CN1292083A - 振动管过程参数传感器的通用模态空间驱动控制系统 - Google Patents

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Abstract

本申请提出一种用于控制任何数量驱动信号的模态成分的驱动系统,所说驱动信号用于激励固定在一根振动导管上的任意数量的驱动器,所说振动导管为例如科里奥利质量流量计或振动管密度计中的导管。从一个或多个空间分立的反馈传感器获得一个或多个运动信号。可取的是利用一个多信道模态滤波器将所说运动信号滤波以将这些包含多种振动模式的模态成分的运动信号分解为n个单自由度模态响应信号。每个模态响应信号对应于所说振动导管被激励的一种振动模式。将所说n个模态响应信号输入到对于所说n个模态响应信号具有一个独立的处理信道的一个驱动信道中。在每个驱动控制器信道中,将各个模态响应信号与一个所需的模态响应给定值进行比较,并将所得的模式误差信号放大一个模式增益,以产生每种模式的一个模态激励信号。该模态激励信号表示施加到所说振动导管以使所说模态响应与给定模式的模态给定值匹配而必需的模态激励。将所说模态激励信号从模态域变换回物理域,并映射到驱动器物理位置。将所得的驱动信号施加到这些驱动器以激励所说导管。

Description

振动管过程参数传感器的通用模态空间驱动控制系统
发明领域
本发明涉及用于使振动管过程参数传感器导管振荡的驱动系统领域。具体地说，本发明涉及工作在模态域中以驱动具有任意模态力作用模式的任意数目驱动器的一种系统。
技术问题描述
已知可以使用科里奥利效应质量流量计测量流过一根导管的物质的质量流量和其它信息。例如，在授予J．E．Smith等人的美国专利US-4109524(1978年8月29日)、US-4491025(1985年1月1日)和Re-31450(1982年2月11日)中公开了这样的科里奥利流量计。这些流量计具有一根或多根直线或弯曲构型的导管。科里奥利流量计中的每一种导管构型具有一组固有振动模式，这些模式可以是简单的弯曲、扭曲、径向或耦合类型。每一根导管在驱动下以这些固有模式之一发生谐振。在流量计的入口侧从一根相连的导管流入流量计中的物质被引导通过所说的一根或多根导管，并从出口侧流出流量计。填充有振动物质的系统的固有振动模式部分地是由导管和在导管中流动的物质的组合质量和刚性特征限定的。
当在流量计中没有物质流动时，在施加的驱动力作用下，导管上所有点以相同的相位或零流量相位按照驱动振动的模式振荡。当物质开始流动时，科里奥利力引起导管上任意两点之间相位差的变化。该导管入口侧的相位滞后于驱动器，而出口侧的相位超前于驱动器。在导管上设置有拾取传感器以产生表示导管运动的正弦信号。对从拾取传感器输出的信号进行处理以确定拾取传感器之间相位差的变化。两个拾取传感器信号之间相位差的变化正比于流过该导管的物质的质量流率。
每一种科里奥利流量计和每一种振动管密度计的典型组件是驱动或激励系统。该驱动系统用于向导管施加一个周期性作用力，以使该导管振荡。该驱动系统包括安装在流量计导管上的至少一个驱动器。该驱动器机构通常包含多种已知结构之一，例如，但是不限于，一个音圈，其中一个磁体安装在一根导管上，而在与该磁体相对关系的另一导管上安装有一个线圈。一个驱动电路持续地向该驱动线圈施加周期性，通常为正弦波形或方波形驱动信号。通过由该线圈响应周期性驱动信号产生的连续交变磁场与由磁体产生的恒定磁场的相互作用，两个流管开始按照相反的正弦模式作受迫振动，之后维持这种振动。本领域的技术人员认识到，任何能够将电信号转换为机械力的装置都适合用作一个驱动器。(参见授予Carpenter并转让给Micro Motion公司的美国专利US-4777833)此外，也不必须要使用正弦信号，而可以是适合作为驱动器信号的任何周期信号(参见授予Kalotay等人并转让给Micro Motion公司的美国专利US-5009109)。
驱动科里奥利流量计振动的一种典型模式是第一异相弯曲模式，尽管这种模式不是唯一模式。这种第一异相弯曲模式是双管科里奥利流量计的两根导管彼此反向振动的基频弯曲模式。但是，这不是在以第一异相振动模式驱动的科里奥利流量计的振动结构中存在的唯一振动模式。当然存在可能激励的更高的振动模式。此外，由于流体流过振动流管和随之产生的科里奥利力，还存在一种第一异相扭曲模式，这种模式是与其它模式一起被激励的。还存在同相和横向振动模式。最终，在被驱动以所说第一异相弯曲模式振荡的科里奥利流量计中存在数百种实际激励的振动模式。即使在接近第一异相弯曲模式的相对狭窄频率范围内，也存在至少若干种附加振动模式。除了被流管驱动激励激励的多种模式之外，还可能存在由于流量计外部振动激励的模式。例如，设置在生产线其它位置的一个泵可以沿管线产生振动，这种振动激励了科里奥利流量计中的一种振动模式。有时，在科里奥利流量计中激励出附加和不利模式的其它原因是由于制造公差使得驱动元件没有对称地设置在流管上。这导致驱动器在流管上施加偏心力，因而激励多种振动模式。因此，在驱动下以第一异相弯曲模式振荡或谐振的科里奥利流量计的导管实际上还以除了第一异相弯曲模式以外的许多其它模式振荡。在驱动下以与第一异相弯曲模式不同的一种模式振荡的流量计也会发生除预定驱动模式以外还存在多种激励模式的现象。
现有的驱动系统处理一个反馈信号，通常是拾取传感器信号之一，以产生所说驱动信号。但是，该驱动反馈信号中包含对于除所需激励模式以外的其它模式的响应。因此，将该驱动反馈信号由一个频率域滤波器进行滤波以去除不希望有的成分，然后放大经过滤波的信号，并传送到驱动器。但是，用于对驱动反馈信号进行滤波的频率域滤波器在将存在于驱动反馈信号中的一种所需驱动模式响应与其它模式响应隔离方面不是十分有效。在所需模式谐振频率附近可能存在其它模式的非谐振响应。在接近所需谐振频率的频率处也可能存在谐振响应。在任何情况下，经过滤波的驱动反馈信号，即驱动信号除了流管的所需激励模式以外，还包含其它频率的模态成分。由多种模式的谐振响应组成的驱动信号通过驱动器将能量输入到激励出使驱动信号包含模态成分的每种模式的流管中。这种多模式驱动信号在科里奥利流量计中引起了操作问题。此外，频率域滤波器造成经过滤波的驱动信号产生相位滞后。这可能导致需要较高的驱动功率来驱动流管在所需幅值振动。
