TWI461659B - Signal processing method, signal processing device, and scientific flow meter - Google Patents

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Description

訊號處理方法，訊號處理裝置，及科式流量計
本發明是有關藉由檢測出與作用於流管的科式力成比例的相位差及/或振動頻率來取得被計測流體的質量流量及/或密度之科式流量計。
為了測定未知的流體的密度，有使用科式流量計為人所知。
科式流量計是支撐流通被測定流體的流管的兩端，在該支撐點周圍於流管的流動方向及垂直的方向施加振動時，利用作用於流管(以下將應被施加振動的流管稱為測流量管(flow tube))的科式力會與質量流量成比例來測定質量流量者。
另一方面，振動式密度計是利用流動流體的流管(以下將應被施加振動的流管稱為測流量管)的共振頻率會隨密度的變化而變化來測定被測定流體的密度者。
如此的振動式密度計，因為其主要構成是與科式流量計共通，所以使用用以測定被測定流體的質量流量的科式流量計來構成，與質量流量同時計測密度是以往被進行。
因此，測流量管藉由測定共振振動的周期或頻率，可計測流體的密度。此測流量管的形狀是大致區分成直管式及彎曲管式。
使用彎曲管式的測流量管時，是在兩端支撐流動被測定流體的測流量管，使被支撐的測定管的中央部對於支撐線，在直角的方向交替驅動時，在測流量管的兩端支撐部與中央部之間的對稱位置測定質量流量者。
若使測流量管的交替驅動的頻率與測流量管的固有振動數相等，則可取得對應於被測定流體的密度之一定的驅動頻率，可以小的驅動能量來驅動。於是，一般以固有振動數來驅動測流量管。
使用如此的彎曲管式的測流量管來進行密度的測定時，一邊使用線圈與磁鐵的組合，作為用以驅動測流量管的驅動手段。有關該線圈與磁鐵的安裝是在對於測流量管的振動方向不偏移的位置安裝，但以使線圈與磁鐵的位置關係的偏差形成最小為理想。於是，具備並列二根的測流量管的彎曲管式的科式流量計之類的並列二根的測流量管是被安裝成夾入線圈與磁鐵的狀態。因此，相對的二根測流量管的距離是形成至少離開可夾入線圈與磁鐵那樣的設計。
二根的測流量管分別存在平行的面內之科式流量計，為使用口徑大的測流量管或使用剛性高的測流量管時，需要提高驅動手段的功率，因此必須在二根的測流量管之間夾入大的驅動手段。所以，在測流量管的根元之固定端部，其測流量管彼此間的距離必然設計成寬闊。
一般所知由U字管的測定管所構成的科式流量計1，如圖28所示，具有2根的U字管狀的測定管2，3的檢測器4、及變換器5。
在測定管2，3的檢測器4具備：使測定管2，3共振振動的加振器6、及藉由該加振器6來振動時檢測出產生於測定管2，3的左側的振動速度之左速度感測器7、及藉由該加振器6來振動時檢測出產生於測定管2，3的右側的振動速度之右速度感測器8、及檢測出流動於振動速度檢測時的測定管2，3內的被測定流體的溫度之溫度感測器9。該等加振器6、左速度感測器7、右速度感測器8、及溫度感測器9是分別連接至變換器5。
流動於此科式流量計1的測定管2，3內的被測定流體是從測定管2，3的右側(設置有右速度感測器8的側)流至左側(設置有左速度感測器7的側)。
因此，藉由右速度感測器8所檢測出的速度訊號是成為流入測定管2，3的被測定流體的入口側速度訊號。又，藉由左速度感測器7所檢測出的速度訊號是成為從測定管2，3流出的被測定流體的出口側速度訊號。
此變換器5是藉由驅動控制部10、相位計測部11、及溫度計測部12所構成。
變換器5是具有如圖14所示的方塊構成。
亦即，變換器5是具有輸出入埠15。在此輸出入埠15設有構成驅動控制部10的驅動訊號輸出端子16。驅動控制部10是從驅動訊號輸出端子16輸出所定模式的訊號至安裝於測定管2，3的加振器6，使測定管2，3共振振動。
另外，檢測出振動速度的左速度感測器7、右速度感測器8當然分別可為加速度感測器。
此驅動訊號輸出端子16是經由放大器17來連接驅動電路18。在此驅動電路18中是生成使測定管2，3共振振動的驅動訊號，且將該驅動訊號輸出至放大器17。在此放大器中是放大輸入後的驅動訊號，而輸出至驅動訊號輸出端子16。在此驅動訊號輸出端子16是將從放大器17輸出而來的驅動訊號予以至加振器6。
並且，在輸出入埠15設有左速度訊號輸入端子19，其係輸入在藉由加振器6來振動時產生於測定管2，3的左側的振動速度的檢測訊號，此左速度訊號輸入端子19是構成相位計測部11。
而且，在輸出入埠15設有右速度訊號輸入端子20，其係輸入在藉由加振器6來振動時產生於測定管2，3的右側的振動速度的檢測訊號，此右速度訊號輸入端子20是構成相位計測部11。
相位計測部11是從驅動訊號輸出端子16輸出所定模式的訊號至安裝於測定管2，3的加振器6，將藉由加振器6來振動測定管2，3時的一對速度感測器的振動訊號予以A/D變換進行數位變換處理後，求取被變換的訊號的相位差。
在左速度訊號輸入端子19連接放大器21的輸入端子，在此放大器21的輸出端子連接A/D變換器22。在此A/D變換器22中是將在放大器21放大從左速度訊號輸入端子19輸出的振動訊號後的類比訊號予以變換成數位值。
在A/D變換器22連接運算器23。
並且，在右速度訊號輸入端子20連接放大器24的輸入端子，在此放大器24的輸出端子連接A/D變換器25。在此A/D變換器25是將在放大器24放大從右速度訊號輸入端子20輸出的振動訊號後的類比訊號予以變換成數位值。
然後，A/D變換器25之輸出的數位訊號是被輸入至運算器23。
而且，在輸出入埠15設有溫度訊號輸入端子26，其係構成輸入來自溫度感測器9的檢測值的溫度計測部11。溫度計測部11是根據檢測出設在測定管2，3內的檢測出測定管2，3內的溫度之溫度感測器9的檢測溫度來進行管溫度的補償。
此溫度感測器9一般是使用電阻型溫度感測器，藉由計測電阻值來算出溫度。
在溫度訊號輸入端子26連接溫度計測電路27，藉由此溫度計測電路27根據從溫度感測器9輸出的電阻值來算出測定管2，3內的溫度。在此溫度計測電路27中算出的測定管2，3內的溫度是被輸入至運算器23。
如此的科式流量計1的相位計測方法是從安裝於測定管2，3的加振器6來以1次模式對測定管2，3給予振動，在被給予此振動的狀態下，一旦在測定管2，3內流動被測定流體，則會在測定管2，3生成相位模式。
因此，來自科式流量計1的右速度感測器8的訊號(入口側速度訊號)及來自左速度感測器7的訊號(出口側速度訊號)是以此2個訊號被重疊的形式來輸出。在此2個訊號重疊的形式下被輸出的訊號是不僅流量訊號，還含多數不要的雜訊成分，且隨計測流體的密度變化等，振動數也會變化。
因此，需要除去來自左速度感測器7及右速度感測器8的訊號內不要的訊號。然而，除去來自左速度感測器7及右速度感測器8的訊號內不要的訊號，計算相位是非常難的。
而且，科式流量計1常常被要求非常高精度的計測及高速的應答性。為了滿足此要求，需要具有非常複雜的運算及高處理能力的運算器，科式流量計1本身會形成非常高價者。
基於如此的情況，科式流量計需要確立一倂持有常時配合計測頻率的最適濾波器及高速的運算方法之相位差計測方法及測流量管的共振頻率計測。
以往用以計算流量的相位差計測方法中，作為用以除去雜訊的濾波器處理方法，有使用類比濾波器的方法及使用數位濾波器的方法。
使用類比濾波器的方法是可比較廉價地構成(例如參照專利文獻1、專利文獻2)。但，在此專利文獻1、專利文獻2中提高濾波器的能力是有限的，作為科式流量計的濾波器是有不夠充分的問題點。
近年來使用數位訊號處理的科式流量計多數被開發，在以往用以計算流量的相位差計測方法中，使用數位濾波器的方法作為用以除去雜訊的濾波器處理方法被開發。
使用數位訊號處理的科式流量計的型式，以往有利用傅立葉變換來計測相位的方法(例如參照專利文獻3)，及藉由持有陷波濾波器、帶通濾波器等的濾波表來選擇配合輸入頻率的最適表，計測相位的方法(例如參照專利文獻4、專利文獻5)等。
《利用傅立葉變換的相位計測方法》
利用傅立葉變換的相位計測方法之變換器是使用如圖15所示的方塊構成來進行。
在圖15中，在設於輸出入埠15的左速度訊號輸入端子19連接低通濾波器30，該輸出入埠15是輸入藉由左速度感測器7所檢測出之利用加振器6來振動時產生於測定管2，3的左側的振動速度的檢測訊號(出口側速度訊號)。此低通濾波器30是使從左速度感測器7輸出的左速度訊號(出口側速度訊號)通過頻率濾波器，而只取出低頻的左速度訊號(出口側速度訊號)之電路，該左速度感測器7是檢測出藉由加振器6來振動測定管2，3時產生於測定管2，3的左側的振動速度。
在此低通濾波器30連接A/D轉換器31。此A/D轉換器31是將從低通濾波器30輸出而來的類比訊號的左速度訊號予以變換成數位訊號者。在此A/D轉換器31中被變換成數位訊號的左速度訊號是被輸入至相位差計測器32。
並且，在此A/D轉換器31連接時序產生器33。此時序產生器33是生成輸入頻率的M倍(M為自然數)的取樣的時序者。
另一方面，在設於輸出入埠15的右速度訊號輸入端子20連接低通濾波器34，該輸出入埠15是輸入藉由右速度感測器8所檢測出之利用加振器6來振動時產生於測定管2，3的右側的振動速度的檢測訊號(入口側速度訊號)。此低通濾波器34是使從右速度感測器8輸出的右速度訊號(入口側速度訊號)通過頻率濾波器，而只取出低頻的右速度訊號(入口側速度訊號)之電路，該右速度感測器8是檢測出藉由加振器6來振動測定管2，3時產生於測定管2，3的右側的振動速度。
在此低通濾波器34連接A/D轉換器35。此A/D轉換器35是將從低通濾波器34輸出而來的類比訊號的右速度訊號予以變換成數位訊號者。在此A/D轉換器35中被變換成數位訊號的右速度訊號是被輸入至相位差計測器32。
並且，在此A/D轉換器35連接時序產生器33。此時序產生器33是生成輸入頻率的M倍(M為自然數)的取樣的時序者。
