RU2319113C2 - Filtering device for flow meter and method of removing noise from flow meter signal - Google Patents
Filtering device for flow meter and method of removing noise from flow meter signal Download PDFInfo
- Publication number
- RU2319113C2 RU2319113C2 RU2006110944/28A RU2006110944A RU2319113C2 RU 2319113 C2 RU2319113 C2 RU 2319113C2 RU 2006110944/28 A RU2006110944/28 A RU 2006110944/28A RU 2006110944 A RU2006110944 A RU 2006110944A RU 2319113 C2 RU2319113 C2 RU 2319113C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- signal
- noise
- flowmeter
- value
- damping
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Measuring Volume Flow (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области удаления шума из сигнала расходомера, и в частности, к удалению периодического шума, такого как перекрестный шум, из сигнала расходомера.The invention relates to the field of removing noise from a flowmeter signal, and in particular, to removing periodic noise, such as crosstalk, from a flowmeter signal.
Расходомеры используются для измерения массы расхода потока, плотности и других характеристик текучих сред. Текучими средами могут быть жидкости, газы, комбинированные жидкости и газы, твердые частицы, взвешенные в жидкостях, и жидкости, включающие газы и взвешенные твердые частицы. Например, расходомеры широко используются в процессе разработки скважин и очистке нефти и нефтепродуктов. Расходомер может быть использован для определения продукции скважины посредством измерения интенсивности расхода, то есть посредством измерения массового расхода через расходомер, и даже может быть использован для определения относительных пропорций газовых и жидкостных составляющих расхода.Flowmeters are used to measure mass flow rate, density and other characteristics of fluids. Fluids may be liquids, gases, combined liquids and gases, solids suspended in liquids, and liquids including gases and suspended solids. For example, flowmeters are widely used in the process of developing wells and refining oil and oil products. The flow meter can be used to determine well production by measuring the flow rate, that is, by measuring the mass flow through the flow meter, and can even be used to determine the relative proportions of the gas and liquid components of the flow.
В настоящее время используются многочисленные расходомеры, присоединенные к одной и той же технологической линии и/или смонтированные таким образом, что вибрация от одного расходомера может достигать другого расходомера. Хотя это увеличивает оперативность при измерении расхода, многочисленные расходомеры могут создавать помехи друг другу в виде перекрестного шума. Перекрестный шум - явление, при котором сигнал расходомера из первого измерителя оказывает влияние и искажает сигнал расходомера от второго расходомера и наоборот. Перекрестный шум в среде расходомеров, как правило, является относительно большим, медленно изменяющимся сигналом, типично не более высоким, чем 1 герц. Шум может ухудшить точность сигнала расходомера и может привести к чрезвычайно большим погрешностям показываемого расхода. В дополнение, шум может возникать вследствие других факторов и других источников.Numerous flow meters are currently used that are connected to the same process line and / or mounted in such a way that vibration from one flow meter can reach another flow meter. Although this increases responsiveness in flow measurement, multiple flow meters can interfere with each other in the form of crosstalk. Cross-noise is a phenomenon in which a flowmeter signal from a first meter influences and distorts a flowmeter signal from a second flowmeter and vice versa. Crosstalk in flowmeter environments is typically a relatively large, slowly varying signal, typically no higher than 1 hertz. Noise can degrade the accuracy of the flowmeter signal and can lead to extremely large errors in the displayed flow rate. In addition, noise may occur due to other factors and other sources.
Фиг.1 изображает график выходного сигнала расходомера, изменяющегося по времени. Фигура показывает, каким образом на сигнал расходомера оказывают влияние другие расходомеры. Периоды 101 и 103 времени на фигуре показывают сигнал расходомера, когда три расходомера формируют выходной сигнал, следовательно, с двумя другими расходомерами, порождающими перекрестный шум в данном выходном сигнале расходомера. Период времени 102 - сигнал расходомера, когда активен только один другой создающий помеху расходомер. Заметим, что порожденный шум изменяется как по амплитуде, так и по частоте на всем протяжении графика.Figure 1 depicts a graph of the output signal of the flow meter, which varies in time. The figure shows how other flowmeters influence the flowmeter signal. The
В известных решениях осуществлены попытки принять меры касательно шума и перекрестного шума посредством использования традиционных технологий фильтрования, таких как фильтрация высоких частот. Однако вследствие относительно небольшой разницы в частотах между перекрестным шумом и действительными данными расходомера, и вследствие низкочастотных информационных сигналов, выдаваемых расходомерами, было затруднительным удалять шум, не ухудшая данные расходомера.Known solutions have attempted to take action on noise and crosstalk through the use of traditional filtering techniques, such as high-pass filtering. However, due to the relatively small difference in frequencies between the crosstalk and actual flowmeter data, and due to the low frequency information signals generated by the flowmeters, it was difficult to remove noise without degrading the flowmeter data.
Целью настоящего изобретение является увеличение эффективности удаления шума из сигнала расходомера.An object of the present invention is to increase the noise removal efficiency of a flow meter signal.
Согласно изобретению создана система фильтра расходомера, содержащая проходной шумовой фильтр, предназначенный для приема сигнала расходомера и отфильтровывания данных расходомера из сигнала расходомера для выделения шумового сигнала, шумовой квантификатор, предназначенный для приема шумового сигнала из проходного шумового фильтра и измерения шумового сигнала для получения шумовых характеристик, регулятор демпфирования, предназначенный для приема шумовых характеристик из шумового квантификатора и формирования значения демпфирования на основании шумовых характеристик и фильтрующий элемент, предназначенный для приема нормализованного сигнала расходомера и значения демпфирования из регулятора демпфирования для демпфирования нормализованного сигнала расходомера на основании значения демпфирования для формирования отфильтрованного сигнала расходомера.According to the invention, a flowmeter filter system is provided comprising a pass-through noise filter designed to receive a flowmeter signal and filter the flowmeter data from a flowmeter signal to isolate a noise signal, a noise quantifier designed to receive a noise signal from a pass-through noise filter and measure a noise signal to obtain noise characteristics, a damping regulator designed to receive noise characteristics from a noise quantifier and generate a damping value based on noise characteristics, and a filter element for receiving a normalized flow meter signal and damping value from a damping controller for damping a normalized flow meter signal based on a damping value to generate a filtered flow meter signal.
Проходной шумовой фильтр может быть связывающим фильтром переменного тока или цифровым фильтром второго порядка с бесконечной импульсной характеристикой.The pass-through noise filter may be an AC coupling filter or a second-order digital filter with an infinite impulse response.
Шумовые характеристики могут включать максимальную амплитуду шума и смещение нуля.Noise characteristics may include maximum noise amplitude and zero offset.
Регулятор демпфирования может быть дополнительно предназначен для приема сформированного фильтрующим элементом сигнала рассогласования, содержащего разность между нормализованным сигналом расходомера и отфильтрованным сигналом расходомера, для приема предварительно заданного максимального значения расхода или для деления смещения нуля на предварительно заданное максимальное значение расхода, для определения центрирования шумового сигнала, по существу, в окрестности нуля, для введения шумовых характеристик в таблицу демпфирования для формирования значения демпфирования или для формирования значения демпфирования на основании шумовых характеристик и коэффициента запаздывания демпфирования.The damping controller may be further designed to receive a mismatch signal generated by the filter element containing the difference between the normalized flowmeter signal and the filtered flowmeter signal, for receiving a predetermined maximum flow value or for dividing the zero offset by a predetermined maximum flow value, to determine the centering of the noise signal, essentially in the vicinity of zero, for introducing noise characteristics into the damping table tions for generating damping value or for generating the damping value on the basis of the noise characteristics and the damping coefficient of delay.
