具有最小時(shí)滯的數(shù)字補(bǔ)償過程變送器的制造方法
【專利摘要】一種過程變送器，包括傳感器、第一信號(hào)路徑、第二信號(hào)路徑以及輸出求和電路。傳感器產(chǎn)生依據(jù)過程參數(shù)的過程信號(hào)。第一信號(hào)路徑數(shù)字補(bǔ)償過程信號(hào)。第二信號(hào)路徑數(shù)字濾波過程信號(hào)并使得過程信號(hào)經(jīng)歷比第一信號(hào)路徑小的延遲。輸出求和電路對(duì)來自第一信號(hào)路徑的數(shù)字補(bǔ)償過程信號(hào)和來自第二信號(hào)路徑的數(shù)字濾波過程信號(hào)求和以產(chǎn)生快速數(shù)字補(bǔ)償過程信號(hào)。
【專利說明】具有最小時(shí)滯的數(shù)字補(bǔ)償過程變送器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及過程變送器。具體地，本發(fā)明是一種具有提高的動(dòng)態(tài)性能的數(shù)字補(bǔ)償為特征的過程變送器。

【背景技術(shù)】
[0002]過程變送器用于監(jiān)測(cè)工業(yè)過程參數(shù)(或過程變量)，例如差壓、表壓、絕對(duì)壓力、流體流量、液位、溫度、PH等?，F(xiàn)代的高性能過程變送器使用數(shù)字信號(hào)補(bǔ)償來實(shí)現(xiàn)較低總誤差。未補(bǔ)償?shù)倪^程信號(hào)通過使用數(shù)模(A/D)轉(zhuǎn)換器數(shù)字化并傳遞給微控制器以用于數(shù)字補(bǔ)償。環(huán)境溫度信息也被數(shù)字化并傳遞給微控制器以用于溫度補(bǔ)償。工廠表征化產(chǎn)生了允許設(shè)備輸出是非常線性并經(jīng)過溫度補(bǔ)償?shù)男Ｕ禂?shù)，這提供了針對(duì)靜態(tài)輸入條件的極低的總誤差。
[0003]這種數(shù)字補(bǔ)償方案的一個(gè)結(jié)果是犧牲了動(dòng)態(tài)性能。除了數(shù)字補(bǔ)償過程，A/D過程也給變送器增加了相當(dāng)大的時(shí)滯(dead time)。通常的具有數(shù)字補(bǔ)償?shù)倪^程變送器可以具有范圍從10mS至500mS的時(shí)滯。時(shí)滯在例如紙漿/紙張網(wǎng)前箱壓力控制等需要快速控制回路的應(yīng)用或緊急關(guān)閉應(yīng)用中是有問題的。
[0004]回溯至20世紀(jì)70年代的過程變送器本質(zhì)上都是模擬的。沒有A/D轉(zhuǎn)換器和數(shù)字處理器，這些設(shè)備實(shí)質(zhì)上沒有時(shí)滯，并且對(duì)動(dòng)態(tài)輸入信號(hào)響應(yīng)非常迅速。不幸的是，以今天的標(biāo)準(zhǔn)它們的總體性能太差。
[0005]需要一種過程變送器，其提供數(shù)字補(bǔ)償設(shè)備的靜態(tài)性能、以及沒有時(shí)滯的全模擬設(shè)備的動(dòng)態(tài)性能。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]在本發(fā)明的一方面，一種過程變送器包括傳感器、第一信號(hào)路徑、第二信號(hào)路徑以及輸出求和電路。傳感器產(chǎn)生過程信號(hào)，所述過程信號(hào)依據(jù)過程參數(shù)。第一信號(hào)路徑對(duì)過程信號(hào)進(jìn)行數(shù)字補(bǔ)償。第二信號(hào)路徑對(duì)過程信號(hào)進(jìn)行數(shù)字濾波，并使得過程信號(hào)經(jīng)歷比第一信號(hào)路徑小的延遲。輸出求和電路對(duì)來自第一信號(hào)路徑的數(shù)字補(bǔ)償過程信號(hào)和來自第二信號(hào)路徑的數(shù)字濾波過程信號(hào)求和以產(chǎn)生快速數(shù)字補(bǔ)償過程信號(hào)。
[0007]在另一方面，過程變送器包括傳感器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、第一數(shù)字低通濾波器、第二數(shù)字低通濾波器、數(shù)字處理器、反轉(zhuǎn)電路、匹配電路、中間求和電路以及輸出電路。傳感器產(chǎn)生依據(jù)過程參數(shù)的過程信號(hào)。模數(shù)轉(zhuǎn)換器數(shù)字化過程信號(hào)以產(chǎn)生數(shù)字過程信號(hào)。第一數(shù)字低通濾波器濾波數(shù)字過程信號(hào)以產(chǎn)生快速濾波過程信號(hào)。第二數(shù)字低通濾波器濾波快速濾波過程信號(hào)以產(chǎn)生慢速濾波過程信號(hào)，所述第二數(shù)字低通濾波器具有比第一數(shù)字低通濾波器低的更新頻率。