專利名稱：振動管過程參數(shù)傳感器的通用模態(tài)空間驅(qū)動控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于使振動管過程參數(shù)傳感器導(dǎo)管振蕩的驅(qū)動系統(tǒng)領(lǐng)域。具體地說，本發(fā)明涉及工作在模態(tài)域中以驅(qū)動具有任意模態(tài)力作用模式的任意數(shù)目驅(qū)動器的一種系統(tǒng)。
技術(shù)問題描述已知可以使用科里奧利效應(yīng)質(zhì)量流量計(jì)測量流過一根導(dǎo)管的物質(zhì)的質(zhì)量流量和其它信息。例如，在授予J．E．Smith等人的美國專利US-4109524(1978年8月29日)、US-4491025(1985年1月1日)和Re-31450(1982年2月11日)中公開了這樣的科里奧利流量計(jì)。這些流量計(jì)具有一根或多根直線或彎曲構(gòu)型的導(dǎo)管?？评飱W利流量計(jì)中的每一種導(dǎo)管構(gòu)型具有一組固有振動模式，這些模式可以是簡單的彎曲、扭曲、徑向或耦合類型。每一根導(dǎo)管在驅(qū)動下以這些固有模式之一發(fā)生諧振。在流量計(jì)的入口側(cè)從一根相連的導(dǎo)管流入流量計(jì)中的物質(zhì)被引導(dǎo)通過所說的一根或多根導(dǎo)管，并從出口側(cè)流出流量計(jì)。填充有振動物質(zhì)的系統(tǒng)的固有振動模式部分地是由導(dǎo)管和在導(dǎo)管中流動的物質(zhì)的組合質(zhì)量和剛性特征限定的。
當(dāng)在流量計(jì)中沒有物質(zhì)流動時(shí)，在施加的驅(qū)動力作用下，導(dǎo)管上所有點(diǎn)以相同的相位或零流量相位按照驅(qū)動振動的模式振蕩。當(dāng)物質(zhì)開始流動時(shí)，科里奧利力引起導(dǎo)管上任意兩點(diǎn)之間相位差的變化。該導(dǎo)管入口側(cè)的相位滯后于驅(qū)動器，而出口側(cè)的相位超前于驅(qū)動器。在導(dǎo)管上設(shè)置有拾取傳感器以產(chǎn)生表示導(dǎo)管運(yùn)動的正弦信號。對從拾取傳感器輸出的信號進(jìn)行處理以確定拾取傳感器之間相位差的變化。兩個(gè)拾取傳感器信號之間相位差的變化正比于流過該導(dǎo)管的物質(zhì)的質(zhì)量流率。
每一種科里奧利流量計(jì)和每一種振動管密度計(jì)的典型組件是驅(qū)動或激勵系統(tǒng)。該驅(qū)動系統(tǒng)用于向?qū)Ч苁┘右粋€(gè)周期性作用力，以使該導(dǎo)管振蕩。該驅(qū)動系統(tǒng)包括安裝在流量計(jì)導(dǎo)管上的至少一個(gè)驅(qū)動器。該驅(qū)動器機(jī)構(gòu)通常包含多種已知結(jié)構(gòu)之一，例如，但是不限于，一個(gè)音圈，其中一個(gè)磁體安裝在一根導(dǎo)管上，而在與該磁體相對關(guān)系的另一導(dǎo)管上安裝有一個(gè)線圈。一個(gè)驅(qū)動電路持續(xù)地向該驅(qū)動線圈施加周期性，通常為正弦波形或方波形驅(qū)動信號。通過由該線圈響應(yīng)周期性驅(qū)動信號產(chǎn)生的連續(xù)交變磁場與由磁體產(chǎn)生的恒定磁場的相互作用，兩個(gè)流管開始按照相反的正弦模式作受迫振動，之后維持這種振動。本領(lǐng)域的技術(shù)人員認(rèn)識到，任何能夠?qū)㈦娦盘栟D(zhuǎn)換為機(jī)械力的裝置都適合用作一個(gè)驅(qū)動器。(參見授予Carpenter并轉(zhuǎn)讓給Micro Motion公司的美國專利US-4777833)此外，也不必須要使用正弦信號，而可以是適合作為驅(qū)動器信號的任何周期信號(參見授予Kalotay等人并轉(zhuǎn)讓給Micro Motion公司的美國專利US-5009109)。
驅(qū)動科里奧利流量計(jì)振動的一種典型模式是第一異相彎曲模式，盡管這種模式不是唯一模式。這種第一異相彎曲模式是雙管科里奧利流量計(jì)的兩根導(dǎo)管彼此反向振動的基頻彎曲模式。但是，這不是在以第一異相振動模式驅(qū)動的科里奧利流量計(jì)的振動結(jié)構(gòu)中存在的唯一振動模式。當(dāng)然存在可能激勵的更高的振動模式。此外，由于流體流過振動流管和隨之產(chǎn)生的科里奧利力，還存在一種第一異相扭曲模式，這種模式是與其它模式一起被激勵的。還存在同相和橫向振動模式。最終，在被驅(qū)動以所說第一異相彎曲模式振蕩的科里奧利流量計(jì)中存在數(shù)百種實(shí)際激勵的振動模式。即使在接近第一異相彎曲模式的相對狹窄頻率范圍內(nèi)，也存在至少若干種附加振動模式。除了被流管驅(qū)動激勵激勵的多種模式之外，還可能存在由于流量計(jì)外部振動激勵的模式。例如，設(shè)置在生產(chǎn)線其它位置的一個(gè)泵可以沿管線產(chǎn)生振動，這種振動激勵了科里奧利流量計(jì)中的一種振動模式。有時(shí)，在科里奧利流量計(jì)中激勵出附加和不利模式的其它原因是由于制造公差使得驅(qū)動元件沒有對稱地設(shè)置在流管上。這導(dǎo)致驅(qū)動器在流管上施加偏心力，因而激勵多種振動模式。因此，在驅(qū)動下以第一異相彎曲模式振蕩或諧振的科里奧利流量計(jì)的導(dǎo)管實(shí)際上還以除了第一異相彎曲模式以外的許多其它模式振蕩。在驅(qū)動下以與第一異相彎曲模式不同的一種模式振蕩的流量計(jì)也會發(fā)生除預(yù)定驅(qū)動模式以外還存在多種激勵模式的現(xiàn)象。
現(xiàn)有的驅(qū)動系統(tǒng)處理一個(gè)反饋信號，通常是拾取傳感器信號之一，以產(chǎn)生所說驅(qū)動信號。但是，該驅(qū)動反饋信號中包含對于除所需激勵模式以外的其它模式的響應(yīng)。因此，將該驅(qū)動反饋信號由一個(gè)頻率域?yàn)V波器進(jìn)行濾波以去除不希望有的成分，然后放大經(jīng)過濾波的信號，并傳送到驅(qū)動器。但是，用于對驅(qū)動反饋信號進(jìn)行濾波的頻率域?yàn)V波器在將存在于驅(qū)動反饋信號中的一種所需驅(qū)動模式響應(yīng)與其它模式響應(yīng)隔離方面不是十分有效。在所需模式諧振頻率附近可能存在其它模式的非諧振響應(yīng)。在接近所需諧振頻率的頻率處也可能存在諧振響應(yīng)。在任何情況下，經(jīng)過濾波的驅(qū)動反饋信號，即驅(qū)動信號除了流管的所需激勵模式以外，還包含其它頻率的模態(tài)成分。由多種模式的諧振響應(yīng)組成的驅(qū)動信號通過驅(qū)動器將能量輸入到激勵出使驅(qū)動信號包含模態(tài)成分的每種模式的流管中。這種多模式驅(qū)動信號在科里奧利流量計(jì)中引起了操作問題。此外，頻率域?yàn)V波器造成經(jīng)過濾波的驅(qū)動信號產(chǎn)生相位滯后。這可能導(dǎo)致需要較高的驅(qū)動功率來驅(qū)動流管在所需幅值振動。
多模式驅(qū)動信號引起的一個(gè)問題是該驅(qū)動信號加強(qiáng)了外部振動如管線振動。如果在科里奧利流量計(jì)以外的管線振動使得流量計(jì)發(fā)生振動，則驅(qū)動反饋信號中包含對于管線振動的響應(yīng)。如果管線振動至少部分落入濾波器通頻帶內(nèi)，則該頻率域?yàn)V波器無法消除不需要的響應(yīng)。經(jīng)過濾波的驅(qū)動反饋信號，包括對于管線振動不需要的響應(yīng)，被放大并施加到該驅(qū)動器。然后該驅(qū)動器工作以加強(qiáng)管線振動的激勵模式。
具有多頻率模態(tài)成分的驅(qū)動信號的另一個(gè)問題在使用科里奧利流量計(jì)進(jìn)行密度測量時(shí)出現(xiàn)。在科里奧利流量計(jì)或振動管密度計(jì)中進(jìn)行的密度測量依賴于振動流管諧振頻率的測量。當(dāng)響應(yīng)包含多模式模態(tài)成分的驅(qū)動信號驅(qū)動流管時(shí)產(chǎn)生問題。驅(qū)動信號中多模式的重疊可能導(dǎo)致以偏離所需驅(qū)動模式的實(shí)際諧振頻率驅(qū)動流管產(chǎn)生非諧振。因而會導(dǎo)致密度測量的誤差。
上述問題講述了用于激勵一種模式的驅(qū)動信號質(zhì)量下降使得它激勵多種模式的各種狀況。由申請人Timothy J．Cuningham于1997年7月11日提交的待審查申請No．08／890785(下文中稱之為‘785申請)教導(dǎo)了使用一個(gè)模態(tài)濾波器從至少兩個(gè)反饋信號生成一個(gè)驅(qū)動信號，其中模態(tài)濾波驅(qū)動信號僅僅具有所需振動模式的模態(tài)成分。模態(tài)濾波器用于增強(qiáng)所需振動模式，并抑制一種或多種不需要的模式。所說‘785申請首次教導(dǎo)了能夠產(chǎn)生僅僅具有所需驅(qū)動模式的模態(tài)成分的驅(qū)動信號的一種驅(qū)動系統(tǒng)。
在有些情況下，希望激勵多種模式，因此需要具有多模式的模態(tài)成分的驅(qū)動信號。例如參見轉(zhuǎn)讓給Micro Motion公司的待審查申請No．08／689839(1996年8月14日申請)，其中激勵兩種模式，兩種激勵模式的諧振頻率比值的變化與振動導(dǎo)管內(nèi)的流體壓力相關(guān)。兩種模式的同時(shí)激勵需要具有這兩種模式的模態(tài)成分的驅(qū)動信號。還可能由于其它一些原因，需要驅(qū)動振動導(dǎo)管，使得激勵多種模式和抑制多種模式。授予申請人Timothy J．Cunningham和Stuart Shelley的待審查申請No．08／984927(1997年12月4日申請，下文中稱之為‘927申請)教導(dǎo)了利用具有第一模式的模態(tài)成分的一個(gè)驅(qū)動信號和具有第二模式的一個(gè)第二驅(qū)動信號的時(shí)間域重疊產(chǎn)生一個(gè)雙模式驅(qū)動信號。Cunningham和Shelley的申請還教導(dǎo)了將驅(qū)動器在振動流管上最佳定位，使得不會激勵不需要的模式，特別是教導(dǎo)了多個(gè)驅(qū)動器的利用?，F(xiàn)有的驅(qū)動控制裝置不能產(chǎn)生具有所需多模式的模態(tài)成分的驅(qū)動信號和向多個(gè)驅(qū)動器傳送經(jīng)過模態(tài)濾波的驅(qū)動信號。