而且，在設於輸出入埠15的右速度訊號輸入端子20連接頻率計測器36，該輸出入埠15是輸入藉由右速度感測器8所檢測出之利用加振器6來振動時產生於測定管2，3的右側的振動速度的檢測訊號(入口側速度訊號)。此頻率計測器36是計測藉由右速度感測器8所檢測出之利用加振器6來振動時產生於測定管2，3的右側的振動速度的檢測訊號(入口側速度訊號)的頻率者。
在此頻率計測器36連接時序產生器33。在此頻率計測器36中所被計測的頻率是被輸出至時序產生器33，在時序產生器33中生成輸入頻率的M倍(M為自然數)的取樣的時序，且被輸出至A/D轉換器31，35。
藉由此相位差計測器32、時序產生器33、及頻率計測器36來構成相位計測運算器40。
在如圖15所示那樣構成之利用傅立葉變換的相位計測方法中，來自右速度感測器8的輸入訊號(入口側速度訊號)是首先計測被輸入至頻率計測器36的頻率。在此頻率計測器36中所被計測的頻率是被輸入至時序產生器33，在此時序產生器33中生成輸入頻率的M倍(M為自然數)的取樣的時序，且被輸入至A/D轉換器31，35。
並且，在A/D轉換器31中被變換成數位訊號之產生於測定管2，3的左側的振動速度的檢測訊號(出口側速度訊號)、及在A/D轉換器35中被變換成數位訊號之產生於測定管2，3的右側的振動速度的檢測訊號(入口側速度訊號)是被輸入至相位差計測器32。然後，在此相位差計測器32中，以內藏的離散式傅立葉變換器來進行傅立葉變換，由該被變換的訊號的實數成分與虛數成分的比來運算相位差。
《使用數位濾波器的相位計測方法》
使用數位濾波器的相位計測方法之科式流量計變換器是利用圖16，圖17所示的方塊構成圖來說明。
數位濾波器有陷波濾波器或帶通濾波器等的頻率選擇手段，利用此陷波濾波器或帶通濾波器等的頻率選擇手段使輸入訊號的S/N比提升。
在圖16顯示使用陷波濾波器作為數位濾波器的變換器的方塊構成。
圖16所示的輸出入埠15、左速度訊號輸入端子19、右速度訊號輸入端子20、低通濾波器30，34、A/D轉換器31，35是具有與圖15所示的輸出入埠15、左速度訊號輸入端子19、右速度訊號輸入端子20、低通濾波器30，34、A/D轉換器31，35相同的構成。
在圖16中，於A/D轉換器31連接陷波濾波器51。此陷波濾波器51是根據在A/D轉換器31中被變換成數位訊號的左速度訊號來選擇頻率，提升輸入訊號的S/N比而輸出者。
在此陷波濾波器51連接相位計測器52，此相位計測器52是計測藉由陷波濾波器51來使S/N比提升後之被變換成數位訊號的左速度訊號的相位者。
並且，在陷波濾波器51連接頻率計測器53。此頻率計測器53是計測藉由陷波濾波器51來使S/N比提升後之被變換成數位訊號的左速度訊號的頻率者。
然後，在此頻率計測器53所被計測的頻率會被輸入至陷波濾波器51。
而且，在A/D轉換器35連接陷波濾波器54。此陷波濾波器54是根據在A/D轉換器31中被變換成數位訊號的左速度訊號來選擇頻率，提升輸入訊號的S/N比而輸出者。
在此陷波濾波器54連接相位計測器52，此相位計測器52是計測藉由陷波濾波器54來使S/N比提升後之被變換成數位訊號的右速度訊號的相位者。
並且，在頻率計測器53中所被計測的頻率會被輸入至陷波濾波器54。
在圖16中，時鐘55是用以取同步者，被輸入至A/D轉換器31，35，取A/D轉換器31與A/D轉換器35的同步。
藉由此陷波濾波器51，54、相位計測器52、頻率計測器53、及時鐘55來構成相位計測運算器50。
在圖17顯示使用帶通濾波器(BPF)作為數位濾波器的變換器的方塊構成。
圖17所示的輸出入埠15、左速度訊號輸入端子19、右速度訊號輸入端子20、低通濾波器30，34、A/D轉換器31，35是具有與圖31所示的輸出入埠15、左速度訊號輸入端子19、右速度訊號輸入端子20、低通濾波器30，34、A/D轉換器31，35相同的構成。
在圖17中，於A/D轉換器31連接帶通濾波器(BPF)61。此帶通濾波器61是使從左速度感測器7輸出的左速度訊號(出口側速度訊號)通過頻率濾波器，而只取出所被設定的頻率的左速度訊號(出口側速度訊號)之電路，該左速度感測器7是檢測出在A/D轉換器31中被變換成數位訊號之藉由加振器6來振動測定管2，3時產生於測定管2，3的左側的振動速度。
在此帶通濾波器61連接相位計測器62，此相位計測器62是計測藉由帶通濾波器61來使S/N比提升後之被變換成數位訊號的左速度訊號的相位者。
並且，在帶通濾波器61連接頻率計測器63。此頻率計測器63是計測藉由A/D轉換器31來變換成數位訊號，且藉由帶通濾波器61來使S/N比提升後的左速度訊號的頻率者。
然後，在此頻率計測器63中所被計測的頻率會被輸入至帶通濾波器61。
而且，在A/D轉換器35連接帶通濾波器64。此帶通濾波器64是使從右速度感測器8輸出的右速度訊號(入口側速度訊號)通過頻率濾波器，而只取出所被設定的頻率的右速度訊號(入口側速度訊號)之電路，該右速度感測器8是檢測出在A/D轉換器35被變換成數位訊號之藉由加振器6來振動測定管2，3時產生於測定管2，3的右側的振動速度。
在此帶通濾波器64連接相位計測器62，此相位計測器62是計測藉由帶通濾波器64來使S/N比提升後之被變換成數位訊號的左速度訊號的相位者。
並且，在帶通濾波器64連接頻率計測器63。然後，在此頻率計測器63中所被計測的頻率會被輸入至帶通濾波器64。
在圖17中，時鐘65是用以取同步者，來自時鐘65的時鐘訊號是被輸入A/D轉換器31，35，取A/D轉換器31與A/D轉換器35的同步。
藉由此帶通濾波器61，64、相位計測器62、頻率計測器63、及時鐘65來構成相位計測運算器60。
先行技術文獻 專利文獻
專利文獻1：特開平2-66410號公報
專利文獻2：特表平10-503017號公報
專利文獻3：特許第2799243號公報
專利文獻4：特許第2930430號公報
專利文獻5：特許第3219122號公報
專利文獻3所示那樣利用傅立葉變換(Fourier transform)的相位計測方法，當所被輸入的振動速度的檢測訊號的輸入頻率為一定時，在頻率的選擇利用傅立葉變換，因此可進行頻率選擇性非常高的相位計測方法。
但，像此專利文獻3所示那樣使用傅立葉變換的方法，當所被輸入的振動速度的檢測訊號的輸入頻率隨密度或溫度等而變化時，必須改變變換方法或取樣速率，因此運算周期或運算方法會改變，測定值會變動造成不安定。
而且，像專利文獻3所示那樣使用傅立葉變換的方法，當所被輸入的振動速度的檢測訊號的輸入頻率隨密度或溫度等而變化時，必須正確地使取樣速率與所被輸入的振動速度訊號的輸入頻率同步，因此設計非常複雜。
因此，當被測定流體的溫度急劇變化、或氣泡等混雜於流體而密度急劇變化時，會有計測精度極端地下降的問題點。
再者，像專利文獻3所示那樣使用傅立葉變換的方法，因為進行傅立葉變換，所以會有運算處理變得非常多的問題點。
像專利文獻4、專利文獻5所示那樣藉由持有陷波濾波器、帶通濾波器等的濾波表，選擇配合輸入頻率的最適表，計測相位的方法，可藉由固定取樣速率來使設計單純化。
但，像專利文獻4、專利文獻5所示那樣使用數位濾波器的相位計測方法也和專利文獻3所示那樣使用傅立葉變換的方法同樣，會有對於輸入頻率的變化，持有非常多的濾波表，運算器的記憶體的消耗變大的問題點。
並且，像專利文獻4、專利文獻5所示那樣使用數位濾波器的相位計測方法，當輸入頻率急劇變化時會有難以選擇最適的濾波器之問題點。
而且，像專利文獻4、專利文獻5所示那樣使用數位濾波器的相位計測方法，為了提高頻率的選擇能力，會有必須進行非常多的運算之問題點。
像此專利文獻4、專利文獻5所示那樣使用數位濾波器的相位計測方法，會有以下所示的問題。
(1)對於輸入頻率的變化，無法精度佳地追隨。亦即，非常難以實現被測定流體的密度急速變化之氣泡混入時的計測等。
(2)為了使頻率的選擇能力提升，必須進行非常多的運算。因此，難以使高速的應答性實現，不合適於短時間的分批處理等。
(3)運算器記憶體的消耗大，設計複雜。因此，電路構成或設計會變得複雜，不利於成本降低。
綜上所陳，利用以往的數位濾波器處理之相位計測方法，皆為了去除測定管2，3的管振動數以外的頻帶的雜訊，而需要常時以能夠追隨測定管2，3的管頻率之方式進行濾波表的切換或運算方法的變更，甚至取樣速率的變更等，所以會有必須進行非常複雜且欠缺高速性的運算之問題點。
因此，藉由加振器6來振動測定管2，3時，每次藉由右速度感測器8，左速度感測器7來檢測出之振動速度訊號的輸入頻率變動時容易產生運算誤差，會有計測精度非常差的問題點。該右速度感測器8是檢測出產生於測定管2，3的右側的振動速度，該左速度感測器7是檢測出產生於測定管2，3的左側的振動速度。
本發明的目的是在於提供一種即使被測定流體的溫度變化，或在被測定流體混入氣泡，或被測定流體從氣體急速地變化成液體時，還是可常時以一定的精度計測，實現持有高濾波能力的相位計測及頻率計測，可以極少的運算處理量來進行之訊號處理方法、訊號處理裝置、及科式流量計。
用以解決上述課題之請求項1記載的訊號處理方法的特徵為：在將構成測定用的流管之至少一根或一對的測流量管予以藉由驅動裝置來使加振器作動，交替驅動前述測流量管，使該測流量管振動，而藉由振動檢測感測器之2個的速度感測器或加速度感測器來檢測出與作用於前述測流量管的科式力成比例的相位差及/或振動頻率，藉此取得被計測流體的質量流量及/或密度之科式流量計中，具備：分別針對將由前述速度感測器或加速度感測器所檢測出之與作用於前述測流量管的科式力成比例的振動頻率的輸入訊號予以A/D變換而取得的2個流量訊號，根據任意的振盪頻率來合成而頻率變換，至少計測一方的感測器的合成波形的頻率，根據前述計測的頻率來將控制訊號予以發訊，以前述合成頻率訊號所合成的合成成分的和分或差分的成分的頻率能夠常時成為一定的方式控制，由前述控制訊號來求取測流量管的共振頻率，算出被計測流體的密度，從前述被控制的各個變換合成頻率的和分或差分的訊號來計測相位。
