下面描述的實施例涉及振動傳感器，并且更具體地涉及確定振動傳感器中的振動元件的振動響應參數(shù)。

背景技術(shù)：

諸如振動密度計和振動粘度計之類的振動傳感器通過檢測在存在將被表征的流體的情況下振動的振動元件的運動而操作。振動元件具有振動響應，所述振動響應可以具有諸如諧振頻率或品質(zhì)因數(shù)q之類的振動響應參數(shù)。振動元件的振動響應通常受到與流體相結(jié)合的振動元件的組合質(zhì)量、剛度和阻尼特性的影響。可以通過處理從與振動元件相關(guān)聯(lián)的一個或多個運動換能器接收的一個或多個振動信號來確定與流體相關(guān)聯(lián)的屬性（諸如密度、粘度、溫度等）。振動信號的處理可以包括確定振動響應參數(shù)。

圖1示出了現(xiàn)有技術(shù)的振動傳感器，其包括振動元件和與振動元件耦合的計量電子裝置?，F(xiàn)有技術(shù)的振動傳感器包括用于對振動元件進行振動的驅(qū)動器以及響應于振動創(chuàng)建振動信號的敏感元件（pickoff）。振動信號通常是連續(xù)時間或模擬信號。計量電子裝置接收振動信號，并處理振動信號以生成一個或多個流體特性或流體測量。計量電子裝置確定振動信號的頻率和振幅兩者。振動信號的頻率和振幅可以被進一步處理以確定流體的密度。

現(xiàn)有技術(shù)的振動傳感器使用閉環(huán)電路為驅(qū)動器提供驅(qū)動信號。驅(qū)動信號通?；诮邮盏恼駝有盘枴，F(xiàn)有技術(shù)的閉環(huán)電路修改或并入振動信號或振動信號的參數(shù)至驅(qū)動信號中。例如，驅(qū)動信號可以是接收的振動信號的放大的、調(diào)制的或以其它方式修改的版本。接收的振動信號因此可以包括使得閉環(huán)電路能夠?qū)崿F(xiàn)目標頻率的反饋。使用該反饋，閉環(huán)電路遞增地改變驅(qū)動頻率，并且監(jiān)視振動信號直到達到目標頻率為止。

可以根據(jù)驅(qū)動信號和振動信號之間的相位差是135°和45°情況下的頻率來確定諸如流體的粘度和密度之類的流體屬性。表示為第一非諧振（off-resonant）相位差φ1和第二非諧振相位差φ2的這些理想的相位差能夠?qū)诎牍β驶?db頻率。將第一非諧振頻率ω1定義為第一非諧振相位差φ1為135°情況的頻率。將第二非諧振頻率ω2定義為第二非諧振相位差φ2為45°情況下的頻率。在第二非諧振頻率ω2處進行的密度測量可以獨立于流體粘度。因此，在第二非諧振相位差φ2是45°的情況下進行的密度測量可以比在其它相位差處進行的密度測量更準確。

在測量之前，第一和第二非諧振相位差φ1、φ2通常不是已知的。因此，使用如前述中描述的反饋，閉環(huán)電路必須遞增地接近第一和第二非諧振相位差φ1、φ2。與閉環(huán)電路相關(guān)聯(lián)的遞增接近可引起在確定振動響應參數(shù)中的延遲，并且因此引起在確定流體的粘度、密度或其他屬性中的延遲。在確定此類測量中的延遲在振動傳感器的許多應用中可能是過分地（prohibitively）昂貴的。

因此，存在對確定振動元件的振動響應參數(shù)的需要。還存在對以期望地快速和準確的方式確定振動響應參數(shù)的需要。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

提供了一種確定振動元件的振動響應參數(shù)的方法。根據(jù)實施例，該方法包括用第一驅(qū)動信號以第一頻率對振動元件進行振動，從以第一頻率振動的振動元件接收第一振動信號，測量第一相位差，該第一相位差為第一驅(qū)動信號和第一振動信號之間的相位差。該方法還包括用第二驅(qū)動信號以第二頻率對振動元件進行振動，從以第二頻率振動的振動元件接收第二振動信號，測量第二相位差，該第二相位差是第二驅(qū)動信號和第二振動信號之間的相位差，并且使用第一相位差和第二相位差來確定振動元件的頻率和相位差中的至少一個。

提供了一種用于確定振動元件的振動響應參數(shù)的振動傳感器。根據(jù)實施例，振動計包括振動元件，其被配置成：用第一驅(qū)動信號以第一頻率振動，用第二驅(qū)動信號以第二頻率振動。根據(jù)實施例，振動傳感器還包括計量電子裝置，其通信地耦合到振動元件并且被配置成：接收第一驅(qū)動信號，從以第一頻率振動的振動元件接收第一振動信號，并且從以第二頻率振動的振動元件接收第二振動信號。根據(jù)實施例，計量電子裝置還被配置成測量第一相位差，該第一相位差是第一驅(qū)動信號和第一振動信號之間的相位差，測量第二相位差，該第二相位差是第二驅(qū)動信號和第二振動信號之間的相位差，并且使用第一相位差和第二相位差來確定振動元件的相位差和頻率中的至少一個。