因此需要一種驅(qū)動控制系統(tǒng)，它能夠適用于處理多個(gè)驅(qū)動反饋信號以產(chǎn)生多個(gè)驅(qū)動信號，每個(gè)驅(qū)動信號具有影響多種模式的模態(tài)成分。
技術(shù)解決方案本發(fā)明的通用模態(tài)空間驅(qū)動控制系統(tǒng)解決了上述問題以及其它問題，并且實(shí)現(xiàn)了本領(lǐng)域的技術(shù)進(jìn)步。本發(fā)明提供了一種通用驅(qū)動控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)在模態(tài)域中工作以產(chǎn)生用于一種振動結(jié)構(gòu)上的一個(gè)或多個(gè)驅(qū)動器的驅(qū)動信號。所說驅(qū)動系統(tǒng)接收多個(gè)驅(qū)動反饋信號，將振動導(dǎo)管的模態(tài)成分分解為單自由度(SDOF)模態(tài)響應(yīng)信號，以選擇每種模式的所需量，和將所得結(jié)果變換為物理域以應(yīng)用與所說驅(qū)動器。因此，利用本發(fā)明的通用驅(qū)動控制系統(tǒng)，產(chǎn)生一個(gè)或多個(gè)驅(qū)動信號以激勵一個(gè)或多個(gè)驅(qū)動器，從而激勵或抑制該振動結(jié)構(gòu)中的某些模式。此外，本發(fā)明的驅(qū)動控制系統(tǒng)在多種操作配置中工作，并且易于在這些配置之間轉(zhuǎn)換。例如，本發(fā)明在流率測量操作配置中產(chǎn)生一組驅(qū)動信號，而在軸向應(yīng)力測量操作配置中產(chǎn)生另一組驅(qū)動信號。
本發(fā)明的驅(qū)動控制信號用于控制包括至少一根振動導(dǎo)管的振動結(jié)構(gòu)的振動模式。所說振動結(jié)構(gòu)還可以包括其它振動導(dǎo)管或沒有被該流量計(jì)所測量的流體接觸的一個(gè)或多個(gè)平衡條。此外，所說振動結(jié)構(gòu)還可以包括例如法蘭或外殼。根據(jù)本發(fā)明，反饋傳感器和驅(qū)動器設(shè)置在振動結(jié)構(gòu)的任何部分，以激勵所需模式和抑制不需要的模式。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，至少采用一個(gè)反饋傳感器產(chǎn)生指示振動導(dǎo)管運(yùn)動狀態(tài)的運(yùn)動信號。所說運(yùn)動信號具有多種模式的模態(tài)成分，每種模式與一個(gè)頻率相關(guān)。多頻率帶通濾波器產(chǎn)生多模態(tài)響應(yīng)信號。每種模態(tài)響應(yīng)信號與在振動導(dǎo)管上存在的一種振動模式相關(guān)。在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，至少使用兩個(gè)反饋傳感器產(chǎn)生指示振動導(dǎo)管運(yùn)動狀態(tài)的運(yùn)動信號。這些運(yùn)動信號包含多個(gè)振動模式的模態(tài)成分。這些運(yùn)動信號輸入到一個(gè)多信道模態(tài)濾波器中，該濾波器具有可由驅(qū)動控制系統(tǒng)作用，即激勵或抑制每一種模式的一個(gè)信道。該模態(tài)濾波器的每一信道產(chǎn)生對應(yīng)于導(dǎo)管的多種振動模式之一的一個(gè)模態(tài)響應(yīng)信號。具有對應(yīng)于各個(gè)模態(tài)響應(yīng)信號的一個(gè)信道的一個(gè)驅(qū)動控制器產(chǎn)生對應(yīng)于每種振動模式的一個(gè)模態(tài)激勵信號。對應(yīng)于給定振動模式的模態(tài)激勵信號表示給定模式在最終的驅(qū)動信號中存在的程度。一個(gè)模態(tài)-物理力轉(zhuǎn)換器接收模態(tài)激勵信號，將它們變換到物理域，并輸出一個(gè)或多個(gè)驅(qū)動信號用于一個(gè)或多個(gè)驅(qū)動器。本發(fā)明的再一個(gè)實(shí)施例使用除模態(tài)濾波器以外的頻率帶通濾波器或其它時(shí)域?yàn)V波器以產(chǎn)生模態(tài)響應(yīng)信號，供進(jìn)一步處理。在本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施例中，結(jié)合使用頻率帶通濾波器和模態(tài)濾波器。每一模態(tài)濾波器信道的輸出通過一個(gè)頻率域?yàn)V波器。
本發(fā)明的模態(tài)濾波器包括對應(yīng)于驅(qū)動系統(tǒng)所控制的每種振動模式的一個(gè)信道。對于由本發(fā)明的驅(qū)動系統(tǒng)控制的每種振動產(chǎn)生一個(gè)模態(tài)響應(yīng)信號，該信號基本是一個(gè)SDOF信號。模態(tài)濾波器信道的配置一旦設(shè)定之后，不再需要重新配置，即使該驅(qū)動系統(tǒng)從一種第一工作配置轉(zhuǎn)換到一種第二操作配置。同樣，所說的模態(tài)-物理力轉(zhuǎn)換器也是根據(jù)這里公開的各種方法配置的，即使當(dāng)驅(qū)動系統(tǒng)從一個(gè)第一操作配置轉(zhuǎn)換到一個(gè)第二操作配置時(shí)也不需要重新配置。
驅(qū)動控制器的每個(gè)信道接收所說SDOF模態(tài)響應(yīng)信號之一。將該模態(tài)響應(yīng)信號與一個(gè)模態(tài)響應(yīng)調(diào)整點(diǎn)進(jìn)行比較以產(chǎn)生一個(gè)模態(tài)誤差信號。由一個(gè)增益級將所說模態(tài)誤差信號放大以產(chǎn)生對應(yīng)于由本發(fā)明的驅(qū)動系統(tǒng)控制的每種模式的模態(tài)激勵信號。對應(yīng)于每種受控振動模式的模態(tài)激勵信號的相對幅值表示一種給定模式對于由本發(fā)明驅(qū)動系統(tǒng)產(chǎn)生的驅(qū)動信號的貢獻(xiàn)程度。例如，如果需要抑制一種給定模式，即一種“不需要的”模式，則對應(yīng)模態(tài)響應(yīng)信號的模態(tài)響應(yīng)調(diào)整點(diǎn)為零。利用所說模態(tài)-物理力轉(zhuǎn)換器將所得的模態(tài)激勵信號變換到物理域，即一個(gè)作用力。將所說作用力施加到振動管以抑制所說不需要的模式。
本發(fā)明的驅(qū)動系統(tǒng)提供了多種操作配置。因此，利用本發(fā)明驅(qū)動系統(tǒng)的科里奧利流量計(jì)可能在各種操作配置之間轉(zhuǎn)換，每個(gè)操作配置需要一種不同的驅(qū)動方法。考慮下述的示例。按照一種第一操作配置，某一振動模式可能是不需要的，所以利用本發(fā)明的驅(qū)動系統(tǒng)給予抑制。但是，在第二操作配置中，同樣的振動模式可能是需要的，所以利用本發(fā)明的驅(qū)動系統(tǒng)予以增強(qiáng)。本發(fā)明的驅(qū)動系統(tǒng)從一種操作配置轉(zhuǎn)換到另一種操作配置的唯一變化是驅(qū)動控制器的每個(gè)信道的模態(tài)響應(yīng)調(diào)整點(diǎn)不同。查閱表中包含給定科里奧利流量計(jì)或振動密度計(jì)的各種操作配置的適合調(diào)整點(diǎn)。
本發(fā)明的驅(qū)動系統(tǒng)將多個(gè)運(yùn)動信號從時(shí)間域變換到模態(tài)域。在模態(tài)域中，將運(yùn)動信號分解為對應(yīng)于驅(qū)動系統(tǒng)所控制的每種振動模式的一種SDOF模態(tài)響應(yīng)信號。處理每個(gè)模態(tài)響應(yīng)信號以產(chǎn)生一個(gè)相應(yīng)的模態(tài)激勵信號。所說模態(tài)激勵信號表示作為驅(qū)動信號分量施加以實(shí)現(xiàn)所需模態(tài)響應(yīng)調(diào)整點(diǎn)的相應(yīng)振動模式的幅值。將所說模態(tài)激勵信號從模態(tài)域變換到時(shí)間域以產(chǎn)生一個(gè)或多個(gè)驅(qū)動信號，該驅(qū)動信號導(dǎo)致在驅(qū)動器上施加一個(gè)作用力。
附圖簡介

圖1表示一個(gè)科里奧利流量計(jì)和相關(guān)的流量計(jì)電路部分；圖2為表示根據(jù)本發(fā)明構(gòu)成的通用模態(tài)空間驅(qū)動控制系統(tǒng)的方框示意圖；圖3為表示根據(jù)本發(fā)明構(gòu)成的一個(gè)驅(qū)動電路的方框示意圖；圖4表示一個(gè)典型流管反饋信號的頻率響應(yīng)函數(shù)和代表各個(gè)組成振動模式對于反饋信號貢獻(xiàn)的其它頻率響應(yīng)函數(shù)；圖5為表示根據(jù)本發(fā)明構(gòu)成的一個(gè)多信道模態(tài)濾波器的方框示意圖；圖6表示根據(jù)本發(fā)明構(gòu)成的一個(gè)模態(tài)響應(yīng)信號處理器；圖7為表示將一個(gè)標(biāo)量模態(tài)激勵信號變換為一個(gè)物理力投影向量的處理步驟的流程圖；圖8為表示通過試錯法選擇模態(tài)濾波器加權(quán)系數(shù)的處理步驟的流程圖；圖9為表示通過計(jì)算本征向量矩陣的逆矩陣或偽逆矩陣來選擇模態(tài)濾波器加權(quán)系數(shù)的處理步驟的流程圖；圖10表示根據(jù)本發(fā)明構(gòu)成的另一個(gè)驅(qū)動控制器；圖11為概括本發(fā)明操作過程的流程圖；圖12表示根據(jù)本發(fā)明構(gòu)成的一個(gè)模態(tài)響應(yīng)信號發(fā)生器。
發(fā)明詳述科里奧利流量計(jì)概述-參照圖1圖1表示一個(gè)科里奧利流量計(jì)5，它包括科里奧利流量計(jì)組件10和流量計(jì)電路部分20。流量計(jì)電路部分20通過導(dǎo)線100與流量計(jì)組件10相連以通過輸出線路26提供密度、質(zhì)量流率、體積流率、總質(zhì)量流量和其它信息。盡管對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說本發(fā)明顯然可以應(yīng)用于沒有科里奧利質(zhì)量流量計(jì)所提供的附加測量性能的一個(gè)振動管密度計(jì)，但是這里僅描述一種科里奧利流量計(jì)結(jié)構(gòu)。此外，本發(fā)明可以應(yīng)用于使用一個(gè)以上驅(qū)動器或兩個(gè)以上拾取傳感器的科里奧利流量計(jì)或密度計(jì)。
