用于平均流速的振動流量計和方法

用于平均流速的振動流量計和方法
【專利摘要】提供一種用于確定脈動流量的平均流速的振動流量計（5）。振動流量計（5）包括流量計組裝件（10）和儀表電子裝置（20），流量計組裝件（10）包括至少兩個拾取傳感器（170L、170R）且配置成生成至少兩個振動信號，以及儀表電子裝置（20）配置成接收至少兩個振動信號并生成流速測量信號，將流速測量信號分成一系列時間周期，其中每個時間周期包括在所述時間周期中大致居中的單個流量峰值，將每個時間周期的流速測量疊加以生成周期總和，以及將所述周期總和除以時間周期長度以生成周期平均流速，其中儀表電子裝置（20）將序列的周期平均流速作為平均流速信號輸出。
【專利說明】用于平均流速的振動流量計和方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及振動流量計和方法，更具體地來說，涉及用于確定平均流速的振動流量計和方法。
【背景技術】
[0002]振動管道傳感器，如科式質量流量計和振動密度計，典型地通過檢測包含流動材料的振動導管的運動來操作。可以通過處理從與導管關聯的運動換能器接收測量信號來確定與導管中材料關聯的屬性，如質量流量、密度等。振動材料填充的系統的振動模式一般受包含導管和其中包含的材料的組合的質量、硬度和阻尼特征影響。
[0003]典型的科式質量流量計包括在管道或其他輸送系統中內聯式連接并在該系統中傳送諸如，流體、漿料、乳化液等材料的一個或多個導管。每個導管可以視為具有一組自然振動模式，例如包括，簡單彎曲、扭轉、徑向和耦合模式。在典型的科式質量流測量應用中，當材料流流經導管時，以一種或多種振動模式激勵導管，并且在沿著導管間隔布置的點處測量導管的運動。激勵典型地由促動器提供，該促動器例如機電裝置(如音圈型驅動器)，其以周期性方式擾動導管。可以通過測量這些換能器位置處的運動之間的時間延遲或相位差來確定質量流流速。典型地采用兩個此類換能器(或拾取傳感器)以測量一個或多個流導管的振動響應，以及典型地將其設在促動器的上游和下游位置處。將這兩個拾取傳感器連接到電子儀器。該儀器從這兩個拾取傳感器接收信號，并處理這些信號以便尤其導出質量流流速測量。包括科式質量流量計和密度計的振動流量計因此采用為了測量流體而被振動的一個或多個流管。
[0004]往往所期望的是測量流動流體的流速。在流體恒定地流動的情況中，此類流速測量是直接簡單的。但是在流量是脈動的情況中，如在泵運流量(pumped flow)中，則流速測量可能反映脈動流量的周期性特性，其中流速測量在振幅、時間上隨流量而變化。
[0005]許多類型的泵將輸出顯著周期性的流量，并且由此該流量將根據泵的周期(或操作速度)脈動。例如，Texsteam 5000系列短沖程化學噴射泵具有10%的“開啟”占空比的、低至每分鐘5個沖程的沖程速率。
[0006]往往期望的，脈動流量的流速測量包括平均流速測量，而非瞬時流速測量。往往期望的，流速測量包括基本穩定且代表性流速測量值。往往期望的，流速測量不發生周期性地變化。流量計用戶可能不希望或無法使用瞬時流速測量。
[0007]生成用于脈動流量的平均流速測量的一種復雜因素是脈動流量可能含有周期性逆向流量。另一種復雜因素是用戶期望具有快速更新速率且不顯著地或不可感知地滯后于實際流的平均流速測量。再者，在脈沖之間的周期變化的情況中，平均流速測量可能復雜化。
[0008]測量脈動流量的流速的一種現有技術解決方案是利用流量阻尼。這些流量阻尼包括軟件濾波(典型地使用具有固定數量的濾波器系數的無限沖激響應(IIR)或有限沖激響應(FIR)濾波器)。濾波將使瞬時流速輸出平滑，但是這對脈動流量周期是一般性且非適應性的(non-adaptive)。流量阻尼可能起作用以抑制周期性流量峰值，其中通過將流量峰值拉平且加寬而在一定程度上減小周期性。流量阻尼可能起作用以消除或減小負或逆向流量的突發。
[0009]但是，此類阻尼包含缺點。一個缺點是，此類阻尼可能造成具有顯著變化的平均流速。變化的平均流速可能是因為流量阻尼對于脈動流量周期是非適應性的所致。另一個缺點是雖然阻尼可能降低平均流速變化，但是相對于可以根據本文論述的振動流量計和方法實現的平均流速測量，這樣做使得平均流速測量延遲顯著大于一個周期，。

