KR20120066049A

KR20120066049A - 신호 처리 방법, 신호 처리 장치 및 코리올리 유량계

Info

Publication number: KR20120066049A
Application number: KR1020127010406A
Authority: KR
Inventors: 히로카즈 기타미; 히데키 시마다
Original assignee: 가부시키가이샤 오바루
Priority date: 2010-02-19
Filing date: 2010-11-09
Publication date: 2012-06-21
Also published as: RU2526582C2; EP2362191B1; TW201142250A; SG178425A1; CA2771498A1; CA2771498C; CN102639973A; EP2362191A1; CN102639973B; RU2012129540A; US20110203388A1; WO2011102031A1; JP2011169797A; US8725432B2; JP4694645B1; KR101350075B1; TWI461659B

Abstract

피측정 유체의 온도가 변화하거나, 피측정 유체에 기포가 혼입하거나, 피측정 유체가 기체에서 액체로 급속히 변화한 경우라도, 항상 일정한 정밀도로 계측할 수 있으며, 위상 및 밀도계측을 적은 연산량으로 행할 수 있는 신호 처리 장치를 제공하는 것. 측정용의 유관을 구성하는 적어도 한 개, 혹은 한 쌍의 플로우 튜브를 구동장치에 의해서 가진기를 작동시켜 상기 플로우 튜브를 교번 구동하고, 상기 플로우 튜브를 진동시키고, 진동 검출 센서인 속도 센서 혹은 가속도 센서에 의해서 플로우 튜브에 작용하는 코리올리힘에 비례한 위상차 및/또는 진동 주파수를 검출하는 것에 의해, 피계측 유체의 질량 유량 및/또는 밀도를 얻는 코리올리 유량계 에 있어서, 가변조인 주파수 신호를 발신 출력하는 발신기(90)와, 속도 센서 혹은 가속도 센서에 의해서 검출되는 입력 주파수와, 발신기(90)의 출력 주파수(F_X)를 가산(또는 감산)해서 주파수 변환하고, 상기 주파수 변환후의 주파수 값이 항상 일정하게 되도록 주파수 시프트하는 주파수 변환부(85)에 의해서 구성된다.

Description

신호 처리 방법, 신호 처리 장치 및 코리올리 유량계{SIGNAL PROCESSING METHOD, SIGNAL PROCESSING DEVICE, AND CORIOLIS FLOW METER}

본 발명은, 유관에 작용하는 코리올리힘(coriolis force)에 비례한 위상차 및/또는 진동 주파수를 검출하는 것에 의해 피계측 유체의 질량 유량 및/또는 밀도를 얻는 코리올리 유량계에 관한 것이다.

미지의 유체의 밀도를 측정하기 위해서, 코리올리 유량계를 이용하는 것이 알려져 있다.

코리올리 유량계는, 피측정 유체의 유통하는 유관의 양단을 지지하고, 그 지지점 회전에 유관의 흐름 방향과 수직인 방향으로 진동을 더했을 때에, 유관(이하, 진동이 더해져야 할 유관을 플로우 튜브라고 한다)에 작용하는 코리올리힘이 질량 유량에 비례하는 것을 이용해서 질량 유량을 측정하는 것이다.

한편, 진동식 밀도계는, 유체가 흐르는 유관(이하, 진동이 더해져야 할 유관을 플로우 튜브라고 한다)의 공진 주파수가 밀도의 변화에 의해서 변화하는 것을 이용하여, 피측정 유체의 밀도를 측정하는 것이다.

이러한 진동식 밀도계는, 그 주요 구성이, 코리올리 유량계와 공통되어 있기 때문에, 피측정 유체의 질량 유량을 측정하기 위한 코리올리 유량계를 이용하여 구성하고, 질량 유량과 동시에 밀도를 계측하는 것이 종래부터 행해지고 있다.

따라서, 플로우 튜브가 공진 진동하는 주기 혹은 주파수를 측정하는 것에 의해서, 유체의 밀도를 계측하는 것이 가능하게 된다. 이 플로우 튜브의 형상은 직관식과 만곡관식으로 크게 구별되어 있다.

만곡관식의 플로우 튜브를 이용하는 경우는, 피측정 유체가 흐르는 플로우 튜브를 양단에서 지지하고, 지지된 플로우 튜브의 중앙부를 지지선에 대해, 직각인 방향으로 교번(交番) 구동했을 때, 플로우 튜브의 양단 지지부와 중앙부와의 사이의 대칭 위치에 질량 유량을 측정하는 것이다.

플로우 튜브의 교번 구동의 주파수를 플로우 튜브의 고유의 진동수와 동일하게 하면, 피측정 유체의 밀도에 따른 일정한 구동 주파수가 얻어지고, 작은 구동 에너지로 구동하는 것이 가능하게 된다. 따라서, 플로우 튜브를 고유 진동수로 구동하는 것이 일반적으로 되고 있다.

이러한 만곡관식의 플로우 튜브를 이용하여 밀도의 측정을 행하는 경우, 플로우 튜브를 구동하기 위한 구동 수단으로서는, 코일과 마그넷의 조합으로 이용되는 것이 일반적으로 되고 있다. 그 코일과 마그넷의 설치에 관해서는, 플로우 튜브의 진동 방향에 대해서 오프셋하지 않는 위치에 설치하는 것이, 코일과 마그넷의 위치 관계의 빗나감을 최소로 하는데 있어서 바람직하다. 따라서, 병렬 2개의 플로우 튜브를 구비하는 만곡관식의 코리올리 유량계와 같은 병렬 2개의 플로우 튜브에 있어서는, 코일과 마그넷을 끼워넣는 상태로 설치되어 있다. 그 때문에, 대립하는 2개의 플로우 튜브의 거리가 적어도 코일과 마그넷을 끼워넣는 정도만큼 멀어지는 설계가 이루어지고 있다.

2개의 플로우 튜브가 각각 평행하는 면내에 존재하는 코리올리 유량계로서, 입구지름이 큰 플로우 튜브를 이용하거나, 강성이 높은 플로우 튜브를 이용한 경우에는, 구동 수단의 파워를 높일 필요가 있기 때문에, 큰 구동 수단을 2개의 플로우 튜브의 사이에 끼워넣지 않으면 안 된다. 그 때문에, 플로우 튜브의 근원인 고정 단부에 있어서도, 그 플로우 튜브끼리의 거리가 필연적으로 넓어지도록 설계되어 있다.

일반적으로 알려져 있는 U자 관(管)의 측정 튜브를 구비하는 코리올리 유량계(1)는, 도 13에 도시하는 바와 같이, 2개의 U자 관 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(6)와, 상기 가진기(6)에 의해서 진동했을 때에 측정 튜브(2, 3)의 좌측에 생기는 진동 속도를 검출하는 좌속도 센서(7)와, 상기 가진기(6)에 의해서 진동했을 때에 측정 튜브(2, 3)의 우측에 생기는 진동 속도를 검출하는 우속도 센서(8)와, 진동 속도 검출시의 측정 튜브(2, 3)내를 흐르는 피측정 유체의 온도를 검출하는 온도 센서(9)를 구비하고 있다. 이들 가진기(6)와, 좌속도 센서(7)와, 우속도 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(우속도 센서(8)가 설치되어 있는 측)으로부터 좌측(좌속도 센서 (7)가 설치되어 있는 측)으로 흐르게 되어 있다.

따라서, 우속도 센서(8)에 의해서 검출되는 속도 신호는, 측정 튜브(2, 3)에 유입하는 피측정 유체의 입구측 속도 신호로 된다. 또, 좌속도 센서(7)에 의해서 검출되는 속도 신호는, 측정 튜브(2, 3)로부터 유출하는 피측정 유체의 출구측 속도 신호로 된다.

이 변환기(5)는, 구동 제어부(10)와, 위상 계측부(11)와, 온도 계측부(12)에 의해서 구성되어 있다.

변환기(5)는, 도 14에 도시하는 바와 같이 블록 구성을 가지고 있다.

즉, 변환기(5)는, 입출력 포트(15)를 가지고 있다. 이 입출력 포트(15)에는, 구동 제어부(10)를 구성하는 구동 신호 출력 단자(16)가 설치되어 있다. 구동 제어부(10)는, 측정 튜브(2, 3)에 설치된 가진기(6)에, 소정 모드의 신호를 구동 신호 출력 단자(16)로부터 출력하고, 측정 튜브(2, 3)가 공진 진동시키고 있다.

한편, 진동 속도를 검출하는 좌속도 센서(7), 우속도 센서(8)는, 각각 가속도 센서여도, 물론 좋다.

이 구동 신호 출력 단자(16)에는, 증폭기(17)를 통하여, 구동 회로(18)가 접속되어 있다. 이 구동 회로(18)에 있어서는, 측정 튜브(2, 3)를 공진 진동시키는 구동 신호를 생성하고, 상기 구동 신호를 증폭기(17)에 출력한다. 이 증폭기에 있어서는, 입력한 구동 신호를 증폭하고, 구동 신호 출력 단자(16)에 출력한다. 이 구동 신호 출력 단자(16)에 있어서는, 증폭기(17)로부터 출력되어 오는 구동 신호를 가진기(6)에 출력한다.

또, 입출력 포트(15)에는, 가진기(6)에 의해서 진동했을 때에 측정 튜브(2, 3)의 좌측에 생기는 진동 속도의 검출 신호를 입력하는 좌속도 신호 입력 단자(19)가 설치되어 있으며, 이 좌속도 신호 입력 단자(19)는, 위상 계측부(11)를 구성하고 있다.

또, 입출력 포트(15)에는, 가진기(6)에 의해서 진동했을 때에 측정 튜브(2, 3)의 우측에 생기는 진동 속도의 검출 신호를 입력하는 우속도 신호 입력 단자(20)가 설치되어 있으며, 이 우속도 신호 입력 단자(20)는, 위상 계측부(11)를 구성하고 있다.

위상 계측부(11)는, 측정 튜브(2, 3)에 설치된 가진기(6)에, 소정 모드의 신호를 구동 신호 출력 단자(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.

좌속도 신호 입력 단자(19)에는, 증폭기(21)의 입력 단자가 접속되어 있으며, 이 증폭기(21)의 출력 단자에는, A/D 변환기(22)가 접속되어 있다. 이 A/D 변환기(22)에 있어서는, 좌속도 신호 입력 단자(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.

또, 우속도 신호 입력 단자(20)에는, 증폭기(24)의 입력 단자가 접속되어 있으며, 이 증폭기(24)의 출력 단자에는, A/D 변환기(25)가 접속되어 있다. 이 A/D 변환기(25)에 있어서는, 우속도 신호 입력 단자(20)로부터 출력되는 진동 신호를 증폭기(24)로 증폭한 아날로그 신호를 디지털 값으로 변환하고 있다.

그리고, A/D 변환기(25)의 출력되는 디지털 신호는, 연산기(23)에 입력된다.

게다가, 입출력 포트(15)에는, 온도 센서(9)로부터의 검출치를 입력하는 온도 계측부(11)를 구성하는 온도 신호 입력 단자(26)가 설치되어 있다. 온도 계측부 (11)는, 측정 튜브(2, 3)내에 설치되고 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 있으며, 저항치를 계측하는 것에 의해서 온도를 산출하고 있다.

온도 신호 입력 단자(26)에는, 온도 계측회로(27)가 접속되어 있으며, 이 온도 계측 회로(27)에 의해서 온도 센서(9)로부터 출력되는 저항치에 기초하여 측정 튜브(2, 3)내의 온도를 산출하고 있다. 이 온도 계측 회로(27)에 있어서 산출한 측정 튜브(2, 3)내의 온도는, 연산기(23)에 입력되게 되어 있다.

이러한 코리올리 유량계(1)에 의한 위상 계측 방법은, 측정 튜브(2, 3)에 설치된 가진기(6)로부터, 측정 튜브(2, 3)에 1차 모드로 진동이 부여되고, 이 진동이 부여된 상태로, 측정 튜브(2, 3)내에 피측정 유체가 흐르면, 측정 튜브(2, 3)에 위상 모드가 생성된다.

따라서, 코리올리 유량계(1)의 우속도 센서(8)로부터의 신호(입구측 속도 신호)와 좌속도 센서(7)로부터의 신호(출구측 속도 신호)는, 이 2개의 신호가 중첩된 형태로 출력된다. 이 2개의 신호가 중첩된 형태로 출력되는 신호는, 유량 신호뿐만이 아니라 불필요한 노이즈 성분을 많이 포함하고 있으며, 게다가 계측 유체의 밀도 변화 등에 의해서도 진동수가 변화해 버린다.

그 때문에, 좌속도 센서(7)와 우속도 센서(8)로부터의 신호중, 불필요한 신호를 제거할 필요가 있다. 그러나, 좌속도 센서(7)와 우속도 센서(8)로부터의 신호중, 불필요한 신호를 제거하고, 위상을 계산하는 것은 매우 어렵다.

게다가, 코리올리 유량계(1)는, 매우 고정밀한 계측과 고속의 응답성이 요구되는 일이 자주 있다. 이 요구를 만족하기 위해서는, 매우 복잡한 연산과 높은 처리 능력을 가진 연산기를 필요로 하고, 코리올리 유량계 그 자체가 매우 고가인 것으로 되어 있다.

이러한 점 때문에, 코리올리 유량계에는, 항상 계측 주파수에 맞춘 최적인 필터와 고속의 연산 방법을 겸비한 위상차 계측 방법과 플로우 튜브의 공진 주파수 계측의 확립이 필요하게 되고 있다.

종래의 유량을 계산하기 위한 위상차 계측 방법에 있어서, 노이즈를 제거하기 위한 필터 처리 방법으로서는, 아날로그 필터를 이용한 방법과, 디지털 필터를 이용한 방법이 있다.

아날로그 필터를 이용한 방법은, 비교적 염가로 구성할 수 있다(예를 들면, 특허문헌 1, 특허문헌 2 참조). 그러나, 이 특허문헌 1, 특허문헌 2에 있어서 필터의 능력을 올리는 것에는 한계가 있고, 코리올리 유량계의 필터로서는, 충분하지 않다는 문제점이 있다.

최근, 디지털 신호 처리를 이용한 코리올리 유량계가 많이 개발되고 있으며, 종래의 유량을 계산하기 위한 위상차 계측 방법에 있어서, 노이즈를 제거하기 위한 필터 처리 방법으로서 디지털 필터를 이용한 방법이 개발되고 있다.

디지털 신호 처리를 이용한 코리올리 유량계의 타입으로서는, 종래, 푸리에 변환을 이용하여 위상을 계측하는 방법(예를 들면, 특허문헌 3 참조), 노치 필터 (notch filter), 밴드패스 필터(bandpass filter) 등의 필터 테이블을 가지는 것에 의해서, 입력 주파수에 합친 최적인 테이블을 선택하고, 위상을 계측하는 방법(예를 들면, 특허문헌 4, 특허문헌 5 참조) 등이 있다.

《푸리에 변환을 이용한 위상 계측 방법》

푸리에 변환을 이용한 위상 계측 방법에 따르는 변환기는, 도 15에 도시한 바와 같이 블록 구성을 이용하여 행해진다.

도 15에 있어서, 좌속도 센서(7)에 의해서 검출되는 가진기(6)에 의해서 진동했을 때에 측정 튜브(2, 3)의 좌측에 생기는 진동 속도의 검출 신호(출구측 속도 신호)를 입력하는 입출력 포트(15)에 설치되어 있는 좌속도 신호 입력 단자(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 진동 속도를 검출하는 좌속도 센서(7)로부터 출력되는 좌속도 신호(출구측 속도 신호)를 주파수 필터를 통하여, 낮은 주파수의 좌속도 신호(출구측 속도 신호)만을 꺼내는 회로이다.