用以解決上述課題之請求項2記載的訊號處理方法，如請求項1記載的訊號處理方法，其中，根據前述任意的振盪頻率之合成頻率變換係將來自前述一方的感測器的輸入訊號SINθ1 及前述發訊的控制訊號cosθ2 予以乘算，而使前述乘算後輸出的輸出訊號通過頻率濾波器，僅低頻的訊號取出。
用以解決上述課題之請求項3記載的訊號處理方法，如請求項1記載的訊號處理方法，其中，根據前述任意的振盪頻率之合成頻率變換係將來自前述一方的感測器的輸入訊號SINθ1 及前述發訊的控制訊號cosθ2 予以乘算，而使前述乘算後輸出的輸出訊號通過頻率濾波器，僅高頻的訊號取出。
用以解決上述課題之請求項4記載的訊號處理方法，如請求項1記載的訊號處理方法，其中，從前述速度感測器或加速度感測器檢測出之與作用於前述測流量管的科式力成比例的振動頻率的輸入訊號係於前述A/D變換中取樣而進行數位訊號化，根據前述發訊的控制訊號來合成頻率變換而取得的各個變換合成頻率訊號係以合成的合成成分的和分或差分的成分的頻率能夠形成前述A/D變換時的取樣頻率的1/4的方式控制。
用以解決上述課題之請求項5記載的訊號處理裝置的特徵為：在將構成測定用的流管之至少一根或一對的測流量管予以藉由驅動裝置來使加振器作動，交替驅動前述測流量管，使該測流量管振動，而藉由振動檢測感測器之速度感測器或加速度感測器來檢測出與作用於前述測流量管的科式力成比例的相位差及/或振動頻率，藉此取得被計測流體的質量流量及/或密度之科式流量計中，藉由下列所構成：發訊器90，其係將可調變的頻率訊號予以發訊輸出；頻率變換部85，其係加算(或減算)藉由前述速度感測器或加速度感測器所檢測出的輸入頻率、及前述發訊器90的輸出頻率FX ，而頻率變換，以該頻率變換後的頻率值能夠常時形成一定的方式頻率移動；及相位差計測部95，其係進行從前述頻率變換器85輸出之被變換的頻率訊號的相位差的計測。
用以解決上述課題之請求項6記載的訊號處理裝置的特徵為：在將構成測定用的流管之至少一根或一對的測流量管予以藉由驅動裝置來使加振器作動，交替驅動前述測流量管，使該至少一根或一對的測流量管振動，而藉由振動檢測感測器之一對的速度感測器或加速度感測器來檢測出與作用於前述測流量管的科式力成比例的相位差及/或振動頻率，藉此取得被計測流體的質量流量及/或密度之科式流量計中，藉由下列所構成：發訊器120，其係將可調變的頻率訊號予以發訊輸出；及第1頻率變換部110，其係加算(或減算)藉由第1A/D轉換器31來將前述一對的振動檢測感測器的一方的感測器予以變換成數位訊號的該輸入訊號頻率θ、及從前述發訊器120輸出的輸出頻率θXn ，而以該頻率變換後的頻率值能夠常時形成一定的方式頻率變換；及第2頻率變換部140，其係加算(或減算)藉由第2A/D轉換器35來將前述一對的振動檢測感測器的另一方的感測器予以變換成數位訊號的該輸入訊號頻率θ、及從前述發訊器120輸出的輸出頻率θXn ，而以該頻率變換後的頻率值能夠常時形成一定的方式頻率變換。
用以解決上述課題之請求項7記載的訊號處理裝置的特徵為：在將構成測定用的流管之至少一根或一對的測流量管予以藉由驅動裝置來使加振器作動，交替驅動前述測流量管，使該至少一根或一對的測流量管振動，而藉由振動檢測感測器之一對的振動檢測感測器來檢測出與作用於前述測流量管的科式力成比例的相位差及/或振動頻率，藉此取得被計測流體的質量流量及/或密度之科式流量計中，藉由下列所構成：發訊器120，其係將可調變的頻率訊號予以發訊輸出；及第1頻率變換部110，其係利從前述發訊器120輸出的輸出頻率θXn ，將藉由第1A/D轉換器31來把前述一對的振動檢測感測器的一方的速度感測器予以變換成數位訊號的該輸入訊號頻率θ予以頻率移動至特定的一定頻率訊號，而移動至別的頻帶，第2頻率變換部140，其係利用從前述發訊器120輸出的輸出頻率oXn ，將藉由第2A/D轉換器35來把前述一對的振動檢測感測器的另一方的速度感測器予以變換成數位訊號輸出而來的輸入訊號頻率θ予以頻率移動至常時一定的頻率訊號，而移動至別的頻帶，頻率計測部160，其係計測從前述第1頻率變換部110輸出之被變換成特定的一定頻率訊號的第1頻率訊號的頻率，且將該計測的第1頻率訊號的頻率值予以輸出至前述發訊器120，而以使在前述頻率變換部110中進行頻率變換後的頻率藉由前述第1A/D轉換器31來變換成數位訊號而輸入之一對的振動速度感測器的一方的速度感測器訊號的輸入頻率能夠形成所望的頻率之方式控制第1及第2頻率變換部的輸出頻率。
用以解決上述課題之請求項8記載的訊號處理裝置，如請求項5，6或7記載的訊號處理裝置，其中，使前述頻率變換部110藉由下列所構成：乘法器111，其係乘算來自前述發訊器120的參照訊號cosθ2 及來自前述第1A/D轉換器31的輸入訊號SINθ1 ，低通濾波器112，其係將在前述乘法器111中乘算輸出而來的輸出訊號予以通過頻率濾波器，而只取出低頻的訊號。
用以解決上述課題之請求項9記載的訊號處理裝置，如請求項5，6或7記載的訊號處理裝置，其中，使前述頻率變換部110藉由下列所構成：乘法器111，其係乘算來自前述發訊器120的參照訊號cosθ2 及來自前述第1A/D轉換器31的輸入訊號SINθ1 ，高通濾波器112，其係將在前述乘法器111中乘算輸出而來的輸出訊號予以通過頻率濾波器，而只取出高頻的訊號。
用以解決上述課題之請求項10記載的訊號處理裝置，如請求項7，8或9記載的訊號處理裝置，其中，使前述頻率計測部160由：連接至前述第1頻率變換部110的乘法器161、及連接至該乘法器161的低通濾波器162、及連接至該低通濾波器162，輸入來自該低通濾波器162的輸出訊號的頻率計測用發訊器163所構成，前述乘法器161係比較從頻率變換部110輸出的輸出訊號sin(θ+θXn )與從頻率計測用發訊器163輸出的輸出訊號cosδ的相位，作為其差訊號及和訊號來輸出至後段的低通濾波器162，前述低通濾波器162係使從前述乘法器161輸出的輸出訊號通過頻率濾波器，而只取出低頻的訊號，根據從該低通濾波器162輸出的低頻的訊號來生成基本輸出波形的相位量V，該相位量V係藉由前述頻率計測用發訊器163來常時符合V=0的條件。
用以解決上述課題之請求項11記載的訊號處理裝置，如請求項7，8，9或10記載的訊號處理裝置，其中，設置時鐘，其係取前述第1A/D轉換器31與前述第2A/D轉換器35的輸出之同步，使能夠取得從前述第1A/D轉換器31輸出之一對的振動檢測感測器的一方的數位訊號與從前述第2A/D轉換器35輸出之一對的振動檢測感測器的另一方的數位訊號之同步。
用以解決上述課題之請求項12記載的訊號處理裝置，如請求項7，8，9，10或11記載的訊號處理裝置，其中，使前述相位計測部的處理以DFT(Discrete Fourier Transform：離散傅立葉變換)或、FFT(Fast Fourier Transform：高速傅立葉變換)所構成。
用以解決上述課題之請求項13記載的科式流量計，係將構成測定用的流管之至少一根或一對的測流量管予以藉由驅動裝置來使加振器作動，交替驅動前述測流量管，使該至少一根或一對的測流量管振動，而藉由振動檢測感測器之一對的速度感測器或加速度感測器來檢測出與作用於前述測流量管的科式力成比例的相位差及/或振動頻率，藉此取得被計測流體的質量流量及/或密度之科式流量計，其特徵係藉由下列所構成：發訊器120，其係將可調變的頻率訊號予以發訊輸出；及第1頻率變換部110，其係利用從前述發訊器120輸出的輸出頻率θXn ，將藉由第1A/D轉換器31來把前述一對的振動檢測感測器的一方的速度感測器予以變換成數位訊號的該輸入訊號頻率θ予以頻率移動至特定的一定頻率訊號，而移動至所望的頻帶；第2頻率變換部140，其係利用從前述發訊器120輸出的輸出頻率θXn ，將藉由第2A/D轉換器35來把前述一對的振動檢測感測器的另一方的速度感測器予以變換成數位訊號的該輸入訊號頻率θ予以頻率移動至特定的一定頻率訊號，而移動至所望的頻帶；及頻率計測部160，其係計測從前述第1頻率變換部110輸出之被變換成特定的一定頻率訊號的第1頻率訊號的頻率，且將該計測的第1頻率訊號的頻率值予以輸出至前述發訊器120，而以在前述頻率變換部110中進行頻率變換後的頻率藉由前述第1A/D轉換器31來變換成數位訊號而輸入之一對的振動檢測感測器的一方的速度感測器訊號的輸入頻率能夠形成所望的頻率之方式控制第1及第2頻率變換部的輸出頻率。
科式式流量計的測流量管是例如為彎曲管或直管等。並且驅動測定管的模式中也存在1次或2次的模式等各種的模式中被驅動的型式。
如周知從振動管取得的驅動頻帶是數十Hz～數KHz，例如使用U字管來以1次的模式使測定管振動時，頻率是100Hz前後，且使直形狀的測定管以1次的模式來振動時是被實現500Hz～1000Hz程度。
但，在一個的流量計變換器中，使科式式流量計的相位計測及頻率計測在數十Hz～數KHz的頻帶常時使用同樣的處理來進行相位計測是非常困難的，需要分成數種的型式來設計。
若根據本發明的訊號處理方法，則可藉由根據同定的算法之有利的訊號處理來消除如上述般的本質上的課題，且即使被測定流體的溫度變化、或氣泡混入、甚至被測定流體從氣體急速地變化成液體時，還是可常時以安定的精度來進行相位及頻率計測，提供高性能。
若根據本發明的訊號處理裝置，則即使被測定流體的溫度變化，或在被測定流體混入氣泡，或被測定流體從氣體急速地變換成液體時，還是可常時以安定的精度來計測，可以少的運算處理量來進行相位及頻率計測。
若根據本發明的科式流量計，則即使被測定流體的溫度變化，或在被測定流體混入氣泡，或被測定流體從氣體急速地變化成液體時，還是可常時以安定的精度來計測，以少的運算處理量來進行相位及頻率計測。
本發明是即使被測定流體的溫度變化，或在被測定流體混入氣泡，或被測定流體從氣體急速地變換成液體時，照樣可實現能夠常時以一定的精度來計測，可以極少的運算處理量來進行的目的。
實施例1
以下，利用圖1～圖9來說明用以實施本發明的形態的實施例1。
