一种用于以振动管为基础的测量仪器（５）的驱动系统（５０，１０４），采用空间滤波器（５０）以便提供仅具有按照期望的振动模式的模态构成部分的驱动信号。多个位于在沿振动管（１０３Ａ，１０３Ｂ）的不同位置的反馈传感器（１０５，１０５’）产生多个反馈信号。向每个反馈信号施加加权或增益系数。然后将所有的加权反馈信号相加以便产生驱动信号或者一与驱动信号成比例的信号，该信号本身与任何反馈信号相比较具有改进的模态构成部分。按照几种方法中的任何一种选择加权系数。一种方法是通过由该振动结构的有限元模型提取本征矢量，建立对于振动流管的本征矢量矩阵。计算本征矢量矩阵的逆矩阵或伪逆矩阵以便得到模态滤波器矢量。由各模态滤波器矢量中选择适当的一组加权系数。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种用于产生科里奥利质量流量计中的驱动器的驱动信号的装置和方法。更具体地说，本专利技术涉及在科里奥利流量计的振动流管中产生仅引起所期望的振动模式(mode)的驱动信号。更具体地说，本专利技术涉及利用模态(modal)滤波器来抑制不希望产生的驱动信号分量并增强所期望的驱动信号分量。公知利用科里奥利效应质量流量计来测量质量流量和关于通过导管流动的材料的其它信息。示例性的科里奥利流量计公开在1978.8.29授权的4109524号、1985.1.1授权的4491025号以及1982.2.11的Re.31450号美国专利中，这些专利均授予J.E.Smith等人。这些流量计具有一个或多个直线或曲线形结构的流管。在科里奥利质量流量计中的每一种流管结构具有一组自然振动模式，它们可以是简单弯曲、扭转或耦合(coupled)类型的。驱动每一流管以便按照这些自然振动模式中之一谐振。在流量计的入口侧由相连的导管流入流量计的材料被导引通过一个或几个流管，并通过出口侧流出流量计。填充材料的振动系统的自然振动模式是部分地由各流管的综合质量和在各流管内流动的材料确定的。当没有材料流过流量计时，由于施加的驱动力具有相同的相位或很小的起始固定的(可校正)相位偏差，沿流管的所有各点振动。随着材料开始流动，科里奥利力使沿流管的每一个点具有不同的相位。在流量计入口侧的相位滞后驱动器，而在流量计出口侧的相位超前驱动器。将一些传感器(pick-off sensor)置于在流管上，以便产生代表流管运动的正弦信号。对由传感器输出的信号进行处理，以便确定各传感器的相位差。两个传感器的相位差与通过该流管流动的材料的质量流量成比例。每一科里奥利流量计和每种振动管密度计中的基本构成部分是驱动或激励系统。驱动系统工作以便向流管施加周期性的机械作用力，使流管振动。该驱动系统包含安装在流量计中的流管上的驱动器。该驱动器结构通常包含很多公知装置中的一种，例如安装在一个流管上的磁铁和与磁铁按相反位置关系安装在另一个流管上的线圈。驱动电路持续地向驱动器提供一种周期性的通常为正弦或方波波形的驱动电压。通过由线圈响应于周期性的驱动信号产生的持续的交流磁场与由磁铁产生的恒定磁场相互作用，起初迫使两个流管按照相反的正弦波方式(patterm)振动，并此后维持。本领域的技术人员会认识到，任何能够将电信号变换为机械力的装置都适合作为驱动器使用(见授予Carpenter的并转让给Micro Motion，Inc的4777833号美国专利)。此外，无需利用正弦波而是利用其它周期信号作为驱动信号也可能是适合的(见授予Kalotay等人的并转让给Micro Motion，Inc的5009109号美国专利)。一种典型的振动模式，虽然不是仅有的振动模式(按照该振动模式驱动科里奥利流量计使之振动)是一次异相弯曲模式(first out-of phase bending mode)。一次异相弯曲模式是一种基本的弯曲模式，按照该模式该双管科里奥利流量计中的两个流管按彼此相反的方式振动。然而，这不是在按照一次异相驱动的科里奥利流量计的该振动结构中呈现的仅有的振动模式。当然，有一些可以受激的更高的振动模式。此外由于流体通过振动的流管以及随之发生的科里奥利力，还有受激的一次异相扭曲模式以及其它模式。还有同相和横向振动模式。在科里奥利流量计中实际最多有几百种受激的振动模式，驱动该流量计按照一次异相弯曲模式振动。即使在接近一次异相弯曲模式的相当窄的频率范围内，也有至少几种附加的振动模式。除了由于激励被驱动流管引起受激的多个模式外，由于外部振动流量计可以激励一些模式。例如，在工艺管道中的位于某处的泵可能沿管线产生振动，在科里奥利流量计中激励一种振动模式。