多模式驱动信号引起的一个问题是该驱动信号加强了外部振动如管线振动。如果在科里奥利流量计以外的管线振动使得流量计发生振动，则驱动反馈信号中包含对于管线振动的响应。如果管线振动至少部分落入滤波器通频带内，则该频率域滤波器无法消除不需要的响应。经过滤波的驱动反馈信号，包括对于管线振动不需要的响应，被放大并施加到该驱动器。然后该驱动器工作以加强管线振动的激励模式。
具有多频率模态成分的驱动信号的另一个问题在使用科里奥利流量计进行密度测量时出现。在科里奥利流量计或振动管密度计中进行的密度测量依赖于振动流管谐振频率的测量。当响应包含多模式模态成分的驱动信号驱动流管时产生问题。驱动信号中多模式的重叠可能导致以偏离所需驱动模式的实际谐振频率驱动流管产生非谐振。因而会导致密度测量的误差。
上述问题讲述了用于激励一种模式的驱动信号质量下降使得它激励多种模式的各种状况。由申请人Timothy J．Cuningham于1997年7月11日提交的待审查申请No．08／890785(下文中称之为‘785申请)教导了使用一个模态滤波器从至少两个反馈信号生成一个驱动信号，其中模态滤波驱动信号仅仅具有所需振动模式的模态成分。模态滤波器用于增强所需振动模式，并抑制一种或多种不需要的模式。所说‘785申请首次教导了能够产生仅仅具有所需驱动模式的模态成分的驱动信号的一种驱动系统。
在有些情况下，希望激励多种模式，因此需要具有多模式的模态成分的驱动信号。例如参见转让给Micro Motion公司的待审查申请No．08／689839(1996年8月14日申请)，其中激励两种模式，两种激励模式的谐振频率比值的变化与振动导管内的流体压力相关。两种模式的同时激励需要具有这两种模式的模态成分的驱动信号。还可能由于其它一些原因，需要驱动振动导管，使得激励多种模式和抑制多种模式。授予申请人Timothy J．Cunningham和Stuart Shelley的待审查申请No．08／984927(1997年12月4日申请，下文中称之为‘927申请)教导了利用具有第一模式的模态成分的一个驱动信号和具有第二模式的一个第二驱动信号的时间域重叠产生一个双模式驱动信号。Cunningham和Shelley的申请还教导了将驱动器在振动流管上最佳定位，使得不会激励不需要的模式，特别是教导了多个驱动器的利用。现有的驱动控制装置不能产生具有所需多模式的模态成分的驱动信号和向多个驱动器传送经过模态滤波的驱动信号。
因此需要一种驱动控制系统，它能够适用于处理多个驱动反馈信号以产生多个驱动信号，每个驱动信号具有影响多种模式的模态成分。
技术解决方案
本发明的通用模态空间驱动控制系统解决了上述问题以及其它问题，并且实现了本领域的技术进步。本发明提供了一种通用驱动控制系统，该系统在模态域中工作以产生用于一种振动结构上的一个或多个驱动器的驱动信号。所说驱动系统接收多个驱动反馈信号，将振动导管的模态成分分解为单自由度(SDOF)模态响应信号，以选择每种模式的所需量，和将所得结果变换为物理域以应用与所说驱动器。因此，利用本发明的通用驱动控制系统，产生一个或多个驱动信号以激励一个或多个驱动器，从而激励或抑制该振动结构中的某些模式。此外，本发明的驱动控制系统在多种操作配置中工作，并且易于在这些配置之间转换。例如，本发明在流率测量操作配置中产生一组驱动信号，而在轴向应力测量操作配置中产生另一组驱动信号。
本发明的驱动控制信号用于控制包括至少一根振动导管的振动结构的振动模式。所说振动结构还可以包括其它振动导管或没有被该流量计所测量的流体接触的一个或多个平衡条。此外，所说振动结构还可以包括例如法兰或外壳。根据本发明，反馈传感器和驱动器设置在振动结构的任何部分，以激励所需模式和抑制不需要的模式。
在本发明的一个实施例中，至少采用一个反馈传感器产生指示振动导管运动状态的运动信号。所说运动信号具有多种模式的模态成分，每种模式与一个频率相关。多频率带通滤波器产生多模态响应信号。每种模态响应信号与在振动导管上存在的一种振动模式相关。在本发明的另一个实施例中，至少使用两个反馈传感器产生指示振动导管运动状态的运动信号。这些运动信号包含多个振动模式的模态成分。这些运动信号输入到一个多信道模态滤波器中，该滤波器具有可由驱动控制系统作用，即激励或抑制每一种模式的一个信道。该模态滤波器的每一信道产生对应于导管的多种振动模式之一的一个模态响应信号。具有对应于各个模态响应信号的一个信道的一个驱动控制器产生对应于每种振动模式的一个模态激励信号。对应于给定振动模式的模态激励信号表示给定模式在最终的驱动信号中存在的程度。一个模态-物理力转换器接收模态激励信号，将它们变换到物理域，并输出一个或多个驱动信号用于一个或多个驱动器。本发明的再一个实施例使用除模态滤波器以外的频率带通滤波器或其它时域滤波器以产生模态响应信号，供进一步处理。在本发明的又一个实施例中，结合使用频率带通滤波器和模态滤波器。每一模态滤波器信道的输出通过一个频率域滤波器。
本发明的模态滤波器包括对应于驱动系统所控制的每种振动模式的一个信道。对于由本发明的驱动系统控制的每种振动产生一个模态响应信号，该信号基本是一个SDOF信号。模态滤波器信道的配置一旦设定之后，不再需要重新配置，即使该驱动系统从一种第一工作配置转换到一种第二操作配置。同样，所说的模态-物理力转换器也是根据这里公开的各种方法配置的，即使当驱动系统从一个第一操作配置转换到一个第二操作配置时也不需要重新配置。
驱动控制器的每个信道接收所说SDOF模态响应信号之一。将该模态响应信号与一个模态响应调整点进行比较以产生一个模态误差信号。由一个增益级将所说模态误差信号放大以产生对应于由本发明的驱动系统控制的每种模式的模态激励信号。对应于每种受控振动模式的模态激励信号的相对幅值表示一种给定模式对于由本发明驱动系统产生的驱动信号的贡献程度。例如，如果需要抑制一种给定模式，即一种“不需要的”模式，则对应模态响应信号的模态响应调整点为零。利用所说模态-物理力转换器将所得的模态激励信号变换到物理域，即一个作用力。将所说作用力施加到振动管以抑制所说不需要的模式。
