[发明专利]自特征化振动导管参数检测器

说明书

发明领域

本发明涉及处理参数检测器及其所周的操作方法，更具体地说，涉及振动导管参数检测器及其采用的操作方法。

问题的陈述

科里奥利效应质量流量计通常用来测量流经导管的材料的质量流量及其他信息。在均授予J.E.Smith等人的1978年8月29日的美国专利第4109524号、1985年1月1日的美国专利第4491025号以及1982年2月11日的再颁布号为31450的美国专利中公开了示范性的科里奥利流量计。这些流量计通常包括具有直或弯结构的一个或多个导管。每个导管可以被看作具有一组振动模式，包括例如单纯弯曲、扭转、径向和互耦模式。在典型的质量流量测量应用中，当材料流经导管时，驱动各导管以其固有模式之一进行共振振荡。振动的材料填充系统的振动模式受到导管总质量和刚度特性以及导管内流动的材料的特性的影响。

科里奥利流量计的常见组件是驱动或激励系统。驱动系统工作，从而向导管施加驱使导管振动的周期性物理力。驱动系统通常包括至少一个安装在流量计的导管上的激励器。激励器通常包括许多众所周知的机电装置之一、如音圈装置，它具有装在第一导管上的磁体和装在第二导管上的线圈，线圈与磁体之间是相对的关系。驱动电路持续向激励器线圈施加周期性、例如正弦波或方波驱动信号。周期性驱动信号使激励器以此后维持的相反周期性方式驱动两个导管。

当存在通过所驱动的流量计导管的有效“零”流量时，沿着导管的各点往往会以近似相同的相位或相对于驱动器为“零流量”的相位振荡，这取决于所驱动的振动模式。随着材料开始从流量计的入口流入、流经导管以及从流量计的出口流出，因材料流而引起的科里奥利力往往会引起沿导管在空间上分离的各点之间的相位偏移。一般，当材料流经导管时，导管入口侧的相位滞后于驱动器，而导管出口侧的相位超前于驱动器。导管上两个位置间产生的相位偏移近似地与流经导管的材料的质量流率成比例。

科里奥利流量计的运动可以用多种振动模式的叠加来建立模型，即，将其当作多个独立的单自由度(SDOF)系统的运动，各个SDOF系统的特征在于固有频率和阻尼。双管科里奥利流量计中常见模式之一是第一不同相弯曲模式、例如科里奥利流量计的两管彼此相反振动的弯曲模式。在典型的振动导管科里奥利流量计中还可以识别其他模式，包括一般可归因于流经导管的材料所产生的科里奥利力的第一不同相扭曲模式，以及由流量计的激励器和与流量计耦合的其他振动源所激励的同相、横向及其他振动模式。

生成产生期望的模态响应的驱动信号的技术已被提出。一种技术是生成使激励器优先激励期望的振动模式的驱动信号的力投影系数的推导。另一种技术是为若干激励器优先激励一种或多种科里奥利流量计导管的期望模式而产生驱动信号。

上面引用的技术通常采用预定模态滤波器来产生力投影系数。预定模态滤波器通常利用经典经验模态分析技术或有限元建模来离线产生。然后可以由模态滤波器利用试错法、逆模态变换或其他技术确定力投影系数。

遗憾的是，预定模态滤波器可能未考虑到检测器特性可能随时间发生的变化。此外，常规技术可能未考虑检测器与其中使用该检测器的材料处理系统之间的交互作用所产生的原位影响。例如，由于与材料处理系统在结构上耦合或者由于材料处理系统中有振动源、如泵，可能激发附加的模式。

发明概述

根据上述内容，本发明的目的之一是提供自特征化振动导管型参数检测器及其所用的操作方法，它能提供材料处理系统的处理参数、如质量流量的更精确的估算。

本发明的另一个目的是提出振动导管型参数检测器及其所用的操作方法，它可以提供对检测器行为的更精确特征化。

本发明的再一个目的是提出振动导管型参数检测器及其所用的操作方法，它能够对检测器行为进行原位特征化。