各方面

根據(jù)一個方面，一種確定振動元件（104）的振動響應參數(shù)的方法（900、1000）包括：用第一驅(qū)動信號以第一頻率對振動元件（104）進行振動，從以所述第一頻率振動的所述振動元件（104）接收第一振動信號，測量第一相位差，所述第一相位差是所述第一驅(qū)動信號和所述第一振動信號之間的相位差。方法（900、1000）還包括用第二驅(qū)動信號以第二頻率對所述振動元件（104）進行振動，從以所述第二頻率振動的所述振動元件（104）接收第二振動信號，測量第二相位差，所述第二相位差是所述第二驅(qū)動信號和所述第二振動信號之間的相位差。方法（900、1000）還包括使用所述第一相位差和所述第二相位差來確定所述振動元件（104）的相位差和頻率中的至少一個。

優(yōu)選地，所確定的所述振動元件（104）的相位差和頻率中的至少一個是根據(jù)所述第一相位差和所述第二相位差計算的基本線性近似（approximation）。

優(yōu)選地，所確定的所述振動元件（104）的至少一個頻率是所述振動元件（104）的諧振頻率ω0、第一非諧振頻率ω1、和第二非諧振頻率ω2中的一個。

優(yōu)選地，所確定的至少一個相位差是諧振相位差φ0、第一非諧振相位差φ1和第二非諧振相位差φ2之一。

優(yōu)選地，方法（900、1000）還包括使用所述第一相位差和所述第二相位差來計算振動元件（104）的q值的線性近似。

優(yōu)選地，由線性內(nèi)插和線性外推之一來確定所述振動元件（104）的相位差和頻率中的至少一個的確定。

優(yōu)選地，使用所確定的振動元件（104）的相位差和頻率中的至少一個來計算由振動元件（104）測量的流體的粘度和密度中的至少一個。

優(yōu)選地，方法（900、1000）還包括確定第一測量相位差和第二測量相位差是否在振動元件（104）的相位響應的線性區(qū)域內(nèi)。

根據(jù)一個方面，一種用于確定振動元件（104）的振動響應參數(shù)的振動傳感器（5）包括振動元件（104），其被配置成用第一驅(qū)動信號以第一頻率被振動，用第二驅(qū)動信號以第二頻率被振動。振動傳感器（5）還包括計量電子裝置（20），其通信地耦合到振動元件（104）并被配置成：接收所述第一驅(qū)動信號，從以所述第一頻率振動的振動元件（104）接收第一振動信號，并從以所述第二頻率振動的振動元件（104）接收第二振動信號。計量電子裝置（20）還被配置成測量第一相位差，所述第一相位差是所述第一驅(qū)動信號和所述第一振動信號之間的相位差，測量第二相位差，所述第二相位差是所述第二驅(qū)動信號和所述第二振動信號之間的相位差，并且使用所述第一相位差和所述第二相位差來確定所述振動元件（104）的相位差和頻率中的至少一個。

