴드패스 필터(64)는, A/D컨버터(35)에서 디지털 신호로 변환된 가진기(6)에 의해서 측정 튜브(2,3)를 진동했을 때에, 측정 튜브(2,3)의 우측에 생기는 진동속도를 검출하는 우측 속도 센서(8)로부터 출력되는 우측 속도신호(입구측 속도신호)를, 주파수 필터를 통하여, 설정된 주파수의 우측 속도신호(입구측 속도신호)만을 추출하는 회로이다.
이 밴드패스 필터(64)에는, 위상 계측기(62)가 접속되어 있고, 이 위상 계측기(62)는, 밴드패스 필터(64)에 의해서 S/N비를 향상시킨 후의 디지털 신호로 변환된 좌측 속도신호의 위상을 계측하는 것이다.
또한, 밴드패스 필터(64)에는, 주파수 계측기(63)가 접속되어 있다. 그리고, 이 주파수 계측기(63)에서 계측된 주파수는, 밴드패스 필터(64)에 입력된다.
도 20에 있어서, 클록(65)은, 동기를 취하기 위한 것으로, 클록(65)으로부터의 클록 신호는, A/D컨버터(31,35)에 입력되어, A/D컨버터(31)와 A/D컨버터(35)의 동기를 취하고 있다.
이 밴드패스 필터(61,64)와, 위상 계측기(62)와, 주파수 계측기(63)와, 클록 (65)에 의해서 위상 계측 연산기(60)가 구성되어 있다.
일본 특허공보 제 2799243호에 나타내는 바와 같은 푸리에 변환을 이용한 위상 계측방법에서는, 입력되는 진동속도의 검출신호의 입력 주파수가 일정한 경우, 주파수의 선택에 있어서 푸리에 변환을 이용하기 위해서, 주파수 선택성이 매우 높은 위상 계측방법을 행할 수 있다.
그러나, 이 일본 특허공보 제 2799243호에 나타내는 바와 같은 푸리에 변환을 사용하는 방법에서는, 입력되는 진동속도의 검출신호의 입력 주파수가, 밀도나 온도 등에 따라서 변화한 경우, 변환 방법이나 샘플링 레이트(sampling rate)를 바꾸지 않으면 안 되기 때문에, 연산 주기나 연산 방법이 바뀌어, 측정치가 변동하여 불안정하게 되어 버린다.
또한, 일본 특허공보 제2799243호에 나타내는 바와 같은 푸리에 변환을 사용하는 방법에서는, 입력되는 진동속도의 검출신호의 입력 주파수가, 밀도나 온도 등에 따라서 변화한 경우, 샘플링 레이트를 입력되는 진동속도 신호의 입력 주파수에 정확하게 동기시키지 않으면 안 되기 때문에, 설계가 매우 복잡한 것이 된다.
이 때문에 피측정 유체의 온도나, 기포 등이 유체에 섞여 밀도가 급격하게 변화한 경우, 극단적으로 계측 정밀도가 떨어져 버린다고 하는 문제점을 가지고 있다.
덧붙여, 일본 특허공보 제 2799243호에 나타내는 바와 같은 푸리에 변환을 사용하는 방법에서는, 푸리에 변환을 행하기 때문에, 연산 처리가 매우 많아져 버린다고 하는 문제점을 가지고 있다.
일본 특허공보 제 2930430호, 일본 특허공보 제 3219122호에 나타내는 바와 같은 노치 필터, 밴드패스 필터 등의 필터 테이블을 갖는 것에 의해서, 입력 주파수에 맞춘 최적인 테이블을 선택하여, 위상을 계측하는 방법에서는, 샘플링 레이트를 고정하는 것에 의해서 설계를 단순화할 수 있다.
그러나, 일본 특허공보 제 2930430호, 일본 특허공보 제 3219122호에 나타내는 바와 같은 디지털 필터를 이용한 위상 계측방법도 일본 특허공보 제 2799243호에 나타내는 바와 같은 푸리에 변환을 사용하는 방법과 같이, 입력 주파수의 변화에 대해서 매우 많은 필터 테이블을 가지게 되어, 연산기의 메모리의 소비가 커져 버린다고 하는 문제점을 가지고 있다.
또한, 일본 특허공보 제 2930430호, 일본 특허공보 제 3219122호에 나타내는 바와 같은 디지털 필터를 이용한 위상 계측방법에서는, 입력 주파수가 급격하게 변화한 경우에 최적인 필터를 선택하는 것이 곤란해져 버린다고 하는 문제점을 가지고 있다.
또한, 일본 특허공보 제 2930430호, 일본 특허공보 제 3219122호에 나타내는 디지털 필터를 이용한 위상 계측방법에서는, 주파수의 선택 능력을 올리기 위해서, 매우 많은 연산을 해야 한다고 하는 문제점을 가지고 있다.
이 일본 특허공보 제 2930430호, 일본 특허공보 제3219122호에 나타내는 바와 같은 디지털 필터를 이용한 위상 계측방법에서는, 이하에 도시하는 바와 같이 문제를 가지고 있다.
(1) 입력 주파수의 변화에 대해서 정밀도 좋게 추종할 수 없다. 즉, 피측정 유체의 밀도가 급속히 변화하는 기포 혼입시에서의 계측 등을 실현하는 것이 매우 곤란하다.
(2) 주파수의 선택 능력을 향상시키기 위해서는, 매우 많은 연산을 해야 한다. 이 때문에 고속의 응답성을 실현시키는 것이 곤란하고, 단시간에서의 배치 (batch) 처리 등에 적합하지 않다.
(3) 연산기 메모리의 소비가 크고, 설계가 복잡하게 되어 버린다. 따라서, 회로 구성이나 설계가 복잡하게 되어, 비용적으로 매우 단점이 된다.
이상 종합하면, 종래의 디지털 필터 처리에 의한 위상 계측방법에서는, 모두 측정 튜브(2,3)의 튜브 진동수 이외의 대역의 노이즈를 없애기 위해, 항상 측정 튜브(2,3)의 튜브 주파수에 추종하도록 필터 테이블의 전환이나 연산방법의 변경, 나아가서는, 샘플링 레이트의 변경 등을 행할 필요가 있기 때문에, 매우 복잡하고 고속성이 부족한 연산을 행하지 않으면 안된다고 하는 문제점을 가지고 있었다.
이 때문에, 가진기(6)에 의해서 측정 튜브(2,3)를 진동했을 때에, 측정 튜브 (2,3)의 우측에 생기는 진동속도를 검출하는 우측 속도 센서(8), 측정 튜브(2,3)의 좌측에 생기는 진동속도를 검출하는 좌측 속도 센서(7)에 의해서 검출되는 진동속도 신호의 입력 주파수가 변동할 때마다 연산 오차를 일으키기 쉽고, 계측 정밀도가 매우 나쁘다고 하는 문제점을 가지고 있었다.
본 발명의 목적은, 피측정 유체의 온도가 변화하거나, 피측정 유체에 기포가 혼입되거나, 피측정 유체가 기체로부터 액체로 급속히 변화한 경우이더라도, 항상 일정한 정밀도로 계측할 수 있어, 높은 필터링 능력을 가진 위상 계측을 실현하고, 극히 적은 연산 처리량으로 행할 수 있는 신호처리방법, 신호처리장치, 및 코리올리 유량계를 제공하는 것에 있다.
상기 과제를 해결하기 위해서 이루어진 청구항 1에 기재된 신호처리방법은, 측정용의 유관을 구성하는 적어도 한 개, 또는 한 쌍의 플로우 튜브를 구동장치에 의해서 가진기를 작동시켜 상기 플로우 튜브를 교번 구동하여서, 상기 플로우 튜브를 진동시키고, 상기 플로우 튜브의 좌우에 설치되는 한 쌍의 진동 검출 센서인 속도 센서 혹은 가속도 센서에 의해서 상기 플로우 튜브에 작용하는 코리올리의 힘에 비례한 위상차 및/또는 진동 주파수를 검출하는 것에 의해, 피계측 유체의 질량 유량 및/또는 밀도를 얻는 코리올리 유량계에 있어서,
상기 한 쌍의 진동 검출 센서의 각각으로부터 출력되는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 제 1 스텝과,
상기 제 1 스텝에서 변환된 상기 한 쌍의 진동 검출 센서에 대응하는 2개의 디지털 신호 각각을 주파수 변환하는 제 2 스텝과,
상기 제 1 스텝에서 변환된 상기 한 쌍의 진동 검출 센서에 대응하는 2개의 디지털 신호 중 어느 하나의 디지털 신호에 기초하여 주파수를 계측하는 제 3 스텝과,
상기 제 3 스텝에서 계측되는 디지털 주파수 신호의 1/N의 주파수 신호를 생성하는 제 4 스텝을 구비하고,
상기 제 4 스텝에서 생성된 디지털 신호의 1/N의 주파수 신호를 이용하여 상기 한 쌍의 진동 검출 센서의 검출신호의 위상차를 검출할 수 있도록 한 것을 특징으로 하고 있다.
상기 과제를 해결하기 위해서 이루어진 청구항 2에 기재된 신호처리방법은, 청구항 1에 기재된 신호처리방법의 주파수 계측기로부터 출력되는 디지털 주파수 신호 θ의 1/N의 주파수 신호를 생성하는 과정에 있어서, θ/N=θ-θX가 되는 주파수 θX를 구하여 주파수 변환을 행하도록 한 것을 특징으로 하고 있다.
