過程變量測量噪聲診斷的制作方法
【專利摘要】一種過程變量變送器，包括：模數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換器，接收由感測過程變量的傳感器提供的傳感器信號，并將傳感器信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。處理器接收數(shù)字信號，并提供指示數(shù)字信號的測量輸出。噪聲檢測器接收傳感器信號，并產(chǎn)生第一值和第二值，所述第一值指示相對于正閾值的正噪聲事件的數(shù)目，所述第二值指示相對于負(fù)閾值的負(fù)噪聲事件的數(shù)目。處理器估計(jì)噪聲計(jì)數(shù)，并基于第一和第二值產(chǎn)生指示檢測到的噪聲的噪聲輸出。
【專利說明】過程變量測量噪聲診斷
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于在過程控制和監(jiān)測系統(tǒng)中測量溫度的過程變量變送器。更具體地，本發(fā)明涉及在數(shù)字化過程變量的測量時(shí)監(jiān)測測量電路內(nèi)的噪聲電平。
【背景技術(shù)】
[0002]過程變量變送器用于測量過程控制或監(jiān)測系統(tǒng)中的過程參數(shù)。基于微處理器的變送器通常包括:傳感器、用于將傳感器的輸出轉(zhuǎn)換為數(shù)字形式的模數(shù)轉(zhuǎn)換器、用于補(bǔ)償數(shù)字化輸出的微處理器、以及用于發(fā)送補(bǔ)償輸出的輸出電路。當(dāng)前，通常通過過程控制環(huán)(如，4-20毫安控制環(huán))或以無線方式實(shí)現(xiàn)該發(fā)送。
[0003]這樣的系統(tǒng)所測量的一個(gè)示例參數(shù)是溫度。通過測量電阻性溫度器件(RTD)的電阻或者熱電耦輸出的電壓來感測溫度，RTD有時(shí)也稱為鉬電阻溫度計(jì)或(PRT)。當(dāng)然，這些類型的溫度傳感器僅僅是示例，還可以使用其他溫度傳感器。類似地，溫度僅僅是一個(gè)示例過程變量，還可以測量多種其他過程控制參數(shù)，如，壓力、流量、pH等。因此，雖然關(guān)于溫度傳感器進(jìn)行當(dāng)前討論，將意識到:關(guān)于其他傳感器，可以一樣容易地繼續(xù)該討論。
[0004]在傳統(tǒng)測量電路中，在溫度傳感器和測量變送器之間存在可能發(fā)生故障或惡化的若干個(gè)連接點(diǎn)。在許多溫度測量應(yīng)用中，用戶在控制策略中使用溫度測量前了解溫度測量何時(shí)不管出于什么原因而降級可能是非常重要的。惡化情形可以是由于各種不同的原因，包括:引線/傳感器破損、過大的線路電阻、腐蝕或松動的連接等。
[0005]已在溫度變送器中實(shí)現(xiàn)了若干診斷，以評估靜態(tài)情形，如，引線電阻、過大的DC電壓、或傳感器破損。然而，這些靜態(tài)情形中的任一個(gè)可能變?yōu)樵谔幚頊y量期間發(fā)生的瞬態(tài)、動態(tài)、或非永久狀態(tài)。這可能導(dǎo)致若干測量誤差源。
[0006]例如，在數(shù)字化過程期間，對輸入至測量模數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換器的電壓進(jìn)行平均，并且不提供與數(shù)字化過程期間的噪聲有關(guān)的信息。非對稱噪聲可能在提供至控制系統(tǒng)的輸出中引起測量誤差。
[0007]此外，噪聲當(dāng)前可能是以變送器的更新率在變送器內(nèi)逐采樣估計(jì)的，但在某些情況下，這樣可能太慢。因此，以比更新率高的頻率發(fā)生的測量噪聲也可能引起誤差。
[0008]此外，(傳感器線路上或變送器內(nèi)部)過大的線路電阻或測量電容可能影響測量電路的穩(wěn)定時(shí)間(settling time)。如果穩(wěn)定時(shí)間未設(shè)置得足夠長,可能發(fā)生超過變送器精度規(guī)范的測量誤差。然而，直接增加穩(wěn)定時(shí)間降低了測量更新率。因此，在測量更新率和由于穩(wěn)定穩(wěn)定時(shí)間過短而發(fā)生的測量誤差之間可能存在折中。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]一種過程變量變送器，包括:模數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換器，接收由感測過程變量的傳感器提供的傳感器信號，并將傳感器信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。