跟踪滤波器转移函数的快速确定制造技术

一种涡旋流量计（１０），用于检测流动流体中的涡旋压力并发送与质量流相关的输出。该涡旋流量计包括对涡旋压力信号进行滤波的动态滤波器（６８）。该动态滤波器（６８）提供第一滤波输出信号（８２）和第二滤波输出信号（８６）。该动态滤波器（６８）包含可控的转移函数。控制电路（７０）控制可控的转移函数，并提供与质量流相关的输出，它是第一滤波输出信号（８２）和第二滤波输出信号（８６）的函数。发送电路（８５）接收上述输出信号并发送与质量流相关的信号。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术特别适用于一种能够对流体流量作出响应的涡流挡板流量计或旋涡计那样的流量计。本专利技术涉及在这些仪器和其他处理仪器中的数字滤波器转换函数的确定。流量计检测到管道中的液体和气体的流动并提供一个表示这种流动的信号。在一定的条件下，管道中常见的诸如尾迹杆、非线性形体、或涡旋发生器中的任意一个障碍物的存在会在液流中产生周期性的涡旋。这些涡旋的频率与流量计中的流速成正比。尾迹涡旋以尾迹频率在非线性形体两端提供一个交变压差。该压差通过压电晶体或其它压差装置转换成一个电信号。该压差或电信号的大小与ρV2成正比，其中，ρ是流体的密度而V是流体的速度。当导管的直径与非线性形体的尺寸比例保持恒定时，信号的大小与ρD2F2成正比，其中D是计量管的内径而F是尾迹频率。涡旋流量计产生具有与流速成正比的频率的脉冲。在一种旋涡计中，借助于涡旋叶片使待测流速的流体呈现出涡旋分量，该结构使得涡旋运动转变成一种旋进运动以产生射流脉冲，该射流脉冲被检测后用来产生一个频率与流速成正比的信号。参见美国专利US 3616693和US 3719080，它们公开了旋涡计的几个例子，在此一并引用作为参考。正如在此所使用的那样，“涡旋流量计”将既包括涡流挡板流量计和旋涡计。涡旋流量计也能计算经过管道或沟渠的质量流率。美国专利5429001披露了用于根据滤波输出的幅度和频率计算质量流的方法装置。涡旋流量计中的滤波器接收一个与流动相关的信号，这个信号有一个响应流动而变化的基本频率。滤波器用所选择的高通(HP)滤波器特性和预设的低通(LP)滤波器对输入信号进行滤波，以产生具有反映流动频率的已滤波信号。HP滤波器的频率特性是从一组具有不同转角频率的特性中选择的。这一组中的每个HP滤波器具有指定给它的唯一的上升转变值和唯一的下降转变值。在美国专利5429001中所披露的涡旋流量计，也包括一个适配的响应电路，它选择当前的HP滤波器特性用于滤波器。适配电路在流动增加时用一种选择方法，而在流动减少时用另一种选择方法。涡旋流量计中的计算电路包括整流电路、累加电路、周期计数和计时电路和微处理器。整流电路对滤波信号进行整流，累加电路对整流输出的幅度进行累加，而周期计数和计时电路则对滤波输出的周期计数，并对所计周期的历时进行计时。微处理器根据累加电路和周期计数电路的输出以及系统时钟，利用滤波输出的频率和平均幅度计算质量流。在优选的实施例中，对所算得的质量流由于数字滤波器的转移函数而产生的误差进行校正。美国专利5429001中披露了为每个单独的滤波器的频率响应转移函数建立的公式。微处理器利用滤波输出信号，以及对由每个滤波器的转移函数引起的误差进行校正的系数，计算质量流。但是，因为转移函数由于微处理器所提供的转角频率的改变，是变化的，所以，微处理器必须重新计算每个滤波器的转移函数，以便提供精确的校正系数。因此，对于质量流率的计算，微处理器必须进行许多数学上的步骤，其中，每个数学步骤都需要大量的时钟循环。这就限制了能够算出质量流率的速度，或者微处理器在计算质量流率之间所能进行的其他功能。因此，很希望能缩短为涡旋流量计计算质量流率所需要的计算时间。一种涡旋流量计，对流动的流体中的涡旋压力进行检测，并发送与质量流相关的输出。这种涡旋流量计包括对涡旋压力信号滤波的动态滤波器。该动态滤波器提供第一滤波输出信号和第二滤波输出信号。该动态滤波器包括可控的转移函数。控制电路系统控制可控的转移函数，并提供与质量流相关的输出，作为第一滤波输出信号和第二滤波输出信号的函数。发送电路系统接收这个输出信号，并发送与质量流相关的信号。