[发明专利]应用空间积分的改进的振动管参数传感器及其运行方法

说明书

本发明属于一种过程参数传感器及其运行方法，更具体地说，属于一种振动管道过程参数传感器及其运行方法。

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动。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。该致动装置通常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。驱动器通常给致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相反的周期性模式驱动两个管道，此后保持这种周期性模式继续振动。

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在空间上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通常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(例如线圈型速度换能器)上的相位。然而，在换能器位置上的制造误差以及在管道结构中的其它结构变化和非线性都可能引起测量的不精确。

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及其运行方法，以提供一种能够更精确地测量在振动管道参数传感器中的过程参数比如质量流率、总的质量流率、速度等的技术。

依据本发明通过过程参数传感器及其运行方法实现上述目的和其它目的、特征以及优点，其中确定与在管道中材料相关的过程参数例如质量流率、总的质量流率、流速等的空间积分估计。识别与受激励的传感器管道相关的许多力。接收表示在传感器管道上的许多位置上的运动的运动信号，该位置的数量超过所识别的力的数量以使许多运动信号形成一种将管道运动分解为由许多力引起的运动的超定信息源。由此可以产生与运动的材料相关的过程参数的更精确估计。

具体地说，依据本发明，材料处理系统的过程参数传感器包括包含来自材料处理系统的材料的管道。许多运动换能器用于产生表示在管道上的许多位置上的运动的许多运动信号。一种超定过程参数估计器响应许多运动换能器并接收许多运动信号。超定过程参数估计器将管道运动分解成由预定数量的力中的每种力引起的运动并依据所分解的运动估计在管道中与材料相关的过程参数，其中位置数量超过力的数量以使许多运动信号形成一种用于将管道运动分解成由预定数量的力所引起的运动的超定信息集。超定过程参数估计器可以包括产生由科里奥利力引起的运动的估计的装置以及响应产生运动的估计的装置用于从该运动的估计中产生过程参数比如质量流量的估计的装置。

依据本发明的一个方面，组合一组运动信号以产生空间平均的运动信号。例如应用常规的科里奥利测量电路从该空间平均的运动信号中估计过程参数。

依据本发明的另一方面，识别许多实模式。产生许多运动信号，这些许多运动信号表示在超过实模式数量的许多位置上的运动，以使许多运动信号表示将管道运动分解成在许多实模式中的运动的超定信息源。从许多运动信号中可以产生由科里奥利力引起的模态运动的估计，从该模态运动的估计中可以估计过程参数的估计。

依据本发明的另一方面，识别复模式。产生许多运动信号，这些许多运动信号表示在超过两个的许多位置上的运动，以使许多运动信号表示将管道运动分解成在许多复模式中的运动的超定信息源。从许多运动信号中可以产生复模态变换的估计，从该复模态变换的估计中可以产生过程参数的估计。由此提供改进的过程参数比如质量流率的估计。

附图1所示为依据本发明的振动管道参数传感器的实施例。

附图2和3所示为依据本发明的一个方面利用复模态估计的振动管道参数传感器的实施例。