處理器接收數(shù)字信號，并提供指示數(shù)字信號的測量輸出。噪聲檢測器接收傳感器信號，并產(chǎn)生第一值和第二值，所述第一值指示相對于正閾值的正噪聲事件的數(shù)目，所述第二值指示相對于負(fù)閾值的負(fù)噪聲事件的數(shù)目。處理器估計(jì)噪聲計(jì)數(shù)，并基于第一和第二值產(chǎn)生指示檢測到的噪聲的噪聲輸出。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1是示出了包括溫度傳感器在內(nèi)的工業(yè)過程控制系統(tǒng)的簡化圖，所述溫度傳感器被配置為感測過程流體的溫度。
[0011]圖2是更詳細(xì)地示出了圖1的變送器的框圖。
[0012]圖3是示出了具有噪聲檢測器的模數(shù)轉(zhuǎn)換器的部分框圖、部分示意圖。
[0013]圖4是示出了圖3所示的模數(shù)轉(zhuǎn)換器的操作的一個(gè)實(shí)施例的流程圖。
[0014]圖5是噪聲檢測組件中的噪聲計(jì)數(shù)累積器的圖。
[0015]圖6-8示出了計(jì)數(shù)相對于電壓的圖形曲線。
[0016]圖9是除了多個(gè)傳感器以外與圖3所示框圖類似的框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017]噪聲電平檢測器檢測過程變量變送器中的正和負(fù)噪聲事件。即使當(dāng)執(zhí)行測量時(shí)檢測器也進(jìn)行該檢測，使得能夠檢測到在測量期間改變的噪聲事件。檢測器向處理器輸出噪聲的指示，處理器可以表征噪聲并建議維護(hù)。
[0018]圖1是工業(yè)過程控制系統(tǒng)5的簡化圖。在圖1中，過程管道7承載過程流體。過程變量變送器10被配置為耦合至過程管道7。變送器10包括過程變量傳感器18，在一個(gè)實(shí)施例中，過程變量傳感器18包括熱電耦或其他溫度傳感器。然而，這僅僅是示例。變送器10向遠(yuǎn)程位置(如，過程控制室6)發(fā)送信息。該發(fā)送可以通過過程控制環(huán)(如，雙線控制環(huán)11)。過程控制環(huán)可以根據(jù)任意期望格式，包括例如4-20mA過程控制環(huán)、承載數(shù)字通信的過程控制環(huán)、無線過程控制環(huán)等。在圖1所示的示例中，過程控制環(huán)11由控制室6處的電源6A供電。該電源用于向過程變量變送器10供電。傳感電阻器6B用于感測流經(jīng)環(huán)路11的電流，雖然還可以使用其他機(jī)制。
[0019]圖2是圖1所示的工業(yè)過程控制系統(tǒng)5的一部分的框圖，并且更詳細(xì)地示出了變送器10。在圖2中，傳感器18示意地是從正在感測的過程接收輸入14的過程變量傳感器。該輸入14示意地是流經(jīng)管道7的過程流體，并且傳感器18示意地是溫度傳感器。然而，傳感器18還可以是不同類型的傳感器，如，用于感測壓力、pH、流量等的傳感器。傳感器18還可以是若干不同類型溫度傳感器中的一個(gè)。例如，傳感器18可以是熱電偶或電阻性溫度器件(RTD)。在后一情況下，變送器10還包括向傳感器18提供激勵(lì)電流的可控電流源。在這些實(shí)施例中的任一個(gè)中，傳感器18示意地向變送器10中的模數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換器22提供模擬輸出20，該輸出20指示感測到的參數(shù)。
[0020]在一個(gè)實(shí)施例中，應(yīng)注意到:來自傳感器18的輸出20可以示意地適合地提供給對模擬信號進(jìn)行放大和濾波的電路(未示出)。這可以是傳感器18或變送器10的一部分或者單獨(dú)的電路。放大和濾波后的信號20接著被提供給A/D轉(zhuǎn)換器22。A/D轉(zhuǎn)換器22將數(shù)字化輸出提供給處理器24，所述數(shù)字化輸出是傳感器18提供的模擬信號20的數(shù)字表示。處理器24具有相關(guān)聯(lián)的存儲器和時(shí)鐘電路，并且提供與通過過程控制環(huán)11感測到的參數(shù)有關(guān)的信息。應(yīng)注意的是，處理器24可以包括輸入/輸出(I/O)電路，或者可以單獨(dú)提供I/O電路，I/O電路在環(huán)路11上以數(shù)字格式發(fā)送信息或者通過控制流經(jīng)環(huán)路11的電流以模擬格式發(fā)送信息。