流量計(jì)組件10包括一對法蘭101和101’、集管102和流管103A和103B。驅(qū)動器104和拾取傳感器105和105’與流管103A和103B相連。撐桿106和106’用于限定每根流管的振蕩軸w和w’。
當(dāng)將流量計(jì)10插入載有待測量流質(zhì)的一個(gè)管線系統(tǒng)(未示出)時(shí)，流質(zhì)通過法蘭101進(jìn)入流量計(jì)組件10，穿過集管102，在集管中流質(zhì)被引導(dǎo)進(jìn)入流管103A和103B，流過流管103A和103B，回到集管102，又從這里經(jīng)過法蘭101’流出流量計(jì)組件10。
選擇流管103A和103B，并正確地安裝到集管102上，使得它們圍繞彎曲軸W-W和W’-W’分別具有基本相同的質(zhì)量分布、慣性動量和彈性模量。這些流管以基本平行的方式從集管向外延伸。
驅(qū)動器104以圍繞其各自的彎曲軸W和W’的相反方向和稱為流量計(jì)第一異相彎曲模式的模式驅(qū)動流管103A和103B。驅(qū)動器104可以具有任何眾所周知的一種構(gòu)造，例如在流管103A上安裝一個(gè)磁體，在流管103B上安裝一個(gè)相對的線圈，交變電流在所說線圈中流過以振動兩個(gè)流管。流量計(jì)電路部分20經(jīng)由導(dǎo)線110向驅(qū)動器104施加一個(gè)適合的驅(qū)動信號。如在上文中指出并在這里詳細(xì)講述的，本發(fā)明適合于與任何數(shù)量的驅(qū)動器結(jié)合使用。對于圖1的描述僅僅作為科里奧利流量計(jì)操作的一個(gè)示例，而不是用于限制本發(fā)明的教導(dǎo)。
流量計(jì)電路部分20接收分別在導(dǎo)線111和111’上輸出的左側(cè)速度信號和右側(cè)速度信號。流量計(jì)電路部分20產(chǎn)生所說驅(qū)動信號，經(jīng)由導(dǎo)線110輸出，使得驅(qū)動器104振動管103A和103B。如這里所述，本發(fā)明能夠產(chǎn)生用于多個(gè)驅(qū)動器的多個(gè)驅(qū)動信號。流量計(jì)電路部分20處理所說左側(cè)速度信號和右側(cè)速度信號，以計(jì)算質(zhì)量流率，和通過流量計(jì)組件的流質(zhì)密度。這個(gè)信息由流量計(jì)電路部分20經(jīng)由線路26傳送到應(yīng)用設(shè)備(未示出)。
本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知，科里奧利流量計(jì)5的結(jié)構(gòu)與振動管密度計(jì)十分相似。振動管密度計(jì)也利用了流體從中流過的一根振動管，或者，在采樣型密度計(jì)中，流體保持在其中的振動管。振動管密度計(jì)也應(yīng)用一個(gè)驅(qū)動系統(tǒng)，用以激勵流管振動。由于密度測量僅僅需要測量頻率，而不需要測量相位，所以振動管密度計(jì)通常只使用一個(gè)反饋信號。這里對于本發(fā)明的描述同樣可以應(yīng)用于振動管密度計(jì)。本領(lǐng)域技術(shù)人員認(rèn)識到，在現(xiàn)有的科里奧利流量計(jì)已經(jīng)具有兩個(gè)可以輸入到模態(tài)濾波器中的反饋信號的情況下，現(xiàn)有的振動管密度計(jì)通常僅僅具有一個(gè)反饋信號。因此，要將本發(fā)明應(yīng)用于振動管密度計(jì)，只需要在振動管密度計(jì)中提供一個(gè)附加的反饋信號即可。流量計(jì)電路部分概述-參照圖2圖2為表示適用于一般情況的流量計(jì)電路部分20的方框示意圖，在圖示情況下有L個(gè)反饋信號傳感器202A-202L和M個(gè)驅(qū)動器206A-206M。L和M為任意整數(shù)。流量計(jì)電路部分20包括質(zhì)量流率電路30和驅(qū)動電路40。質(zhì)量流率電路30是一種已知電路，它根據(jù)振動管上兩個(gè)點(diǎn)之間的相位差計(jì)算流過振動管的流體的質(zhì)量流率。質(zhì)量流率電路30通常也使用反饋傳感器202A-202L中的兩個(gè)產(chǎn)生質(zhì)量流率信息，盡管驅(qū)動電路40使用的反饋傳感器可以與質(zhì)量流率電路30使用的反饋傳感器分開。質(zhì)量流率電路30經(jīng)由線路26向應(yīng)用設(shè)備(未示出)提供一個(gè)輸出信號。這種應(yīng)用設(shè)備可以是例如一個(gè)顯示器。質(zhì)量流率電路30的技術(shù)細(xì)節(jié)對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是眾所周知的，并且不構(gòu)成本發(fā)明的一部分。有關(guān)質(zhì)量流率電路30的示例信息可以參見美國專利RE-31450(1983年11月29日授予Smith，并已轉(zhuǎn)讓給Micro Motion公司)、或US-4879911(1989年11月14日授予Zolock，并已轉(zhuǎn)讓給Micro Motion公司)、或US-5231884(1993年8月3日授予Zolock，并已轉(zhuǎn)讓給Micro Motion公司)。驅(qū)動電路40接收分別經(jīng)由線路204A-204L從反饋傳感器202A-202L輸出的運(yùn)動信號。驅(qū)動電路40產(chǎn)生M個(gè)驅(qū)動信號，分別經(jīng)由線路208A-208M傳送到驅(qū)動器206A-206M?？扇〉氖牵景l(fā)明利用來自至少兩個(gè)用于檢測振動管上兩個(gè)不同點(diǎn)的運(yùn)動的反饋傳感器的至少兩個(gè)運(yùn)動信號。本發(fā)明的工作至少需要一個(gè)驅(qū)動器。本申請的其余討論主要針對驅(qū)動電路40的操作。模態(tài)空間驅(qū)動控制器概述-參照圖3和圖4圖3表示驅(qū)動電路40，所說驅(qū)動電路中模態(tài)濾波器310和模態(tài)響應(yīng)信號處理器320。振動導(dǎo)管302示意性表示導(dǎo)管103A-103B或任何其它單個(gè)或多個(gè)導(dǎo)管構(gòu)造。如上所述，振動導(dǎo)管302可以是包括其它振動元件的振動結(jié)構(gòu)的一部分。雖然這個(gè)實(shí)施例是將振動導(dǎo)管302作為總體振動結(jié)構(gòu)加以描述的，但是應(yīng)當(dāng)理解，如在上文中指出的，振動導(dǎo)管可以僅僅包括振動結(jié)構(gòu)的一部分。驅(qū)動器206A-206M產(chǎn)生的作用力304使得振動導(dǎo)管302發(fā)生振動。當(dāng)振動導(dǎo)管302發(fā)生振動時(shí)，反饋傳感器202A-202L檢測到運(yùn)動。反饋傳感器202A-202L設(shè)置在振動結(jié)構(gòu)上的不同點(diǎn)，即振動導(dǎo)管302的不同點(diǎn)，并產(chǎn)生運(yùn)動信號，經(jīng)由線路204A-204L輸入到驅(qū)動電路40。
運(yùn)動信號輸入到多信道模態(tài)濾波器310。多信道模態(tài)濾波器310將運(yùn)動信號的模態(tài)成分分解，在線路312A-312N上產(chǎn)生N個(gè)模態(tài)影響信號。圖4表示多信道模態(tài)濾波器310的操作。曲線圖401-404中的垂直軸表示導(dǎo)管響應(yīng)幅值與輸入驅(qū)動力幅值的對數(shù)比。曲線圖401表示振動導(dǎo)管例如振動導(dǎo)管302的頻率響應(yīng)函數(shù)(FRF)405。頻率響應(yīng)函數(shù)表征施加在一結(jié)構(gòu)中某一位置的作用力與該結(jié)構(gòu)中另一位置的相關(guān)運(yùn)動之間的動態(tài)特性。因此，F(xiàn)RF405為例如在振動管302上的反饋傳感器之一位置處的FRF。FRF405具有在某一頻率范圍內(nèi)模式A、B和C的模態(tài)成分。由反饋傳感器202A-202L產(chǎn)生的每個(gè)運(yùn)動信號具有類似于FRF405的模態(tài)成分。多信道模態(tài)濾波器310將這些運(yùn)動信號的模態(tài)成分分解，以在線路312A-312N上產(chǎn)生基本上為單自由度(SDOF)的模態(tài)響應(yīng)信號，并且具有如曲線圖402-404所示的FRF。曲線圖402表示對應(yīng)于線路312A上模式A的模態(tài)響應(yīng)信號的FRF406或FRF405的第一異相彎曲模式分量。曲線圖403表示對應(yīng)于線路312B上模式B的模態(tài)響應(yīng)信號的FRF407或FRF405的第一異相扭曲模式分量。曲線圖404表示對應(yīng)于線路312N上模式C的模態(tài)響應(yīng)信號的FRF408，或FRF405的第二異相彎曲模式分量。因此，多信道模態(tài)濾波器310的輸入為線路204A-204L上的L運(yùn)動信號。多信道模態(tài)濾波器310的輸出為線路312A-312N上的N個(gè)SDOF模態(tài)響應(yīng)信號，其中每個(gè)模態(tài)響應(yīng)信號表示振動管302在一種模式下的模態(tài)成分?？梢赃@樣構(gòu)成多信道模態(tài)濾波器310，以產(chǎn)生所研究頻率范圍內(nèi)存在的任何模式的模態(tài)響應(yīng)信號。
將所說模態(tài)響應(yīng)信號輸入到模態(tài)響應(yīng)信號處理器320中。如參照圖6更加詳細(xì)描述的，模態(tài)響應(yīng)信號處理器320處理模態(tài)響應(yīng)信號以在線路208A-208M上產(chǎn)生M個(gè)驅(qū)動信號。在最簡單的情況下，只有一個(gè)驅(qū)動器，所以只有一個(gè)驅(qū)動信號。多信道模態(tài)濾波器-參照圖5圖5為多信道模態(tài)濾波器310的更詳細(xì)描述。多信道模態(tài)濾波器310由模態(tài)濾波器信道500A-500N構(gòu)成。除了各自的放大器504A-504N、505A-505N和506A-506N的增益不同以外，模態(tài)濾波器信道500A-500N是一樣的。如這里所述，設(shè)定模態(tài)濾波器信道500A-500N中放大器的增益，使得每個(gè)模態(tài)濾波器信道500A-500N輸出一個(gè)模態(tài)響應(yīng)信號，該模態(tài)響應(yīng)信號對應(yīng)于振動導(dǎo)管302中存在的一種振動模式。因?yàn)槎鄠€(gè)信道之間存在完全相同之處，所以這里只詳細(xì)介紹模態(tài)濾波器信道500A-500N中的一個(gè)。
