专利名称：协调流量计的测量子系统的方法和系统的制作方法
协调流量计的测量子系统的方法和系统相关申请的交叉引用
背景技术：
在已从地底取出碳氢化合物之后，经由管道到将流体流(例如原油或天然气)从 一个地方传输到另一个地方。希望准确地知道在流中流动的流体量，特别是当流体易主时、 或者“密闭输送”时，更要求精确度。超声流量计可用于测量在管道中流动的流体量，并且 超声流量计具有足够的精确度以用于密闭输送。在高容量天然气管道中，以密闭输送而“易主”的气体的价值每天可达到百万美元 或更多。因此，在有些密闭输送情形下，单个表体容纳两个独立的超声流量计。两个仪表 在一个仪表失效的情况下实现冗余使用(redundancy)，并且在两个流量计可供使用的情形 下，可通过比较两个独立的测量来检验记录的流量的精度。然而，在同一个表体中具有两个 独立的超声波流量计会在仪表操作和/或测量中产生困难。


为了示例性实施例的详细说明，现在将对附图进行参考，其中图1示出根据至少一-些实施例的流量计的透视图；图2示出根据至少一-些实施例的流量计的俯视局部剖视图；图3示出根据至少--些实施例的，和相对于第一测量子系统的流量计的的立面端视图；图4示出根据至少一-些实施例的，和相对于第一测量子系统的流量计的俯视图； 阅图5示出根据至少--些实施例的，和相对于第二测量子系统的流量计的立面端视 ；
图6示出根据至少一-些实施例的，和相对于第二测量子系统的流量计的俯视图；图7示出根据至少一-些实施例的流量计的俯视图；图8示出根据至少一-些实施例的控制电子设备；图9示出根据至少一-些实施例的控制电子设备；图10示出根据至少-一些实施例的控制电子设备；图11示出根据至少-一些实施例的控制电子设备；图12示出根据至少-一些实施例的控制电子设备；图13示出根据至少-一些实施例的耦联至流量计算机的控制电子设备；图14示出根据至少-一些实施例的耦联至计算机网络的控制电子设备；图15示出根据至少-一些实施例的时序图；图16示出根据至少-一些实施例的时序图；图17示出根据至少-一些实施例的时序图；以及图18示出根据至少-一些实施例的方法。注释和命名法
在整个以下的说明和权利要求中使用某些术语，以指示特定的系统部件。如本领 域的技术人员所意识到的，仪表制造公司可通过不同的名称来指示部件。该文件不用于区 分在名称上不同，而在功能上相同的部件。在以下的讨论中和在权利要求中，术语“包括”和“包含”以无限制的方式使用，并 因此应解释成表示“包括，但不局限于…”。此外，术语“耦联”用于表示间接的或直接的连 接。因此，如果第一装置耦联至第二装置，则该连接可以是通过直接连接、或经由其他装置 和连接的间接连接。“管段(spool piece)”和/或“表体”应指示由单个铸件铣成的部件。通过(例 如凸缘连接、焊接)耦联到一起的分离的铸件形成的管段和/或表体不应被认为是用于本 发明和权利要求的“管段”或“表体”。关于换能器对的“启动”指的是以下情形中的一种或两者通过换能器对的第一换 能器对声信号进行的发射；和通过换能器对的第二换能器对声信号进行的接收。
具体实施例方式以下的讨论涉及本发明的各种实施例。尽管这些实施例中的一个或多个是优选 的，但公开的实施例不应解释成、或以另外的方式用作限制包括权利要求的本发明的范围。 另外，本领域的技术人员将理解的是，以下的说明具有广泛的应用，并且任何实施例的讨论 仅表示该实施例的示例，而不用于暗示包括权利要求的本发明的范围限于该实施例。此外， 在测量碳氢化合物流(例如原油、天然气)的情况下开发各种实施例，并且针对开发背景进 行说明；然而，描述的系统和方法等价地适用于任何流体流动(例如低温物质、水)的测量。图1图解能够进行冗余(redundant)流量测量的包括足够数量的换能器对的流量 计100的透视图。具体地，表体或管段102被构造成被布置在管道的段之间，例如，通过凸 缘104将管段102而连接至管道。管段102具有预定的尺寸，并限定被测流体流过的中心 通道106。流量计100还包括多个换能器对。在图1的透视图中，图示的八个换能器对中 的每个换能器对中仅一个换能器可见。具体地，外壳110中的换能器108与外壳112中的 换能器(不可见)配对。同样地，外壳110中其余的换能器与外壳112中的换能器(不可 见)配对。类似地，外壳116中的换能器114与外壳118中的换能器(不可见)配对。同 样地，外壳116中其余的换能器与外壳118中的换能器(不可见)配对。图2图示了图1的系统的俯视局部剖视图。具体地，图2示出的是，图示的换能器 对108A和108B沿管段102的长度设置。换能器108A和108B是声学收发器，并且更具体 地是超声收发器，意味着它们产生和接收具有大约20千赫以上的频率的声能。声能由每个 换能器中的压电元件产生和接收。为了产生声信号，通过正弦信号电刺激压电元件，并且压 电元件通过振动响应。