Фильтрующим элементом может быть фильтр второго порядка, цифровой фильтр с бесконечной импульсной характеристикой, цифровой фильтр второго порядка с бесконечной импульсной характеристикой.The filtering element may be a second-order filter, a digital filter with an infinite impulse response, a second-order digital filter with an infinite impulse response.
Шумовой сигнал имеет частоту в диапазоне от приблизительно 0,025 Гц до приблизительно 1,0 Гц. Шумовым сигналом может быть периодический шум или перекрестный шум.The noise signal has a frequency in the range of about 0.025 Hz to about 1.0 Hz. The noise signal may be periodic noise or crosstalk.
Сигнал расходомера может быть сигналом расходомера Кориолиса.The flow meter signal may be a Coriolis flow meter signal.
Согласно изобретению создан способ удаления шума из сигнала расходомера, содержащий следующие этапы:According to the invention, a method for removing noise from a flow meter signal is created, comprising the following steps:
прием сигнала расходомера;receiving a flow meter signal;
приложение большого значения демпфирования к сигналу расходомера для формирования отфильтрованного сигнала расходомера, если сигнал расходомера, по существу, является стабильным;applying a large damping value to the flowmeter signal to generate a filtered flowmeter signal if the flowmeter signal is substantially stable;
приложение малого значения демпфирования к сигналу расходомера для формирования отфильтрованного сигнала расходомера, если сигнал расходомера испытывает переходный процесс.applying a small damping value to the flowmeter signal to generate a filtered flowmeter signal if the flowmeter signal is transient.
Способ может дополнительно содержать этапы нормализации сигнала расходомера из исходного значения до нормализованного значения перед демпфированием и масштабирования отфильтрованного сигнала расходомера из этапа демпфирования обратно, по существу, до исходной амплитуды сигнала расходомера.The method may further comprise the steps of normalizing the flow meter signal from the initial value to the normalized value before damping and scaling the filtered flow meter signal from the damping step back, essentially, to the original amplitude of the flow meter signal.
Способ может дополнительно содержать следующие этапы:The method may further comprise the following steps:
отфильтровывание шумового сигнала, по существу, от сигнала расходомера;filtering out a noise signal essentially from a flow meter signal;
измерение шумового сигнала для получения шумовых характеристика;measuring a noise signal to obtain a noise characteristic;
определение значения демпфирования по шумовым характеристикам, которое выбирается для, по существу, удаления шумового сигнала из сигнала расходомера и формирования отфильтрованного сигнала расходомера.determining a damping value from the noise characteristics, which is selected to essentially remove the noise signal from the flow meter signal and generate a filtered flow meter signal.
Способ может дополнительно содержать следующие этапы:The method may further comprise the following steps:
отфильтровывание шумового сигнала, по существу, от сигнала расходомера;filtering out a noise signal essentially from a flow meter signal;
измерение шумового сигнала для получения шумовых характеристик;noise signal measurement to obtain noise characteristics;
определение значения демпфирования по шумовым характеристикам, которое выбирается для, по существу, удаления шумового сигнала из сигнала расходомера;determining a damping value from the noise characteristics, which is selected to essentially remove the noise signal from the flowmeter signal;
определение значения рассогласования между нормализованным сигналом расходомера и отфильтрованным сигналом расходомера;determining a mismatch value between the normalized flowmeter signal and the filtered flowmeter signal;
направление значения рассогласования обратно на этап определения значения демпфирования, на котором значение рассогласования учитывается при определении значения демпфирования.the direction of the mismatch value is returned to the step of determining the damping value, in which the mismatch value is taken into account when determining the damping value.
Шумовой сигнал может иметь частоту в диапазоне от приблизительно 0,025 Гц до приблизительно 1,0 Гц. Шумовой сигнал может быть периодическим шумом или перекрестным шумом.The noise signal may have a frequency in the range of from about 0.025 Hz to about 1.0 Hz. The noise signal may be periodic noise or crosstalk.
Сигнал расходомера может быть сигналом расходомера Кориолиса.The flow meter signal may be a Coriolis flow meter signal.
Способ может дополнительно содержать следующие этапы:The method may further comprise the following steps:
деление смещения нуля шумовых характеристик на максимальное значение расхода для получения значения шума;dividing the zero offset of the noise characteristics by the maximum flow rate to obtain a noise value;
сравнение значения шума с предварительно заданным статическим пороговым значением;comparing the noise value with a predetermined static threshold value;
использование значения шума для определения нового значения демпфирования, если значение шума меньше предварительно заданного статического порогового значения;using a noise value to determine a new damping value if the noise value is less than a predetermined static threshold value;
использование текущего значения демпфирования, если значение шума является не меньше предварительно заданного статического порогового значения.using the current damping value if the noise value is not less than a predetermined static threshold value.
Согласно другому варианту выполнения способ удаления шума из сигнала расходомера содержит следующие этапы:According to another embodiment, a method for removing noise from a flowmeter signal comprises the following steps:
прием сигнала расходомера;receiving a flow meter signal;
отфильтровывание шумового сигнала, по существу, от сигнала расходомера;filtering out a noise signal essentially from a flow meter signal;
измерение шумового сигнала для получения шумовых характеристик;noise signal measurement to obtain noise characteristics;
определение значения демпфирования по шумовым характеристикам, которое выбирается для, по существу, удаления шумового сигнала из сигнала расходомера;determining a damping value from the noise characteristics, which is selected to essentially remove the noise signal from the flowmeter signal;
демпфирование шума, по существу, в нормализованном сигнале расходомера с использованием значения демпфирования для формирования отфильтрованного сигнала расходомера.noise damping, essentially, in the normalized signal of the flowmeter using the damping value to form a filtered signal of the flowmeter.
Способ может дополнительно содержать этапы нормализации сигнала расходомера из исходного значения до нормализованного значения перед демпфированием, масштабирование отфильтрованного сигнала расходомера с этапа демпфирования обратно, по существу до исходной амплитуды сигнала расходомера.The method may further comprise the steps of normalizing the flowmeter signal from the initial value to the normalized value before damping, scaling the filtered flowmeter signal from the damping step back, essentially, to the original amplitude of the flowmeter signal.
Способ может дополнительно содержать этапы определения значения рассогласования между нормализованным сигналом расходомера и отфильтрованным сигналом расходомера и направление значения рассогласования обратно на этап определения значения демпфирования, где значение рассогласования учитывается при определении значения демпфирования.The method may further comprise the steps of determining a mismatch value between the normalized signal of the flow meter and the filtered signal of the flow meter and directing the mismatch value back to the step of determining the damping value, where the mismatch value is taken into account when determining the damping value.
Демпфирование может дополнительно содержать приложение большого значения демпфирования к сигналу расходомера, если сигнал расходомера является, по существу, стабильным, и приложение малого значения демпфирования к сигналу расходомера, если исходный сигнал расходомера испытывает переходный процесс.The damping may further comprise applying a large damping value to the flowmeter signal if the flowmeter signal is substantially stable, and applying a small damping value to the flowmeter signal if the original flowmeter signal is transient.
Способ может дополнительно содержать этап выборки сигнала расходомера перед фильтрацией.The method may further comprise the step of sampling the flow meter signal before filtering.
Шумовые характеристики могут включать амплитуду шума и смещение нуля.Noise characteristics may include noise amplitude and zero offset.
Шумовой сигнал может иметь частоту в диапазоне от приблизительно 0,025 Гц до приблизительно 1,0 Гц. Шумовым сигналом может быть периодический шум или перекрестный шум.The noise signal may have a frequency in the range of from about 0.025 Hz to about 1.0 Hz. The noise signal may be periodic noise or crosstalk.
Сигналом расходомера может быть сигнал расходомера Кориолиса.The flowmeter signal may be a Coriolis flowmeter signal.