關(guān)于模態(tài)濾波器信道500A，從反饋傳感器202A-202L輸出的運(yùn)動信號分別輸入到放大器504A-506A中。放大器506A表示用于從任意數(shù)量的附加反饋傳感器202A-202L中接收運(yùn)動信號的任何數(shù)量的附加反饋傳感器202A-202L。放大器504A具有增益AG1，放大器505A具有增益AG2，放大器506A具有增益AGL。增益AG1-AGL被稱為由模態(tài)濾波器信道500A施加到線路204A-204L上的加權(quán)系數(shù)。放大器504A-506A在線路507A-509A上的輸出被稱為加權(quán)反饋信號。加法器510A將這些加權(quán)反饋信號相加，以在線路511A上產(chǎn)生一個(gè)SDOF模態(tài)響應(yīng)速度信號。將線路511A上的模態(tài)響應(yīng)速度信號輸入到積分器512A。積分器512A將線路511A上的模態(tài)響應(yīng)速度信號積分以在線路312A上產(chǎn)生一個(gè)模態(tài)響應(yīng)位移信號。模態(tài)濾波器加權(quán)系數(shù)的選擇-參照圖8-9下面參照圖8和圖9更加詳細(xì)地討論多信道模態(tài)濾波器310中每個(gè)信道的加權(quán)系數(shù)的選擇。有許多種方法可以用于選擇施加到科里奧利質(zhì)量流量計(jì)驅(qū)動電路的模態(tài)濾波器加權(quán)系數(shù)。用于確定加權(quán)系數(shù)的手段并不是嚴(yán)格限定的，任何一種方法或方法的組合都是適合和等效的。
用于選擇科里奧利驅(qū)動電路的模態(tài)濾波器加權(quán)系數(shù)的一種方法是試錯法。如參照圖3-5所指出的，多信道模態(tài)濾波器310的所需結(jié)果是產(chǎn)生對應(yīng)于振動導(dǎo)管302上的振動模式的SDOF模態(tài)響應(yīng)信號。圖8為表示使用試錯法選擇多信道模態(tài)濾波器310的一個(gè)信道的模態(tài)濾波器加權(quán)系數(shù)的步驟的流程圖。重復(fù)步驟801-804直至獲得適合的SDOF模態(tài)響應(yīng)信號作為例如信道500A的輸出。利用一個(gè)真實(shí)的科里奧利流量計(jì)，恰當(dāng)?shù)匕惭b之后，執(zhí)行步驟801-804，借助于能夠改變模態(tài)濾波器放大器增益的一個(gè)驅(qū)動電路產(chǎn)生所需的反饋信號?；蛘?，可以以例如數(shù)字音頻磁帶格式記錄所說反饋信號，并且重新施加到模態(tài)濾波器驅(qū)動電路中，使每一個(gè)信號經(jīng)過步驟801-804?；蛘?，利用科里奧利流量計(jì)的一個(gè)數(shù)值模型和相關(guān)的驅(qū)動電路執(zhí)行步驟801-804。
程序從步驟800開始，進(jìn)行到步驟801，在這個(gè)步驟選擇第一組加權(quán)系數(shù)。在執(zhí)行步驟801的過程中，在每一次執(zhí)行步驟801時(shí)可以選擇一組全新的加權(quán)系數(shù)(在信道500A的情況下為增益AG1-AGN)，或者在每一次執(zhí)行步驟801時(shí)只為一個(gè)反饋信號選擇一個(gè)新的加權(quán)系數(shù)。在步驟802過程中，將所說反饋信號施加到信道500A中，其中每個(gè)模態(tài)濾波器放大器具有在步驟801中確定的增益組。在步驟803過程中，測量并記錄濾波器輸出信號。處理程序從步驟803進(jìn)行到判斷框804。
判斷框804判斷所說濾波器信道輸出信號是否為對應(yīng)于適合的振動模式的SDOF模態(tài)響應(yīng)信號。如果在判斷框804的執(zhí)行過程中判定所說濾波器信道的信號輸出基本上是所需振動模式的SDOF模態(tài)響應(yīng)信號，則處理程序進(jìn)行到判斷框805，在該步驟中判斷在該多信道濾波器中是否存在需要加權(quán)系數(shù)的更多信道。如果判斷該濾波器信道的信號輸出基本上不是所需振動模式的SDOF模態(tài)響應(yīng)信號，則處理程序返回到步驟801。在步驟801中選擇一組新的加權(quán)系數(shù)，并且再次執(zhí)行步驟802-804以確定產(chǎn)生SDOF模態(tài)響應(yīng)信號的一組加權(quán)系數(shù)的位置。通過執(zhí)行判斷框804，對于信道500A-500N中的每一個(gè)重復(fù)這個(gè)步驟，直到信道500A-500N中的每一個(gè)產(chǎn)生對應(yīng)于一種振動模式的SDOF模態(tài)響應(yīng)信號為止。
為多信道模態(tài)濾波器310中的每一個(gè)信道選擇加權(quán)系數(shù)的另一種方法是計(jì)算本征向量矩陣的逆矩陣或偽逆矩陣。如上所述，科里奧利流量計(jì)的振動流管呈現(xiàn)為多種振動模式的組合。分析流管在物理坐標(biāo)系中的運(yùn)動，例如在各個(gè)點(diǎn)和各個(gè)方向上的唯一響應(yīng)，需要分析那些不容易獲得有關(guān)流管運(yùn)動的有用信息的關(guān)聯(lián)方程。但是，也可以使用模態(tài)變換將一個(gè)物理響應(yīng)向量變換為所說系統(tǒng)的模態(tài)響應(yīng)或模態(tài)坐標(biāo)。這種標(biāo)準(zhǔn)模態(tài)變換由下式給出(1) χ=φη其中χ為物理響應(yīng)坐標(biāo)向量φ為本征向量矩陣，其中各列為所研究的流管本征向量(也稱為模態(tài)向量)，和η為模態(tài)響應(yīng)坐標(biāo)向量。如下所述，可以對于任何科里奧利流量計(jì)流管展開其本征向量矩陣。可以將物理向量看作是模態(tài)濾波器的輸入，即反饋信號。所以由方程(1)求解η，該模態(tài)坐標(biāo)響應(yīng)為(2) η=φTx將方程(1)變換為方程(2)的形式需要獲得本征向量矩陣φ的偽逆矩陣。如果該本征向量矩陣為方陣，并且是滿秩矩陣，則在方程(2)中使用本征向量矩陣的逆矩陣(φ-1)，而不使用偽逆矩陣。當(dāng)來自流管的反饋信號數(shù)量等于所考慮的模式數(shù)量并且模態(tài)向量無線性相關(guān)時(shí)，所說本征向量矩陣為方陣和滿秩矩陣。
下面的一個(gè)示例可以說明用于計(jì)算模態(tài)矩陣的偽逆矩陣以確定多信道模態(tài)濾波器的一個(gè)信道的加權(quán)系數(shù)的程序。可以使用流量計(jì)的物理模型或數(shù)值模型建立所說的本征向量矩陣。在下列示例中，使用了流量計(jì)的一個(gè)數(shù)值模型。
為CMF100型科里奧利質(zhì)量流量計(jì)(由Boulder，Colorado的MicroMotion公司制造)的流管建立一個(gè)有限陣元模型。該模型固定在流管末端，在一個(gè)物理流量計(jì)上，它與流量計(jì)集管相連。有限元模型技術(shù)對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是眾所周知的，不構(gòu)成本發(fā)明的一部分。該示例性有限元模型是利用SDRC原理建立的，并利用從MacNeal-Schwendler獲得的一種有限元碼，MSC／NASTRAN進(jìn)行分析。有限元模型領(lǐng)域的技術(shù)人員知道可以選擇性地使用任何有限元碼。建立反饋傳感器的位置模型以產(chǎn)生表示磁體流管與線圈流管上對應(yīng)于右傳感器、驅(qū)動器和左傳感器的各個(gè)位置之間的相對運(yùn)動。這些“標(biāo)量點(diǎn)”技術(shù)在高級動態(tài)分析中是一種標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)。參見“A Finite E1ement for theVibration Analysis of a Fluid Conveying Timeshenko Beam”(AIAAPaper93-1552)，其中可以獲得有關(guān)科里奧利流量計(jì)有限元模型的更多信息。
從有限元模型中抽取CMF100模型的本征值系數(shù)，以建立所說CMF100傳感器的下列3行×10列本征向量矩陣 方程(3)所示完全的本征向量矩陣φfull中每一行對應(yīng)于流管上的一個(gè)物理位置。第一行對應(yīng)于左傳感器位置，第二行對應(yīng)于驅(qū)動器位置，第三行對應(yīng)于右傳感器位置。完全本征向量矩陣φfull中的每一列對應(yīng)于一種振動模式。有限元模型以已知的方式利用這個(gè)矩陣建立由拾取傳感器所產(chǎn)生信號的模型。如下所述，這個(gè)矩陣用于展開驅(qū)動電路模態(tài)濾波器中每個(gè)信道的加權(quán)系數(shù)。在該完全本征向量矩陣φfull中含有0的列(模式)為“同相模式”。這意味著在這些流管之間不存在相對運(yùn)動，因?yàn)閮筛鞴芫韵嗤俣群头较蜻\(yùn)動。因此，用于產(chǎn)生反饋信號的傳感器，在本例中為速度傳感器，用于濾除所有同相模式，所以它們被用作一種模態(tài)濾波器。通過消除所有同相列，可以簡化該完全本征向量矩陣。 方程(4)為一個(gè)簡化本征向量矩陣φreduced。利用簡化的本征向量矩陣φreduced可以將方程(1)，標(biāo)準(zhǔn)模態(tài)變換，重新寫為 其中ηb為第一異相彎曲模式模態(tài)坐標(biāo)響應(yīng)，ηt為第一異相扭曲模式模態(tài)坐標(biāo)響應(yīng)，η2b為第二異相彎曲模式模態(tài)坐標(biāo)響應(yīng)，F(xiàn)SA為反饋傳感器A的物理響應(yīng)，F(xiàn)SB為反饋傳感器B的物理響應(yīng)，F(xiàn)SL為反饋傳感器L的物理響應(yīng)。