專利名稱：用于確定和/或監(jiān)控過程變量的方法
用于確定和/或監(jiān)控過程變量的方法技術(shù)領(lǐng)域本方面涉及一種用于確定和/或監(jiān)控過程變量的方法。過程變量?jī)?yōu) 選為流經(jīng)管道或通道的介質(zhì)的體積流量或質(zhì)量流量。相應(yīng)的超聲流量 測(cè)量?jī)x表由申請(qǐng)人提供并出售。另外，過程變量還可以是容器中的填 充物質(zhì)的料位，其由超聲行程時(shí)間方法確定。通常，本發(fā)明的方法可 應(yīng)用于所有發(fā)送并接收超聲測(cè)量信號(hào)的測(cè)量?jī)x表。
背景技術(shù)：
下面將參考超聲流量計(jì)，但其并不是限定性的。在線超聲流量計(jì) 通常集成在待測(cè)介質(zhì)流經(jīng)的管道中。根據(jù)行程時(shí)間差方法工作的超聲 流量計(jì)包括至少一對(duì)超聲傳感器，其沿確定的聲路發(fā)送和/或接收超聲 測(cè)量信號(hào)?？刂?分析單元根據(jù)測(cè)量信號(hào)在測(cè)量介質(zhì)流動(dòng)方向與逆測(cè)量 介質(zhì)流動(dòng)方向上的行程時(shí)間之差而確定管道中測(cè)量介質(zhì)的體積流量和/ 或質(zhì)量流量。測(cè)量介質(zhì)可以是氣體或液體介質(zhì)。除了上述在線超聲流量計(jì)之外，還使用夾鉗式流量計(jì)，其安裝在 管道外部并且通過發(fā)射聲音穿過管壁而測(cè)量體積流量或質(zhì)量流量。上述確定體積流量或質(zhì)量流量的超聲流量計(jì)經(jīng)常應(yīng)用于過程及自 動(dòng)化技術(shù)中。夾鉗式流量計(jì)的優(yōu)點(diǎn)在于，可以在容器例如管道中確定體積流量或質(zhì)量流量，而無(wú)需接觸介質(zhì)。例如在EP 0 686 255 Bl、 US 4，4S4,478、 DE 43 35 369 Cl、 DE 298 03 911 Ul、 DE 4336370 Cl或US 4，598，593中描述了夾鉗式流量計(jì)。在兩種超聲流量計(jì)的情況中，超聲測(cè)量信號(hào)以預(yù)定的角度輻射進(jìn) 或出測(cè)量介質(zhì)流經(jīng)的管道。在超聲流量計(jì)中，超聲變送器在測(cè)量管(在線)或管道(夾鉗式)上的位置依賴于測(cè)量管的內(nèi)徑和測(cè)量介質(zhì)的聲 速。在夾鉗式流量計(jì)的情況中，還必須考慮以下應(yīng)用參數(shù)管道的壁 厚以及管道材料中的聲速。通常，在兩種類型的超聲流量計(jì)的情況中，超聲傳感器被設(shè)置為 使得橫貫的聲路被引導(dǎo)貫穿管道或測(cè)量管的中央?yún)^(qū)域。對(duì)于流量確定 的測(cè)量值反應(yīng)了測(cè)量介質(zhì)的平均流量。在許多應(yīng)用情況中，特別是在 較大標(biāo)稱直徑的管道中的流量測(cè)量的情況中，整個(gè)平均太不精確。因 此，己知提供多個(gè)分布在測(cè)量管或管道外圍的傳感器對(duì)，從而可以得 到對(duì)于測(cè)量管或管道的不同片段、角區(qū)域的流量信息。超聲傳感器的基本部件是壓電元件。壓電元件的基本部件是薄膜 形式的壓電陶瓷層。壓電陶瓷至少在部分區(qū)域被金屬化。通過施加激 勵(lì)電信號(hào)，壓電層振蕩。如果壓電元件精確地跟隨電激勵(lì)信號(hào)，那么 超聲傳感器將理想地工作；然而，在真實(shí)世界中不是這樣的。實(shí)際上， 激勵(lì)信號(hào)通常還激勵(lì)諧波和諧振，它們疊加在所謂的有效信號(hào)上并改 變其信號(hào)形式。以這種方式，基于壓電效應(yīng)的測(cè)量方法的測(cè)量精度非 常有限。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種方法，利用它在超聲傳感器的情況中獲 得優(yōu)化的信噪比。