Способ может дополнительно содержать следующие этапы:The method may further comprise the following steps:
деление смещения нуля шумовых характеристик на максимальное значение расхода для получения значения шума;dividing the zero offset of the noise characteristics by the maximum flow rate to obtain a noise value;
сравнение значения шума с предварительно заданным статическим пороговым значением;comparing the noise value with a predetermined static threshold value;
использование значения шума на этапе определения для определения нового значения демпфирования, если значение шума меньше предварительно заданного статического порогового значения;using the noise value in the determination step to determine a new damping value if the noise value is less than a predetermined static threshold value;
использование текущего значения демпфирования на этапе демпфирования, если значение шума не меньше предварительно заданного статического порогового значения.using the current damping value at the damping stage, if the noise value is not less than a predetermined static threshold value.
Ниже приводится подробное описание изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:The following is a detailed description of the invention with reference to the accompanying drawings, in which:
фиг.1 изображает график выходного сигнала расходомера в зависимости от времени;figure 1 depicts a graph of the output signal of the flow meter against time;
фиг.2 - систему фильтра расходомера согласно варианту осуществления изобретения;2 is a flowmeter filter system according to an embodiment of the invention;
фиг.3 - амплитудную и фазовую характеристики для проходного шумового фильтра согласно одному из вариантов осуществления изобретения;figure 3 - amplitude and phase characteristics for the in-pass noise filter according to one embodiment of the invention;
фиг.4 - блок-схему последовательности операций способа удаления шума из сигнала расходомера согласно еще одному варианту осуществления изобретения;4 is a flowchart of a method for removing noise from a flow meter signal according to another embodiment of the invention;
фиг.5 - блок-схему последовательности операций способа удаления шума из сигнала расходомера согласно варианту осуществления изобретения;5 is a flowchart of a method for removing noise from a flowmeter signal according to an embodiment of the invention;
фиг.6 - график, иллюстрирующий удаление шума демпфированием из сигнала расходомера;6 is a graph illustrating the removal of noise by damping from a flowmeter signal;
фиг.7 - схему регулятора демпфирования согласно варианту осуществления изобретения;7 is a diagram of a damping controller according to an embodiment of the invention;
фиг.8 - график различных значений демпфирования, которые могут быть реализованы в системе фильтра расходомера согласно варианту осуществления изобретения;FIG. 8 is a graph of various damping values that may be implemented in a flowmeter filter system according to an embodiment of the invention; FIG.
фиг.9 - график, показывающий увеличение значения демпфирования согласно варианту осуществления изобретения.FIG. 9 is a graph showing an increase in damping value according to an embodiment of the invention.
фиг.2-9 и последующее описание иллюстрируют отдельные варианты изобретения, для ознакомления специалистов в данной области техники с тем, каким образом создать и использовать лучший вариант осуществления изобретения. С целью изучения изобретательных принципов, некоторые традиционные аспекты изобретения были упрощены или опущены. Специалисты в данной области техники будут принимать во внимание отклонения от этих примеров, которые попадают в пределы объема изобретения. Специалисты в данной области техники будут принимать во внимание, что признаки, описанные ниже, могут быть скомбинированы различным образом, чтобы сформировать многочисленные варианты изобретения. Как результат, изобретение не ограничено отдельными примерами, описанными ниже, а только формулой изобретения и ее эквивалентами.figure 2-9 and the following description illustrate individual variants of the invention, to familiarize specialists in this field of technology with how to create and use the best embodiment of the invention. In order to study inventive principles, some traditional aspects of the invention have been simplified or omitted. Specialists in the art will take into account deviations from these examples, which fall within the scope of the invention. Those skilled in the art will appreciate that the features described below can be combined in various ways to form numerous variations of the invention. As a result, the invention is not limited to the individual examples described below, but only by the claims and their equivalents.
Система фильтра расходомера - фиг.2Flowmeter Filter System - FIG. 2
Фиг.2 изображает систему 200 фильтра расходомера согласно варианту осуществления изобретения. Система 200 фильтра расходомера принимает сигнал расходомера из одного или более расходомеров и, по существу, отфильтровывает шум в сигнале расходомера. Расходомерами могут быть любые типы расходомера, в том числе расходомеры Кориолиса, турбинные расходомеры, магнитные расходомеры, и т.д. Система 200 в показанном варианте осуществления включает нормализатор 201, преобразователь 202 масштаба, проходной шумовой фильтр 203, шумовой квантификатор 204, регулятор 205 демпфирования и фильтрующий элемент 206. Должно быть понятно, что предполагаются другие конфигурации фильтра расходомера, а показанный вариант осуществления предоставлен только для иллюстрации.2 depicts a flowmeter filter system 200 according to an embodiment of the invention. The flowmeter filter system 200 receives a flowmeter signal from one or more flowmeters and essentially filters out noise in the flowmeter signal. Flowmeters can be any type of flowmeter, including Coriolis flowmeters, turbine flowmeters, magnetic flowmeters, etc. The system 200 in the shown embodiment includes a normalizer 201, a scale converter 202, a noise filter 203, a noise quantifier 204, a damping controller 205, and a filter element 206. It will be appreciated that other flowmeter filter configurations are contemplated, and the embodiment shown is provided for illustrative purposes only. .
Нормализатор 201 принимает сигнал расходомера и значение максимального расхода и имеет выход, который присоединен к фильтрующему элементу 206. Проходной шумовой фильтр 203 также принимает сигнал расходомера и имеет выход, который присоединен к шумовому квантификатору 204. Шумовой квантификатор 204 принимает выходной сигнал проходного шумового фильтра 203 и имеет выход максимального шума и выход смещения нуля, которые присоединены к регулятору 205 демпфирования. Регулятор 205 демпфирования также принимает значение максимального расхода, принимает выходной сигнал максимального шума и смещения нуля, выведенные из шумового квантификатора 204, и принимает значение рассогласования, выведенное из фильтрующего элемента 206. Регулятор 205 демпфирования имеет выход значения демпфирования. Фильтрующий элемент 206 принимает нормализованный сигнал расходомера, выведенный из нормализатора 201, и значение демпфирования, выведенное из регулятора 205 демпфирования, и имеет в качестве выходных данных значение рассогласования и отфильтрованный сигнал расходомера с демпфированным шумом. Преобразователь 202 масштаба принимает отфильтрованный сигнал расходомера, который выведен из фильтрующего элемента 206, и также принимает вариант значения максимального расхода и выводит масштабированный, отфильтрованный вариант сигнала расходомера.The normalizer 201 receives the flow meter signal and the maximum flow value and has an output that is connected to the filter element 206. The noise filter 203 also receives a flow meter signal and has an output that is connected to the noise quantifier 204. The noise quantifier 204 receives the output signal of the noise filter 203 and has a maximum noise output and a zero offset output, which are connected to a damping controller 205. The damping controller 205 also takes a maximum flow rate value, receives the maximum noise and zero offset output from the noise quantifier 204, and receives a mismatch value output from the filter element 206. The damping controller 205 has a damping value output. The filter element 206 receives a normalized flow meter signal output from the normalizer 201 and a damping value output from the damping controller 205, and has as an output a mismatch value and a filtered signal of the flow meter with damped noise. The scale converter 202 receives a filtered flowmeter signal that is output from the filter element 206, and also takes a variant of the maximum flow rate value and outputs a scaled, filtered version of the flowmeter signal.