상기 과제를 해결하기 위해서 이루어진 청구항 3에 기재된 신호처리방법은, 청구항 1에 기재된 신호처리방법에 있어서, 상기 주파수 계측기로부터 출력되는 디지털 주파수 신호 θ의 1/N의 주파수 신호가 50Hz 미만이 되게 N을 결정하도록 한 것을 특징으로 하고 있다
상기 과제를 해결하기 위해서 이루어진 청구항 4에 기재된 신호처리장치는, 측정용의 유관을 구성하는 적어도 한 개, 또는 한 쌍의 플로우 튜브를 구동장치에 의해서 가진기를 작동시켜 상기 플로우 튜브를 교번 구동하여서, 상기 플로우 튜브를 진동시키고, 상기 플로우 튜브의 좌우에 설치되는 한 쌍의 진동 검출 센서인 속도 센서 혹은 가속도 센서에 의해서 상기 플로우 튜브에 작용하는 코리올리의 힘에 비례한 위상차 및/또는 진동 주파수를 검출하는 것에 의해, 피계측 유체의 질량 유량 및/또는 밀도를 얻는 코리올리 유량계에 있어서,
상기 한 쌍의 진동 검출 센서의 각각으로부터 출력되는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하기 위한 A/D변환기와,
상기 A/D변환기로부터 출력되는 상기 한 쌍의 진동 검출 센서에 대응하는 2개의 디지털 신호 각각의 디지털 신호를 주파수 변환하는 한 쌍의 직교 주파수 변환기와,
상기 A/D변환기로부터 출력되는 상기 한 쌍의 진동 검출 센서에 대응하는 2개의 디지털 신호 중 어느 하나의 디지털 신호에 기초하여 주파수를 계측하는 주파수 계측기와,
상기 주파수 계측기로부터 출력되는 디지털 주파수 신호 θ(1-1/N)의 주파수 신호를 생성하는 발신기를 구비하고,
상기 직교 주파수 변환기에 의해서 생성된 신호를 이용하여 위상차를 얻도록 한 것을 특징으로 하고 있다.
상기 과제를 해결하기 위해서 이루어진 청구항 5에 기재된 신호처리장치는, 청구항 4에 기재된 신호처리장치의 A/D변환기로부터 출력되는 한 쌍의 진동 검출 센서인 속도 센서 혹은 가속도 센서에 대응하는 2개의 디지털 신호 중 어느 하나의 디지털 신호에 기초하여 주파수를 계측하는 주파수 계측기에서, PLL(Phase Locked Loop)을 이용하여 주파수 계측을 행하도록 한 것을 특징으로 하고 있다.
상기 과제를 해결하기 위해서 이루어진 청구항 6에 기재된 코리올리 유량계는, 측정용의 유관을 구성하는 적어도 한 개, 또는 한 쌍의 플로우 튜브를 구동장치에 의해서 가진기를 작동시켜 상기 플로우 튜브를 교번 구동하여서 상기 플로우 튜브를 진동시키고, 진동 검출 센서에 의해서 상기 플로우 튜브에 작용하는 코리올리의 힘에 비례한 위상차 및/또는 진동 주파수를 검출하는 것에 의해, 피계측 유체의 질량 유량 및/또는 밀도를 얻는 코리올리 유량계에 있어서,
상기 한 쌍의 진동 검출 센서의 각각으로부터 출력되는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하기 위한 A/D변환기와,
상기 A/D변환기로부터 출력되는 상기 한 쌍의 진동 검출 센서에 대응하는 2개의 디지털 신호 각각의 디지털 신호를 주파수 변환하는 한 쌍의 직교 주파수 변환기와,
상기 A/D변환기로부터 출력되는 상기 한 쌍의 진동 검출 센서에 대응하는 2개의 디지털 신호 중 어느 하나의 디지털 신호에 기초하여 주파수를 계측하는 주파수 계측기와,
상기 주파수 계측기로부터 출력되는 디지털 주파수 신호의 θ(1-1/N)의 주파수 신호를 생성하는 발신기를 구비하고,
상기 직교 주파수 변환기에 의해서 생성된 신호를 이용하여 위상차를 얻는 신호처리장치를 설치한 것을 특징으로 하고 있다.
코리올리식 유량계에는 다양한 측정관의 형상이 있다. 예를 들어 만곡관의 것이나 스트레이트관 등이다. 또한 측정관을 구동하는 모드에 있어서도 1차나 2차의 모드 등 다양한 모드에서 구동되는 타입이 존재한다.
주지와 같이 측정관으로부터 얻을 수 있는 구동 주파수 대역은 수십 Hz∼수 KHz에 이르는, 예를 들어 U자관을 이용하여 1차의 모드로 측정관을 진동시킨 경우, 주파수는 100Hz 전후이며, 또한 스트레이트 형상의 측정관을 1차의 모드로 진동시킨 경우는 500Hz∼1000Hz 정도가 실현되고 있다.
그러나, 하나의 유량계 변환기에 있어서, 코리올리식 유량계의 위상 계측을, 수십 Hz∼수 KHz의 주파수 대역에서 항상 동일한 처리를 이용하여 위상 계측을 행하는 것은 매우 곤란하고, 여러 종류의 타입으로 나누어 설계할 필요가 있었다.
본 발명에 관한 신호처리방법에 의하면, 동일하게 정한 알고리즘에 기초하는 유리한 신호처리에 의해서, 상기와 같이 본질적인 과제를 불식할 수 있고, 또한 피측정 유체의 온도 변화나, 기포 혼입, 또한 피측정 유체가 기체로부터 액체로 급속히 변화한 경우이더라도, 항상 안정된 정밀도로 계측할 수 있어, 높은 필터링 능력을 가진 위상 계측을 특징으로 하여, 높은 성능을 제공할 수 있다.
본 발명에 관한 신호처리장치에 의하면, 피측정 유체의 온도가 변화하거나, 피측정 유체에 기포가 혼입되거나, 피측정 유체가 기체로부터 액체로 급속한 변화가 있었던 경우이더라도, 항상 일정한 정밀도로 안정된 계측을 할 수 있어 높은 필터링 능력을 가진 위상 계측을 적은 연산 처리량으로 행할 수 있다.
본 발명에 관한 코리올리 유량계에 의하면, 피측정 유체의 온도가 변화하거나, 피측정 유체에 기포가 혼입되거나, 피측정 유체가 기체로부터 액체로 급속한 변화가 있었던 경우이더라도, 항상 일정한 정밀도로 안정된 계측을 할 수 있어 높은 필터링 능력을 가진 위상 계측을 적은 연산 처리량으로 행할 수 있다.
도 1은, 본 발명에 관한 신호처리방법, 및 그 장치의 원리를 도시하는 블록도이다.
도 2는, 도 1에 도시한 신호처리장치에서의 구동 주파수가 100Hz인 코리올리 유량계와 구동 주파수가 1000Hz인 코리올리 유량계의 주파수 파형을 도시하는 도면이다.
도 3은, 도 1에 도시한 신호처리장치에서의 구동 주파수가 100Hz인 코리올리 유량계의 구동 주파수를 분주했을 때의 주파수 파형을 도시하는 도면이다.
도 4는, 도 1에 도시한 신호처리장치에서의 구동 주파수가 100Hz인 코리올리 유량계의 구동 주파수를 시프트했을 때의 주파수 파형을 도시하는 도면이다.
도 5는, 도 1에 도시한 신호처리장치의 구체적 구성도이다.
도 6은, 도 5에 도시한 로우패스 필터로부터 출력되는 측정 튜브의 좌측에 생기는 진동속도의 검출신호를 도시하는 도면이다.
도 7은, 도 5에 도시한 A/D컨버터로부터 출력되는 도 6에 도시한 신호를 임의의 일정 주기로 샘플링하여 디지털 신호화한 신호를 도시하는 도면이다.
도 8은, 도 5에 도시한 발신기로부터 출력되는 발신 주파수 신호(θXn)를 도시하는 도면이다.
도 9는, 도 5에 도시한 직교 변조기의 내부에서 생성한 A/D컨버터로부터의 출력신호(cos θ)의 90도 시프트 신호를 도시하는 도면이다.
도 10은, 도 5에 도시한 직교 변조기의 내부에서 생성한 발신기로부터의 출력신호(cos θXn)의 90도 시프트 신호를 나타내는 도면이다.
도 11은, 도 5에 도시한 직교 변조기에서 직교 주파수 변환을 한 신호를 도시하는 도면이다.
도 12는, 도 5에 도시한 신호처리장치의 구체적 구성도의 타임 차트를 도시하는 도면이다.
도 13은, 도 5에 도시한 신호처리장치의 구체적 구성도의 타임 차트를 도시하는 도면이다.
도 14는, 도 5에 도시한 신호처리장치의 구체적 구성도의 동작 플로우차트이다.
도 15는, 도 5에 도시한 주파수 계측기의 블록도이다.
도 16은, 본 발명이 적용되는 일반적인 코리올리 유량계의 구성도이다.
도 17은, 도 16에 도시한 코리올리 유량계의 코리올리 유량계 변환기의 블록 구성도이다.
도 18은, 도 17에 도시한 코리올리 유량계 변환기의 푸리에 변환을 이용한 위상 계측방법을 도시하는 블록도이다.
도 19는, 도 17에 도시한 코리올리 유량계 변환기의 노치 필터를 이용한 위상 계측방법을 도시하는 블록도이다.
도 20은, 도 17에 도시한 코리올리 유량계 변환기의 밴드패스 필터를 이용한 위상 계측방법을 도시하는 블록도이다.