压电元件的振动产生声信号，所述声信号穿过在中心通道106中的 被测流体而传播至换能器对中对应的换能器。类似地，在被声能(即，声信号及其他噪声信 号)到达时，接收的压电元件振动并产生由与仪表相关的电子设备检测、数字化、并分析的 电信号。在图示的换能器108A与108B之间存在的，与中心线122成角度θ的路径120有 时被称为“弦”或“弦通路”。弦120的长度是换能器108Α的面与换能器108Β的面之间的 距离。流体(例如原油、天然气、液化天然气)沿方向150流动。初始地，下游换能器108Β产生声信号，该声信号横跨管段102中的流体传播，然后入射到上游换能器108A上并由该 上游换能器108A检测。短时间之后(例如在几毫秒之内)，上游换能器108A产生返回的声 信号，该返回的声信号横跨管段102中的流体传播，然后入射到下游换能器108B上并由该 下游换能器108B检测。因此，图示的换能器108A和108B通过沿弦路径120的声信号进行 “发收”。在操作期间，该序列每分钟可出现成上千次。声信号在换能器108A与108B之间的传播时间部分地取决于声信号相对于流体流 动是向上游还是向下游传播。声信号向下游(即，沿与由箭头150限定的流体流动相同的 方向)传播的传播时间少于其向上游(即，与流体流动相反，与箭头150的方向相对)传播 时的传播时间。上游和下游的传播时间可用于计算沿着弦和/或在弦附近的气体的平均流 速，并且传播时间可用于计算被测流体中的声速。根据各种实施例，流量计100通过相同管段上的换能器进行两种分离且独立的流 量测量。具体地，图示的八个换能器对中的四个换能器对与第一流量测量子系统相关，而图 示的八个换能器对中的其余四个换能器对与第二流量测量子系统相关。在其他实施例中， 每个测量子系统可使用更多或更少数量的换能器对，并且测量子系统之间的换能器对的数 量不必相同。不管由每个测量子系统使用的换能器对的数量，当每个流量测量子系统在操 作中时，可比较分离的流量测量，并将所述分离的流量测量用于检验通过仪表的流体流动。 在一个流量测量子系统不可操作(例如，换能器对失效)的情况下，第二流量测量子系统可 继续用于测量流体流动。图3示出了与第一测量子系统相关的流量计100的一端的立面端视图。图3的第 一流量测量子系统包括位于管段102内变化的高度处的四个弦通路A、B、C和D。具体地， 弦A是最上面的弦，弦B是中上的弦，弦C是中下的弦，而弦D是最下面的弦。指示上和下以 及变化的高度参考于重力。各弦通路A-D对应于交替地用作发送器和接收器的换能器对。 在图3中还示出的是仪表电子设备152，其获取和处理来自图示的四个弦通路A-D(以及可 能其他的弦通路)的数据。由于凸缘，从图3中的视图隐藏的是与弦通路A-D对应的四对 换能器。图3仅示出第一测量子系统的图示的四根弦的立面取向，并且不证明这些弦是平 行或者是共面的。图4示出流量计100的俯视图(外壳110、112、116和118未示出)，以图示根据至 少一些实施例的第一测量子系统的弦的关系。具体地，(对应于最上面的弦，弦A的)第一 对换能器108A和108B限定与管段102的中心线122成非垂直的角度θ的弦通路。(对 应于中上的弦，弦B的)另一对换能器154Α和154Β限定相对于换能器108Α和108Β的弦 通路松散地形成“X”的形状的弦通路，并且在有些实施例中，换能器154Α和154Β的弦通路 垂直于换能器108Α和108Β的弦通路。类似地，(对应于中下的弦，弦C的)第三对换能器 156Α和156Β限定与换能器108Α和108Β的弦通路平行、但在中心通道中比换能器108Α和 108Β或换能器154Α和154Β的弦通路低的弦通路。由于图示的管段102的曲率，所以在图 4中未清楚示出的是(对应于最下面的弦，弦D的)第四对换能器158(在图1中示出的换 能器158B)，其限定与换能器口 154A和154B的弦通路平行的弦通路。将图3和4联系在一起，对于第一图示的测量子系统，换能器的对被布置成使得与 弦A和B对应的上面两对换能器形成“X”的形状，而与弦C和D对应的下面两对换能器也形 成“X”的形状。弦A禾Π B是非平面的，弦C禾Π D是非平面的，弦A禾Π C平行，而弦B禾Π D平行。弦的其他布置也是可能的，例如，测量子系统所有的弦处在相同的垂直面中。第一测量 子系统确定在各弦A-D附近的气体的速度，以获得弦的流动速度，并将弦的流动速度结合， 以确定横跨整个中心通道的平均流速。从中心通道的平均流速和已知的横截面积，可由第 一测量系统确定在管段中、并因此在管道中流动的气体量。现在转向第二测量子系统，图5示出了与第二测量子系统相关的流量计100的一 端的立面端视图。图5的流量测量子系统包括位于管段102内变化的高度处的四个弦通路 E、F、G和H。具体地，弦E是最上面的弦，弦F是中上的弦，弦G是中下的弦，而弦H是最下 面的弦。每个弦通路E-H对应于交替地作为发送器和接收器的换能器对。