이 로우패스 필터(30)에는, A/D 컨버터(31)가 접속되어 있다. 이 A/D 컨버터 (31)는, 로우패스 필터(30)로부터 출력되어 오는 아날로그 신호인 좌속도 신호를 디지털 신호로 변환하는 것이다. 이 A/D 컨버터(31)에 있어서 디지털 신호로 변환된 좌속도 신호는, 위상차 계측기(32)에 입력된다.

또, 이 A/D 컨버터(31)에는, 타이밍 발생기(33)가 접속되어 있다. 이 타이밍 발생기(33)는, 입력 주파수의 M배(M은 자연수)의 샘플링의 타이밍을 생성하는 것이다.

한편, 우속도 센서(8)에 의해서 검출되는 가진기(6)에 의해서 진동했을 때에 측정 튜브(2, 3)의 우측에 생기는 진동 속도의 검출 신호(입구측 속도 신호)를 입력하는 입출력 포트(15)에 설치되어 있는 우속도 신호 입력 단자(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 진동 속도를 검출하는 우속도 센서(8)로부터 출력되는 우속도 신호(입구측 속도 신호)를 주파수 필터를 통하여, 낮은 주파수의 우속도 신호(입구측 속도 신호)만을 꺼내는 회로이다.

이 로우패스 필터(34)에는, A/D 컨버터(35)가 접속되어 있다. 이 A/D 컨버터 (35)는, 로우패스 필터(34)로부터 출력되어 오는 아날로그 신호인 우속도 신호를 디지털 신호로 변환하는 것이다. 이 A/D 컨버터(35)에 있어서 디지털 신호로 변환된 우속도 신호는, 위상차 계측기(32)에 입력된다.

또, 이 A/D 컨버터(35)에는, 타이밍 발생기(33)가 접속되어 있다. 이 타이밍 발생기(33)는, 입력 주파수의 M배(M은 자연수)의 샘플링의 타이밍을 생성하는 것이다.

또, 우속도 센서(8)에 의해서 검출되는 가진기(6)에 의해서 진동했을 때에 측정 튜브(2, 3)의 우측에 생기는 진동 속도의 검출 신호(입구측 속도 신호)를 입력하는 입출력 포트(15)에 설치되어 있는 우속도 신호 입력 단자(20)에는, 주파수 계측기(36)가 접속되어 있다. 이 주파수 계측기(36)는, 우속도 센서(8)에 의해서 검출되는 가진기(6)에 의해서 진동했을 때에 측정 튜브(2, 3)의 우측에 생기는 진동 속도의 검출 신호(입구측 속도 신호)의 주파수를 계측하는 것이다.

이 주파수 계측기(36)에는, 타이밍 발생기(33)가 접속되어 있다. 이 주파수 계측기(36)에 있어서 계측된 주파수는, 타이밍 발생기(33)에 출력되고, 타이밍 발생기(33)에 있어서 입력 주파수의 M배(M은 자연수)의 샘플링의 타이밍이 생성되고, A/D 컨버터(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 15에 도시하는 바와 같이 구성되는 푸리에 변환을 이용한 위상 계측 방법에 있어서는, 우속도 센서(8)로부터의 입력 신호(입구측 속도 신호)가, 우선, 주파수 계측기(36)에 입력되고 주파수가 계측된다. 이 주파수 계측기(36)에 있어서 계측된 주파수는, 타이밍 발생기(33)에 입력되고, 이 타이밍 발생기(33)에 있어서는, 입력 주파수의 M배(M은 자연수)의 샘플링의 타이밍이 생성되고, A/D 컨버터(31, 35)에 입력된다.

또, A/D 컨버터(31)에 있어서 디지털 신호로 변환된 측정 튜브(2, 3)의 좌측에 생기는 진동 속도의 검출 신호(출구측 속도 신호)와, A/D 컨버터(35)에 있어서 디지털 신호로 변환된 측정 튜브(2, 3)의 우측에 생기는 진동 속도의 검출 신호(입구측 속도 신호)는, 위상차 계측기(32)에 입력된다. 그리고, 이 위상차 계측기(32)에 있어서, 내장되는 디스크리트(discrete) 푸리에 변환기로 푸리에 변환되고, 그 변환된 신호의 실수 성분과 허수 성분과의 비(比)로부터 위상차가 연산된다.

《디지털 필터를 이용한 위상 계측 방법》

디지털 필터를 이용한 위상 계측 방법에 있어서의 변환기에 대해서, 도 16, 도 17에 도시하는 블록 구성도를 이용하여 설명한다.

디지털 필터에는, 노치 필터나 밴드패스 필터 등의 주파수 선택 수단이 있고, 이 노치 필터나 밴드패스 필터 등의 주파수 선택 수단을 이용하여 입력 신호의 S/N비를 향상시키는 것이다.

도 16에는, 디지털 필터로서 노치 필터를 이용한 변환기의 블록 구성이 도시되어 있다.

도 16에 도시된 입출력 포트(15), 좌속도 신호 입력 단자(19), 우속도 신호 입력 단자(20), 로우패스 필터(30, 34), A/D 컨버터(31, 35)는, 도 15에 도시된 입출력 포트(15), 좌속도 신호 입력 단자(19), 우속도 신호 입력 단자(20), 로우패스 필터(30, 34), A/D 컨버터(31, 35)와 동일한 구성을 가지는 것이다.

도 16에 있어서, A/D 컨버터(31)에는, 노치 필터(51)가 접속되어 있다. 이 노치 필터(51)는, A/D 컨버터(31)에 있어서 디지털 신호로 변환된 좌속도 신호를 기초로 주파수를 선택하고, 입력 신호의 S/N비를 향상해서 출력하는 것이다.

이 노치 필터(51)에는, 위상 계측기(52)가 접속되어 있으며, 이 위상 계측기(52)는, 노치 필터(51)에 의해서 S/N비를 향상시킨 후의 디지털 신호로 변환된 좌속도 신호의 위상을 계측하는 것이다.

또, 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 좌속도 신호의 주파수를 계측하는 것이다.

그리고, 이 주파수 계측기(53)에 있어서 계측된 주파수는, 노치 필터(51)에 입력된다.

또, A/D 컨버터(35)에는, 노치 필터(54)가 접속되어 있다. 이 노치 필터(54)는, A/D 컨버터(31)에 있어서 디지털 신호로 변환된 좌속도 신호를 기초로 주파수를 선택하고, 입력 신호의 S/N비를 향상해서 출력하는 것이다.

이 노치 필터(54)에는, 위상 계측기(52)가 접속되어 있으며, 이 위상 계측기 (52)는, 노치 필터(54)에 의해서 S/N비를 향상시킨 후의 디지털 신호로 변환된 우속도 신호의 위상을 계측하는 것이다.

또, 노치 필터(54)에는, 주파수 계측기(53)에 있어서 계측된 주파수가, 입력되게 되어 있다.

도 16에 있어서, 클록(55)은, 동기(同期)를 취하기 위한 것으로, A/D 컨버터(31, 35)에 입력되고, A/D 컨버터(31)와 A/D 컨버터(35)의 동기를 취하고 있다.

이 노치 필터(51, 54)와, 위상차 계측기(52)와, 주파수 계측기(53)와, 클록(55)에 의해서 위상 계측 연산기(50)가 구성되어 있다.

도 17에는, 디지털 필터로서 밴드패스 필터(BPF)를 이용한 변환기의 블록 구성이 도시되어 있다.

도 17에 도시된 입출력 포트(15), 좌속도 신호 입력 단자(19), 우속도 신호 입력 단자(20), 로우패스 필터(30, 34), A/D 컨버터(31, 35)는, 도 16에 도시된 입출력 포트(15), 좌속도 신호 입력 단자(19), 우속도 신호 입력 단자(20), 로우패스 필터(30, 34), A/D 컨버터(31, 35)와 동일한 구성을 가지는 것이다.

도 17에 있어서, A/D 컨버터(31)에는, 밴드패스 필터(BPF)(61)가 접속되어 있다. 이 밴드패스 필터(61)는, A/D 컨버터(31)에 있어서 디지털 신호로 변환된 가진기(6)에 의해서 측정 튜브(2, 3)를 진동했을 때에, 측정 튜브(2, 3)의 좌측에 생기는 진동 속도를 검출하는 좌속도 센서(7)로부터 출력되는 좌속도 신호(출구측 속도 신호)를, 주파수 필터를 통하여, 설정된 주파수의 좌속도 신호(출구측 속도 신호)만을 꺼내는 회로이다.

이 밴드패스 필터(61)에는, 위상 계측기(62)가 접속되어 있으며, 이 위상 계측기(62)는, 밴드패스 필터(61)에 의해서 S/N비를 향상시킨 후의 디지털 신호로 변환된 좌속도 신호의 위상을 계측하는 것이다.

또, 밴드패스 필터(61)에는, 주파수 계측기(63)가 접속되어 있다. 이 주파수 계측기(63)는, A/D 컨버터(31)에 의해서 디지털 신호로 변환되고, 밴드패스 필터(61)에 의해서 S/N비를 향상시킨 후의 좌속도 신호의 주파수를 계측하는 것이다.

그리고, 이 주파수 계측기(63)에 있어서 계측된 주파수는, 밴드패스 필터(61)에 입력된다.

또, A/D 컨버터(35)에는, 밴드패스 필터(64)가 접속되어 있다. 이 밴드패스 필터(64)는, A/D 컨버터(35)에 있어서 디지털 신호로 변환된 가진기(6)에 의해서 측정 튜브(2, 3)를 진동했을 때에, 측정 튜브(2, 3)의 우측에 생기는 진동 속도를 검출하는 우속도 센서(8)로부터 출력되는 우속도 신호(입구측 속도 신호)를, 주파수 필터를 통하여, 설정된 주파수의 우속도 신호(입구측 속도 신호)만을 꺼내는 회로이다.

이 밴드패스 필터(64)에는, 위상 계측기(62)가 접속되어 있으며, 이 위상 계측기(62)는, 밴드패스 필터(64)에 의해서 S/N비를 향상시킨 후의 디지털 신호로 변환된 좌속도 신호의 위상을 계측하는 것이다.

또, 밴드패스 필터(64)에는, 주파수 계측기(63)가 접속되어 있다. 그리고, 이 주파수 계측기(63)에 있어서 계측된 주파수는, 밴드패스 필터(64)에 입력된다.

도 17에 있어서, 클록(65)은, 동기를 취하기 위한 것으로, 클록(65)으로부터의 클록 신호는, A/D 컨버터(31, 35)에 입력되고, A/D 컨버터(31)와 A/D 컨버터(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 공개특허공보 평성 2-66410 호 일본 공표특허공보 평성 10-503017 호 일본 특허공보 제 2799243 호 일본 특허공보 제 2930430 호 일본 특허공보 제 3219122 호

특허문헌 3에 나타내는 푸리에 변환을 이용한 위상 계측 방법에 있어서는, 입력되는 진동 속도의 검출 신호의 입력 주파수가 일정한 경우, 주파수의 선택에 있어서 푸리에 변환을 이용하기 때문에, 매우 주파수 선택성이 높은 위상 계측 방법을 행할 수 있다.

그러나, 이 특허문헌 3에 나타내는 푸리에 변환을 사용하는 방법에 있어서는, 입력되는 진동 속도의 검출 신호의 입력 주파수가, 밀도나 온도 등에 의해서 변화한 경우, 변환 방법이나 샘플링 레이트를 바꾸지 않으면 안되기 때문에, 연산 주기나 연산 방법이 바뀌고, 측정치가 변동하여 불안정하게 되어 버린다.

게다가, 특허문헌 3에 나타내는 푸리에 변환을 사용하는 방법에 있어서는, 입력되는 진동 속도의 검출 신호의 입력 주파수가, 밀도나 온도 등에 의해서 변화한 경우, 샘플링 레이트가 입력되는 진동 속도 신호의 입력 주파수에 정확하게 동기시키지 않으면 안 되기 때문에, 설계가 매우 복잡한 것으로 된다.

이 때문에 피측정 유체의 온도나, 기포 등이 유체에 섞이고 밀도가 급격하게 변화된 경우, 극단적으로 계측 정밀도가 떨어져 버린다고 하는 문제점을 가지고 있다.

게다가, 특허문헌 3에 나타내는 푸리에 변환을 사용하는 방법에 있어서는, 푸리에 변환을 행하기 위해, 매우 연산 처리가 많아져 버린다고 하는 문제점을 가지고 있다.

특허문헌 4, 특허문헌 5에 나타내는 노치 필터, 밴드패스 필터 등의 필터 테이블을 가지는 것에 의해서, 입력 주파수에 합친 최적인 테이블을 선택하고, 위상을 계측하는 방법에 있어서는, 샘플링 레이트를 고정하는 것에 의해서 설계를 단순화할 수 있다.

그러나, 특허문헌 4, 특허문헌 5에 나타내는 디지털 필터를 이용한 위상 계측 방법도 특허문헌 3에 나타내는 푸리에 변환을 사용하는 방법과 동일하게, 입력 주파수의 변화에 대해서 매우 많은 필터 테이블을 가지게 되고, 연산기의 메모리의 소비가 커져 버린다고 하는 문제점을 가지고 있다.

또, 특허문헌 4, 특허문헌 5에 나타내는 디지털 필터를 이용한 위상 계측 방법에 있어서는, 입력 주파수가 급격하게 변화된 경우에 최적인 필터를 선택하는 것이 곤란하게 되어 버린다고 하는 문제점을 가지고 있다.

게다가, 특허문헌 4, 특허문헌 5에 나타내는 디지털 필터를 이용한 위상 계측 방법에 있어서는, 주파수의 선택 능력을 올리기 위해서, 매우 많은 연산을 해야 한다고 하는 문제점을 가지고 있다.

이 특허문헌 4, 특허문헌 5에 나타내는 디지털 필터를 이용한 위상 계측 방법에 있어서는, 이하와 같은 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 하지 않으면 안된다. 이 때문에 고속의 응답성을 실현시키는 것이 곤란하고, 단시간에서의 배치처리 등에 적당하지 않다.

(3) 연산기 메모리의 소비가 크고, 설계가 복잡하게 되어 버린다. 따라서, 회로 구성이나 설계가 복잡하게 되고, 비용적으로 매우 디메리트하게 된다.

이상 종합하면, 종래의 디지털 필터 처리에 의한 위상 계측 방법에 있어서는, 모두 측정 튜브(2, 3)의 튜브 진동수 이외의 대역의 노이즈를 제거하기 위해, 항상 측정 튜브(2, 3)의 튜브 주파수에 추종하도록 필터 테이블의 전환이나 연산 방법의 변경, 또, 샘플링 레이트의 변경 등을 행할 필요가 있기 때문에, 매우 복잡하고 또한 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 진동 속도를 검출하는 우속도 센서(8), 측정 튜브(2, 3)의 좌측에 생기는 진동 속도를 검출하는 좌속도 센서(7)에 의해서 검출되는 진동 속도 신호의 입력 주파수가 변동할 때마다 연산 오차를 일으키기 쉽고, 매우 계측 정밀도가 나쁜 것이라는 문제점을 가지고 있었다.

본 발명의 목적은, 피측정 유체의 온도가 변화하거나, 피측정 유체에 기포가 혼입하거나, 피측정 유체가 기체에서 액체로 급속히 변화된 경우라도, 항상 일정한 정밀도로 계측할 수 있으며, 높은 필터링 능력을 가진 위상 계측, 및 주파수 계측을 실현하고, 극히 적은 연산 처리량으로 행할 수 있는 신호 처리 방법, 신호 처리 장치, 및 코리올리 유량계를 제공하는 것에 있다.