本发明的驱动系统提供了多种操作配置。因此，利用本发明驱动系统的科里奥利流量计可能在各种操作配置之间转换，每个操作配置需要一种不同的驱动方法。考虑下述的示例。按照一种第一操作配置，某一振动模式可能是不需要的，所以利用本发明的驱动系统给予抑制。但是，在第二操作配置中，同样的振动模式可能是需要的，所以利用本发明的驱动系统予以增强。本发明的驱动系统从一种操作配置转换到另一种操作配置的唯一变化是驱动控制器的每个信道的模态响应调整点不同。查阅表中包含给定科里奥利流量计或振动密度计的各种操作配置的适合调整点。
本发明的驱动系统将多个运动信号从时间域变换到模态域。在模态域中，将运动信号分解为对应于驱动系统所控制的每种振动模式的一种SDOF模态响应信号。处理每个模态响应信号以产生一个相应的模态激励信号。所说模态激励信号表示作为驱动信号分量施加以实现所需模态响应调整点的相应振动模式的幅值。将所说模态激励信号从模态域变换到时间域以产生一个或多个驱动信号，该驱动信号导致在驱动器上施加一个作用力。
附图简介
图1表示一个科里奥利流量计和相关的流量计电路部分；
图2为表示根据本发明构成的通用模态空间驱动控制系统的方框示意图；
图3为表示根据本发明构成的一个驱动电路的方框示意图；
图4表示一个典型流管反馈信号的频率响应函数和代表各个组成振动模式对于反馈信号贡献的其它频率响应函数；
图5为表示根据本发明构成的一个多信道模态滤波器的方框示意图；
图6表示根据本发明构成的一个模态响应信号处理器；
图7为表示将一个标量模态激励信号变换为一个物理力投影向量的处理步骤的流程图；
图8为表示通过试错法选择模态滤波器加权系数的处理步骤的流程图；
图9为表示通过计算本征向量矩阵的逆矩阵或伪逆矩阵来选择模态滤波器加权系数的处理步骤的流程图；
图10表示根据本发明构成的另一个驱动控制器；
图11为概括本发明操作过程的流程图；
图12表示根据本发明构成的一个模态响应信号发生器。
发明详述科里奥利流量计概述-参照图1
图1表示一个科里奥利流量计5，它包括科里奥利流量计组件10和流量计电路部分20。流量计电路部分20通过导线100与流量计组件10相连以通过输出线路26提供密度、质量流率、体积流率、总质量流量和其它信息。尽管对于本领域技术人员来说本发明显然可以应用于没有科里奥利质量流量计所提供的附加测量性能的一个振动管密度计，但是这里仅描述一种科里奥利流量计结构。此外，本发明可以应用于使用一个以上驱动器或两个以上拾取传感器的科里奥利流量计或密度计。
流量计组件10包括一对法兰101和101’、集管102和流管103A和103B。驱动器104和拾取传感器105和105’与流管103A和103B相连。撑杆106和106’用于限定每根流管的振荡轴w和w’。
当将流量计10插入载有待测量流质的一个管线系统(未示出)时，流质通过法兰101进入流量计组件10，穿过集管102，在集管中流质被引导进入流管103A和103B，流过流管103A和103B，回到集管102，又从这里经过法兰101’流出流量计组件10。
选择流管103A和103B，并正确地安装到集管102上，使得它们围绕弯曲轴W-W和W’-W’分别具有基本相同的质量分布、惯性动量和弹性模量。这些流管以基本平行的方式从集管向外延伸。
驱动器104以围绕其各自的弯曲轴W和W’的相反方向和称为流量计第一异相弯曲模式的模式驱动流管103A和103B。驱动器104可以具有任何众所周知的一种构造，例如在流管103A上安装一个磁体，在流管103B上安装一个相对的线圈，交变电流在所说线圈中流过以振动两个流管。流量计电路部分20经由导线110向驱动器104施加一个适合的驱动信号。如在上文中指出并在这里详细讲述的，本发明适合于与任何数量的驱动器结合使用。对于图1的描述仅仅作为科里奥利流量计操作的一个示例，而不是用于限制本发明的教导。
流量计电路部分20接收分别在导线111和111’上输出的左侧速度信号和右侧速度信号。流量计电路部分20产生所说驱动信号，经由导线110输出，使得驱动器104振动管103A和103B。如这里所述，本发明能够产生用于多个驱动器的多个驱动信号。流量计电路部分20处理所说左侧速度信号和右侧速度信号，以计算质量流率，和通过流量计组件的流质密度。这个信息由流量计电路部分20经由线路26传送到应用设备(未示出)。
本领域技术人员熟知，科里奥利流量计5的结构与振动管密度计十分相似。振动管密度计也利用了流体从中流过的一根振动管，或者，在采样型密度计中，流体保持在其中的振动管。振动管密度计也应用一个驱动系统，用以激励流管振动。由于密度测量仅仅需要测量频率，而不需要测量相位，所以振动管密度计通常只使用一个反馈信号。这里对于本发明的描述同样可以应用于振动管密度计。本领域技术人员认识到，在现有的科里奥利流量计已经具有两个可以输入到模态滤波器中的反馈信号的情况下，现有的振动管密度计通常仅仅具有一个反馈信号。因此，要将本发明应用于振动管密度计，只需要在振动管密度计中提供一个附加的反馈信号即可。流量计电路部分概述-参照图2
图2为表示适用于一般情况的流量计电路部分20的方框示意图，在图示情况下有L个反馈信号传感器202A-202L和M个驱动器206A-206M。L和M为任意整数。流量计电路部分20包括质量流率电路30和驱动电路40。质量流率电路30是一种已知电路，它根据振动管上两个点之间的相位差计算流过振动管的流体的质量流率。质量流率电路30通常也使用反馈传感器202A-202L中的两个产生质量流率信息，尽管驱动电路40使用的反馈传感器可以与质量流率电路30使用的反馈传感器分开。质量流率电路30经由线路26向应用设备(未示出)提供一个输出信号。这种应用设备可以是例如一个显示器。质量流率电路30的技术细节对于本领域技术人员来说是众所周知的，并且不构成本发明的一部分。有关质量流率电路30的示例信息可以参见美国专利RE-31450(1983年11月29日授予Smith，并已转让给Micro Motion公司)、或US-4879911(1989年11月14日授予Zolock，并已转让给Micro Motion公司)、或US-5231884(1993年8月3日授予Zolock，并已转让给Micro Motion公司)。驱动电路40接收分别经由线路204A-204L从反馈传感器202A-202L输出的运动信号。驱动电路40产生M个驱动信号，分别经由线路208A-208M传送到驱动器206A-206M。可取的是，本发明利用来自至少两个用于检测振动管上两个不同点的运动的反馈传感器的至少两个运动信号。本发明的工作至少需要一个驱动器。本申请的其余讨论主要针对驱动电路40的操作。模态空间驱动控制器概述-参照图3和图4