[0021]圖2所示的實(shí)施例示意了 A/D轉(zhuǎn)換器22還包括噪聲檢測組件26。噪聲檢測組件26監(jiān)控傳感器輸出20中的噪聲電平，并被部署在A/D轉(zhuǎn)換器22內(nèi)部或外部。在圖2所示的示例中，組件26被示為位于A/D轉(zhuǎn)換器22內(nèi)部,但這僅僅是以示例方式示出的。當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換器22對輸入信號20進(jìn)行數(shù)字化時(shí)，噪聲檢測組件26監(jiān)測噪聲。
[0022]圖3是A/D轉(zhuǎn)換器22和噪聲檢測組件26的更詳細(xì)的圖。在圖3所示的實(shí)施例中，A/D轉(zhuǎn)換器22示意地包括差分放大器30和積分三角(sigma delta)轉(zhuǎn)換器32。積分三角轉(zhuǎn)換器32是以示例方式示出的，并且還可以使用其他轉(zhuǎn)換機(jī)制。
[0023]圖3還示出了噪聲檢測組件26示意地包括噪聲檢測器34、開關(guān)SI以及電容器Cl。圖3示出了具有兩個(gè)引線36和38的傳感器18，引線36和38可以分別耦合至輸入端子40和42。在一個(gè)實(shí)施例中，端子40和42之間的電壓指示傳感器18感測到的溫度。圖3還示出了傳感器18可以示意地是附加引線44和46耦合至附加端子48和50的四引線傳感器?；蛘撸郊觽鞲衅骺梢择詈现聊切┒俗?，并且可以使用復(fù)用器來選擇用于測量的輸入信號。然而，為了本示例，將參照具有分別與端子40和42相連的兩個(gè)引線的傳感器18繼續(xù)描述。
[0024]以下參照圖4和5描述噪聲檢測組件26的更詳細(xì)的操作。然而，簡言之，電壓Vinput產(chǎn)生于端子40和42之間，并且表示傳感器18感測到的溫度。該輸入電壓被提供給差分放大器30,在差分放大器30中，該輸入電壓被放大并提供給轉(zhuǎn)換器32,以轉(zhuǎn)換為被提供給處理器24的數(shù)字信號。還以指定速 率將Vinput鎖存并保持在電容器Cl兩端。這是通過閉合開關(guān)SI實(shí)現(xiàn)的。在噪聲檢測器34中，在若干時(shí)鐘周期內(nèi)將Vinput與變送器指定的閾值電壓比較。使用連個(gè)累積器(或計(jì)數(shù)器)。如果Vinput和變送器指定的閾值之間的電壓差大于或小于閾值，兩個(gè)累積器之一增加。累積器之一針對沿正向的噪聲事件增加，而另一個(gè)累積器針對沿負(fù)向的噪聲事件增加。累積器中的值稱為噪聲計(jì)數(shù)41。一旦轉(zhuǎn)換器32已對Vinput進(jìn)行了數(shù)字化，噪聲計(jì)數(shù)41就從噪聲檢測器34被提供至處理器24，以用于表征檢測到的噪聲的類型。
[0025]圖4是噪聲檢測器34的更詳細(xì)的框圖。圖5是更詳細(xì)地示出了噪聲檢測組件26的操作的流程圖。下面，將圖4和圖5彼此結(jié)合更詳細(xì)地對它們進(jìn)行描述。
[0026]在描述圖5所示的操作前，首先簡要討論圖4中的元素。圖4中的Vinput是在(圖3中的)傳感器18兩端產(chǎn)生并施加在引線40和42之間的輸入電壓。Vinput latehed是當(dāng)開關(guān)SI閉合時(shí)(圖3中的)電容器Cl兩端的電壓。Vtjsthresh是正和負(fù)閾值發(fā)生器60和62用于產(chǎn)生正和負(fù)閾值(vp()s—adjUst和vmg—adjust)的電壓設(shè)置點(diǎn)。在所不實(shí)施例中，閾值發(fā)生器由求和節(jié)點(diǎn)60和62的集合組成。在求和節(jié)點(diǎn)60處將Vinput latc;hed與噪聲閾值Vtjs thMsh相加，在求和節(jié)點(diǎn)62處從Vinput

—latched 中"^os—thresh。

還應(yīng)注意的是:噪聲閾值V。,—thresh可以根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定，或者可以隨實(shí)現(xiàn)不同而改變。類似地，可以使用兩個(gè)不同的閾值來產(chǎn)生Vptjsadjust和Vneg adjustO在一個(gè)實(shí)施例中，Vtjs thMsh的值是以固件或者是在制造時(shí)設(shè)置的，因此用戶無需對其進(jìn)行設(shè)置或調(diào)節(jié)。進(jìn)一步地，Vtjs thresh的值可由用戶調(diào)節(jié)，并且可以在執(zhí)行期間決定具體的閾值電壓。此外，閾值可以基于各種不同的參數(shù)(如，傳感器信號的值或其他參數(shù))而改變。