상기 과제를 해결하기 위해 이루어진 청구항 1에 기재된 신호 처리 방법은, 측정용의 유관을 구성하는 적어도 한 개, 또는 한 쌍의 플로우 튜브를 구동장치에 의해서 가진기를 작동시켜 상기 플로우 튜브를 교번 구동하고, 상기 플로우 튜브를 진동시키고, 진동 검출 센서인 2개의 속도 센서 혹은 가속도 센서에 의해서 상기 플로우 튜브에 작용하는 코리올리힘에 비례한 위상차 및/또는 진동 주파수를 검출하는 것에 의해, 피계측 유체의 질량 유량 및/또는 밀도를 얻는 코리올리 유량계에 있어서,

상기 속도 센서 혹은 가속도 센서로부터 검출되는 상기 플로우 튜브에 작용하는 코리올리힘에 비례한 진동 주파수의 입력 신호를 A/D 변환해서 얻는 2개의 유량 신호의 각각에 대해서 임의의 발진 주파수에 기초하여 합성해서 주파수 변환하고,

적어도 한쪽의 센서의 합성 파형의 주파수를 계측하고,

상기 계측한 주파수에 기초하여 제어 신호를 발신하고,

상기 합성 주파수 신호의 합성한 합성 성분의 덧셈분 또는 뺄셈분의 성분의 주파수가 항상 일정하게 되도록 제어하고,

상기 제어 신호로부터 플로우 튜브의 공진 주파수를 구하여, 피계측 유체의 밀도를 산출하고,

상기 제어된 각각의 변환 합성 주파수의 덧셈분 또는 뺄셈분의 신호로부터 위상을 계측하는 것을 특징으로 하고 있다.

상기 과제를 해결하기 위해 이루어진 청구항 2에 기재된 신호 처리 방법은, 청구항 1에 기재된 신호 처리 방법의 상기 임의의 발진 주파수에 기초하는 합성 주파수 변환을,

상기 한쪽의 센서로부터의 입력 신호(SINθ₁)와, 상기 발신하는 제어 신호(cosθ₂)를 곱하고,

상기 곱해서 출력되는 출력 신호를 주파수 필터를 통하여, 낮은 주파수의 신호만 꺼내도록 한 것이다.

상기 과제를 해결하기 위해 이루어진 청구항 3에 기재된 신호 처리 방법은, 청구항 1에 기재된 신호 처리 방법의 상기 임의의 발진 주파수에 기초하는 합성 주파수 변환을,

상기 한쪽의 센서로부터의 입력 신호(SINθ₁)와, 상기 발신하는 제어 신호 (cosθ₂)를 곱하고,

상기 곱해서 출력되는 출력 신호를 주파수 필터를 통하여, 높은 주파수의 신호만 꺼내도록 한 것이다.

상기 과제를 해결하기 위해 이루어진 청구항 4에 기재된 신호 처리 방법은, 청구항 1에 기재된 신호 처리 방법의 상기 속도 센서 혹은 가속도 센서로부터 검출되는 상기 플로우 튜브에 작용하는 코리올리힘에 비례한 진동 주파수의 입력 신호는,

상기 A/D 변환에 있어서 샘플링해서 디지털 신호화가 행해지고,

상기 발신하는 제어 신호에 기초하여 합성 주파수 변환해서 얻어지는 각각의 변환 합성 주파수 신호는,

합성한 합성 성분의 덧셈분 또는 뺄셈분의 성분의 주파수가 상기 A/D 변환시의 샘플링 주파수의 1/4이 되도록 제어하도록 한 것이다.

상기 과제를 해결하기 위해 이루어진 청구항 5에 기재된 신호 처리 장치는, 측정용의 유관을 구성하는 적어도 한 개, 혹은 한 쌍의 플로우 튜브를 구동장치에 의해서 가진기를 작동시켜 상기 플로우 튜브를 교번 구동하고, 상기 플로우 튜브를 진동시키고, 진동 검출 센서인 속도 센서 혹은 가속도 센서에 의해서 상기 플로우 튜브에 작용하는 코리올리힘에 비례한 위상차 및/또는 진동 주파수를 검출하는 것에 의해, 피계측 유체의 질량 유량 및/또는 밀도를 얻는 코리올리 유량계에 있어서,

가변조(可變調)인 주파수 신호를 발신 출력하는 발신기(90)와,

상기 속도 센서 혹은 가속도 센서에 의해서 검출되는 입력 신호로부터의 입력 주파수와, 상기 발신기(90)의 출력 주파수(F_X)를 가산(또는 감산)해서 주파수 변환하고, 상기 주파수 변환후의 주파수 값이 항상 일정하게 되도록 주파수 시프트하는 주파수 변환기(85)와,

상기 주파수 변환기(85)로부터 출력되는 변환된 주파수 신호의 위상차의 계측을 행하는 위상차 계측부(95)에 의해서 구성한 것을 특징으로 하고 있다.

상기 과제를 해결하기 위해 이루어진 청구항 6에 기재된 신호 처리 장치는, 측정용의 유관을 구성하는 적어도 한 개, 혹은 한 쌍의 플로우 튜브를 구동장치에 의해서 가진기를 작동시켜 상기 플로우 튜브를 교번 구동하고, 상기 적어도 한 개, 혹은 한 쌍의 플로우 튜브를 진동시키고, 진동 검출 센서인 한 쌍의 속도 센서 혹은 가속도 센서에 의해서 상기 플로우 튜브에 작용하는 코리올리힘에 비례한 위상차 및/또는 진동 주파수를 검출하는 것에 의해, 피계측 유체의 질량 유량 및/또는 밀도를 얻는 코리올리 유량계에 있어서,

가변조인 주파수 신호를 발신 출력하는 발신기(120)와,

상기 한 쌍의 진동 검출 센서의 한쪽의 센서를 제 1의 A/D 컨버터(31)에 의해서 디지털 신호로 변환된 상기 입력 신호 주파수(θ)와, 상기 발신기(120)로부터 출력되는 출력 주파수(θ_Xn)를 가산(또는 감산)해서 상기 주파수 변환후의 주파수 값이 항상 일정하게 되도록 주파수 변환하는 제 1의 주파수 변환부(110)와,

상기 한 쌍의 진동 검출 센서의 다른쪽의 센서를 제 2의 A/D 컨버터(35)에 의해서 디지털 신호로 변환된 상기 입력 신호 주파수(θ)와, 상기 발신기(120)로부터 출력되는 출력 주파수(θ_Xn)를 가산(또는 감산)해서 상기 주파수 변환후의 주파수 값이 항상 일정하게 되도록 주파수 변환하는 제 2의 주파수 변환부(140)에 의해서 구성한 것을 특징으로 하고 있다.

상기 과제를 해결하기 위해 이루어진 청구항 7에 기재된 신호 처리 장치는, 측정용의 유관을 구성하는 적어도 한 개, 혹은 한 쌍의 플로우 튜브를 구동장치에 의해서 가진기를 작동시켜 상기 플로우 튜브를 교번 구동하고, 상기 플로우 튜브를 진동시키고, 진동 검출 센서인 한 쌍의 진동 검출 센서에 의해서 상기 플로우 튜브에 작용하는 코리올리힘에 비례한 위상차 및/또는 진동 주파수를 검출하는 것에 의해, 피계측 유체의 질량 유량 및/또는 밀도를 얻는 코리올리 유량계에 있어서,

가변조인 주파수 신호를 발신 출력하는 발신기(120)와,

상기 한 쌍의 진동 검출 센서의 한쪽의 속도 센서를 제 1의 A/D 컨버터(31)에 의해서 디지털 신호로 변환된 상기 입력 신호 주파수(θ)를, 상기 발신기(120)로부터 출력되는 출력 주파수(θ_Xn)를 이용하여, 특정한 일정 주파수 신호로 주파수 시프트하고 소망하는 주파수대역으로 이동하는 제 1의 주파수 변환부(110)와,

상기 한 쌍의 진동 검출 센서의 다른쪽의 속도 센서를 제 2의 A/D 컨버터(35)에 의해서 디지털 신호로 변환된 상기 입력 신호 주파수(θ)를, 상기 발신기(120)로부터 출력되는 출력 주파수(θ_Xn)를 이용하여, 항상 일정한 일정 주파수 신호로 주파수 시프트하고 소망하는 주파수대역으로 이동하는 제 2의 주파수 변환부(140)와,

상기 제 1의 주파수 변환부(110)로부터 출력되는 특정한 일정 주파수 신호로 변환된 제 1의 주파수 신호의 주파수를 계측하고, 상기 계측한 제 1의 주파수 신호의 주파수 값을 상기 발신기(120)에 출력하고, 상기 주파수 변환부(110)에 있어서 주파수 변환을 행한 후의 주파수가, 상기 제 1의 A/D 컨버터(31)에 의해서 디지털 신호로 변환되어서 입력되는 한 쌍의 진동 검출 센서의 한쪽의 속도 센서 신호의 입력 주파수를 소망하는 주파수가 되도록 제 1 및 제 2의 주파수 변환부의 출력 주파수를 컨트롤하는 주파수 계측부(160)에 의해서 구성한 것을 특징으로 하고 있다.

상기 과제를 해결하기 위해 이루어진 청구항 8에 기재된 신호 처리 장치는, 청구항 5, 6 또는 7에 기재된 신호 처리 장치의 상기 주파수 변환부(110)를,

상기 발신기(120)로부터의 참조 신호(cosθ₂)와, 상기 제 1의 A/D 컨버터 (31)로부터의 입력 신호(SINθ₁)를 곱하는 곱셈기(111)와,

상기 곱셈기(111)에 있어서 곱해서 출력되어 오는 출력 신호를 주파수 필터를 통하여, 낮은 주파수의 신호만 꺼내는 로우패스 필터(112)에 의해서 구성한 것을 특징으로 하고 있다.

상기 과제를 해결하기 위해 이루어진 청구항 9에 기재된 신호 처리 장치는, 청구항 5, 6 또는 7에 기재된 신호 처리 장치의 상기 주파수 변환부(110)를,

상기 곱셈기(111)에 있어서 곱해서 출력되어 오는 출력 신호를 주파수 필터를 통하여, 높은 주파수의 신호만 꺼내는 하이패스 필터(high pass filter)(112)에 의해서 구성한 것을 특징으로 하고 있다.

상기 과제를 해결하기 위해 이루어진 청구항 10에 기재된 신호 처리 장치는, 청구항 7, 8 또는 9에 기재된 신호 처리 장치의 상기 주파수 계측부(160)를,

상기 제 1의 주파수 변환부(110)에 접속되는 곱셈기(161)와, 상기 곱셈기 (161)에 접속되는 로우패스 필터(162)와, 상기 로우패스 필터(162)에 접속되고, 상기 로우패스 필터(162)로부터의 출력 신호를 입력하는 주파수 계측용 발신기(163)로 이루어지며,

상기 곱셈기(161)는, 주파수 변환부(110)로부터 출력되는 출력 신호(sin(θ＋θ_Xn))와, 주파수 계측용 발신기(163)로부터 출력되는 출력 신호(cosδ)의 위상을 비교하고, 그 뺄샘 신호와 덧셈 신호로서 후단의 로우패스 필터(162)로 출력하는 것으로,

상기 로우패스 필터(162)는, 상기 곱셈기(161)로부터 출력되는 출력 신호를 주파수 필터를 통하여, 낮은 주파수의 신호만 꺼내는 회로로,

상기 로우패스 필터(162)로부터 출력되는 낮은 주파수의 신호를 기초로 기본 출력 파형의 위상량(V)이 생성되고, 상기 위상량(V)는 상기 주파수 계측용 발신기(163)에 의해서 항상,

V＝0

으로 되는 조건을 만족하는 것을 특징으로 하고 있다.

상기 과제를 해결하기 위해 이루어진 청구항 11에 기재된 신호 처리 장치는, 청구항 7, 8, 9 또는 10에 기재된 신호 처리 장치의 상기 제 1의 A/D 컨버터(31)와 상기 제 2의 A/D 컨버터(35)의 출력의 동기를 취하는 클록을 설치하고,

상기 제 1의 A/D 컨버터(31)로부터 출력되는 한 쌍의 진동 검출 센서의 한쪽의 디지털 신호와, 상기 제 2의 A/D 컨버터(35)로부터 출력되는 한 쌍의 진동 검출 센서의 다른쪽의 디지털 신호와의 동기를 취하도록 한 것을 특징으로 하고 있다.

상기 과제를 해결하기 위해 이루어진 청구항 12에 기재된 신호 처리 장치는, 청구항 7, 8, 9, 10 또는 11에 기재된 신호 처리 장치의 상기 위상 계측부의 처리를, DFT(Discrete Fourier Transform：이산 푸리에 변환) 또는, FFT(Fast Fourier Transform：고속 푸리에 변환)로 구성한 것이다.

상기 과제를 해결하기 위해 이루어진 청구항 13에 기재된 코리올리 유량계는, 측정용의 유관을 구성하는 적어도 한 개, 혹은 한 쌍의 플로우 튜브를 구동장치에 의해서 가진기를 작동시켜 상기 플로우 튜브를 교번 구동하고, 상기 플로우 튜브를 진동시키고, 진동 검출 센서인 한 쌍의 속도 센서 혹은 가속도 센서에 의해서 상기 플로우 튜브에 작용하는 코리올리힘에 비례한 위상차 및/또는 진동 주파수를 검출하는 것에 의해, 피계측 유체의 질량 유량 및/또는 밀도를 얻는 코리올리 유량계에 있어서,

가변조인 주파수 신호를 발신 출력하는 발신기(120)와,

상기 한 쌍의 진동 검출 센서의 한쪽의 속도 센서를 제 1의 A/D 컨버터(31)에 의해서 디지털 신호로 변환된 상기 입력 신호 주파수(θ)를, 상기 발신기(120)로부터 출력되는 출력 주파수(θ_Xn)를 이용하여, 특정한 일정 주파수 신호로 주파수 시프트해서 소망하는 주파수대역으로 이동하는 제 1의 주파수 변환부(110)와,

상기 한 쌍의 진동 검출 센서의 다른쪽의 속도 센서를 제 2의 A/D 컨버터(35)에 의해서 디지털 신호로 변환된 상기 입력 신호 주파수(θ)를, 상기 발신기(120)로부터 출력되는 출력 주파수(θ_Xn)를 이용하여, 특정한 일정 주파수 신호로 주파수 시프트해서 소망하는 주파수대역으로 이동하는 제 2의 주파수 변환부(140)와,

코리올리식 유량계의 플로우 튜브에는, 예를 들어 만곡관의 것이나 스트레이트관 등이다. 또 측정관을 구동하는 모드에 있어서도 1차나 2차의 모드 등 다양한 모드에 있어서 구동되는 타입이 존재한다.

주지와 같이 플로우 튜브로부터 얻어지는 구동 주파수대역은 수십 Hz∼수 KHz에 이르는, 예를 들어 U자 관을 이용하여 1차의 모드로 플로우 튜브를 진동시킨 경우, 주파수는 100Hz 전후이며, 또 스트레이트 형상의 플로우 튜브를 1차의 모드로 진동시킨 경우는, 500Hz∼1000Hz 정도가 실현되어 있다.

그러나, 하나의 유량계 변환기에 있어서, 코리올리 유량계의 위상, 및 주파수 계측을, 수십 Hz∼수 KHz의 주파수대역으로 항상 동일한 처리를 이용하여 위상 계측을 행하는 것은 매우 곤란하고, 여러 종류의 타입으로 나눠서 설계할 필요가 있었다.

본 발명에 관한 신호 처리 방법에 의하면, 동정(同定)의 알고리즘에 기초하는 유리한 신호 처리에 의해서, 상기와 같은 본질적인 과제를 불식할 수 있으며, 또한 피측정 유체의 온도 변화나, 기포 혼입, 게다가 피측정 유체가 기체에서 액체로 급속히 변화한 경우라도, 항상 안정된 정밀도로 위상, 및 주파수 계측을 행할 수 있으며, 높은 성능을 제공할 수 있다.