該目的通過包括以下步驟的方法實(shí)現(xiàn)-將有限時(shí)間的激勵(lì)信號(hào)施加于第一壓電元件或壓電元件的第一 極化區(qū)，該激勵(lì)信號(hào)由至少一個(gè)期望量或期望信號(hào)形式描述；-第二壓電元件或壓電元件的第二極化區(qū)接收響應(yīng)信號(hào)，該響應(yīng) 信號(hào)由至少一個(gè)對(duì)應(yīng)于期望量或期望信號(hào)形式的實(shí)際量或?qū)嶋H信號(hào)形 式描述；-將響應(yīng)信號(hào)的實(shí)際量或?qū)嶋H信號(hào)形式以及響應(yīng)信號(hào)的期望量或期望信號(hào)形式彼此比較；-在響應(yīng)信號(hào)的實(shí)際量或?qū)嶋H信號(hào)形式與響應(yīng)信號(hào)的期望量或期 望信號(hào)形式存在偏差的情況中，改變激勵(lì)信號(hào)，使得從第一壓電元件 或壓電元件的第一區(qū)發(fā)送的測(cè)量信號(hào)的實(shí)際量或?qū)嶋H信號(hào)形式至少大 約等于響應(yīng)信號(hào)的期望量或期望信號(hào)形式；-基于可由確定的期望量或確定的期望信號(hào)形式描述的測(cè)量信 號(hào)，經(jīng)由聲傳播方法或回波方法確定過程變量。本發(fā)明的方法利用壓電元件的偏轉(zhuǎn)對(duì)于電激勵(lì)信號(hào)的反饋，該反 饋或者是實(shí)時(shí)的或者是時(shí)移的。正如已經(jīng)提到的，通過應(yīng)用壓電元件 或壓電薄膜而產(chǎn)生超聲測(cè)量信號(hào)。已知的壓電元件被極化并通常由兩 側(cè)被金屬化的圓盤構(gòu)成。表面的偏轉(zhuǎn)是通過在兩個(gè)金屬化平面之間施 加電壓而獲得的。通過翻轉(zhuǎn)上述過程而實(shí)現(xiàn)接收超聲測(cè)量信號(hào)。因?yàn)?過程是可逆的，所以這是可能的。在本方面的方法的具有優(yōu)點(diǎn)的進(jìn)一步發(fā)展中，產(chǎn)生由預(yù)定的期望 量或期望信號(hào)形式描述的激勵(lì)信號(hào)，將激勵(lì)信號(hào)施加于壓電元件的第 一極化區(qū)，在壓電元件的第二極化區(qū)獲得由至少一個(gè)實(shí)際量或?qū)嶋H信 號(hào)形式描述的響應(yīng)信號(hào)，并且在響應(yīng)信號(hào)的實(shí)際量或?qū)嶋H信號(hào)形式與 響應(yīng)信號(hào)的期望量或期望信號(hào)形式有偏差的情況，改變激勵(lì)信號(hào)使得 響應(yīng)信號(hào)至少大約由預(yù)定的期望量或預(yù)定的期望信號(hào)形式描述。該方 法在最簡(jiǎn)單的情況中是通過反饋實(shí)現(xiàn)的。為了測(cè)量由于施加的電壓信號(hào)引起的壓電元件偏轉(zhuǎn)，在本方面的 第一實(shí)施例中，在壓電元件上提供至少一個(gè)附加的金屬化且極化的區(qū)。 在這個(gè)附加的第二極化區(qū)上測(cè)量電壓，該電壓依賴于壓電元件的偏轉(zhuǎn)。 通過基于施加的電壓信號(hào)相對(duì)于偏轉(zhuǎn)的參考測(cè)量結(jié)果且基于參與振蕩 的機(jī)械及電子部件的延遲的相位補(bǔ)償而進(jìn)行線性化，壓電元件的振蕩 性能可以最優(yōu)地匹配期望的期望信號(hào)形式。優(yōu)選地，末級(jí)和補(bǔ)償電路 相似，以簡(jiǎn)化。另外，在另一實(shí)施方式中，由預(yù)定的期望量或期望信號(hào)形式描述 的激勵(lì)電壓被施加于第一壓電元件；在空間上與第一壓電元件分離的 第二壓電元件處獲得由與期望量或期望信號(hào)形式相對(duì)應(yīng)的實(shí)際量或?qū)?際信號(hào)形式描述的響應(yīng)信號(hào)；在響應(yīng)信號(hào)的實(shí)際量或?qū)嶋H信號(hào)形式與 響應(yīng)信號(hào)的期望量或期望信號(hào)形式存在偏離的情況中，改變激勵(lì)信號(hào) 使得響應(yīng)信號(hào)可以至少大約由預(yù)定的期望量或期望信號(hào)形式描述。在本方面的方法的這個(gè)第二實(shí)施方式中，使用第二壓電元件，其 設(shè)置在第一壓電元件的聲路中。