图3表示驱动电路40，所说驱动电路中模态滤波器310和模态响应信号处理器320。振动导管302示意性表示导管103A-103B或任何其它单个或多个导管构造。如上所述，振动导管302可以是包括其它振动元件的振动结构的一部分。虽然这个实施例是将振动导管302作为总体振动结构加以描述的，但是应当理解，如在上文中指出的，振动导管可以仅仅包括振动结构的一部分。驱动器206A-206M产生的作用力304使得振动导管302发生振动。当振动导管302发生振动时，反馈传感器202A-202L检测到运动。反馈传感器202A-202L设置在振动结构上的不同点，即振动导管302的不同点，并产生运动信号，经由线路204A-204L输入到驱动电路40。
运动信号输入到多信道模态滤波器310。多信道模态滤波器310将运动信号的模态成分分解，在线路312A-312N上产生N个模态影响信号。图4表示多信道模态滤波器310的操作。曲线图401-404中的垂直轴表示导管响应幅值与输入驱动力幅值的对数比。曲线图401表示振动导管例如振动导管302的频率响应函数(FRF)405。频率响应函数表征施加在一结构中某一位置的作用力与该结构中另一位置的相关运动之间的动态特性。因此，FRF405为例如在振动管302上的反馈传感器之一位置处的FRF。FRF405具有在某一频率范围内模式A、B和C的模态成分。由反馈传感器202A-202L产生的每个运动信号具有类似于FRF405的模态成分。多信道模态滤波器310将这些运动信号的模态成分分解，以在线路312A-312N上产生基本上为单自由度(SDOF)的模态响应信号，并且具有如曲线图402-404所示的FRF。曲线图402表示对应于线路312A上模式A的模态响应信号的FRF406或FRF405的第一异相弯曲模式分量。曲线图403表示对应于线路312B上模式B的模态响应信号的FRF407或FRF405的第一异相扭曲模式分量。曲线图404表示对应于线路312N上模式C的模态响应信号的FRF408，或FRF405的第二异相弯曲模式分量。因此，多信道模态滤波器310的输入为线路204A-204L上的L运动信号。多信道模态滤波器310的输出为线路312A-312N上的N个SDOF模态响应信号，其中每个模态响应信号表示振动管302在一种模式下的模态成分。可以这样构成多信道模态滤波器310，以产生所研究频率范围内存在的任何模式的模态响应信号。
将所说模态响应信号输入到模态响应信号处理器320中。如参照图6更加详细描述的，模态响应信号处理器320处理模态响应信号以在线路208A-208M上产生M个驱动信号。在最简单的情况下，只有一个驱动器，所以只有一个驱动信号。多信道模态滤波器-参照图5
图5为多信道模态滤波器310的更详细描述。多信道模态滤波器310由模态滤波器信道500A-500N构成。除了各自的放大器504A-504N、505A-505N和506A-506N的增益不同以外，模态滤波器信道500A-500N是一样的。如这里所述，设定模态滤波器信道500A-500N中放大器的增益，使得每个模态滤波器信道500A-500N输出一个模态响应信号，该模态响应信号对应于振动导管302中存在的一种振动模式。因为多个信道之间存在完全相同之处，所以这里只详细介绍模态滤波器信道500A-500N中的一个。
关于模态滤波器信道500A，从反馈传感器202A-202L输出的运动信号分别输入到放大器504A-506A中。放大器506A表示用于从任意数量的附加反馈传感器202A-202L中接收运动信号的任何数量的附加反馈传感器202A-202L。放大器504A具有增益AG1，放大器505A具有增益AG2，放大器506A具有增益AGL。增益AG1-AGL被称为由模态滤波器信道500A施加到线路204A-204L上的加权系数。放大器504A-506A在线路507A-509A上的输出被称为加权反馈信号。加法器510A将这些加权反馈信号相加，以在线路511A上产生一个SDOF模态响应速度信号。将线路511A上的模态响应速度信号输入到积分器512A。积分器512A将线路511A上的模态响应速度信号积分以在线路312A上产生一个模态响应位移信号。模态滤波器加权系数的选择-参照图8-9
下面参照图8和图9更加详细地讨论多信道模态滤波器310中每个信道的加权系数的选择。有许多种方法可以用于选择施加到科里奥利质量流量计驱动电路的模态滤波器加权系数。用于确定加权系数的手段并不是严格限定的，任何一种方法或方法的组合都是适合和等效的。
用于选择科里奥利驱动电路的模态滤波器加权系数的一种方法是试错法。如参照图3-5所指出的，多信道模态滤波器310的所需结果是产生对应于振动导管302上的振动模式的SDOF模态响应信号。图8为表示使用试错法选择多信道模态滤波器310的一个信道的模态滤波器加权系数的步骤的流程图。重复步骤801-804直至获得适合的SDOF模态响应信号作为例如信道500A的输出。利用一个真实的科里奥利流量计，恰当地安装之后，执行步骤801-804，借助于能够改变模态滤波器放大器增益的一个驱动电路产生所需的反馈信号。或者，可以以例如数字音频磁带格式记录所说反馈信号，并且重新施加到模态滤波器驱动电路中，使每一个信号经过步骤801-804。或者，利用科里奥利流量计的一个数值模型和相关的驱动电路执行步骤801-804。
程序从步骤800开始，进行到步骤801，在这个步骤选择第一组加权系数。在执行步骤801的过程中，在每一次执行步骤801时可以选择一组全新的加权系数(在信道500A的情况下为增益AG1-AGN)，或者在每一次执行步骤801时只为一个反馈信号选择一个新的加权系数。在步骤802过程中，将所说反馈信号施加到信道500A中，其中每个模态滤波器放大器具有在步骤801中确定的增益组。在步骤803过程中，测量并记录滤波器输出信号。处理程序从步骤803进行到判断框804。