在图5中还示 出的是仪表电子设备152，其获取和处理来自图示的四个弦通路E-H(以及可能其他的弦通 路)的数据。由于凸缘，从图5中的视图隐藏的是与弦通路E-H对应的四对换能器。根据 至少一些实施例，弦E-H分别位于与弦A-D相同的高度，但在其他实施例中，弦E-H中的一 些弦或所有弦可位于与弦A-D不同的高度。此外，图5仅示出第二测量子系统的图示的的 四根弦的立面取向，并且不证明这些弦是平行或者是共面的。图6示出流量计100的俯视图(外壳110、112、116和118未示出)，以图示用于 第二图示的流量测量子系统的弦通路的关系的另一方面。具体地，(对应于最上面的弦，弦 E的)第一对换能器114A和114B限定与管段102的中心线122成非垂直的角度θ的弦 通路。(对应于中上的弦，弦F的)另一对换能器160Α和160Β限定相对于换能器114Α和 114Β的弦通路松散地形成“X”的形状的弦通路。类似地，(对应于中下的弦，弦G的)第 三对换能器162Α和162Β限定与换能器114Α和114Β的弦通路平行、但在中心通道中比换 能器114Α和114Β或换能器160Α和160Β的弦通路低的弦通路。由于图示的管段102的曲 率，所以在图6中未清楚示出的是(对应于最下面的弦，弦H的)第四对换能器164(在图 1中示出的换能器164A)，其限定与换能器口 160A和160B的弦通路平行的弦通路。将图5和6联系在一起，对于第二图示的测量子系统，换能器对被布置成使得与弦 E和F对应的上面两对换能器形成“X”的形状，而与弦G和H对应的下面两对换能器也形 成“X”的形状。弦E禾Π F是非平面的，弦G禾Π H是非平面的，弦E和G平行，而弦F禾Π H平 行。弦的其他布置也是可能的，例如，所有的弦属于相同的垂直面。第二测量子系统确定在 各弦E-H附近的气体的速度，以获得弦的流动速度，并将弦的流动速度结合，以确定横跨整 个中心通道的平均流速。从中心通道的平均流速和已知的横截面积，可由第二测量子系统 确定在管段中、并因此在管道中流动的气体量。图4和6仅示出与被描述的测量子系统相关的换能器。图7示出流量计100的俯 视图(外壳110、112、116和118未示出)，以图示测量子系统之间并根据至少一些实施例的 至少一些换能器对的关系。具体地，第一测量子系统包括换能器对108Α和108Β、换能器对 154Α和1MB、和在图7中不可见的其他两个换能器对。第二测量子系统包括换能器对114Α 和114Β、换能器对160Α和160Β、和在图7中不可见的其他两个换能器对。因此，在图7所 示的实施例中，与最上面的弦(第一测量子系统的弦A和第二测量子系统的弦Ε)对应的换 能器对位于管段102相同的轴向位置。同样地，与中上的弦(第一测量子系统的弦B和第 二测量子系统的弦F)对应的换能器对位于管段102相同的轴向位置。然而，其他布置也是 可能的，例如，第二测量子系统沿管段102轴向偏移。说明书现在转向仪表电子设备。根据一些实施例，每个测量子系统具有分离且独立的成套控制电子设备。返回简要地参考图3和5，这些图中总体的仪表电子设备152图 解为两个分离的控制电子设备152A和152B。图8示出了根据至少一些实施例与单个测量 子系统相关的控制电子设备152A。然而，应理解的是，在每个测量子系统具有分离且独立 的成套控制电子设备的实施例中，关于图8的说明等价地适用于各测量子系统的控制电子 设备。控制电子设备152A可处于电子设备外壳内，该电子设备外壳耦联至管段102。替代 性地，容纳控制电子设备152A的电子设备外壳可等同地安装在管段附近(即，在几英尺之 内)。控制电子设备152A在这些实施例中包括耦联至数据采集板202的处理器板200。数 据采集板202继而耦联至用于测量子系统的换能器。具有分离的处理器板200和数据采集 板202可基于数据采集板202而位于需要板202真正安全的位置(即，以减小火花或其他 能量点燃气体的可能)，而处理器板202位于真正安全的区域外。在其他实施例中，可将处 理器板200和数据采集板的功能并入单块电子设备板。在处理器板200上存在有耦联至随机存取存储器(RAM) 206、只读存储器 (ROM) 208、和多路通信端口(COM) 2IOA和2IOB的处理器204。处理器204是如下一种装置， 在其中执行程序，以便为特定的测量子系统控制通过中心通道的流体流动的测量。R0M208 是一种非易失性存储器，其存储操作系统程序、以及实现测量流体流动的程序。RAM206是用 于处理器204的工作存储器，并且在执行之前，可将一些程序和/或数据结构从R0M208复 制到RAM206。在替代性实施例中，可从R0M208直接访问程序和数据结构。通信端口 210A 是如下一种机构，仪表通过该机构与其他装置通信，诸如与流量计的其他测量子系统相关 的控制电子设备、(可累加来自多个流量计的被测流量的)流量计算机、和/或数据采集系 统。