數(shù)字處理器數(shù)字補(bǔ)償慢速濾波過程信號(hào)以產(chǎn)生數(shù)字補(bǔ)償過程信號(hào)；數(shù)字處理器在數(shù)字補(bǔ)償過程信號(hào)中產(chǎn)生延遲。反轉(zhuǎn)電路反轉(zhuǎn)慢速濾波過程信號(hào)以產(chǎn)生反轉(zhuǎn)的過程信號(hào)。匹配電路在反轉(zhuǎn)的過程信號(hào)中產(chǎn)生延遲以產(chǎn)生延遲的反轉(zhuǎn)過程信號(hào)。中間求和電路對(duì)快速濾波過程信號(hào)和延遲的反轉(zhuǎn)過程信號(hào)求和以產(chǎn)生數(shù)字濾波過程信號(hào)。輸出求和電路I的一種方案，這種過程變送器提供數(shù)字補(bǔ)I的動(dòng)態(tài)性能。該參考文獻(xiàn)描述一種過程變:擬過程信號(hào)路徑。數(shù)字補(bǔ)償信號(hào)路徑包括5輸出電路處接合。
數(shù)字過程信號(hào)路徑和數(shù)字補(bǔ)償過程信號(hào)路:口下文所述，使用全數(shù)字濾波方案產(chǎn)生對(duì)感:體系架構(gòu)還是一種成本有效的方法來提供較低總誤差以及緊密匹配傳感器輸出的動(dòng)愛器的框圖。圖1示出過程變送器10的框))轉(zhuǎn)換器14、數(shù)字低通濾波器16、數(shù)字處理丑求和電路24、數(shù)模(0/八)轉(zhuǎn)換器26、輸出號(hào)依據(jù)諸如差壓、絕對(duì)壓力、表壓、流體溫1優(yōu)選是西格瑪-德爾塔調(diào)制器。數(shù)字低通I微處理器。溫度傳感器20生成依據(jù)過程可以是50kHz、l比特的數(shù)據(jù)流。A/D轉(zhuǎn)換器14的輸出被分裂，傳遞給數(shù)字低通濾波器16和數(shù)字帶通濾波器30。在數(shù)字低通濾波器16處，數(shù)字過程信號(hào)的數(shù)據(jù)速率從例如50kHz減小為25Hz，產(chǎn)生慢速濾波過程信號(hào)。這樣，數(shù)字低通濾波器16消除了來自A/D轉(zhuǎn)換器14的數(shù)字過程信號(hào)中存在的幾乎全部噪聲。來自數(shù)字低通濾波器16的慢速濾波過程信號(hào)被提供給數(shù)字處理器18用于數(shù)字補(bǔ)償。數(shù)字處理器18實(shí)施校正算法以通過線性化、管線壓力力補(bǔ)償以及溫度補(bǔ)償中的至少一個(gè)來數(shù)字補(bǔ)償該慢速濾波過程信號(hào)。數(shù)字處理器18可以具有相對(duì)有限的計(jì)算資源。由于數(shù)字處理器18的有限資源，校正算法的復(fù)雜度會(huì)增加不高于15mS的時(shí)滯延遲。溫度補(bǔ)償是基于來自環(huán)境溫度傳感器20的、通過A/D轉(zhuǎn)換器22數(shù)字化并被提供給數(shù)字處理器18的環(huán)境溫度信號(hào)。
[0019]同時(shí)，在數(shù)字帶通濾波器30處，數(shù)字過程信號(hào)的數(shù)據(jù)速率也被減小(但是遠(yuǎn)不同于數(shù)字低通濾波器16處的減小)，以產(chǎn)生快速濾波過程信號(hào)。例如，數(shù)字帶通濾波器30可以將數(shù)字過程信號(hào)的速率例如從50kHz減小至10Hz。快速濾波過程信號(hào)是數(shù)字濾波過程信號(hào)。來自數(shù)字處理器18的數(shù)字補(bǔ)償過程信號(hào)和來自數(shù)字帶通濾波器30的數(shù)字濾波過程信號(hào)在輸出求和電路24處求和，以產(chǎn)生快速數(shù)字補(bǔ)償過程信號(hào)。數(shù)字補(bǔ)償過程信號(hào)通過D/A轉(zhuǎn)換器26轉(zhuǎn)換為模擬補(bǔ)償過程信號(hào)。輸出電路28產(chǎn)生針對(duì)來自D/A轉(zhuǎn)換器26的模擬補(bǔ)償過程信號(hào)的變送器輸出響應(yīng)。
[0020]備選地，A/D轉(zhuǎn)換器14可以是任何產(chǎn)生快速更新的模數(shù)轉(zhuǎn)換器。例如，A/D轉(zhuǎn)換器14可以是以10Hz的轉(zhuǎn)換速率操作的逐次逼近寄存器A/D轉(zhuǎn)換器。在這種情況下，數(shù)字帶通濾波器30無需是抽取濾波器。