判断框804判断所说滤波器信道输出信号是否为对应于适合的振动模式的SDOF模态响应信号。如果在判断框804的执行过程中判定所说滤波器信道的信号输出基本上是所需振动模式的SDOF模态响应信号，则处理程序进行到判断框805，在该步骤中判断在该多信道滤波器中是否存在需要加权系数的更多信道。如果判断该滤波器信道的信号输出基本上不是所需振动模式的SDOF模态响应信号，则处理程序返回到步骤801。在步骤801中选择一组新的加权系数，并且再次执行步骤802-804以确定产生SDOF模态响应信号的一组加权系数的位置。通过执行判断框804，对于信道500A-500N中的每一个重复这个步骤，直到信道500A-500N中的每一个产生对应于一种振动模式的SDOF模态响应信号为止。
为多信道模态滤波器310中的每一个信道选择加权系数的另一种方法是计算本征向量矩阵的逆矩阵或伪逆矩阵。如上所述，科里奥利流量计的振动流管呈现为多种振动模式的组合。分析流管在物理坐标系中的运动，例如在各个点和各个方向上的唯一响应，需要分析那些不容易获得有关流管运动的有用信息的关联方程。但是，也可以使用模态变换将一个物理响应向量变换为所说系统的模态响应或模态坐标。这种标准模态变换由下式给出：
(1)              χ=φη
其中：
χ为物理响应坐标向量
φ为本征向量矩阵，其中各列为所研究的流管本征向量(也称为模态向量)，和
η为模态响应坐标向量。如下所述，可以对于任何科里奥利流量计流管展开其本征向量矩阵。可以将物理向量看作是模态滤波器的输入，即反馈信号。所以由方程(1)求解η，该模态坐标响应为：(2)                       η=φTx将方程(1)变换为方程(2)的形式需要获得本征向量矩阵φ的伪逆矩阵。如果该本征向量矩阵为方阵，并且是满秩矩阵，则在方程(2)中使用本征向量矩阵的逆矩阵(φ-1)，而不使用伪逆矩阵。当来自流管的反馈信号数量等于所考虑的模式数量并且模态向量无线性相关时，所说本征向量矩阵为方阵和满秩矩阵。
下面的一个示例可以说明用于计算模态矩阵的伪逆矩阵以确定多信道模态滤波器的一个信道的加权系数的程序。可以使用流量计的物理模型或数值模型建立所说的本征向量矩阵。在下列示例中，使用了流量计的一个数值模型。
为CMF100型科里奥利质量流量计(由Boulder，Colorado的MicroMotion公司制造)的流管建立一个有限阵元模型。该模型固定在流管末端，在一个物理流量计上，它与流量计集管相连。有限元模型技术对于本领域技术人员来说是众所周知的，不构成本发明的一部分。该示例性有限元模型是利用SDRC原理建立的，并利用从MacNeal-Schwendler获得的一种有限元码，MSC／NASTRAN进行分析。有限元模型领域的技术人员知道可以选择性地使用任何有限元码。建立反馈传感器的位置模型以产生表示磁体流管与线圈流管上对应于右传感器、驱动器和左传感器的各个位置之间的相对运动。这些“标量点”技术在高级动态分析中是一种标准技术。参见“A Finite E1ement for theVibration Analysis of a Fluid Conveying Timeshenko Beam”(AIAAPaper93-1552)，其中可以获得有关科里奥利流量计有限元模型的更多信息。
从有限元模型中抽取CMF100模型的本征值系数，以建立所说CMF100传感器的下列3行×10列本征向量矩阵：方程(3)所示完全的本征向量矩阵φfull中每一行对应于流管上的一个物理位置。第一行对应于左传感器位置，第二行对应于驱动器位置，第三行对应于右传感器位置。完全本征向量矩阵φfull中的每一列对应于一种振动模式。有限元模型以已知的方式利用这个矩阵建立由拾取传感器所产生信号的模型。如下所述，这个矩阵用于展开驱动电路模态滤波器中每个信道的加权系数。在该完全本征向量矩阵φfull中含有0的列(模式)为“同相模式”。这意味着在这些流管之间不存在相对运动，因为两根流管均以相同速度和方向运动。因此，用于产生反馈信号的传感器，在本例中为速度传感器，用于滤除所有同相模式，所以它们被用作一种模态滤波器。通过消除所有同相列，可以简化该完全本征向量矩阵。
Figure 9980328400201
方程(4)为一个简化本征向量矩阵φreduced。利用简化的本征向量矩阵φreduced可以将方程(1)，标准模态变换，重新写为：其中ηb为第一异相弯曲模式模态坐标响应，ηt为第一异相扭曲模式模态坐标响应，η2b为第二异相弯曲模式模态坐标响应，FSA为反馈传感器A的物理响应，FSB为反馈传感器B的物理响应，FSL为反馈传感器L的物理响应。如果已知拾取传感器响应和简化本征向量矩阵，则通过将方程(5)自左乘所说简化本征向量矩阵的逆矩阵或伪逆矩阵可以如方程(6)所示确定所说模态坐标响应。
Figure 9980328400211
通过将该矩阵导入一种标准的数学计算软件包如Mathcad中并利用在这些计算软件包中带有的标准逆函数或伪逆函数之一可以求得所说简化本征向量矩阵的逆矩阵。所得方程表示为方程(7)：方程(7)中的数值系数为科里奥利流量计驱动电路中模态滤波放大器的加权因数。例如，如果需要从反馈信号中抽取第一异相弯曲模式，如在信道500A的情况一样，则如下式所示使用上述模态滤波器向量矩阵的第一行：(8)ηb=8.2389(FSA)+16.5795(FSB)+8.2389(FSL)将该第一异相弯曲模式模态向量系数乘以103以简化方程(8)。对于图5所示的信道500A，将放大器504A的增益AG1设定为8．2389(对应于反馈传感器A的模态滤波器向量系数)，增益AG2设定为16．5795(对应于反馈滤波器B的模态滤波器向量系数)，增益AGL设定为8．2389(对应于反馈传感器L的模态滤波器向量系数)。同样，利用方程(7)中的第二行和第三行中的系数分别作为信道500B-N的加权系数。因此每个信道500A-N产生对应于在振动导管302上出现的一种振动模式的SDOF模态响应信号。将这些加权因数作为一组进行线性标定以在线路312A上产生具有适合幅值的模态响应信号，并输入到模态响应信号处理器320中。