尽管处理器204、RAM206、R0M208和通信端口 210被图示为分离的装置，但在替代性实 施例中使用一体地包括处理核心、RAM、ROM和通信端口的微控制器。处理器204还耦联至并控制数据采集板202，以便穿过被测流体发送和接收声信 号。具体地，处理器204通过COM端口 210B耦联数据采集板。COM端口 210B如图示地可 以是分离的COM端口，或者处理器板200可使用单个COM端口 210，以与其他装置和数据采 集板202进行通信。在一些实施例中，处理器板200与数据采集板202之间的通信协议为 RS-485，但可等价地使用其他通信协议。通过图示的COM端口 210B，处理器板200向数据采 集板202发送命令，诸如用于开始测量子系统的每个换能器对的顺序启动的命令。数据采集板202包括耦联至换能器驱动器214、接收器216、和两个多路复用器218 和220的状态机212。状态机212还分别通过控制线222和2M耦联至多路控制器218和 220。根据至少一些实施例，状态机212是具有多个状态的状态机，其以预定的序列启动测 量子系统的每个换能器对。状态机212还接收和数字化入射到每个换能器上的声信号，并 向处理器板200发送声信号的数字表示。在一些实施例中，状态机212被实现为在处理器 226上执行的软件(例如，存储在R0M228中并从RAM230执行的软件)，而在其他实施例中， 状态机212是专用集成电路(ASIC)或现场可编程门阵列(FPGA)。在有些实施例中，换能器驱动器214包括振荡器电路和放大器电路。在换能器驱 动器214具有内部振荡器的实施例中，换能器驱动器214产生启动信号、将该信号放大至足 以驱动换能器的信号强度、和相对于换能器提供阻抗匹配。在其他实施例中，换能器驱动器 214从状态机212或其他源接收预期频率的交流(AC)信号、放大该信号并相对于换能器提 供阻抗匹配。接收器216同样可具有许多形式。在有些实施例中，接收器216是模拟数字转换器，其获取由换能器产生的表示接收到的声能的模拟波形，并将信号转换成数字形式。 在有些情况下，接收器216在数字化之前或之后滤波和/或放大信号。然后，可将接收到的 信号的数字化版本转到状态机212，并可将接收到的信号的数字化版本转到处理器板200。状态机212有选择地控制多路复用器218和220，以将每个换能器对的每个换能器 耦联至换能器驱动器214(以驱动换能器从而产生声信号)和接收器216(以接收响应于声 能由换能器产生的电信号)。在一些实施例中，状态机212在测量周期的跨度(例如一秒) 之内指导每个换能器对发送大约30个上游声信号和30个下游声信号。每个换能器对的上 游和下游声信号组越多或越少，则相当于使用越长或越短的测量周期。仍然参考图8，并具体关注作为所有换能器对的代表的换能器对108A和108B。出 于该讨论的目的，换能器108A为发送换能器，而换能器108B为接收换能器；然而，在实际操 作中，这些角色可交替地改变。在状态机212的控制下，换能器驱动器214通过多路复用器 218和220耦联至换能器108A。由换能器驱动器214产生和/或放大的电信号传播至换能 器108A中的压电元件，并刺激换能器108A中的压电元件，而换能器108A继而产生声信号。 声信号在被测流体中穿过换能器108A与换能器108B之间的距离。为了绘图方便起见，换 能器108A和108B未对准，但在操作中，如图4所图解地，该对大致同轴。在声信号于换能 器108A与换能器108B之间的传输时间期间，状态机212改变多路复用器218和220的构 造，以将换能器108B耦联至接收器216。换能器108B接收声能(S卩，声信号和噪声信号)， 并且与接收到的声能对应的电信号传播至接收器216。其后，发送器和接收器的角色反转， 并且该过程在诸如换能器154A和154B的下一换能器对上重新开始。在一些实施例中，状态机212还实现寄存器或计数器234。计数器在基于预定的时 隙进行换能器的启动的实施例(以下进一步论述)中开始起作用。计数器周期性地(例如 每毫秒)更新，并基于计数器，数据采集板202在相应的时隙中启动换能器对。尽管计数器 234示出为状态机212的一部分，但在其他实施例中，计数器可实现为在数据采集板212上 的寄存器，其通过状态机212或其他硬件周期性地更新。在状态机212实现为软件的实施 例中，计数器234可以是软件的一部分，或者计数器可以是处理器226的寄存器。状态机212向处理器板200发送接收的声信号的数字表示，和何时发射每个声信 号的指示。在有些情况下，将何时发射每个信号的指示和数字表示结合成同一基于分组的 消息。基于从数据采集板202提供的信息，处理器204确定每个接收到的声信号的到达时 间(例如，初始运动为具体的零交点)、并确定声信号的传播时间。在每个测量周期(例如 一秒)期间，不仅对于上游和下游激励(upstream and downstream firings)、而且对于子 系统的每个弦重复为每个激励(firing)接收信息和确定传播时间的过程。