본 발명은, 항상 일정한 정밀도로 계측할 수 있어, 높은 필터링 능력을 가진 위상 계측을 실현하여, 극히 적은 연산 처리량으로 행할 수 있다고 하는 목적을, 피측정 유체의 온도가 변화하거나, 피측정 유체에 기포가 혼입되거나, 피측정 유체가 기체로부터 액체로 급속히 변화한 경우에서도, 실현될 수 있도록 하였다.
[실시예 1]
이하, 본 발명을 실시하기 위한 형태의 실시예 1에 대해 도 1 내지 도 13을 이용하여 설명한다.
도 1은 본 발명에 관한 신호처리방법, 및 그 장치의 원리도, 도 2는 구동 주파수가 100Hz인 코리올리 유량계와 구동 주파수가 1000Hz인 코리올리 유량계의 주파수 파형을 도시하는 도면, 도 3은 구동 주파수가 100Hz인 코리올리 유량계의 구동 주파수를 분주했을 때의 주파수 파형을 도시하는 도면, 도 4는 구동 주파수가 100Hz인 코리올리 유량계의 구동 주파수를 시프트했을 때의 주파수 파형을 도시하는 도면, 도 5는 도 1에 도시한 신호처리장치의 구체적 구성도, 도 6은 도 5에 도시한 로우패스 필터로부터 출력되는 측정 튜브의 좌측에 생기는 진동속도의 검출신호를 도시하는 도면, 도 7은 도 5에 도시한 A/D컨버터로부터 출력되는 도 6에 도시한 신호를 임의의 일정 주기로 샘플링하여 디지털 신호화한 신호를 도시하는 도면, 도 8은 도 5에 도시한 발신기로부터 출력되는 발신 주파수 신호(θXn)를 도시하는 도면, 도 9는 도 5에 도시한 직교 변조기의 내부에서 생성한 A/D컨버터로부터의 출력신호(cos θ)의 90도 시프트 신호를 도시하는 도면, 도 10은 도 5에 도시한 직교 변조기의 내부에서 생성한 발신기로부터의 출력신호(cos θXn)의 90도 시프트 신호를 도시하는 도면, 도 11은 도 5에 도시한 직교 변조기에서 직교 주파수 변환을 한 신호를 도시하는 도면, 도 12는 도 5에 도시한 신호처리장치의 구체적 구성도의 타임 차트를 도시하는 도면, 도 13은 도 5에 도시한 신호처리장치의 구체적 구성도의 타임 차트를 도시하는 도면이다.
도 1에는, 본 발명에 관한 신호처리방법, 및 그 장치의 원리도가 도시되어 있다.
도 1에 있어서, 가진기(6)에 의해서 측정 튜브(2,3)를 진동했을 때에, 측정 튜브(2,3)에 생기는 진동속도는, 진동속도 센서(70)에 의해서 검출되고, 이 검출된 진동속도는, 진동속도 신호 연산기(80)에서 연산 처리된다. 이 진동속도 센서(70)는, 도 16에서의 좌측 속도 센서(7)와 우측 속도 센서(8)에 상당하고 있다.
진동속도 신호 연산기(80)는, 직교 변조기(85)와, 발신기(90)와, 위상 계측기(95)에 의해서 구성된다.
직교 변조기(85)는, 진동속도 센서(70)에 의해서 검출되는 가진기(6)에 의해서 측정 튜브(2,3)를 진동했을 때에 측정 튜브(2,3)에 생기는 진동속도를 직교 변조하는 것이다. 이 직교 변조기(85)에는, 발신기(90)로부터의 신호가 입력되도록 되어 있다.
그리고, 이 직교 변조기(85)에서 직교 변조된 신호는, 직교 변조기(85)의 후단에 설치되어 있는 위상 계측기(95)에 입력된다. 이 위상 계측기(95)는, 진동속도 센서(70)로부터의 속도신호를 A/D변환하여 디지털 변환 처리를 한 후, 그 위상차를 구하는 것이다.
도 1에 도시한 신호처리방법, 및 그 장치는, 입력신호를 1/N로 직교 주파수 변환하고, 주파수 변환 후에 위상 계측을 행하는 것에 의해서, 입력 주파수의 대역을 1/N로 하고, 또한 안정적인 위상 계측을 행할 수 있도록 한 것이다.
상술과 같이 본 발명에서는, 센서로부터 입력되는 위상/및 속도신호를 주파수 변환을 이용하여 1/N(N은 임의의 수)의 주파수로 변환하고, 변환 후의 위상차를 계측하는 것에 의해, 항상 같은 대역의 필터를 이용하는 것으로 실현하고 있다. 또한 측정 유체의 밀도나 온도 등이 변화하는 것에 의한 위상 및 속도신호의 주파수 변화에 대해서도, 계산 정밀도나 연산 주기가 영향을 거의 받지 않고 유량을 계측할 수 있다.
예를 들면, 도 2에 나타내는 구동 주파수가 100Hz인 코리올리 유량계에 있어서는, 필터의 주파수 대역을 95∼105Hz로 한 경우, 밀도나 온도의 변화에 의해 구동 주파수가 필터의 주파수 대역 밖으로 나와 버리는 경우가 있다. 이 때문에, 그 전후의 주파수 대역의 필터 테이블, 예를 들면, 85Hz∼95Hz와 105Hz∼115Hz의 테이블이 필요하다. 필터의 주파수 대역을 확대하면 적은 수의 테이블로 되지만, 계측 파형이 노이즈가 많은 위상 및 속도신호가 되어 버리기 위해, 계측 정밀도를 상당히 악화시켜 버린다.
또한 구동 주파수가 1000Hz인 코리올리 유량계의 위상 및 속도신호를 계측하려고 한 경우, 샘플링 레이트나 필터 테이블을 바꾸지 않으면 안 되기 때문에, 계산 정밀도나 연산 주기가 변화한다.
본 발명에 관한 신호처리에서의 구동 주파수가 100Hz인 코리올리 유량계에서는, 도 3에 도시하는 바와 같이, 예를 들면 N의 값을 4로 설정하는 것에 의해서, 센서로부터 입력되는 위상 및 속도신호가 100Hz의 경우, 100/4인 25Hz로 주파수 변환되어, 주파수 변환한 위상 및 속도신호를 필터링 후, 위상 계산을 행한다.
사용하는 필터의 대역은, 20Hz∼30Hz 정도의 대역을 사용하는 것에 의해서, 밀도나 온도의 변화에 의해 구동 주파수가 변화해도 80Hz∼120Hz의 대역 외이면 항상 같은 필터 테이블을 이용할 수 있기 때문에, 항상 안정된 계산 정밀도와 연산 주기로 계측을 할 수 있다.
또한, 구동 주파수가 1000Hz인 코리올리 유량계에서는, N의 값을 40으로 설정하는 것에 의해서 구동 주파수가 100Hz인 코리올리 유량계와 완전히 동일한 필터의 대역을 이용하여 유량계측을 행할 수 있다.
또한 본 발명에서는, 도 4에 도시하는 바와 같이, 위상 및 속도신호의 1/N변환하는 방법에 있어서, 입력 주파수를 분주하지 않고 주파수 시프트하는 방법이 있다. 이 도 4에 도시한 코리올리 유량계의 경우, 입력 주파수를 분주(分周)하지 않고 주파수 시프트하기 때문에, 필터링의 효과를 손상시키지 않고 유량 계산을 행할 수 있다고 하는 특징을 가지고 있다.
예를 들어, 도 3에 도시한 코리올리 유량계와 같이 입력되는 신호를 전부 1/N 분주하는 경우는, 노이즈 성분도 마찬가지로 1/N이 되어 버리기 때문에, 필터링의 대역을 좁혀도 그다지 효과를 기대할 수 없다.
따라서, 도 4에 도시한 코리올리 유량계와 같이, 주파수 시프트에 의해서 위상 및 속도신호의 1/N 변환한 경우, 노이즈 성분도 동시에 주파수 시프트되지만, 필터의 대역을 1/N로 할 수 있기 때문에, 주파수 시프트 전에 비하여 매우 효과적인 필터링을 행할 수 있다.
도 5에는, 도 1에 도시한 신호처리장치의 구체적 구성이 나타나 있다.
도 5에 있어서, 레프트 픽 오프(LPO)(7)(좌측 속도 센서(7)에 상당)에는, 로우패스 필터(30)가 접속되어 있다. 즉, 가진기(6)에 의해서 진동했을 때에 측정 튜브(2,3)의 좌측에 생기는 진동속도의 검출신호(출구측 속도신호)를 레프트 픽 오프 (7)가 검출하면, 이 진동속도의 검출신호(출구측 속도신호)는, 로우패스 필터(30)에 입력된다.
이 로우패스 필터(30)는, 가진기(6)에 의해서 측정 튜브(2,3)를 진동했을 때에, 측정 튜브(2,3)의 좌측에 생기는 진동속도를 검출하는 좌측 속도 센서(7)로부터 출력되는 좌측 속도신호(출구측 속도신호)를 주파수 필터를 통하여, 낮은 주파수의 좌측 속도신호(출구측 속도신호)만을 추출하는 회로이다.
이 로우패스 필터(30)에는, A/D컨버터(31)가 접속되어 있다. 이 A/D컨버터 (31)는, 로우패스 필터(30)로부터 출력되어 오는 아날로그 신호인 좌측 속도신호(출구측 속도신호)를 디지털 신호로 변환하는 것이다. 이 A/D컨버터(31)에서 디지털 신호로 변환된 좌측 속도신호(출구측 속도신호)는, 신호처리장치(100)에 입력된다.