При работе сигнал расходомера вводится в систему 200 фильтра расходомера. Система 200 фильтра расходомера измеряет шумовые характеристики шума и по шумовым характеристикам определяет значение демпфирования, которое вводится в фильтрующий элемент 206. Фильтрующий элемент 206 демпфирует сигнал расходомера согласно значению демпфирования. Шум, такой как перекрестный шум, имеет типично более высокую частоту/меньшую постоянную времени, чем выводимые данные расходомера и поэтому демпфируется фильтрующим элементом 206. Следовательно, система 200 удаляет шум, по существу, не подвергая воздействию и не ухудшая данные расходомера.In operation, the flowmeter signal is input to the flowmeter filter system 200. The flowmeter filter system 200 measures the noise characteristics of the noise and determines the damping value that is input to the filter element 206 from the noise characteristics. The filter element 206 dampens the flowmeter signal according to the damping value. Noise, such as crosstalk, has a typically higher frequency / lower time constant than the output of the flow meter and is therefore damped by the filter element 206. Consequently, the system 200 removes the noise without substantially affecting or degrading the flow meter data.
В дополнение к фильтрации перекрестных шумов система 200 также способна к минимизации внешнего шума от других источников, таких как физическое перемещение или вибрация. Например, поршневой насос прямого вытеснения накладывает циклическое изменение на расход, являющийся измеряемым. В некоторых случаях является полезным устранять этот циклический шум для измерения только усредненного сигнала расхода.In addition to filtering for crosstalk, system 200 is also capable of minimizing external noise from other sources, such as physical movement or vibration. For example, a direct displacement piston pump imposes a cyclical change on the flow rate being measured. In some cases, it is useful to eliminate this cyclic noise to measure only the averaged flow signal.
Демпфирование предназначено для предотвращения изменений в размахе сигнала, основанном на частоте. Демпфирование может быть использовано для удаления шумового сигнала, когда шумовой сигнал меняется с большей скоростью, чем лежащий в основе сигнал расходомера. Демпфирование, следовательно, может удалять шумовой сигнал, наложенный на сигнал данных расходомера. Значение демпфирования может быть выбрано, например, из таблицы. Выбор может быть основан на одних или более входных данных, таких как диапазон амплитуды шумового сигнала (см. таблицу 1 и сопровождающее описание, приведенные ниже). В варианте осуществления цифрового фильтра значение демпфирования может представлять коэффициенты фильтра.Damping is designed to prevent changes in signal span based on frequency. Damping can be used to remove the noise signal when the noise signal changes at a faster rate than the underlying flowmeter signal. Damping, therefore, can remove the noise signal superimposed on the flowmeter data signal. The damping value can be selected, for example, from a table. The selection may be based on one or more input data, such as the amplitude range of the noise signal (see table 1 and the accompanying description below). In an embodiment of a digital filter, a damping value may represent filter coefficients.
Однако для предотвращения неблагоприятного влияния/ухудшения сигнала расходомера посредством демпфирования, когда происходит изменение расхода, значение демпфирования может быть выбрано меньшим во время переходного процесса в сигнале расходомера. Переходный процесс является относительно большим или быстрым изменением в данных расходомера. Например, переходный процесс может происходить, когда расходомер подвергается включению или отключению, когда количество материала, проходящего через расходомер, изменяется на значительную величину, когда пузырьки или каверны газа присутствуют в жидкости, и т.д. В одном из вариантов осуществления постоянная времени системы 200 фильтра расходомера уменьшается во время переходного процесса. Следовательно, шум демпфируется на более низком уровне до тех пор, пока не прошел переходный процесс, и сигнал расходомера снова не стал, по существу, статическим, то есть стабильным. В этот момент значение демпфирования может быть увеличено. Демпфирование, следовательно, согласно изобретению динамически управляется для оптимального демпфирования большей части или всего шумового сигнала.However, to prevent an adverse effect / deterioration of the flowmeter signal by damping when a flow change occurs, the damping value can be selected lower during the transient in the flowmeter signal. The transient is a relatively large or fast change in the flowmeter data. For example, a transient can occur when the flowmeter is turned on or off, when the amount of material passing through the flowmeter changes by a significant amount, when gas bubbles or caverns are present in the liquid, etc. In one embodiment, the time constant of the flowmeter filter system 200 decreases during the transient. Therefore, the noise is damped at a lower level until the transition process has passed, and the flowmeter signal has again become essentially static, that is, stable. At this point, the damping value can be increased. The damping, therefore, according to the invention is dynamically controlled to optimally dampen most or all of the noise signal.
Нормализатор 201 преобразует сигнал расходомера в нормализованный сигнал расходомера на основании введенного значения максимального расхода. Значение максимального расхода является верхним пределом сигнала расходомера и может быть значением, определенным последовательностью операций калибровки, установленным согласно типу измерителя или типу вещества расхода, и т.д. Значение максимального расхода может быть постоянным или может быть функцией времени или изменяемым. Используя значение максимального расхода, нормализатор 201 нормализует введенный сигнала расходомера, чтобы он был не большим, чем значение максимального расхода. Это может быть сделано так, что система 200 фильтра расходомера может быть использована с любым типом расходомера и любым уровнем сигнала расхода, то есть система 200 фильтра расходомера является независимой от типа расходомера и условий расхода. В одном из вариантов осуществления нормализация производится по формулеNormalizer 201 converts the flow meter signal to a normalized flow meter signal based on the entered maximum flow value. The maximum flow rate value is the upper limit of the flowmeter signal and may be a value determined by the calibration process established according to the type of meter or type of flowing substance, etc. The maximum flow rate value may be constant or may be a function of time or variable. Using the value of the maximum flow rate, the normalizer 201 normalizes the input signal of the flow meter so that it is not greater than the value of the maximum flow rate. This can be done so that the flowmeter filter system 200 can be used with any type of flowmeter and any flow signal level, that is, the flowmeter filter system 200 is independent of the type of flowmeter and flow conditions. In one embodiment, the normalization is performed according to the formula
Преобразователь 202 масштаба является дополнением нормализатора 201. Преобразователь 202 масштаба принимает отфильтрованный, нормализованный сигнал расходомера из фильтрующего элемента 206 и масштабирует его обратно до, по существу, такой же амплитуды, как у введенного сигнала расходомера. Это делается посредством умножения отфильтрованных выходных данных на максимальное значение расхода. Умножение на максимальное значение расхода является обратным делению сигнала расходомера на максимальное значение расхода в нормализаторе 201.The scale converter 202 is a complement to the normalizer 201. The scale converter 202 receives the filtered, normalized flowmeter signal from the filter element 206 and scales it back to substantially the same amplitude as the inputted flowmeter signal. This is done by multiplying the filtered output by the maximum flow rate. Multiplying by the maximum flow rate is the inverse of dividing the flowmeter signal by the maximum flow rate in normalizer 201.
Проходной шумовой фильтр 203 принимает ненормализованный сигнал расходомера и пропускает только шумовой сигнал (то есть, данные расходомера блокируются). Цель проходного шумового фильтра 203 состоит в определении амплитуды любого перекрестного шума, присутствующего в сигнале расходомера. Проходной шумовой фильтр 203 может быть любым фильтром, который, по существу, пропускает частоты в диапазоне от приблизительно 0,025 Гц до приблизительно 1 Гц, таким как, например, реализация высокочастотного или полосового фильтра. В одном из вариантов осуществления проходной шумовой фильтр 203 содержит связывающий фильтр переменного тока (то есть аналоговый фильтр). В еще одном варианте осуществления проходной шумовой фильтр 203 содержит цифровой фильтр с бесконечной импульсной характеристикой (БИХ), в том числе цифровой БИХ-фильтр второго порядка.The pass-through noise filter 203 receives the abnormal flowmeter signal and only passes the noise signal (i.e., the flowmeter data is blocked). The purpose of the pass-through noise filter 203 is to determine the amplitude of any crosstalk present in the flowmeter signal. The pass-through noise filter 203 can be any filter that essentially transmits frequencies in the range from about 0.025 Hz to about 1 Hz, such as, for example, implementing a high-pass or band-pass filter. In one embodiment, the pass-through noise filter 203 comprises an AC coupling filter (i.e., an analog filter). In yet another embodiment, the pass-through noise filter 203 comprises a digital filter with an infinite impulse response (IIR), including a second-order digital IIR filter.