基于确定的数 据，由处理器204计算在每个弦附近的流动速度，由处理器204计算平均流速，并基于管段 102的横截面积由处理器204计算对于测量周期通过仪表的流量。在有些情形下，来自第一测量子系统的声信号可与来自第二测量子系统的声信号 干涉，从而在所测流动中引起差异。例如，由第一换能器发射的声信号不仅沿弦横跨被测流 体传播，而且类似于从聚焦镜展开的手电光束地当能量沿弦传播时圆形地展开。在有些情 况下，由于束的宽度和被测流体的流动，所以由第一测量子系统的换能器发射的声信号可 能撞击到第二测量子系统的换能器，从而引起错误信号。作为另一示例，尽管由换能器产生 的声能的大部分被分给被测流体，但由换能器产生的一些声能仍耦联至管段102。在大多数情况下，声信号在管段102的金属结构中的传播速度显著比通过被测流体的速度快，并因 此在管段102中由第一测量子系统的换能器的激励所引起的寄生声能可由第二测量子系 统的换能器接收，从而引起错误信号。为了减小或消除测量子系统之间的干扰，根据各种实施例的流量计协调换能器对 的启动。协调可具有许多形式和变化的精密等级。通过测量子系统进行协调的讨论开始于 用于交换同步信号的图示系统，然后转向同步的图示实施例。图9示出了根据至少一些实施例的控制电子设备152。具体地，控制电子设备152 包括用于第一测量子系统的处理器板200A和数据采集板202A、和用于第二测量子系统的 处理器板200B和数据采集板202B。在图9的实施例中，信号线250耦联在数据采集板202 之间，并且在数据采集板202之间通过信号线250交换同步信号。图10也示出了其中每个 测量子系统包括处理器板200和数据采集板202的实施例；然而，在图10中，通过耦联在用 于第一测量子系统的处理器板200A与用于第二测量子系统的处理器板200B之间的信号线 252，在测量子系统之间交换同步信号。图11示出了控制电子设备152的实施例，其中，第一测量子系统具有数据采集板 202A，并且第二数据采集板具有数据采集板202B，但控制电子设备152仅具有耦联至并控 制两数据采集板的一个处理器板200。然而，在图11的实施例中，信号线250耦联在数据 采集板202之间，并且在数据采集板202之间通过信号线250交换同步信号。图12也示出 了如下实施例，其中每个测量子系统具有分离的数据采集板202，但控制电子设备152具有 耦联至每个数据采集板202的单个处理器板200。然而，在图12的实施例中，通过处理器 板200在数据采集板202之间交换同步信号，并因此在数据采集板202之间不存在分离的 信号线。图13示出了每个测量子系统具有其自身的处理器板200和数据采集板202的实 施例；然而，在图13的实施例中，在数据采集板之间交换的同步信号通过另一装置流动。如 图13所图解地，同步信号流过耦联至每个测量子系统的处理器板200的流量计算机256，但 同步信号可流过诸如监控和数据采集(SCADA)系统的任何上游装置。图14也示出了在其 中每个测量子系统包括处理器板200和数据采集板202的实施例；然而，在图14中，通过计 算机网络258(例如，以太网)耦联处理器板200，并且在数据采集板之间交换的同步信号流 过处理器板200和计算机网络258。说明书现在转向测量子系统之间的同步的图示示例。很像用于同步信号的交换的 不同物理实施例，测量子系统之间的换能器对的启动的协调可具有许多形式。出于讨论的 目的，协调被分解成通过主测量子系统的控制、以及在预定的时隙内的每个子系统的激励 (利用时基协调)。首先讨论通过主测量子系统的控制。在一些实施例中，测量子系统的一个测量子系统指定为主测量子系统，而其余的 测量子系统指定为次测量子系统。主测量子系统的选择可以是预定的，或者测量子系统可 通过诸如随机数生成或基于每个子系统的序号在它们之中选择主测量子系统。不考虑选择 主测量子系统所通过的确切机制，与主测量子系统的换能器对的每个启动同时地，主测量 子系统向次测量子系统发送同步信号。次测量子系统接收同步信号，并启动对同步信号起 反应的次测量子系统的换能器对。在有些实施例中，测量子系统之间的协调导致在任一时 刻在流量计100上仅启动单个换能器对。在其他实施例中，协调可包括在任一时刻仅一个换能器发射声信号，但在一个声信号在传送(flight)中的同时可出现另一声信号的发射。 在另外的其他实施例中，协调可包括同时的激励，但是其用于在不同的高度的换能器，使得 不会产生干扰。图15示出了根据利用主/次系统的至少一些实施例的时序图。具体地，如方框 1500所示，主测量子系统启动换能器对(在这种情况下，由一个换能器发射声信号)。如方 框1502所示，与所述启动同时地，第一测量子系统发送同步信号。同步信号的发送可通过 上述任何机构。