본 발명에 관한 신호 처리 장치에 의하면, 피측정 유체의 온도가 변화하거나, 피측정 유체에 기포가 혼입하거나, 피측정 유체가 기체에서 액체로 급속히 변화한 경우라도, 항상 안정된 정밀도로 계측할 수 있으며, 위상, 및 주파수 계측을 적은 연산량으로 행할 수 있다.

본 발명에 관한 코리올리 유량계에 의하면, 피측정 유체의 온도가 변화하거나, 피측정 유체에 기포가 혼입하거나, 피측정 유체가 기체에서 액체로 급속히 변화한 경우라도, 항상 안정된 정밀도로 계측할 수 있으며, 위상, 및 주파수 계측을 적은 연산량으로 행할 수 있다.

도 1은, 본 발명에 관한 신호 처리 장치의 원리를 나타내는 블록도이다.
도 2는, 도 1에 도시한 신호 처리 장치의 구체적 구성을 나타내는 블록도이다.
도 3은, 도 2에 도시한 신호 처리 장치의 피드백 제어의 방법에 따르는 구체적 구성을 나타내는 블록도이다.
도 4는, 도 3에 도시한 LPF로부터의 출력 신호를 나타내는 도면이다.
도 5는, 도 3에 도시한 A/D 컨버터로부터의 출력 신호를 나타내는 도면이다.
도 6은, 도 3에 도시한 발신기로부터의 출력 신호를 나타내는 도면이다.
도 7은, 도 3에 도시한 주파수 변환부의 곱셈기에 있어서의 출력 신호를 나타내는 도면이다.
도 8은, 도 3에 도시한 주파수 변환부로부터의 출력 신호를 나타내는 도면이다.
도 9는, 도 3에 도시한 신호 처리 장치의 구체적 구성도의 타임 차트를 나타내는 도면이다.
도 10은, 도 3에 도시한 신호 처리 장치의 구체적 구성도의 동작 플로우차트이다.
도 11은, 도 3에 도시한 신호 처리 장치의 주파수 변환부의 블록 구성도이다.
도 12는, 도 3에 도시한 신호 처리 장치의 주파수 계측부의 블록 구성도이다.
도 13은, 본 발명이 적용되는 일반적인 코리올리 유량계의 구성도이다.
도 14는, 도 13에 도시한 코리올리 유량계의 변환기의 블록 구성도이다.
도 15는, 도 14에 도시한 변환기의 푸리에 변환을 이용한 위상 계측 방법을 나타내는 블록도이다.
도 16은, 도 14에 도시한 변환기의 노치 필터를 이용한 위상 계측 방법을 나타내는 블록도이다.
도 17은, 도 14에 도시한 변환기의 밴드패스 필터를 이용한 위상 계측 방법을 나타내는 블록도이다.

본 발명은, 항상 일정한 정밀도로 계측할 수 있으며, 극히 적은 연산 처리량으로 행할 수 있다고 하는 목적을, 피측정 유체의 온도가 변화하거나, 피측정 유체에 기포가 혼입하거나, 피측정 유체가 기체에서 액체로 급속히 변화한 경우에 있어서도, 실현될 수 있도록 하였다.

실시예 1

이하, 본 발명을 실시하기 위한 형태의 실시예 1에 대해 도 1 내지 도 9를 이용하여 설명한다.

도 1은 본 발명에 관한 신호 처리 방법, 및 그 장치의 원리도, 도 2는 도 1에 도시한 원리도의 상세 회로도, 도 3은 도 2에 도시한 신호 처리 장치의 피드백 제어의 방법에 따르는 구체적 구성을 나타내는 블록도, 도 4는 도 3에 도시한 LPF로부터의 출력 신호를 나타내는 도면, 도 5는 도 3에 도시한 A/D 컨버터로부터의 출력 신호를 나타내는 도면, 도 6은 도 3에 도시한 발신기로부터의 출력 신호를 나타내는 도면, 도 7은 도 3에 도시한 주파수 변환부의 곱셈기에 있어서의 출력 신호를 나타내는 도면, 도 8은 도 3에 도시한 주파수 변환부로부터의 출력 신호를 나타내는 도면, 도 9는 도 3에 도시한 신호 처리 장치의 구체적 구성도의 타임 차트를 나타내는 도면이다.

도 1에 있어서, 가진기(예를 들면, 전자 오실레이터(oscillator))(6)에 의해서 측정 튜브(2, 3)를 진동했을 때에, 측정 튜브(2, 3)에 생기는 진동 속도는, 진동 속도 센서(예를 들면, 속도 센서 또는 가속도 센서)(70)에 의해서 검출되고, 이 검출된 진동 속도는, 진동 속도 신호 연산기(80)에 있어서 연산 처리된다. 이 진동 속도 센서(70)는, 도 13에 있어서의 좌속도 센서(7)와 우속도 센서(8)에 상당하고 있다.

진동 속도 신호 연산기(80)는, 주파수 변환부(85)와, 발신기(90)와, 위상차 계측기(95)에 의해서 구성된다.

주파수 변환부(85)는, 진동 속도 센서(70)에 의해서 검출되는 가진기(6)에 의해서 측정 튜브(2, 3)를 진동했을 때에 측정 튜브(2, 3)에 생기는 진동 속도를 주파수 변환하는 것이다. 이 주파수 변환부(85)에는, 발신기(90)로부터의 신호가 입력되게 되어 있다.

그리고, 이 주파수 변환부(85)에 있어서 주파수 변환된 신호는, 주파수 변환부(85)의 후단에 설치되어 있는 위상차 계측기(95)에 입력된다. 이 위상차 계측기(95)는, 진동 속도 센서(70)로부터의 속도 신호를 A/D 변환하고 디지털 변환 처리를 한 후, 그 위상차를 구하는 것이다.

도 1에 도시한 신호 처리 방법, 및 그 장치는, 입력 신호를 주파수 변환하고, 주파수 변환후의 주파수가 일정하게 되도록 컨트롤하고, 주파수 변환후에 위상 계측을 행하는 것에 의해서, 입력 신호의 주파수가 변화해도 고속으로, 또한 항상 일정한 고정밀의 위상 계측을 행할 수 있는 필터 처리 장치를 실현하고 있다.

즉, 도 1에 도시한 신호 처리 방법, 및 그 장치(80)는, 진동 속도 센서(70) 입력 신호로부터의 입력 주파수(F_In)와 발신기(90)의 출력 주파수(F_X)를 주파수 변환기(85)에서 곱하고, 그 결과, 양(兩) 신호의 위상차를 가산(또는 감산)하고, 주파수 변환후의 주파수가 일정하게 되도록 발신기(90)를 컨트롤하는 것에 의해서, 위상 계측부(95)에 입력되는 주파수가 항상 일정하게 되도록 제어하고, 주파수 변환후의 신호로부터 위상 계측을 행하는 것이다.

이와 같이 구성하는 것에 의해, 입력 주파수에 따른 많은 필터나, 연산 방법의 변경 등 복잡한 처리를 전혀 실시하는 일 없이, 항상 일정하고 오차가 거의 없는 고속의 연산을 행할 수 있다.

［수식 1］

Fc＝F_X＋F_IN (또는 Fc＝F_X＋F_IN) …………(1)

이 ［수식 1］의 연산식에 있어서, Fc는, 주파수 변환후의 주파수를, F_IN는, 입력 주파수(측정용 유관의 진동 주파수)를, F_X는, 발신기의 발신 주파수를 각각 나타내고 있다.

여기서, 피계측 유체의 밀도를 얻는 방법에 대해서 설명한다.

밀도의 계측을 하는데 있어서는, 측정 튜브(2, 3)의 진동 주파수를 계측할 필요가 있다. 따라서, 주파수 변환을 하기 전의 주파수 값을 구하면 좋게 된다.

도 1에 도시된 신호 처리 방법 및 신호 처리 장치에 있어서는, 진동 속도 센서(7)로부터 출력되는 가진기(6)에 의해서 측정 튜브(2, 3)를 진동했을 때에 측정 튜브(2, 3)에 생기는 진동 속도를 주파수 변환부(85)에 있어서 주파수 변환하고, 이 주파수 변환부(85)에 있어서의 주파수 변환후의 주파수가 일정하게 되도록 컨트롤하고 있다.

이 ［수식 1］의 연산식에 있어서, 주파수 변환후의 주파수(Fc)는, 항상 일정하게 되도록 제어되기 때문에 기존의 값이다.

게다가, F_X는, 발신기(90)의 발신 주파수이며, 이 발신기(90)의 발신 주파수(F_X)의 값을 컨트롤하는 것에 의해서 주파수 변환후의 주파수(Fc)를 일정하게 하기 위해서는, 당연한 일이지만, 발신기(90)의 발신 주파수(F_X)는, 기존의 값이다. 이 발신기(90)의 발신 주파수(F_X)의 값이 기존의 값이 아니면 컨트롤할 수 없다.

따라서, 기존의 값인 주파수 변환후의 주파수(Fc)와 발신기(90)의 발신 주파수(F_X)를 ［수식 1］에 대입하면, 입력 주파수(F_IN)(측정용 유관의 진동 주파수)를 구할 수 있다.

플로우 튜브의 진동 주기(T)와, 유체 밀도(ρ)의 관계는, 밀도 계측장치 고유의 정수(사용되는 장치 고유의 값을 가지고 있다)를 A, B로 하면,

［수식 2］

ρ＝AT²＋B …………(2)

로 표시할 수 있는 것이 알려져 있다. 요컨데, 장치 고유의 A, B를 알 수 있으면, 플로우 튜브 진동 주기(T)를 측정하는 것에 의해, 유체 밀도(ρ)를 구할 수 있다. 이 처리는, 리얼타임으로 행해지고 있기 때문에 측정 튜브(2, 3)관의 피측정 유체의 밀도를 얻을 수 있다.

한편, 상세한 밀도의 연산식은, 일본 특허출원 2001-34989호(일본 공개특허공보 2002-243613호)에 있어서 분명하게 하고 있다.

도 2에는, 도 1에 도시한 신호 처리 장치의 구체적 구성이 나타나 있다.

도 2에 있어서, 레프트 픽 오프(LPO)(7)(좌속도 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 진동 속도의 검출 신호(출구측 속도 신호)를 레프트 픽 오프(7)가 검출하면, 이 진동 속도의 검출 신호(출구측 속도 신호)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 진동 속도를 검출하는 좌속도 센서(7)로부터 출력되는 좌속도 신호(출구측 속도 신호)를 주파수 필터를 통하여, 낮은 주파수의 좌속도 신호(출구측 속도 신호)만을 꺼내는 회로이다.

이 로우패스 필터(30)에는, A/D 컨버터(31)가 접속되어 있다. 이 A/D 컨버터 (31)는, 로우패스 필터(30)로부터 출력되어 오는 아날로그 신호인 좌속도 신호(출구측 속도 신호)를 디지털 신호로 변환하는 것이다. 이 A/D 컨버터(31)에 있어서 디지털 신호로 변환된 좌속도 신호(출구측 속도 신호)는, 신호 처리 장치(100)에 입력된다.

또, 이 신호 처리 장치(100)는, A/D 컨버터(31)에 접속되어 있다. 이 신호 처리 장치(100)는, 입력 신호(출구측 속도 신호)를 후단의 위상 계측기로 처리되는 소망하는 주파수로 주파수 변환하고, 주파수 변환후에 위상 계측을 행하는 것에 의해서, 입력 주파수의 대역을 시프트시키고, 또한 안정적인 위상 계측을 행할 수 있도록 하는 것이다.

한편, 라이트 픽 오프(RPO)(8)(우속도 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 진동 속도의 검출 신호(입구측 속도 신호)를 라이트 픽 오프(8)가 검출되면, 이 진동 속도의 검출 신호(입구측 속도 신호)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 진동 속도를 검출하는 우속도 센서(8)로부터 출력되는 우속도 신호(입구측 속도 신호)를 주파수 필터를 통하여, 낮은 주파수의 우속도 신호(입구측 속도 신호)만을 꺼내는 회로이다.

이 로우패스 필터(34)에는, A/D 컨버터(35)가 접속되어 있다. 이 A/D 컨버터 (35)는, 로우패스 필터(34)로부터 출력되어 오는 아날로그 신호인 우속도 신호(입구측 속도 신호)를 디지털 신호로 변환하는 것이다. 또, 이 신호 처리 장치(100)는, A/D 컨버터(35)에 접속되어 있다. 이 신호 처리 장치(100)는, 입력 신호(입구측 속도 신호)를 후단의 위상 계측기로 처리되는 소망하는 주파수로 주파수 변환하고, 주파수 변환후에 위상 계측을 행하는 것에 의해서, 입력 주파수의 대역을 시프트시키고, 또한 안정적인 위상 계측을 행할 수 있도록 하는 것이다.

A/D 컨버터(31)에는, 주파수 변환부(110)가 접속되어 있다. 이 주파수 변환부(110)는, A/D 컨버터(31)로부터 출력되어서 입력되는 좌속도 신호(출구측 속도 신호)의 디지털 신호를 후단의 위상 계측기로 처리되는 소망하는 주파수로 주파수 변환하는 것이다.

또, A/D 컨버터(35)에는, 주파수 변환부(140)가 접속되어 있다. 이 주파수 변환부(140)는, A/D 컨버터(35)로부터 출력되어서 입력되는 우속도 신호(입구측 속도 신호)의 디지털 신호를 상기와 동일하게, 소망하는 주파수로 주파수 변환하는 것이다.

또, 주파수 변환부(110)에는, 발신기(120)로부터의 신호가 입력되도록 구성되어 있다. 이 발신기(120)로부터 출력되는 신호가 주파수 변환부(110)에 입력되는 것에 의해서, 주파수 변환부(110)에 있어서는, 레프트 픽 오프(7)로부터 입력되는 입력 신호(출구측 속도 신호)를 발신기(120)로부터 출력되는 신호에 의해서 주파수 변환하고 있다.

이 주파수 변환부(110)에 있어서 주파수 변환된 신호는, 발신기(120)의 출력 신호에 의해서 소망하는 일정한 주파수 신호로 변환되게 되어 있다.

또, 주파수 변환부(140)에도, 발신기(120)로부터의 신호가 입력되도록 구성되어 있다. 이 발신기(120)로부터 출력되는 신호가 주파수 변환부(140)에 입력되는 것에 의해서 주파수 변환부(140)에 있어서는, 라이트 픽 오프(8)로부터 입력되는 입력 신호(입구측 속도 신호)를 발신기(120)로부터 출력되는 신호에 의해서 주파수 변환하고 있다.

이 주파수 변환부(140)에 있어서 주파수 변환된 신호는, 발신기(120)의 출력 신호에 의해서 소망하는 일정한 주파수 신호로 변환되게 되어 있다.

이와 같이 발신기(120)에 의해서 컨트롤되면, 이 발신기(120)로부터 출력되는 출력 주파수에 의해서, 주파수 변환부(110)와 동일하게, 주파수 변환부(140)에 있어서도, 주파수 변환을 행한 후의 주파수가, A/D 컨버터(35)로부터 입력되는 우속도 신호(입구측 속도 신호)는 후단의 위상 계측기(130)로 처리되는 소망하는 주파수로 제어된다.

이 위상차 계측기(130)에서는, A/D 컨버터(31)로부터 출력되고 주파수 변환부(110)에 입력되는 좌속도 신호(출구측 속도 신호)의 입력 주파수와, A/D 컨버터 (35)로부터 출력되고 주파수 변환부(140)에 입력되는 우속도 신호(입구측 속도 신호)의 입력 주파수가 동시에 주파수 변환되어서 입력되고, 위상차 계측이 행해진다.

이와 같이 구성하는 것에 의해, 본 실시의 형태에 의하면, 입력 주파수(좌속도 신호, 우속도 신호)를 소망하는 주파수대역으로 동시에 변환하는 것에 의해서, 입력 주파수(좌속도 신호, 우속도 신호)가 바뀌어도, 항상 위상 계측 처리 주파수를 일정화하고, 필터의 테이블 수를 대폭으로 줄이고, 또 위상 계측 처리를 보다 효과적으로 행할 수 있다.