如果已知拾取傳感器響應(yīng)和簡化本征向量矩陣，則通過將方程(5)自左乘所說簡化本征向量矩陣的逆矩陣或偽逆矩陣可以如方程(6)所示確定所說模態(tài)坐標(biāo)響應(yīng)。 通過將該矩陣導(dǎo)入一種標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)學(xué)計(jì)算軟件包如Mathcad中并利用在這些計(jì)算軟件包中帶有的標(biāo)準(zhǔn)逆函數(shù)或偽逆函數(shù)之一可以求得所說簡化本征向量矩陣的逆矩陣。所得方程表示為方程(7) 方程(7)中的數(shù)值系數(shù)為科里奧利流量計(jì)驅(qū)動電路中模態(tài)濾波放大器的加權(quán)因數(shù)。例如，如果需要從反饋信號中抽取第一異相彎曲模式，如在信道500A的情況一樣，則如下式所示使用上述模態(tài)濾波器向量矩陣的第一行(8)ηb=8.2389(FSA)+16.5795(FSB)+8.2389(FSL)將該第一異相彎曲模式模態(tài)向量系數(shù)乘以103以簡化方程(8)。對于圖5所示的信道500A，將放大器504A的增益AG1設(shè)定為8．2389(對應(yīng)于反饋傳感器A的模態(tài)濾波器向量系數(shù))，增益AG2設(shè)定為16．5795(對應(yīng)于反饋濾波器B的模態(tài)濾波器向量系數(shù))，增益AGL設(shè)定為8．2389(對應(yīng)于反饋傳感器L的模態(tài)濾波器向量系數(shù))。同樣，利用方程(7)中的第二行和第三行中的系數(shù)分別作為信道500B-N的加權(quán)系數(shù)。因此每個(gè)信道500A-N產(chǎn)生對應(yīng)于在振動導(dǎo)管302上出現(xiàn)的一種振動模式的SDOF模態(tài)響應(yīng)信號。將這些加權(quán)因數(shù)作為一組進(jìn)行線性標(biāo)定以在線路312A上產(chǎn)生具有適合幅值的模態(tài)響應(yīng)信號，并輸入到模態(tài)響應(yīng)信號處理器320中。
圖9為表示通過計(jì)算本征向量矩陣的逆矩陣或偽逆矩陣確定驅(qū)動電路模態(tài)濾波器系數(shù)的處理步驟的流程圖。上文中以及參照圖9所述本征向量矩陣逆矩陣或偽逆矩陣的計(jì)算方法對于高級動態(tài)分析領(lǐng)域的技術(shù)人員來說是熟知的，并且是確定驅(qū)動電路模態(tài)濾波器系數(shù)的一種有用工具。圖9所示的流程圖從程序單元900開始，并進(jìn)行到步驟901。在步驟901中建立所說本征向量矩陣。如上所述，用于確定本征向量矩陣的本征向量的一種方法是通過建立從中抽取本征向量的流量計(jì)的有限元模型實(shí)現(xiàn)的。另一種方法是利用實(shí)驗(yàn)?zāi)B(tài)分析根據(jù)流量計(jì)的物理采樣值直接確定本征向量。實(shí)驗(yàn)?zāi)B(tài)分析對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是眾所周知的，其方法和使用都不構(gòu)成本發(fā)明的一部分。在利用適合的方法獲得本征向量之后，生成所說本征向量矩陣。方程(3)為對應(yīng)于流管上三個(gè)點(diǎn)的10種振動模式的一個(gè)完全本征向量矩陣的一個(gè)示例。該本征向量矩陣的每一列表示一種不同模式，而本征向量矩陣的行數(shù)表示自由度。然后將本征向量矩陣簡化到被濾波的模式。在本例中是通過消除以0作為系數(shù)的列實(shí)現(xiàn)的。對于這種示例結(jié)構(gòu)和這里所述的傳感器，以0為系數(shù)的列(模式)為同相模式。處理程序從步驟901進(jìn)行到步驟902。
在步驟902中，計(jì)算本征向量矩陣的逆矩陣或偽逆矩陣。本征向量矩陣的逆矩陣或偽逆矩陣中的每一行包含與一種特定模式相關(guān)的模態(tài)濾波器系數(shù)。通常這是利用方程(2)表示的，對于上述示例來說是用方程(7)表示的。處理程序接著進(jìn)行到步驟903。
在步驟903中，如上所述，選擇適合的模態(tài)濾波器加權(quán)系數(shù)，以為所說多信道模態(tài)濾波器中每一信道產(chǎn)生一種不同的SDOF模態(tài)響應(yīng)信號。模態(tài)響應(yīng)信號發(fā)生器-參照圖12圖12表示模態(tài)響應(yīng)信號發(fā)生器1200。模態(tài)響應(yīng)信號發(fā)生器1200是用于在線路312A-312N上產(chǎn)生模態(tài)響應(yīng)信號的多信道模態(tài)濾波器310的一種變型。模態(tài)響應(yīng)濾波器1200使用頻率帶通濾波器1202A-1202N將一個(gè)運(yùn)動信號，在本例中為反饋傳感器A的輸出信號，分解為模態(tài)響應(yīng)信號，其中每個(gè)模態(tài)響應(yīng)信號對應(yīng)于振動導(dǎo)管302呈現(xiàn)的一種振動模式。參照圖12和圖4，構(gòu)成帶通濾波器1202A，以如圖4所示通過頻率A。同樣，構(gòu)成帶通濾波器1202B，以通過頻率B，和構(gòu)成帶通濾波器1202N以通過頻率C，積分器1206A-1206N將線路1204A-1204N上的帶通濾波信號積分以根據(jù)反饋傳感器A輸出的速度信號產(chǎn)生位移信號。在時(shí)間域?yàn)V波器領(lǐng)域的技術(shù)人員知道在帶通濾波器1202A-1202N中可以使用許多不同的濾波技術(shù)中任何一種，其中包括，但不限于，數(shù)字信號處理技術(shù)。
在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，將圖12所示的帶通濾波器與圖5所示的多信道模態(tài)濾波器結(jié)合使用。例如，將帶通濾波器1202A應(yīng)用于放大器504A的輸出，將帶通濾波器1202B應(yīng)用于放大器505A的輸出，而將帶通濾波器1202N應(yīng)用于放大器506A的輸出。模態(tài)響應(yīng)信號處理器-概述-參照圖6如上所述，多信道模態(tài)濾波器310，或者模態(tài)響應(yīng)信號發(fā)生器1200，在線路312A-312N上產(chǎn)生N個(gè)模態(tài)響應(yīng)信號。電路線路312A-312N輸入到模態(tài)響應(yīng)信號處理器320。模態(tài)響應(yīng)信號處理器320處理所說的N個(gè)模態(tài)響應(yīng)信號以在線路208A-208M上產(chǎn)生M個(gè)驅(qū)動信號。
圖6為模態(tài)響應(yīng)信號處理器320的一個(gè)方框示意圖。模態(tài)響應(yīng)信號處理器包括驅(qū)動控制器602、模態(tài)-物理力投影器604和加法器606。一般來說，驅(qū)動控制器602通過線路312A-312N接收所說的N個(gè)模態(tài)響應(yīng)信號，并且對于每個(gè)模態(tài)響應(yīng)信號，根據(jù)模態(tài)響應(yīng)信號的所需給定值確定該模態(tài)響應(yīng)信號的偏差。利用放大器610A-610N將該偏差或“模式誤差信號”以模態(tài)增益(GA-GN)放大以產(chǎn)生一個(gè)模態(tài)激勵信號，該信號在由驅(qū)動器206A-206M施加到振動導(dǎo)管302時(shí)，改變振動導(dǎo)管302的模態(tài)成分，從而所得的模態(tài)響應(yīng)信號趨近于它們相應(yīng)的所需模態(tài)給定值。該模態(tài)激勵信號從驅(qū)動控制器602經(jīng)由線路618A-618N傳送到模態(tài)-物理力投影器604。
線路618A-618N上的模態(tài)激勵信號在模態(tài)域中表示施加到振動導(dǎo)管302上的激勵。但是，振動導(dǎo)管302自然在物理域中，所以必須將模態(tài)激勵信號轉(zhuǎn)換為所需的物理激勵，或物理力。這種變換是利用模態(tài)-物理力投影器604實(shí)現(xiàn)的。模態(tài)-物理力投影器604包括用于每一模態(tài)響應(yīng)信號的獨(dú)立信道620A-620N。每一個(gè)驅(qū)動器206A-206M的每一信道620A-620N有一個(gè)輸出。
模態(tài)-物理力投影器604的輸出傳送到加法器級606。如下文中更加詳細(xì)描述的，將模態(tài)-物理力投影器604的輸出相加，以在線路208A-208M上產(chǎn)生M個(gè)驅(qū)動信號。驅(qū)動控制器-參照圖6驅(qū)動控制器602包括用于N個(gè)模態(tài)響應(yīng)信號中每一個(gè)信號的信道601A-601N。每個(gè)信道601A-601N的功能和操作是類似的，所以下面只詳細(xì)介紹一個(gè)601A-601N。從以下對信道601A的介紹可以清楚地了解其余信道的操作。對于驅(qū)動控制器602的介紹分為對于模態(tài)給定值的第一討論部分和對于模態(tài)增益的第二討論部分。模態(tài)給定值驅(qū)動控制器602的信號601A通過線路312A從多信道模態(tài)濾波器310接收一個(gè)模態(tài)響應(yīng)信號。比如說，由信道601A處理的模態(tài)響應(yīng)信號對應(yīng)于振動導(dǎo)管302的第一異相彎曲模式。所說模態(tài)響應(yīng)信號作為減數(shù)輸入值輸入到加法器級608A中。輸入到減法器級608A的減數(shù)為在線路612A上的模態(tài)給定值。該模態(tài)給定值就是相應(yīng)模態(tài)響應(yīng)信號的所需電平。在線路614A上產(chǎn)生的模式誤差輸出信號指示出模態(tài)響應(yīng)信號與模態(tài)給定值偏離的程度。在線路612A上產(chǎn)生的模態(tài)給定值可以是，但是不限于，由一個(gè)電壓基準(zhǔn)(未示出)產(chǎn)生的一個(gè)固定電壓值，或者是從一個(gè)存儲器(未示出)中檢索到的一個(gè)值。