本专利技术的中另一方面包括根据指示流体中产生涡旋的涡旋信号，计算与流体相关的输出的方法，这种方法包括步骤(a)对涡旋信号滤波，以提供第一滤波输出信号；(b)对第一滤波输出信号滤波，以提供第二滤波输出信号；及(c)计算与流率相关的输出，作为第一滤波输出信号和第二滤波输出信号的函数。附图说明图1是根据本专利技术的涡旋流量计的方块图。图2是为获取信号用以快速计算涡旋流量计数字滤波器转移函数的简化方块图。图3是图1中涡旋流量计的一个部件的方块图。图4是根据本专利技术的计算质量流的电路方块图。图1说明本专利技术的涡旋流量计10的实施例。通常，涡旋流量计10包括涡旋传感器11，用于检测流过管道16的流体14中的涡旋15。涡旋传感器11与电子电路12相连接。电子电路12在电流环路17上产生指示流动的4至20毫安(mA)电流，同时产生输出方波Fout，该方波具有正比例于流体流量的频率。该涡旋流量计10包括一个其中安装有非线性形体24的涡旋仪表壳22。当流体14流经非线性形体24时，就会产生具有代表流速的频率的喷射涡旋15。涡旋传感器26最好位于非线性形体24处，检测一个与喷射涡旋15相关的压差。举例来说，该涡旋传感器26可以含有一个压电传感器。该传感器26具有近似于电势源Es和串联电容器Cs的特性。从压电传感器26输出的信号幅度正比例于压差，压差正比例于ρV2，这里ρ是流体密度，V是流体14的速度，也正比例于ρD2F2，其中D是仪表壳体22的内径，而F是涡旋15的尾迹频率。压电传感器26的输出被连到放大器28，放大器包括电容器CF和电阻器RF。放大器28在线路30中提供一个模拟输出信号。线路30中的信号被输送到输入电路60，这个电路包括抗混淆滤波器62和模一数(累计-增量)转换器64。抗混淆滤波器62对来自线路30的信号进行滤波，以消除不希望的高频噪声，并进行抗混淆滤波。模-数转换器64以近似307.2千赫(kHz)的频率对来自滤波器62的信号进行取样，并且输出307.2kHz的一位(比特)的数据流，这个数据流指示涡旋15的幅度和频率。在数据流中不存在字的界线。一和零的相对数目往往称为位(比特)密度，它表示涡旋15的幅度。模-数转换器64最好用CMOS ASIC(专用集成电路)实现，以减少功耗、成本和体积，CMOS电路特别适合于数字化1至10kHz范围的模拟信号，这个范围是涡旋流量计通常的频率。数字数据流越过接地的或者具有漏电流到地的传感器所要求的电子隔离阻挡层66进行输送，这种传感器通常使用于涡旋流速计，以降低成本和简化连接。单一位的数据流允许一种便宜紧凑的变压器或者电容器被用于隔离阻挡层66。其他的隔离介质例如光学的、压电的/声学的和磁致伸缩的器件，是可用的。单一位的数据流通过隔离阻挡层66提供给数字跟踪滤波器68。数字跟踪滤波器68使出现在模-数转换器64的频率量化噪声最小，并且也将涡旋传感器的幅度和频率信号30转换为指示质量流的流量计的输出。数字跟踪滤波器68接收一个含噪声的输入信号，这个信号与具有响应流量变化的基本频率的流量相关。数字滤波器68以高通(HP)滤波器特性预设的低通滤波器对输入信号进行滤波，以产生表示流量的滤波信号。HP滤波器的频率特性是从一组预先选定的具有不同转角频率的HP滤波器中进行选择的。在优选实施例中，使用多个HP滤波器。微处理器70选择数字滤波器68的合适转角频率，或对数字滤波器68进行适当的控制，以选择转角频率。数字滤波器68在线路30上提供一个与信号的幅度相关的信号，这个信号粗略地正比例于流体的密度ρV。信号ρV本身也用来计算质量流率M。与另一个也是本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种涡旋流量计，对流动的流体中的涡旋压力进行检测，并发送与质量流相关的输出，其特征在于，该涡旋流量计包括： 动态滤波器，用于对涡旋压力信号进行滤波，并提供第一滤波输出信号和第二滤波输出信号，该动态滤波器具有可控的转移函数； 控制电路，用于控制可控的转移函数，并提供与质量流相关的输出，作为第一滤波输出信号和第二滤波输出信号的函数； 发送电路，用于接收输出信号并发送与质量流相关的信号。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：洛厄尔A克莱文，
申请(专利权)人：罗斯蒙德公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]