[0021]如圖1所示，過程變送器10包括連接過程傳感器12和輸出求和電路24的兩個(gè)信號(hào)路徑:第一信號(hào)路徑32和第二信號(hào)路徑34。第一信號(hào)路徑32包括A/D轉(zhuǎn)換器14、數(shù)字低通濾波器16以及數(shù)字處理器18。第二信號(hào)路徑34包括A/D轉(zhuǎn)換器14和數(shù)字帶通濾波器30。沿著第一信號(hào)路徑32，過程信號(hào)被數(shù)字濾波并數(shù)字補(bǔ)償以產(chǎn)生數(shù)字補(bǔ)償過程信號(hào)。沿第二信號(hào)路徑34，過程信號(hào)被數(shù)字濾波以產(chǎn)生數(shù)字濾波過程信號(hào)。重要的是，沿第二信號(hào)路徑34的過程信號(hào)的延遲遠(yuǎn)非與沿第一信號(hào)路徑32的過程信號(hào)一樣。數(shù)字帶通濾波器30將數(shù)字過程信號(hào)的一些通過輸出求和電路24直接從A/D轉(zhuǎn)換器14傳遞至D/A轉(zhuǎn)換器26，使得來自輸出電路28的變送器輸出包括沿第二信號(hào)路徑34的高速信號(hào)中固有的高速響應(yīng)。數(shù)字帶通濾波器30的高頻截止被設(shè)置為通過高速信號(hào)中的所需部分，而阻止存在于感興趣頻率以上的噪聲。數(shù)字帶通濾波器30的低頻截止被設(shè)置為阻止高速信號(hào)中比指示過程信號(hào)中動(dòng)態(tài)改變的水平低的那些部分。
[0022]響應(yīng)于過程信號(hào)中的動(dòng)態(tài)改變，過程信號(hào)沿第二信號(hào)路徑34以例如10Hz的極高速率傳遞給D/A轉(zhuǎn)換器26，以提供快速動(dòng)態(tài)響應(yīng)，該快速動(dòng)態(tài)響應(yīng)幾乎沒有時(shí)滯。隨著動(dòng)態(tài)改變穩(wěn)定，沿第二信號(hào)路徑34的過程信號(hào)開始衰減，同時(shí)沿第一信號(hào)路徑32的過程信號(hào)開始響應(yīng)。數(shù)字帶通濾波器30被選擇成使得數(shù)字帶通濾波器30的輸出從其初始動(dòng)態(tài)響應(yīng)條件(大于零)衰減為其最終靜態(tài)輸出條件(零)，同時(shí)數(shù)字低通濾波器16的輸出從其初始動(dòng)態(tài)響應(yīng)條件(零)衰減為其最終靜態(tài)輸出條件(大于零)。這種同步或衰減匹配(decaymatch)，導(dǎo)致在輸出求和電路24處求和時(shí)，來自數(shù)字帶通濾波器30的數(shù)字濾波過程信號(hào)的衰減部分抵消了來自數(shù)字處理器18的數(shù)字補(bǔ)償過程信號(hào)的衰減部分。隨著過程信號(hào)接近靜態(tài)條件，僅沿第一信號(hào)路徑32的過程信號(hào)保留以提供想要的數(shù)字補(bǔ)償過程信號(hào)。因此，來自輸出求和電路24的快速數(shù)字補(bǔ)償過程信號(hào)穩(wěn)定至其靜態(tài)值比數(shù)字低通濾波器16或數(shù)字帶通濾波器30中任一個(gè)的穩(wěn)定早得多。這樣，過程變送器10提供數(shù)字補(bǔ)償裝置的靜態(tài)性能和幾乎沒有時(shí)滯的全模擬裝置的快速動(dòng)態(tài)性能。
[0023]過程信號(hào)的補(bǔ)償是計(jì)算密集的，并且難以快速實(shí)現(xiàn)，例如以10Hz實(shí)現(xiàn)。在本實(shí)施例中，以較低速率，例如25Hz，沿第一信號(hào)路徑32執(zhí)行補(bǔ)償。相反，數(shù)字帶通濾波器30的數(shù)字濾波和輸出求和電路24的求和不是計(jì)算密集的，容易快速執(zhí)行。輸出求和電路24的輸出遵循快的速率，得到針對(duì)D/A轉(zhuǎn)換器26和輸出電路28的快的更新速率。過程信號(hào)的動(dòng)態(tài)部分典型地具有量程(span)的5%的所需最大總誤差。在來自許多過程傳感器的未補(bǔ)償信號(hào)中容易提供這種性能水平。因此，節(jié)約了數(shù)字處理器18的計(jì)算資源。
[0024]雖然圖1將數(shù)字低通濾波器16、數(shù)字處理器18、數(shù)字帶通濾波器30以及輸出求和電路24作為分離的元件示出，但是應(yīng)該理解，這些模塊功能可以實(shí)現(xiàn)為在例如主機(jī)處理器等一個(gè)或多個(gè)集成電路上操作的軟件。在這種實(shí)施方式中，因?yàn)閿?shù)字帶通濾波器30的數(shù)字濾波和輸出求和電路24的求和不是計(jì)算密集的，因此它們給此類主機(jī)處理器引入不大的附加計(jì)算負(fù)擔(dān)。
[0025]在一些實(shí)施例中，可以在D/A轉(zhuǎn)換器26之前調(diào)整過程信號(hào)，使得變送器輸出在由上限和下限范圍的客戶校準(zhǔn)所確定的范圍或縮放比內(nèi)。這通常稱為縮放(scaling)。有利地，因?yàn)樵贒/A轉(zhuǎn)換器26之前對(duì)來自第一信號(hào)路徑32的數(shù)字補(bǔ)償過程信號(hào)和來自第二信號(hào)路徑34的數(shù)字濾波過程信號(hào)求和，所以可以對(duì)輸出求和電路24的單一求和輸出(快速數(shù)字補(bǔ)償過程信號(hào))實(shí)施適當(dāng)?shù)目s放。