图9为表示通过计算本征向量矩阵的逆矩阵或伪逆矩阵确定驱动电路模态滤波器系数的处理步骤的流程图。上文中以及参照图9所述本征向量矩阵逆矩阵或伪逆矩阵的计算方法对于高级动态分析领域的技术人员来说是熟知的，并且是确定驱动电路模态滤波器系数的一种有用工具。图9所示的流程图从程序单元900开始，并进行到步骤901。在步骤901中建立所说本征向量矩阵。如上所述，用于确定本征向量矩阵的本征向量的一种方法是通过建立从中抽取本征向量的流量计的有限元模型实现的。另一种方法是利用实验模态分析根据流量计的物理采样值直接确定本征向量。实验模态分析对于本领域技术人员来说是众所周知的，其方法和使用都不构成本发明的一部分。在利用适合的方法获得本征向量之后，生成所说本征向量矩阵。方程(3)为对应于流管上三个点的10种振动模式的一个完全本征向量矩阵的一个示例。该本征向量矩阵的每一列表示一种不同模式，而本征向量矩阵的行数表示自由度。然后将本征向量矩阵简化到被滤波的模式。在本例中是通过消除以0作为系数的列实现的。对于这种示例结构和这里所述的传感器，以0为系数的列(模式)为同相模式。处理程序从步骤901进行到步骤902。
在步骤902中，计算本征向量矩阵的逆矩阵或伪逆矩阵。本征向量矩阵的逆矩阵或伪逆矩阵中的每一行包含与一种特定模式相关的模态滤波器系数。通常这是利用方程(2)表示的，对于上述示例来说是用方程(7)表示的。处理程序接着进行到步骤903。
在步骤903中，如上所述，选择适合的模态滤波器加权系数，以为所说多信道模态滤波器中每一信道产生一种不同的SDOF模态响应信号。模态响应信号发生器-参照图12
图12表示模态响应信号发生器1200。模态响应信号发生器1200是用于在线路312A-312N上产生模态响应信号的多信道模态滤波器310的一种变型。模态响应滤波器1200使用频率带通滤波器1202A-1202N将一个运动信号，在本例中为反馈传感器A的输出信号，分解为模态响应信号，其中每个模态响应信号对应于振动导管302呈现的一种振动模式。参照图12和图4，构成带通滤波器1202A，以如图4所示通过频率A。同样，构成带通滤波器1202B，以通过频率B，和构成带通滤波器1202N以通过频率C，积分器1206A-1206N将线路1204A-1204N上的带通滤波信号积分以根据反馈传感器A输出的速度信号产生位移信号。在时间域滤波器领域的技术人员知道在带通滤波器1202A-1202N中可以使用许多不同的滤波技术中任何一种，其中包括，但不限于，数字信号处理技术。
在本发明的另一个实施例中，将图12所示的带通滤波器与图5所示的多信道模态滤波器结合使用。例如，将带通滤波器1202A应用于放大器504A的输出，将带通滤波器1202B应用于放大器505A的输出，而将带通滤波器1202N应用于放大器506A的输出。模态响应信号处理器-概述-参照图6
如上所述，多信道模态滤波器310，或者模态响应信号发生器1200，在线路312A-312N上产生N个模态响应信号。电路线路312A-312N输入到模态响应信号处理器320。模态响应信号处理器320处理所说的N个模态响应信号以在线路208A-208M上产生M个驱动信号。
图6为模态响应信号处理器320的一个方框示意图。模态响应信号处理器包括驱动控制器602、模态-物理力投影器604和加法器606。一般来说，驱动控制器602通过线路312A-312N接收所说的N个模态响应信号，并且对于每个模态响应信号，根据模态响应信号的所需给定值确定该模态响应信号的偏差。利用放大器610A-610N将该偏差或“模式误差信号”以模态增益(GA-GN)放大以产生一个模态激励信号，该信号在由驱动器206A-206M施加到振动导管302时，改变振动导管302的模态成分，从而所得的模态响应信号趋近于它们相应的所需模态给定值。该模态激励信号从驱动控制器602经由线路618A-618N传送到模态-物理力投影器604。
线路618A-618N上的模态激励信号在模态域中表示施加到振动导管302上的激励。但是，振动导管302自然在物理域中，所以必须将模态激励信号转换为所需的物理激励，或物理力。这种变换是利用模态-物理力投影器604实现的。模态-物理力投影器604包括用于每一模态响应信号的独立信道620A-620N。每一个驱动器206A-206M的每一信道620A-620N有一个输出。
模态-物理力投影器604的输出传送到加法器级606。如下文中更加详细描述的，将模态-物理力投影器604的输出相加，以在线路208A-208M上产生M个驱动信号。驱动控制器-参照图6
驱动控制器602包括用于N个模态响应信号中每一个信号的信道601A-601N。每个信道601A-601N的功能和操作是类似的，所以下面只详细介绍一个601A-601N。从以下对信道601A的介绍可以清楚地了解其余信道的操作。对于驱动控制器602的介绍分为对于模态给定值的第一讨论部分和对于模态增益的第二讨论部分。模态给定值
驱动控制器602的信号601A通过线路312A从多信道模态滤波器310接收一个模态响应信号。比如说，由信道601A处理的模态响应信号对应于振动导管302的第一异相弯曲模式。所说模态响应信号作为减数输入值输入到加法器级608A中。输入到减法器级608A的减数为在线路612A上的模态给定值。该模态给定值就是相应模态响应信号的所需电平。在线路614A上产生的模式误差输出信号指示出模态响应信号与模态给定值偏离的程度。在线路612A上产生的模态给定值可以是，但是不限于，由一个电压基准(未示出)产生的一个固定电压值，或者是从一个存储器(未示出)中检索到的一个值。
该模态给定值本身按照下述方式确定。如上文中参照EQN．1所述，一个系统的物理响应(χ)与一个系统的模态响应(η)通过一组模态向量(φ)相关。由于一种给定模式i在给定位置j产生的物理响应用EQN．9表示：(9)                   χi j =φjiηi其中：
χi j为由于模态i在位置j处产生的标量物理响应；
φji是本征向量矩阵在模式列i和位置行j的矩阵元；和
ηi为模式i的标量模态响应。将EQN．9重新写为EQN．10，并求解节点i的模态给定值ηi(s)。 η i ( s ) = x j i φ ji - - - - - ( 10 ) 比如说，希望第一异相弯曲模式的所需物理位移给定值(xij)在反馈传感器A中为0．015英寸。回头参见EQN．4，对应于反馈传感器A(第一行)和第一异相弯曲模式(第一列)的矩阵元(φji)为25．1。因此，模式i的模态给定值ηi等于0．0006。模态增益