這個(gè)第二壓電元件具有控制功能并且 測(cè)量從第一壓電元件發(fā)送的信號(hào)形式?；跍y(cè)量的信號(hào)形式改變超聲 測(cè)量信號(hào)，使得第一壓電元件發(fā)送期望的信號(hào)形式。第二壓電元件用 于直接補(bǔ)償除超聲測(cè)量信號(hào)的不期望的諧波。在某些應(yīng)用場(chǎng)合，會(huì)發(fā)生在第一壓電元件和第二壓電元件之間的 超聲測(cè)量信號(hào)行程時(shí)間的相位差過大的情況，該第二壓電元件具有控 制壓電元件的功能，從而不可能有直接反饋。在這種情況中，期望的 信號(hào)形式的調(diào)整是利用另一方法實(shí)現(xiàn)的，這種方法同樣能夠合適地補(bǔ) 償發(fā)送的超聲測(cè)量信號(hào)的諧波和諧振。為此，從第一壓電元件發(fā)送的 超聲測(cè)量信號(hào)同樣被具有控制功能的第二壓電元件測(cè)量。測(cè)量的超聲 測(cè)量信號(hào)的信號(hào)形式或者其他特征量與期望信號(hào)形式或期望量比較。 從兩個(gè)測(cè)量信號(hào)的差，生成并存儲(chǔ)新的激勵(lì)信號(hào)。對(duì)于下一次激勵(lì)壓 電元件，使用這個(gè)新生成并存儲(chǔ)的激勵(lì)信號(hào)。發(fā)送的超聲測(cè)量信號(hào)被 重新測(cè)量，與期望的激勵(lì)信號(hào)比較，并且由差值生成并存儲(chǔ)再次改變 的激勵(lì)信號(hào)。通過重復(fù)應(yīng)用該方法，當(dāng)前超聲測(cè)量信號(hào)的實(shí)際信號(hào)形 式逐漸靠近超聲測(cè)量信號(hào)的期望的期望信號(hào)形式。在本發(fā)明的方法的兩個(gè)上述變型的進(jìn)一步發(fā)展中，通過改變施加 于壓電元件第一區(qū)的電壓或者通過改變施加于第一壓電元件的電壓， 改變響應(yīng)信號(hào)的實(shí)際量或?qū)嶋H信號(hào)形式。另外，正如上面已經(jīng)提到的，響應(yīng)信號(hào)的期望電壓與響應(yīng)信號(hào)的 實(shí)際電壓比較，并且通過差分放大器校正兩個(gè)電壓之間的偏差。根據(jù)本方面的方法的具有優(yōu)點(diǎn)的實(shí)施方式，響應(yīng)信號(hào)的期望信號(hào) 形式被確定，并被依賴于在過程和/或系統(tǒng)中存在的條件而存儲(chǔ)作為激勵(lì)信號(hào)的信號(hào)形式；并且使用對(duì)于存在的過程和/或系統(tǒng)而調(diào)整的信號(hào) 形式作為對(duì)于壓電元件的至少一個(gè)區(qū)的激勵(lì)信號(hào)或者作為對(duì)于第一壓 電元件的激勵(lì)信號(hào)。另外，在特定的過程和/或系統(tǒng)條件下確定的信號(hào)形式被作為激勵(lì) 信號(hào)饋送至第一壓電元件，并且在第二壓電元件的信號(hào)形式與依賴于 過程和/或系統(tǒng)條件而存儲(chǔ)的激勵(lì)信號(hào)的信號(hào)形式存在偏差的情況中， 生成誤差報(bào)告。于是，與在預(yù)定的條件下之前確定的超聲測(cè)量信號(hào)的 校正值的偏移在這里用于誤差識(shí)別。正如上面已經(jīng)提到的，壓電元件是盤狀構(gòu)成的元件，其具有兩個(gè) 相對(duì)的端面。壓電元件是薄膜或箔片。優(yōu)選地，壓電元件在不同的區(qū)具有彼此獨(dú)立的極性；另外，當(dāng)具 有彼此獨(dú)立極性的區(qū)位于壓電元件的同一端面上時(shí)，是具有優(yōu)點(diǎn)的。 這在許多情況中簡(jiǎn)化了布線。適用于執(zhí)行本發(fā)明的方法的裝置包括信號(hào)發(fā)生器，其將由量或信 號(hào)形式描述的有限時(shí)間的激勵(lì)信號(hào)提供給壓電元件的第一極化區(qū)。