[0026]圖2A-2C是實(shí)現(xiàn)本發(fā)明實(shí)施例的另一數(shù)字補(bǔ)償過程變送器的框圖。與圖1中的實(shí)施例相反，圖2A-2C的實(shí)施例包括第三信號(hào)路徑，用于提高過程變送器的動(dòng)態(tài)響應(yīng)中的保真度。為了清楚，圖2A-2C各自標(biāo)識(shí)出三個(gè)信號(hào)路徑中的一個(gè):圖2A標(biāo)識(shí)出第一信號(hào)路徑132，圖2B標(biāo)識(shí)出第二信號(hào)路徑134，以及圖2C標(biāo)識(shí)出第三信號(hào)路徑136。圖2A-2C中的每一個(gè)示出過程變送器110的框圖，包括過程傳感器12、模數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換器14、數(shù)字處理器
18、溫度傳感器20、模數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換器22、輸出求和電路24、數(shù)模(D/A)轉(zhuǎn)換器26、以及輸出電路28，如上面參照?qǐng)D1所述。過程變送器110還包括快速數(shù)字低通濾波器116、慢速數(shù)字低通濾波器140、反轉(zhuǎn)(invers1n)電路142、匹配電路144以及中間求和電路146。
[0027]快速數(shù)字低通濾波器116是以例如10Hz的快速速率操作的抽取濾波器。慢速數(shù)字低通濾波器140也是抽取濾波器，但是其在例如25Hz的慢得多的速率下操作。反轉(zhuǎn)電路142是使信號(hào)反轉(zhuǎn)的電路。匹配電路144是以可調(diào)節(jié)量使信號(hào)延遲的電路。中間求和電路146是用于產(chǎn)生通過對(duì)兩個(gè)數(shù)字輸入信號(hào)求和而得到的單個(gè)數(shù)字輸出信號(hào)的電路。
[0028]過程傳感器12連接至A/D轉(zhuǎn)換器14，A/D轉(zhuǎn)換器14連接至快速數(shù)字低通濾波器116?？焖贁?shù)字低通濾波器116連接至慢速數(shù)字低通濾波器140和中間求和電路146。慢速數(shù)字低通濾波器140連接至反轉(zhuǎn)電路142和數(shù)字處理器18兩者。反轉(zhuǎn)電路142連接至匹配電路144，匹配電路144連接至中間求和電路146。中間求和電路146和數(shù)字處理器18連接至輸出求和電路24。D/A轉(zhuǎn)換器26將輸出求和電路24連接至輸出電路28。溫度傳感器20連接至A/D轉(zhuǎn)換器22，A/D轉(zhuǎn)換器22連接至數(shù)字處理器18。
[0029]在操作中，來自過程傳感器12的模擬過程信號(hào)通過A/D轉(zhuǎn)換器14數(shù)字化。A/D轉(zhuǎn)換器14的輸出是高速的低分辨率數(shù)字過程信號(hào)。例如，來自A/D轉(zhuǎn)換器14的數(shù)字過程信號(hào)可以是50kHz、l比特?cái)?shù)據(jù)流。A/D轉(zhuǎn)換器14的輸出傳遞至快速數(shù)字低通濾波器116，在快速數(shù)字低通濾波器116處數(shù)字過程信號(hào)從例如50kHz減小為100Hz。這種濾波消除了來自A/D轉(zhuǎn)換器14的數(shù)字過程信號(hào)中存在大部分噪聲，并產(chǎn)生快速濾波過程信號(hào)。快速濾波過程信號(hào)被分裂，傳遞給慢速數(shù)字低通濾波器140和中間求和電路146。在慢速數(shù)字低通濾波器140處，快速濾波過程信號(hào)的數(shù)據(jù)速率再次被減小，例如從10Hz減小至25Hz，由此得到慢速濾波過程信號(hào)。這樣，慢速數(shù)字低通濾波器140消除了來自快速數(shù)字低通濾波器116的快速濾波過程信號(hào)中剩余的幾乎所有噪聲。來自慢速數(shù)字低通濾波器140的慢速濾波過程信號(hào)被分裂，傳遞給反轉(zhuǎn)電路142和數(shù)字處理器18。數(shù)字處理器18通過線性化、管線壓力補(bǔ)償以及溫度補(bǔ)償中的至少一個(gè)執(zhí)行校正算法以數(shù)字補(bǔ)償慢速濾波過程信號(hào)。該算法的執(zhí)行在慢速濾波過程信號(hào)中產(chǎn)生了補(bǔ)償延遲。溫度補(bǔ)償是基于來自環(huán)境溫度傳感器20的環(huán)境溫度信號(hào)，該環(huán)境溫度信號(hào)通過A/D轉(zhuǎn)換器22數(shù)字化并提供給數(shù)字處理器18。