【發明內容】

[0010]在本發明的一個方面中，一種用于確定脈動流量的平均流速的振動流量計包括: 流量計組裝件，所述流量計組裝件包括至少兩個拾取傳感器且配置成生成至少兩個振
動信號；以及
儀表電子裝置，所述儀表電子裝置配置成接收所述至少兩個振動信號并生成流速測量信號，將流速測量信號分成一系列時間周期，其中每個時間周期包括在該時間周期中大致居中的單個流量峰值，將每個時間周期的流速測量疊加(totalize)以生成周期總和，以及將周期總和除以時間周期長度以生成周期平均流速，其中儀表電子裝置將一序列的周期平均流速作為平均流速信號輸出。
[0011 ] 優選地，平均流速信號包括平均質量流速信號。
[0012]優選地，平均流速信號包括平均體積流速信號。
[0013]優選地，時間周期長度是大致固定的。
[0014]優選地，時間周期長度是適應性的。
[0015]優選地，儀表電子裝置配置成確定流速測量信號中的周期性。
[0016]優選地，儀表電子裝置配置成確定流速測量信號中的周期性，其中通過對流速測量信號執行離散傅立葉變換(DFT)來確定周期性。
[0017]優選地，儀表電子裝置配置成確定流速測量信號中的周期性，其中通過掃描流速測量信號中的峰值來確定周期性。
[0018]優選地，儀表電子裝置配置成確定流速測量信號中的周期性，其中通過掃描流速測量信號中的峰值來確定周期性，且所述掃描包括儀表電子裝置將流速測量信號中的流量偽影與預定峰值振幅閾值、預定峰值寬度閾值或預定最小峰值間距閾值的其中一個或多個比較。
[0019]優選地，儀表電子裝置配置成確定流速測量信號中的周期性，其中通過對流速測量信號執行開窗分析來確定周期性。
[0020]在本發明的一個方面中，一種用于確定脈動流量的平均流速的方法包括:
從振動流量計的兩個或更多個拾取傳感器接收兩個或更多個振動響應信號，并生成流速測量信號；
將流速測量信號分成一系列時間周期，其中每個時間周期包含在該時間周期中大致居中的單個流量峰值；
將每個時間周期的流速測量疊加以生成周期總和；以及
將周期總和除以時間周期長度以生成周期平均流速，其中將一序列的周期平均流速作為平均流速信號輸出。
[0021 ] 優選地，平均流速信號包括平均質量流速信號。
[0022]優選地，平均流速信號包括平均體積流速信號。
[0023]優選地，時間周期長度是大致固定的。
[0024]優選地，時間周期長度是適應性的。
[0025]優選地，將流速測量信號分成一系列時間周期包括，確定流速測量信號中的周期性。
[0026]優選地，將流速測量信號分成一系列時間周期包括，確定流速測量信號中的周期性，其中通過對流速測量信號執行離散傅立葉變換(DFT)來確定周期性。
[0027]優選地，將流速測量信號分成一系列時間周期包括，確定流速測量信號中的周期性，其中通過掃描流速測量信號中的峰值來確定周期性。
[0028]優選地，將流速測量信號分成一系列時間周期包括，確定流速測量信號中的周期性，其中通過掃描流速測量信號中的峰值來確定周期性，且所述掃描包括將流速測量信號中的流量偽影與預定峰值振幅閾值、預定峰值寬度閾值或預定最小峰值間距閾值的其中一個或多個比較。
[0029]優選地，將流速測量信號分成一系列時間周期包括，確定流速測量信號中的周期性，其中通過對流速測量信號執行開窗分析來確定周期性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0030]所有附圖中，相同的附圖標記表示相同的元件。附圖不一定按比例繪制。
[0031]圖1示出根據本發明的振動流量計。
[0032]圖2示出根據本發明的實施例的振動流量計的儀表電子裝置。
[0033]圖3A-3C示出根據本發明的實施例、用于脈動流量的代表性處理步驟。
[0034]圖4A-4E示出多種脈動流量的示例。
[0035]圖5是根據本發明的實施例、用于確定脈動流量的平均流速的方法的流程圖。【具體實施方式】
[0036]圖1-5和下文的描述說明教導本領域技術人員如何實施和使用本發明的最佳模式的特定示例。為了教導本發明原理，將一些常規方面簡化或省略。本領域技術人員將認識到落在本發明范圍內的源自這些示例的變化。本領域技術人員將認識到下文描述的特征能夠以多種方式組合以形成本發明的多個變化。因此，本發明不限于下文描述的特定示例，而僅由權利要求及其等效物限定。