該模態(tài)給定值本身按照下述方式確定。如上文中參照EQN．1所述，一個(gè)系統(tǒng)的物理響應(yīng)(χ)與一個(gè)系統(tǒng)的模態(tài)響應(yīng)(η)通過一組模態(tài)向量(φ)相關(guān)。由于一種給定模式i在給定位置j產(chǎn)生的物理響應(yīng)用EQN．9表示(9) χij=φjiηi其中χij為由于模態(tài)i在位置j處產(chǎn)生的標(biāo)量物理響應(yīng)；φji是本征向量矩陣在模式列i和位置行j的矩陣元；和
ηi為模式i的標(biāo)量模態(tài)響應(yīng)。將EQN．9重新寫為EQN．10，并求解節(jié)點(diǎn)i的模態(tài)給定值ηi(s)。ηi(s)=xjiφji-----(10)]]>比如說，希望第一異相彎曲模式的所需物理位移給定值(xij)在反饋傳感器A中為0．015英寸。回頭參見EQN．4，對應(yīng)于反饋傳感器A(第一行)和第一異相彎曲模式(第一列)的矩陣元(φji)為25．1。因此，模式i的模態(tài)給定值ηi等于0．0006。模態(tài)增益減法器級608A將線路312A上的模態(tài)響應(yīng)信號從線路612A上的模態(tài)給定值中減去以在線路614A上產(chǎn)生一個(gè)模式誤差信號，傳送到增益級610A。如上所述，驅(qū)動控制器602的每個(gè)信道將一個(gè)模態(tài)響應(yīng)信號轉(zhuǎn)換為模態(tài)激勵信號，該記錄信號在施加到振動導(dǎo)管302上時(shí)，引起振動導(dǎo)管振蕩，從而所說模態(tài)響應(yīng)信號趨近于給定模式的模態(tài)給定值。在線路614A上的模式誤差信號由模態(tài)增益級610A放大。在一個(gè)線性、時(shí)間不變系統(tǒng)中，該模態(tài)響應(yīng)通過系統(tǒng)參數(shù)，即質(zhì)量剛性和阻尼與模態(tài)激勵相關(guān)。在模態(tài)空間中，這些參數(shù)為模態(tài)質(zhì)量、模態(tài)剛性和模態(tài)阻尼。對于具有質(zhì)量正則化本征向量的一個(gè)系統(tǒng)，模態(tài)質(zhì)量為一，模態(tài)剛性為自然頻率的平方。在諧振頻率激勵的一個(gè)系統(tǒng)中，與在科里奧利流量計(jì)的情況一樣，從模態(tài)響應(yīng)到模態(tài)激勵的額定增益用EQN．12表示(2ζω2n)·ηi=Ni(11)其中ζ為阻尼；
ωn為模式頻率；ηi為模式i的模態(tài)響應(yīng)；和Ni為模式i的模態(tài)激勵。使用本例，其中模態(tài)給定值，即所需模態(tài)響應(yīng)由EQN．11給出，由增益級610A施加的增益G設(shè)定為如EQN．12所示，如下式G=2ζω2=2·(.0005)·(106．2·2π)2=445.254sec-2(12)所以增益級610A具有增益445．254。因此線路618A上的驅(qū)動激勵信號為需要在振動導(dǎo)管302上施加的模態(tài)力，以使對應(yīng)模式的模態(tài)響應(yīng)信號與響應(yīng)的模態(tài)給定值匹配。其余的步驟，如下所述，是將所說模態(tài)激勵變換為物理激勵，所說物理激勵以驅(qū)動信號的形式施加在線路208A-208M上。對于剩余模態(tài)響應(yīng)信號中每一個(gè)的剩余信道601B-601N中的每一個(gè)相對于驅(qū)動控制器602的信道重復(fù)上述的過程。
應(yīng)當(dāng)指出，本發(fā)明提供直接作用于科里奧利流量計(jì)的一種或多種模式的一種裝置。例如，如果希望抑制某種模式，則該模態(tài)給定值為零。因此，在相應(yīng)的模態(tài)響應(yīng)信號中的任何信號都產(chǎn)生一個(gè)模式誤差信號。如果希望抑制多種模式，則將每種適合模式的模態(tài)給定值設(shè)定為零。同樣，通過選擇激勵每種模式的適合模態(tài)給定值，可以選擇激勵多種模式。模態(tài)-物理力投影器-參照圖7驅(qū)動控制器602輸出一個(gè)標(biāo)量模態(tài)激勵信號，必須將該信號展開為一個(gè)向量信號以驅(qū)動所說m個(gè)驅(qū)動器中的每一個(gè)。確定一個(gè)模態(tài)-物理力投影器向量，向量中每個(gè)陣元為驅(qū)動控制器602施加到輸出618A-618N的增益，以將每個(gè)驅(qū)動器的標(biāo)量模態(tài)激勵信號換算為適合的幅值。
標(biāo)量模態(tài)驅(qū)動信號Nr為將模式r驅(qū)動到所需響應(yīng)幅值的模態(tài)力。在模式r施加到傳感器的實(shí)際模態(tài)力為Nrautual，如方程13所示。其中Fr為激勵所需模式所需的物理力向量；Nr為標(biāo)量模式驅(qū)動信號；和φrT為模態(tài)本征向量矩陣中一行的轉(zhuǎn)置。為了確保所需的Nractual=Nr，物理力向量Fr應(yīng)當(dāng)滿足下列關(guān)系，φrTFr=1。存在許多滿足該關(guān)系式的不同物理力向量。事實(shí)上，任意與φr不完全正交，即φrTFr=0，的隨機(jī)向量Ar可以變換為所需的物理力向量Fr，如下式所示Fr=ArφrTAr----(14)]]>應(yīng)當(dāng)指出，物理力向量(Fr)是一個(gè)m行的單列向量，其中每一行對應(yīng)于一個(gè)特定驅(qū)動位置。還應(yīng)當(dāng)指出，需要將φrT簡約到驅(qū)動物理位置。這使得矩陣φrT不同于用于模態(tài)濾波器和驅(qū)動控制器構(gòu)造的矩陣，后者被簡約到反饋傳感器位置。需要從EQN．14中求解物理力向量(Fr)，即需要倒置EQN．14。這是通過求出向量Ar實(shí)現(xiàn)的，從而ArTφr=1 (15)將EQN．15兩側(cè)乘以向量Ar，則將模態(tài)激勵變換為物理力，如EQN．16所示ArNr=Fr(16)EQN．16為兩個(gè)向量的點(diǎn)積，這意味著正在處理向量，而不是矩陣。應(yīng)用向量的某些特性，可以確定將向量Ar表示為EQN．17所示Ar=φr|φr|·|φr|----(17)]]>其中符號| |為向量長度算符。
現(xiàn)在針對科里奧利流量計(jì)具有兩個(gè)驅(qū)動器(m=2)的情況演示力投影計(jì)算的一個(gè)示例。參見EQN．6，使兩個(gè)驅(qū)動器之一的位置與反饋傳感器A重合，而使另一個(gè)驅(qū)動器的位置與反饋傳感器L重合。在第一異相彎曲模式，如EQN．18所示計(jì)算出Ar 已經(jīng)參照EQN．9-10給出對于這個(gè)示例所說第一異相彎曲模式的模態(tài)給定值為0．0006。參照EQN．11-12給出對于這個(gè)示例所說第一異相彎曲模式的模態(tài)增益為445．254sec．-2。因此，模態(tài)給定值乘以所說這個(gè)示例中所說第一異相彎曲模式的模態(tài)增益，即線路618A上的標(biāo)量模態(tài)激勵信號，其結(jié)果等于0．2672。將這些數(shù)值代入EQN．15以確定所說第一異相彎曲模式的物理力向量Fr，如EQN．19所示 這個(gè)結(jié)果表明為了驅(qū)動該傳感器在所需的第一異相彎曲模式下工作，應(yīng)當(dāng)向兩個(gè)驅(qū)動器施加0．0106lbs的作用力。類似地可以求得由本發(fā)明的驅(qū)動系統(tǒng)所作用的各種感興趣模式的力投影向量。
為了使本發(fā)明的驅(qū)動系統(tǒng)在特定的驅(qū)動方案下達(dá)到最佳，應(yīng)當(dāng)考慮選擇適合的力投影向量。在選擇向量形狀時(shí)可能需要考慮一系列問題。首先，應(yīng)當(dāng)使任何驅(qū)動必須產(chǎn)生的、用以達(dá)到所需流管振動幅值的峰值力最小。另一個(gè)需要考慮的問題是使其它模式的剩余響應(yīng)最小。
圖11為一流程圖，下面作為本發(fā)明的概要進(jìn)行討論。在圖7中可以更加詳細(xì)地看到圖11中的步驟1114。圖7從與圖11所示步驟1112對應(yīng)的步驟700開始。如上所述，對于每一模態(tài)響應(yīng)信號有一個(gè)獨(dú)立的力投影信道620A-620N。在步驟702過程中，力投影矩陣是通過將總的本征向量矩陣簡約為與適合模式相關(guān)的一個(gè)單列向量而確定的。然后程序進(jìn)行到步驟704。
在步驟704過程中，如上所述，通過利用標(biāo)準(zhǔn)的向量特性確定倒置矩陣(Ar)。處理程序現(xiàn)在進(jìn)行到步驟706。在步驟706過程中，從EQN．15求解力投影向量(Fr)。步驟704和706具有將力投影矩陣變換為正確幅值的作用，如EQN．14所示。然后處理程序進(jìn)行到步驟708。在步驟708過程中，將力投影器每個(gè)信道的響應(yīng)力相加以產(chǎn)生m個(gè)驅(qū)動信號。程序接著進(jìn)行的步驟710，并返回到圖11所示的步驟1112。