Проходной шумовой фильтр 203 предпочтительно имеет коэффициенты фильтра, которые были выбраны для обеспечения единичного усиления и нулевой фазы для частот, превышающих 0,025 Гц. В одном из вариантов осуществления проходной шумовой фильтр 203 обладает передаточной функцией, представленной посредством следующего уравнения:The pass-through noise filter 203 preferably has filter coefficients that have been selected to provide unity gain and zero phase for frequencies in excess of 0.025 Hz. In one embodiment, the pass-through noise filter 203 has a transfer function represented by the following equation:
где переменная Z-1 z-преобразования является предыдущим выходным сигналом в момент времени (t-1), переменная Z-2 z-преобразования является предыдущим выходным сигналом в момент времени (t-2), а числовые значения 0,9993, 1,9986 и т.д. являются коэффициентами фильтра. Переменная z-преобразования обыкновенно используется, чтобы представлять:where the Z -1 z-transform variable is the previous output at time (t-1), the Z -1 z-transform is the previous output at time (t-2), and the numerical values are 0.9993, 1, 9986 etc. are the filter coefficients. The z-transform variable is commonly used to represent:
Должно быть понятно, что числовые коэффициенты фильтра, приведенные выше, являются просто примером, предоставленным для иллюстрации, и изобретение не ограничено данными значениями. Коэффициенты фильтра могут изменяться согласно типу фильтра, количеству фильтров, формирующих шум, условиям расхода, условиям окружающей среды и т.д.It should be understood that the numerical filter coefficients given above are merely an example provided to illustrate, and the invention is not limited to these values. The filter coefficients can vary according to the type of filter, the number of filters that generate noise, flow conditions, environmental conditions, etc.
Амплитудные и фазовые характеристики проходного шумового фильтра - фиг.3The amplitude and phase characteristics of the in-pass noise filter - figure 3
Фиг.3 показывает амплитудные и фазовые характеристики для проходного шумового фильтра 203 согласно одному из вариантов осуществления изобретения. В показанном примере частота была нормализована до значения единицы. Поскольку характеристика проходного шумового фильтра 203 на нижнем краю частотного диапазона является главной заботой, в варианте осуществления цифрового фильтра возможно улучшить быстродействие проходного шумового фильтра 203 посредством регулирования частоты выборки входного сигнала. В идеальном случае проходной шумовой фильтр 203 не должен ослаблять составляющую шумового сигнала и мог бы выводить шумовую составляющую, обладающую амплитудой 0 дБ и нулем градусов фазового сдвига на частотах, превышающих 0,025 Гц. При частоте выборки в 20 Гц выходная амплитуда шумового сигнала в 0,20 Гц в действующей реализации цифрового фильтра была измерена на приблизительно -0,22 дБ. При частоте выборки в 5 Гц амплитуда была измерена на приблизительно -0,0141 дБ, значительное улучшение. Однако недостатком более низкой частоты выборки является большая задержка во времени реакции. Частота выборки, поэтому, является регулируемым параметром, который может быть сконфигурирован во время калибровки или во время работы.Figure 3 shows the amplitude and phase characteristics for the in-pass noise filter 203 according to one embodiment of the invention. In the example shown, the frequency was normalized to unity. Since the characteristic of the pass-through noise filter 203 at the lower edge of the frequency range is a major concern, in the embodiment of the digital filter, it is possible to improve the performance of the pass-through noise filter 203 by adjusting the sampling frequency of the input signal. In the ideal case, the pass-through noise filter 203 should not attenuate the noise signal component and could output a noise component having an amplitude of 0 dB and zero degrees of phase shift at frequencies exceeding 0.025 Hz. At a sampling frequency of 20 Hz, the output amplitude of the noise signal at 0.20 Hz in the current implementation of the digital filter was measured at approximately -0.22 dB. At a sampling frequency of 5 Hz, the amplitude was measured at approximately -0.0141 dB, a significant improvement. However, the disadvantage of a lower sampling frequency is the large delay in the response time. The sampling frequency, therefore, is an adjustable parameter that can be configured during calibration or during operation.
Шумовой квантификатор 204 (фиг.2) измеряет шумовой сигнал, выведенный проходным шумовым фильтром 203, и формирует шумовые характеристики шумового сигнала. В одном из вариантов осуществления шумовой квантификатор 204 измеряет максимальный уровень шума и уровень смещения нуля шумового сигнала (то есть, смещение от нуля среднего уровня шума). Смещение нуля/средний уровень шума служит в качестве признака в отношении того, установился ли проходной шумовой фильтр 203 до, по существу, постоянного (то есть статического) состояния (см. фиг.8 и сопровождающее описание).The noise quantifier 204 (FIG. 2) measures the noise signal output by the pass-through noise filter 203 and generates the noise characteristics of the noise signal. In one embodiment, the noise quantifier 204 measures the maximum noise level and the zero offset level of the noise signal (i.e., the zero offset of the average noise level). A zero offset / average noise level serves as a sign as to whether the pass-through noise filter 203 is set to a substantially constant (i.e., static) state (see FIG. 8 and the accompanying description).
Шумовой квантификатор 204 в одном из вариантов осуществления накапливает шумовые данные за период выборки и измеряет шумовые характеристики для периода выборки. Это может быть сделано для того, чтобы точно охарактеризовать шум и чтобы устранить шумовые аномалии от излишнего влияния на снятие характеристик. Поскольку наиболее слабый ожидаемый шумовой сигнал определен как, по меньшей мере, 0,025 Гц (что обеспечивает период колебаний в 40 секунд), важно вычислить среднее значение уровня шума на выборке, которая заключает в себе, по меньшей мере, 40 секунд данных.The noise quantifier 204 in one embodiment accumulates noise data for a sampling period and measures noise characteristics for a sampling period. This can be done in order to accurately characterize the noise and to eliminate noise anomalies from undue influence on the characterization. Since the weakest expected noise signal is defined as at least 0.025 Hz (which provides an oscillation period of 40 seconds), it is important to calculate the average value of the noise level in the sample, which contains at least 40 seconds of data.
Регулятор 205 демпфирования формирует значение демпфирования, которое используется, чтобы демпфировать шум в сигнале расходомера. Цель регулятора 205 демпфирования состоит в адаптивном изменении значения демпфирования фильтрующего элемента 206 на основании текущих уровней шума и текущих вариантов расхода. Регулятор 205 демпфирования принимает в качестве входных данных шумовые характеристики из шумового квантификатора 204 и значение максимального расхода, наряду со значением рассогласования, сформированным фильтрующим элементом 206. Значение рассогласования содержит обратную связь по тому, насколько полно шум демпфируется в нормализованном сигнале расходомера. Регулятор демпфирования делит смещение нуля на значение максимального расхода для того, чтобы определить, является ли шумовой сигнал, по существу, центрированным в окрестностях нуля (то есть регулятор 205 демпфирования определяет, ниже ли средний уровень шума предопределенного статического порогового значения). Один из вариантов осуществления регулятора 205 демпфирования подробно обсужден ниже в связи с фиг.7.The damping controller 205 generates a damping value that is used to dampen noise in the flowmeter signal. The purpose of the damping controller 205 is to adaptively change the damping value of the filter element 206 based on current noise levels and current flow rates. The damping controller 205 receives the noise characteristics from the noise quantifier 204 and the maximum flow rate as input, along with the mismatch value generated by the filter element 206. The mismatch value contains feedback on how completely the noise is damped in the normalized signal of the flow meter. The damping controller divides the zero offset by the maximum flow rate in order to determine whether the noise signal is substantially centered around zero (i.e., the damping controller 205 determines whether the average noise level is lower than a predetermined static threshold value). One embodiment of a damping controller 205 is discussed in detail below in connection with FIG.