본 발명의 효과로서, 입력 주파수에 따른 많은 필터나, 연산 방법의 변경 등 복잡한 처리를 일절 행하는 일 없이, 항상 일정하고 오차가 거의 없는 고속의 연산을 행하는 것이 가능하게 되는 것이다. 물론 위상 계측부의 처리는, DFT(Discrete Fourier Transform：이산 푸리에 변환)여도, FFT(Fast Fourier Transform：고속 푸리에 변환)여도 실현이 가능하다.

A/D 컨버터(31)와 A/D 컨버터(35)에는, 클록(150)으로부터, 클록 신호가 입력되도록 되어 있다. 이 클록(150)은, A/D 컨버터(31)로부터 출력되는 좌속도 신호의 디지털 신호와, A/D 컨버터(35)로부터 출력되는 우속도 신호의 디지털 신호의 동기를 재고, 동시 샘플링을 실현하고 있다.

이 주파수 변환부(110)와, 발신기(120)와, 위상차 계측기(130)와, 주파수 변환부(140)와, 클록(150)에 의해서 신호 처리 장치(100)가 구성되어 있다.

이와 같이 A/D 컨버터(31, 35)에 의해서 디지털 신호로 변환된 각각의 입력 신호(좌속도 신호, 우속도 신호)는, 주파수 변환부(110, 140)에 있어서, 발신기 (120)로부터의 출력 신호를 이용하여 주파수 변환된다.

다음에, 도 2에 도시한 신호 처리 장치(100)에 있어서의 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 진동 속도 센서(70)(레프트 픽 오프(7), 라이트 픽 오프(8))로부터의 출력 신호(좌속도 신호, 우속도 신호)를 도 2에 도시한 바와 같이, LPO(레프트 픽 오프(7)), RPO(라이트 픽 오프(8))의 입력 신호로서 얻는다.

이때, LPO, RPO의 입력 신호를 정의하면, (δø：LPO와 RPO간의 위상차로 한다)

［수식 3］

라이트 픽 오프 ： sin(θ) ………(3)

［수식 4］

레프트 픽 오프 ： sin(θ＋δø) ………(4)

로 된다.

이 2개의 진동 속도 센서(레프트 픽 오프(7), 라이트 픽 오프(8))로부터의 출력 신호(좌속도 신호(LPO), 우속도 신호(RPO))는, 코리올리 유량계(1)의 변환기(5)의 내부의 로우패스 필터(30, 34)를 각각 통하여, A/D 변환기(31, 35)에 의해서 아날로그값에서 디지털값으로 변환되고, 신호 처리 장치(100)에 보내진다.

이 신호 처리 장치(100)는, 상술한 바와 같이, 주파수 변환부(110)와, 발신기(120)와, 위상차 계측부(130)와, 주파수 변환부(140)의 4개의 블록에 의해서 구성되어 있으며, 레프트 픽 오프(7)로부터의 출력 신호(LPO)와, 라이트 픽 오프(8)로부터의 출력 신호(RPO)의 위상차를 연산한 후, 진동 속도 센서로부터 출력되는 주파수와, 온도 센서(9)에 의해서 검출되는 온도의 데이터를 기초로 유량 신호로 변환한다.

한편, 온도계측에 대해서는, 도면 중에 있어서 설명하지 않는다.

이 주파수 변환부(110)로부터 출력되는 변환 주파수는, 레프트 픽 오프(좌속도 센서)(7)에 의해서 검출되고, 로우패스 필터(30)에 의해서 꺼내진 낮은 주파수의 좌속도 신호(출구측 속도 신호)가 A/D 컨버터(31)에 있어서 디지털 신호로 변환되고 출력되어 오는 입력 신호 주파수(θ)와, 발신기(120)로부터 출력되는 출력 주파수(θ_Xn)를 가산(또는 감산)해서 구할 수 있다.

이와 같이, 주파수 변환부(110)로부터 출력되고 위상 계측부(130)에 입력되는 입력 신호 주파수는, 주파수 변환부(110)에 있어서, 발신기(120)로부터 출력되는 출력 주파수(θ_Xn)를 이용하고, A/D 컨버터(31)로부터 출력되는 디지털 신호가 낮은 주파수의 좌속도 신호(출구측 속도 신호)인 입력 신호 주파수(θ)를 주파수 시프트해서 다른 주파수대역으로 이동한 것으로 된다.

이와 같이 주파수 변환부(110)에 있어서 주파수 시프트되어 출력되는 신호와, 동일하게 처리되는 주파수 변환부(140)에 있어서 주파수 시프트되어 출력되는 신호는, 위상 계측부(130)에 있어서 위상 계산이 행해진다.

주파수 변환부(110)로부터 출력되는 주파수 계측치(θ＋θ_Xn)의 값은,

［수식 5］

θ_C＝θ＋θ_Xn ………(5)

과, 최종적으로 임의로 설정한 위상 계측 주파수 설정치(θ_C)로 되도록 제어한다.

이와 같이 위상 계측부(130)에 입력되는 주파수 계측치(θ＋θ_Xn)가 항상 일정 주파수(θ_C)가 되도록 발신기(120)를 컨트롤하는 것에 의해서 후단의 위상 계측의 고속 처리를 가능하게 할 수 있다.

본 발명에 있어서의 주파수의 제어 방법은, 식(5)의 조건을 모두 주파수 변환부(110, 140)의 출력 주파수가 θ_C에 동일하게 되도록 발신기(120)의 주파수를 변화시키는 방식, 즉 피드백 제어의 방법에 따라서 구성하고 있다.

이하, 본 발명에 관한 신호 처리 방법, 신호 처리 장치의 실시형태에 대해서 설명한다.

도 3에는, 도 2에 도시한 신호 처리 장치의 피드백 제어의 방법에 따르는 구체적 구성이 도시되어 있다.

도 3에 도시한 신호 처리 장치(100)는, 입력 신호(출입구측 속도 신호)를 소망하는 주파수로 주파수 변환하고, 주파수 변환후에 위상 계측을 행하는 것에 의해서, 입력 주파수의 대역을 염려하는 일 없이, 또한 안정적인 위상 계측을 행할 수 있게 하는 것이다.

도 3에 있어서, A/D 컨버터(31)에는, 주파수 변환부(110)가 접속되어 있다. 이 주파수 변환부(110)는, A/D 컨버터(31)로부터 출력되어서 입력되는 좌속도 신호 (출구측 속도 신호)의 디지털 신호를 주파수 변환하는 것이다.

또, A/D 컨버터(35)에는, 주파수 변환부(140)가 접속되어 있다. 이 주파수 변환부(140)는, A/D 컨버터(35)로부터 출력되어서 입력되는 우속도 신호(입구측 속도 신호)의 디지털 신호를 주파수 변환하는 것이다.

이 주파수 변환부(110)에 있어서 주파수 변환된 신호는, 발신기(120)의 출력 신호에 의해서 일정한 주파수 신호로 변환되게 되어 있다.

이 주파수 변환부(140)에 있어서 주파수 변환된 신호는, 발신기(120)의 출력 신호에 의해서 일정한 주파수 신호로 변환되게 되어 있다.

이와 같이 가변조인 발신기(120)에 의해서 컨트롤되면, 이 발신기(120)로부터 출력되는 출력 주파수에 의해서, 주파수 변환부(110)와 동일하게, 주파수 변환부(140)에 있어서도, 주파수 변환된다.

또, 주파수 변환부(110)의 출력단에는, 주파수 계측부(160)와 위상차 계측부 (130)가 접속되어 있다. 이 주파수 계측부(160)는, 주파수 변환부(110)에 있어서 주파수 변환된 출력 주파수를 계측하는 것이다.

또, 주파수 변환부(140)에는, 위상차 계측기(130)가 접속되어 있다.

이 주파수 계측부(160)는, 주파수 변환부(110)에 있어서, 레프트 픽 오프(좌속도 센서)(7)에 의해서 검출되고, 로우패스 필터(30)에 의해서 꺼내진 낮은 주파수의 좌속도 신호(출구측 속도 신호)를 A/D 컨버터(31)에 의해서 디지털 신호로 변환되어 출력되는 입력 신호 주파수(θ)와, 발신기(120)로부터 출력되는 출력 주파수(θ_Xn)를 가산(또는 감산)해서 구해지는 출력 신호의 주파수(θ_Cn＝θ＋θ_Xn)를 계측하는 것이다.

이 주파수 계측부(160)에 있어서 계측된 주파수 계측치는, 발신기(120)에 출력된다. 이 발신기(120)에 있어서는, 주파수 계측부(160)로부터 출력되는 출력 신호 주파수(θ_Cn＝θ＋θ_Xn)의 계측치를 입력하면, 이 출력 신호 주파수(θ_Cn＝θ＋θ_Xn)의 계측치에 기초하여, 소정의 주파수 신호(θ_Xn)를 발신하고, 발신기(120)로부터 주파수 변환부(110)와 주파수 변환부(140)에 출력한다.

이러한 주파수 변환부(110) → 주파수 계측부(160) → 발신기(120) → 주파수 변환부(110)의 피드백 루프에 의해서, A/D 컨버터(31)로부터의 입력되는 좌속도 신호(출구측 속도 신호)의 입력 주파수와 발신기(120)로부터 출력되는 출력 주파수를 주파수 변환부(110)에서 가산, 또는 감산을 하고, 주파수 변환부(110)에 있어서 주파수 변환된다.

이 주파수 변환부(140)로부터 출력되는 변환 주파수는, 라이트 픽 오프(우속도 센서)(8)에 의해서 검출되고, 로우패스 필터(34)에 의해서 꺼내진 낮은 주파수의 우속도 신호(입구측 속도 신호)가 A/D 컨버터(35)에 있어서 디지털 신호로 변환된 입력 신호 주파수(θ＋δø)와, 발신기(120)로부터 출력되는 출력 주파수(θ_Xn)를 가산(또는 감산)해서 구할 수 있다.

이와 같이, 주파수 변환부(140)로부터 출력되고 위상 계측부(130)에 입력되는 입력 신호 주파수는, 주파수 변환부(140)에 있어서, 발신기(120)로부터 출력되는 출력 주파수(θ_Xn)를 이용하여, A/D 컨버터(35)로부터 출력되는 디지털 신호가 낮은 주파수의 우속도 신호(입구측 속도 신호)인 입력 신호 주파수(θ＋δø)를 주파수 시프트해서 다른 주파수대역으로 이동시키는 것이 가능하게 된다.

이와 같이 발신기(120)가 컨트롤되면, 이 발신기(120)로부터 출력되는 출력 주파수(θ_Xn)에 의해서, 주파수 변환부(110)와 동일하게, 주파수 변환부(140)에 있어서도, 주파수 변환이 행해진다.

가변조인 발신기(120)는, 이와 같이 극히 용이한 계산식에 따라서 주파수 컨트롤된다.

또, 주파수 변환부(110)에는, 위상차 계측기(130)가 접속되어 있다. 또, 주파수 변환부(140)에는, 위상차 계측기(130)가 접속되어 있다.

이 위상차 계측기(130)는, A/D 컨버터(31)로부터 출력되고 주파수 변환부 (110)에 입력되는 좌속도 신호(출구측 속도 신호)의 주파수(θ)와, A/D 컨버터 (35)로부터 출력되고 주파수 변환부(140)에 입력되는 우속도 신호(입구측 속도 신호)의 주파수(θ＋δø)는 모두 동일한 일정한 소망하는 주파수로 변환되어서 위상차 계측을 행한다.

이와 같이 구성하는 것에 의해, 본 실시의 형태에 의하면, 입력 주파수(좌속도 신호, 우속도 신호)를 소망하는 주파수대역으로 변환하는 것에 의해서, 입력 주파수(좌속도 신호, 우속도 신호)의 대역을 시프트시켜서, 필터의 테이블 수를 대폭으로 줄이고, 또 위상 계측 처리를 보다 효과적으로 행할 수 있다.

A/D 컨버터(31)와 A/D 컨버터(35)에는, 클록(150)으로부터, 클록 신호가 입력되도록 되어 있다. 이 클록(150)은, A/D 컨버터(31)와 A/D 컨버터(35)의 출력의 동기를 취하는 것으로, A/D 컨버터(31)로부터 출력되는 좌속도 신호의 디지털 신호와, A/D 컨버터(35)로부터 출력되는 우속도 신호의 디지털 신호와의 샘플링 오차를 없애는 중요한 역할을 담당하고 있다.

이와 같이 A/D 컨버터(31, 35)에 의해서 디지털 신호로 변화된 각각의 입력 신호(좌속도 신호, 우속도 신호)는, 주파수 변환부(110, 140)에 있어서, 발신기 (120)로부터의 출력 신호를 이용하여 주파수 변환된다.

다음에, 도 3에 도시한 신호 처리 장치(100)에 있어서의 위상차 계측 연산의 구체적인 연산 방법에 대해서 설명한다.

여기에서는, 변조 합성 주파수의 덧셈 성분 신호에 의한 위상 계측에 대해서 설명한다.

주파수 변환부(110)의 출력 주파수를 주파수 계측부(160)에 의해서 계측하고, 그 값을 이용하여 발신기(120)의 발신 주파수를 컨트롤한다.

신호 처리 장치(100)에서는, 주파수 변환부(110)의 출력 주파수를 주파수 계측부(160)에 의해서 계측한다.

초기 상태에 있어서는, 발신기(120)의 출력 신호(θ_Xn)는, 발신기(120)로부터 출력되어 있지 않기 때문에, 초기의 발신기(120)로부터의 출력 신호(θ_X0)는,

［수식 6］

θ_X0＝0 ………(6)

으로 되어 있다.

따라서, 코리올리 유량계(1)의 가진기(6)에 의해서 측정 튜브(2, 3)를 진동했을 때에, 측정 튜브(2, 3)에 설치되는 레프트 픽 오프(7)로부터 출력되는 출력 신호(좌속도 신호)인 유량 신호(LPO)에 대해, 피주파수 변조 주파수의 덧셈 성분 주파수는, (θ＋θ_Xn)으로 표시할 수 있기 때문에, θ_Xn＝θ_X0이고, 주파수 변환기 (110)의 출력 신호 주파수는, 식(6)에 의해,

［수식 7］

θ_co＝θ＋θ_X0＝θ ………(7)

로 되고, 초기의 계측 주파수는, LPO 신호 주파수(θ)에 의해 기동된다.

다음의 제１차 스텝의 발신기(120)로부터의 출력 신호(θ_X1)에 있어서, 위상 계측 주파수 θ_C ＝ 목표 주파수 설정치 ＝ const로 해야 하는 초기 계측 주파수를 비교한다. 그리고 다음 식(8)에 표시하는 바와 같이 이 뺄셈분이 발신기(120)의 출력 신호로 되도록, θ_X1를 결정한다.

［수식 8］

θ_X1＝θ_C―θ ………(8)

로, 발신기 주파수(θ_X1)를 구한다.

그리고, 제１차 스텝의 발신기 주파수(θ_X1)를 구하는 것에 의해서 θ_C＝const로 된다.

다음 스텝의 발신기(120)로부터의 출력 신호(θ_X2)에 있어서 설정되어야 하는 주파수 변환부(110)의 출력 신호 주파수는,

［수식 9］

θ＋θ_X1＝θ_C1 ………(9)

로 된다.

따라서, 다음 스텝의 발신기(120)로부터의 출력 신호(θ_X2)는, 식(8)을 바탕으로 하고,

［수식 10］

θ_X2＝θ_X1＋θ_C―(θ＋θ_X1) ………(10)

으로 된다.