另 外，提供校正電路，其從壓電元件的第二極化區(qū)獲得響應(yīng)信號(hào)相應(yīng)的 實(shí)際量或相應(yīng)的實(shí)際信號(hào)形式，并將其與響應(yīng)信號(hào)的期望量或期望信 號(hào)形式比較；在響應(yīng)信號(hào)的期望量和實(shí)際量之間或者期望信號(hào)形式和 實(shí)際信號(hào)形式之間不一致的情況中，校正電路向第一極化區(qū)施加補(bǔ)償 信號(hào)，這樣定補(bǔ)償信號(hào)的大小，使得響應(yīng)信號(hào)的實(shí)際量或?qū)嶋H信號(hào)形式大約等于響應(yīng)信號(hào)的期望量或期望信號(hào)形式。代替具有不同極化區(qū)的壓電元件的影響，裝置的另一實(shí)施方式包 括兩個(gè)壓電元件，它們彼此臨近設(shè)置。通常，可以說(shuō)，兩個(gè)壓電元件 設(shè)置在第一壓電元件的聲路上。為了避免反射，這里具有優(yōu)點(diǎn)的是， 在兩個(gè)壓電元件之間設(shè)置耦合介質(zhì)。如果使用該方法將發(fā)送的超聲測(cè)量信號(hào)迭代地匹配至具有預(yù)定期 望信號(hào)形式的超聲測(cè)量信號(hào)，那么提供存儲(chǔ)單元，響應(yīng)信號(hào)的量或信 號(hào)形式被依賴于在過程和/或系統(tǒng)中存在的條件而存儲(chǔ)在其中。在這個(gè)方面， 一種選擇是將本發(fā)明的裝置應(yīng)用于識(shí)別系統(tǒng)或過程 中的誤差。為此，提供分析單元，其識(shí)別響應(yīng)信號(hào)的實(shí)際量或信號(hào)形 式與在確定的過程和/或系統(tǒng)條件下記錄的響應(yīng)信號(hào)的相應(yīng)期望量或期 望信號(hào)形式之間的偏差，并且生成相應(yīng)的誤差報(bào)告。


現(xiàn)在根據(jù)附圖詳細(xì)解釋本發(fā)明，附圖中圖1是現(xiàn)有技術(shù)已知的壓電元件的端面的平面圖；圖la是沿圖1的切割平面A-A得到的截面；圖2是現(xiàn)有技術(shù)中用于激勵(lì)壓電元件的電壓信號(hào)；圖3是圖2中顯示的電壓信號(hào)的響應(yīng)信號(hào)；圖4是壓電元件的第一實(shí)施例，其具有兩個(gè)不同極化的區(qū)；圖4a是沿圖4的切割平面A-A得到的截面；圖5是壓電元件的第二實(shí)施例，其具有兩個(gè)不同極化的區(qū)；圖5a是沿圖5的切割平面A-A得到的截面；圖6是第一電路布置，其適于激活具有兩個(gè)不同極化的區(qū)的壓電元件；圖7是第二電路布置，其適于激活具有兩個(gè)不同極化的區(qū)的壓電元件；圖8是用于激活第一壓電元件的電路布置，第一壓電元件之后設(shè) 置了具有補(bǔ)償功能的第二壓電元件；和圖9是用于執(zhí)行本發(fā)明的方法的優(yōu)選方案的流程圖。
具體實(shí)施方式
圖1是現(xiàn)有技術(shù)已知的壓電元件1的端面6的俯視圖。圖la顯示 了根據(jù)圖1的切割線A-A得到的圖1的壓電元件1的截面。這種壓電 元件1是例如用于流量測(cè)量或料位及距離測(cè)量的超聲傳感器的基本部 件。形成壓電元件1的壓電陶瓷層是在兩側(cè)涂敷導(dǎo)電涂層的薄膜或箔 片。從現(xiàn)有技術(shù)已知例如不同地極化壓電元件1的相對(duì)端面5、 6。壓 電層的厚度T決定壓電元件的本征頻率。利用電激勵(lì)信號(hào)U(t)激勵(lì)壓電元件1振蕩。當(dāng)從壓電元件1發(fā)送 的超聲測(cè)量信號(hào)精確地跟隨電激勵(lì)信號(hào)U(t)的信號(hào)形式時(shí)，超聲傳感器 的功能是理想的；然而在現(xiàn)實(shí)世界中往往不是這樣的。而是通過激勵(lì) 信號(hào)U(t)除了基本頻率通常還激勵(lì)了諧波和諧振。它們疊加在所謂的有 效信號(hào)上并改變其信號(hào)形式。圖2和3示意性顯示了一個(gè)例子?；趫D3中顯示的響應(yīng)信號(hào)Ua(t)，可以看出，與激勵(lì)信號(hào)U(t)相 比，響應(yīng)信號(hào)Ua(t)的延遲時(shí)間顯著更長(zhǎng)。激勵(lì)信號(hào)U(t)是通過信號(hào)發(fā) 生器7產(chǎn)生的。