[0027]作為結(jié)果的正和負(fù)閾值電壓(Vptjs adjust和Vneg adjust)被提供至比較器64和66，在其中與Vinput進(jìn)行比較。比較器64和66的輸出被分別提供至計(jì)數(shù)器68和70的輸入，計(jì)數(shù)器68和70從時(shí)鐘72接收時(shí)鐘輸入。當(dāng)Vinput沿正向超過Vptjs adjust時(shí)，并且當(dāng)時(shí)鐘72提供時(shí)鐘脈沖時(shí)，計(jì)數(shù)器68加I。類似地，當(dāng)Vinput沿負(fù)向超過Vneg adjust時(shí)，并且當(dāng)時(shí)鐘72向計(jì)數(shù)器70提供時(shí)鐘脈沖時(shí)，則計(jì)數(shù)器70加I。實(shí)質(zhì)上，在時(shí)鐘72的每個(gè)時(shí)鐘周期期間，估計(jì)比較器64和66的輸出，并且如果超過正和負(fù)噪聲閾值電壓(VP()S—adjust和Vnega—djust),使用噪聲寄存器(或計(jì)數(shù)器)68和70累積與正和負(fù)噪聲事件相對應(yīng)的計(jì)數(shù)。還通過時(shí)鐘72對刷新計(jì)數(shù)器73進(jìn)行鐘控，并且刷新計(jì)數(shù)器73提供以預(yù)定刷新率來刷新Vinput latc;h的方法。刷新計(jì)數(shù)器數(shù)到刷新周期，在刷新周期中，其基于計(jì)數(shù)器73的輸出以刷新率來刷新鎖存在電容器Cl兩端的電壓。
[0028]圖4所示的實(shí)施例僅僅是說明性實(shí)施例，還可以使用其他方式。例如，在一些應(yīng)用中，可以僅使用單個(gè)噪聲計(jì)數(shù)器，并且單個(gè)噪聲計(jì)數(shù)器對于正噪聲事件增加而對于負(fù)噪聲事件減少。例如，這可以用于表征噪聲對稱。
[0029]利用圖4的說明，下面將參照圖5來描述A/D轉(zhuǎn)換器22在檢測噪聲時(shí)的全部操作。將圖3-5彼此結(jié)合來對它們進(jìn)行描述。
[0030]在一個(gè)實(shí)施例中，在檢測噪聲前，處理器24向計(jì)數(shù)器68和70提供重置信號，對噪聲計(jì)數(shù)器進(jìn)行重置。這由圖5中的框80指示。處理器24還說明性地重置刷新計(jì)數(shù)器73。這由圖5中的框82指示。
[0031]接著，處理器24通過閉合開關(guān)SI將Vinput鎖存在電容器Cl兩端。這由圖5中的框84指示?？梢栽谵D(zhuǎn)換器32對Vinput執(zhí)行模數(shù)轉(zhuǎn)換期間的某一時(shí)刻將Vinput鎖存在電容器Cl兩端。在一個(gè)實(shí)施例中，在轉(zhuǎn)換過程開始時(shí)鎖存Vinput，但也可以間歇地對其進(jìn)行刷新。SP，處理器24可以斷開開關(guān)SI，并且每X個(gè)刷新計(jì)數(shù)器73輸出計(jì)數(shù)再次閉合開關(guān)。特定的刷新率可以根據(jù)經(jīng)驗(yàn)來確定，或者基于應(yīng)用或以其他方式進(jìn)行調(diào)節(jié)。刷新率可以固件或在制造時(shí)進(jìn)行設(shè)置，因此用戶 無需對其進(jìn)行設(shè)置刷新率。進(jìn)一步地，可以根據(jù)期望賦予用戶重置刷新率的能力。
[0032]在任意情況下，一旦Vinput鎖存在電容器Cl兩端，求和節(jié)點(diǎn)60和62就產(chǎn)生被施加至比較器64和66的正和負(fù)閾值電壓



Vpos_adjust 矛口 Vneg_adjust °


如以上簡要提到的，當(dāng)Vinput沿正向超過AU adjust時(shí)，則計(jì)數(shù)器68針對時(shí)鐘72的每個(gè)時(shí)鐘周期增加。類似地，當(dāng)Vinput沿負(fù)向超過負(fù)閾值Vmg a(Uust時(shí)，則計(jì)數(shù)器70針對時(shí)鐘72的每個(gè)時(shí)鐘周期增加。測試正和負(fù)噪聲輸出以及根據(jù)需要使計(jì)數(shù)器68和70增加由圖5中的框86指示。在每個(gè)時(shí)鐘周期后，確定刷新計(jì)數(shù)器73是否已經(jīng)達(dá)到指示應(yīng)刷新鎖存電壓Vinput latehed的計(jì)數(shù)值。如果已經(jīng)達(dá)到，處理返回至框82，其中，刷新計(jì)數(shù)器73被設(shè)置為O。確定是否要重置刷新計(jì)數(shù)器由圖5中的框88指示。