如时间跨度1504和方框1506所示，第二测量子系统接收同步信号并在同 步信号的接收之后的预定时间量启动换能器对(在这种情况下，发射声信号)。在图15的 图示情况下，如方框1508处由第一测量子系统的声信号的接收所示，设定预定的延迟，使 得第二测量子系统的换能器的声信号的发射在由第一测量子系统发射的声信号的传送时 间期间。如方框1510所图解地，一段时间以后，接收由第二测量子系统发射的声信号。参考图16，在其他实施例中，主测量子系统发送同步信号，以更直接地控制次测量 子系统中的换能器对的启动。具体地，如方框1600所示，主测量子系统启动换能器对(在 这种情况下，发射声信号)。与所述启动同时地(具体地，在声信号的发射与接收之间)，并 且在主测量子系统要求次测量子系统启动换能器对的时间点处，主测量子系统发送同步信 号。在图16的情况下，如方框1602所示，在来自第一测量子系统的换能器的声信号的传送 时间期间，发送同步信号。同步信号的发送可通过上述任何机构。如方框1604所示，基于 来自主测量子系统的命令，次测量子系统立即启动换能器对(在这种情况下发射声信号)。 其后，接收由第一测量子系统发射的声信号(方框1606)，然后接收由第二测量子系统发射 的声信号(方框1608)。在到目前为止所描述的同步的实施例中，需要由同步信号承载非常少的信息。具 体地，同步信号可以是单个布尔值，因此信号线(图9和11)可以是单线(具有共用地)，或 者可能是双导体双绞线电缆。此外，如果通过单个或多个处理器板(图10和1 来输送同 步信号，同步信号再一次可以是单个布尔值。在同步信号是基于分组消息的一部分的实施 例中(例如图13或14)，则消息的数据有效载荷可承载该布尔值，或者仅仅消息被接收的事 实(不考虑有效载荷，即使存在有的话)就可表示同步信号。在到目前为止所讨论的实施例中，在主测量子系统可控制次测量子系统中的换能 器对的启动的时序的同时，主测量子系统不控制启动次测量子系统的哪个换能器对。在替 代性实施例中，主测量子系统不仅控制时序，而且控制启动次测量子系统的哪个换能器对。 在主测量子系统控制启动哪个换能器或换能器对的实施例中，同步信号可多于单个布尔 值，并且实际上可包括多个值，以识别启动哪个特定的换能器或换能器对(例如，换能器Al 可与值000相关，换能器A2可与值001相关，等等)。可在信号线上编码多个布尔值(图9 和11)。此外，如果通过单个或多个处理器板(图10和1 输送同步信号，同步信号再一 次可以是在信号线上编码的多个布尔值。在同步信号是基于分组消息的一部分的实施例中 (例如图13或14)，则消息的数据有效载荷可承载识别待启动的换能器对的多个布尔值。讨论现在转向基于预定的时隙内的换能器对的启动的同步。具体地，在时隙实施 例中，每个数据采集板202实现作为时间确定的基础的计数器234 (图8)。基于由保存在计 算器234中的时基确定的预定时隙来启动每个换能器或换能器对。例如，图17示出了基于 时隙来激励换能器的实施例的时序图。图17示出了八个时隙(指定的时隙1至时隙8)。在第一时隙内，第一测量子系统(具有图示地标记的弦A、B、C和D)沿由换能器对限定的 弦A发射和接收声信号(指示为Al，方框1700)，同样地，第二测量子系统(具有图示地标 记的弦E、F、G和H)沿由换能器对限定的弦E发射和接收声信号(指示为E1，方框1702)。 因此，除了没有交换同步信号以指定地识别第二测量子系统的启动之外，时隙一(或者就 此而言为任一时隙)与相对于图15或16示出的测量子系统之间的协调类似。在下一图示 的时隙，即，时隙二中，第一测量子系统沿弦A在相反的方向上发射和接收声信号(指示为 A2，方框1704)，同样地，第二测量子系统沿弦E在相反的方向上发射和接收声信号(指示为 E2，方框1706)。该过程在每个时隙并且对于每个换能器对继续，从而以在沿弦D发射声信 号的图示的图17的时隙八(指示为D2，方框1708)和沿弦H发射声信号的图示的图17的 时隙八(指示为H2，方框1710)的情况下结束。图17的时序图仅是说明性的，并且可等同 地使用在时隙内启动换能器的任何模式。在基于时隙的各种实施例中，尽管每个数据采集板202具有其自身的计数器234， 即使计数器234在加电时以相同的值开始，时钟频率中稍微的差异也可导致测量子系统之 间的时隙的失准。为了解决这样的担忧，利用时隙的实施例周期性地交换同步信号。在这 些实施例中的同步信号校准或大致校准计数器234，而不是直接指示换能器的启动。例如， 在收到同步信号时，数据采集板234就可将计数器设定至预定的值(例如零)。在同步信号 将计数器触发至预定的值的实施例中，同步信号可以是如上所述被递送的布尔值，或者信 号可以仅仅是作为基于分组消息的同步信号的接收。在其他实施例中，同步信号本身承载每个计数器所应设定至的值的指示。例如，沿 图示的信号线250发送的同步信号可包括直接或间接地指示待放置于计数器中的值的一 系列布尔值。