優(yōu)選地，所確定的所述振動元件（104）的相位差和頻率中的至少一個是根據(jù)所述第一相位差和所述第二相位差計算的基本線性近似。

優(yōu)選地，所確定的所述振動元件（104）的至少一個頻率是所述振動元件（104）的諧振頻率ω0、第一非諧振頻率ω1、和第二非諧振頻率ω2中的一個。

優(yōu)選地，所確定的至少一個相位差是諧振相位差φ0、第一非諧振相位差φ1和第二非諧振相位差φ2中的一個。

優(yōu)選地，計量電子裝置（20）還被配置成使用所述第一相位差和所述第二相位差來計算所述振動元件（104）的q值的線性近似。

優(yōu)選地，所述計量電子裝置（20）被配置成使用線性內(nèi)插和線性外推之一來確定所述振動元件（104）的相位差和頻率中的至少一個。

優(yōu)選地，所述計量電子裝置（20）還被配置成使用振動元件（104）的相位差和頻率中的至少一個來計算由所述振動元件測量的流體的粘度和密度中的至少一個。

優(yōu)選地，計量電子裝置（20）還被配置成確定所述第一測量相位差和所述第二測量相位差是否在振動元件（104）的相位響應的線性區(qū)域內(nèi)。

附圖說明

在所有附圖上，相同的參考數(shù)字表示相同的元件。應該理解的是附圖不一定是按比例的。

圖1示出了現(xiàn)有技術(shù)的振動傳感器，其包括振動元件和與振動元件耦合的計量電子裝置。

圖2示出了根據(jù)實施例的振動傳感器5。

圖3示出了根據(jù)實施例的振動傳感器5。

圖4示出了具有驅(qū)動器電路138的更詳細表示的振動傳感器5的框圖。

圖5示出了圖示出振動元件的振動響應的頻率響應曲線圖500。

圖6示出了圖示出振動元件的振動響應的相位響應曲線圖600。

圖7示出了低粘度相位響應曲線圖700，其是圖6中示出的相位響應曲線圖600的放大圖。

圖8示出了高粘度相位響應曲線圖800，其是圖6中示出的相位響應曲線圖600的放大圖。

圖9示出了根據(jù)實施例的確定振動響應參數(shù)的方法900。

圖10示出了根據(jù)實施例的確定振動響應參數(shù)的方法1000。

具體實施方式

圖2-10以及下面的描述描繪了特定示例以教導本領域技術(shù)人員如何實現(xiàn)并使用確定振動元件的振動響應參數(shù)的實施例的最佳模式。為了教導發(fā)明原理的目的，已經(jīng)簡化或省略了一些傳統(tǒng)方面。本領域技術(shù)人員將認識到落入本描述的范圍內(nèi)的來自這些示例的變型。本領域技術(shù)人員將認識到，下面描述的特征可以以各種方式組合以形成確定振動元件的振動響應參數(shù)的多個變型。因此，下面描述的實施例不被限制到下面描述的特定示例，而是僅通過權(quán)利要求及其等價物。

圖2示出了根據(jù)實施例的振動傳感器5。振動傳感器5可以包括振動元件104和計量電子裝置20，其中振動元件104通過一個或多個導線100耦合到計量電子裝置20。在一些實施例中，振動傳感器5可以包括振動齒傳感器（vibratorytinesensor）或叉密度傳感器（參見圖3和隨附的討論）。然而，其它振動傳感器被考慮并且在說明書和權(quán)利要求的范圍內(nèi)。

可以至少部分地將振動傳感器5浸入到將被表征的流體中。流體可以包括液體或氣體。替代地，流體可以包括多相流體，諸如包括夾帶氣體、夾帶固體的液體、多個液體或其組合。一些示例性流體包括水泥漿、石油產(chǎn)品等?？梢詫⒄駝觽鞲衅?安裝在管或?qū)Ч?、罐（tank）、容器或其它流體容器中。還可以將振動傳感器5安裝在歧管或用于指引流體流的類似結(jié)構(gòu)中。然而，其它安裝裝置被考慮且在說明書和權(quán)利要求的范圍內(nèi)。

振動傳感器5操作以提供流體測量。振動傳感器5可以為流體提供包括流體密度和流體粘度中的一個或多個的流體測量，包括流動或不流動流體。振動傳感器5可以提供流體測量，包括流體質(zhì)量流速率、流體體積流速率、和/或流體溫度。此列表不是詳盡的，且振動傳感器5可以測量或確定其它流體特性。

計量電子裝置20可以經(jīng)由一個或多個導線100向振動元件104提供電功率。計量電子裝置20經(jīng)由一個或多個導線100控制振動元件104的操作。例如，計量電子裝置20可以生成驅(qū)動信號，并將生成的驅(qū)動信號提供到振動元件104，其中振動元件104使用所生成的驅(qū)動信號來在一個或多個振動部件中生成振動。所生成的驅(qū)動信號可以控制振動元件104的振動振幅和頻率。所生成的驅(qū)動信號還可以控制振動持續(xù)時間和/或振動計時。

計量電子裝置20還可以經(jīng)由一個或多個導線100接收來自振動元件104的一個或多個振動信號。例如，計量電子裝置20可以處理所述一個或多個振動信號，以生成密度測量。計量電子裝置20處理從振動元件104接收的一個或多個振動信號，以確定一個或多個信號的頻率。此外或另外，計量電子裝置20處理一個或多個振動信號以確定流體的其它特性，諸如粘度或信號之間的相位差，其可以被處理以確定例如流體流速率。如可以認識到的，通常以空間單位（例如度或弧度）來測量或表達相位差，但是可以采用諸如基于時間的單位之類的任何合適的單位。如果采用基于時間的單位，則相位差可以被本領域技術(shù)人員稱為振動信號與驅(qū)動信號之間的時間延遲。其它振動響應特性和/或流體測量被考慮，并且在說明書和權(quán)利要求的范圍內(nèi)。

計量電子裝置20還可以被耦合到通信鏈路26。計量電子裝置20可以通過通信鏈路26傳達振動信號。計量電子裝置20還可以處理接收的振動信號以生成一個或多個測量值，并可以通過通信鏈路26傳達所述一個或多個測量值。另外，計量電子裝置20可以通過通信鏈路26接收信息。例如，計量電子裝置20可以通過通信鏈路26接收命令、更新、操作值或操作值變化、和/或編程更新或變化。