[0037]圖1示出根據本發明實施例的振動流量計5。振動流量計5包括流量計組裝件10和儀表電子裝置20。儀表電子裝置20經由引線100連接到儀表組裝件10且配置成通過通信路徑26提供密度、質量流速、體積流速、總計的質量流量、溫度或其他測量或信息的其中一種或多種的測量。在一些實施例中，振動流量計5可以包括科式流量計5。本領域技術人員應該顯見到，該振動流量計可以包括任何方式的振動流量計，無論驅動器、拾取傳感器、流導管的數量或振動的操作模式。此外，應該認識到振動流量計5可以備選地包括振動密度計。[0038]流量計組裝件10包括一對法蘭101和101’、歧管102和102’、驅動器104、拾取傳感器105和105’和流導管103A和103B。驅動器104和拾取傳感器105和105’連接到流導管103A和103B。
[0039]法蘭101和101’附接到歧管102和102’。在一些實施例中，可以將歧管102和102’附接到間隔器106的相對兩端。間隔器106保持歧管102和102’之間的間距，以便防止管道作用力傳遞到流導管103A和103B。當將流量計組裝件10插入到載送正在測量的流量流體的管道(未示出)時，流量流體經由法蘭101進入流量計組裝件10，并通過入口歧管102，其中將總量的流量流體導向進入流量導管103A和103B，流經流量導管103A和103B，并往回流到出口歧管102’中，其中它經由法蘭101’離開儀表組裝件10。
[0040]流量流體可以包括液體。流量流體可以包括氣體。流量流體可以包括多相流體，如包括包含混入氣體和/或混入固體的液體。
[0041]選擇流量導管103A和103B，并且適合地將其安裝到入口歧管102和出口歧管102’以使之具有大致相同的質量分布、慣性矩和分別圍繞彎曲軸W - W和W’ - W’的彈性模量。流量導管103A和103B從歧管102和102’以基本平行的方式向外延伸。
[0042]由驅動器104將流量導管103A和103B繞著各自的彎曲軸W和W’按相反方向驅動，振動流量計5的彎曲模式在此處稱為第一異相。驅動器104可以包括多個公知的布置之一，如安裝到流量導管103A的磁體和安裝到流量導管103B的相對線圈。將交流電通過相對線圈以促使兩個導管均振蕩。通過儀表電子裝置20經由引線110向驅動器104施加適合的驅動信號。可設想其他驅動器裝置，且這些其他驅動器裝置在說明書和權利要求的范圍內。
[0043]儀表電子裝置20分別在引線111和111’上接收傳感器信號。儀表電子裝置20在引線Iio上產生驅動信號，其促使驅動器104使得流量導管103A和103B振蕩。可設想其他傳感器裝置，且這些其他傳感器裝置在說明書和權利要求的范圍內。
[0044]儀表電子裝置20處理來自拾取傳感器105和105’的左速度信號和右速度信號，尤其用來計算流速。通信路徑26提供允許儀表電子裝置20與操作員實現接口或與其他電子系統實現接口的輸入和輸出裝置。圖1的描述僅作為振動流量計(如科式流量計)的操作的示例提供，而無意限制本發明的教導。
[0045]一個實施例中的儀表電子裝置20配置成振動流管103A和103B。振動由驅動器104來執行。儀表電子裝置20還從拾取傳感器105和105’接收所得的振動信號。振動信號包括流管103A和103B的振動響應。儀表電子裝置20處理振動響應并確定響應頻率和/或相位差。儀表電子裝置20處理振動響應并確定一個或多個流測量，包括質量流速和/或流量液體的密度。可設想其他振動響應特征和/或流量測量，并且這些其他振動響應和/或流量測量在說明書和權利要求的范圍內。
[0046]在一個實施例中，流管103A和103B包括大致U形流管，如圖所示。作為備選，在其他實施例中，流管可以包括大致Y形或直流管。可以使用另外的流量計形狀和/或配置，并這些另外的流量計形狀和/或配置在說明書和權利要求的范圍內。