很清楚，當(dāng)超聲測(cè)量信號(hào)的行程時(shí)間相對(duì)于測(cè)量信號(hào) 較小時(shí)，這個(gè)信號(hào)形式的改變能夠?qū)е嘛@著的測(cè)量誤差。圖4顯示了具有兩個(gè)不同極化的區(qū)2、 4的壓電元件1的第一實(shí)施 例。這個(gè)壓電元件1適用于執(zhí)行本發(fā)明的方法的第一變型。圖5顯示 了適用于執(zhí)行本發(fā)明的方法的壓電元件1的第二實(shí)施例。圖4a和5a 分別顯示了沿圖4和5的切割線A-A得到的相應(yīng)截面。在兩個(gè)實(shí)施例中，在壓電元件1的一個(gè)端面5上提供不同極性的 兩個(gè)區(qū)2、 4。不同極化的區(qū)2、 4在圖4所示的實(shí)施例中同心設(shè)置，而圖5所示實(shí)施例的區(qū)2、 4非對(duì)稱地設(shè)置。在激勵(lì)信號(hào)U(t)的影響下， 第一區(qū)2發(fā)送響應(yīng)信號(hào)Ua(t)，其被壓電元件1的第二區(qū)4實(shí)時(shí)接收。正如由圖6的電路所示，第二區(qū)4接收的響應(yīng)信號(hào)Ua(t)被饋送至 校正電路8，并經(jīng)由末級(jí)/放大器12回到壓電元件1的第一區(qū)2，其中 校正電路優(yōu)選地是差分放大器。通過這個(gè)反饋電路，固有振蕩狀態(tài)的 響應(yīng)信號(hào)lUt)至少大約具有激勵(lì)信號(hào)U(t)的信號(hào)形式。圖8顯示了模擬反饋電路，用于激活第一壓電元件1，在其之后設(shè) 置了具有補(bǔ)償功能的第二壓電元件3。在兩個(gè)壓電元件1、 3之間是耦 合介質(zhì)9，其特性例如在衰減和反射性方面與兩個(gè)壓電元件1、 3的特 性匹配。在這個(gè)實(shí)施例中，位于第一壓電元件1的聲路中的第二壓電 元件3將響應(yīng)信號(hào)Ua(t)發(fā)送至差分放大器8。圖7所示的電路布置與圖6所示的不同在于附加的存儲(chǔ)單元IO和 分析單元11。這個(gè)電路布置適用于執(zhí)行本發(fā)明的方法的優(yōu)選實(shí)施例， 其中系統(tǒng)起振過程被縮短。根據(jù)這個(gè)實(shí)施例，響應(yīng)信號(hào)U"t)的期望信 號(hào)形式被確定并依賴于過程和/或系統(tǒng)中存在的條件Xj而作為激勵(lì)信號(hào) U(t; Xi)的信號(hào)形式存儲(chǔ)；這個(gè)信號(hào)形式最優(yōu)地匹配存在的過程和/或系 統(tǒng)條件Xi，并且之前確定的信號(hào)形式隨后被用作用于壓電元件1的至 少一個(gè)區(qū)2的激勵(lì)信號(hào)U(t;Xj)或者用于第一壓電元件1的激勵(lì)信號(hào)。另外，在確定的過程和/或系統(tǒng)條件Xi下確定的信號(hào)形式被作為激 勵(lì)信號(hào)U(t; Xi)饋送至第一壓電元件1，并且在由第二壓電元件1發(fā)送 的響應(yīng)信號(hào)Ua(t; Xi)的信號(hào)形式偏離在確定的過程和/或系統(tǒng)條件Xj下 存儲(chǔ)的激勵(lì)信號(hào)U(t;Xi)的信號(hào)形式時(shí)，生成誤差報(bào)告。于是，在由第 二壓電元件1或者壓電元件1的第二區(qū)3發(fā)送的響應(yīng)信號(hào)Ua(t; Xi)之間 的不一致用于誤差識(shí)別。圖9顯示了用于執(zhí)行本發(fā)明的方法的優(yōu)選變型的流程圖，其中激勵(lì)信號(hào)的實(shí)際信號(hào)形式被迭代地逼近期望信號(hào)形式。利用這種方法， 可以執(zhí)行衰減測(cè)量或阻抗測(cè)量，或者與聲速測(cè)量結(jié)合而執(zhí)行密度測(cè)量。 而且，通過下面介紹的方法，可以識(shí)別在作為發(fā)送器實(shí)現(xiàn)的壓電元件1 處的磨損或誤差。通常，在這個(gè)實(shí)施例中，為了確定過程變量而發(fā)送的超聲測(cè)量信 號(hào)的信號(hào)形式迭代地逼近激勵(lì)信號(hào)U(t)的期望的期望信號(hào)形式。