Регулятор 205 демпфирования в одном из вариантов осуществления использует введенный шум и значения рассогласования в качестве входных данных к таблице значений демпфирования и подыскивает надлежащее значение демпфирования. Таблица 1, приведенная ниже, является примером одного из вариантов осуществления таблицы значений демпфирования.The damping controller 205 in one embodiment uses the input noise and the mismatch values as input to the table of damping values and looks for the proper damping value. Table 1 below is an example of one embodiment of a table of damping values.
где NC - постоянная нормализованных шумовых данных, которая является уровнем собственных шумов, a RC - заранее заданная постоянная масштабирования. Заранее заданная постоянная RC масштабирования является необязательным признаком и может быть включена в таблицу для того, чтобы производить изменения общего масштабирования. Нормализованное значение рассогласования сравнивается с таблицей соответствия, чтобы определить значение демпфирования.where NC is the constant of normalized noise data, which is the level of intrinsic noise, and RC is the predetermined scaling constant. The predefined RC scaling constant is an optional feature and can be included in the table in order to make changes to the overall scaling. The normalized mismatch value is compared with the correspondence table to determine the damping value.
Регулятор 205 демпфирования в одном из вариантов осуществления может приращивать значение демпфирования с текущего значения демпфирования до нового значения демпфирования и может не производить полное изменение в значение демпфирования незамедлительно. Так как важно обеспечить быстрые переходы от медленных к быстрым значениям демпфирования, также является важным ограничить то, насколько быстро регулятор 205 демпфирования возвращается к медленным значениям демпфирования. Если новое значение демпфирования является более быстрым, чем предшествующее значение демпфирования (то есть оно является меньшим значением демпфирования), то новое значение демпфирования отправляется непосредственно в фильтрующий элемент 206. Однако, если новое значение демпфирования является более медленным, чем предшествующее значение демпфирования (то есть оно является большим значением демпфирования), то выведенное значение демпфирования медленно наращивается до нового значения демпфирования (см. фиг.7 и сопровождающее описание).The damping controller 205 in one embodiment may increment the damping value from the current damping value to a new damping value and may not make a complete change to the damping value immediately. Since it is important to provide fast transitions from slow to fast damping values, it is also important to limit how quickly the damping controller 205 returns to slow damping values. If the new damping value is faster than the previous damping value (that is, it is a smaller damping value), then the new damping value is sent directly to filter element 206. However, if the new damping value is slower than the previous damping value (i.e. it is a large damping value), then the output damping value slowly increases to a new damping value (see Fig. 7 and the accompanying description).
Фильтрующий элемент 206 предназначен для приема значения демпфирования и демпфирования нормализованного сигнала расходомера. Фильтрующий элемент 206 в одном из вариантов осуществления содержит фильтр второго порядка. В еще одном варианте осуществления фильтрующий элемент 206 содержит цифровой БИХ-фильтр, в том числе цифровой БИХ-фильтр второго порядка. Преимущество использования цифрового фильтра, в противоположность аналоговому фильтру, состоит в том, что цифровой фильтр может быть динамически управляемым во время работы. Поэтому величина демпфирования может быть изменена для того, чтобы оптимально удалять шум, не влияя на информационный сигнал расходомера. В одном из вариантов осуществления фильтрующий элемент 206 содержит цифровой БИХ-фильтр второго порядка, который имеет передаточные функцииThe filter element 206 is designed to receive the damping and damping values of the normalized signal of the flow meter. The filter element 206 in one embodiment comprises a second order filter. In yet another embodiment, the filter element 206 comprises a digital IIR filter, including a second-order digital IIR filter. The advantage of using a digital filter, as opposed to an analog filter, is that the digital filter can be dynamically controlled during operation. Therefore, the damping value can be changed in order to optimally remove noise without affecting the information signal of the flow meter. In one embodiment, the filter element 206 comprises a second-order digital IIR filter that has transfer functions
иand
где t - временное значение выборки, Ut - текущая входная выборка, Xt определяется по текущей входной выборке Ut и предыдущему значению Х-Xt-1, a Yt определено в качестве выходных данных, определенных из текущей входной выборки Ut, вычисленного значения Xt, и предыдущего выходного значения Yt-1 Цифровой фильтр, такой как цифровой фильтр, описанный выше, может быть реализован в системе обработки данных, такой как, например, устройство цифрового сигнального процессора (ЦСП).where t is the temporal value of the sample, U t is the current input sample, X t is determined by the current input sample U t and the previous value X-X t-1 , and Y t is determined as the output data determined from the current input sample U t , the calculated value X t , and the previous output value Y t-1 A digital filter, such as the digital filter described above, can be implemented in a data processing system, such as, for example, a digital signal processor (DSP) device.
Способ фильтрации сигнала расходомера - фиг.4The method of filtering the flow meter signal - figure 4
Фиг.4 изображает блок-схему 400 последовательности операций способа удаления шума из сигнала расходомера согласно варианту осуществления изобретения. На этапе 401 принимается сигнал расходомера. Сигнал расходомера может быть предварительно обработан любым образом, включая нормализацию сигнала расходомера.4 is a
На этапе 402, если сигнал расходомера является, по существу, статическим, способ следует на этап 403, в ином случае способ следует на этап 404.At step 402, if the flow meter signal is substantially static, the method proceeds to step 403, otherwise the method proceeds to step 404.
На этапе 403, поскольку сигнал расходомера является, по существу, неизменным, большое значение демпфирования применяется к сигналу расходомера. Поскольку сигнал расходомера изменяется относительно медленно, большая величина демпфирования может быть применена без оказания влияния на данные расходомера в сигнале расходомера, и только шумовая составляющая сигнала расходомера ослабляется сильным демпфированием.At 403, since the flow meter signal is substantially unchanged, a large damping value is applied to the flow meter signal. Since the flowmeter signal changes relatively slowly, a large damping value can be applied without affecting the flowmeter data in the flowmeter signal, and only the noise component of the flowmeter signal is attenuated by strong damping.
На этапе 404, поскольку сигнал расходомера испытывает большие или быстрые изменения в значении, малое значение демпфирования применяется к сигналу расходомера. Таким образом, шумовая составляющая сигнала расходомера, по существу, удаляется, но не оказывая влияния на данные расходомера.At 404, since the flow meter signal experiences large or rapid changes in value, a small damping value is applied to the flow meter signal. Thus, the noise component of the flowmeter signal is substantially removed, but without affecting the flowmeter data.
Способ фильтрования сигнала расходомера - фиг.5The method of filtering the flow meter signal - figure 5
Фиг.5 изображает блок-схему 500 последовательности операций способа удаления шума из сигнала расходомера согласно еще одному варианту осуществления изобретения. На этапе 501 принимается сигнал расходомера, как обсуждалось ранее.5 is a
На этапе 502 данные расходомера, по существу, отфильтровываются от первого варианта сигнала расходомера для получения, по существу, чистого шумового сигнала. Измерение может быть выполнено для характеристики шума и динамического демпфирования шума в сигнале расходомера. Например, данные могут быть удалены фильтром верхних частот или полосовым фильтром, как обсуждалось ранее.At 502, the flow meter data is substantially filtered out from the first embodiment of the flow meter signal to produce a substantially pure noise signal. Measurement can be performed to characterize the noise and dynamically damp the noise in the flowmeter signal. For example, data may be deleted by a high-pass filter or a band-pass filter, as discussed previously.