[0047]圖2示出根據本發明實施例的振動流量計5的儀表電子裝置20。儀表電子裝置20可以包括接口 201和處理系統203。儀表電子裝置20從儀表組裝件10接收第一和第二傳感器信號，如拾取/加速度傳感器信號。儀表電子裝置20處理第一和第二傳感器信號，以便獲取流經儀表組裝件10的流材料的流量特征。例如，儀表電子裝置20可以根據這些傳感器信號確定相位差、頻率、時間差(At)、密度、質量流速和/或體積流速的其中一個或多個。儀表電子裝置20可以生成流速測量信號223。儀表電子裝置20可以生成大致平均流速信號238。此外，根據本發明，能夠確定其他流量特征。
[0048]接口 201經由圖1的引線100從加速度傳感器170L和170R之一接收傳感器信號。接口 201能夠執行任何必要的或期望的信號調節，如任何方式的格式化、放大、緩沖等。作為備選，可以在處理系統203中執行信號調節的一些或全部。
[0049]此外，接口 201可以使能儀表電子裝置20與外部裝置之間通信。接口 201能夠進行任何方式的電子、光或無線通信。
[0050]在一個實施例中，接口 201包括數字化器(未示出)，其中傳感器信號包括模擬傳感器信號。數字化器對模擬傳感器信號采樣并將其數字化，并產生數字傳感器信號。接口 /數字化器還能夠執行任何需要的降頻采樣，其中將數字傳感器信號降頻采樣以便減少所需的信號處理量以及縮減處理時間。
[0051]處理系統203指引儀表電子裝置20的操作，并處理來自流量計組裝件10的流量測量。處理系統203執行一個或多個處理例行程序，并由此處理流量測量以便產生一個或多個流量特征。
[0052]處理系統203可以包括通用計算機、微處理器、邏輯電路或其他通用或定制處理裝置。處理系統203可以分布在多個處理裝置上。處理系統203可以包括任何方式的整體或獨立電子存儲介質，如存儲系統204。
[0053]在所示的實施例中，處理系統203從流量計組裝件10接收傳感器信號，作為兩個或更多個振動響應220至少臨時存儲傳感器信號，以及根據這些兩個或更多個振動響應220生成多種流量測量。處理系統203可以根據兩個或更多個振動響應220生成流速測量信號223。流速測量信號223可以包括瞬時質量流速或瞬時體積流速。處理系統203可以根據流速測量信號223生成平均流速信號228。平均流速信號238可以包括平均質量流速或平均體積流速。處理系統203可以存儲、顯示、記錄和/或傳送流速測量信號223和平均流速信號238。
[0054]存儲系統204可以存儲處理系統203執行的例行程序。在一些實施例中，存儲系統204存儲用于生成流速測量信號223的流速例行程序214。在一些實施例中，存儲系統204存儲用于確定流量峰值、流量峰值位置和峰值間的時間跨度(即，周期)的周期性例行程序219。在一些實施例中，存儲系統204存儲平均例行程序216，平均例行程序216根據流速測量信號223生成平均流速信號238。
[0055]在一個實施例中，存儲系統204可以存儲用于操作振動流量計5的變量，以及可以存儲儀表電子裝置20生成的值。存儲系統204可以存儲根據流測量生成的流量特征。
[0056]存儲系統204可以存儲從速度/拾取傳感器170L和170R接收的兩個或更多個振動響應220。兩個或更多個振動響應220可以包括兩個或更多個序列的隨時間變化的數字
測量值。
[0057]存儲系統204可以存儲時間周期長度227。時間周期長度227可以包括連續峰值之間(或連續正峰值或負峰值之間)的時間跨度，如當前流量峰值與前一個流量峰值之間的時間跨度。應該理解，時間周期長度227可以存儲多于一個長度值，并且可以存儲多個長度值。還應該理解，周期長度可以隨流量中的改變而變化。
[0058]存儲系統204可以存儲周期總和231。周期總和231可以包括特定時間周期的流速振幅值的總和。應該理解，周期總和231可以存儲對應于多于一個時間周期的多于一個總和。
[0059]存儲系統204可以存儲周期平均值235。周期平均值235包括對于特定時間周期計算的平均流速值。應該理解，周期平均值235可以存儲對應于多于一個時間周期的多于一個平均值。
[0060]存儲系統204可以存儲平均流速信號238。平均流速信號238可以包一系列或序列的周期平均值。系列周期平均值是對于一系列的連續時間周期或窗口生成的。當按時間次序加上平均流速信號238時，該系列的周期平均值成為平均流速信號238。