一旦激 勵(lì)信號(hào)的實(shí)際信號(hào)形式匹配期望信號(hào)形式，以后的變化就能夠得到有 關(guān)可能的系統(tǒng)或過程誤差的結(jié)論。程序從點(diǎn)20開始。在點(diǎn)21，期望的期望信號(hào)形式作為電壓信號(hào) U(t)施加至第一壓電元件1。該第一壓電元件還具有發(fā)送器的功能。在 點(diǎn)22，第二壓電元件3接收響應(yīng)信號(hào)Ua(t)。于是，第二壓電元件具有 麥克風(fēng)的功能。在點(diǎn)23，期望信號(hào)形式被分析并由合適的參數(shù)描述。這些確定的 參數(shù)在點(diǎn)25被存儲(chǔ)。另外，期望信號(hào)形式被采樣、存儲(chǔ)，或者這些數(shù) 據(jù)在程序點(diǎn)24已經(jīng)被數(shù)字存儲(chǔ)。在點(diǎn)26，具有存儲(chǔ)的期望信號(hào)形式的電壓信號(hào)U(t)被施加于第一 壓電元件1。在點(diǎn)28,第二壓電元件3測(cè)量存儲(chǔ)的期望信號(hào)形式的實(shí) 際時(shí)間分布。在點(diǎn)29，響應(yīng)信號(hào)的實(shí)際信號(hào)形式被采樣并存儲(chǔ)。然后， 在程序點(diǎn)30，在點(diǎn)24被采樣并存儲(chǔ)的激勵(lì)信號(hào)的期望信號(hào)形式以及響 應(yīng)信號(hào)的實(shí)際信號(hào)形式被相移并彼此比較或相關(guān)。因?yàn)橛捎诘谝粔弘?元件1和第二壓電元件3之間的行程時(shí)間而使響應(yīng)信號(hào)相對(duì)于激勵(lì)信 號(hào)有時(shí)移，所以相移是必要的。通過合適的算法，例如通過FFT，在 點(diǎn)31確定經(jīng)校正的期望信號(hào)形式。這個(gè)經(jīng)校正的期望信號(hào)形式被饋送 回程序點(diǎn)25并被存儲(chǔ)。程序點(diǎn)26至31被連續(xù)進(jìn)行，直至實(shí)際信號(hào)形 式和期望信號(hào)形式重合。附圖標(biāo)記1第一壓電元件 2第一極化區(qū) 3第二壓電元件 4第二極化區(qū)5第一端面 6第二端面 7信號(hào)發(fā)生器 8校正電路 9耦合介質(zhì) 10存儲(chǔ)單元 11分析單元 12末級(jí)/放大器
權(quán)利要求
1.用于確定和/或監(jiān)控過程變量的方法，其中，將由至少一個(gè)期望量或期望信號(hào)形式描述的有限時(shí)間的激勵(lì)信號(hào)(U(t))饋送至第一壓電元件(1)或壓電元件(1)的第一極化區(qū)(2)；第二壓電元件(3)或壓電元件(1)的第二極化區(qū)(4)接收響應(yīng)信號(hào)(Ua(t))，該響應(yīng)信號(hào)由至少一個(gè)與期望量或期望信號(hào)形式相對(duì)應(yīng)的實(shí)際量或?qū)嶋H信號(hào)形式描述；將響應(yīng)信號(hào)(Ua(t))的實(shí)際量或?qū)嶋H信號(hào)形式以及響應(yīng)信號(hào)(Ua(t))的期望量或期望信號(hào)形式彼此比較；在響應(yīng)信號(hào)(Ua(t))的實(shí)際量或?qū)嶋H信號(hào)形式與響應(yīng)信號(hào)(Ua(t))的期望量或期望信號(hào)形式存在偏差的情況中，改變激勵(lì)信號(hào)(U(t))，使得從第一壓電元件(1)或壓電元件(1)的第一區(qū)(2)發(fā)送的超聲測(cè)量信號(hào)的實(shí)際量或?qū)嶋H信號(hào)形式至少大約等于響應(yīng)信號(hào)(Ua(t))的期望量或期望信號(hào)形式；并且基于能夠由確定的期望量或確定的期望信號(hào)形式描述的超聲測(cè)量信號(hào)，通過聲傳播方法或回波方法確定過程變量。