한편, 라이트 픽 오프(RPO)(8)(우측 속도 센서(8)에 상당)에는, 로우패스 필터(34)가 접속되어 있다. 즉, 가진기(6)에 의해서 진동했을 때에 측정 튜브(2,3)의 우측에 생기는 진동속도의 검출신호(입구측 속도신호)를 라이트 픽 오프(8)가 검출하면, 이 진동속도의 검출신호(입구측 속도신호)는, 로우패스 필터(34)에 입력된다.
이 로우패스 필터(34)는, 가진기(6)에 의해서 측정 튜브(2,3)를 진동했을 때에, 측정 튜브(2,3)의 우측에 생기는 진동속도를 검출하는 우측 속도 센서(8)로부터 출력되는 우측 속도신호(입구측 속도신호)를 주파수 필터를 통하여, 낮은 주파수의 우측 속도신호(입구측 속도신호)만을 추출하는 회로이다.
이 로우패스 필터(34)에는, A/D컨버터(35)가 접속되어 있다. 이 A/D컨버터 (35)는, 로우패스 필터(34)로부터 출력되어 오는 아날로그 신호인 우측 속도신호(입구측 속도신호)를 디지털 신호로 변환하는 것이다.
또한, 이 신호처리장치(100)는, A/D컨버터(35)에 접속되어 있다. 이 신호처리장치(100)는, 우측 속도신호(입구측 속도신호), 좌측 속도신호(출구측 속도신호)의 각각을 1/N로 직교 주파수 변환하고, 주파수 변환 후에 위상 계측을 행하는 것에 의해서, 입력 주파수의 대역을 1/N로 하고, 또한 안정적인 위상 계측을 행할 수 있도록 하는 것이다.
신호처리장치(100)에서 A/D컨버터(31)로부터의 신호는, 직교 변조기(110)에 접속되어 있다. 이 직교 변조기(110)는, 좌측 속도신호(출구측 속도신호)를 1/N로 직교 주파수 변환하는 것이다.
또한, A/D컨버터(31)로부터의 신호는, 주파수 계측기(120)에도 접속되어 있다. 이 주파수 계측기(120)는, 가진기(6)에 의해서 측정 튜브(2,3)를 진동했을 때에, 측정 튜브(2,3)의 좌측에 생기는 진동속도를 검출하는 좌측 속도 센서(7)로부터 출력되는 좌측 속도신호(출구측 속도신호)를 A/D컨버터(31)에 의해서 디지털 신호로 변환된 좌측 속도신호(출구측 속도신호)의 주파수를 계측하는 것이다.
또한, A/D컨버터(35)로부터의 신호는, 직교 변조기(130)에 접속되어 있다. 이 직교 변조기(130)는, 우측 속도신호(입구측 속도신호)를 1/N로 직교 주파수 변환하는 것이다.
주파수 계측기(120)에서 계측된 주파수 계측치는, 발신기(140)에 출력된다. 이 발신기(140)는, 주파수 계측기(120)로부터 출력되는 주파수 계측치에 기초하여, 소정의 주파수 신호를 발신 출력하는 것이다.
이 발신기(140)의 출력신호는, 직교 변조기(110)와 직교 변조기(130)에 입력된다.
이 주파수 계측기(120)→발신기(140)→직교 변조기(110)에 의해서 반송 주파수를 구하여, A/D컨버터(31)로부터 입력되는 좌측 속도신호(출구측 속도신호)의 입력 주파수와 발신기(140)로부터 출력되는 출력 주파수를 직교 변조기(110)에서 변조한다. 그 결과 얻을 수 있는, 즉 가법 정리에 기초하는 양 입력신호의 주파수의 덧셈과 뺄셈 중의 어느 하나를 이용하여 주파수를 시프트시킨다. 그리고 변조 주파수가, 입력되는 좌측 속도신호(출구측 속도신호)의 입력 주파수의 1/N이 되도록 발신기(140)의 출력 주파수를 컨트롤한다.
이와 같이 발신기(140)가 컨트롤되면, 이 발신기(140)로부터 출력되는 출력 주파수에 의해서, 직교 변조기(110)와 같이, 직교 변조기(130)에서도, 주파수 변환을 행한 후의 주파수가 A/D컨버터(35)로부터 입력되는 우측 속도신호(입구 속도신호)의 입력 주파수의 1/N이 되도록 제어된다.
직교 변조기(110) 및 직교 변조기(130)에는, 위상차 계측기(150)가 접속되어 있다. 이 위상차 계측기(150)는, 직교 변조기(110)로부터 출력되어 오는 A/D컨버터 (31)로부터 입력되는 좌측 속도신호(출구측 속도신호)의 입력 주파수의 1/N의 출력 주파수 신호와 직교 변조기(130)로부터 출력되어 오는 A/D컨버터(35)로부터 입력되는 우측 속도신호(입구측 속도신호)의 입력 주파수의 1/N의 출력 주파수 신호를 이용하여 위상 계측을 행하는 것이다.
이와 같이 구성하는 것에 의해, 본 실시형태에 의하면, 입력 주파수(좌측 속도신호 우측 속도신호)를 낮은 주파수 대역(1/N의 주파수)으로 변환하는 것에 의해서, 입력 주파수(좌측 속도신호, 우측 속도신호)의 대역을 1/N로 하고, 필터의 테이블 수를 큰 폭으로 줄이고, 또한 위상계측처리를 보다 효과적으로 행할 수 있다.
A/D컨버터(31)와 A/D컨버터(35)에는, 클록(160)으로부터, 클록 신호가 입력되도록 되어 있다. 이 클록(160)은, A/D컨버터(31)와 A/D컨버터(35)의 출력의 동기를 취하는 것으로, A/D컨버터(31)로부터 출력되는 좌측 속도신호의 디지털 신호와, A/D컨버터(35)로부터 출력되는 우측 속도신호의 디지털 신호의 동기를 취하기 위한 것이다.
이 직교 변조기(110)와, 주파수 계측기(120)와, 직교 변조기(130)와, 발신기 (140)와, 위상차 계측기(150)와, 클록(160)에 의해서 신호처리장치(100)가 구성되어 있다.
다음에, 도 5에 도시한 신호처리장치(100)에서의 위상차 계측 연산의 구체적인 연산 방법에 대해 설명한다.
코리올리 유량계(1)의 가진기(6)에 의해서 측정 튜브(2,3)를 진동했을 때에, 측정 튜브(2,3)에 설치되는 진동속도 센서(70)(레프트 픽 오프(7), 라이트 픽 오프 (8))로부터의 출력신호(좌측 속도신호, 우측 속도신호)를 도 2에 도시와 같이, LPG, RPO의 입력신호로서 얻는다.
이 때, LPG, RPO의 입력신호를 정의하면, (δφ : LPO와 RPO 사이의 위상차로 한다)
[식 1」
Figure pct00001
[식 2」
Figure pct00002
가 된다.
이 2개의 센서(레프트 픽 오프(7), 라이트 픽 오프(8))로부터의 출력신호(좌측 속도신호 LPO,우측 속도신호 RPO)는, 코리올리 유량계(1)의 변환기 내부의 로우패스 필터(30,34)를 각각 통과하여, A/D변환기(31,35)에 의해서 아날로그값으로부터 디지털값으로 변환되어, 신호처리장치(100)에 보내진다.
이 신호처리장치(100)는, 상술한 바와 같이, 직교 변조기(110,130)와, 주파수 계측기(120)와, 발신기(140)와, 위상차 계측기(150)의 4개의 블록에 의해서 구성되어 있고, 레프트 픽 오프(7)로부터의 출력신호 LPO와, 라이트 픽 오프(8)로부터의 출력신호 RPO의 위상차를 연산한 후, 주파수 계측기(120)로부터 출력되는 주파수 신호와, 온도 센서(9)에 의해서 검출되는 온도의 데이터를 기초로 유량 신호로 변환한다.
레프트 픽 오프(7)에 의해서 검출된 측정 튜브(2,3)의 좌측에 생기는 진동속도의 검출신호(출구측 속도신호)는, 도 5에 도시한 로우패스 필터(30)에 입력되고, 이 로우패스 필터(30)에서, 고조파 노이즈를 제거하여 A/D변환시의 에일리어싱 노이즈(Aliasing noise)의 영향을 없앤, 도 6에 도시하는 바와 같은 sin 신호(sin θ)가 출력된다.
이 로우패스 필터(30)로부터 출력된 도 6에 도시하는 바와 같은 sin 신호 (sin θ)는, A/D컨버터(31)에서, 임의의 일정 주기로 샘플링하여 디지털 신호화가 행하여져, 도 7에 도시하는 바와 같은 샘플링 신호(sin θ)를 얻을 수 있고, A/D컨버터(31)로부터 출력된다.
이 로우패스 필터(30)로부터 출력되고, A/D컨버터(31)에서 샘플링되어 디지털 신호화가 행하여진 도 7에 도시하는 바와 같은 신호(sin θ)는, 도 5에 도시한 신호처리장치(100)의 직교 변조기(110)와 주파수 계측기(120)에 입력된다. 그리고, 이 직교 변조기(110)에는, 발신기(140)로부터 출력되는 발신기 출력신호가 입력된다.
이 발신기(140)에서는, 주파수 계측부(120)로부터 출력되는 출력신호 주파수의 계측치의 입력에 의해서, 이 출력신호 주파수의 계측치에 기초하여, 원하는 주파수로 발신기(140)에서의 발신 주파수 신호(θXn)를 발신하고, 발신 출력 레이트를 입력신호의 A/D컨버터(31)에서의 샘플링 주기와 같은 레이트로 도 8에 도시하는 바와 같은 cos 신호(cos θXn)를 출력한다.