[0061]存儲系統204可以存儲預定峰值振幅閾值226。峰值振幅閾值226可以包括將流速偽影判斷為流量峰值所需的最小流速振幅。
[0062]存儲系統204可以存儲預定峰值寬度閾值228。峰值寬度閾值228可以包括將流速偽影判斷為流量峰值所需的最小峰值寬度。作為附加或備選，峰值寬度閾值228可以包括將流速偽影判斷為流量峰值所需的最大峰值寬度。在另一個備選中，峰值寬度閾值228可以包括將流速偽影判斷為流量峰值所必須滿足的峰值寬度范圍。
[0063]存儲系統204可以存儲預定最小峰值間距233。預定最小峰值間距233包括連續或相鄰流量峰值之間的最小時間間距(time-wise spacing)。在一些實施例中，必須將當前流量峰值與前一個峰值間隔開預定最小峰值間距233，才能將其判斷為用于取均值目的的流量峰值。這可以阻止多個峰值被判斷為下一個流量峰值，如圖4C的圖形的中心處示出的多個峰值。
[0064]儀表電子裝置20在執行流速例行程序214時，配置成生成平均流速信號。儀表電子裝置20在執行流速例行程序214時，還可以執行周期性例行程序219和/或取均值例行程序216。儀表電子裝置20在執行流速例行程序214時，配置成接收指示兩個振動信號，并生成流速測量信號，將流速測量信號分成一系列時間周期，其中每個時間周期包括在該時間周期中大致居中的單個流量峰值，將每個時間周期的流速測量疊加以生成周期總和，以及將周期總和除以時間周期長度以生成周期平均流速。最終，儀表電子裝置20將一序列的周期平均流速作為平均流速信號來輸出。在一些實施例中，平均流速信號包括平均質量流速信號。作為備選，平均流速信號可以包括平均體積流速信號。
[0065]在一些實施例中，時間周期長度可以是固定或大致恒定的。作為備選，時間周期長度可以適應性的，并且可以隨正在測量的流量改變而改變。
[0066]在一些實施例中，儀表電子裝置20可以配置成確定流速測量信號中的周期性。可以通過對流速測量信號執行離散傅立葉變換(DFT)來確定周期性。可以使用DFT來產生頻域頻譜，其中流量峰值的周期性可以根據該頻譜來確定。
[0067]在一個實施例中，可以通過掃描流速測量信號中的峰值來確定周期性。該掃描可以包括將信號振幅、寬度和間隔與預定值或范圍比較。在一些實施例中，該掃描可以包括儀表電子裝置20將流速測量信號中的流量偽影與預定峰值振幅閾值226、預定峰值寬度閾值228或預定最小峰值間距閾值233的其中一個或多個比較。僅滿足預定值的流量偽影才被判斷為確定的流量峰值。以此方式，較小的流量異常，如圖4E中的小尖峰，將不會被判斷為流量峰值。此類較小的流量異常可能影響取均值過程，因為將流速測量信號分成非常短持續時間的時間周期中，使得處理時間更長以及處理負荷更大。
[0068]可以通過對流速測量信號執行開窗分析來確定周期性。開窗分析包括使用多個時間窗口或滑動窗口來處理流速測量信號。在開窗中，周期性地將窗口移到下一個位置，并處理窗口邊界內的信號以生成振幅峰值指示。然后，將窗口移到下一個位置，并重復處理。可以處理窗口的內容以確定最大振幅或能量內容的時間點。這些窗口可以重疊或可以不同的。該處理可以生成每個窗口的最大信號振幅的指示，其中一系列的窗口將生成可允許確定流速測量信號中的所有可界定流量峰值的信息。
[0069]圖3A-3C示出根據本發明的實施例、用于脈動流量的代表性處理步驟。圖3A示出代表性脈動流量，其包含不同振幅的流量峰值以及位于變化時間間隔處的流量峰值。圖3A還包括流速測量信號。前三個流量峰值按時間周期長度L2間隔開。后四個流量峰值按時間周期長度L1間隔開。最后兩個流量峰值按時間周期長度L2間隔開。第一、第二和第九個流量峰值具有3的振幅。第三個峰值具有4的振幅。第四個、第六個、第七個和第八個流量峰值具有2的振幅。第五個流量峰值具有I的振幅。
[0070]圖3B示出確定了周期性并將信號分成一系列時間周期之后的圖3A的流量。應該注意每個流量峰值在其時間周期中大致居中。第一個、第二個和第八個時間周期或窗口 1、W2和W8具有長度L2。第三個、第四個、第五個、第六個和第七個時間周期W3-W7具有長度U。