На этапе 503 шум измеряется и, таким образом, получаются шумовые характеристики. Шумовые характеристики могут включать максимальную амплитуду шума и смещение нуля, как обсуждалось ранее. Должно быть понятно, что шумовые характеристики являются динамическими и могут меняться со временем. Например, шумовые характеристики обыкновенно изменяются, когда другие расходомеры присоединены в технологической линии и, поэтому, порождают перекрестный шум. Однако также предполагаются другие источники шума, такие как шум окружающей среды, к примеру, от насосного оборудования.At step 503, noise is measured and thus, noise characteristics are obtained. Noise characteristics may include maximum noise amplitude and zero offset, as discussed earlier. It should be understood that the noise characteristics are dynamic and may change over time. For example, noise characteristics usually change when other flowmeters are connected in the process line and therefore generate crosstalk. However, other noise sources are also contemplated, such as environmental noise, for example from pumping equipment.
На этапе 504 значение демпфирования определяется по текущим шумовым характеристикам. Значение демпфирования представляет величину демпфирования, которая, по существу, будет удалять шум из сигнала расходомера, по существу, не воздействуя на сигнал расходомера.At 504, a damping value is determined from the current noise characteristics. The damping value represents a damping value which will substantially remove noise from the flow meter signal, essentially without affecting the flow meter signal.
На этапе 505 значение демпфирования и сигнал расходомера вводятся в фильтрующий элемент 206, а фильтрующий элемент 206 демпфирует шум с использованием значения демпфирования. В дополнение, демпфирование может приращиваться от текущего значения демпфирования до нового значения демпфирования.At
График воздействия демпфирования - фиг.6The graph of the effects of damping - 6
Фиг.6 изображает график, иллюстрирующий удаление шума демпфированием из сигнала расходомера. График включает сигнал 601 расходомера и шумовой сигнал 602. По фигуре можно видеть, что, когда шумовой сигнал 602 демпфирован, сигнал 601 расходомера может приближаться к прямоугольному колебанию. Когда происходит смена этапа в момент времени 605, время отклика системы фильтра меняется до фильтра с очень быстрым временем отклика. В течение этого времени отфильтрованный сигнал будет более близко походить на исходный сигнал расходомера, до тех пор, пока со временем система 200 фильтра не возвратится обратно к сильно демпфированному сигналу.6 is a graph illustrating damping noise removal from a flow meter signal. The graph includes a
Регулятор демпфирования - фиг.7Damping Regulator - Fig. 7
Фиг.7 изображает схему регулятора 205 демпфирования согласно варианту осуществления изобретения. Регулятор 205 демпфирования в этом варианте осуществления включает блоки 701 и 703 абсолютного значения, блоки 702 и 706 результата, блоки 704 и 710 переключения, блоки 705 и 712 единичной задержки (такие как, например, блоки единичной задержки 1/Z), интерфейс 707, блок 708 значения демпфирования, блок 709 оператора отношения и блок 711 коэффициента запаздывания демпфирования. Регулятор 205 демпфирования включает входные данные значения рассогласования, максимального шума, максимального расхода и смещения нуля, как ранее обсуждалось, и выводит значение демпфирования.7 depicts a diagram of a damping controller 205 according to an embodiment of the invention. The damping controller 205 in this embodiment includes absolute value blocks 701 and 703, result blocks 702 and 706, switching
Блок 702 результата делит смещение нуля на значение максимального расхода для формирования значения шума. Значение шума является иллюстрирующим средний уровень шума и указывает расстояние от шумового сигнала до нуля. Если это значение шума является меньшим, чем заранее заданное статическое пороговое значение, то уровень шума определяется, по существу, статическим и, следовательно, достаточно точным, чтобы быть использованным в блоке 708 поиска значения демпфирования.A result block 702 divides the zero offset by the maximum flow rate value to generate a noise value. The noise value illustrates the average noise level and indicates the distance from the noise signal to zero. If this noise value is less than a predetermined static threshold value, then the noise level is determined to be substantially static and therefore accurate enough to be used in the damping value search block 708.
Блоки 701 и 703 абсолютного значения принимают абсолютные значения их соответственных входных данных. Блок 703 абсолютного значения выводит положительное значение шума в блок 705 переключения. Блок 701 абсолютного значения выводит положительное значение рассогласования в интерфейс 707.The absolute value blocks 701 and 703 accept the absolute values of their respective input data. An
Блок 704 переключения принимает значение максимального шума, значение шума, и единичную задержку, сформированную блоком 705 единичной задержки. Блок 704 переключения предназначен для вывода значения шума, если значение шума является меньшим, чем максимальное значение шума, и вывода значения максимального шума в ином случае. В дополнение, блок 704 переключения может выводить выходные данные предыдущего переключения (из блока 705 единичной задержки), при отсутствии вывода либо значения шума, или максимального значения шума. Выход блока 704 переключения присоединен к входу блока 705 единичной задержки и к блоку 706 результата.The
Блок 706 результата также принимает значение шума и максимальное значение расхода. Блок 706 результата делит максимальное значение расхода на значение шума для формирования нормализованного значения шума, которое выводится в интерфейс 707.Block 706 result also takes the value of noise and the maximum value of the flow. Block 706 of the result divides the maximum flow rate by the noise value to generate a normalized noise value, which is displayed on the
Интерфейс 707 пропускает нормализованный сигнал рассогласования и нормализованный сигнал шума в блок 708 поиска значения демпфирования. Интерфейс 707 в одном из вариантов осуществления мультиплексирует нормализованный шумовой сигнал и нормализованный сигнал ошибки в векторный формат, при этом блок 708 поиска значения демпфирования принимает единственный входной сигнал.The
Блок 708 поиска значения демпфирования формирует значение демпфирования из нормализованных входных сигналов нормализованного рассогласования и нормализованного шума. В одном из вариантов осуществления блок 708 поиска значения демпфирования выполняет поиск по таблице для того, чтобы получить значение демпфирования, такой как Таблица 1, обсужденная в сочетании с фиг.2, приведенная выше. Блок 708 поиска значения демпфирования выводит значение демпфирования в блок 709 оператора отношения.A damping value search unit 708 generates a damping value from the normalized input signals of the normalized mismatch and normalized noise. In one embodiment, the damping value search unit 708 searches a table in order to obtain a damping value, such as Table 1, discussed in conjunction with FIG. 2 above. The damping value search block 708 outputs the damping value to the
Компоненты 709-712 регулятора 205 демпфирования управляют скоростью, с которой может быть изменено значение демпфирования. Блок 709 оператора отношения сравнивает новое значение демпфирования (выведенное блоком 708 поиска значения демпфирования) с текущим значением демпфирования, имеющимся в распоряжении на выходе регулятора 205 демпфирования. Блок 709 оператора отношения формирует выходные данные отношения, которые указывают, является ли новое значение демпфирования меньшим, чем текущее значение демпфирования.The components 709-712 of the damping controller 205 control the speed at which the damping value can be changed. The
Блок 710 переключения имеет в качестве входных данных новое значение демпфирования, текущее значение демпфирования и выходные данные отношения. Блок 710 переключения предназначен выбирать и выводить либо новое значение демпфирования, либо текущее значение демпфирования, в зависимости от выходных данных отношения. Если новое значение демпфирования является меньшим, чем текущее значение демпфирования, то блок 710 переключения направляет новое значение демпфирования прямо на выход. Однако, если новое значение демпфирования является большим, чем текущее значение демпфирования, то блок 710 переключения направляет новое значение демпфирования через коэффициент 711 запаздывания демпфирования и единичную задержку 712 и приращивает выходные данные значения демпфирования с текущего значения демпфирования до нового значения демпфирования умножением нового значения демпфирования на коэффициент запаздывания. Блок 710 переключения выводит выбранное значение демпфирования в коэффициент 711 запаздывания демпфирования.The
Коэффициент 711 запаздывания демпфирования определяет коэффициент демпфирования и управляет тем, насколько быстро регулятор 205 демпфирования может осуществлять приращение до нового значения демпфирования. Коэффициент 711 задержки демпфирования в одном из вариантов осуществления является числом, немного большим, чем единица. Выходные данные коэффициента 711 запаздывания демпфирования вводятся в единичную задержку 712.The damping delay coefficient 711 determines the damping coefficient and controls how quickly the damping controller 205 can increment to a new damping value. The damping delay coefficient 711 in one embodiment is a number slightly larger than one. The output of the damping delay coefficient 711 is input to a unit delay 712.