圖3示出了根據(jù)實施例的振動傳感器5。在所示的實施例中，計量電子裝置20通過軸（shaft）115耦合到振動元件104。軸115可以具有任何期望的長度。軸115可以是至少部分地中空的。導線或其它導體可以在計量電子裝置20和振動元件104之間延伸通過軸115。計量電子裝置20包括電路部件，諸如接收器電路134、接口電路136以及驅(qū)動器電路138。在所示的實施例中，接收器電路134和驅(qū)動器電路138直接耦合到振動元件104的導線。替代地，計量電子裝置20可以包括從振動元件104分開的部件或設備，其中接收器電路134和驅(qū)動器電路138經(jīng)由一個或多個導線100耦合到振動元件104。

在所示的實施例中，振動傳感器5的振動元件104包括音叉結(jié)構(gòu)，其中振動元件104至少部分地浸入在正被測量的流體中。振動元件104包括外殼105，其可以被附加到另一結(jié)構(gòu)，諸如管、導管、罐、容器、歧管或任何其它流體處理結(jié)構(gòu)。外殼105保持振動元件104，而振動元件104保持至少部分暴露。振動元件104因此被配置成浸入在流體中。

在所示實施例中的振動元件104包括第一和第二齒112和114，其被配置成至少部分地延伸到流體中。第一和第二齒112和114包括細長的元件，其可以具有任何期望的截面形狀。第一和第二齒112和114可以本質(zhì)上至少部分為柔性或彈性的。振動傳感器5還包括對應的第一和第二壓電元件122和124，其包括壓電晶體元件。第一和第二壓電元件122和124分別鄰近于第一和第二齒112和114定位。第一和第二壓電元件122和124被配置成接觸第一和第二齒112和114并機械地與其交互。

第一壓電元件122與第一齒112的至少一部分接觸。第一壓電元件122還電耦合到驅(qū)動器電路138。驅(qū)動器電路138向第一壓電元件122提供生成的驅(qū)動信號。第一壓電元件122在經(jīng)受所生成的驅(qū)動信號時擴張并收縮。因此，第一壓電元件122可以交替地變形，并在振動運動中（參見短劃線）使第一齒112從一側(cè)到另一側(cè)移位，以周期的往復的方式擾動流體。

第二壓電元件124被示為耦合到接收器電路134，其產(chǎn)生對應于流體中的第二齒114的變形的振動信號。第二齒114的移動引起第二壓電元件124生成對應的電振動信號。第二壓電元件124將振動信號發(fā)射到計量電子裝置20。計量電子裝置20包括接口電路136。接口電路136可以被配置成與外部設備通信。接口電路136傳達一個或多個振動測量信號并可以將確定的流體特性傳達到一個或多個外部設備。計量電子裝置20可以經(jīng)由接口電路136發(fā)射振動信號特性，諸如振動信號的振動信號頻率和振動信號振幅。計量電子裝置20可以經(jīng)由接口電路136發(fā)射流體測量，除其它事物之外，諸如流體的密度和/或粘度。其它流體測量被考慮并且在說明書和權(quán)利要求的范圍內(nèi)。另外，接口電路136可以從外部設備接收通信，例如，包括用于生成測量值的命令和數(shù)據(jù)。在一些實施例中，接收器電路134耦合到驅(qū)動器電路138，其中接收器電路134向驅(qū)動器電路138提供振動信號。

驅(qū)動器電路138生成用于振動元件104的驅(qū)動信號。驅(qū)動器電路138可以修改所生成的驅(qū)動信號的特性。驅(qū)動器電路138包括開環(huán)驅(qū)動。驅(qū)動器電路138可以使用開環(huán)驅(qū)動來生成驅(qū)動信號，并將所生成的驅(qū)動信號供應到振動元件104（例如，到第一壓電元件122）。在一些實施例中，開環(huán)驅(qū)動生成驅(qū)動信號以實現(xiàn)目標相位差φt，其以初始頻率ωi開始。開環(huán)驅(qū)動可以不基于來自振動信號的反饋進行操作，如將在下面參考圖4更詳細地描述的。

圖4示出了具有驅(qū)動器電路138的更詳細表示的振動傳感器5的框圖。振動傳感器5被示出具有驅(qū)動器電路138。為了清楚起見，未示出接收器電路134和接口電路136。驅(qū)動器電路138包括模擬輸入濾波器138a和模擬輸出濾波器138b，其與開環(huán)驅(qū)動147耦合。模擬輸入濾波器138a對振動信號進行濾波，并且模擬輸出濾波器138b對所生成的驅(qū)動信號進行濾波。