[0071]應該注意，在所示的示例中，時間周期W3和W7與相鄰周期W2和W8不是連續的。但是，在需要的情況下，可以將它們配置成擴展到相鄰窗口評2和w8。作為備選，這些周期可以重疊。
[0072]圖3C包括根據流速測量信號導出的平均流速信號。圖3B的周期W1-W9中的每個流量峰值已被對應的周期平均值替代。應該注意，圖3B與圖3C之間的箭頭表示根據圖3A-圖3B所示的流速測量信號產生圖3C的平均流速信號中的處理延遲。
[0073]在本示例中，已將周期胃5中的流量峰值判斷為沒有足夠的振幅包括用于取均值目的的流量峰值。例如，可以已將振幅值與峰值振幅閾值226比較，并且小于該閾值。因此，時間周期W5可以具有O的周期平均值，如圖所示。作為備選，可以在鄰近周期W4和W6的其中之一或二者中包含時間周期W5中的流速偽影(但是偏離周期的中心)。
[0074]在另一個備選中，周期性處理可以將流速偽影與峰值振幅閾值226比較，并判斷小峰值不夠大以包含周期端點，因此，該小峰值將被包括在前一個周期W4中或下一個周期\。
[0075]周期W8的周期平均值示出為小于周期W7的周期平均值，即使周期W8中的流量峰值的振幅與周期W7中的流量峰值振幅相同。這是因為周期W8具有長度L2,長度L2大于周期胃7的長度Lp
[0076]相似地，周期W3中的周期平均值大于周期W2的周期平均值。這是由于周期W3中的峰值振幅比周期W2中的更大，以及周期W3中的周期長度比周期W2中的更短。
[0077]圖4A-4E顯示多種脈動流量的示例。圖4A示出包括有規律間隔的流量測量峰值的脈動流量測量的示例。在本示例中，流量峰值大致完全相同，且以大致規律且可預測的周期性間距處出現。因此，為此流速測量波形生成平均流速將是直接簡單的。
[0078]圖4B包括脈動流量，其中第二脈沖位于早期(與上面和下面的波形比較)。這種從一個峰值到下一個峰值的周期性的變化將影響平均流速值。根據取均值過程，在現有技術中測量時，如果在固定的周期上取均值，則這種非周期(off-period)流量峰值可能產生經歷大躍變的平均流速輸出值。例如，第二脈沖可能與第一脈沖取均值，從而產生第一周期中偽影性地升高的平均值，以及在后面的時間周期中隨后偽影性地降低的平均值。
[0079]圖4C包括脈動流量，其中峰值不是同一的。在一些情況中，峰值可能包括局部下陷或可能包括多個局部峰。這可能使得確定脈動流量的周期性復雜化。
[0080]圖4D包括脈動流量，其中峰值包括低于水平(或零流量振幅)軸的下陷的部分。這些流測量下陷包括逆向流或負流的實例。再者，負流可能使得確定脈動流量的周期性的過程復雜化。再者，負流可能使得取均值在本質上不均勻和粗略。
[0081]圖4E包括脈動流量，其中在周期流量峰值之間出現額外的峰值。這是由于流量計環境所致，包括閥門的開啟或關閉，泵的反饋或調整、非泵的原因所致的壓力涌浪或下降或其他原因。如果將小尖峰判斷為流量峰值，則此類尖峰的不規則性質可能不當地影響平均值，且因此影響信號的周期性。
[0082]圖5示出根據本發明實施例、用于確定脈動流量的平均流速的方法的流程圖500。在步驟501中，振動流量計生成流速測量信號。振動流量計使用兩個或更多個振動信號以生成流速測量信號。可以處理這兩個或更多個振動信號以確定一個或多個振動流管上的兩個或更多個間隔開的拾取傳感器位置之間的相位差，正如本領域中公知的。使用相位差生成流速測量信號。此外，還可以在生成流速測量信號時使用其他值、常數或數據，正如本領域中公知的。流速測量信號將隨時間變化，并且將大致瞬時地跟蹤通過儀表的流材料的流量。
[0083]在步驟502中，周期性處理確定流量峰值和所確定的流量峰值之間的時間周期。然后，將流速測量信號分成確定序列的時間周期(參見圖3B)。這些時間周期可以是大致均勻的，但是可以根據流的周期性而變化。這些時間周期可以重疊或可以大致不同。這些時間周期可以包括與可界定的流量峰值之間的時序間隔對應的長度周期。流量峰值可以包括正峰值或負峰值。通過確定信號的周期性和流量峰值之間的時間跨度，并且根據流量峰值周期將流速測量信號取均值，所產生的周期平均值更具脈動流量的代表性。再者，所產生的周期平均值可以包括對于變化長度的流量峰值周期計算的平均值。