이상의 동작을 반복해서 행하면,

［수식 11］

θ_X3＝θ_X2＋θ_C―(θ＋θ_X2)

θ_X4＝θ_X3＋θ_C―(θ＋θ_X3)

： ………(11)

：

θ_Xn＝θ_Xn _-1＋θ_C―(θ＋θ_Xn _-1)

로 된다.

이와 같이 클록(150)의 실시간 처리 클록에 따라서, 발신기(120)로부터의 출력 주파수(θ_Xn)가 컨트롤 되면, θ_Xn≒θ_Xn _―1로 된다.

이것으로부터, 최종적으로 주파수 변환부(110)의 출력 신호 주파수(θ＋θ_Xn)는,

［수식 12］

θ_C＝θ＋θ_Xn ………(12)

으로 된다.

따라서, 시계열적 처리에 있어서, 식(12)에 의해 후단의 위상 계측의 고속 처리를 가능하게 할 수 있다.

도 3에 도시한 로우패스 필터(30)에 있어서, 고조파 노이즈를 제거하고 A/D 변환시의 에일리어싱 노이즈(aliasing noise)의 영향을 제거하면, 도 4에 도시하는 바와 같이 sin신호(sinθ)가 출력된다.

이 로우패스 필터(30)로부터 출력된 도 4에 도시하는 바와 같이 sin신호(sinθ)는, A/D 컨버터(31)에 있어서, 임의의 일정 주기로 샘플링해서 디지털 신호화가 행해지고, 도 5에 도시하는 바와 같은 샘플링 신호(sinθ)가 얻어지고, A/D 컨버터(31)로부터 출력된다.

이 로우패스 필터(30)로부터 출력되고, A/D 컨버터(31)에 있어서 샘플링되어 디지털 신호화가 행해진 도 5에 도시하는 바와 같이 신호(sinθ)는, 도 3에 도시한 신호 처리 장치(100)의 주파수 변환부(110)에 입력된다. 또, 이 주파수 변환부(110)에는, 발신기(120)로부터 출력되는 발신기 출력 신호가 입력된다.

이 발신기(120)에 있어서는, 주파수 계측부(160)로부터 출력되는 출력 신호 주파수(θ_Cn＝θ＋θ_Xn)의 계측치의 입력에 의해서, 이 출력 신호 주파수(θ_Cn＝θ＋θ_Xn)의 계측치에 기초하여, 소망하는 주파수로 발신기(120)에 있어서의 발신 주파수 신호(θ_Xn)를 발신하고, 발신 출력 레이트를 입력 신호의 A/D 컨버터(31)에 있어서의 샘플링 주기와 동일 레이트로 도 6에 도시하는 바와 같이 cos신호(cosθ_Xn)가 출력된다.

발신기(120)로부터의 출력 신호(cosθ_Xn)가 주파수 변환부(110)에 입력되면, 주파수 변환부(110)에 있어서는, A/D 컨버터(31)에 있어서 샘플링되어 디지털 신호화가 행해진 도 5에 도시하는 바와 같이 신호(sinθ)와, 발신기(120)로부터 출력되는 도 6에 도시하는 바와 같이 출력 신호(cosθ_Xn)를 주파수 변환부(110)내의 곱셈기에 있어서 곱셈(sinθ×cosθ_Xn)을 행하고, 도 7에 도시하는 바와 같이 신호(sinθ×cosθ_Xn)를 얻는다.

이 주파수 변환부(110)내의 곱셈기에 있어서 곱셈(sinθ×cosθ_Xn)을 행하여 얻은 도 7에 도시하는 바와 같이 신호(sinθ×cosθ_Xn)는, 주파수 변환부(110)내에 있어서, 하이패스 필터(HPF)를 통하여, 낮은 주파수 성분을 제거하고, 도 8에 도시하는 바와 같이 신호(sinθ_C)를 얻는다. 이 도 8에 도시하는 바와 같이 신호(sinθ_C)는, 주파수 변환부(110)로부터 출력되고, 주파수 계측부(160)와, 위상차 계측기(130)에 입력된다.

코리올리 유량계(1)의 가진기(6)에 의해서 측정 튜브(2, 3)를 진동했을 때에, 측정 튜브(2, 3)에 설치되는 진동 속도 센서(70)(레프트 픽 오프(7), 라이트 픽 오프(8))로부터의 출력 신호(좌속도 신호, 우속도 신호)는, 도 3에 도시한 신호 처리 장치(100)를 구성하는 주파수 변환부(110, 140)와, 발신기(120)와, 위상차 계측기(130)와, 주파수 계측부(160)의 4개의 블록에 있어서, 위상차가 연산된 후, 주파수 계측부(160)로부터 출력되는 주파수 신호와, 온도 센서(9)에 의해서 검출되는 온도의 데이터를 기초로 유량 신호로 변환된다.

다음에, 도 9에 도시하는 타임 차트를 이용하여, 도 3에 도시한 신호 처리 장치(100)에 있어서의 동작에 대해서 설명한다.

우선, 도 3에 도시한 로우패스 필터(30)에 있어서, 고조파 노이즈를 제거하고 A/D 변환시의 에일리어싱 노이즈의 영향을 제거하면, 도 5에 도시하는 바와 같이 sin신호(sinθ)가 출력된다.

이 도 5에 나타내는 sin신호(sinθ)가 출력되면, 이 도 5에 도시한 sin신호 (sinθ)가 A/D 컨버터(31)에 입력된다. 그리고, 이 A/D 컨버터(31)에 있어서는, 임의의 일정 주기로 샘플링해서 디지털 신호화가 행해지고, 도 9(A)에 도시하는 바와 같이 샘플링 신호(Y1＝sinθ)가 얻어지고, A/D 컨버터(31)로부터 출력된다.

이 A/D 컨버터(31)로부터 출력된 도 9(A)에 도시한 샘플링 신호(sinθ)는, 도 3에 도시한 신호 처리 장치(100)의 주파수 변환부(110)에 입력된다.

한편, 신호 처리 장치(100)의 주파수 계측부(160)에 있어서는, 주파수 변환부(110)로부터 출력되는 신호에 기초하여 계측된 주파수(θ_Cn＝θ＋θ_Xn) 신호가 출력된다. 이 주파수 계측부(160)로부터 출력되는 출력 신호 주파수(θ_Cn＝θ＋θ_Xn)의 계측치가 입력되는 발신기(120)에 있어서는, 이 출력 신호 주파수(θ_Cn＝θ＋θ_Xn)의 계측치에 기초하여, 소망하는 발신 주파수 신호(θ_Xn)를 발신하고, 발신 출력 레이트를 입력 신호의 A/D 컨버터(31)에 있어서의 샘플링 주기와 동일 레이트로 도 9(B)에 도시하는 바와 같이 cos신호(Y2＝cosθ_Xn)를 출력한다.

발신기(120)로부터 도 9(B)에 도시한 cos신호(Y2＝cosθ_Xn)가 주파수 변환부 (110)에 입력되면, 주파수 변환부(110)내의 곱셈기에 있어서는, A/D 컨버터(31)로부터 출력되는 도 9(A)에 도시한 샘플링 신호(Y1＝sinθ)와 곱셈(sinθ×cosθ_Xn)을 행하여, 도 9(C)에 도시하는 바와 같이 신호(Y3＝sinθ×cosθ_Xn)를 얻는다.

이 주파수 변환부(110)내의 곱셈기에 있어서 곱셈(sinθ×cosθ_Xn)을 행하여 얻은 도 9(C)에 도시한 신호(Y3＝sinθ×cosθ_Xn)는, 주파수 변환부(110)내에 있어서, 하이패스 필터(HPF)를 통하여, 낮은 주파수 성분을 제거하고, 도 9(D)에 도시하는 바와 같이 신호(Y4＝1/2·sinθ_C)를 얻는다. 이 도 9(D)에 도시한 신호(Y4＝1/2·sinθ_C)는, 주파수 변환부(110)로부터 출력되고, 주파수 계측부(160)와, 위상차 계측기(130)에 입력된다.

또, 도 3에 도시한 로우패스 필터(34)에 있어서, 고조파 노이즈를 제거하여 A/D 변환시의 에일리어싱 노이즈의 영향을 제거하면, sin신호(sin(θ＋δø))가 출력된다.

이 sin신호(sin(θ＋δø))가 출력되면, 이 sin신호(sin(θ＋δø))는, A/D 컨버터(35)에 입력된다. 그리고, 이 A/D 컨버터(35)에 있어서는, 임의의 일정 주기로 샘플링해서 디지털 신호화가 행해진다.

그리고, 이 A/D 컨버터(35)로부터 출력되는 신호와, A/D 컨버터(35)로부터 출력되는 샘플링 신호를 주파수 변환부(140)내의 곱셈기에 있어서 곱셈을 행하여 신호를 얻는다.

이 주파수 변환부(140)내의 곱셈기에 있어서 곱셈을 행하여 얻은 신호는, 주파수 변환부(110)내에 있어서, 하이패스 필터(HPF)를 통하여, 낮은 주파수 성분을 제거하고, 도 9(E)에 도시하는 바와 같이 신호(Y5＝1/2·sin(θ_C＋δø))를 얻는다. 이 도 9(E)에 도시한 신호(Y5＝1/2·sin(θ_C＋δø))는, 주파수 변환부(110)로부터 출력되어서, 주파수 계측부(160)와, 위상차 계측기(130)에 입력된다.

위상차 계측기(130)에 있어서는, 주파수 변환부(110)로부터 출력되어서, 위상차 계측기(130)에 입력되는 도 9(D)에 도시한 신호(Y4＝1/2·sinθ_C)와, 주파수 변환부(140)로부터 출력되어서, 위상차 계측기(130)에 입력되는 도 9(E)에 도시한 신호(Y5＝1/2·sin(θ_C＋δø))에 기초하여, 도 9(F)에 도시하는 바와 같이 신호(Y6＝δø)를, 그 위상차(δø)로서 출력한다.

이와 같이 연산 주기를 샘플링 시간과 동기시키는 것에 의해서, 위상 계측시의 리얼타임성을 높일 수 있다.

또, 한 쌍의 진동 속도 신호(sinθ, sin(θ＋δø))는, 어느 쪽이라도 동일 처리를 행하여 위상 계산되기 때문에 연산 오차가 거의 없고, 정확한 위상 계산을 행할 수 있다.

실시예 2

다음에, 도 10에 도시한 동작 플로우차트를 이용하여, 신호 처리 방법에 대해 설명한다.

도 10에는, 피드백 루프를 이용한 경우의 주파수 변조 및 위상 계측에 있어서의 플로우차트가 도시되어 있다.

도 10에 있어서, 스텝 200에서는, 연산기인 신호 처리 장치(100)의 파라미터를 초기화한다. 이 신호 처리 장치(100)의 파라미터의 초기화가 행해지면, 스텝 200에 있어서, 주파수 변조에 있어서의 목표 주파수, 즉, 주파수 변조후의 목표 주파수의 설정을 행하고, 게다가, 초기 참조 파형의 주파수를 설정, 즉, 참조 신호 주파수의 초기설정을 행한다.

스텝 200에 있어서, 연산기인 신호 처리 장치(100)의 파라미터의 초기화가 행해지고, 주파수 변조후의 목표 주파수의 설정, 참조 신호 주파수의 초기설정이 행해지면, 스텝 210에 있어서, 레프트 픽 오프(LPO)(7)(좌속도 센서(7))로부터 출력되는 위상/및 속도 신호를 A/D 컨버터(31)에 있어서 임의의 샘플링 주기로 샘플링하고 디지털 신호화하여, 라이트 픽 오프(RPO)(8)(우속도 센서(8))로부터 출력되는 위상/및 속도 신호를 A/D 컨버터(35)에 있어서 임의의 샘플링 주기로 샘플링하여 디지털 신호화한다.

그리고, 이 A/D 컨버터(31)에 있어서 임의의 샘플링 주기로 샘플링하고 디지털 신호화된 위상/및 속도 신호는, 주파수 변환기(110)에, A/D 컨버터(35)에 있어서 임의의 샘플링 주기로 샘플링하고 디지털 신호화된 위상/및 속도 신호는, 주파수 변환기(140)에, 각각 입력된다.

이 스텝 210에 있어서 임의의 샘플링 주기로 샘플링하여 디지털 신호화되면, 스텝 220에 있어서, 참조 신호용의 발신기(120)에 출력 주파수를 설정하고, 참조 신호의 생성을 행한다. 참조 신호의 생성이 행해지면, 이 발신기(120)로부터, 발신기(120)에 있어서 설정된 주파수의 참조 신호가 출력되고, 주파수 변환기(110, 140)에 입력된다.

이 스텝 220에 있어서 발신기(120)에 참조 신호의 생성이 행해지면, 스텝 230에 있어서, 주파수 변환기(110, 140)의 처리가 행해진다. 즉, 발신기(120)로부터 출력되는 참조 주파수 신호가 입력된 주파수 변환기(110)에 있어서는, A/D 컨버터(31)로부터 출력되어 오는 위상/및 속도 신호를 발신기(120)로부터 출력되는 참조 신호를 이용하여, 임의의 주파수의 위상/및 속도 신호로 변환한다.

또, 발신기(120)로부터 출력되는 참조 주파수 신호가 입력된 주파수 변환기 (140)에 있어서는, A/D 컨버터(35)로부터 출력되어 오는 위상/및 속도 신호를 발신기(120)로부터 출력되는 참조 신호를 이용하여, 임의의 주파수의 위상/및 속도 신호로 변환한다.

이 스텝 230에 있어서 임의의 주파수의 위상/및 속도 신호로의 변환이 행해지면, 스텝 240에 있어서, 주파수 변환후의 주파수가 계측되고, 초기설정시의 주파수 변조에 있어서의 목표 주파수와 비교한다.

즉, 주파수 변환기(110)에 있어서 임의의 주파수 변환된 A/D 컨버터(31)로부터 출력되어 오는 위상 및 속도 신호는, 주파수 계측기(160)와 위상 계측기(130)에 입력된다. 그리고, 이 주파수 계측기(160)에 있어서, 주파수 변환후의 주파수가 계측되고, 발신기(120)로부터 출력되는 초기설정시의 주파수 변조에 있어서의 목표 주파수와 비교된다.

이 스텝 240에 있어서 초기설정시의 주파수 변조에 있어서의 목표 주파수와 비교가 행해지면, 스텝 250에 있어서, 발신기(120)로부터 출력되는 다음 번의 참조 신호의 발신 주파수의 결정을 행한다.

즉, 스텝 250에 있어서는, 스텝 240에 있어서 비교된 뺄셈분의 주파수가 0Hz가 되도록, 발신기(120)로부터 출력되는 다음 번의 참조 신호의 발신 주파수의 결정을 행한다.

이 스텝 250에 있어서 발신기(120)로부터 출력되는 다음 번의 참조 신호의 발신 주파수의 결정을 행하면, 스텝 260에 있어서, 위상 계측을 행한다.

즉, 스텝 260에 있어서는, 발신기(120)로부터 출력되는 참조 신호의 발신 주파수에 기초하여 임의의 일정 주파수로 변환된 위상 및 속도 신호가 위상 계측기 (130)에 입력된다. 이 위상 계측기(130)에 있어서는, 주파수 변환기(110)로부터 출력되는 임의의 일정 주파수로 변환된 위상 및 속도 신호에 기초하여, FFT 등을 이용하여 위상 계측한다. 이와 같이 FFT 등을 이용하여 위상 계측하는 것에 의해서, 항상 동일 연산 주기로 고정밀도의 위상차 계측을 행할 수 있다.

이하에, 신호 처리 장치(100)를 구성하는 주파수 변환부(110, 140)와, 발신기(120)와, 위상차 계측기(130)와, 주파수 계측부(160)의 4개의 블록에 대해서 설명한다.

(1) 주파수 변환부

신호 처리 장치(100)의 주파수 변환부(110)는, 도 11에 도시하는 바와 같은 구성을 가지고 있다.