이 직교 변조기(110)에서는, A/D컨버터(31)에서 샘플링되어 디지털 신호화가 행하여진 도 7에 도시하는 바와 같은 신호(sin θ)를 입력하면, 직교 변조기(110)의 내부에서, A/D컨버터(31)로부터의 입력신호(sin θ)를 90도 시프트하여, 도 9에 도시하는 바와 같이 신호(cos θ)를 생성한다. 또한, 직교 변조기(110)에서는, 발신기(140)로부터 출력되는 도 8에 도시하는 바와 같은 신호(cos θXn)를 입력하면, 직교 변조기(110)의 내부에서, 발신기(140)로부터의 입력신호(cos θXn)를 90도 시프트하고, 도 10에 도시하는 바와 같이 신호(sin θXn)를 생성한다.
그리고, 이 직교 변조기(110)에서는, A/D컨버터(31)로부터의 입력신호(sin θ)의 0도, 90도의 신호와 발신기(140)로부터의 입력신호(cos θXn)의 0도, 90도의 신호를 이용하여, 직교 주파수 변환을 하여, 변조 시프트하고, A/D컨버터(31)로부터의 입력신호(sin θ)의 1/N의 신호(sin θ cos θXn-cos θ sin θXn)를 도 11에 도시하는 바와 같이 생성하여, 도 5에 도시한 신호처리장치(100)의 직교 변조기 (110)로부터 출력한다.
코리올리 유량계(1)의 가진기(6)에 의해서 측정 튜브(2,3)를 진동했을 때에, 측정 튜브(2,3)에 설치되는 진동속도 센서(70)(레프트 픽 오프(7), 라이트 픽 오프 (8))로부터의 출력신호(좌측 속도신호, 우측 속도신호)는, 도 5에 도시한 신호처리장치(100)를 구성하는 직교 변조기(110,130)와, 발신기(140)와, 위상차 계측기 (150)와, 주파수 계측기(120)의 4개의 블록에서, 위상차가 연산된 후, 주파수 계측기(120)로부터 출력되는 주파수 신호와, 온도 센서(9)에 의해서 검출되는 온도의 데이터를 기초로 유량 신호로 변환된다.
다음에, 도 12,도 13에 도시하는 타임 차트를 이용하여, 도 5에 도시한 신호처리장치(100)에서의 동작에 대해 설명한다.
우선, 도 5에 도시한 로우패스 필터(30)에서, 고조파 노이즈를 제거하여 A/D변환시의 에일리어싱 노이즈의 영향을 없애면, 도 6에 도시하는 바와 같이 sin 신호(sin θ)가 출력된다.
이 도 6에 도시되는 sin 신호(sin θ)가 출력되면, 이 도 6에 도시한 sin 신호(sin θ)가 A/D컨버터(31)에 입력된다. 그리고, 이 A/D컨버터(31)에서는, 임의의 일정 주기로 샘플링하여 디지털 신호화가 행하여지고, 도 12(A)에 도시하는 바와 같이 샘플링 신호(Y1=sin θ)를 얻을 수 있으며, A/D컨버터(31)로부터 출력된다.
이 A/D컨버터(31)로부터 출력된 도 12(A)에 도시한 샘플링 신호(sin θ)는, 도 5에 도시한 신호처리장치(100)의 직교 변조기(110)와, 주파수 계측부(120)에 입력된다.
이 신호처리장치(100)의 주파수 계측부(120)에서는, A/D컨버터(31)에 의해서 디지털 신호로 변환된 좌측 속도신호(출구측 속도신호)의 주파수를 계측하는 것이다.
이 도 5에 도시한 신호처리장치(100)의 직교 변조기(110)에서는, A/D컨버터 (31)에 의해서 디지털 신호로 변환된 좌측 속도신호(출구측 속도신호)가 입력되면, 내부에서, A/D컨버터(31)로부터의 입력신호(sin θ)를 90도 시프트하고, 도 12(B)에 도시하는 바와 같이 신호(cos θ)를 생성한다.
이 신호처리장치(100)의 주파수 계측부(120)에서는, A/D컨버터(31)로부터 출력되는 디지털 신호에 기초하여 계측된 주파수 신호가 출력된다.
이 주파수 계측부(120)로부터 출력되는 출력신호 주파수의 계측치는, 발신기 (120)에 입력되고, 이 출력신호 주파수가 입력되는 발신기(120)에서는, 이 출력신호 주파수에 기초하여,
θXn=θ×(1-1/N)
의 식을 만족시키는 발신 주파수 신호(θXn)를 발신하고, 발신 출력 레이트를 입력신호의 A/D컨버터(31)에서의 샘플링 주기와 같은 레이트로 도 12(C)에 도시하는 바와 같이 cos 신호(Y3=cos θXn)를 출력한다.
이 발신기(120)로부터 출력되는 도 12(C)에 도시한 cos 신호(Y3=cos θXn)는, 직교 변조기(110)에 입력된다. 이 도 12(C)에 도시한 cos 신호(Y3=cos θXn)가 입력되면, 직교 변조기(110)에서는, 발신기(140)로부터 입력되는 도 12(C)에 도시한 cos 신호(Y3=cos θXn)를 90도 시프트하여, 도 12(D)에 도시하는 바와 같이 sin 신호(Y4=sin θXn)를 생성한다.
그리고, 이 직교 변조기(110)에서는, A/D컨버터(31)로부터의 입력신호(sin θ)의 0도, 90도의 신호와, 발신기(140)로부터의 입력신호(cos θXn)의 0도, 90도의 신호를 이용해, 직교 주파수 변환을 하여, 변조 시프트하고, A/D컨버터(31)로부터의 입력신호(sin θ)의 1/N의 신호(sin θ cos θXn-cos θ sin θXn)를 도 13(E)에 도시하는 바와 같이 sin 신호(Y5=sin θ cos θXn-cos θ sin θXn=sin (θ/N))를 생성한다. 이 직교 변조기(110)에서 생성된 도 13(E)에 도시한 sin 신호(Y5=sin θ cos θXn-cos θ sin θXn=sin(θ/N))는, 도 5에 도시한 신호처리장치(100)의 직교 변조기(110)로부터 출력되어, 위상차 계측기(150)에 입력된다.
또한, 도 5에 도시한 로우패스 필터(34)에서, 고조파 노이즈를 제거하여 A/D변환시의 에일리어싱 노이즈의 영향을 없애면, sin 신호(sin(θ+δφ))가 출력된다.
이 로우패스 필터(34)로부터 sin 신호(sin(θ+δφ))가 출력되면, 이 sin 신호(sin(θ+δφ))는, A/D컨버터(35)에 입력된다. 그리고, 이 A/D컨버터(35)에서는, 임의의 일정 주기로 샘플링하여 디지털 신호화가 행하여진다.
그리고, 이 A/D컨버터(35)로부터 출력되는 샘플링 신호(sin(θ+δφ))는, 직교 변조기(130)의 내부에서, 90도 시프트하고, cos 신호(cos(θ+δφ))를 생성한다.
또한, 발신기(120)로부터 출력되는 도 12(C)에 도시한 cos 신호(Y3=cos θXn)는, 직교 변조기(130)에 입력된다. 이 도 12(C)에 도시한 cos 신호(Y3=cos θXn)가 입력되면, 직교 변조기(130)에서는, 발신기(140)로부터의 입력되는 도 12(C)에 도시한 cos 신호(Y3=cos θXn)를 90도 시프트하고, 도 12(D)에 도시하는 바와 같이 sin 신호(Y4=sin θXn)를 생성한다.
그리고, 이 직교 변조기(130)에서는, A/D컨버터(35)로부터의 입력신호(sin (θ+δφ))의 0도, 90도의 신호와 발신기(140)로부터의 입력신호(cos θXn)의 0도, 90도의 신호를 이용해, 직교 주파수 변환을 하여, 변조 시프트하고, A/D컨버터(35)로부터의 입력신호(sin θ)의 1/N의 신호로서, 도 13(F)에 도시하는 바와 같이 sin 신호(Y6=(sin(θ+δφ-θXn)=sin(θ/N+δφ))를 생성한다. 이 직교 변조기(130)에서 생성된 도 13(F)에 도시한 sin 신호(Y6=(sin(θ+δφ-θXn)=sin(θ/N+δφ))는, 도 5에 도시한 신호처리장치(100)의 직교 변조기(130)로부터 출력되어, 위상차 계측기 (150)에 입력된다.
이와 같이 직교 변조기(110)로부터 출력되는 도 13(E)에 도시한 sin 신호 (Y5=sin(θ/N))와, 직교 변조기(130)로부터 출력되는 도 13(F)에 도시한 sin 신호 (Y6=sin(θ/N+δφ))는, 모두 위상차 계측기(150)에 입력된다.
이 위상차 계측기(150)에서는, 직교 변조기(110)로부터 출력되어 위상차 계측기(150)에 입력되는 도 13(E)에 도시한 sin 신호(Y5=sin(θ/N))와, 직교 변조기 (130)로부터 출력되어 위상차 계측기(150)에 입력되는 도 13(F)에 도시한 sin 신호 (Y6 = sin(θ/N+δφ))에 기초하여, 도 13(G)에 도시하는 바와 같이 신호(Y7=δφ)를, 그 위상차 δφ로서 출력한다.