圖1是本發明的訊號處理方法及其裝置的原理圖，圖2是圖1所示的原理圖的詳細電路圖，圖3是表示根據圖2所示的訊號處理裝置的反饋控制的方法之具體構成的方塊圖，圖4是表示來自圖3所示的LPF的輸出訊號，圖5是表示來自圖3所示的A/D轉換器的輸出訊號，圖6是表示來自圖3所示的發訊器的輸出訊號，圖7是表示圖3所示的頻率變換部的乘法器的輸出訊號，圖8是表示來自圖3所示的頻率變換部的輸出訊號，圖9是表示圖3所示的訊號處理裝置的具體構成圖的時間圖。
在圖1中，藉由加振器(例如電磁振盪器)6來振動測定管2，3時產生於測定管2，3的振動速度是藉由振動速度感測器(例如速度感測器或加速度感測器)70來檢測出，此被檢測出的振動速度是在振動速度訊號運算器80中被運算處理。此振動速度感測器70是相當於圖13的左速度感測器7及右速度感測器8。
振動速度訊號運算器80是藉由頻率變換部85、發訊器90、及相位差計測器95所構成。
頻率變換部85是將藉由振動速度感測器70所檢測出之利用加振器6來振動測定管2，3時產生於測定管2，3的振動速度予以頻率變換者。來自發訊器90的訊號會被輸入至此頻率變換部85。
然後，在此頻率變換部85中被頻率變換的訊號是被輸入至設在頻率變換部85的後段之相位差計測器95。此相位差計測器95是在將來自振動速度感測器70的速度訊號予以A/D變換進行數位變換處理後，求取其相位差。
圖1所示的訊號處理方法及其裝置是將輸入訊號予以頻率變換，控制成頻率變換後的頻率會形成一定，在頻率變換後進行相位計測，藉此實現一種即使輸入訊號的頻率變化，還是可進行高速且常時一定的高精度的相位計測之濾波器處理裝置。
亦即，圖1所示的訊號處理方法及其裝置80是在頻率變換器85乘算來自振動速度感測器70的入訊號的輸入頻率FIN 與發訊器90的輸出頻率FX ，其結果，加算(或減算)兩訊號的相位差，以頻率變換後的頻率能夠形成一定的方式控制發訊器90，藉此控制成被輸入至相位計測部95的頻率會常時成為一定，由頻率變換後的訊號進行相位計測。
藉由如此構成，可一切不進行對應於輸入頻率之多數的濾波器或運算方法的變更等複雜的處理，可進行常時一定幾乎無誤差之高速的運算。
[式1]
Fc=FX +FIN 　(or Fc=FX -FIN )　…………(1)
在此[式1]的運算式中，Fc是表示頻率變換後的頻率，FIN 是表示輸入頻率(測定用流管的振動頻率)，FX 是表示發訊器的發訊頻率。
在此，說明有關取得被計測流體的密度之方法。
在進行密度的計測時，需要計測測定管2，3的振動頻率。因此，只要求取進行頻率變換前的頻率值即可。
在圖1所示的訊號處理方法及訊號處理裝置中是使從振動速度感測器7輸出之藉由加振器6來振動測定管2，3時產生於測定管2，3的振動速度在頻率變換部85中頻率變換，控制成此頻率變換部85之頻率變換後的頻率能夠形成一定。
在此[式1]的運算式中，頻率變換後的頻率Fc是被控制成常時形成一定，因此為既知的值。
而且，FX 是發訊器90的發訊頻率，為了藉由控制此發訊器90的發訊頻率FX 的值來使頻率變換後的頻率Fc形成一定，當然發訊器90的發訊頻率FX 是既知的值。若此發訊器90的發訊頻率FX 的值不是既知的值，則無法控制。
因此，若將既知的值之頻率變換後的頻率Fc與發訊器90的發訊頻率FX 代入至[式1]，則可求取輸入頻率FIN (測定用流管的振動頻率)。
測流量管的振動周期T與流體密度ρ的關係是若將密度計測裝置固有的定数(具有所被使用的裝置固有的值)設為A，B，則可為[式2]所示。
[式2]
ρ=AT2 +B　…………………………(2)
總而言之，只要知道裝置固有的A，B，便可藉由測定測流量管振動周期T來求取流體密度ρ。由於此處理是即時進行，因此可取得測定管2，3管的被測定流體的密度。
另外，詳細的密度的運算式已明確於日本特願2001-34989號(特開2002-243613號)中。
在圖2是顯示圖1所示的訊號處理裝置的具體構成。
在圖2中，於左感測器(left pick-off；LPO)7(相當於左速度感測器7)連接低通濾波器30。亦即，一旦左感測器7檢測出藉由加振器6來振動時產生於測定管2，3的左側的振動速度的檢測訊號(出口側速度訊號)，則此振動速度的檢測訊號(出口側速度訊號)會被輸入至低通濾波器30。
此低通濾波器30是使從左速度感測器7輸出的左速度訊號(出口側速度訊號)通過頻率濾波器，而只取出低頻的左速度訊號(出口側速度訊號)之電路，該左速度感測器7是檢測出藉由加振器6來振動測定管2，3時產生於測定管2，3的左側的振動速度。
在此低通濾波器30連接A/D轉換器31。此A/D轉換器31是將從低通濾波器30輸出而來的類比訊號的左速度訊號(出口側速度訊號)變換成數位訊號者。在此A/D轉換器31中被變換成數位訊號的左速度訊號(出口側速度訊號)是被輸入至訊號處理裝置100。
並且，此訊號處理裝置100是被連接至A/D轉換器31。此訊號處理裝置100是將輸入訊號(出口側速度訊號)予以頻率變換成在後段的相位計測器被處理的所望頻率，且在頻率變換後進行相位計測，藉此使輸入頻率的頻帶移動，且可進行安定的相位計測。
另一方面，在右感測器(right pick-off；RPO)8(相當於右速度感測器8)連接低通濾波器34。亦即，一旦右感測器8檢測出藉由加振器6來振動時產生於測定管2，3的右側的振動速度的檢測訊號(入口側速度訊號)，則此振動速度的檢測訊號(入口側速度訊號)會被輸入至低通濾波器34。
此低通濾波器34是使從右速度感測器8輸出的右速度訊號(入口側速度訊號)通過頻率濾波器，而只取出低頻的右速度訊號(入口側速度訊號)之電路，該右速度感測器8是檢測出藉由加振器6來振動測定管2，3時產生於測定管2，3的右側的振動速度。
在此低通濾波器34連接A/D轉換器35。此A/D轉換器35是將從低通濾波器34輸出而來的類比訊號的右速度訊號(入口側速度訊號)予以變換成數位訊號者。
並且，此訊號處理裝置100是被連接至A/D轉換器35。此訊號處理裝置100是將輸入訊號(入口側速度訊號)予以頻率變換成在後段的相位計測器被處理的所望頻率，藉此使輸入頻率的頻帶移動，且可進行安定的相位計測。
在A/D轉換器31連接頻率變換部110。此頻率變換部110是將從A/D轉換器31輸出而被輸入的左速度訊號(出口側速度訊號)的數位訊號予以頻率變換成在後段的相位計測器被處理的所望頻率。
並且，在A/D轉換器35連接頻率變換部140。此頻率變換部140是將從A/D轉換器35輸出而被輸入的右速度訊號(入口側速度訊號)的數位訊號予以和前述同樣，頻率變換成所望的頻率者。
並且，在頻率變換部110是構成可輸入來自發訊器120的訊號。由此發訊器120輸出的訊號會被輸入至頻率變換部110，藉此在頻率變換部110中是使從左感測器7輸入的輸入訊號(出口側速度訊號)依照從發訊器120輸出的訊號來頻率變換。
在此頻率變換部110中被頻率變換的訊號是依照發訊器120的輸出訊號來變換成所望的一定的頻率訊號。
並且，在頻率變換部140也是構成可輸入來自發訊器120的訊號。由此發訊器120輸出的訊號會被輸入至頻率變換部140，藉此在頻率變換部140中是使從右感測器8輸入的輸入訊號(入口側速度訊號)依照從發訊器120輸出的訊號來頻率變換。
在此頻率變換部140中被頻率變換的訊號是依照發訊器120的輸出訊號來變換成所望的一定的頻率訊號。
若如此藉由發訊器120來控制，則會依照由此發訊器120輸出的輸出頻率，與頻率變換部110同樣，在頻率變換部140中也是進行頻率變換後的頻率會被控制成從A/D轉換器35輸入的右速度訊號(入口側速度訊號)在後段的相位計測器130被處理之所望的頻率。
此相位差計測器130是從A/D轉換器31輸出且被輸入至頻率變換部110的左速度訊號(出口側速度訊號)的輸入頻率、及從A/D轉換器35輸出且被輸入至頻率變換部140的右速度訊號(入口側速度訊號)的輸入頻率會同時被頻率變換而輸入，進行相位差計測。
根據如此構成，若依照本實施形態，則藉由將輸入頻率(左速度訊號，右速度訊號)同時變換成所望的頻帶，即使輸入頻率(左速度訊號，右速度訊號)改變，還是可常時使相位計測處理頻率一定化，而大幅度減少濾波器的表數，且可更有效地進行相位計測處理。
本發明的效果是一切不進行對應於輸入頻率之多數的濾波器或運算方法的變更等複雜的處理，可進行常時一定幾乎無誤差之高速的運算。當然，相位計測部的處理可以DFT(Discrete Fourier Transform：離散傅立葉變換)或FFT(Fast Fourier Transform：高速傅立葉變換)來實現。
在A/D轉換器31及A/D轉換器35可由時鐘150輸入時鐘訊號。此時鐘150是計測從A/D轉換器31輸出的左速度訊號的數位訊號與從A/D轉換器35輸出的右速度訊號的數位訊號的同步，實現同時取樣。
藉由此頻率變換部110、發訊器120、相位差計測器130、頻率變換部140、及時鐘150來構成訊號處理裝置100。
如此藉由A/D轉換器31，35來變換成數位訊號的各個輸入訊號(左速度訊號，右速度訊號)是在頻率變換部110，140中，使用來自發訊器120的輸出訊號而頻率變換。
其次，說明有關圖2所示的訊號處理裝置100的相位差計測運算的具體運算方法。
藉由科式流量計1的加振器6來振動測定管2，3時，如圖2所示取得來自設於測定管2，3的振動速度感測器70(左感測器7，右感測器8)的輸出訊號(左速度訊號，右速度訊號)作為LPO(左感測器7)、RPO(右感測器8)的輸入訊號。
此時，若定義LPO、RPO的輸入訊號，則形成：
[式3]
右感測器：sin(θ)　……………(3)
[式4]
左感測器：sin(θ+δΦ )　……………(4)
(δΦ ：LPO與RPO間的相位差)
來自此2個振動速度感測器(左感測器7，右感測器8)的輸出訊號(左速度訊號LPO，右速度訊號RPO)是分別通過科式流量計1的變換器5的內部的低通濾波器30，34，而藉由A/D變換器31，35來從類比值變換成數位值，送至訊號處理裝置100。
此訊號處理裝置100是如前述般，藉由頻率變換部110、發訊器120、相位差計測部130，及頻率變換部140的4個方塊所構成，運算來自左感測器7的輸出訊號LPO與來自右感測器8的輸出訊號RPO的相位差之後，根據從振動速度感測器輸出的頻率及藉由溫度感測器9所檢測出的溫度資料來變換成流量訊號。