[0030]同時(shí)，在反轉(zhuǎn)電路142處，來自慢速數(shù)字低通濾波器140的慢速濾波過程信號(hào)被反轉(zhuǎn)并傳遞至匹配電路144。匹配電路144延遲來自反轉(zhuǎn)電路142的反轉(zhuǎn)過程信號(hào)并將其傳遞給中間求和電路146。匹配電路144的延遲被調(diào)節(jié)以匹配由數(shù)字處理器18引起的補(bǔ)償延遲。優(yōu)選地，匹配電路144的延遲由數(shù)字處理器18控制以確保與補(bǔ)償延遲的匹配。在中間求和電路146處，來自匹配電路144的延遲并反轉(zhuǎn)的過程信號(hào)被加到直接從快速數(shù)字低通濾波器116接收的快速濾波過程信號(hào)，以得到數(shù)字濾波過程信號(hào)。來自中間求和電路146的數(shù)字濾波過程信號(hào)被傳遞給輸出求和電路24。來自數(shù)字處理器18的數(shù)字補(bǔ)償過程信號(hào)和來自中間求和電路146的數(shù)字濾波過程信號(hào)在輸出求和電路24處求和，產(chǎn)生快速數(shù)字補(bǔ)償過程信號(hào)?？焖贁?shù)字補(bǔ)償過程信號(hào)由D/A轉(zhuǎn)換器26轉(zhuǎn)換為模擬補(bǔ)償過程信號(hào)。輸出電路28產(chǎn)生對(duì)于來自D/A轉(zhuǎn)換器26的模擬補(bǔ)償過程信號(hào)的變送器輸出響應(yīng)。
[0031]針對(duì)圖2的實(shí)施例，A/D轉(zhuǎn)換器14優(yōu)選是西格瑪-德爾塔調(diào)制器。替換地，A/D轉(zhuǎn)換器14可以是產(chǎn)生快速更新的任何模數(shù)轉(zhuǎn)換器。例如，A/D轉(zhuǎn)換器14可以是以10Hz轉(zhuǎn)換速率操作的逐次逼近寄存器A/D轉(zhuǎn)換器。在這種情況下，快速數(shù)字低通濾波器116不需要是抽取濾波器。
[0032]一起考慮圖2A-2C，過程變送器110包括連接過程傳感器12和輸出求和電路24的三個(gè)信號(hào)路徑:第一信號(hào)路徑132、第二信號(hào)路徑134以及第三信號(hào)路徑136。第一信號(hào)路徑132包括A/D轉(zhuǎn)換器14、快速數(shù)字低通濾波器116、慢速數(shù)字低通濾波器140以及數(shù)字處理器18。第二信號(hào)路徑134包括A/D轉(zhuǎn)換器14、快速數(shù)字低通濾波器116以及中間求和電路146。第三信號(hào)路徑136包括A/D轉(zhuǎn)換器14、快速數(shù)字低通濾波器116、慢速數(shù)字低通濾波器140、反轉(zhuǎn)電路142、匹配電路144以及中間求和電路146。沿第一信號(hào)路徑132，過程信號(hào)被數(shù)字補(bǔ)償以產(chǎn)生數(shù)字補(bǔ)償過程信號(hào)。沿第二信號(hào)路徑134，過程信號(hào)被數(shù)字濾波以產(chǎn)生快速濾波過程信號(hào)。重要的是，沿第二信號(hào)路徑134的過程信號(hào)的延遲遠(yuǎn)非與沿第一信號(hào)路徑132的過程信號(hào)的延遲一樣。第二信號(hào)路徑134將數(shù)字過程信號(hào)的一些直接從A/D轉(zhuǎn)換器14傳遞給D/A轉(zhuǎn)換器26和輸出電路28，使得變送器輸出繼承了沿第二信號(hào)路徑134的高速信號(hào)中固有的高速響應(yīng)。沿第三信號(hào)路徑136，慢速濾波過程信號(hào)被反轉(zhuǎn)，使得反轉(zhuǎn)的過程信號(hào)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)和來自第二信號(hào)路徑134的快速濾波過程信號(hào)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)在中間求和電路146處被加在一起時(shí)兩者是相反的(oppose)。沿第三信號(hào)路徑136的延遲被同步以匹配第一路徑132上來自數(shù)字處理器18的補(bǔ)償延遲。:口功能被組合為單個(gè)功能，是來自第三信號(hào)I徑134的快速濾波過程信號(hào)之間的負(fù)求和勺實(shí)施例的全部?jī)?yōu)點(diǎn)。重要的是，在該實(shí)施匹配第一路徑132上來自數(shù)字處理器18的？數(shù)字處理器18和匹配電路144同步即可。以及幾乎沒有時(shí)滯的全模擬裝置的動(dòng)態(tài)性下，過程變送器110提供緊密跟隨過程傳感
116、慢速數(shù)字低通濾波器140、反轉(zhuǎn)電路器18以及輸出求和電路24作為分離的元5—個(gè)或多個(gè)集成電路(例如主機(jī)處理器)[氐通濾波器116、慢速數(shù)字低通濾波器140、以及輸出求和電路24的操作不是計(jì)算密集計(jì)算負(fù)擔(dān)。
由線，將過程變送器110的輸出與沒有體現(xiàn)叢-2(:描述的過程變送器110的操作相同，11程信號(hào)被部分地?cái)?shù)字補(bǔ)償?shù)阶阋詽M足變I差的性能水平。數(shù)字處理器350通常是微3類似，數(shù)字處理器350執(zhí)行校正算法以通個(gè)來數(shù)字補(bǔ)償過程信號(hào)。然而，因?yàn)閿?shù)字處字處理器18提供的完全數(shù)字補(bǔ)償，因而數(shù)I器18執(zhí)行的校正算法力度小得多。因此，計(jì)算負(fù)擔(dān)小得多。