[0084]這些時間周期配置成使得它們優選地每個時間周期僅包括一個流量峰值或流量峰值組。作為備選，這些時間周期可以配置成使得它們僅包括振幅大于預定大小閾值的一個流量峰值或流量峰值組。
[0085]這些時間周期配置成使得它們優選地關于特定流量峰值或流量峰值組大致居中。通過使每個流量峰值在對應的時間周期中居中，所產生的周期平均值更具脈動流量的代表性。
[0086]周期性過程可能要求流量偽影滿足預定峰值振幅閾值226。可以將流量峰值與預定峰值振幅閾值226比較，以便確定流量峰值是否包含用于取均值目的的峰值。可以將超出預定峰值振幅閾值226的流量峰值判斷為包括確定的流量峰值。該判斷可以包括僅對預定峰值振幅閾值226執行判斷，或可以將該判斷與判斷流量偽影的其他方面組合，包括峰值寬度和峰值間距，如下文論述的。
[0087]周期性處理可要求流量偽影滿足預定峰值振幅閾值228。預定峰值寬度閾值228可以包括最小峰值寬度。預定峰值寬度閾值228還可以包括最大峰值寬度。再者，預定峰值寬度閾值228可以包括峰值寬度范圍，其中僅在例如流量偽影滿足峰值寬度范圍的情況下，才將流量偽影判斷為確定的流量峰值。
[0088]周期性處理可要求流量偽影滿足預定最小峰值間距233。預定最小峰值間距233包括連續或鄰接流量峰值之間的最小時間間距。周期性處理可要求當前流量峰值應與前一個峰值間隔開預定最小峰值間距233，才能將其判斷為用于取均值目的的流量峰值。這可以防止多個峰值(如圖4C中的圖形中心處示出的多個峰值)判斷為下一個流量峰值。
[0089]可設想其他周期性特征，且這些其他周期性特征在說明書和權利要求的范圍內。相似地，可設想其他信號峰值特征，且這些其他信號峰值特征在說明書和權利要求的范圍內。
[0090]可以使用如先前論述的離散傅立葉變換(DFT)來確定周期性。可以通過如先前論述的掃描峰值來確定周期性。可以通過如先前論述的開窗分析來確定周期性。
[0091]在步驟503中，將每個時間周期的流速測量加和，從而產生特定時間周期的周期總和。可以任何適合的方式將流速測量疊加。例如，在流速測量包括數字信號的情況中，疊加可以包括將特定窗口的一系列振幅值或按時間的二進制值(time-wise bin value)求和。
[0092]在步驟504中，將每個周期總和除以對應的時間周期長度。該除法產生該時間周期的周期平均流速。由此產生的每個周期平均流速將滯后于實際流量。但是，在一些實施例中，每個周期平均流速可以有利地滯后于實際流量僅大約一個時間周期。因此，如果需要的話，可以通過減小時間周期長度來更改平均流速信號至實際流體流量的同步。但是，在時間周期長度適應性地更改以跟蹤可界定流量峰值之間的間距的情況中，時間周期長度將自行地減小，其中流量峰值的頻率/間距增加/其中流量峰值的間距減小。結果是平均流速信號的相對粗略度或精細度將適應性地根據脈動流量的改變而改變。
[0093]在步驟505中，輸出平均流速信號。平均流速信號包括一序列的周期平均流速。該序列的周期平均流速包括流動流體的平均流速，其中該平均流速大致與流量的改變同步。
[0094]如果需要的話，可以根據這些實施例的任一實施例來采用根據本發明的振動流量計和方法以便提供若干優點。根據這些實施例的任一實施例的振動流量計和方法可以更好地處理脈動流量。根據這些實施例的任一實施例的振動流量計和方法可以生成更精確和可靠的平均流速。根據這些實施例的任一實施例的振動流量計和方法可以生成快速地更新的平均流速。根據這些實施例的任一實施例的振動流量計和方法可以生成最小滯后于瞬時流速的平均流速。
[0095]上文實施例的詳細描述不是發明人可設想且在本發明范圍內的所有實施例的窮舉性描述。實際上，本領域技術人員將認識到可以顯而易見地將上文描述的實施例的某些元件組合或省略來構建又一些實施例，并且此類又一些實施例落在本發明范圍和教導內。本領域普通技術人員還將顯見到，可以將上文描述的實施例整體地或部分地組合來構件在本發明的范圍和教導內的其他實施例。相應地，本發明的范圍應由所附權利要求確定。
【權利要求】