도 11에 있어서, 주파수 변환부(110)는, 곱셈기(111)와, 로우패스 필터(LPF)(112)(또는, 하이패스 필터(HPF))로 구성되어 있다.

발신기(120)로부터의 참조 신호(cosθ₂)와, A/D 컨버터(31)로부터의 입력 신호(SINθ₁)를 곱하고, 그 후, 로우패스 필터(112)에 의해서 필터 처리를 행한다.

우선, 발신기(120)로부터의 참조 신호(cosθ₂)와, 레프트 픽 오프(좌속도 센서)(7)에 의해서 검출되고, 로우패스 필터(30)에 의해서 꺼내진 낮은 주파수의 좌속도 신호(출구측 속도 신호)가 A/D 컨버터(31)에 있어서 디지털 신호로 변환되어 출력되는 입력 신호(sinθ₁)를 곱하고,

［수식 13］

와, 덧셈(和)과 뺄셈(差)의 주파수 신호를 합성한다.

이 덧셈과 뺄셈의 합성 신호에 로우패스 필터(또는, 하이패스 필터)(112)를 거는 것에 의해서 뺄셈의 신호(또는, 덧셈의 신호)만을 꺼낸다.

여기에서는, 구체적인 설명을 하기 위해, 덧셈의 신호를 꺼내는 것으로 하고 있지만, 뺄셈의 신호라도 문제 없고, 주파수 변환 방법에 따라서 필터의 처리 방법은, 적절히 대응된다.

로우패스 필터(또는, 하이패스 필터)(112)로부터의 출력은,

［수식 14］

으로 되고, 이때의 로우패스 필터(또는, 하이패스 필터)(112)로부터의 출력 신호 주파수(θ₃)는, 항상 일정하게 되도록 컨트롤된다.

이 때문에, 사용하는 필터는, 입력 신호에 따르지 않고, 항상 동일한 필터를 이용할 수 있다.

또, 이것에 의해서, 주파수 변환부(110)의 후단의 위상차 계측기(130)에 있어서의 위상 계측을 매우 획일적으로, 또한 단순화하여 처리를 행할 수 있다.

(2) 주파수 계측부

주파수의 계측 방법으로서는, 본 실시의 형태에 있어서는, PLL(PLL；Phase-locked loop 위상 동기 회로)의 원리를 이용한다. 이 PLL은, 입력되는 교류 신호와 주파수가 동일하고, 또한 위상이 동기한 신호를, 피드백 제어에 의해 다른 발진기로부터 출력하는 전자 회로가 알려져 있다.

이와 같이 PLL은, 원래 위상을 동기하기 위한 회로이고, 입력 신호에 대해서 위상이 동기한 신호를 만들 수 있게 되어 있다.

이 PLL은, 외부로부터 입력된 기준 신호와, 루프내의 발진기로부터의 출력과의 위상차가 일정하게 되도록, 루프내 발진기에 피드백 제어를 걸어서 발진시키는 발진 회로이고, 연산기로 구성하는 것이 비교적 간단하고, 게다가 고속으로 연산하는 것이 가능하다.

신호 처리 장치(100)의 주파수 계측부(160)는, 도 12에 도시하는 바와 같은 구성을 가지고 있다.

도 12에 있어서, 주파수 계측부(160)는, 곱셈기(161)와, 로우패스 필터 (LPF)(162)와, 주파수 계측용 발신기(163)에 의해서 구성되어 있다.

주파수 변환부(110)에는, 곱셈기(161)가 접속되어 있다. 이 주파수 변환부 (110)로부터는, 레프트 픽 오프(좌속도 센서)(7)에 의해서 검출되고, 로우패스 필터(30)에 의해서 꺼내진 낮은 주파수의 좌속도 신호(출구측 속도 신호)가 A/D 컨버터(31)에 있어서 디지털 신호로 변환되어 출력되어 오는 입력 신호 주파수(θ)와, 발신기(120)로부터 출력되는 출력 주파수(θ_Xn)를 가산(또는 감산)된 변환 주파수 신호(sin(θ＋θ_Xn))가 출력되고, 곱셈기(161)에 입력된다.

그리고, 이 곱셈기(161)는, 주파수 변환부(110)의 출력 신호와, 주파수 계측용 발신기(163)로부터 출력되는 출력 신호(cosδ)의 위상을 비교하고, 그 뺄셈 신호와 덧셈 신호로서 로우패스 필터(162)에 출력하는 것이다.

따라서, 곱셈기(161)의 출력단에는, 로우패스 필터(162)가 접속되어 있다. 이 로우패스 필터(162)는, 곱셈기(161)로부터 출력되는 출력 신호를 주파수 필터를 통하여, 낮은 주파수의 신호만 꺼내는 것이다.

따라서, 여기에서는, 곱셈기(161)로부터 출력되는 출력 신호중에서 뺄셈의 성분만을 꺼내고 있다.

또, 로우패스 필터(162)에는, 주파수 계측용 발신기(163)가 접속되어 있다. 이 주파수 계측용 발신기(163)는, 로우패스 필터(162)로부터 출력되는 낮은 주파수의 신호를 기초로 위상 데이터(δ)를 생성하는 것이다.

그리고, 이 로우패스 필터(162)에 의해서 여파 출력되는 뺄셈의 성분만의 출력 데이터(V)(주파수 연산 함수(V))가 0이 되도록 귀환 루프가 형성된다.

도 12에 도시한 바와 같이 주파수 변환부(110)로부터 출력되어 곱셈기(161)에 입력되는 입력 신호를 SINθ, 발신기(120)로부터 출력되어 곱셈기(161)에 입력되는 출력 신호를 cosδ로 두고, 그 2개의 파형을 곱셈기(161)에 있어서 곱셈하면,

［수식 15］

입력 파형 : sinθ

주파수 계측용 발신기 출력 파형 : cosδ

으로 된다.

이 식(15)에 표시되는 곱셈기(161)에 있어서의 곱셈 결과를 로우패스 필터 (162)를 거는 것에 의해서, 높은 주파수 성분이 제거되고,

［수식 16］

V＝sin(θ―δ) ………(16)

으로 된다.

식(15)의 (θ―δ)의 값이 충분히 작은 값(V≒0)인 때, 곱셈기(161)에 있어서의 곱셈 결과를 나타내는 주파수 연산 함수(V)는,

［수식 17］

V＝θ―δ≒0 ………(17)

과 근사할 수 있다.

여기서, 주파수 연산 함수(V)가 0이 되도록 주파수 계측용 발신기(163)의 출력 파형을 컨트롤하는 것에 의해서, 주파수 변환부(110)에 있어서 주파수 변환한 후의 위상(θ)을 구할 수 있다.

이와 같이 해서 구한 주파수 변환부(110)로부터 출력되는 주파수 변환후의 위상(θ)을, 다음의 식(17), 식(18)을 이용하여 연산하는 것에 의해서 주파수(f)를 구할 수 있다.

［수식 18］

ω : 각속도(rad/s)

여기서, △T는, 시간 변화를 표시하고 있으며, 연산 주기(샘플링 레이트)와 동일하게 된다.

따라서, 위상 변화(θ)는,

［수식 19］

θ＝2·π·f·Ta ………(19)

단) Ta : 시간 변화(샘플링 주기)(sec)

f : 입력 주파수(Hz)

θ : 위상 변화(rad)

로 된다.

그리고, 입력 주파수(f)는,

［수식 20］

T : 샘플링 주기

로 된다.

이러한 계산을 주파수 계측기(160)에 있어서 행하는 것에 의해서, 고속의 주파수 계측을 행할 수 있다.

(3) 발신기

도 3에 있어서 가변조인 발신기(120)는, 주파수 계측부(160)의 계측 결과(θ＋θ_Xn)에 기초하여 출력 주파수가 제어된다.

즉, 발신기(120)는, 가진기(6)에 의해서 측정 튜브(2, 3)를 진동했을 때에 레프트 픽 오프(7)에 의해서 검출되어 주파수 변환부(110)에 입력되는 측정 튜브(2, 3)의 좌측에 생기는 진동 속도의 검출 신호(출구측 속도 신호)의 주파수(θ)를 위상차 계측기(130)에서 처리되는 소망하는 주파수로 제어한다.

이 주파수 변환부(110)와 주파수 변환부(140)란, 동일 구성으로 되어 있다. 이 때문에, 주파수 변환부(110)로부터 출력되는 주파수와 동일한, 주파수 변환부(140)로부터 출력되는 주파수는, 가진기(6)에 의해서 측정 튜브(2, 3)를 진동했을 때에 라이트 픽 오프(8)에 의해서 검출되어 주파수 변환부(140)에 입력되는 측정 튜브(2, 3)의 우측에 생기는 진동 속도의 검출 신호(입구측 속도 신호)의 주파수(θ＋δø)를 소망하는 주파수로 변환한다.

(4) 위상 계측기

위상 계측의 방법에는, 다양한 방법이 있지만, 푸리에 변환을 이용한 위상 계측의 경우, 주파수가 고정되어 있기 때문에, 매우 연산을 고속으로 행하는 것이 가능하게 된다.

이하에, 이산 푸리에 변환(Discrete Fourier Transform；DFT)를 예로 들어서 설명한다. 이 이산 푸리에 변환이라고 하는 것은, 이산군(離散群) 상의 푸리에 변환이며, 신호 처리 등에서 이산화된 디지털 신호의 주파수 해석 등에 자주 사용되고, 편미분 방정식이나 콘벌루션(Convolution)을 효율적으로 계산하기 위해서도 사용되는 것이다. 이 이산 푸리에 변환은(계산기 상에서) 고속 푸리에 변환(FFT)을 사용해서 고속으로 계산할 수 있다.

지금, 위상차 계측기(130)에 있어서, 샘플링된 입력 신호를 g(n)으로 하면, 그 DFT G(k)는,

［수식 21］

이라고 정의된다.

더 표현을 간결하게 하기 위해서, 복소 지수 함수의 부분을,

［수식 22］

로 치환해서 표현하면, 식(21)은,

［수식 23］

으로 된다.

여기서, 복소 지수 함수(W_N ^nk)에 주목하고, 나아가 N을, N＝2^M(M：정수), 예를 들어 N＝8로 생각하면, 입력 주파수가 샘플링 주파수의 1/4인 때, 삼각함수의 주기성으로부터 실수부와 허수부의 함수를,

［수식 24］

와, 0.1, ―1로 표현할 수 있다.

이와 같이 하여, 샘플링 주파수의 1/4에 주파수 변환한 입력 신호(LPO, RPO)를 매우 간단하게 푸리에 변환할 수 있으며, 게다가 통상 위상 계측에 있어서는, 단일의 주파수(진동 주파수)만 푸리에 변환하면 좋기 때문에, 다른 주파수대역에 대해서 변환은 행하지 않기 때문에, 가감산만으로 연산하는 것이 가능하다.

실제로는, 위상차 계측기(130)에 입력된 입력 신호를 g(n)로 하고, 입력 신호를 g(n)가 샘플링 레이트의 1/4의 주파수로 하고, 더 N을, N＝2^M(M：정수)로 한 경우, 그 DFT G(n)의 연산은,

［수식 25］

와 같이 연산할 수 있다.

M의 값이 커져도 기본적인 연산은 전혀 변하지 않기 때문에, M을 크게 할수록 매우 정밀도 좋게 계산하는 것이 가능하고, 연산 부하도 거의 변하지 않는다.

게다가, 2개의 입력 신호를 상술의 순서에 따라서 이산 푸리에 변환(DFT)한 결과, RPO 신호를,

［수식 26］

RPO 신호 :

로 두고, LPO 신호를,

［수식 27］

LPO 신호 :

로 두는 것이 가능하다.

이때의 입력 신호의 위상각(tanδø)은,

［수식 28］

으로 된다.

이 식(28)에 있어서, 입력 신호의 위상각(tanδø)을 구한 후, 그 tan^―1δø을 연산해서 위상차 신호(δø)를 구할 수 있다.

또, 피측정 유체의 질량 유량(Q)은, 위상각에 비례해서 구동 주파수(F)에 반비례하기 때문에,

［수식 29］

Q＝S(t)·δø/F ………(29)

단) S(t)：측정 유체의 온도에 관련한 보정 계수

로 표시되고, 이 식(29)에 계측한 위상각(δø)과 구동 주파수(F)를 대입하는 것에 의해서 질량 유량(Q)을 계산할 수 있다.

이와 같이 해서 구한 질량 유량(Q)은, 적절한 스케일링이나 단위 환산이 행해지고, 아날로그 출력, 펄스 출력, 시리얼 통신 등 후단의 처리를 추가하는 것에 의해서 여러 가지 형태로 외부에 출력할 수 있다.

《주파수 변환을 이용한 위상 계측 방법의 우월한 장점》

본 발명에 관한 위상 계측 시스템의 특징은, 레프트 픽 오프(좌속도 센서)(7)에 의해서 검출되어, 로우패스 필터(30)에 의해서 꺼내진 낮은 주파수의 좌속도 신호(출구측 속도 신호)를 A/D 컨버터(31)에 의해서 디지털 신호로 변환되어 출력되고, 주파수 변환부(110)에 입력되는 입력 신호의 주파수(θ)와는 무관계한 샘플링 주기로 신호를 샘플링할 수 있기 때문에, 매우 구성이 간단하고, 게다가 필터의 테이블을 필요로 하지 않고, 더 연산 오차가 적은 매우 고속의 연산이 가능하게 된다.

또, 본 발명에 관한 위상 계측 시스템에 의하면, 레프트 픽 오프(좌속도 센서)(7)에 의해서 검출되어, 로우패스 필터(30)에 의해서 꺼내진 낮은 주파수의 좌속도 신호(출구측 속도 신호)를 A/D 컨버터(31)에 의해서 디지털 신호로 변환되어 출력되고, 주파수 변환부(110)에 입력되는 입력 신호에 급격한 주파수 변화가 생겨도, 주파수 변환의 피드백 루프에 의해서, 응답 좋게 추종할 수 있으며, 주파수 변환후의 주파수를 직접 계측하고, 위상 계측을 행하기 때문에, 주파수 변환에 따르는 주파수 변환 오차가 최소한으로 억제되고, 매우 고안정성이고 정확한 위상 계측에 적절하다.

그리고 위상 계측뿐만이 아니라 동시에 주파수 변환후의 주파수와 발신기(120)의 발신 주파수로부터 입력 신호의 주파수를 구할 수 있다.

여기서 구해진 주파수는, 고속의 피드백 루프로부터 응답성이 높은 극히 안정된 주파수로 된다.

게다가, 본 발명에 관한 위상 계측 시스템에 의하면, 주파수 변환부(110)에 입력되는 입력 신호의 입력 주파수에 의한 위상 계측의 대역 제한이 대부분 없기 때문에, 다양한 구동 주파수의 센서와 결합하는 것이 가능하게 되고, 게다가 입력 주파수에 의해서 연산 정밀도가 영향을 받지 않기 때문에, 항상 고정밀의 위상 계측이 가능하게 된다.

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 한 개, 혹은 한 쌍의 플로우 튜브로 이루어지는 측정 튜브(2, 3)를 교번 구동하고, 이 플로우 튜브를 진동시킨다. 그리고, 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, 한 개, 혹은 한 쌍의 플로우 튜브로 이루어지는 측정 튜브(2, 3)에 작용하는 코리올리힘에 비례한 위상차 및/또는 진동 주파수를 검출하는 것에 의해, 피계측 유체의 질량 유량 및/또는 밀도를 얻는 코리올리 유량계가 구성되어 있다.

이 코리올리 유량계에, 가변조인 주파수 신호를 발신 출력하는 발신기(120)를 설치한다.