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其中，產(chǎn)生由預(yù)定的期望量或期望信號(hào)形式描述的激勵(lì)信號(hào)(U(t));將激勵(lì)信號(hào)(U(t))饋送至壓電 元件(1)的第一極化區(qū)(2);在壓電元件(1)的第二極化區(qū)(4) 獲得由至少一個(gè)實(shí)際量或?qū)嶋H信號(hào)形式描述的響應(yīng)信號(hào)(Ua(t));并且在響應(yīng)信號(hào)(Ua(t))的實(shí)際量或?qū)嶋H信號(hào)形式與響應(yīng)信號(hào)(ua(tp的期望量或期望信號(hào)形式偏差的情況，改變激勵(lì)信號(hào)(U(t))，使得響 應(yīng)信號(hào)(ua(t))至少大致由預(yù)定的期望量或期望信號(hào)形式描述。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其中，由預(yù)定的期望量或期望信 號(hào)形式描述的激勵(lì)信號(hào)(U(t))被饋送至第一壓電元件(1);第二壓 電元件(3)獲得由與期望量或期望信號(hào)形式相對(duì)應(yīng)的實(shí)際量或?qū)嶋H信號(hào)形式描述的響應(yīng)信號(hào)(Ua(t));并且在響應(yīng)信號(hào)(Ua(t))的實(shí)際量或?qū)嶋H信號(hào)形式與響應(yīng)信號(hào)(Ua(t))的期望量或期望信號(hào)形式偏差的 情況中，改變激勵(lì)信號(hào)(U(t))，使得響應(yīng)信號(hào)(Ua(t))至少大致由預(yù)定的期望量或期望信號(hào)形式描述。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1、 2或3所述的方法，其中，通過改變施加于 壓電元件O)第一區(qū)(2)的電壓或者通過改變施加于第一壓電元件(1)的電壓，改變響應(yīng)信號(hào)(Ua(t))的實(shí)際量或?qū)嶋H信號(hào)形式。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中，響應(yīng)信號(hào)(Ua(t))的期望電壓與響應(yīng)信號(hào)(Ua(t))的實(shí)際電壓比較；并且通過差分放大器校正兩個(gè)電壓之間的偏差。
6. 根據(jù)權(quán)利要求l-5之一所述的方法，其中，響應(yīng)信號(hào)(Ua(t)) 的期望信號(hào)形式被確定，并被依賴于在過程和/或系統(tǒng)中存在的條件(Xi)而存儲(chǔ)作為激勵(lì)信號(hào)(U(t; X0)的信號(hào)形式；并且使用對(duì)于存 在的過程和/或系統(tǒng)條件而調(diào)整的信號(hào)形式作為對(duì)于壓電元件(1)的至 少一個(gè)區(qū)(2， 4)的激勵(lì)信號(hào)(U(t; Xi))或者作為對(duì)于第一壓電元件(1)的激勵(lì)信號(hào)(U(t;Xi))。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中，在特定的過程和/或系統(tǒng)條 件下確定的信號(hào)形式被作為激勵(lì)信號(hào)(U(t; Xi))饋送至第一壓電元件(1);并且在第二壓電元件(3)的信號(hào)形式與依賴于過程和/或系統(tǒng) 條件(Xi)而存儲(chǔ)的激勵(lì)信號(hào)(U(t; Xi))的信號(hào)形式存在偏差的情況 中，生成誤差報(bào)告。
8. 用于執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求l-7之一所述方法的裝置，其中壓電元 件(1; 3)盤狀構(gòu)成并且具有兩個(gè)相對(duì)的端面(5， 6)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的裝置，其中，壓電元件(1)在不同的 區(qū)(2， 4)具有彼此獨(dú)立的極性；并且具有彼此獨(dú)立極性的區(qū)(2, 4) 位于壓電元件(1)的同一端面(5， 6)上。