在其他实施例中，在基于分组消息的形式的同步信号中，待放置于计数器中的 值可被承载作为有效载荷。在利用时隙实现的实施例中，在由与计数器相关的时钟系统的精确度来设定周期 的情况下，仅需要周期性地同步计数器。如果每个数据采集板上的时钟系统持续长时间保 持充分地校准，则仅需要每周或每隔几天交换同步信号。另一方面，如果在计数器之间很快 地形成差异的情况下，则可每隔几小时或几分钟交换同步信号。然而，在各种实施例中，与 计数器相关的时钟系统一旦被足够精确地校准，则不必比测量周期(例如一秒)更频繁地 发送同步信号。在测量子系统之间发信号进行同步可以以测量子系统中的一个测量子系统 为源，或者同步信号可来自耦联至流量计的诸如流量计算机或SCADA系统的其他源。图18示出了根据至少一些实施例的方法。具体地，(在方框1800处)该方法开 始，并继续以操作流量计的第一测量子系统，该第一测量子系统包括耦联至管段的第一多 个换能器对(方框1804)。该方法还包括操作流量计的第二测量子系统，该第二测量子系统 包括耦联至管段的第二多个换能器对(方框1808)。最后，该方法包括在第一与第二测量子 系统之间协调换能器对的启动(方框1812)，并且(在方框1816处)该方法结束。根据在此提供的说明，本领域的技术人员能容易地将如所描述地形成的软件与合 适的通用或专用计算机硬件结合，以根据各种实施例形成流量计和/或流量测量子部件， 以形成用于实施各种实施例的方法的系统或部件、和/或形成用于存储软件程序的计算机 可读介质，以实现各种实施例的方法方面。以上的讨论应理解为本发明的原理和各种实施例的说明。一旦充分地理解以上公开，则许多的变体和变型将对本领域的技术人员变得明显。所附的权利要求应被理解为意 在包含所有这些变体和变型。
权利要求
1.一种流量计，包括管段，所述管段限定中心通道；第一多个换能器对，所述第一多个换能器对机械地耦联至所述管段； 第一控制电子设备，所述第一控制电子设备电耦联至所述第一多个换能器对，所述第 一控制电子设备被构造成有选择地启动所述第一多个换能器对的每个换能器对； 第二多个换能器对，所述第二多个换能器对机械地耦联至所述管段； 第二控制电子设备，所述第二控制电子设备不同于所述第一控制电子设备，所述第二 控制电子设备电耦联至所述第二多个换能器对，所述第二控制电子设备被构造成有选择地 启动所述第二多个换能器对的每个换能器对；所述第一和第二控制电子设备被通信地耦联，并且被构造成用于协调它们相应的换能 器对的启动。
2.根据权利要求1所述的流量计，进一步 所述第一控制电子设备包括第一数据采集板，所述第一数据采集板被构造成用于控制所述第一多个换能器对的启动；所述第二控制电子设备包括第二数据采集板，所述第二数据采集板被构造成用于控制所述第二多个换能器对的启动；所述第一和第二数据采集板通过信号线的方式而通信地耦联，并且所述第一数据采集 板被构造成在换能器对的每次启动的时间附近，向所述第二数据采集板发送同步信号；以 及所述第二数据采集板被构造成基于所述同步信号来启动换能器对。
3.根据权利要求2所述的流量计，还包括所述第一采集板被构造成在声信号在所述第一多个换能器对的换能器对之间的传送 期间，发送所述同步信号；以及所述第二采集板被构造成在接收所述同步信号时，从所述第二多个换能器对的换能器发射声信号。
4.根据权利要求3所述的流量计，其中，所述第一采集板被构造成发送所述同步信号， 所述同步信号识别所述第二采集板应从哪个换能器发射声信号。
5.根据权利要求2所述的流量计，还包括所述第一采集板被构造成与从所述第一多个换能器对的换能器对发射声信号的同时 发送所述同步信号；以及所述第二采集板被构造成在所述同步信号的接收之后的预定量的时间处，从所述第二 多个换能器对的换能器发射声信号。
6.根据权利要求5所述的流量计，其中，所述第一采集板被构造成发送所述同步信号， 所述同步信号识别所述第二采集板应从哪个换能器发射声信号。
7.根据权利要求2所述的流量计，进一步所述第一控制电子设备还包括包含第一处理器的第一处理器板，所述第一处理器板耦 联至所述第一数据采集板并且被构造成从所述第一数据采集板接收所接收到的声信号的表示；以及所述第二控制电子设备还包括包含第二处理器的第二处理器板，所述第二处理器板耦 联至所述第二数据采集板并且被构造成从所述第二数据采集板接收所接收到的声信号的表不。
8.根据权利要求2所述的流量计，还包括耦联至所述第一和第二数据采集板的处理 器，所述处理器被构造成从所述第一和第二数据采集板接收所接收到的声信号的表示。