模態(tài)-物理力投影器604是利用分立模擬元件實(shí)現(xiàn)的，如驅(qū)動電路40其余部分所示?；蛘?，可以通過使用模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)將模擬運(yùn)動信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號來實(shí)現(xiàn)模態(tài)-物理力投影器604和驅(qū)動電路40的其余部分。然后使用數(shù)字信號處理(DSP)技術(shù)處理所說數(shù)字信號，并利用數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)將所得的驅(qū)動信號轉(zhuǎn)換回模擬信號。在電信號處理領(lǐng)域中的那些技術(shù)人員熟知有許多不同的模擬或數(shù)字(ADC、DSP、DAC)方案可以用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的教導(dǎo)，所有這些都是等效的，并且屬于本發(fā)明的范圍內(nèi)。加法器級-參照圖6從模態(tài)-物理力投影器604輸出的信號在加法器級604中相加以產(chǎn)生驅(qū)動信號208A-208M，如下所述。如上所述，模態(tài)-物理力投影器604的各個(gè)信道620A-620N產(chǎn)生與驅(qū)動器206數(shù)目相同的多個(gè)輸出(M)。加法器622A將例如，所有對應(yīng)于驅(qū)動器A的模態(tài)-物理力投影器604輸出相加以產(chǎn)生驅(qū)動信號208A。因此，輸出620ADA、620BDA和620NDA都輸入到加法器622A中。加法器622A的輸出為驅(qū)動信號208A。驅(qū)動信號208A-208N以相似的方式由加法器622B-622M的操作形成。驅(qū)動器數(shù)目M可以不同于模態(tài)響應(yīng)信號N，而N可以不同于運(yùn)動信號數(shù)目L。多種操作配置-參照圖10本發(fā)明驅(qū)動系統(tǒng)的獨(dú)特設(shè)計(jì)使得僅僅通過選擇不同的一組模態(tài)給定值就能夠明顯和完全改變驅(qū)動方案。通過為每一種操作配置設(shè)定不同的模態(tài)給定值，本發(fā)明的通用模態(tài)空間驅(qū)動控制系統(tǒng)可以以不同的操作配置工作。例如，流量計(jì)5的一種第一工作模式是質(zhì)量流量配置。在質(zhì)量流量配置中，例如圖1所示的流量計(jì)5，激勵所說的第一異相彎曲模式，而抑制其它模式。流量計(jì)5的第二種配置是壓力測量配置。在壓力測量配置中，同時(shí)激勵所說第一異相彎曲模式和第一異相扭曲模式，而抑制其它模式。流量計(jì)5在第一和第二操作配置之間轉(zhuǎn)換，并且其驅(qū)動方案對于各種模式最佳化。
圖10與圖6相似，表示模態(tài)響應(yīng)信號發(fā)生器320，但是增加了存儲器1002和操作配置選擇器1004。存儲器1002為例如一個(gè)只讀存儲器(ROM)。在存儲器1002中存儲著一個(gè)模態(tài)給定值表(未示出)。該模態(tài)給定值表包括流量計(jì)的各種操作配置的一組N個(gè)模態(tài)給定值。每一組N個(gè)模態(tài)給定值包括對應(yīng)于所說N個(gè)模態(tài)響應(yīng)信號的一個(gè)模態(tài)給定值。操作配置選擇器1004經(jīng)由線路1006向存儲器1002提供一個(gè)控制信號，其利用存儲器1002確定了在線路612A-N上的一組模態(tài)給定值輸出。操作配置選擇器1004和存儲器1002可取的是構(gòu)成流量計(jì)電路20的一部分。操作配置選擇器1004可以是例如流量計(jì)電路20中的一個(gè)微處理器(未示出)。從一種第一操作配置到一種或多種替換配置的轉(zhuǎn)換可以利用任意多種方式實(shí)現(xiàn)，而不限于本發(fā)明。一個(gè)例子是操作配置選擇器1004可以設(shè)置成每隔30秒在一種第一操作配置與一種第二操作配置之間轉(zhuǎn)換。另一個(gè)例子是操作配置選擇器1004可以這樣設(shè)置，使得一種第一操作配置為默認(rèn)操作配置，而一種第二操作配置僅僅在例如使用者按下流量計(jì)5上一個(gè)要求進(jìn)行壓力測量的按鈕時(shí)才使用。此外，一種第一操作配置可以總是處于有效狀態(tài)，而除了所說第一操作配置以外，周期地使用一種第二操作配置。概述-參照圖11圖11為本發(fā)明驅(qū)動系統(tǒng)的流程簡圖。步驟1102-1106涉及振動管的物理運(yùn)動轉(zhuǎn)換為SDOF模態(tài)響應(yīng)信號。步驟1108-1112在模態(tài)域中操作以從模態(tài)響應(yīng)信號產(chǎn)生模態(tài)激勵信號。正是在模態(tài)域中控制信號影響振動模式。步驟1114-1118將模態(tài)激勵信號變換到物理域，將激勵信號映射到驅(qū)動器，并將所說驅(qū)動信號施加到驅(qū)動器。
當(dāng)科里奧利流量計(jì)或密度計(jì)開始工作時(shí)，處理程序從步驟1102開始。在步驟1104，從L個(gè)反饋傳感器接收指示一根振動導(dǎo)管上各個(gè)點(diǎn)的運(yùn)動的L個(gè)運(yùn)動信號。在步驟1106，從L個(gè)運(yùn)動信號產(chǎn)生N個(gè)模態(tài)響應(yīng)信號。每個(gè)模態(tài)響應(yīng)信號，通常為一個(gè)SDOF信號，對應(yīng)于在振動導(dǎo)管上存在的一種振動模式。所說的N個(gè)模態(tài)響應(yīng)信號在步驟1108輸入到一個(gè)N-信道驅(qū)動控制器中。
在步驟1110，通過將每個(gè)模態(tài)響應(yīng)信號施加到其對應(yīng)的模態(tài)給定值，產(chǎn)生每個(gè)模態(tài)響應(yīng)信號的一個(gè)模式誤差信號。在步驟1112中將所說模式誤差信號放大一個(gè)模式增益以產(chǎn)生每個(gè)模式的一個(gè)模態(tài)激勵信號。
在步驟1114，將每個(gè)模態(tài)激勵信號變換為一個(gè)物理力向量，其中所說物理力向量的每一個(gè)向量元對應(yīng)于m個(gè)驅(qū)動器中的一個(gè)。在圖7中更加詳細(xì)地表示了步驟1114。處理程序接著進(jìn)行到步驟1116，在這個(gè)步驟所說的m個(gè)驅(qū)動信號被施加到所說的m個(gè)驅(qū)動器中，使得所說振動導(dǎo)管以所需模式振動。處理程序包括步驟1118。
雖然在本申請中公開了一些具體的實(shí)施例，但是可以預(yù)料得到，本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠并且將會設(shè)計(jì)或者在字面意義上或者在等同原則下落入本申請權(quán)利要求范圍內(nèi)的驅(qū)動控制系統(tǒng)的替代形式。
權(quán)利要求
1.一種驅(qū)動電路(40)，其產(chǎn)生驅(qū)動信號，并將所說驅(qū)動信號施加到安裝在一根導(dǎo)管(103A-103B)上的一個(gè)驅(qū)動裝置(104)上以使所說驅(qū)動裝置(104)振動所說導(dǎo)管(103A-103B)，其中所說驅(qū)動信號是根據(jù)由所說驅(qū)動器電路(40)從固定在所說導(dǎo)管(103A-103B)上的運(yùn)動傳感器(105-105’)接收的運(yùn)動信號而產(chǎn)生的，所說運(yùn)動傳感器響應(yīng)所說導(dǎo)管(103A-103B)振蕩產(chǎn)生所說運(yùn)動信號，所說驅(qū)動電路(40)包括一個(gè)模態(tài)響應(yīng)信號發(fā)生器(310)，其用于響應(yīng)接收到所說運(yùn)動信號而產(chǎn)生n個(gè)模態(tài)響應(yīng)信號，所說的n個(gè)模態(tài)響應(yīng)信號中的每一個(gè)對應(yīng)于所說導(dǎo)管(103A-103B)的多種振動模式中不同的一種，其中n大于1；一個(gè)驅(qū)動控制器(602)，其用于響應(yīng)所說n個(gè)模態(tài)響應(yīng)信號的產(chǎn)生而產(chǎn)生n個(gè)模態(tài)激勵信號，其中所說的n個(gè)模態(tài)激勵信號中的每一個(gè)表示實(shí)現(xiàn)所說多種振動模式中對應(yīng)的一種模式的所需模態(tài)響應(yīng)電平而必需的模態(tài)激勵；和一個(gè)模態(tài)-物理力投影器(604)，其用于響應(yīng)所說n個(gè)模態(tài)激勵信號的產(chǎn)生而產(chǎn)生所說驅(qū)動信號。
2.如權(quán)利要求1所述的驅(qū)動電路(40)，其中所說的驅(qū)動裝置(104)包括固定在所說導(dǎo)管(103A-103B)上的m個(gè)驅(qū)動器(206A-206M)，所說的m個(gè)驅(qū)動器(206A-206M)中每一個(gè)對應(yīng)于由所說驅(qū)動電路(40)產(chǎn)生的m個(gè)驅(qū)動信號中的一個(gè)。
3.如權(quán)利要求2所述的驅(qū)動電路(40)，其中所說的模態(tài)-物理力投影裝置(604)包括m個(gè)模態(tài)-物理力信道(620A-620N)，其用于響應(yīng)所說n個(gè)模態(tài)激勵信號的產(chǎn)生而產(chǎn)生所說m個(gè)驅(qū)動信號。
4.如權(quán)利要求1所述的驅(qū)動電路(40)，其中所說模態(tài)響應(yīng)信號發(fā)生裝置(310)包括n個(gè)頻率帶通濾波器(1202A-1202N)，其中所說的n個(gè)頻率帶通濾波器(1202A-1202N)接收由所說運(yùn)動傳感裝置(105-105’)產(chǎn)生的運(yùn)動信號之一作為輸入信號，并輸出所說n個(gè)模態(tài)響應(yīng)信號之一。
5.如權(quán)利要求4所述的驅(qū)動電路(40)，其中所說模態(tài)響應(yīng)信號發(fā)生裝置(340)還包括n個(gè)積分器(1206A-1206N)，用于積分所說n個(gè)模態(tài)響應(yīng)信號中的每一個(gè)。
6.如權(quán)利要求1所述的驅(qū)動電路(40)，其中所說傳感裝置(105-105’)包括L個(gè)運(yùn)動傳感器(202A-202L)，其用于產(chǎn)生指示所說導(dǎo)管(103A-103B)在所說L個(gè)運(yùn)動傳感器固定在所說導(dǎo)管上的一個(gè)位置點(diǎn)處的移動的L個(gè)運(yùn)動信號，其中所說L個(gè)運(yùn)動信號中的每一個(gè)信號在多種振動模式中的每一種模式下都具有模態(tài)成分。
7.如權(quán)利要求6所述的驅(qū)動電路(40)，其中所說模態(tài)響應(yīng)信號發(fā)生裝置包括n個(gè)模態(tài)濾波器信道(500A-500N)，每個(gè)信道接收所說L個(gè)運(yùn)動信號中至少兩個(gè)作為輸入信號，并且各自產(chǎn)生所說n個(gè)模態(tài)響應(yīng)信號中的一個(gè)作為輸出。
8.如權(quán)利要求7所述的驅(qū)動電路(40)，其中所說n個(gè)模態(tài)濾波器信道(500A-500N)中每一個(gè)包括第一加權(quán)裝置(504)，其用于向所說至少兩個(gè)運(yùn)動信號中的第一個(gè)信號作用一個(gè)第一加權(quán)系數(shù)以生成一個(gè)第一加權(quán)信號；第二加權(quán)裝置(505A)，其用于向所說至少兩個(gè)運(yùn)動信號中的第二個(gè)信號作用一個(gè)第二加權(quán)系數(shù)以生成一個(gè)第二加權(quán)信號；和模態(tài)濾波器加和裝置(510A)，其用于將所說第一加權(quán)信號與所說第二加權(quán)信號結(jié)合以產(chǎn)生所說n個(gè)模態(tài)響應(yīng)信號之一。