이와 같이 연산 주기를 샘플링 시간으로 동기시키는 것에 의해서, 위상 계측시의 리얼타임성을 줄 수 있다.
또한, 한 쌍의 진동속도신호(sin θ, sin(θ+δφ))는, 어느 쪽이나 같은 처리를 행하여 위상 계산되기 때문에 연산 오차가 거의 없고, 정확한 위상 계산을 행할 수 있다.
[실시예 2]
이하, 본 발명을 실시하기 위한 형태의 실시예 2에 대해 도 14, 도 15를 이용하여 설명한다.
도 14는 도 5에 도시한 신호처리장치의 구체적 구성도의 동작 플로우차트를 도시하는 도면, 도 15는 도 5에 도시한 신호처리장치의 주파수 계측기의 블록도이다.
도 14에는, 도 5에 도시한 신호처리장치(100)에 이용되는 도 1에 도시한 진동속도 신호 연산기(80)에서의 위상차 계측 연산의 직행 주파수 변조 및 위상 계측에서의 플로우차트가 도시되어 있다.
도 14에 있어서, 스텝 200에서는, 도 1에 도시한 진동속도 신호 연산기(80)의 파라미터를 초기화한다. 이 스텝 200에서 진동속도 신호 연산기(80)의 파라미터의 초기화가 행하여지면, 스텝 210에서, 2개의 센서(레프트 픽 오프(7), 라이트 픽 오프(8))로부터의 위상/및 속도신호를 A/D컨버터(31), A/D컨버터(35)에 의해서 임의의 샘플링 주기로 샘플링하여, 이 샘플링한 데이터로부터 sin 파형, cos 파형을 생성한다.
이 스텝 210에서 sin 파형, cos 파형을 생성하면, 스텝 220에서, 주파수 계측기(120)에서 샘플링한 데이터의 주파수를 계측하고, 그 계측 주파수를 기초로 N값을 결정한다.
이 스텝 220에서 N값을 결정하면, 스텝 230에서, 계측한 주파수를 설정한 목표 분주치 N으로 나눠 계산하고, 직교 주파수 변조 후의 주파수를 결정한다.
이 스텝 230에서 직교 주파수 변조 후의 주파수를 결정하면, 스텝 240에서, 참조신호 발신기(140)로부터 sin의 참조신호 파형, cos의 참조신호 파형을 생성하고, 참조 파형을 이용하여 직교 주파수 변조기(110,130)에서 직교 주파수 변조를 행한다. 이 결과, 주파수 변조를 행한 신호는 입력 주파수의 1/N의 값이 된다.
이 스텝 240에서 직교 주파수 변조를 행하면, 스텝 250에서, 직교 주파수 변조기(110,130)는, 위상/및 속도신호를 A/D컨버터(31), A/D컨버터(35)에 의해서 임의의 샘플링 주기로 샘플링한 신호를 입력 주파수의 1/N인 주파수의 sin 파형, cos파형을 참조 파형에 의해서 직교 주파수 변조하여 생성한 sin 신호, cos신호를 위상차 계측기(150)에 보낸다.
이 스텝 250에서 sin 신호, cos신호를 위상차 계측기(150)에 보내면, 스텝 260에서, 위상차 계측기(150)는, 직교 주파수 변조기(110,130)로부터 출력되는 주파수 변조된 1/N의 주파수의 위상/및 속도신호의 sin 신호, cos 신호를 이용하여 위상차를 계산한다. 그리고, 이 주파수 변환된 위상/및 속도신호를 이용하여 위상 계측을 행한다.
(1) 주파수 계측기
주파수의 계측방법으로서는, 본 실시형태에서는, PLL(PLL; Phase-locked loop 위상 동기 회로)의 원리를 이용한 방법을 이용하고 있다. 이 PLL은, 입력되는 교류 신호와 주파수가 동일하고, 또한 위상이 동기한 신호를, 피드백 제어에 의해 다른 발진기로부터 출력하는 전자회로이다.
이와 같이 PLL은, 원래 위상을 동기하기 위한 회로로, 입력신호에 대해서 위상이 동기한 신호를 만들 수 있게 되어 있다.
이 PLL은, 외부로부터 입력된 기준신호와, 루프내의 발진기로부터의 출력과의 위상차가 일정하게 되도록, 루프내 발진기에 피드백 제어를 걸쳐 발진시키는 발진 회로로, 연산기로 구성하는 것이 비교적 간단하고, 더 고속으로 연산하는 것이 가능하다.
주파수 계측기(120)는, 도 15에 도시하는 바와 같이 구성되어 있다.
즉, A/D컨버터(31)에는, 곱셈기(121)가 접속되어 있다. 이 A/D컨버터(31)에서는, 가진기(6)에 의해서 측정 튜브(2,3)를 교번 구동했을 때에 한 쌍의 측정 튜브(2,3)의 좌측에 생기는 코리올리의 힘에 비례한 위상차 및/또는 진동 주파수를 갖는 진동속도의 검출신호(출구측 속도신호)를 레프트 픽 오프(7)로 검출하고, 로우패스 필터(30)에 입력되어, 낮은 주파수의 좌측 속도신호(출구측 속도신호)만이 추출되어, 디지털 신호로 변환된 좌측 속도신호(출구측 속도신호) sin θ가 출력된다.
그리고, 이 곱셈기(121)는, A/D컨버터(31)에 의해서 디지털 신호로 변환된 좌측 속도신호(출구측 속도신호) sin θ와, 주파수 계측용 발신기(123)로부터 출력되는 출력신호 cos δ의 위상을 비교하여, 로우패스 필터(122)에 출력하는 것이다.
따라서, 곱셈기(121)의 출력단자에는, 로우패스 필터(122)가 접속되어 있다. 이 로우패스 필터(122)는, 곱셈기(121)로부터 출력되는 출력신호를 주파수 필터를 통하여, 낮은 주파수의 신호만 추출하는 것이다.
따라서, 곱셈기(121)에서는 좌측 속도신호 sin θ와 주파수 계측용 발신기 출력 cos δ의 곱셈에 의해, θ와 δ의 덧셈 및 뺄셈 신호가 생성되지만, 여기에서는, 곱셈기(121)로부터 출력되는 출력신호 중에서 뺄셈의 성분만을 추출하고 있다.
또한, 로우패스 필터(122)에는, 주파수 계측용 발신기(123)가 접속되어 있다. 이 주파수 계측용 발신기(123)는, 로우패스 필터(122)로부터 출력되는 낮은 주파수의 신호를 기초로 위상 데이터 δ를 생성하는 것이다.
그리고, 이 주파수 계측용 발신기(123)에서는, 곱셈기(121)에 출력신호 cos δ를 출력하고, 이 곱셈기(121)에서, A/D컨버터(31)에서 디지털 값으로 변환된 입력 데이터(sin θ)의 위상과, 출력신호 cos θ의 위상이 비교되어, 그 뺄셈 신호와 덧셈 신호로서 로우패스 필터(122)로부터 출력되어, 이 로우패스 필터(122)에 의해서 여파(濾波) 출력되는 뺄셈의 성분만의 출력 데이터 V(주파수 연산 함수 V)가 0이 되도록 귀환 루프가 형성된다.
이러한 구성을 수식적으로 표현하면, 도 15에 도시한 주파수 계측기(120)와 같이 입력신호를 sin θ, 주파수 계측용 발신기(123)의 출력신호를 cos δ로 두고, 그 2개의 파형을 곱셈기(121)에서 곱셈하면,
[식 3]
Figure pct00003
가 된다.
이 곱셈값(sin θ·cos δ)을 로우패스 필터(122)에 걸면, 이 로우패스 필터 (122)에 의해서 높은 주파수 성분이 제거되고, 로우패스 필터(122)로부터의 출력되는 주파수 연산 함수 V는,
[식 4]
Figure pct00004
가 된다.
이 식(4) 에서의(θ-δ)의 값이 충분히 작은 값(V≒0)일 때는, 주파수 연산 함수 V는,
[식 5]
Figure pct00005
로 근사할 수 있다.
여기서, 주파수 연산 함수 V가 0이 되도록, 주파수 계측용 발신기(123)의 출력신호의 출력 파형을 컨트롤하는 것에 의해서, 식(5)의 위상 θ를 구할 수 있다.
이러한 방법에 의해서, 계측 샘플링 주기를 Ta로 했을 때 구한 주파수 변환전의 위상 θ를, 다음의 식(6), 식(7), 식(8)을 이용하여 연산하는 것에 의해서 주파수 f를 구할 수 있다.
[식 6]
Figure pct00006
ΔT는 시간 변화를 표시하고 연산 주기(샘플링 레이트)와 같아진다.
따라서 위상 θ는,
[식 7]
Figure pct00007
[식 8]
Figure pct00008
이러한 계산을 주파수 계측기(120)에서 행하는 것에 의해서, 고속의 주파수 계측을 행할 수 있다.
(2) 직교 주파수 변조기
도 5에서 직교 주파수 변조기(110,130)는, 각각 같은 구성으로 되어 있고, 각각 입력된 2개의 신호의 주파수 차이를 구하여 출력하고, 또한 그 신호에 직교한 신호를 동시에 생성하여 출력하는 것이다.
즉, 가진기(6)에 의해서 진동했을 때에 측정 튜브(2,3)의 좌측에 생기는 진동속도의 검출신호(출구측 속도신호)를 레프트 픽 오프(7)가 검출하고, 이 레프트 픽 오프(7)가 검출한 진동속도의 검출신호(출구측 속도신호)는, 로우패스 필터(30)에 입력된다.