9.根据权利要求1所述的流量计，进一步 所述第一控制电子设备包括第一数据采集板，所述第一数据采集板被构造成控制所述第一多个换能器对的启动； 所述第一数据采集板被构造成在相应的预定时隙中启动所述第一多个换能器对的每 个换能器对，所述时隙是基于第一计数器的值而确定的； 所述第二控制电子设备包括第二数据采集板，所述第二数据采集板被构造成控制所述第二多个换能器对的启动； 所述第二数据采集板被构造成在相应的预定时隙中启动所述第二多个换能器对的每 个换能器对，所述时隙是基于第二计数器的值而确定的；所述第一数据采集板被构造成周期性地向所述第二数据采集板发送同步信号，而所述 第二数据采集板被构造成基于所述同步信号将所述第二计数器与所述第一计数器大致校 准。
10.根据权利要求9所述的流量计，其中，当所述第二控制电子设备大致校准时，所述 第二控制电子设备被构造成以下至少一种情形将所述第二计数器设定至预定值；以及将 所述第二计数器设定至在所述同步信号中指示的值。
11.根据权利要求1所述的流量计，进一步 所述第一控制电子设备包括第一处理器板，所述第一处理器板包括第一处理器；第一数据采集板，所述第一数据采集板耦联至所述第一处理器，所述第一数据采集板 被构造成用于控制所述第一多个换能器对的启动；所述第一数据采集板被构造成在相应的预定时隙中启动所述第一多个换能器对的每 个换能器对，所述时隙是基于第一计数器的值而确定的； 所述第二控制电子设备包括 第二处理器板，所述第二处理器板包括第二处理器；第二数据采集板，所述第二数据采集板耦联至所述第二处理器，所述第二数据采集板 被构造成用于控制所述第二多个换能器对的启动；所述数据采集板被构造成在相应的预定时隙中启动所述第二多个换能器对的每个换 能器对，所述时隙是基于第二计数器的值而确定的；所述第一处理器被构造成周期性地向所述第二处理器发送同步信号，而所述第二数据 采集板被构造成基于所述同步信号将所述第二计数器与所述第一计数器大致校准。
12.根据权利要求11所述的流量计，其中，当所述第二数据采集板大致校准时，所述第 二数据采集板被构造成以下至少一种情形将所述第二计数器设定至预定值；以及将所述 第二计数器设定至在所述同步消息中指示的值。
13.根据权利要求11所述的流量计，其中，当所述第一处理器进行发送时，所述第一处 理器还被构造成向所述第二处理器发送所述同步信号作为基于分组的消息。
14.一种方法，包括操作流量计的第一测量子系统，所述第一测量子系统包括耦联至管段的第一多个换能 器对；操作所述流量计的第二测量子系统，所述第二测量子系统包括耦联至所述管段的第二 多个换能器对；以及在所述第一与第二仪表子系统之间协调换能器对的启动。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，协调还包括在与所述第一测量子系统相关的 第一控制电子设备和与所述第二测量子系统相关的第二控制电子设备之间发送信号，其 中，所述第二控制电子设备不同于所述第一控制电子设备。
16.根据权利要求14所述的方法，其中，协调还包括与换能器对的每次启动同时地，从所述第一测量子系统向所述第二测量子系统发送布 尔值；以及基于单个布尔值的接收，由所述第二测量子系统启动换能器对。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，启动还包括在接收到所述单个布尔值时，由所 述第二测量子系统启动所述换能器对。
18.根据权利要求16所述的方法，其中，启动还包括在接收到所述单个布尔值之后的 预定量的时间处进行启动。
19.根据权利要求14所述的方法，其中，协调还包括与换能器对的每次启动同时地，从所述第一测量子系统向所述第二测量子系统发送指 示待激励的换能器对的值；以及基于所述值的接收，由所述第二测量子系统启动换能器对。
20.根据权利要求14所述的方法，进一步其中，操作所述第一测量子系统还包括基于由所述第一测量子系统保持的时基，在相 应的时隙中启动所述第一测量子系统的每个换能器对；其中，操作所述第二测量子系统还包括基于由所述第二测量子系统保持的时基，在相 应的时隙中启动所述第二测量子系统的每个换能器对；其中，协调还包括从所述第一测量子系统向所述第二测量子系统发送同步信号；以及基于所述同步信号，将由所述第二测量子系统保持的所述时基与所述第一测量子系统 保持的所述时基校准。
全文摘要
流量计的测量子系统的协调。至少一些说明性实施例是如下的流量计，其包括限定中心通道的管段；机械地耦联至管段的第一多个换能器对；电耦联至第一多个换能器对的第一控制电子设备(第一控制电子设备被构造成有选择地启动第一多个换能器对中的每个换能器对)；机械地耦联至管段的第二多个换能器对；和不同于第一控制电子设备的第二控制电子设备(第二控制电子设备电耦联至第二多个换能器对，第二控制电子设备被构造成有选择地启动第二多个换能器对中的每个换能器对)。第一和第二控制电子设备被通信地耦联，并且被构造成用于协调它们相应的换能器对的启动。
文档编号G01F1/60GK102047080SQ200980119167
公开日2011年5月4日 申请日期2009年6月9日 优先权日2008年7月9日
发明者基思·V·格罗舍尔, 小亨利·C·斯特劳布 申请人:丹尼尔度量和控制公司