于提供過程信號(hào)的部分?jǐn)?shù)字補(bǔ)償以產(chǎn)生足大總誤差的性能水平。圖5的實(shí)施例與圖里器450和452之外。如圖5所示，過程變將快速數(shù)字低通濾波器116連接至中間求452，數(shù)字處理器452將慢速數(shù)字低通濾波I供沿第二信號(hào)路徑134的部分?jǐn)?shù)字補(bǔ)償。子數(shù)字補(bǔ)償。與圖4的實(shí)施例相比，在數(shù)字字補(bǔ)償。第一信號(hào)路徑132、第二信號(hào)路徑
[0042]圖4和5的實(shí)施例包括上面參照?qǐng)D2A-2B和3描述的實(shí)施例的全部?jī)?yōu)點(diǎn)。重要的是，在圖4和5的實(shí)施例中，即使來自過程傳感器12的未補(bǔ)償信號(hào)不提供足以滿足用于過程變送器310或410的過程信號(hào)的動(dòng)態(tài)部分的所需最大總誤差的性能水平，也會(huì)得到這些優(yōu)點(diǎn)。
[0043]實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的過程變送器提供數(shù)字補(bǔ)償裝置的靜態(tài)性能和幾乎沒有時(shí)滯的全模擬裝置的動(dòng)態(tài)性能。全數(shù)字濾波方案的使用產(chǎn)生對(duì)感測(cè)的過程參數(shù)的優(yōu)良動(dòng)態(tài)響應(yīng)，同時(shí)節(jié)約計(jì)算資源并簡(jiǎn)化輸出縮放。全數(shù)字體系架構(gòu)是用于提供模擬變送器的快速動(dòng)態(tài)響應(yīng)、數(shù)字補(bǔ)償變送器的較低總誤差以及緊密匹配傳感器輸出的動(dòng)態(tài)響應(yīng)的成本有效的方法。
[0044]雖然已經(jīng)參照示例性實(shí)施例描述了本發(fā)明，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解，在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下可以做出多種修改并替換元件的等價(jià)物。此外，在不脫離本發(fā)明實(shí)質(zhì)范圍的情況下可以作出多種修改以使得特定情形或材料適應(yīng)本發(fā)明的教導(dǎo)。因此，本發(fā)明不限于所公開的特定實(shí)施例，相反本發(fā)明包括落入所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)的全部實(shí)施例。
【權(quán)利要求】
1.一種過程變送器，包括: 傳感器，用于產(chǎn)生依據(jù)過程參數(shù)的過程信號(hào)； 第一信號(hào)路徑，其中過程信號(hào)被數(shù)字補(bǔ)償以產(chǎn)生數(shù)字補(bǔ)償過程信號(hào)； 第二信號(hào)路徑，其中過程信號(hào)被數(shù)字濾波以產(chǎn)生數(shù)字濾波過程信號(hào)，并且在第二信號(hào)路徑中遭受比在第一信號(hào)路徑中小的延遲；和 輸出求和電路，用于對(duì)數(shù)字補(bǔ)償過程信號(hào)和數(shù)字濾波過程信號(hào)求和以產(chǎn)生快速數(shù)字補(bǔ)償過程信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的過程變送器，還包括: 數(shù)模轉(zhuǎn)換器，其中快速數(shù)字補(bǔ)償過程信號(hào)被轉(zhuǎn)換為模擬補(bǔ)償過程信號(hào)；和 輸出電路，用于產(chǎn)生響應(yīng)于模擬補(bǔ)償過程信號(hào)的變送器輸出。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的過程變送器，其中第二信號(hào)路徑包括數(shù)字帶通濾波器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的過程變送器，還包括: 第三信號(hào)路徑，其中過程信號(hào)被數(shù)字濾波并反轉(zhuǎn)以產(chǎn)生延遲的反轉(zhuǎn)過程信號(hào)，并在所述第三信號(hào)路徑中遭受比在第二信號(hào)路徑中大的延遲；和 中間求和電路，用于將延遲的反轉(zhuǎn)過程信號(hào)加到第二路徑以產(chǎn)生所述數(shù)字濾波過程信 號(hào)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的過程變送器，還包括: 第一數(shù)字低通濾波器，用于針對(duì)第一信號(hào)路徑、第二信號(hào)路徑以及第三信號(hào)路徑對(duì)過程信號(hào)進(jìn)行數(shù)字濾波；和 第二數(shù)字低通濾波器，用于針對(duì)第一信號(hào)路徑和第三信號(hào)路徑對(duì)過程信號(hào)進(jìn)行數(shù)字濾波；所述第二數(shù)字低通濾波器具有比第一數(shù)字低通濾波器低的更新頻率。