이 로우패스 필터(30)에서는, 좌측 속도 센서(7)로부터 출력되는 좌측 속도신호(출구측 속도신호)중, 낮은 주파수의 좌측 속도신호(출구측 속도신호)만의 아날로그 신호를 추출하고, A/D컨버터(31)에 의해서 디지털 신호로 변환하여 직교 주파수 변조기(110)에 입력된다.
직교 주파수 변조기(110)에서는, 직교 주파수 변조기(110)에 입력되는 A/D컨버터(31)로부터 출력되는 좌측 속도 센서(7)에서 검출되는 좌측 속도신호(출구측 속도신호)와, 주파수 계측기(120)로부터 출력되는 주파수 계측치에 기초하여, 발신기(140)에서 발신 출력되는 소정의 주파수 신호와의 주파수 차이를 구하여, 이 주파수 신호에 직교한 신호를 동시에 생성하여 출력한다.
또한, 가진기(6)에 의해서 측정 튜브(2,3)를 진동했을 때에, 측정 튜브(2,3)의 우측에 생기는 진동속도의 검출신호(입구측 속도신호)를 라이트 픽 오프(8)가 검출하고, 이 라이트 픽 오프(8)가 검출한 진동속도의 검출신호(입구측 속도신호)는, 로우패스 필터(34)에 입력된다.
이 로우패스 필터(34)에서는 우측 속도 센서(7)로부터 출력되는 우측 속도신호(입구측 속도신호)중, 낮은 주파수의 우측 속도신호(입구측 속도신호)만의 아날로그 신호를 추출, A/D컨버터(35)에 의해서 디지털 신호로 변환하여 직교 주파수 변조기(130)에 입력된다.
직교 주파수 변조기(130)에서는, 직교 주파수 변조기(130)에 입력되는 A/D컨버터(35)로부터 출력되는 우측 속도 센서(8)에서 검출되는 우측 속도신호(입구측 속도신호)와, 주파수 계측기(120)로부터 출력되는 주파수 계측치에 기초하여, 발신기(140)에서 발신 출력되는 소정의 주파수 신호와의 주파수 차이를 구하여, 이 주파수 신호에 직교한 신호를 동시에 생성하여 출력한다.
진동속도의 검출신호를 검출하는 진동속도 센서(레프트 픽 오프(7), 라이트 픽 오프(8))로부터의 출력신호(좌측 속도신호 LPO, 우측 속도신호 RPO)와 직교 주파수 변조기(구체적으로는, 직교 주파수 변조기(110,130))에 입력되는 발신기(140)로부터 출력되는 신호의 각각을,
[식 9]
진동속도 센서 신호 : sin(θ)
발신기의 출력신호 : cos(θX) ……(9)
로 둔다.
그렇게 하면, 직교 주파수 변조기(110,130)에서는, 진동속도 센서(레프트 픽 오프(7), 라이트 픽 오프(8))로부터의 출력신호(좌측 속도신호 LPO, 우측 속도신호 RPO)와, 직교 주파수 변조기(구체적으로는, 직교 주파수 변조기(110,130)에 입력되는 발신기(140)로부터의 각각에 대해서 식 10, 식 11에 의해, 90° 시프트 신호를 얻을 수 있다.
[식 10]
센서 신호 : sin(θ)
센서 신호 90° 시프트 신호 : cos(θ) ……(10)
[식 11]
발신기의 출력신호 : sin(θX)
발신기 90° 시프트 신호 : cos(θX) ……(11)
또한 식(10), 식(11)의 각 신호로부터 주파수 변환한 신호와 주파수 변환 후의 90° 시프트 신호로부터 주파수 차이, 즉(θ-θX) 성분이 산출된다.
[식 12]
sin θ·cos θX -cos θ·sin θX=sin(θ-θX) ……(12)
[식 13]
cos θ·cos θX-sin θ·sin θX=cos(θ-θX) ……(13)
따라서, 주파수 변조기(110,130)에서는, A/D컨버터(31,35)로부터의 입력신호 주파수와 발신기(140)로부터의 출력신호 주파수와의 주파수 차이의 IQ신호를 생성하여, 각각의 직교 변조 출력으로부터 송출된다.
(3) 발신기
발신기(140)는, 주파수 계측기(120)의 계측 결과 θ에 기초하여 발신기(140)의 주파수를 제어한다.
즉, 발신기(140)는, 가진기(6)에 의해서 측정 튜브(23)를 진동했을 때에 레프트 픽 오프(7)에 의해서 검출되어 주파수 변조기(110)에 입력되는 측정 튜브 (2,3)의 좌측에 생기는 진동속도의 검출신호(출구측 속도신호)의 주파수 θ에 비하여 직교 변조기(110)의 출력 주파수가 1/N이 되도록 발신기(140) 출력 cos θXn을 확정시킨다.
이 주파수 변조기(110)와 주파수 변조기(130)가 동일하게 구성되어 있기 때문에, 주파수 변조기(110)로부터 출력되는 주파수와 같이, 주파수 변조기(130)로부터 출력되는 주파수는, 가진기(6)에 의해서 측정 튜브(2,3)를 진동했을 때에 라이트 픽 오프(8)에 의해서 검출되어 주파수 변조기(130)에 입력되는 측정 튜브(2,3)의 우측에 생기는 진동속도의 검출신호(입구측 속도신호)의 주파수 θ에 비하여 직교 변조기(130)의 출력 주파수가 1/N이 된다.
이 주파수 변조기(110)와 주파수 변조기(130)는, 식(12), 식(13)에 기초하여 각각의 주파수 변조기에 입력된 2개의 주파수의 차이를 구하도록 구성되고, 또한 좌측 속도신호, 우측 속도신호 주파수에 대해서 1/N이 되는 조건을 구비하여 다음식(식 14)이 성립된다
[식 14]
Figure pct00009
상술과 같이 발신기(140) 출력 cos θX의 확정에서 θX를 컨트롤하면 좋아진다.
직교 주파수 변조기(110,130)의 출력은, 입력신호의 1/N이 되고, 또한 레프트 픽 오프(7)와 라이트 픽 오프(8)의 각각의 직교 주파수 변조기(110,130)의 출력 결과는,
[식 15]
Figure pct00010
[식 16]
Figure pct00011
로 표시된다.
코리올리식 유량계(1)의 좌측 속도 센서(7)의 구동 주파수와, 우측 속도 센서(8)의 구동 주파수는, 높은 것이라도 1KHz이다. 따라서, 지금, 가령, N의 값을 32로 한 경우, 직교 주파수 변조기(110,130)에서 변조 출력되는 주파수는, 30Hz정도가 되어, 매우 낮은 주파수에서, 또한 좁은 대역의 필터를 준비하는 것만으로 좋아진다.
식(15), 식(16)에서 N값은 상기와 같이 유량계의 타입에 의해 다르게 된다. 여기서 N의 취급에 대한 일례를 이하에 서술한다.
센서의 구동 주파수를 50Hz∼1600Hz로 하고, 변환기의 필터 주파수 대역을 10Hz∼40Hz로 했을 때, 이하의 표와 같이 결정할 수 있다.
한편, N값과 필터 대역의 설정조건으로서, 직교 변조 후의 주파수가 50Hz∼60Hz(상용 주파수) 대역과 겹치지 않게 하는 것도 중요하다.
구동 주파수 N값(분주치) 직교 변조 후의 주파수
50Hz∼200Hz 5 10Hz∼40Hz
100Hz∼400Hz 10 10Hz∼40Hz
200Hz∼800Hz 20 10Hz∼40Hz
400Hz∼1600Hz 40 10Hz∼40Hz
상기와 같이 N값을 선택하는 것에 의해서 위상 계측시에 이용하는 필터링 대역을 동일화하여, 구동 주파수(입력 주파수)에 영향을 받지 않는 필터링을 행할 수 있다.
다만, 여기서 말한 N값의 취급은 구체적인 예로서 든 것으로, 실제의 N값의 취급은, 적응시키는 센서나 변환기에서 이용하는 필터의 대역 등의 설계 조건에 따라서 다른 것은 말할 필요도 없다.
(4) 위상 계측기
직교 주파수 변조기의 출력 결과를 이하에 관계식에 대입하여 산출하면,
[식 17]
Figure pct00012
가 된다.
여기서,
식 [18]
Figure pct00013
로 하면
[식 19]
Figure pct00014
가 되어, 위상차를 구할 수 있다.
또한, 다른 계산방법으로는,
[식 20]
Figure pct00015
및,
[21]
Figure pct00016
로부터, 각각의 아크 탄젠트를 계산하여, 그 차이를 취하는 것에 의해 위상차를 계산할 수 있다.
《주파수 변환을 이용한 위상 계측방법의 특징》
본 발명에 관한 위상 계측 시스템의 특징은, 직교 주파수 변조기(구체적으로는, 직교 주파수 변조기(110,130)에 입력되는 진동속도의 검출신호를 검출하는 진동속도 센서(레프트 픽 오프(7), 라이트 픽 오프(8))로부터의 출력신호(좌측 속도신호 LPO,우측 속도신호 RPO)의 주파수와는 무관계한 샘플링 주기로 진동속도 센서(레프트 픽 오프(7), 라이트 픽 오프(8))로부터의 출력신호(좌측 속도신호 LPO, 우측 속도신호 RPO)를 샘플링 할 수 있으므로, 구성이 매우 간단하고, 필터의 테이블을 큰 폭으로 줄일 수 있어, 더 오차가 적은 연산을 가능하게 할 수 있다.