1.一種用于確定脈動流量的平均流速的振動流量計(5),所述振動流量計(5)包括: 流量計組裝件(10)，所述流量計組裝件包括至少兩個拾取傳感器(170L、170R)且配置成生成至少兩個振動信號；以及 儀表電子裝置(20)，所述儀表電子裝置配置成接收所述至少兩個振動信號并生成流速測量信號，將所述流速測量信號分成一系列時間周期，其中每個時間周期包括在所述時間周期中大致居中的單個流量峰值，將每個時間周期的流速測量疊加以生成周期總和，以及將所述周期總和除以時間周期長度以生成周期平均流速，其中所述儀表電子裝置(20)將一序列的周期平均流速作為平均流速信號輸出。
2.如權利要求1所述的振動流量計(5)，其中所述平均流速信號包括平均質量流速信號。
3.如權利要求1所述的振動流量計(5)，其中所述平均流速信號包括平均體積流速信號。
4.如權利要求1所述的振動流量計(5)，其中所述時間周期長度是大致固定的。
5.如權利要求1所述的振動流量計(5)，其中所述時間周期長度是適應性的。
6.如權利要求1所 述的振動流量計(5)，其中所述儀表電子裝置(20)配置成確定所述流速測量信號中的周期性。
7.如權利要求1所述的振動流量計(5)，其中所述儀表電子裝置(20)配置成確定所述流速測量信號中的周期性，其中通過對所述流速測量信號執行離散傅立葉變換(DFT)來確定所述周期性。
8.如權利要求1所述的振動流量計(5)，其中所述儀表電子裝置(20)配置成確定所述流速測量信號中的周期性，其中通過掃描所述流速測量信號中的峰值來確定所述周期性。
9.如權利要求1所述的振動流量計(5)，其中所述儀表電子裝置(20)配置成確定所述流速測量信號中的周期性，其中通過掃描所述流速測量信號中的峰值來確定所述周期性，且所述掃描包括所述儀表電子裝置(20)將所述流速測量信號中的流量偽影與預定峰值振幅閾值(226)、預定峰值寬度閾值(228)或預定最小峰值間距閾值(233)的其中一個或多個比較。
10.如權利要求1所述的振動流量計(5)，其中所述儀表電子裝置(20)配置成確定所述流速測量信號中的周期性，其中通過對所述流速測量信號執行開窗分析來確定所述周期性。
11.一種用于確定脈動流量的平均流速的方法，所述方法包括: 從振動流量計的兩個或更多個拾取傳感器接收兩個或更多個振動響應信號，并生成流速測量信號； 將所述流速測量信號分成一系列時間周期，其中每個時間周期包含在所述時間周期中大致居中的單個流量峰值； 將每個時間周期的流速測量疊加以生成周期總和；以及 將所述周期總和除以時間周期長度以生成周期平均流速，其中將一序列的周期平均流速作為平均流速信號輸出。
12.如權利要求11所述的方法，其中所述平均流速信號包括平均質量流速信號。
13.如權利要求11所述的方法，其中所述平均流速信號包括平均體積流速信號。
14.如權利要求11所述的方法，其中所述時間周期長度是大致固定的。
15.如權利要求11所述的方法，其中所述時間周期長度是適應性的。
16.如權利要求11所述的方法，其中將所述流速測量信號分成一系列時間周期包括，確定所述流速測量信號中的周期性。
17.如權利要求11所述的方法，其中將所述流速測量信號分成一系列時間周期包括，確定所述流速測量信號中的周期性，其中通過對所述流速測量信號執行離散傅立葉變換(DFT)來確定所述周期性。
18.如權利要求11所述的方法，其中將所述流速測量信號分成一系列時間周期包括，確定所述流速測量信號中的周期性，其中通過掃描所述流速測量信號中的峰值來確定所述周期性。
19.如權利要求11所述的方法，其中將所述流速測量信號分成一系列時間周期包括，確定所述流速測量信號中的周期性，其中通過掃描所述流速測量信號中的峰值來確定所述周期性，且所述掃描包括將所述流速測量信號中的流量偽影與預定峰值振幅閾值、預定峰值寬度閾值或預定最小峰值間距閾值的其中一個或多個比較。
20.如權利要求11所述的方法，其中將所述流速測量信號分成一系列時間周期包括，確定所述流速測量信號中的周期性，其中通過對所述流速測量信號執行開窗分析來確定所述周期性。
【文檔編號】G01F1/84GK103946677SQ201180073557
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2011年9月19日 優先權日:2011年9月19日
【發明者】P.J.海斯 申請人:微動公司