開環(huán)驅(qū)動147包括模數(shù)轉(zhuǎn)換器147a，其耦合到相位檢測器147b。相位檢測器147b耦合到信號發(fā)生器147c。還示出振動元件104，其包括第一壓電元件122和第二壓電元件124。開環(huán)驅(qū)動147可以用數(shù)字信號處理器實現(xiàn)，所述數(shù)字信號處理器被配置成執(zhí)行對信號采樣、處理和進行生成的一個或多個代碼或程序。另外或替代地，開環(huán)驅(qū)動147可以用與數(shù)字信號處理器等耦合的電子電路來實現(xiàn)。

由第一壓電元件122提供的振動信號被發(fā)送到模擬輸入濾波器138a。在振動信號被模數(shù)轉(zhuǎn)換器147a采樣之前，模擬輸入濾波器138a對振動信號進行濾波。在所示實施例中，模擬輸入濾波器138a可以包括低通濾波器，其具有大約是開環(huán)驅(qū)動147的采樣率的一半的截止頻率，然而可以采用任何適當?shù)牡屯V波器。可以通過無源部件提供低通濾波器，諸如電感器、電容器和電阻器，然而可以采用任何適當?shù)牟考ǚ植际交蚍至⑹剑?，諸如運算放大器濾波器。

模數(shù)轉(zhuǎn)換器147a可以對經(jīng)濾波的振動信號進行采樣，以形成采樣的振動信號。模數(shù)轉(zhuǎn)換器147a還可以對通過第二通道（未示出）的所生成的驅(qū)動信號進行采樣。采樣可以通過任何合適的采樣方法。如可以認識到的，通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器147a采樣的所生成的驅(qū)動信號不具有與振動信號相關(guān)聯(lián)的噪聲。將所生成的驅(qū)動信號提供到相位檢測器147b。

相位檢測器147b可以比較經(jīng)采樣的振動和所生成的驅(qū)動信號的相位。相位檢測器147b可以是處理器，其被配置成執(zhí)行對信號采樣、處理和進行生成的一個或多個代碼或程序，以檢測兩個信號之間的相位差，如將在下面參考圖5更詳細地被描述的。仍然參考圖4的實施例，所述比較提供了經(jīng)采樣的振動信號和經(jīng)采樣的所生成的驅(qū)動信號之間的測量相位差φm。

將測量相位差φm與目標相位差φt進行比較。目標相位差φt是振動信號和所生成的驅(qū)動信號之間的期望相位差。例如，在其中目標相位差φt大約為45°的實施例中，如果測量相位差φm也相同為或者大約45°，則測量相位差φm與目標相位差φt之間的差可以為零。然而，在替代實施例中，可以采用任何適合的目標相位差φt。通過使用測量相位差φm與目標相位差φt之間的比較，相位檢測器147b可以生成命令頻率ωc。

可以采用命令頻率ωc來生成驅(qū)動信號。另外或替代地，可以采用不是根據(jù)測量相位差φm與目標相位差φt之間的比較所確定的初始頻率。初始頻率ωi可以是預先選擇的頻率，其用來形成初始的所生成的驅(qū)動信號。初始的所生成的驅(qū)動信號可以如前述中描述的那樣被采樣，并將其與采樣的振動信號進行比較。采樣的初始的所生成的驅(qū)動信號和采樣的振動信號之間的比較可以用來生成命令頻率ωc。命令頻率ωc和初始頻率ωi可以具有每秒弧度的單位，然而可以采用任何適當?shù)膯挝唬T如例如赫茲（hz）?？梢詫⒚铑l率ωc或初始頻率ωi提供到信號發(fā)生器147c。

信號發(fā)生器147c可以從相位檢測器147b接收命令頻率ωc，并為所生成的驅(qū)動信號提供與命令頻率ωc相同的頻率。如前述中所討論的那樣，可以將所生成的驅(qū)動信號發(fā)送到模數(shù)轉(zhuǎn)換器147a。還經(jīng)由模擬輸出濾波器138b將所生成的驅(qū)動信號發(fā)送到第一壓電元件122。另外或替代地，在其它實施例中，可以將所生成的驅(qū)動信號發(fā)送到其它部件。

如前述中所討論的，振動元件104具有由于驅(qū)動信號引起的振動響應。振動響應具有振動響應參數(shù)，諸如諧振頻率ω0，品質(zhì)因數(shù)q等，其可以被用來計算被測量流體的各種屬性。下面更詳細地討論振動響應和示例性振動響應參數(shù)以及如何可以使用振動響應參數(shù)來計算流體的屬性。