[0033]如果在框88確定尚不需要重置刷新計(jì)數(shù)器，則處理器24確定轉(zhuǎn)換器32是否已完成其對Vinput的測量。這由圖5中的框90指示。如果尚未完成，處理返回至框86，其中，檢測器34繼續(xù)測試正和負(fù)噪聲輸出，并且根據(jù)需要使計(jì)數(shù)器68和70增加。
[0034]然而，如果在框90確定A/D轉(zhuǎn)換已經(jīng)完成，則將計(jì)數(shù)器68和70提供的計(jì)數(shù)41輸出至處理器24。這由圖5中的框95指示。處理器24繼而能夠基于計(jì)數(shù)41來表征檢測到的噪聲。
[0035]接著，處理器24能夠基于來自計(jì)數(shù)器68和70的計(jì)數(shù)41，輸出其識別出的噪聲特性。輸出噪聲特性由圖5中的框94指示。[0036]雖然存在能夠由處理器24基于計(jì)數(shù)41識別的多種不同噪聲特性，下面將僅以示例為目的描述其中的若干噪聲特性。
[0037]第一噪聲特性稱為噪聲對稱。如果正和負(fù)計(jì)數(shù)器68和70提供相等的計(jì)數(shù)，并且那些計(jì)數(shù)未超過閾值(即，計(jì)數(shù)不算過大)，則處理器24可以確定噪聲是對稱的。這可以提供測量輸出將受測量噪聲影響的指示，但其允許處理器24向用戶提供可能存在惡化情形的指示。這類噪聲可由工廠環(huán)境中的熱電偶退化而引起，其中，噪聲電流導(dǎo)致在較高阻抗的線路上產(chǎn)生可測電壓。這可以向用戶通知他們應(yīng)向他們的傳感器測量環(huán)路提供維護(hù)或其他維護(hù)。
[0038]第二特性反映噪聲頻率。即，處理器24可以考慮定義了在電容器Cl兩端鎖存Vinput的周期的刷新率，以及由計(jì)數(shù)器68和70輸出的計(jì)數(shù)量。給定這些參數(shù)，可以確定近似的噪聲頻率。如果在測量過程內(nèi)周期性地鎖存新電壓電平但仍累積噪聲計(jì)數(shù)，這允許處理器24至少粗略地估計(jì)給定測量中的噪聲量。
[0039]另一噪聲特性是噪聲電平?？梢酝ㄟ^計(jì)數(shù)器68和70輸出的計(jì)數(shù)量以及所選擇的電壓閾值電平Vtjs ttosh來估計(jì)噪聲電平。閾值電平可以被調(diào)節(jié)為向處理器24并最終向用戶提供關(guān)于系統(tǒng)中存在多大噪聲的信息。當(dāng)在RTD測量線路上產(chǎn)生熱電動勢(EMFs)時(shí)這可能是重要的。如果連接點(diǎn)腐蝕或者磨損并且在該連接兩端存在溫度梯度，可能在RTD測量上引起動態(tài)EMF情形。在該情況下，可以使用戶意識到這點(diǎn)，使得他們能夠?qū)y量環(huán)路執(zhí)行維護(hù)。處理器24可以產(chǎn)生消息，向用戶通知該維護(hù)需求。
[0040]另一噪聲特性反映穩(wěn)定時(shí)間是否充足。即，如果在轉(zhuǎn)換器32執(zhí)行的數(shù)字化過程開始時(shí)將測量電壓Vinput鎖存在電容器Cl兩端，并且假設(shè)沿正向或負(fù)向(但并非沿雙向)存在相對較大數(shù)目的噪聲計(jì)數(shù)，則處理器24可以確定需要調(diào)節(jié)穩(wěn)定時(shí)間。在調(diào)節(jié)了穩(wěn)定時(shí)間后，可以計(jì)算新測量。該過程可以有助于初始化所連接的測量環(huán)路的穩(wěn)定時(shí)間，從而以最佳更新率提供最聞級別的精度。
[0041]圖6-8是X軸上的計(jì)數(shù)器68和70相對于y軸上的電壓的圖。圖6_8示出了一些噪聲特性。在圖6中，Vinput由線100指示，Vpos adjust由線102指示，而Vneg adjst由線104指示。圖6示出了正常測量噪聲的反映可以是怎樣的。即，Vinput恰好在閾值電壓102和104所建立的閾值內(nèi)變化?？梢钥吹?計(jì)數(shù)器68和70的輸出都是0，這是由于Vinput在測量周期期間尚未越過閾值102或104。