在科里奥利流量计中有时激励附加的不希望产生的模式的另一种原因是当制造公差(较大)使驱动器各元件在流管上不对称就位时引起的。这样就导致驱动器施加偏心力作用在流管上因此激励多种振动模式。因此一被驱动按一次异相弯曲模式振动或谐振的科里奥利流量计，实际上使导管除了一次异相弯曲模式以外按照很多其它的模式振动。被驱动的按与一次异相弯曲模式不同的模式振动的流量计，除了预期的驱动模式外还发生多个激的模式的相同现象。已有的驱动系统处理反馈信号，其通常是各传感器信号的其中一种，以便产生驱动信号。遗憾的是，除了期望的激励模式以外该驱动反馈信号包含根据其它模式产生的响应。因此，通过一频域滤波器对驱动反馈信号进行滤波，以便消除不希望有的分量以及然后放大经滤波的信号并提供到驱动器。然而，用于对驱动反馈信号进行滤波的频域滤波器，在将单一所期望的驱动模式与存在于驱动反馈信号中的其它模式响应的隔离方面不是有效的。可能有由于接近期望模式谐振频率的其它模式引起的失谐响应。还可能有在接近期望谐振频率的频点处的谐振响应。总之，经滤波的驱动反馈信号即驱动信号通常包含在不同于用于激励流管的期望模式的频率处的模态构成部分(modalcontent)。根据多模式的谐振响应组成的驱动信号通过驱动器向流管输入能量，激励每一种驱动信号包含了其模态构成部分的模式。这种多模式驱动信号引起科里奥利流量计使用上的问题。此外，频域滤波器引起经滤波的驱动信号产生相位滞后。这可能导致需要更高的驱动功率才能按照期望的幅值驱动流管。由多模式驱动信号引起的一个问题是例如管线振动的外部振动由于该驱动信号而加强。假如相对科里奥利流量计的外部管线振动使流量计振动，驱动反馈信号包含对于管线振动的响应。如果管线振动至少部分地落入该滤波器的通频带内，频域滤波器不能消除不希望有的响应。包含对于管线振动不希望有的响应的经滤波的驱动反馈信号被放大并提供到驱动器。然后该驱动器工作加强了管线振动的激励模式。当可用于驱动流管的驱动功率的总量值存在问题时，产生一由多模式驱动信号引起的一个代表性的问题。为了满足由各种核准机构确定的固有的安全要求，限制在科里奥利流量计的驱动器处可用于驱动的总功率。这种功率限制对于科里奥利流量计(特别是对于较大的流量计，尤其是对于测量夹带气体的液体的较大的流量计)可能造成问题。由于多模式驱动信号除了将能量输入到期望的驱动模式以外，还输入到其它各个模式，多模式驱动信号是低效的。因此，比对于指定的一组工作条件所必需的限制更快地达到该固有的安全功率限制。再一个问题是，在按照一次异相弯曲模式驱动的流量计的实例中，驱动器位置也就是对于二次异相弯曲模式最大幅值的位置。因此，为按照一次异相弯曲模式振动，二次异相弯曲模式在被驱动的科里奥利流量计中被稳固地激励。因此，驱动反馈信号以及相继地驱动信号包含按二次异相弯曲模式的响应。对于利用科里奥利质量流量计进行的密度测量，在多个频率具有模态构成部分驱动信号会产生另一个问题。在科里奥利流量计或振动管密度计中的密度测量依靠对振动流管的谐振频率的测量。当响应于包含按照多个模式的模态构成部分的驱动信号驱动流管时，会出现一个问题。在驱动信号中多个模式的叠加可能导致与期望驱动模式的真实谐振频率失谐地驱动流管。这可能在密度测量中导致误差。需要一种用于科里奥利流量计的驱动电路系统，其仅按照期望的驱动频率驱动流量计中的一(各)个流管。还需要一种驱动电路系统，其增强在驱动反馈信号中的期望的驱动模式并本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于振动流体容器（１０３Ａ，１０３Ｂ）的驱动系统，包含： 驱动装置（１０４），位置接近所述流体容器并用于响应于驱动信号振动所述流体容器； 第一传感器装置（１０５），安装在所述流体容器上的第一位置，用于产生表示在第一位置的所述流体容器运动的第一运动信号； 第二传感器装置（１０５’），安装在所述流体容器上的第二位置，用于产生表示在第二位置的所述流体容器运动的第二运动信号； 所述第一和第二运动信号具有按照多个振动模式的模态构成部分；以及 空间滤波器装置（５０），用于接收所述第一和第二运动信号并产生所述驱动信号，所述驱动信号具有比按照所述多个振动模式要少的模态构成部分。
【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：TJ坎宁安，
申请(专利权)人：微动公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]
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