圖5示出了圖示出振動元件的振動響應的頻率響應曲線圖500。振動元件可以是前述中參考圖2-4所描述的示例性振動元件104。頻率響應曲線圖500包括頻率軸510和幅度軸520。頻率軸510被示出為以hz為單位，但是可以采用任何合適的頻率單位，諸如例如每秒弧度。幅度軸520被示出為具有分貝（db）標度（scale）。幅度軸520可以根據(jù)任何適當?shù)膯挝唬ㄖT如例如伏特或安培）來確定。

頻率響應曲線圖500還包括頻率響應曲線（plot）530。頻率響應曲線530可以表示在前述中描述的振動元件104的振動響應，但是在替代實施例中可以采用任何合適的振動元件。如圖5中所示，頻率響應曲線530包括針對具有不同振動阻尼屬性的流體的各個頻率響應曲線。例如，由于振動元件104被浸入在粘稠且稠密的流體中，在諧振頻率處具有最低幅度的曲線可能是最平坦的。由于振動元件被浸入在相對于與頻率響應曲線530中的其它曲線相關(guān)聯(lián)的流體而言具有低粘度的流體中，在諧振頻率處具有最大幅度的曲線可能是最不平坦的。如可以認識到的那樣，頻率響應曲線530中的每個具有不同的相關(guān)聯(lián)的振動響應參數(shù)。

例如，在圖5中示出的實施例中，頻率響應曲線530中的每個具有三個標記，其指示作為振動響應的振動響應參數(shù)的第一非諧振頻率ω1，第二非諧振頻率ω2和諧振頻率ω0。第一非諧振頻率ω1由圓圈標記532指示。第二非諧振頻率ω1由垂直點（tic）標記536指示。諧振頻率ω0由菱形標記534指示。如可以通過參考菱形標記534認識到的那樣，針對頻率響應曲線530中的每個，諧振頻率ω0基本相同。

在一些實施例中，可以根據(jù)第一非諧振頻率ω1和第二非諧振頻率ω2確定諧振頻率ω0。例如，可以根據(jù)第一非諧振頻率ω1和第二非諧振頻率ω2的平均來確定諧振頻率ω0：

。

然而，在替代實施例中，可以以其他方式確定諧振頻率ω0，諸如在掃描頻率范圍的同時測量在峰值幅度處的頻率。

可以根據(jù)第一非諧振頻率ω1、第二非諧振頻率ω2和諧振頻率ω0來確定品質(zhì)因數(shù)q。例如，可以根據(jù)下面來確定品質(zhì)因數(shù)q：

。

如可以認識到的那樣，針對每個曲線的品質(zhì)因數(shù)q是不同的。由于諸如例如與頻率響應曲線530中的每個相關(guān)聯(lián)的流體具有不同的粘度或密度之類的各種原因，針對頻率響應曲線530中的每個，品質(zhì)因數(shù)q可以是不同的。

前述內(nèi)容示出了當測量第一非諧振頻率ω1和第二非諧振頻率ω2時可以如何確定振動響應參數(shù)。然而，如下面將說明的，振動響應參數(shù)也可以通過測量驅(qū)動信號和振動信號之間的相位差來確定。另外，還可以通過使用不是第一或第二非諧振頻率ω1、ω2的頻率來確定振動響應參數(shù)。

圖6示出了圖示出振動元件的振動響應的相位響應曲線圖600。振動元件可以是前述中參考圖2-4所描述的振動元件。相位響應曲線圖600包括作為相位響應曲線圖600的橫坐標的頻率軸610。相位響應曲線圖600還包括作為相位響應曲線圖600的縱坐標的相位差軸620。相位響應曲線圖600還包括低粘度相位響應曲線630和高粘度相位響應曲線640。

如可以認識到的那樣，低粘度和高粘度相位響應曲線630、640的相當大的部分是線性的。例如，低粘度相位響應曲線630幾乎是垂直的，具有從大約1610hz到大約1613hz的基本恒定的斜率。在高粘度相位響應曲線640中，在約1455hz和1610hz的振動響應頻率之間，相位差的值以相對恒定的斜率增加。如還可以認識到的那樣，低粘度和高粘度相位響應曲線630、640的線性部分在第一非諧振頻率ω1（在135°相位差處示為大約1612.55hz）和第二非諧振頻率ω2（在45°相位差處示為大約1610.65）之間延伸。低粘度和高粘度相位響應曲線630、640中的線性度可以被用來確定第一非諧振頻率ω1和第二非諧振頻率ω2之間的頻率或相位差，如將在下面參照圖7和圖8更詳細地解釋的那樣。

圖7示出了低粘度相位響應曲線圖700，其是圖6中示出的相位響應曲線圖600的放大圖。由于被放大，低粘度相位響應曲線圖700包括從1610.50變動到1613.00的頻率軸710。同樣由于被放大，低粘度相位響應曲線圖700包括從45.00度變動到135.00度的相位差軸720。低粘度相位響應曲線圖700還包括前述中描述的低粘度相位響應曲線630的基本上線性的部分。在圖7中還示出的是低粘度相位響應曲線630的示例性低粘度線性化632。