[0042]圖7類似于圖6，并且對類似項(xiàng)目進(jìn)行類似編號。然而，在圖7中可以看到=VinputIOO以特定次數(shù)越過閾值電壓102和104。計(jì)數(shù)器68的正計(jì)數(shù)是29次，計(jì)數(shù)器70的負(fù)計(jì)數(shù)是25次。這指示噪聲沿正向略非對稱。
[0043]圖8也類似于圖6，并且對類似項(xiàng)目進(jìn)行類似編號。然而，圖8示出:除了測量周期的最開始，Vinput全部時(shí)間高于正閾值102。因此，計(jì)數(shù)器68輸出的正計(jì)數(shù)是380，而不存在負(fù)計(jì)數(shù)。這傾向于指示:穩(wěn)定時(shí)間是不精確地，且需要調(diào)節(jié)。
[0044]再次參照圖5，框110指示令處理器24輸出對與噪聲對稱相對應(yīng)的噪聲特性的指示。框112指示輸出與噪聲頻率相對應(yīng)的噪聲特性，而框114指示輸出關(guān)于噪聲電平的指示，并且框116指示輸出反映穩(wěn)定時(shí)間問題的指示。當(dāng)然，處理器24還可以產(chǎn)生指示其他噪聲特性的其他輸出118。
[0045]將意識到:處理器24或變送器10的其他組件也可以基于計(jì)數(shù)器68和70輸出的計(jì)數(shù)來執(zhí)行其他動作。執(zhí)行這些其他動作由圖5中的框120指示。例如，處理器24可以調(diào)節(jié)穩(wěn)定時(shí)間(如框122所指示)，或者其可以允許用戶調(diào)節(jié)測量周期的積分周期(如框124所指示)。類似地，處理器24可以基于根據(jù)計(jì)數(shù)器68和70輸出的計(jì)數(shù)41識別的噪聲特性來產(chǎn)生測量系統(tǒng)的簡檔。這由圖5中的框126指示。可以多種方式產(chǎn)生簡檔。例如，使用學(xué)習(xí)過程(如統(tǒng)計(jì)過程監(jiān)測)，處理器24可以產(chǎn)生可以隨時(shí)間參照的測量系統(tǒng)的簡檔。這可以有助于理解應(yīng)使用何種噪聲電平、刷新率和穩(wěn)定時(shí)間來配置每個(gè)特定用戶安裝。還可以使用啟動時(shí)的噪聲電平作為在時(shí)間上比較其他測量采樣周期的基準(zhǔn)。變送器10或其他組件還可以執(zhí)行各種其他動作，并且這由圖5中的框128指示。
[0046]類似地，可以使用計(jì)數(shù)來檢測測量環(huán)路可以暴露于的線路頻率。例如，在某些用戶安裝中，線路頻率(如50Hz或60Hz)可以被耦合至測量線路中。在這樣的安裝中，可以向用戶提供可設(shè)置參數(shù)，允許在該段時(shí)間對測量進(jìn)行積分。
[0047]還將意識到:可以在給定的變送器10中提供多個(gè)噪聲檢測組件26。每個(gè)噪聲檢測組件26可以被配置為在測量周期期間處理不同的噪聲特性。例如，一個(gè)噪聲檢測組件26可以被配置為具體識別穩(wěn)定時(shí)間問題，而另一個(gè)噪聲檢測組件26可以關(guān)注噪聲頻率，并且再一個(gè)噪聲檢測組件26關(guān)注噪聲電平，等等。
[0048]此外，即使在變送器10當(dāng)前并未測量給定傳感器輸出時(shí)，噪聲檢測組件26也可用于獨(dú)立地連續(xù)監(jiān)測多個(gè)不同傳感器中每個(gè)傳感器上的噪聲。圖9示出了這樣的實(shí)施例，其與圖2所示實(shí)施例類似，只不過還示出了第二傳感器19。當(dāng)然，可以提供多個(gè)附加傳感器，并且為了示例目的圖9僅示出了兩個(gè)傳感器。在圖9的實(shí)施例中，變送器10可以通過復(fù)用器一次接收一個(gè)傳感器輸入。因此，由于變送器10正在測量傳感器19的輸出，變送器10可能不在測量傳感器18的輸出。在該情況下，然而，噪聲檢測組件27仍在檢測傳感器18的輸出上的操作。因此，當(dāng)噪聲檢測組件26正在檢測轉(zhuǎn)換器22當(dāng)前正在測量的傳感器19上的噪聲時(shí)，噪聲檢測組件27也正在檢測傳感器18的輸出上的噪聲，這是由于檢測當(dāng)前未被測量的傳感器的輸出上的噪聲也可能是有意義且有幫助的。該實(shí)施例還可以允許系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)不同傳感器間的操作差異。
[0049]系統(tǒng)還能夠有助于精確補(bǔ)償感測噪聲。一旦表征了噪聲，補(bǔ)償就變得更加精確。此夕卜，可以控制用于對計(jì)數(shù)器進(jìn)行鐘控的時(shí)鐘信號，以獲得更多信息。如果時(shí)鐘頻率增加，可以檢測到更高頻率的噪聲分量。因此，可以根據(jù)期望控制時(shí)鐘頻率。