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的過程變送器，其中將沿第三信號(hào)路徑的過程信號(hào)的延遲與沿第一信號(hào)路徑的過程信號(hào)的延遲同步。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的過程變送器，還包括: 數(shù)模轉(zhuǎn)換器，其中快速數(shù)字補(bǔ)償過程信號(hào)被轉(zhuǎn)換為模擬補(bǔ)償過程信號(hào)；和 輸出電路，用于產(chǎn)生響應(yīng)于模擬補(bǔ)償過程信號(hào)的變送器輸出。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的過程變送器，其中用于產(chǎn)生數(shù)字補(bǔ)償過程信號(hào)的過程信號(hào)的數(shù)字補(bǔ)償包括:針對(duì)環(huán)境溫度、線性度以及管線壓力中的至少一個(gè)的數(shù)字補(bǔ)償。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的過程變送器，還包括: 溫度傳感器，用于產(chǎn)生依據(jù)環(huán)境溫度的模擬溫度信號(hào)； 溫度信號(hào)路徑，其中模擬溫度信號(hào)被轉(zhuǎn)換為數(shù)字溫度信號(hào)；和 至少部分地響應(yīng)于數(shù)字溫度信號(hào)來數(shù)字補(bǔ)償過程信號(hào)以產(chǎn)生數(shù)字補(bǔ)償過程信號(hào)。
10.一種過程變送器，包括: 傳感器，用于產(chǎn)生依據(jù)過程參數(shù)的過程信號(hào)； 模數(shù)轉(zhuǎn)換器，用于數(shù)字化過程信號(hào)以產(chǎn)生數(shù)字過程信號(hào)； 第一數(shù)字低通濾波器，用于濾波所述數(shù)字過程信號(hào)以產(chǎn)生快速濾波過程信號(hào)； 第二數(shù)字低通濾波器，用于濾波所述快速濾波過程信號(hào)以產(chǎn)生慢速濾波過程信號(hào)，所述第二數(shù)字低通濾波器具有比第一數(shù)字低通濾波器低的更新頻率； 第一數(shù)字處理器，用于數(shù)字補(bǔ)償所述慢速濾波過程信號(hào)以產(chǎn)生數(shù)字補(bǔ)償過程信號(hào)；第一數(shù)字處理器在數(shù)字補(bǔ)償過程信號(hào)中產(chǎn)生延遲； 反轉(zhuǎn)電路，用于反轉(zhuǎn)慢速濾波過程信號(hào)以產(chǎn)生反轉(zhuǎn)的過程信號(hào)； 匹配電路，用于在反轉(zhuǎn)的過程信號(hào)中產(chǎn)生延遲以產(chǎn)生延遲的反轉(zhuǎn)過程信號(hào)； 中間求和電路，用于對(duì)快速濾波過程信號(hào)和延遲的反轉(zhuǎn)過程信號(hào)求和以產(chǎn)生數(shù)字濾波過程信號(hào)；和 輸出求和電路，用于對(duì)數(shù)字濾波過程信號(hào)和數(shù)字補(bǔ)償過程信號(hào)求和以產(chǎn)生快速數(shù)字補(bǔ)償過程信號(hào)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的過程變送器，其中數(shù)字處理器控制匹配電路的延遲以將延遲的反轉(zhuǎn)過程信號(hào)與數(shù)字補(bǔ)償過程信號(hào)同步。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的過程變送器，還包括: 數(shù)模轉(zhuǎn)換器，其中快速數(shù)字補(bǔ)償過程信號(hào)被轉(zhuǎn)換為模擬補(bǔ)償過程信號(hào)；和 輸出電路，用于產(chǎn)生響應(yīng)于模擬補(bǔ)償過程信號(hào)的變送器輸出。
13.根據(jù)權(quán)利要求1 0所述的過程變送器，還包括: 第二數(shù)字處理器，用于數(shù)字補(bǔ)償所述快速濾波過程信號(hào)，第二數(shù)字處理器對(duì)所述過程信號(hào)的數(shù)字補(bǔ)償小于第一數(shù)字處理器對(duì)所述慢速濾波過程信號(hào)的補(bǔ)償。