低粘度線性化632相對接近于低粘度相位響應曲線630。例如，低粘度線性化632上的至少兩個點與低粘度相位響應曲線630共享。低粘度線性化632也沿著低粘度相位響應曲線630的整個長度而相對接近于低粘度相位響應曲線630。為了說明具有不同粘度的流體的相位響應曲線可以被線性化，我們現(xiàn)在轉(zhuǎn)向高粘度相位響應曲線640的放大圖。

圖8示出了高粘度相位響應曲線圖800，其是圖6中所示的相位響應曲線圖600的放大圖。由于被放大，高粘度相位響應曲線圖800包括從1440.00變動至1620.00的頻率軸810。同樣由于被放大，高粘度相位響應曲線圖800包括從45.00度變動到135.00度的相位差軸820。高粘度相位響應曲線圖800還包括前述中所描述的高粘度相位響應曲線640的基本上線性的部分。在圖8中還示出的是高粘度相位響應曲線640的示例性高粘度線性化642。

高粘度線性化642相對接近于高粘度相位響應曲線640。例如，高粘度線性化642上的至少兩個點與高粘度相位響應曲線640共享。高粘度線性化642也沿著高粘度相位響應曲線640的整個長度而相對接近于高粘度相位響應曲線640。

在其中采用線性化來確定振動元件的振動響應參數(shù)的實施例中，可以采用在相位響應曲線630、640中的每個上的兩個或更多點來確定頻率或相位差。例如，前述中所描述的線性化632、642可用于計算第一非諧振頻率ω1和第二非諧振頻率ω2。類似地，線性化632、642可以用于計算第一非諧振相位差φ1和第二非諧振相位差φ2。下面參考圖9和圖10來更詳細地描述使用非諧振頻率和相位差ω1、ω2、φ1、φ2來確定振動響應的示例性方法。

圖9示出了根據(jù)實施例的確定振動響應參數(shù)的方法900。方法900以在步驟910中用第一驅(qū)動信號以第一頻率對振動元件進行振動來開始。振動元件可以是參考圖2-4在前述中所描述的振動元件104。在步驟920中，方法900用第二驅(qū)動信號以第二頻率對振動元件進行振動。第二驅(qū)動信號可以不同于第一驅(qū)動信號。另外或替代地，振動元件可以在相同或不同的時間被第一驅(qū)動信號和第二驅(qū)動信號振動。例如，可以將包括第一和第二驅(qū)動信號的復合驅(qū)動信號施加到振動元件以生成第一和第二頻率。

在步驟930中，方法900使用第一頻率和第二頻率來確定第一非諧振頻率ω1和第二非諧振頻率ω2。例如，前述中所描述的計量電子裝置20可以測量第一頻率連同第一相位差。計量電子裝置20還可以測量第二頻率連同第二相位差。計量電子裝置20可以確定第一頻率和對應的第一相位差以及第二頻率和對應的第二相位差是否在振動元件104的相位響應的線性區(qū)域內(nèi)。參考前述中所描述的示例性相位響應曲線630、640，計量電子裝置20可以確定第一和第二相位差是否大于45度且小于135度。然后，方法900可以計算第一非諧振頻率ω1和第二非諧振頻率ω2的線性近似。另外或替代地，還可以計算第一和第二非諧振相位差φ1、φ2，如下面將更詳細地解釋的那樣。

圖10示出了根據(jù)實施例的確定振動響應參數(shù)的方法1000。方法1000以在步驟1010中用第一驅(qū)動信號以第一頻率對振動元件進行振動開始。振動元件可以是在前述中參考圖2-4所描述的振動元件104。在步驟1020中，方法1000用第二驅(qū)動信號以第二頻率對振動元件進行振動。第二驅(qū)動信號可以不同于第一驅(qū)動信號。另外或替代地，振動元件可以在相同或不同的時間以第一驅(qū)動頻率和第二驅(qū)動頻率振動。例如，驅(qū)動信號可以包括第一和第二驅(qū)動信號，并被施加到振動元件以生成第一和第二振動信號。

在步驟1030中，方法1000測量第一相位差和第二相位差。例如，第一相位差可以是第一振動信號和第一驅(qū)動信號之間的相位差。類似地，第二相位差可以是第二振動信號和第二驅(qū)動信號之間的相位差。

在步驟1040中，方法1000可以用第一相位差和第二相位差來確定第一非諧振相位差φ1和第二非諧振相位差φ2。例如，前述中所描述的計量電子裝置20可以測量第一相位差連同第一頻率。計量電子裝置20還可以測量第二相位差連同第二頻率。計量電子裝置20可以確定第一頻率和對應的第一相位差以及第二頻率和對應的第二相位差是否在振動元件104的相位響應的線性區(qū)域內(nèi)。參考前述中參照圖6-8所描述的示例性相位響應曲線630、640，計量電子裝置20可以確定第一和第二相位差是否大于45度且小于135度。然后，方法900可以計算第一非諧振頻率ω1和第二非諧振頻率ω2的線性近似。