[0050]雖然參照優(yōu)選實(shí)施例描述了本發(fā)明，本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識到:可以在不背離本發(fā)明精神和范圍的前提下做出形式和細(xì)節(jié)上的改變。
【權(quán)利要求】
1.一種過程變量變送器，包括: 模數(shù)A/D轉(zhuǎn)換器，接收由感測過程變量的傳感器提供的傳感器信號，并將所述傳感器信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號； 處理器，接收所述數(shù)字信號，并提供指示所述數(shù)字信號的測量輸出；以及 噪聲檢測器，接收所述傳感器信號，并產(chǎn)生第一值和第二值，所述第一值指示相對于正閾值的正噪聲事件的數(shù)目，所述第二值指示相對于負(fù)閾值的負(fù)噪聲事件的數(shù)目；所述處理器估計(jì)噪聲計(jì)數(shù)，并基于所述第一值和所述第二值產(chǎn)生指示檢測到的噪聲的噪聲輸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的過程變量變送器，其中，所述噪聲檢測器包括: 正噪聲閾值發(fā)生器，接收所述傳感器信號，并產(chǎn)生正閾值作為正電壓閾值；以及 負(fù)噪聲閾值發(fā)生器，接收所述傳感器信號，并產(chǎn)生負(fù)閾值作為負(fù)電壓閾值。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的過程變量變送器，其中，所述噪聲檢測器還包括: 正噪聲計(jì)數(shù)器，接收所述傳感器信號、時(shí)鐘輸入和正電壓閾值，并在所述傳感器信號沿正向超過所述正電壓閾值時(shí)，隨時(shí)鐘信號上的每個(gè)時(shí)鐘脈沖累積正計(jì)數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的過程變量變送器，其中，所述噪聲檢測器還包括: 負(fù)噪聲計(jì)數(shù)器，接收所述傳感器信號、時(shí)鐘輸入和負(fù)電壓閾值，并在所述傳感器信號沿負(fù)向超過所述負(fù)電壓閾值時(shí)，隨時(shí)鐘信號上的每個(gè)時(shí)鐘脈沖累積負(fù)噪聲計(jì)數(shù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的過程變量變送器，其中，所述處理器基于正和負(fù)噪聲計(jì)數(shù)來產(chǎn)生噪聲輸出。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的過程變量變送器，其中，所述處理器基于正和負(fù)噪聲計(jì)數(shù)將噪聲輸出產(chǎn)生為對噪聲的表征。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的過程變量變送器，其中，所述處理器在所述A/D轉(zhuǎn)換器正將所述傳感器信號轉(zhuǎn)換為所述數(shù)字信號時(shí)產(chǎn)生對噪聲的表征。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的過程變量變送器，其中，所述處理器通過分析正和負(fù)噪聲計(jì)數(shù)來產(chǎn)生噪聲輸出，以識別噪聲對稱、噪聲頻率和噪聲電平。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的過程變量變送器，其中，所述A/D轉(zhuǎn)換器在穩(wěn)定時(shí)間內(nèi)將所述傳感器信號轉(zhuǎn)換為所述數(shù)字信號；并且，所述處理器產(chǎn)生噪聲輸出，以標(biāo)識穩(wěn)定時(shí)間是否對測量誤差做出貢獻(xiàn)。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的過程變量變送器，其中，所述處理器基于隨時(shí)間對噪聲的表征，來產(chǎn)生所述過程變量變送器的噪聲簡檔。