另外，有關溫度計測是在圖中未說明。
由此頻率變換部110輸出的變換頻率是加算(或減算)藉由左感測器(左速度感測器)7所檢測出，且藉由低通濾波器30所取出之低頻的左速度訊號(出口側速度訊號)在A/D轉換器31中被變換成數位訊號輸出而來的輸入訊號頻率θ、及從發訊器120輸出的輸出頻率θXn 而求取。
如此，從頻率變換部110輸出，輸入至相位計測部130的輸入訊號頻率是在頻率變換部110中，使用從發訊器120輸出的輸出頻率θXn ，將從A/D轉換器31輸出的數位訊號的低頻的左速度訊號(出口側速度訊號)之輸入訊號頻率θ予以頻率移動，而成為移動至別的頻帶者。
如此在頻率變換部110中被頻率移動輸出的訊號與被同樣地處理之頻率變換部140中被頻率移動輸出的訊號是在相位計測部130中進行相位計算。
從頻率變換部110輸出的頻率計測值(θ+θXn )的值是控制成：
[式5]
θC =θ+θXn 　………………(5)
成為最終任意設定的相位計測頻率設定值θC 。
以如此被輸入至相位計測部130的頻率計測值(θ+θXn )能夠常時形成一定頻率θC 的方式控制發訊器120，藉此可使後段的相位計測的高速處理成為可能。
本發明的頻率控制方法是藉由使式(5)的條件全部以頻率變換部(110，140)的輸出頻率能夠形成等於θc的方式來使發訊器120的頻率變化之方式，亦即反饋控制之方法所構成。
以下，說明有關本發明的訊號處理方法、訊號處理裝置的實施形態。
在圖3是顯示圖2所示的訊號處理裝置的反饋控制的方法的具體構成。
圖3所示的訊號處理裝置100是將輸入訊號(出入口側速度訊號)予以頻率變換成所望的頻率，在頻率變換後進行相位計測，藉此可進行不掛慮輸入頻率的頻帶且安定的相位計測。
圖3中，在A/D轉換器31連接頻率變換部110。此頻率變換部110是將從A/D轉換器31輸出而被輸入的左速度訊號(出口側速度訊號)的數位訊號予以頻率變換者。
並且，在A/D轉換器35連接頻率變換部140。此頻率變換部140是將從A/D轉換器35輸出而被輸入的右速度訊號(入口側速度訊號)的數位訊號予以頻率變換者。
並且，在頻率變換部110是構成可輸入來自發訊器120的訊號。由此發訊器120輸出的訊號會被輸入至頻率變換部110，藉此在頻率變換部110中是使從左感測器7輸入的輸入訊號(出口側速度訊號)依照從發訊器120輸出的訊號來頻率變換。
在此頻率變換部110中被頻率變換的訊號是依照發訊器120的輸出訊號來變換成一定的頻率訊號。
並且，在頻率變換部140也是可構成輸入來自發訊器120的訊號。由此發訊器120輸出的訊號會被輸入至頻率變換部140，藉此在頻率變換部140中是使從右感測器8輸入的輸入訊號(入口側速度訊號)依照從發訊器120輸出的訊號來頻率變換。
在此頻率變換部140中被頻率變換的訊號是依照發訊器120的輸出訊號來變換成一定的頻率訊號。
一旦如此藉由可調變的發訊器120來控制，則與頻率變換部110同樣，在頻率變換部140中也依照由此發訊器120輸出的輸出頻率來頻率變換。
並且，在頻率變換部110的輸出端連接頻率計測部160及相位差計測部130。此頻率計測部160是計測在頻率變換部110中被頻率變換的輸出頻率者。
而且，在頻率變換部140連接相位差計測器130。此頻率計測部160是計測在頻率變換部110中，加算(或減算)藉由A/D轉換器31來將利用左感測器(左速度感測器)7所檢測出，且藉由低通濾波器30所取出之低頻的左速度訊號(出口側速度訊號)予以變換成數位訊號輸出的輸入訊號頻率θ、及從發訊器120輸出的輸出頻率θXn ，而求取的輸出訊號的頻率(θCn =θ+θXn )者。
在此頻率計測部160中所被計測的頻率計測值是被輸入至發訊器120。在此發訊器120中，一旦輸入從頻率計測部160輸出的輸出訊號頻率(θCn =θ+θXn )的計測值，則會根據此輸出訊號頻率(θCn =θ+θXn )的計測值來將所定的頻率訊號(θXn )予以發訊，從發訊器120輸出至頻率變換部110及頻率變換部140。
藉由如此的頻率變換部110→頻率計測部160→發訊器120→頻率變換部110的反饋迴路，使來自A/D轉換器31之輸入的左速度訊號(出口側速度訊號)的輸入頻率及從發訊器120輸出的輸出頻率在頻率變換部110進行加算或減算，在頻率變換部110中被頻率變換。
從頻率變換部140輸出的變換頻率是加算(或減算)藉由右感測器(右速度感測器)8所檢測出，且藉由低通濾波器34所取出之低頻的右速度訊號(入口側速度訊號)在A/D轉換器35中被變換成數位訊號輸出而來的輸入訊號頻率(θ+δφ)、及從發訊器320輸出的輸出頻率θXn 而求取。
如此，從頻率變換部140輸出，輸入至相位計測部130的輸入訊號頻率是在頻率變換部140中，可使用從發訊器120輸出的輸出頻率θXn ，將從A/D轉換器35輸出的數位訊號的低頻的右速度訊號(入口側速度訊號)之輸入訊號頻率(θ+δφ)予以頻率移動，而成為別的頻帶者。
一旦如此控制發訊器120，則與頻率變換部110同樣，在頻率變換部140中也依照由此發訊器120輸出的輸出頻率θXn 來進行頻率變換。
可調變的發訊器120是藉由如此極容易的算式來進行頻率控制。
並且，在頻率變換部110連接相位差計測器130。而且，在頻率變換部140連接相位差計測器130。
此相位差計測器130是從A/D轉換器31輸出且被輸入至頻率變換部110的左速度訊號(出口側速度訊號)的頻率θ與從A/D轉換器35輸出且被輸入至頻率變換部140的右速度訊號(入口側速度訊號)的頻率(θ+δφ)皆被變換成同樣一定的所望頻率，而進行相位差計測。
根據如此構成，若依照本實施形態，則藉由將輸入頻率(左速度訊號，右速度訊號)變換成所望的頻帶，可使輸入頻率(左速度訊號，右速度訊號)的頻帶移動，大幅度減少濾波器的表數，且更有效地進行相位計測處理。
本發明的效果是一切不進行對應於輸入頻率之多數的濾波器或運算方法的變更等複雜的處理，可進行常時一定幾乎無誤差之高速的運算。當然，相位計測部的處理可以DFT(Discrete Fourier Transform：離散傅立葉變換)或FFT(Fast Fourier Transform：高速傅立葉變換)來實現。
在A/D轉換器31及A/D轉換器35可從時鐘150輸入時鐘訊號。此時鐘150是取A/D轉換器31與A/D轉換器35的輸出同步，擔負消除從A/D轉換器31輸出的左速度訊號的數位訊號與從A/D轉換器35輸出的右速度訊號的數位訊號之取樣誤差的重要任務。
如此藉由A/D轉換器31，35來變換成數位訊號的各個輸入訊號(左速度訊號，右速度訊號)是在頻率變換部110，140中使用來自發訊器120的輸出訊號進行頻率變換。
其次，說明有關圖3所示的訊號處理裝置100的相位差計測運算的具體運算方法。
在此是說明有關根據調變合成頻率的和成分訊號之相位計測。
藉由頻率計測部160來計測頻率變換部110的輸出頻率，利用該值來控制發訊器120的發訊頻率。
在訊號處理裝置100是藉由頻率計測部160來計測頻率變換部110的輸出頻率。
在初期狀態中，發訊器120的輸出訊號θXn 是未從發訊器120輸出，因此來自初期的發訊器120的輸出訊號θX0 是成為：
[式6]
θX0 =0　………………(6)
因此，對於藉由科式流量計1的加振器6來振動測定管2，3時從設於測定管2，3的左感測器7輸出的輸出訊號(左速度訊號)之流量訊號LPO而言，被頻率調變頻率的和成分頻率可表示為(θ+θXn )，所以θXn =θX0 ，頻率變換器110的輸出訊號頻率由式(6)是成為：
[式7]
θco =θ+θX0 =θ　………………(7)
初期的計測頻率是根據LPO訊號頻率θ來起動。
在來自其次的第一次步驟的發訊器120的輸出訊號θX1 中，比較應成為相位計測頻率θC =目標頻率設定值=const的初期計測頻率。然後如次式(8)所示以此差分能夠成為發訊器120的輸出訊號的方式決定θX1 。
[式8]
θX1 =θC -θ　………………(8)
求取發訊器頻率θX1 。
然後，藉由求取第一次步驟的發訊器頻率θX1 ，成為θC =const。
在來自其次的步驟的發訊器120的輸出訊號θX2 中應被設定的頻率變換部110的輸出訊號頻率是成為：
[式9]
θ+θX1 =θC1 　………………(9)
因此，來自其次的步驟的發訊器120的輸出訊號θX2 以式(8)為基礎是成為：
[式10]
θX2 =θX1 +θC -(θ+θX1 )　………………(10)
若重複進行以上的動作，則成為：
[式11]
若來自發訊器120的輸出頻率θXn 按照如此時鐘150的實時間處理時鐘來控制，則成為θXn ≒θXn-1 。
由此，最終頻率變換部110的輸出訊號頻率(θ+θXn )是成為：
[式12]
θC =θ+θXn 　…………………(12)
因此，在時間序列的處理中，可藉由式(12)來使後段的相位計測的高速處理成為可能。
在圖3所示的低通濾波器30中，一旦除去高調波雜訊，除去A/D變換時的折返雜訊的影響，則如圖4所示的sin訊號(sinθ)會被輸出。
由此低通濾波器30輸出之如圖4所示的sin訊號(sinθ)是在A/D轉換器31中，以任意的一定周期取樣而進行數位訊號化，取得如圖5所示的取樣訊號(sinθ)，從A/D轉換器31輸出。
由此低通濾波器30輸出，且在A/D轉換器31中被取樣進行數位訊號化之如圖5所示的訊號(sinθ)是被輸入至圖3所示的訊號處理裝置100的頻率變換部110。並且，在此頻率變換部110輸入由發訊器120輸出的發訊器輸出訊號。
在此發訊器120中，藉由從頻率計測部160輸出的輸出訊號頻率(θCn =θ+θXn )的計測值的輸入，而根據此輸出訊號頻率(θCn =θ+θXn )的計測值來以所望的頻率將發訊器120的發訊頻率訊號(θXn )予以發訊，且以使發訊輸出速率和輸入訊號在A/D轉換器31的取樣周期相同的速率來輸出如圖6所示的cos訊號(cosθXn )。