减法器级608A将线路312A上的模态响应信号从线路612A上的模态给定值中减去以在线路614A上产生一个模式误差信号，传送到增益级610A。如上所述，驱动控制器602的每个信道将一个模态响应信号转换为模态激励信号，该记录信号在施加到振动导管302上时，引起振动导管振荡，从而所说模态响应信号趋近于给定模式的模态给定值。在线路614A上的模式误差信号由模态增益级610A放大。在一个线性、时间不变系统中，该模态响应通过系统参数，即质量刚性和阻尼与模态激励相关。在模态空间中，这些参数为模态质量、模态刚性和模态阻尼。对于具有质量正则化本征向量的一个系统，模态质量为一，模态刚性为自然频率的平方。在谐振频率激励的一个系统中，与在科里奥利流量计的情况一样，从模态响应到模态激励的额定增益用EQN．12表示：(2ζω2 n)·ηi=Ni  (11)其中：
ζ为阻尼；
ωn为模式频率；
ηi为模式i的模态响应；和
Ni为模式i的模态激励。使用本例，其中模态给定值，即所需模态响应由EQN．11给出，由增益级610A施加的增益G设定为如EQN．12所示，如下式：
G=2ζω2=2·(.0005)·(106．2·2π)2=445.254sec-2     (12)所以增益级610A具有增益445．254。因此线路618A上的驱动激励信号为需要在振动导管302上施加的模态力，以使对应模式的模态响应信号与响应的模态给定值匹配。其余的步骤，如下所述，是将所说模态激励变换为物理激励，所说物理激励以驱动信号的形式施加在线路208A-208M上。对于剩余模态响应信号中每一个的剩余信道601B-601N中的每一个相对于驱动控制器602的信道重复上述的过程。
应当指出，本发明提供直接作用于科里奥利流量计的一种或多种模式的一种装置。例如，如果希望抑制某种模式，则该模态给定值为零。因此，在相应的模态响应信号中的任何信号都产生一个模式误差信号。如果希望抑制多种模式，则将每种适合模式的模态给定值设定为零。同样，通过选择激励每种模式的适合模态给定值，可以选择激励多种模式。模态-物理力投影器-参照图7
驱动控制器602输出一个标量模态激励信号，必须将该信号展开为一个向量信号以驱动所说m个驱动器中的每一个。确定一个模态-物理力投影器向量，向量中每个阵元为驱动控制器602施加到输出618A-618N的增益，以将每个驱动器的标量模态激励信号换算为适合的幅值。
标量模态驱动信号Nr为将模式r驱动到所需响应幅值的模态力。在模式r施加到传感器的实际模态力为Nr autual，如方程13所示。其中：Fr为激励所需模式所需的物理力向量；Nr为标量模式驱动信号；和φr T为模态本征向量矩阵中一行的转置。为了确保所需的Nr actual=Nr，物理力向量Fr应当满足下列关系，φr TFr=1。存在许多满足该关系式的不同物理力向量。事实上，任意与φr不完全正交，即φr TFr=0，的随机向量Ar可以变换为所需的物理力向量Fr，如下式所示： F r = A r φ r T A r - - - - ( 14 ) 应当指出，物理力向量(Fr)是一个m行的单列向量，其中每一行对应于一个特定驱动位置。还应当指出，需要将φr T简约到驱动物理位置。这使得矩阵φr T不同于用于模态滤波器和驱动控制器构造的矩阵，后者被简约到反馈传感器位置。需要从EQN．14中求解物理力向量(Fr)，即需要倒置EQN．14。这是通过求出向量Ar实现的，从而：Ar Tφr=1         (15)将EQN．15两侧乘以向量Ar，则将模态激励变换为物理力，如EQN．16所示：ArNr=Fr        (16)EQN．16为两个向量的点积，这意味着正在处理向量，而不是矩阵。应用向量的某些特性，可以确定将向量Ar表示为EQN．17所示： A r = φ r | φ r | · | φ r | - - - - ( 17 ) 其中符号| |为向量长度算符。
现在针对科里奥利流量计具有两个驱动器(m=2)的情况演示力投影计算的一个示例。参见EQN．6，使两个驱动器之一的位置与反馈传感器A重合，而使另一个驱动器的位置与反馈传感器L重合。在第一异相弯曲模式，如EQN．18所示计算出Ar：已经参照EQN．9-10给出对于这个示例所说第一异相弯曲模式的模态给定值为0．0006。参照EQN．11-12给出对于这个示例所说第一异相弯曲模式的模态增益为445．254sec．-2。因此，模态给定值乘以所说这个示例中所说第一异相弯曲模式的模态增益，即线路618A上的标量模态激励信号，其结果等于0．2672。将这些数值代入EQN．15以确定所说第一异相弯曲模式的物理力向量Fr，如EQN．19所示：
Figure 9980328400283
这个结果表明为了驱动该传感器在所需的第一异相弯曲模式下工作，应当向两个驱动器施加0．0106lbs的作用力。类似地可以求得由本发明的驱动系统所作用的各种感兴趣模式的力投影向量。
为了使本发明的驱动系统在特定的驱动方案下达到最佳，应当考虑选择适合的力投影向量。在选择向量形状时可能需要考虑一系列问题。首先，应当使任何驱动必须产生的、用以达到所需流管振动幅值的峰值力最小。另一个需要考虑的问题是使其它模式的剩余响应最小。
图11为一流程图，下面作为本发明的概要进行讨论。在图7中可以更加详细地看到图11中的步骤1114。图7从与图11所示步骤1112对应的步骤700开始。如上所述，对于每一模态响应信号有一个独立的力投影信道620A-620N。在步骤702过程中，力投影矩阵是通过将总的本征向量矩阵简约为与适合模式相关的一个单列向量而确定的。然后程序进行到步骤704。
在步骤704过程中，如上所述，通过利用标准的向量特性确定倒置矩阵(Ar)。处理程序现在进行到步骤706。在步骤706过程中，从EQN．15求解力投影向量(Fr)。步骤704和706具有将力投影矩阵变换为正确幅值的作用，如EQN．14所示。然后处理程序进行到步骤708。在步骤708过程中，将力投影器每个信道的响应力相加以产生m个驱动信号。程序接着进行的步骤710，并返回到图11所示的步骤1112。