Единичная задержка 712 задерживает значение демпфирования на предварительно определенный период задержки. Предопределенный период задержки может быть, например, постоянным значением или может быть получен из таблицы. Выходные данные единичной задержки 712 являются выходными данными значения демпфирования регулятора 205 демпфирования. Следовательно, регулятор 205 демпфирования формирует значение демпфирования на основании шумовых характеристик и коэффициента 711 запаздывания демпфирования.A unit delay 712 delays the damping value by a predetermined delay period. The predetermined delay period may be, for example, a constant value or may be obtained from a table. The output of the unit delay 712 is the output of the damping value of the damping controller 205. Therefore, the damping controller 205 generates a damping value based on noise characteristics and a damping delay coefficient 711.
График значений демпфирования - фиг.8Graph of damping values - Fig. 8
Фиг.8 изображает график различных значений демпфирования, которые могут быть реализованы в системе 200 фильтра расходомера согласно варианту осуществления изобретения. Фигура показывает нормализованный расход во времени для различных значений демпфирования. Можно видеть, что значение демпфирования может быть выбрано, не только на основании желательной величины демпфирования, но на периоде времени, требуемом для того, чтобы добиться желательного демпфирования шума. Например, значение демпфирования в 1 имеет гораздо более быстрое время реакции, чем значение демпфирования в 256.FIG. 8 is a graph of various damping values that may be implemented in a flowmeter filter system 200 according to an embodiment of the invention. The figure shows the normalized flow rate over time for various damping values. You can see that the damping value can be selected, not only on the basis of the desired damping value, but on the period of time required in order to achieve the desired damping noise. For example, a damping value of 1 has a much faster reaction time than a damping value of 256.
График приращения значения демпфирования - фиг.9The graph of the increment of the damping value - Fig.9
Фиг.9 изображает график, который показывает приращение значения демпфирования согласно варианту осуществления изобретения. Прямая линия 900 является желательным значением демпфирования, тогда как кривая 901 является значением демпфирования, которое является наращиваемым со временем.Fig. 9 is a graph that shows an increment of a damping value according to an embodiment of the invention.
Скорость приращения может быть выбрана для осуществления приращения от начальной точки до целевого значения демпфирования по прошествии заранее заданного периода времени.The increment rate can be selected to increment from the starting point to the damping target value after a predetermined period of time.
Преимущественно фильтрация сигнала расходомера согласно изобретению обеспечивает фильтрацию шума из сигнала расходомера, в том числе перекрестного шума. Фильтрация совершается без ухудшения данных расходомера в сигнале расходомера. В дополнение, фильтрация приспосабливается к информационным переходным процессам в данных расходомера.Advantageously, filtering the flow meter signal according to the invention provides filtering noise from the flow meter signal, including crosstalk. Filtering is done without degrading the flowmeter data in the flowmeter signal. In addition, filtering adapts to information transients in the flowmeter data.
Другим преимуществом изобретения, является размер. Аналоговые фильтры, сконструированные для низких частот, типично требуют физически больших компонентов. Реализация цифрового фильтра по некоторым из описанных вариантов осуществления достигает более оптимального фильтрования, но с физически меньшими компонентами. В некоторых вариантах осуществления система 200 фильтра расходомера может быть реализована, например, в специализированной интегральной схеме.Another advantage of the invention is the size. Analog filters designed for low frequencies typically require physically large components. The implementation of a digital filter according to some of the described embodiments achieves more optimal filtering, but with physically smaller components. In some embodiments, the flowmeter filter system 200 may be implemented, for example, in a specialized integrated circuit.
Другим преимуществом использования цифрового фильтра, в противоположность аналоговому фильтру, состоит в том, что цифровой фильтр может быть динамически управляемым во время работы. Фильтрование может быть динамически управляемым согласно шумовым условиям и согласно условиям/уровням расхода. Поэтому величина демпфирования может быть изменена для оптимального удаления шума, не влияя на информационный сигнал расходомера. Это является отличным от аналоговой схемы фильтрации, в которой выполняется фиксированный объем фильтрации. Такая фиксированная схема фильтрации хорошо работает, только когда информационный сигнал и шумовой сигнал являются предсказуемыми и доброкачественными.Another advantage of using a digital filter, as opposed to an analog filter, is that the digital filter can be dynamically controlled during operation. Filtering can be dynamically controlled according to noise conditions and according to flow conditions / levels. Therefore, the damping value can be changed to optimally remove noise without affecting the flowmeter information signal. This is different from an analog filtering scheme in which a fixed amount of filtering is performed. Such a fixed filtering scheme only works well when the information signal and the noise signal are predictable and sound.
Claims (36)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2006110944/28A RU2319113C2 (en) | 2003-09-05 | 2003-09-05 | Filtering device for flow meter and method of removing noise from flow meter signal |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2006110944/28A RU2319113C2 (en) | 2003-09-05 | 2003-09-05 | Filtering device for flow meter and method of removing noise from flow meter signal |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2006110944A RU2006110944A (en) | 2006-08-27 |
| RU2319113C2 true RU2319113C2 (en) | 2008-03-10 |
Family
ID=37061183
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2006110944/28A RU2319113C2 (en) | 2003-09-05 | 2003-09-05 | Filtering device for flow meter and method of removing noise from flow meter signal |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2319113C2 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2584343C2 (en) * | 2014-08-14 | 2016-05-20 | Акционерное общество "Арзамасский приборостроительный завод имени П.И. Пландина" (АО "АПЗ") | Method of measuring flow rate of electroconductive liquids |
| RU2584384C2 (en) * | 2014-07-31 | 2016-05-20 | Открытое акционерное общество "Арзамасский приборостроительный завод имени П.И. Пландина"-ОАО "АПЗ" | Method of measuring flow rate of electroconductive liquids |
-
2003
- 2003-09-05 RU RU2006110944/28A patent/RU2319113C2/en active
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2584384C2 (en) * | 2014-07-31 | 2016-05-20 | Открытое акционерное общество "Арзамасский приборостроительный завод имени П.И. Пландина"-ОАО "АПЗ" | Method of measuring flow rate of electroconductive liquids |
| RU2584343C2 (en) * | 2014-08-14 | 2016-05-20 | Акционерное общество "Арзамасский приборостроительный завод имени П.И. Пландина" (АО "АПЗ") | Method of measuring flow rate of electroconductive liquids |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2006110944A (en) | 2006-08-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7558684B2 (en) | Flow meter filter system and method | |
| MX2011004353A (en) | Method and apparatus for measuring a fluid parameter in a vibrating meter. | |
| RU2319113C2 (en) | Filtering device for flow meter and method of removing noise from flow meter signal | |
| CA3095742C (en) | Flowmeter phase fraction and concentration measurement adjustment method and apparatus | |
| AU2021203535A1 (en) | A notch filter in a vibratory flow meter | |
| JP5570787B2 (en) | Flow meter filter system and method | |
| EP0612149B1 (en) | Method for adjusting an adaptive exponential filter and adaptive exponential filter | |
| MX2011000749A (en) | Optimizing processor operation in a processing system including one or more digital filters. | |
| CN101696889B (en) | Method of noise removement from flowmeter signal | |
| US5764552A (en) | Method for adjusting an adaptive exponential filter | |
| WO2024058768A1 (en) | Determining a viscosity of a fluid | |
| KR20240113988A (en) | A notch filter in a vibratory flow meter |