또한, 입력 주파수에 의한 위상 계측의 대역 제한이 대부분 없기 때문에, 다양한 구동 주파수의 센서와 결합하는 것이 가능하고, 본 시스템에서 여러 종류에 걸친 타입에 적용시킬 수 있는 이점을 갖는다. 나아가서는 입력 주파수에 의해서 연산 정밀도가 영향을 받지 않기 때문에, 항상 고정밀한 위상 계측이 가능해진다.
[실시예 3]
측정용의 유관을 구성하는 적어도 한 개, 혹은 한 쌍의 플로우 튜브로 이루어지는 측정 튜브(2,3)를 구동장치에 의해서 가진기(6)를 작동시킨다. 이 가진기에 의해서, 적어도 한 개, 혹은 한 쌍의 플로우 튜브로 이루어지는 측정 튜브(2,3)를 교번 구동하여, 이 플로우 튜브를 진동시킨다.
그리고, 플로우 튜브(2,3)의 좌우에 설치되는 레프트 픽 오프(LPO)(7)와 라이트 픽 오프(RPO)(8)에 의해서 구성되는 진동 검출 센서인 한 쌍의 속도 센서 혹은 가속도 센서에 의해서, 적어도 한 개, 혹은 한 쌍의 플로우 튜브로 이루어지는 측정 튜브(2,3)에 작용하는 코리올리의 힘에 비례한 위상차 및/또는 진동 주파수를 검출하는 것에 의해, 피계측 유체의 질량 유량 및/또는 밀도를 얻는 코리올리 유량계가 구성되어 있다.
이 코리올리 유량계에, 속도 센서 혹은 가속도 센서로부터 검출되는 한 쌍의 플로우 튜브로 이루어지는 측정 튜브(2,3)에 작용하는 코리올리의 힘에 비례한 위상차 및/또는 진동 주파수의 2개의 아날로그 입력신호의 각각을 디지털 신호로 변환하여 얻는 2개의 유량 신호 중, 적어도 한쪽의 센서(예를 들면, 레프트 픽 오프 (7))로부터 출력되어 A/D변환기(31)를 통하여 디지털 변환된 디지털 입력신호(출구측 속도신호)의 입력신호 주파수에 기초하여 주파수를 계측하는 주파수 계측기 (120)를 설치한다.
또한, 이 주파수 계측기(120)로부터 출력되는 디지털 주파수 신호의 θ(1-1/N)의 주파수 신호를 생성 발신하고, 출력하는 발신기(140)를 설치한다.
또한 한 쌍의 진동 검출 센서(레프트 픽 오프(7), 라이트 픽 오프(8))의 각각의 속도 센서(예를 들면, 레프트 픽 오프(7)로부터 입력되는 입력신호(출구측 속도신호))를 2개의 A/D컨버터(31,35)에 의해서 각각 디지털 신호로 변환한다. 그리고, 이 입력신호 주파수 θ를, 발신기(140)로부터 출력되는 출력 주파수 θXn를 이용하여, 가산(또는 감산)하고, 각각의 주파수를 직교 변조하는 한 쌍의 직교 주파수 변환기(110,130)를 설치한다.
또한 게다가, 한 쌍의 직교 주파수 변환기(110,130)로부터 일정한 주파수 신호로 변환된 주파수 신호 sin θ, sin(θ+δφ)의 위상차의 계측을 행하는 위상차 계측부(150)를 설치한다.
그리고, 직교 변조기(110)로부터 출력되어 오는, 결국은 A/D컨버터(31)로부터 입력되는 좌측 속도신호(출구측 속도신호)의 입력 주파수의 1/N의 출력 주파수 신호와, 직교 변조기(130)로부터 출력되어 오는, 결국은 A/D컨버터(35)로부터 입력되는 우측 속도신호(입구측 속도신호)의 입력 주파수의 1/N의 출력 주파수 신호를 이용하여 위상차를 얻는 신호처리장치(100)를 설치하여 코리올리 유량계를 구성한다.

Claims (6)

  1. 측정용의 유관(流管)을 구성하는 적어도 한 개, 또는 한 쌍의 플로우 튜브를 구동장치에 의해서 가진기를 작동시켜 상기 플로우 튜브를 교번 구동하여서, 상기 플로우 튜브를 진동시키고, 상기 플로우 튜브의 좌우에 설치되는 한 쌍의 진동 검출 센서인 속도 센서 혹은 가속도 센서에 의해서 상기 플로우 튜브에 작용하는 코리올리의 힘에 비례한 위상차 및/또는 진동 주파수를 검출하는 것에 의해, 피계측 유체의 질량 유량 및/또는 밀도를 얻는 코리올리 유량계에 있어서,
    상기 한 쌍의 진동 검출 센서의 각각으로부터 출력되는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 제 1 스텝과,
    상기 제 1 스텝에서 변환된 상기 한 쌍의 진동 검출 센서에 대응하는 2개의 디지털 신호의 각각을 주파수 변환하는 제 2 스텝과,
    상기 제 1 스텝에서 변환된 상기 한 쌍의 진동 검출 센서에 대응하는 2개의 디지털 신호 중 어느 하나의 디지털 신호에 기초하여 주파수를 계측하는 제 3 스텝과,
    상기 제 3 스텝에서 계측되는 디지털 주파수 신호의 1/N의 주파수 신호를 생성하는 제 4 스텝을 구비하고,
    상기 제 4 스텝에서 생성된 디지털 신호의 1/N의 주파수 신호를 이용하여 상기 한 쌍의 진동 검출 센서의 검출신호의 위상차를 검출할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 신호처리방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 주파수 계측기로부터 출력되는 디지털 주파수 신호 θ의 1/N의 주파수 신호를 생성하는 과정에 있어서, θ/N=θ-θX가 되는 주파수 θX를 구하여 주파수 변환을 행하는 신호처리방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 주파수 계측기로부터 출력되는 디지털 주파수 신호 θ의 1/N의 주파수 신호가 50Hz 미만이 되도록 N을 결정하는 신호처리방법.
  4. 측정용의 유관을 구성하는 적어도 한 개, 또는 한 쌍의 플로우 튜브를 구동장치에 의해서 가진기를 작동시켜 상기 플로우 튜브를 교번 구동하여서, 상기 플로우 튜브를 진동시키고, 상기 플로우 튜브의 좌우에 설치되는 한 쌍의 진동 검출 센서인 속도 센서 혹은 가속도 센서에 의해서 상기 플로우 튜브에 작용하는 코리올리의 힘에 비례한 위상차 및/또는 진동 주파수를 검출하는 것에 의해, 피계측 유체의 질량 유량 및/또는 밀도를 얻는 코리올리 유량계에 있어서,
    상기 한 쌍의 진동 검출 센서의 각각으로부터 출력되는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하기 위한 A/D변환기와,
    상기 A/D변환기로부터 출력되는 상기 한 쌍의 진동 검출 센서에 대응하는 2개의 디지털 신호 각각의 디지털 신호를 주파수 변환하는 한 쌍의 직교 주파수 변환기와,
    상기 A/D변환기로부터 출력되는 상기 한 쌍의 진동 검출 센서에 대응하는 2개의 디지털 신호 중 어느 하나의 디지털 신호에 기초하여 주파수를 계측하는 주파수 계측기와,
    상기 주파수 계측기로부터 출력되는 디지털 주파수 신호의 θ(1-1/N)의 주파수 신호를 생성하는 발신기를 구비하고,
    상기 직교 주파수 변환기에 의해서 생성된 신호를 이용하여 위상차를 얻도록 한 것을 특징으로 하는 신호처리장치.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 A/D변환기로부터 출력되는 상기 한 쌍의 진동 검출 센서인 속도 센서 혹은 가속도 센서에 대응하는 2개의 디지털 신호 중 어느 하나의 디지털 신호에 기초하여 주파수를 계측하는 주파수 계측기에서, PLL(Phase Locked Loop)을 이용하여 주파수 계측을 행하는 신호처리장치.
  6. 측정용의 유관을 구성하는 적어도 한 개, 또는 한 쌍의 플로우 튜브를 구동장치에 의해서 가진기를 작동시켜 상기 플로우 튜브를 교번 구동하여서 상기 플로우 튜브를 진동시키고, 진동 검출 센서에 의해서 상기 플로우 튜브에 작용하는 코리올리의 힘에 비례한 위상차 및/또는 진동 주파수를 검출하는 것에 의해, 피계측 유체의 질량 유량 및/또는 밀도를 얻는 코리올리 유량계에 있어서,
    상기 한 쌍의 진동 검출 센서의 각각으로부터 출력되는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하기 위한 A/D변환기와,
    상기 A/D변환기로부터 출력되는 상기 한 쌍의 진동 검출 센서에 대응하는 2개의 디지털 신호 각각의 디지털 신호를 주파수 변환하는 한 쌍의 직교 주파수 변환기와,
    상기 A/D변환기로부터 출력되는 상기 한 쌍의 진동 검출 센서에 대응하는 2개의 디지털 신호 중 어느 하나의 디지털 신호에 기초하여 주파수를 계측하는 주파수 계측기와,
    상기 주파수 계측기로부터 출력되는 디지털 주파수 신호의 θ(1-1/N)의 주파수 신호를 생성하는 발신기를 구비하고,
    상기 직교 주파수 변환기에 의해서 생성된 신호를 이용하여 위상차를 얻는 신호처리장치를 설치한 것을 특징으로 하는 코리올리 유량계.
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