14.根據(jù)權(quán)利要求10所述的過程變送器，還包括: 第二數(shù)字處理器，用于數(shù)字補(bǔ)償在中間求和電路處求和的快速濾波過程信號(hào)的一部分；和 第三數(shù)字處理器，用于數(shù)字補(bǔ)償在反轉(zhuǎn)電路處反轉(zhuǎn)的慢速濾波過程信號(hào)的一部分；其中，第二數(shù)字處理器和第三數(shù)字處理器每一個(gè)對(duì)所述過程信號(hào)的數(shù)字補(bǔ)償均小于第一數(shù)字處理器對(duì)慢速濾波過程信號(hào)的補(bǔ)償。
15.根據(jù)權(quán)利要求10所述的過程變送器，還包括: 溫度傳感器，用于產(chǎn)生依據(jù)環(huán)境溫度的溫度信號(hào)； 溫度模數(shù)轉(zhuǎn)換器，用于將溫度信號(hào)數(shù)字化以產(chǎn)生數(shù)字環(huán)境溫度信號(hào)；和數(shù)字處理器采用數(shù)字環(huán)境溫度信號(hào)來數(shù)字補(bǔ)償所述慢速濾波過程信號(hào)以產(chǎn)生數(shù)字補(bǔ)償過程信號(hào)。
16.一種產(chǎn)生過程變送器輸出的方法，所述過程變送器輸出具有緊密跟隨所感測(cè)的過程參數(shù)的總體動(dòng)態(tài)響應(yīng)，所述方法包括: 產(chǎn)生依據(jù)所感測(cè)的過程參數(shù)的模擬過程信號(hào)； 數(shù)字化所述模擬過程信號(hào)以產(chǎn)生數(shù)字過程信號(hào)； 補(bǔ)償所述數(shù)字過程信號(hào)以產(chǎn)生數(shù)字補(bǔ)償過程信號(hào)； 對(duì)數(shù)字過程信號(hào)濾波以產(chǎn)生數(shù)字濾波過程信號(hào)； 對(duì)數(shù)字補(bǔ)償過程信號(hào)和數(shù)字濾波過程信號(hào)求和以產(chǎn)生快速數(shù)字補(bǔ)償過程信號(hào)；和 產(chǎn)生響應(yīng)于快速數(shù)字補(bǔ)償過程信號(hào)的過程變送器輸出。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中: 對(duì)數(shù)字過程信號(hào)濾波以產(chǎn)生數(shù)字濾波過程信號(hào)包括: 用快速數(shù)字低通濾波器對(duì)數(shù)字過程信號(hào)濾波以產(chǎn)生快速濾波過程信號(hào)； 用慢速數(shù)字低通濾波器對(duì)快速濾波過程信號(hào)濾波以產(chǎn)生慢速濾波過程信號(hào)，所述慢速數(shù)字低通濾波器具有比快速數(shù)字低通濾波器低的更新頻率；延遲并反轉(zhuǎn)所述慢速濾波過程信號(hào)以產(chǎn)生延遲的反轉(zhuǎn)過程信號(hào)；和 對(duì)快速濾波過程信號(hào)和所述延遲的反轉(zhuǎn)過程信號(hào)求和以產(chǎn)生所述數(shù)字濾波過程信號(hào)；和 補(bǔ)償數(shù)字過程信號(hào)以產(chǎn)生數(shù)字補(bǔ)償過程信號(hào)包括: 用快速數(shù)字低通濾波器對(duì)數(shù)字過程信號(hào)濾波以產(chǎn)生快速濾波過程信號(hào)； 用慢速數(shù)字低通濾波器對(duì)快速濾波過程信號(hào)濾波以產(chǎn)生慢速濾波過程信號(hào)；和 數(shù)字補(bǔ)償慢速濾波過程信號(hào)以產(chǎn)生所述數(shù)字補(bǔ)償過程信號(hào)。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中延遲并反轉(zhuǎn)所述慢速濾波過程信號(hào)包括:用將所述延遲的反轉(zhuǎn)過程信號(hào)與數(shù)字補(bǔ)償過程信號(hào)同步。
19.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中補(bǔ)償所述數(shù)字過程信號(hào)包括:針對(duì)環(huán)境溫度、線性度以及管線壓力中的至少一個(gè)進(jìn)行補(bǔ)償。
20.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，還包括: 產(chǎn)生依據(jù)所感測(cè)的環(huán)境溫度的模擬環(huán)境溫度信號(hào)；和 補(bǔ)償所述數(shù)字過程信號(hào) 包括:響應(yīng)于所感測(cè)的環(huán)境溫度來補(bǔ)償所述數(shù)字過程信號(hào)。
【文檔編號(hào)】G01D5/12GK104048682SQ201310279161
【公開日】2014年9月17日 申請(qǐng)日期:2013年7月4日 優(yōu)先權(quán)日:2013年3月11日
【發(fā)明者】約翰·保羅·舒爾特 申請(qǐng)人:羅斯蒙德公司