前述內(nèi)容描述了計算頻率或相位差的線性近似，其可以是第一和第二非諧振頻率和相位差ω1、ω2、φ1、φ2?？梢杂酶鞣N方法來計算第一和第二非諧振頻率和相位差ω1、ω2、φ1、φ2的線性近似。例如，前述中所描述的計量電子裝置20可以測量第一和第二頻率和相位差。計量電子裝置20可以確定第一頻率和對應的第一相位差以及第二頻率和對應的第二相位差是否在振動元件104的相位響應的線性區(qū)域內(nèi)。例如，參考前述中所描述的示例性相位響應曲線630、640，計量電子裝置20可以確定第一和第二相位差是否大于45度且小于135度。然后，方法900、1000可以計算第一非諧振頻率和相位差ω1、φ1以及第二非諧振頻率和相位差ω2、φ2的線性近似。

可以通過使用外推或內(nèi)插來計算線性近似。例如，參考前述中描述的線性化632、642，第一和第二頻率和相位差，方法900、1000可以假設第一和第二頻率和相位差是沿著線性化632、642的兩個點。因此，方法900、1000可以將第一和第二頻率和相位差外推或內(nèi)插到第一和第二非諧振相位差φ1、φ2和對應的第一和第二非諧振頻率ω1、ω2。盡管前述內(nèi)容描述了其中相位差大于45度且小于135度的實施例，但是測量的相位差可以小于45度并且大于135度。

另外或替代地，可以采用計算第一和第二非諧振頻率和相位差ω1、ω2、φ1、φ2的近似的其他方法，諸如例如擬合高階多項式、指數(shù)曲線等到兩個或更多測量的頻率和相位差。然而，當與替代的近似進行比較時，線性近似可以是合意地高效的、更快的等等。

可以在期望的時間框架（timeframe）內(nèi)執(zhí)行測量第一和第二頻率和對應的相位差以及計算頻率和/或相位差的步驟，其可以是第一和第二非諧振頻率和相位差ω1、ω2、φ1、φ2的線性近似。例如，因為可以在沒有相位和頻率測量的迭代的情況下確定頻率和相位差，所以可以在合意地短的時間段內(nèi)確定振動響應參數(shù)。因此，可以在期望的時間框架內(nèi)計算和提供諸如例如密度和粘度之類的流體屬性。

此外，確定所測量的第一和第二相位差是否在諸如小于135度且大于45度的范圍內(nèi)可能是有利的。例如，確定所測量的第一和第二相位差在第一和第二非諧振相位差φ1、φ2之內(nèi)可以防止包括例如相位響應曲線630、640的非線性區(qū)域。因此，確定的第一和第二非諧振頻率和相位差ω1、ω2、φ1、φ2可以更準確。

盡管前述內(nèi)容描述了第一和第二非諧振頻率和相位差ω1、ω2、φ1、φ2的非迭代確定，但是可以作為迭代過程的一部分來執(zhí)行該確定。例如，所確定的第一和第二非諧振頻率和相位差ω1、ω2、φ1、φ2可以用作針對提供到在前述中參照圖4描述的開環(huán)驅(qū)動147中的信號發(fā)生器147c的命令頻率ωc的估計。因此，驅(qū)動信號的頻率可以是關(guān)于在迭代之前的實際的第一或第二非諧振頻率和相位差ω1、ω2、φ1、φ2，從而減少了測量實際的第一和第二非諧振頻率ω1、ω2所要求的時間。

上面實施例的詳細描述并不是發(fā)明人考慮在本說明書范圍內(nèi)的所有實施例的詳盡描述。實際上，本領域技術(shù)人員將認識到，上述實施例的某些元件可以被不同地組合或消除，以創(chuàng)建更多的實施例，并且此類更多的實施例落入本說明書的范圍和教導內(nèi)。對本領域普通技術(shù)人員還將顯而易見的是，上述實施例可以整體上或部分地組合以創(chuàng)建在本說明書的范圍和教導內(nèi)的另外的實施例。

因此，盡管本文出于說明性目的來描述了特定實施例，但是如相關(guān)領域技術(shù)人員將認識到的，各種等同修改在本說明書的范圍內(nèi)是可能的。本文提供的教導可以被應用到用于確定振動元件的振動響應參數(shù)的其它方法和裝置，并且不僅是上文所述和附圖中所示的實施例。因此，應該根據(jù)下面的權(quán)利要求來確定上面描述的實施例的范圍。