9.如權(quán)利要求7所述的驅(qū)動電路(40)，其中所說n個(gè)模態(tài)響應(yīng)信號中的每一個(gè)信號基本是與所說多種振動模式之一對應(yīng)的一個(gè)單自由度模態(tài)響應(yīng)信號。
10.如權(quán)利要求8所述的驅(qū)動電路(40)，其中所說第一和第二加權(quán)系數(shù)是通過試錯法(800-806)確定的。
11.如權(quán)利要求8所述的驅(qū)動電路(40)，其中所說第一和第二加權(quán)裝置是通過實(shí)驗(yàn)分析確定的。
12.如權(quán)利要求8所述的驅(qū)動電路(40)，其中所說第一和第二加權(quán)裝置是通過數(shù)值分析(900-904)確定的。
13.如權(quán)利要求1所述的驅(qū)動電路(40)，其中所說驅(qū)動控制器(602)包括n個(gè)驅(qū)動控制器信道(601A-601N)，每個(gè)信道分別具有所說n個(gè)模態(tài)響應(yīng)信號之一作為輸入，并且分別產(chǎn)生所說n個(gè)模態(tài)激勵信號之一作為一個(gè)輸出。
14.如權(quán)利要求13所述的驅(qū)動電路(40)，其中所說n個(gè)驅(qū)動控制器信道(601A-601N)中每一個(gè)信道包括一個(gè)模態(tài)響應(yīng)給定值裝置(612A-612N)，其用于限定所說多種振動模式中給定的一種模式的所說模態(tài)響應(yīng)電平；和比較裝置(608A-608N)，其用于將所說模態(tài)響應(yīng)電平與所說n個(gè)模態(tài)響應(yīng)信號中對應(yīng)的一個(gè)進(jìn)行比較以產(chǎn)生一個(gè)模式誤差信號；和增益裝置(610A-610N)，其響應(yīng)所說模式誤差信號的產(chǎn)生而產(chǎn)生所說n個(gè)模態(tài)激勵信號之一。
15.如權(quán)利要求14所述的驅(qū)動電路(40)，其中用于所說n個(gè)驅(qū)動控制器信道(601A-601N)中至少一個(gè)信道的所說模態(tài)響應(yīng)給定值裝置(612A-612N)限定對應(yīng)于所說n個(gè)驅(qū)動控制器信道(601A-601N)中所說至少一個(gè)信道的所說n個(gè)模態(tài)響應(yīng)信號之一的一個(gè)零值模態(tài)響應(yīng)電平，從而從所說n個(gè)驅(qū)動控制器信道(601A-601N)中所說的至少一個(gè)信道產(chǎn)生一個(gè)相應(yīng)的具有零電平值的所說模態(tài)激勵信號。
16.如權(quán)利要求14所述的驅(qū)動電路(40)，其中用于所說n個(gè)驅(qū)動控制器信道(601A-601N)中至少一個(gè)的所說模態(tài)響應(yīng)給定值裝置限定對應(yīng)于所說n個(gè)驅(qū)動控制器信道(601A-601N)中所說至少一個(gè)的所說n個(gè)模態(tài)響應(yīng)信號之一的一個(gè)非零值模態(tài)響應(yīng)電平，從而從所說n個(gè)驅(qū)動控制器信道中所說至少一個(gè)信道產(chǎn)生一個(gè)相應(yīng)的具有非零值電平的所說模態(tài)激勵信號。
17.如權(quán)利要求1所述的驅(qū)動電路，它還包括選擇裝置(1004)，其用于選擇所說驅(qū)動電路的多種操作配置中的一種；調(diào)整裝置(1006)，其用于響應(yīng)對所說多種操作配置中的一種的選擇而調(diào)整模態(tài)響應(yīng)給定值。
18.如權(quán)利要求17所述的驅(qū)動電路，其中所說選擇裝置包括一個(gè)存儲器(1002)，其中包含所說多種操作配置中每一種的一組所說模態(tài)響應(yīng)給定值；和一個(gè)操作配置選擇器(1004)，其用于從所說存儲器中選擇所說的多組模態(tài)響應(yīng)給定值中的一組。
19.如權(quán)利要求18所述的驅(qū)動電路(40)，其中所說調(diào)整裝置包括響應(yīng)所說操作配置選擇器、用于以第二組模態(tài)響應(yīng)給定值代替所說n個(gè)驅(qū)動控制器中的第一組模態(tài)響應(yīng)給定值。
20.如權(quán)利要求1所述的驅(qū)動電路(40)，其中所說模態(tài)-物理力投影裝置(604)包括n個(gè)模態(tài)-物理信號變換裝置(620A-620N)，每個(gè)變換裝置分別以所說n個(gè)模態(tài)激勵信號之一作為輸入，并且分別響應(yīng)所說n個(gè)模態(tài)激勵信號中對應(yīng)的一個(gè)而產(chǎn)生一個(gè)驅(qū)動分量信號；所說驅(qū)動分量信號表示所說驅(qū)動器為使相應(yīng)振動模式達(dá)到所需模態(tài)相應(yīng)電平而必需的作用力；和加法裝置(606)，其用于將由所說n個(gè)模態(tài)-物理信號變換裝置輸出的所說n個(gè)驅(qū)動分量信號輸出相加，以產(chǎn)生所說驅(qū)動信號。
21.一種用于產(chǎn)生驅(qū)動信號和將所說驅(qū)動信號施加到固定在一根導(dǎo)管(103A-103B)上的一個(gè)驅(qū)動系統(tǒng)以使所說驅(qū)動系統(tǒng)(104)振動所說導(dǎo)管(103A-103B)的方法，所說方法(1100)包括以下步驟從L個(gè)運(yùn)動傳感器(202A-202L)接收運(yùn)動信號，其中所說L個(gè)運(yùn)動信號中每一個(gè)信號都是由所說運(yùn)動傳感器(202A-202L)中的一個(gè)產(chǎn)生的，并且表示所說導(dǎo)管(103A-103B)在所說的一個(gè)運(yùn)動傳感器固定于所說導(dǎo)管上的一個(gè)位置點(diǎn)的移動，所說L個(gè)運(yùn)動信號在多種振動模式下具有模態(tài)成分；分解(1108)所說L個(gè)運(yùn)動信號，以產(chǎn)生n個(gè)模態(tài)響應(yīng)信號，其中所說n個(gè)模態(tài)響應(yīng)信號中的每一個(gè)對應(yīng)于所說多種振動模式中不同的一種模式；響應(yīng)所說n個(gè)模態(tài)響應(yīng)信號產(chǎn)生(1112)n個(gè)模態(tài)激勵信號，其中所說n個(gè)模態(tài)激勵信號中每一個(gè)表示達(dá)到相應(yīng)的所說對應(yīng)振動模式所需的模態(tài)響應(yīng)電平而必需的模態(tài)激勵；將所說n個(gè)模態(tài)激勵信號從模態(tài)域變換(1114)到物理域以構(gòu)成m個(gè)驅(qū)動信號；和將所說m個(gè)驅(qū)動信號施加(1116)到m個(gè)驅(qū)動器(206A-206M)以使所說導(dǎo)管振動，其中m至少等于1。
22.如權(quán)利要求21所述的方法，其中所說分解步驟(1108)包括通過n個(gè)模態(tài)濾波器信道(500A-500N)濾波所說L個(gè)運(yùn)動信號，其中所說n個(gè)模態(tài)濾波器信道中每一個(gè)信道接收所說L個(gè)運(yùn)動信號作為輸入，并且輸出所說n個(gè)模態(tài)響應(yīng)信號之一。
23.如權(quán)利要求21所述的方法，其中所說產(chǎn)生步驟(1112)包括在n個(gè)對應(yīng)的驅(qū)動控制器信道中和在所說n個(gè)對應(yīng)驅(qū)動控制器信道的每一個(gè)中接收所說n個(gè)模態(tài)響應(yīng)信號；將所說n個(gè)模態(tài)響應(yīng)信號中對應(yīng)的一個(gè)從一個(gè)對應(yīng)的模態(tài)響應(yīng)給定值中減去，以產(chǎn)生一個(gè)對應(yīng)的模式誤差信號；和將所說對應(yīng)模式誤差信號放大一個(gè)模式增益以產(chǎn)生一個(gè)對應(yīng)的模態(tài)激勵信號。
全文摘要
本申請?zhí)岢鲆环N用于控制任何數(shù)量驅(qū)動信號的模態(tài)成分的驅(qū)動系統(tǒng),所說驅(qū)動信號用于激勵固定在一根振動導(dǎo)管上的任意數(shù)量的驅(qū)動器,所說振動導(dǎo)管為例如科里奧利質(zhì)量流量計(jì)或振動管密度計(jì)中的導(dǎo)管。從一個(gè)或多個(gè)空間分立的反饋傳感器獲得一個(gè)或多個(gè)運(yùn)動信號?？扇〉氖抢靡粋€(gè)多信道模態(tài)濾波器將所說運(yùn)動信號濾波以將這些包含多種振動模式的模態(tài)成分的運(yùn)動信號分解為n個(gè)單自由度模態(tài)響應(yīng)信號。每個(gè)模態(tài)響應(yīng)信號對應(yīng)于所說振動導(dǎo)管被激勵的一種振動模式。將所說n個(gè)模態(tài)響應(yīng)信號輸入到對于所說n個(gè)模態(tài)響應(yīng)信號具有一個(gè)獨(dú)立的處理信道的一個(gè)驅(qū)動信道中。在每個(gè)驅(qū)動控制器信道中,將各個(gè)模態(tài)響應(yīng)信號與一個(gè)所需的模態(tài)響應(yīng)給定值進(jìn)行比較,并將所得的模式誤差信號放大一個(gè)模式增益,以產(chǎn)生每種模式的一個(gè)模態(tài)激勵信號。該模態(tài)激勵信號表示施加到所說振動導(dǎo)管以使所說模態(tài)響應(yīng)與給定模式的模態(tài)給定值匹配而必需的模態(tài)激勵。將所說模態(tài)激勵信號從模態(tài)域變換回物理域,并映射到驅(qū)動器物理位置。將所得的驅(qū)動信號施加到這些驅(qū)動器以激勵所說導(dǎo)管。
文檔編號G01N9/00GK1292083SQ99803284
公開日2001年4月18日 申請日期1999年1月13日 優(yōu)先權(quán)日1998年2月25日
發(fā)明者T·J·坎寧安, S·J·舍利 申請人:微動公司