一旦來自發訊器120的輸出訊號(cosθXn )被輸入至頻率變換部110，則在頻率變換部110中是使在A/D轉換器31中被取樣且被進行數位訊號化之如圖5所示的訊號(sinθ)與從發訊器120輸出之如圖6所示的輸出訊號(cosθXn )在頻率變換部110內的乘法器中進行乘算(sinθ×cosθXn )，而取得如圖7所示的訊號(sinθ×cosθXn )。
在此頻率變換部110內的乘法器中進行乘算(sinθ×cosθXn )而取得之如圖7所示的訊號(sinθ×cosθXn )是在頻率變換部110內，通過高通濾波器(HPF)來去除低頻成分，而取得如圖8所示的訊號(sinθC )。如此圖8所示的訊號(sinθC )是從頻率變換部110輸出，而輸入至頻率計測部160及相位差計測器130。
藉由科式流量計1的加振器6來振動測定管2，3時，來自設於測定管2，3的振動速度感測器70(左感測器7，右感測器8)的輸出訊號(左速度訊號，右速度訊號)是在構成圖3所示的訊號處理裝置100的頻率變換部110，140、發訊器120、相位差計測器130、及頻率計測部160的4個區塊中，運算相位差之後，根據從頻率計測部160輸出的頻率訊號及藉由溫度感測器9所檢測出的溫度資料來變換成流量訊號。
其次，利用圖9所示的時間圖來說明有關圖3所示的訊號處理裝置100的動作。
首先，在圖3所示的低通濾波器30中，一旦除去高調波雜訊，除去A/D變換時的折返雜訊的影響，則如圖5所示的sin訊號(sinθ)會被輸出。
一旦此圖5所示的sin訊號(sinθ)被輸出，則此圖5所示的sin訊號(sinθ)會被輸入至A/D轉換器31。然後，在此A/D轉換器31中是以任意的一定周期取樣而進行數位訊號化，可取得如圖9(A)所示的取樣訊號(Y1=sinθ)，從A/D轉換器31輸出。
由此A/D轉換器31輸出之圖9(A)所示的取樣訊號(sinθ)是被輸入至圖3所示的訊號處理裝置100的頻率變換部110。
另一方面，在訊號處理裝置100的頻率計測部160中，根據從頻率變換部110輸出的訊號來計測的頻率(θCn =θ+θXn )訊號會被輸出。在被輸入由此頻率計測部160輸出的輸出訊號頻率(θCn =θ+θXn )的計測值的發訊器120中，是根據此輸出訊號頻率(θCn =θ+θXn )的計測值來將所望的發訊頻率訊號(θXn )予以發訊，且以使發訊輸出速率和輸入訊號在A/D轉換器31的取樣周期相同的速率來輸出如圖9(B)所示的cos訊號(Y2=cosθXn )。
一旦由此發訊器120輸入圖9(B)所示的cos訊號(Y2=cosθXn )至頻率變換部110，則會在頻率變換部110內的乘法器中，與由A/D轉換器31輸出之圖9(A)所示的取樣訊號(Y1=sinθ)進行乘算(sinθ×cosθXn )，而取得如圖9(C)所示的訊號(Y3=sinθ×cosθXn )。
在此頻率變換部110內的乘法器中進行乘算(sinθ×cosθXn )而取得之圖9(C)所示的訊號(Y3=sinθ×cosθXn )是在頻率變換部110內，通過高通濾波器(HPF)來去除低頻成分，而取得如圖9(D)所示的訊號(Y4=1/2‧sinθC )。此圖9(D)所示的訊號(Y4=1/2‧sinθC )是從頻率變換部110輸出，而輸入至頻率計測部160及相位差計測器130。
並且，在圖3所示的低通濾波器34中，一旦去除高調波雜訊，除去A/D變換時的折返雜訊的影響，則sin訊號(sin(θ+δφ))會被輸出。
一旦此sin訊號(sin(θ+δφ))被輸出，則此sin訊號(sin(θ+δφ))會被輸入至A/D轉換器35。然後，在此A/D轉換器35中，以任意的一定周期來取樣而進行數位訊號化。
然後，使由此A/D轉換器35輸出的訊號與從A/D轉換器35輸出的取樣訊號在頻率變換部140內的乘法器中進行乘算而取得訊號。
在此頻率變換部140內的乘法器中進行乘算而取得的訊號是在頻率變換部110內，通過高通濾波器(HPF)來除去低頻成分，而取得如圖9(E)所示的訊號(Y5=1/2‧sin(θC +δφ))。此圖9(E)所示的訊號(Y5=1/2‧sin(θC +δφ))是從頻率變換部110輸出，而輸入至頻率計測部160及相位差計測器130。
在相位差計測器130中是根據從頻率變換部110輸出而被輸入至相位差計測器130之圖9(D)所示的訊號(Y4=1/2‧sinθC )及從頻率變換部140輸出而被輸入至相位差計測器130之圖9(E)所示的訊號(Y5=1/2‧sin(θC +δφ))來輸出如圖9(F)所示的訊號(Y6=δφ)作為其相位差δφ。
藉由如此使運算周期與取樣時間同步，可提高相位計測時的即時(Real Time)性。
並且，一對的振動速度訊號(sinθ，sin(θ+δφ))皆進行同處理計算相位，因此幾乎無運算誤差，可進行正確的相位計算。
實施例2
其次，利用圖10所示的動作流程圖來說明有關訊號處理方法。
在圖10是顯示使用反饋迴路時的頻率調變及相位計測的流程圖。
在圖10中，步驟200是使運算器的訊號處理裝置100的參數初期化。一旦此訊號處理裝置100的參數的初期化被進行，則會在步驟200中進行頻率調變的目標頻率，亦即頻率調變後的目標頻率的設定，更設定初期參照波形的頻率，亦即進行參照訊號頻率的初期設定。
一旦在步驟200中，運算器之訊號處理裝置100的參數的初期化被進行，且頻率調變後的目標頻率的設定，參照訊號頻率的初期設定被進行，則會在步驟210中，使從左感測器(LPO)7(左速度感測器7)輸出的相位/及速度訊號在A/D轉換器31中以任意的取樣周期來取樣而數位訊號化，且使從右感測器(RPO)8(右速度感測器8)輸出的相位/及速度訊號在A/D轉換器35中以任意的取樣周期來取樣而數位訊號化。
然後，在此A/D轉換器31中以任意的取樣周期來取樣而被數位訊號化的相位/及速度訊號是被輸入至頻率變換部110，在A/D轉換器35中以任意的取樣周期來取樣而被數位訊號化的相位/及速度訊號是被輸入至頻率變換部140。
一旦在此步驟210中以任意的取樣周期來取樣而被數位訊號化，則會在步驟220中，對參照訊號用的發訊器120設定輸出頻率，進行參照訊號的生成。一旦參照訊號的生成被進行，則由此發訊器120輸出在發訊器120中所被設定的頻率的參照訊號，輸入至頻率變換器110，140。
一旦在此步驟220中對發訊器120進行參照訊號的生成，則會在步驟230中進行頻率變換器110，140的處理。亦即，在被輸入從發訊器120輸出的參照頻率訊號之頻率變換器110中是使用從發訊器120輸出的參照訊號來將從A/D轉換器31輸出而來的相位/及速度訊號予以變換成任意的頻率的相位/及速度訊號。
並且，在被輸入從發訊器120輸出的參照頻率訊號之頻率變換器140中是使用從發訊器120輸出的參照訊號來將從A/D轉換器35輸出而來的相位/及速度訊號予以變換成任意的頻率的相位/及速度訊號。
一旦在此步驟230中進行往任意的頻率的相位/及速度訊號之變換，則會在步驟240中計測頻率變換後的頻率，與初期設定時的頻率調變的目標頻率作比較。
亦即，在頻率變換器110中被任意的頻率變換之從A/D轉換器31輸出而來的相位及速度訊號是被輸入至頻率計測器160及相位計測器130。然後，在此頻率計測器160中計測頻率變換後的頻率，與從發訊器120輸出之初期設定時的頻率調變的目標頻率作比較。
一旦在此步驟240中與初期設定時的頻率調變的目標頻率進行比較，則會在步驟250中進行從發訊器120輸出之次回的參照訊號的發訊頻率的決定。
亦即，在步驟250中是以在步驟240中所被比較之差分的頻率能夠形成0Hz的方式進行從發訊器120輸出之次回的參照訊號的發訊頻率的決定。
一旦在此步驟250中進行從發訊器120輸出之次回的參照訊號的發訊頻率的決定，則會在步驟260中進行相位計測。
亦即，在步驟260中是根據從發訊器120輸出之參照訊號的發訊頻率來輸入被變換成任意的一定頻率之相位及速度訊號至相位計測器130。在此相位計測器130中是根據從頻率變換器110輸出之被變換成任意的一定頻率的相位及速度訊號來利用FFT等進行相位計測。藉由如此利用FFT等來進行相位計測，可常時以同運算周期來進行高精度的相位差計測。
以下，說明有關構成訊號處理裝置100的頻率變換部110，140、發訊器120、相位差計測器130、及頻率計測部160的4個區塊。
(1)頻率變換部
訊號處理裝置100的頻率變換部110是具有如圖11所示的構成。
在圖11中，頻率變換部110是以乘法器111、低通濾波器(LPF)112(或高通濾波器(HPF))所構成。
將來自發訊器120的參照訊號cosθ2 與來自A/D轉換器31的輸入訊號SINθ1 予以乘算，然後，藉由低通濾波器112來進行濾波器處理。
首先，將來自發訊器120的參照訊號cosθ2 與藉由左感測器(左速度感測器)7所檢測出，且藉由低通濾波器30所取出的低頻的左速度訊號(出口側速度訊號)在A/D轉換器31中被變換成數位訊號輸出的輸入訊號sinθ1 予以乘算，形成：
[式13]
合成和及差的頻率訊號。
藉由低通濾波器(或高通濾波器)112來對此和及差的合成訊號只取出差的訊號(或和的訊號)。
在此，為了進行具體的說明，設為取出和的訊號，但即使是差的訊號也無問題，濾波器的處理方法可按照頻率變換方法適當對應。
來自低通濾波器(或高通濾波器)112的輸出是形成：
[式14]
來自此時的低通濾波器(或高通濾波器)112的輸出訊號頻率θ3 是常時被控制成一定。
因此，所使用的濾波器可不依輸入訊號常時使用同一濾波器。
並且，藉此，可使頻率變換部110的後段的相位差計測器130的相位計測非常統一且單純化進行處理。
(2)頻率計測部
作為頻率的計測方法，在本實施形態中是使用PLL(PLL；Phase-locked loop相位同步電路)的原理。此PLL有藉由反饋控制來從別的振盪器輸出與所被輸入的交流訊號頻率相等且相位同步的訊號之電子電路為人所知。
如此PLL原本是用以使相位同步的電路，可對輸入訊號製作相位同步的訊號。
此PLL是以從外部輸入的基準訊號與來自迴路內的振盪器的輸出的相位差能夠形成一定的方式，對迴路內振盪器施以反饋控制而使振盪的振盪電路，以運算器構成可比較簡單且高速運算。