게다가, 한 쌍의 진동 검출 센서(레프트 픽 오프(7), 라이트 픽 오프(8))중, 한쪽의 속도 센서(예를 들면, 레프트 픽 오프(7)로부터 입력되는 입력 신호(출구측 속도 신호))를 제 1의 A/D 컨버터(31)에 의해서 디지털 신호로 변환한다. 그리고, 이 입력 신호 주파수(θ)를, 발신기(120)로부터 출력되는 출력 주파수(θ_Xn)를 이용하여, 특정한 일정 주파수 신호로 주파수 시프트하고 소망하는 주파수대역으로 이동하는 제 1의 주파수 변환부(110)를 설치한다.

한 쌍의 진동 검출 센서(레프트 픽 오프(7), 라이트 픽 오프(8))중, 다른쪽의 속도 센서(예를 들면, 라이트 픽 오프(8)로부터 입력되는 입력 신호(입구측 속도 신호))를 제 2의 A/D 컨버터(35)에 의해서 디지털 신호로 변환된 입력 신호 주파수(θ)를, 발신기(120)로부터 출력되는 출력 주파수(θ_Xn)를 이용하여, 특정한 일정 주파수 신호로 주파수 시프트하고 소망하는 주파수대역으로 이동하는 제 2의 주파수 변환부(140)를 설치한다.

제 1의 주파수 변환부(110)로부터 출력되는 일정한 주파수 신호로 변환된 제 1의 주파수 신호의 주파수를 계측하고, 이 계측한 제 1의 주파수 신호의 주파수 값을 발신기(120)에 출력하고, 주파수 변환부(110)에 있어서 주파수 변환을 행한 후의 주파수가, 항상 일정 주파수로 되도록 출력 주파수를 컨트롤하는 주파수 계측부(160)를 설치한다.

게다가, 제 1의 주파수 변환부(110)로부터 일정한 주파수 신호로 변환된 제 1의 주파수 신호와, 제 2의 주파수 변환부(140)로부터 출력되는 일정한 주파수 신호로 변환된 제 2의 주파수 신호와의 위상차의 계측을 행하는 위상차 계측부(130)를 설치한다.

그리고, 제 1의 주파수 변환부(110)로부터 출력되는 일정한 주파수 신호로 변환된 제 1의 주파수 신호와, 제 2의 주파수 변환부(140)로부터 출력되는 일정한 주파수 신호로 변환된 제 2의 주파수 신호와의 위상차를 얻는 신호 처리 장치(100)를 설치하여 코리올리 유량계를 구성한다.

1 : 코리올리 유량계
2, 3 : 측정 튜브
4 : 검출기
5 : 변환기
6 : 가진기
7 : 좌속도 센서
8 : 우속도 센서
9 : 온도 센서
10 : 구동 제어부
11 : 위상 계측부
12 : 온도 계측부
30 : 로우패스 필터
34 : 로우패스 필터
31 : A/D 컨버터
35 : A/D 컨버터
70 : 진동 속도 센서
80 : 진동 속도 신호 연산기
85 : 주파수 변환부
90 : 발신기
95 : 위상차 계측기
100 : 신호 처리 장치
110 : 주파수 변환부
111 : 곱셈기
112 : 로우패스 필터
120 : 발신기
130 : 위상차 계측기
140 : 주파수 변환부
150 : 클록
160 : 주파수 계측부
161 : 곱셈기
162 : 로우패스 필터
163 : 주파수 계측용 발신기

Claims

측정용의 유관을 구성하는 적어도 한 개, 또는 한 쌍의 플로우 튜브를 구동장치에 의해서 가진기를 작동시키고 상기 플로우 튜브를 교번 구동하여, 상기 플로우 튜브를 진동시키고, 진동 검출 센서인 2개의 속도 센서 혹은 가속도 센서에 의해서 상기 플로우 튜브에 작용하는 코리올리힘에 비례한 위상차 및/또는 진동 주파수를 검출하는 것에 의해, 피계측 유체의 질량 유량 및/또는 밀도를 얻는 코리올리 유량계에 있어서,
상기 속도 센서 혹은 가속도 센서로부터 검출되는 상기 플로우 튜브에 작용하는 코리올리힘에 비례한 진동 주파수의 입력 신호를 A/D 변환해서 얻는 2개의 유량 신호의 각각에 대해서 임의의 발진 주파수에 기초하여 합성해서 주파수 변환하고,
적어도 한쪽의 센서의 합성 파형의 주파수를 계측하고,
상기 계측한 주파수에 기초하여 제어 신호를 발신하고,
상기 합성 주파수 신호의 합성한 합성 성분의 덧셈분 또는 뺄셈분의 성분의 주파수가 항상 일정하게 되도록 제어하고,
상기 제어 신호로부터 플로우 튜브의 공진 주파수를 구하여, 피계측 유체의 밀도를 산출하고,
상기 제어된 각각의 변환 합성 주파수의 덧셈분 또는 뺄셈분의 신호로부터 위상을 계측하는 것을 특징으로 하는 신호 처리 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 임의의 발진 주파수에 기초하는 합성 주파수 변환은,
상기 한쪽의 센서로부터의 입력 신호(SINθ₁)와, 상기 발신하는 제어 신호(cosθ₂)를 곱하고,
상기 곱해서 출력되는 출력 신호를 주파수 필터를 통하여, 낮은 주파수의 신호만 꺼내도록 하는 신호 처리 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 임의의 발진 주파수에 기초하는 합성 주파수 변환은,
상기 한쪽의 센서로부터의 입력 신호(SINθ₁)와, 상기 발신하는 제어 신호(cosθ₂)를 곱하고,
상기 곱해서 출력되는 출력 신호를 주파수 필터를 통하여, 높은 주파수의 신호만 꺼내도록 하는 신호 처리 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 속도 센서 혹은 가속도 센서로부터 검출되는 상기 플로우 튜브에 작용하는 코리올리힘에 비례한 진동 주파수의 입력 신호는,
상기 A/D 변환에 있어서 샘플링해서 디지털 신호화가 행해지고,
상기 발신하는 제어 신호에 기초하여 합성 주파수 변환해서 얻어지는 각각의 변환 합성 주파수 신호는,
합성한 합성 성분의 덧셈분 또는 뺄셈분의 성분의 주파수가 상기 A/D 변환시의 샘플링 주파수의 1/4이 되도록 제어하는 신호 처리 방법.
측정용의 유관을 구성하는 적어도 한 개, 혹은 한 쌍의 플로우 튜브를 구동장치에 의해서 가진기를 작동시켜 상기 플로우 튜브를 교번 구동하고, 상기 플로우 튜브를 진동시키고, 진동 검출 센서인 속도 센서 혹은 가속도 센서에 의해서 상기 플로우 튜브에 작용하는 코리올리힘에 비례한 위상차 및/또는 진동 주파수를 검출하는 것에 의해, 피계측 유체의 질량 유량 및/또는 밀도를 얻는 코리올리 유량계에 있어서,
가변조인 주파수 신호를 발신 출력하는 발신기와,
상기 속도 센서 혹은 가속도 센서에 의해서 검출되는 입력 주파수와, 상기 발신기의 출력 주파수(F_X)를 가산(또는 감산)해서 주파수 변환하고, 상기 주파수 변환후의 주파수 값이 항상 일정하게 되도록 주파수 시프트하는 주파수 변환부에 의해서 구성해서 이루어지는 것을 특징으로 하는 신호 처리 장치.
측정용의 유관을 구성하는 적어도 한 개, 혹은 한 쌍의 플로우 튜브를 구동장치에 의해서 가진기를 작동시켜 상기 플로우 튜브를 교번 구동하고, 상기 적어도 한 개, 혹은 한 쌍의 플로우 튜브를 진동시키고, 진동 검출 센서인 한 쌍의 속도 센서 혹은 가속도 센서에 의해서 상기 플로우 튜브에 작용하는 코리올리힘에 비례한 위상차 및/또는 진동 주파수를 검출하는 것에 의해, 피계측 유체의 질량 유량 및/또는 밀도를 얻는 코리올리 유량계에 있어서,
가변조인 주파수 신호를 발신 출력하는 발신기와,
상기 한 쌍의 진동 검출 센서의 한쪽의 센서를 제 1의 A/D 컨버터에 의해서 디지털 신호로 변환된 상기 입력 신호 주파수와, 상기 발신기로부터 출력되는 출력 주파수를 가산(또는 감산)해서 상기 주파수 변환후의 주파수 값이 항상 일정하게 되도록 주파수 변환하는 제 1의 주파수 변환부와,
상기 한 쌍의 진동 검출 센서의 다른쪽의 센서를 제 2의 A/D 컨버터에 의해서 디지털 신호로 변환된 상기 입력 신호 주파수와, 상기 발신기로부터 출력되는 출력 주파수를 가산(또는 감산)해서 상기 주파수 변환후의 주파수 값이 항상 일정하게 되도록 주파수 변환하는 제 2의 주파수 변환부에 의해서 구성한 것을 특징으로 하는 신호 처리 장치.
측정용의 유관을 구성하는 적어도 한 개, 혹은 한 쌍의 플로우 튜브를 구동장치에 의해서 가진기를 작동시켜 상기 플로우 튜브를 교번 구동하고, 상기 플로우 튜브를 진동시키고, 진동 검출 센서인 한 쌍의 진동 검출 센서에 의해서 상기 플로우 튜브에 작용하는 코리올리힘에 비례한 위상차 및/또는 진동 주파수를 검출하는 것에 의해, 피계측 유체의 질량 유량 및/또는 밀도를 얻는 코리올리 유량계에 있어서,
가변조인 주파수 신호를 발신 출력하는 발신기와,
상기 한 쌍의 진동 검출 센서의 한쪽의 속도 센서를 제 1의 A/D 컨버터에 의해서 디지털 신호로 변환되어서 출력되어 오는 입력 신호 주파수를, 상기 발신기로부터 출력되는 출력 주파수를 이용하여, 항상 일정한 주파수 신호로 주파수 시프트해서 다른 주파수대역으로 이동하는 제 1의 주파수 변환부와,
상기 한 쌍의 진동 검출 센서의 다른쪽의 속도 센서를 제 2의 A/D 컨버터에 의해서 디지털 신호로 변환되어서 출력되어 오는 입력 신호 주파수를, 상기 발신기로부터 출력되는 출력 주파수를 이용하여, 항상 일정한 주파수 신호로 주파수 시프트해서 다른 주파수대역으로 이동하는 제 2의 주파수 변환부와,
상기 제 1의 주파수 변환부로부터 출력되는 일정한 주파수 신호로 변환된 제 1의 주파수 신호의 주파수를 계측하고, 상기 계측한 제 1의 주파수 신호의 주파수 값을 상기 발신기에 출력하고, 상기 주파수 변환부에 있어서 주파수 변환을 행한 후의 주파수가, 상기 제 1의 A/D 컨버터에 의해서 디지털 신호로 변환되어서 입력되는 한 쌍의 진동 속도 센서의 한쪽의 속도 센서 신호의 입력 주파수를 소망하는 주파수가 되도록 제 1 및 제 2의 주파수 변환부의 출력 주파수를 컨트롤하는 주파수 계측부에 의해서 구성한 것을 특징으로 하는 신호 처리 장치.
제 5 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 주파수 변환부는,
상기 발신기로부터의 참조 신호(cosθ₂)와, 상기 제 1의 A/D 컨버터로부터의 입력 신호(SINθ₁)를 곱하는 곱셈기와,
상기 곱셈기에 있어서 곱해서 출력되어 오는 출력 신호를 주파수 필터를 통하여, 낮은 주파수의 신호만 꺼내는 로우패스 필터에 의해서 구성한 것을 특징으로 하는 신호 처리 장치.
제 5 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 주파수 변환부는,
상기 발신기로부터의 참조 신호(cosθ₂)와, 상기 제 1의 A/D 컨버터로부터의 입력 신호(SINθ₁)를 곱하는 곱셈기와,
상기 곱셈기에 있어서 곱해서 출력되어 오는 출력 신호를 주파수 필터를 통하여, 높은 주파수의 신호만 꺼내는 하이패스 필터에 의해서 구성한 것을 특징으로 하는 신호 처리 장치.
제 7 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 주파수 계측부는,
상기 제 1의 주파수 변환부에 접속되는 곱셈기와, 상기 곱셈기에 접속되는 로우패스 필터와, 상기 로우패스 필터에 접속되어, 상기 로우패스 필터로부터의 출력 신호를 입력하는 주파수 계측용 발신기로 이루어지며,
상기 곱셈기는, 상기 제 1의 주파수 변환부로부터 출력되는 출력 신호(sin(θ＋θ_Xn))와, 주파수 계측용 발신기로부터 출력되는 출력 신호(cosδ)의 위상을 비교하고, 그 뺄셈 신호와 덧셈 신호로서 후단의 로우패스 필터로 출력하는 것으로,
상기 로우패스 필터는, 상기 곱셈기로부터 출력되는 출력 신호를 주파수 필터를 통하여, 낮은 주파수의 신호만 꺼내는 회로로,
상기 로우패스 필터로부터 출력되는 낮은 주파수의 신호를 기초로 기본 출력 파형의 위상량(V)이 생성되고, 상기 위상량(V)은 상기 주파수 계측용 발신기에 의해서 항상,
V＝0
으로 되는 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는 신호 처리 장치.
제 7 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 1의 A/D 컨버터와 상기 제 2의 A/D 컨버터의 출력의 동기를 취하는 클록을 설치하고,
상기 제 1의 A/D 컨버터로부터 출력되는 한 쌍의 진동 검출 센서 중 어느 한쪽의 디지털 신호와, 상기 제 2의 A/D 컨버터로부터 출력되는 상기 진동 검출 센서의 다른쪽의 디지털 신호와의 동기를 취하도록 한 것을 특징으로 하는 신호 처리 장치.
제 7 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 위상 계측부의 처리는,
DFT(Discrete Fourier Transform：이산 푸리에 변환) 또는, FFT(Fast Fourier Transform：고속 푸리에 변환)인 신호 처리 장치.
측정용의 유관을 구성하는 적어도 한 개, 혹은 한 쌍의 플로우 튜브를 구동장치에 의해서 가진기를 작동시켜 상기 플로우 튜브를 교번 구동하고, 상기 플로우 튜브를 진동시키고, 진동 검출 센서인 한 쌍의 속도 센서 혹은 가속도 센서에 의해서 상기 플로우 튜브에 작용하는 코리올리힘에 비례한 위상차 및/또는 진동 주파수를 검출하는 것에 의해, 피계측 유체의 질량 유량 및/또는 밀도를 얻는 코리올리 유량계에 있어서,
가변조인 주파수 신호를 발신 출력하는 발신기와,
상기 한 쌍의 진동 검출 센서의 한쪽의 속도 센서를 제 1의 A/D 컨버터에 의해서 디지털 신호로 변환된 상기 입력 신호 주파수(θ)를, 상기 발신기로부터 출력되는 출력 주파수(θ_Xn)를 이용하여, 특정한 일정 주파수 신호로 주파수 시프트해서 소망하는 주파수대역으로 이동하는 제 1의 주파수 변환부와,
상기 한 쌍의 진동 검출 센서의 다른쪽의 속도 센서를 제 2의 A/D 컨버터에 의해서 디지털 신호로 변환된 상기 입력 신호 주파수(θ)를, 상기 발신기로부터 출력되는 출력 주파수(θ_Xn)를 이용하여, 특정한 일정 주파수 신호로 주파수 시프트해서 소망하는 주파수대역으로 이동하는 제 2의 주파수 변환부와,
상기 제 1의 주파수 변환부로부터 출력되는 일정한 주파수 신호로 변환된 제 1의 주파수 신호의 주파수를 계측하고, 상기 계측한 제 1의 주파수 신호의 주파수 값을 상기 발신기에 출력하고, 상기 주파수 변환부에 있어서, 주파수 변환후의 주파수가, 항상 일정 주파수로 되도록 출력 주파수를 컨트롤하는 주파수 계측부를 설치한 것을 특징으로 하는 코리올리 유량계.