11.根據(jù)權(quán)利要求2所述的過程變量變送器，其中，所述處理器將所述傳感器信號間歇地鎖存在存儲電容器兩端；并且，所述正噪聲閾值發(fā)生器和所述負(fù)噪聲閾值發(fā)生器接收存儲電容器兩端的電壓作為所述傳感器信號。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的過程變量變送器，其中，所述噪聲檢測器還包括: 刷新計(jì)數(shù)器，其中，所述處理器基于所述刷新計(jì)數(shù)器的輸出，來刷新鎖存在所述存儲電容器兩端的所述傳感器信號。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的過程變量變送器，其中，所述噪聲檢測器是A/D轉(zhuǎn)換器的一部分。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的過程變量變送器，其中，所述噪聲檢測器與A/D轉(zhuǎn)換器分離。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的過程變量變送器，其中，所述處理器通過過程控制環(huán)提供測量輸出。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的過程變量變送器，其中，所述傳感器包括:從包括電阻性溫度器件和熱電偶在內(nèi)的組中選擇的至少一個(gè)溫度傳感器。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的過程變量變送器，其中，所述噪聲輸出指示線路噪聲。
18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的過程變量變送器，其中，所述噪聲檢測器監(jiān)測來自多個(gè)傳感器信號的噪聲。
19.一種在過程變量變送器中感測過程變量的方法，包括: 從傳感器接收指示過程變量的模擬傳感器信號； 將所述模擬傳感器信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號； 在將所述模擬傳感器信號轉(zhuǎn)換為所述數(shù)字信號期間，在正噪聲累積器中累積正噪聲計(jì)數(shù)，在負(fù)噪聲累積器中累積負(fù)噪聲計(jì)數(shù)，所述正噪聲計(jì)數(shù)指示超過正噪聲閾值的噪聲事件，所述負(fù)噪聲計(jì)數(shù)指示超過負(fù)噪聲閾值的噪聲事件； 基于所述正噪聲計(jì)數(shù)和所述負(fù)噪聲計(jì)數(shù)，對所述模擬傳感器信號上的噪聲進(jìn)行表征；以及 在過程控制環(huán)上產(chǎn)生輸出，所述輸出指示數(shù)字信號以及對所述模擬傳感器信號上的噪聲的表征。
20.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中，累積正噪聲計(jì)數(shù)包括:基于所述傳感器信號產(chǎn)生所述正噪聲閾值；并且，累積負(fù)噪聲計(jì)數(shù)包括:基于所述傳感器信號產(chǎn)生所述負(fù)噪聲閾值。
21.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法,其中,產(chǎn)生指不對噪聲的表征的輸出包括: 產(chǎn)生輸出，以標(biāo)識對噪聲對稱、噪聲頻率、噪聲電平的估計(jì)、噪聲源、以及所述過程變量變送器的噪聲簡檔中的至少一個(gè)。
22.一種過程變量變送器，包括: 模數(shù)A/D轉(zhuǎn)換器，接收由感測過程溫度的溫度傳感器提供的溫度傳感器信號，并將所述溫度傳感器信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號； 處理器，接收所述數(shù)字信號，并控制過程控制環(huán)上的電流，以提供指示所述數(shù)字信號的測量輸出；以及 噪聲檢測器，接收所述溫度傳感器信號，并在將所述溫度傳感器信號轉(zhuǎn)換為所述數(shù)字信號期間，產(chǎn)生第一計(jì)數(shù)值和第二計(jì)數(shù)值，所述第一計(jì)數(shù)值指示相對于正閾值的正噪聲事件的數(shù)目，所述第二計(jì)數(shù)值指示相對于負(fù)閾值的負(fù)噪聲事件的數(shù)目，所述處理器基于第一計(jì)數(shù)值和所述第二計(jì)數(shù)值產(chǎn)生噪聲輸出，所述噪聲輸出指示檢測到的噪聲的特性。
【文檔編號】G01K7/02GK103712707SQ201210513583
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2012年12月4日 優(yōu)先權(quán)日:2012年9月28日
【發(fā)明者】杰森·哈洛德·魯?shù)? 勞倫·邁克爾·安格斯塔德 申請人:羅斯蒙德公司