訊號處理裝置100的頻率計測部160是具有如圖12所示的構成。
在圖12中，頻率計測部160是藉由乘法器161、低通濾波器(LPF)162、及頻率計測用發訊器163所構成。
在頻率變換部110連接乘法器161。由此頻率變換部110是輸出變換頻率訊號sin(θ+θXn )，且被輸入至乘法器161，該變換頻率訊號sin(θ+θXn )是加算(或減算)藉由左感測器(左速度感測器)7所檢測出，且藉由低通濾波器30所取出的低頻的左速度訊號(出口側速度訊號)在A/D轉換器31中被變換成數位訊號輸出而來的輸入訊號頻率θ、及從發訊器120輸出的輸出頻率θXn 。
而且，此乘法器161是比較頻率變換部110的輸出訊號與從頻率計測用發訊器163輸出的輸出訊號cosδ的相位，作為其差訊號及和訊號來輸出至低通濾波器162者。
因此，在乘法器161的輸出端連接低通濾波器162。此低通濾波器162是使從乘法器161輸出的輸出訊號通過頻率濾波器，僅低頻的訊號取出。
因此，在此是在從乘法器161輸出的輸出訊號之中只取出差的成分。
並且，在低通濾波器162連接頻率計測用發訊器163。此頻率計測用發訊器163是根據從低通濾波器162輸出的低頻的訊號來生成相位資料δ者。
然後，以藉由此低通濾波器162來濾波輸出之僅差的成分的輸出資料V(頻率運算函數V)會形成0的方式形成反餽迴路。
如圖12所示那樣若將從頻率變換部110輸出且被輸入至乘法器161的輸入訊號設為SINθ，將從發訊器120輸出且被輸入至乘法器161的輸出訊號設為cosδ，在乘法器161中乘算該2個的波形，則成為：
[式15]
將此式(15)所示之乘法器161的乘算結果放在低通濾波器162，藉此除去高頻成分，成為：
[式16]
V=sin(θ-δ)　…………………(16)
當式(15)的(θ-δ)的值為十分小的值(V≒0)時，顯示乘法器161的乘算結果的頻率運算函數V可近似：
[式17]
V=θ-δ≒0　…………………(17)
在此，以頻率運算函數V能夠形成0的方式控制頻率計測用發訊器163的輸出波形，藉此可求取在頻率變換部110中頻率變換之前的相位θ。
利用其次的式(17)、式(18)來運算如此求得之從頻率變換部110輸出的頻率變換後的相位θ。
[式18]
在此，ΔT是表示時間變化，形成與運算周期(取樣速率)相等。
因此，相位變化(θ)是形成：
[式19]
θ=2‧π‧f‧Ta　……………………(19)
Ta：時間變化(取樣周期)(sec)
f：輸入頻率(Hz)
θ：相位變化(rad)
然後，輸入頻率f是形成：
[式20]
藉由在頻率計測器160中進行如此的計算，可進行高速的頻率計測。
(3)發訊器
在圖3中，可調變的發訊器120是根據頻率計測部160的計測結果(θ+θXn )來控制輸出頻率。
亦即，發訊器120是將藉由加振器6來振動測定管2，3時藉由左感測器7所被檢測出且被輸入至頻率變換部110之產生於測定管2，3的左側的振動速度的檢測訊號(出口側速度訊號)的頻率θ予以控制成在相位差計測器130所被處理的所望頻率。
此頻率變換部110與頻率變換部140是形成同構成。因此，與從頻率變換部110輸出的頻率同樣，從頻率變換部140輸出的頻率是將藉由加振器6來振動測定管2，3時藉由右感測器8所被檢測出且被輸入至頻率變換部140之產生於測定管2，3的右側的振動速度的檢測訊號(入口側速度訊號)的頻率(θ+δφ)予以變換成所望的頻率。
(4)相位計測器
相位計測的方法有各種的方法，但在利用傅立葉變換的相位計測時，因為頻率被固定，所以可非常高速地進行運算。
以下舉例說明離散傅立葉變換(Discrete Fourier Transform；DFT)。所謂此離散傅立葉變換是離散群上的傅立葉變換，常被使用於在訊號處理等被離散化的數位訊號的頻率解析等，也使用於為了有效率地計算偏微分方程式或捲積積分。此離散傅立葉變換(在計算機上)可使用高速傅立葉變換(FFT)來高速計算。
此刻，在相位差計測器130中，若將被取樣的輸入訊號設為g(n)，則其DFT G(k)是定義為：
[式21]
而且為了簡潔表現，若將複指數函數的部分置換成[式22]來表現，則式(21)是形成[式23]。
[式22]
[式23]
在此，若注目於複指數函數WN nk ，且將N設為N=2M (M：整數)例如N=8，則當輸入頻率為取樣頻率的1/4時，由三角函數的周期性，可以0.1，-1來表現實數部及虛數部的函數。
[式24]
如此一來，可將頻率變換成取樣頻率的1/4之輸入訊號LPO，RPO予以非常簡單地傅立葉變換，且在通常相位計測中，只要單一的頻率(振動頻率)進行傅立葉變換即可，因此有關其他的頻帶不進行變換，所以可只以加減算進行運算。
實際上，在將被輸入至相位差計測器130的輸入訊號設為g(n)，將輸入訊號g(n)設為取樣速率的1/4的頻率，且將N設為N=2M (M：整數)時，該DFT G(n)的運算可如[式25]般運算。
[式25]
即使M的值變大，基本的運算也完全不變，因此越增大M越可非常精度佳地計算，運算負荷也幾乎不變。
而且，藉由前述的程序來將2個的輸入訊號予以離散傅立葉變換(DFT)的結果，可使RPO訊號成為：
[式26]
可使LPO訊號成為：
[式27]
此時的輸入訊號的相位角tanδφ是成為：
[式28]
在此式(28)中求取輸入訊號的相位角tanδφ之後，可運算其tan-1 δφ來求取相位差訊號δφ。
並且，被測定流體的質量流量Q是與相位角成比例，與驅動頻率F成反比例，因此表示成：
[式29]
Q=S(t)‧δΦ/F　…………………(29)
S(t)：與測定流體的溫度相關的補正係數
可藉由代入在此式(29)所計測的相位角δφ及驅動頻率F來計算質量流量Q。
如此求取的質量流量Q可藉由進行適當的縮放比例或單位換算，追加類比輸出、脈衝輸出、串聯通訊等後段的處理來以各種的形態輸出至外部。
《利用頻率變換之相位計測方法的特長》
本發明的相位計測系統的特徴是可在與使藉由左感測器(左速度感測器)7所檢測出，且利用低通濾波器30所取出之低頻的左速度訊號(出口側速度訊號)藉由A/D轉換器31來變換成數位訊號輸出，輸入至頻率變換部110的輸入訊號的頻率θ無關的取樣周期取樣訊號，因此可成為構成非常簡單，不需要濾波器的表，且運算誤差少之非常高速的運算。
又，若依據本發明的相位計測系統，則即使在使藉由左感測器(左速度感測器)7所檢測出，且利用低通濾波器30所取出之低頻的左速度訊號(出口側速度訊號)藉由A/D轉換器31來變換成數位訊號輸出，輸入至頻率變換部110的輸入訊號產生急劇的頻率變化，照樣可藉由頻率變換的反饋迴路來好好地回應追隨，直接計測頻率變換後的頻率，進行相位計測，因此隨頻率變換的頻率變換誤差會被壓到最小限度，非常適於高安定性且正確的相位計測。
而且不僅相位計測，同時還可由頻率變換後的頻率及發訊器120的發訊頻率來求取輸入訊號的頻率。
在此所被求取的頻率是由高速的反饋迴路來形成應答性高極安定的頻率。
又，若依據本發明的相位計測系統，則由於根據被輸入至頻率變換部110的輸入訊號的輸入頻率之相位計測的頻帶限制幾乎無，因此可與各種的驅動頻率的感測器結合，且運算精度不會隨輸入頻率而影響，因此可常時進行高精度的相位計測。
實施例3
將構成測定用的流管之至少由一根或一對的測流量管所構成的測定管2，3予以藉由驅動裝置來使加振器6作動。交替驅動由此一根或一對的測流量管所構成的測定管2，3，而使此測流量管振動。然後，利用藉由左感測器(LPO)7及右感測器(RPO)8所構成的振動檢測感測器之一對的速度感測器或加速度感測器來檢測出與作用於由一根或一對的測流量管所構成的測定管2，3的科式力成比例的相位差及/或振動頻率，藉此構成取得被計測流體的質量流量及/或密度之科式流量計。
在此科式流量計設置發訊器120，其係將可調變的頻率訊號予以發訊輸出。
而且，將一對的振動檢測感測器(左感測器7，右感測器8)之中，一方的速度感測器(例如從左感測器7輸入的輸入訊號(出口側速度訊號))予以藉由第1A/D轉換器31來變換成數位訊號。
然後，設置第1頻率變換部110，其係使用從發訊器120輸出的輸出頻率θXn 來將此輸入訊號頻率θ予以頻率移動至特定的一定頻率訊號，而移動至所望的頻帶。
設置第2頻率變換部140，其係使用從發訊器120輸出的輸出頻率θXn 來將輸入訊號頻率θ予以頻率移動至特定的一定頻率訊號，而移動至所望的頻帶，該輸入訊號頻率θ是將一對的振動檢測感測器(左感測器7，右感測器8)之中，另一方的速度感測器(例如從右感測器8輸入的輸入訊號(入口側速度訊號))予以藉由第2A/D轉換器35來變換成數位訊號。
設置頻率計測部160，其係計測從第1頻率變換部110輸出之變換成一定的頻率訊號的第1頻率訊號的頻率，且將此計測的第1頻率訊號的頻率值輸出至發訊器120，以在頻率變換部110中進行頻率變換後的頻率能夠常時成為一定頻率的方式控制輸出頻率。
而且，設置相位差計測部130，其係進行：從第1頻率變換部110輸出之變換成一定的頻率訊號的第1頻率訊號與從第2頻率變換部140輸出之變換成一定的頻率訊號的第2頻率訊號的相位差的計測。
而且，設置訊號處理裝置100來構成科式流量計，該訊號處理裝置100是取得從第1頻率變換部110輸出之被變換成一定的頻率訊號的第1頻率訊號與從第2頻率變換部140輸出之被變換成一定的頻率訊號的第2頻率訊號的相位差。
1．．．科式流量計
2，3．．．測定管
4．．．檢測器
5．．．變換器
6．．．加振器
7．．．左速度感測器
8．．．右速度感測器
9．．．溫度感測器
10．．．驅動控制部
11．．．相位計測部
12．．．溫度計測部
30．．．低通濾波器
34．．．低通濾波器
31．．．A/D轉換器
35．．．A/D轉換器
70．．．振動速度感測器
80．．．振動速度訊號運算器
85．．．頻率變換部
90．．．發訊器
95．．．相位差計測器
100．．．訊號處理裝置
110．．．頻率變換部
111．．．乘法器
112．．．低通濾波器
120．．．發訊器
