[发明专利]应用复模态估计的改进的振动管过程参数传感器运行方法以及计算机程序产品

说明书

本发明涉及一种过程参数传感器、相关的运行方法以及程序产品，更具体地说，涉及一种振动管过程参数传感器、相关的运行方法以及计算机程序产品。

科里奥利效应质量流量计通常用于测量流经管道的材料的质量流量和其它的信息。实例性的科里奥利流量计公开在授予给J.E.Smith等人的1978年8月29日的美国专利US4,109,524、1985年1月1日的US4,491,025和1982年2月11日的Re31,450。这些流量计通常包括具有直的或弯曲结构的一个或更多个管道。每个管道具有一组振动模式，例如包括简单的弯曲型、扭曲型、径向型和耦合型。在典型的质量流量计的应用中，当材料流经管道时驱动每个管道使其以一种自然模式谐振。组合的管道质量和刚性特性和在该管道内流动的材料的特性影响填充有材料的振动系统的振动模式。

科里奥利流量计的典型部分是驱动或激励系统。运行驱动系统以给管道施加周期性的作用力以使管道振荡。驱动系统通常包括安装在流量计的管道上的至少一个致动装置。该致动装置包括大家公知的许多机电装置中的一种，比如具有安装在第一管道的磁体和以相对于该磁体反向安装在第二管道的线盘的音圈设备。驱动器通常给传动线圈施加周期性的驱动信号比如正弦或方波驱动信号。周期性的驱动信号使致动装置以此后所保持的相反的周期性模式驱动两个管道。

当实际上为“零”流量流经被驱动的流量计管道时，根据驱动的振动模式沿着管道的点相对于驱动器趋于以大致相同的相位或“零流量”相位振动。当材料开始从流量计的入口经过管道并从流量计的出口流出时，材料流产生的科里奥利力在沿着管道上空间间隔开的点之间产生相移。通常，当材料流经管道时，在管道的入口侧的相位滞后于驱动器，而在管道的出口侧的相位领先于驱动器。所产生的在管道上的两个位置上相移与流经管道的材料的质量流率大致成比例。

为测量质量流率，常规的科里奥利流量计测量位于管道的每一端附近并相对于中央设置的驱动器对称放置的两换能器上的相位。然而，在换能器位置上的制造产生的不对称以及在管道结构中的其它结构的不对称和非线性都可能引起测量的不精确。此外，在一些应用中理想的是应用不对称的换能器设置。

根据前面的描述，本发明的目的是提供一种过程参数传感器、相关的运行方法以及计算机程序产品，其能够更灵活且更精确地测量过程参数比如质量流率、总的质量流量等。

依据本发明通过提供振动管过程参数传感器、相关的运行方法以及计算机程序产品实现上述目的和其它目的、特征以及优点，在这些振动管过程参数传感器、相关的运行方法以及计算机程序产品中，基于所估计的复模态变换估计与在传感器管道中的材料相关的过程参数。例如，通过估计将表示在未知的质量流量下的过程参数传感器管道运动的运动信号相关到到表示在已知的质量流量下的过程参数传感器管道运动的复特征向量的复模态变换来估计未知的质量流量。许多复测量值可以从运动信号中产生，然后应用这些值根据最佳拟合技术比如线性回归估计复模态变换。依据本发明的一个方面，接收表示在两个以上位置上的运动的运动信号，形成一种能够用于产生更精确的过程参数估计的测量数据的超定组。复模态变换和过程参数估计操作可以在微处理器、数字信号处理器(DSP)或类似的处理器中实施。

通过应用传感器管道的运动的复模态变换，本发明能够提供比常规的测量技术更灵活且更精确的方法以测量过程参数比如质量流量。根据本发明，各种不同的测量能够提供所需的复式信息。此外，依据本发明所实现的估计技术非常适合于应用测量值的超定组。

具体地说，依据本发明，通过参数传感器估计过程参数，该参数传感器具有包含来自材料处理系统的材料的管道。从许多运动换能器中接收许多运动信号。这些运动信号中的每种信号都表示在管道的许多位置中的一个位置上的运动。从所接收的许多运动信号中估计复模态变换，然后从所估计的复模态变换中估计材料处理系统的过程参数。

依据本发明的一个方面，在已知的质量流量下提供复特征向量表示在管道的许多位置上的运动。从许多运动换能器中接收许多运动信号，这些许多运动信号表示当材料流经该管道时在管道上的许多位置上的运动。估计将所接收的许多运动信号相关到复特征向量的复模态变换。从已知的质量流量和所估计的复模态变换中估计通过管道的质量流量。