10. 根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的裝置，其中，提供信號(hào)發(fā)生器(7)， 其將由量或信號(hào)形式描述的有限時(shí)間的激勵(lì)信號(hào)(U(t))饋送至壓電元 件(1)的第一極化區(qū)(2);提供校正電路(8)，其從壓電元件(1) 的第二極化區(qū)(4)獲得響應(yīng)信號(hào)(Ua(t))相應(yīng)的實(shí)際量或相應(yīng)的實(shí)際 信號(hào)形式，并將其與響應(yīng)信號(hào)(Ua(t))的期望量或期望信號(hào)形式比較； 在響應(yīng)信號(hào)(Ua(t))的期望量和實(shí)際量之間或者期望信號(hào)形式和實(shí)際 信號(hào)形式之間存在偏差的情況中，校正電路(8)向第一極化區(qū)(2) 施加補(bǔ)償信號(hào)(UK(t)),這樣定補(bǔ)償信號(hào)的大小，使得響應(yīng)信號(hào)(Ua(tp 的實(shí)際量或?qū)嶋H信號(hào)形式大約等于響應(yīng)信號(hào)(Ua(t))的期望量或期望 信號(hào)形式。
11. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的裝置，其中，提供兩個(gè)壓電元件(1, 3)，它們彼此臨近設(shè)置。
12. 根據(jù)權(quán)利要求ll所述的裝置，其中，兩個(gè)壓電元件通過耦合 介質(zhì)(9)彼此耦合。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12或13所述的裝置，其中，提供存儲(chǔ)單元(10)， 響應(yīng)信號(hào)(U(t;Xi))的量或信號(hào)形式被依賴于在過程和/或系統(tǒng)中存在 的條件而存儲(chǔ)在該存儲(chǔ)單元中。
14. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，提供分析單元(11)， 其識(shí)別響應(yīng)信號(hào)(U(t; Xi))的實(shí)際量或?qū)嶋H信號(hào)形式與在確定的過程 和/或系統(tǒng)條件(Xi)下記錄的響應(yīng)信號(hào)(U(t; Xi))的相應(yīng)期望量或期 望信號(hào)形式之間的偏差，并且生成相應(yīng)的誤差報(bào)告。
全文摘要
本方面涉及一種用于確定和/或監(jiān)控過程變量的方法，其中將有限時(shí)間的激勵(lì)信號(hào)(U(t))施加于第一壓電元件(1)或壓電元件(1)的第一極化區(qū)(2)，該激勵(lì)信號(hào)由至少一個(gè)期望量或期望信號(hào)形式描述；其中第二壓電元件(3)或壓電元件(1)的第二極化區(qū)(4)接收響應(yīng)信號(hào)(U_a(t))，該響應(yīng)信號(hào)由至少一個(gè)對(duì)應(yīng)于期望量或期望信號(hào)形式的實(shí)際量或?qū)嶋H信號(hào)形式描述；其中將響應(yīng)信號(hào)(U_a(t))的實(shí)際量或?qū)嶋H信號(hào)形式以及響應(yīng)信號(hào)(U_a(t))的期望量或期望信號(hào)形式彼此比較；其中在響應(yīng)信號(hào)(U_a(t))的實(shí)際量或?qū)嶋H信號(hào)形式與響應(yīng)信號(hào)(U_a(t))的期望量或期望信號(hào)形式存在偏差的情況中，改變激勵(lì)信號(hào)(U(t))，使得從第一壓電元件(1)或壓電元件(1)的第一區(qū)(2)發(fā)送的超聲測(cè)量信號(hào)的實(shí)際量或?qū)嶋H信號(hào)形式至少大約等于響應(yīng)信號(hào)(U_a(t))的期望量或期望信號(hào)形式；并且其中基于可由確定的期望量或確定的期望信號(hào)形式描述的超聲測(cè)量信號(hào)，經(jīng)由聲傳播方法或回波方法確定過程變量。
文檔編號(hào)G01F1/66GK101228416SQ200680026756
公開日2008年7月23日 申請(qǐng)日期2006年5月8日 優(yōu)先權(quán)日2005年5月23日
發(fā)明者安德里亞斯·貝格爾, 弗蘭克·萬(wàn)德勒, 阿希姆·維斯特 申請(qǐng)人:恩德斯+豪斯流量技術(shù)股份有限公司