130．．．相位差計測器
140．．．頻率變換部
150．．．時鐘
160．．．頻率計測部
161‧‧‧乘法器
162‧‧‧低通濾波器
163‧‧‧頻率計測用發訊器
圖1是表示本發明的訊號處理裝置的原理的方塊圖。
圖2是圖1所示的訊號處理裝置的具體構成圖的方塊圖。
圖3是表示圖2所示的訊號處理裝置的反饋控制的方法之具體的構成的方塊圖。
圖4是表示來自圖3所示的LPF的輸出訊號。
圖5是表示來自圖3所示的A/D轉換器的輸出訊號。
圖6是表示來自圖3所示的發訊器的輸出訊號。
圖7是表示圖3所示的頻率變換部的乘法器之輸出訊號。
圖8是表示來自圖3所示的頻率變換部的輸出訊號。
圖9是表示圖3所示的訊號處理裝置的具體構成圖的時間圖。
圖10是圖3所示的訊號處理裝置的具體構成圖的動作流程圖。
圖11是圖3所示的訊號處理裝置的頻率變換部的方塊構成圖。
圖12是圖3所示的訊號處理裝置的頻率計測部的方塊構成圖。
圖13是本發明所被適用的一般的科式流量計的構成圖。
圖14是圖13所示的科式流量計的變換器的方塊構成圖。
圖15是表示使用圖14所示的變換器的傅立葉變換之相位計測方法的方塊圖。
圖16是表示使用圖14所示的變換器的陷波濾波器之相位計測方法的方塊圖。
圖17是表示使用圖14所示的變換器的帶通濾波器之相位計測方法的方塊圖。
70．．．振動速度感測器
80．．．振動速度訊號運算器
85．．．頻率變換部
90．．．發訊器
95．．．相位差計測器

Claims (13)

  1. 一種訊號處理方法，其特徵為：在將構成測定用的流管之至少一根或一對的測流量管予以藉由驅動裝置來使加振器作動，交替驅動前述測流量管，使該測流量管振動，而藉由以一對的速度感測器或一對的加速度感測器所構成的振動檢測感測器來檢測出與作用於前述測流量管的科式力成比例的相位差，藉此使被檢測流體的質量流量藉由檢測出振動頻率來取得被計測流體的質量流量的密度之科式流量計中，具備：分別針對將由前述速度感測器或加速度感測器所檢測出之與作用於前述測流量管的科式力成比例的振動頻率的輸入訊號予以A/D變換而取得的2個流量訊號，根據任意的振盪頻率來合成而頻率變換，至少計測一方的感測器的合成波形的頻率，根據前述計測的頻率來將控制訊號予以發訊，以前述合成頻率訊號所合成的合成成分的和分或差分的成分的頻率能夠常時成為一定的方式控制，由前述控制訊號來求取測流量管的共振頻率，算出被計測流體的密度，從前述被控制的各個變換合成頻率的和分或差分的訊號來計測相位。
  2. 如申請專利範圍第1項之訊號處理方法，其中，根據前述任意的振盪頻率之合成頻率變換係將來自前述一方的感測器的輸入訊號SINθ1 及前述發訊的控制訊號cosθ2 予 以乘算，使前述乘算而輸出的輸出訊號通過頻率濾波器，僅低頻的訊號取出。
  3. 如申請專利範圍第1項之訊號處理方法，其中，根據前述任意的振盪頻率之合成頻率變換係將來自前述一方的感測器的輸入訊號SINθ1 及前述發訊的控制訊號cosθ2 予以乘算，使前述乘算而輸出的輸出訊號通過頻率濾波器，僅高頻的訊號取出。
  4. 如申請專利範圍第1項之訊號處理方法，其中，從前述速度感測器或加速度感測器檢測出之與作用於前述測流量管的科式力成比例的振動頻率的輸入訊號係於前述A/D變換中取樣而進行數位訊號化，根據前述發訊的控制訊號來合成頻率變換而取得的各個變換合成頻率訊號係以合成的合成成分的和分或差分的成分的頻率能夠形成前述A/D變換時的取樣頻率的1/4的方式控制。
  5. 一種訊號處理裝置，其特徵為：在將構成測定用的流管之至少一根或一對的測流量管予以藉由驅動裝置來使加振器作動，交替驅動前述測流量管，使該測流量管振動，而藉由以一對的速度感測器或一對的加速度感測器所構成的振動檢測感測器來檢測出與作用於前述測流量管的科式力成比例的相位差，藉此使被檢測流體的質量流量藉由檢測出振動頻率來取得被計測流體的質量流量的密度之科式流量計中，藉由下列所構成：發訊器，其係將可調變的頻率訊號予以發訊輸出；及 頻率變換部，其係加算(或減算)藉由前述速度感測器或加速度感測器所檢測出的輸入頻率、及前述發訊器的輸出頻率FX ，而頻率變換，以該頻率變換後的頻率值能夠常時形成一定的方式頻率移動。
  6. 一種訊號處理裝置，其特徵為：在將構成測定用的流管之至少一根或一對的測流量管予以藉由驅動裝置來使加振器作動，交替驅動前述測流量管，使該測流量管振動，而藉由以一對的速度感測器或一對的加速度感測器所構成的振動檢測感測器來檢測出與作用於前述測流量管的科式力成比例的相位差，藉此使被檢測流體的質量流量藉由檢測出振動頻率來取得被計測流體的質量流量的密度之科式流量計，藉由下列所構成：發訊器，其係將可調變的頻率訊號予以發訊輸出；及第1頻率變換部，其係加算(或減算)藉由第1A/D轉換器來將前述一對的振動檢測感測器的一方的感測器予以變換成數位訊號的該輸入訊號頻率、及從前述發訊器輸出的輸出頻率，而以該頻率變換後的頻率值能夠常時形成一定的方式頻率變換；及第2頻率變換部，其係加算(或減算)藉由第2A/D轉換器來將前述一對的振動檢測感測器的另一方的感測器予以變換成數位訊號的該輸入訊號頻率、及從前述發訊器輸出的輸出頻率，而以該頻率變換後的頻率值能夠常時形成一定的方式頻率變換。
  7. 一種訊號處理裝置，其特徵為：在將構成測定用的 流管之至少一根或一對的測流量管予以藉由驅動裝置來使加振器作動，交替驅動前述測流量管，使該測流量管振動，而藉由以一對的速度感測器或一對的加速度感測器所構成的振動檢測感測器來檢測出與作用於前述測流量管的科式力成比例的相位差，藉此使被檢測流體的質量流量藉由檢測出振動頻率來取得被計測流體的質量流量的密度之科式流量計，藉由下列所構成：發訊器，其係將可調變的頻率訊號予以發訊輸出；及第1頻率變換部，其係利用從前述發訊器輸出的輸出頻率，將藉由第1A/D轉換器來把前述一對的振動檢測感測器的一方的速度感測器予以變換成數位訊號輸出而來的輸入訊號頻率予以頻率移動至常時一定的頻率訊號，而移動至別的頻帶，第2頻率變換部，其係利用從前述發訊器輸出的輸出頻率，將藉由第2A/D轉換器來把前述一對的振動檢測感測器的另一方的速度感測器予以變換成數位訊號輸出而來的輸入訊號頻率予以頻率移動至常時一定的頻率訊號，而移動至別的頻帶，頻率計測部，其係計測從前述第1頻率變換部輸出之被變換成一定的頻率訊號的第1頻率訊號的頻率，且將該計測的第1頻率訊號的頻率值予以輸出至前述發訊器，而以使在前述頻率變換部中進行頻率變換後的頻率藉由前述第1A/D轉換器來變換成數位訊號而輸入之一對的振動速度感測器的一方的速度感測器訊號的輸入頻率能夠形成所望 的頻率之方式控制第1及第2頻率變換部的輸出頻率。
  8. 如申請專利範圍第5、6或7項之訊號處理裝置，其中，前述頻率變換部係藉由下列所構成：乘法器，其係乘算來自前述發訊器的參照訊號cosθ2 及來自前述第1A/D轉換器的輸入訊號SINθ1 ，低通濾波器，其係將在前述乘法器中乘算輸出而來的輸出訊號予以通過頻率濾波器，而只取出低頻的訊號。
  9. 如申請專利範圍第5、6或7項之訊號處理裝置，其中，前述頻率變換部係藉由下列所構成：乘法器，其係乘算來自前述發訊器的參照訊號cosθ2 及來自前述第1A/D轉換器的輸入訊號SINθ1 ，高通濾波器，其係將在前述乘法器中乘算輸出而來的輸出訊號予以通過頻率濾波器，而只取出高頻的訊號。
  10. 如申請專利範圍第7項之訊號處理裝置，其中，前述頻率計測部係由：連接至前述第1頻率變換部的乘法器、及連接至該乘法器的低通濾波器、及連接至該低通濾波器，輸入來自該低通濾波器的輸出訊號的頻率計測用發訊器所構成，前述乘法器係比較從前述第1頻率變換部輸出的輸出訊號sin(θ+θXn )與從頻率計測用發訊器輸出的輸出訊號cosδ的相位，作為其差訊號及和訊號來輸出至後段的低通濾波器，前述低通濾波器係使從前述乘法器輸出的輸出訊號通過頻率濾波器，而只取出低頻的訊號， 根據從該低通濾波器輸出的低頻的訊號來生成基本輸出波形的相位量V，該相位量V係藉由前述頻率計測用發訊器來常時符合V=0的條件。
  11. 如申請專利範圍第7項之訊號處理裝置，其中，設置時鐘，其係取前述第1A/D轉換器與前述第2A/D轉換器的輸出之同步，使能夠取得從前述第1A/D轉換器輸出之一對的振動檢測感測器的其中任一方的數位訊號與從前述第2A/D轉換器輸出之該振動檢測感測器的另一方的數位訊號之同步。
  12. 如申請專利範圍第7項之訊號處理裝置，其中，前述相位計測部的處理為DFT(Discrete Fourier Transform：離散傅立葉變換)或、FFT(Fast Fourier Transform：高速傅立葉變換)。
  13. 一種科式流量計，係將構成測定用的流管之至少一根或一對的測流量管予以藉由驅動裝置來使加振器作動，交替驅動前述測流量管，使該測流量管振動，而藉由以一對的速度感測器或一對的加速度感測器所構成的振動檢測感測器來檢測出與作用於前述測流量管的科式力成比例的相位差，藉此使被檢測流體的質量流量藉由檢測出振動頻率來取得被計測流體的質量流量的密度之科式流量計，其特徵係設置：發訊器，其係將可調變的頻率訊號予以發訊輸出；及第1頻率變換部，其係利用從前述發訊器輸出的輸出頻率θXn ，將藉由第1A/D轉換器來把前述一對的振動檢測 感測器的一方的速度感測器予以變換成數位訊號的該輸入訊號頻率θ予以頻率移動至特定的一定頻率訊號，而移動至所望的頻帶；第2頻率變換部，其係利用從前述發訊器輸出的輸出頻率θXn ，將藉由第2A/D轉換器來把前述一對的振動檢測感測器的另一方的速度感測器予以變換成數位訊號的該輸入訊號頻率θ予以頻率移動至特定的一定頻率訊號，而移動至所望的頻帶；及頻率計測部，其係計測從前述第1頻率變換部輸出之被變換成一定的頻率訊號的第1頻率訊號的頻率，且將該計測的第1頻率訊號的頻率值予以輸出至前述發訊器，而以在前述頻率變換部中頻率變換後的頻率能夠常時成為一定頻率的方式控制輸出頻率。
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