模态-物理力投影器604是利用分立模拟元件实现的，如驱动电路40其余部分所示。或者，可以通过使用模数转换器(ADC)将模拟运动信号转换为数字信号来实现模态-物理力投影器604和驱动电路40的其余部分。然后使用数字信号处理(DSP)技术处理所说数字信号，并利用数模转换器(DAC)将所得的驱动信号转换回模拟信号。在电信号处理领域中的那些技术人员熟知有许多不同的模拟或数字(ADC、DSP、DAC)方案可以用于实现本发明的教导，所有这些都是等效的，并且属于本发明的范围内。加法器级-参照图6
从模态-物理力投影器604输出的信号在加法器级604中相加以产生驱动信号208A-208M，如下所述。如上所述，模态-物理力投影器604的各个信道620A-620N产生与驱动器206数目相同的多个输出(M)。加法器622A将例如，所有对应于驱动器A的模态-物理力投影器604输出相加以产生驱动信号208A。因此，输出620ADA、620BDA和620NDA都输入到加法器622A中。加法器622A的输出为驱动信号208A。驱动信号208A-208N以相似的方式由加法器622B-622M的操作形成。驱动器数目M可以不同于模态响应信号N，而N可以不同于运动信号数目L。多种操作配置-参照图10
本发明驱动系统的独特设计使得仅仅通过选择不同的一组模态给定值就能够明显和完全改变驱动方案。通过为每一种操作配置设定不同的模态给定值，本发明的通用模态空间驱动控制系统可以以不同的操作配置工作。例如，流量计5的一种第一工作模式是质量流量配置。在质量流量配置中，例如图1所示的流量计5，激励所说的第一异相弯曲模式，而抑制其它模式。流量计5的第二种配置是压力测量配置。在压力测量配置中，同时激励所说第一异相弯曲模式和第一异相扭曲模式，而抑制其它模式。流量计5在第一和第二操作配置之间转换，并且其驱动方案对于各种模式最佳化。
图10与图6相似，表示模态响应信号发生器320，但是增加了存储器1002和操作配置选择器1004。存储器1002为例如一个只读存储器(ROM)。在存储器1002中存储着一个模态给定值表(未示出)。该模态给定值表包括流量计的各种操作配置的一组N个模态给定值。每一组N个模态给定值包括对应于所说N个模态响应信号的一个模态给定值。操作配置选择器1004经由线路1006向存储器1002提供一个控制信号，其利用存储器1002确定了在线路612A-N上的一组模态给定值输出。操作配置选择器1004和存储器1002可取的是构成流量计电路20的一部分。操作配置选择器1004可以是例如流量计电路20中的一个微处理器(未示出)。从一种第一操作配置到一种或多种替换配置的转换可以利用任意多种方式实现，而不限于本发明。一个例子是操作配置选择器1004可以设置成每隔30秒在一种第一操作配置与一种第二操作配置之间转换。另一个例子是操作配置选择器1004可以这样设置，使得一种第一操作配置为默认操作配置，而一种第二操作配置仅仅在例如使用者按下流量计5上一个要求进行压力测量的按钮时才使用。此外，一种第一操作配置可以总是处于有效状态，而除了所说第一操作配置以外，周期地使用一种第二操作配置。概述-参照图11
图11为本发明驱动系统的流程简图。步骤1102-1106涉及振动管的物理运动转换为SDOF模态响应信号。步骤1108-1112在模态域中操作以从模态响应信号产生模态激励信号。正是在模态域中控制信号影响振动模式。步骤1114-1118将模态激励信号变换到物理域，将激励信号映射到驱动器，并将所说驱动信号施加到驱动器。
当科里奥利流量计或密度计开始工作时，处理程序从步骤1102开始。在步骤1104，从L个反馈传感器接收指示一根振动导管上各个点的运动的L个运动信号。在步骤1106，从L个运动信号产生N个模态响应信号。每个模态响应信号，通常为一个SDOF信号，对应于在振动导管上存在的一种振动模式。所说的N个模态响应信号在步骤1108输入到一个N-信道驱动控制器中。
在步骤1110，通过将每个模态响应信号施加到其对应的模态给定值，产生每个模态响应信号的一个模式误差信号。在步骤1112中将所说模式误差信号放大一个模式增益以产生每个模式的一个模态激励信号。
在步骤1114，将每个模态激励信号变换为一个物理力向量，其中所说物理力向量的每一个向量元对应于m个驱动器中的一个。在图7中更加详细地表示了步骤1114。处理程序接着进行到步骤1116，在这个步骤所说的m个驱动信号被施加到所说的m个驱动器中，使得所说振动导管以所需模式振动。处理程序包括步骤1118。
虽然在本申请中公开了一些具体的实施例，但是可以预料得到，本领域的技术人员能够并且将会设计或者在字面意义上或者在等同原则下落入本申请权利要求范围内的驱动控制系统的替代形式。

Claims (23)

1、一种驱动电路(40)，其产生驱动信号，并将所说驱动信号施加到安装在一根导管(103A-103B)上的一个驱动装置(104)上以使所说驱动装置(104)振动所说导管(103A-103B)，其中所说驱动信号是根据由所说驱动器电路(40)从固定在所说导管(103A-103B)上的运动传感器(105-105’)接收的运动信号而产生的，所说运动传感器响应所说导管(103A-103B)振荡产生所说运动信号，所说驱动电路(40)包括：
一个模态响应信号发生器(310)，其用于响应接收到所说运动信号而产生n个模态响应信号，所说的n个模态响应信号中的每一个对应于所说导管(103A-103B)的多种振动模式中不同的一种，其中n大于1；
一个驱动控制器(602)，其用于响应所说n个模态响应信号的产生而产生n个模态激励信号，其中所说的n个模态激励信号中的每一个表示实现所说多种振动模式中对应的一种模式的所需模态响应电平而必需的模态激励；和
一个模态-物理力投影器(604)，其用于响应所说n个模态激励信号的产生而产生所说驱动信号。
2、如权利要求1所述的驱动电路(40)，其中所说的驱动装置(104)包括固定在所说导管(103A-103B)上的m个驱动器(206A-206M)，所说的m个驱动器(206A-206M)中每一个对应于由所说驱动电路(40)产生的m个驱动信号中的一个。
3、如权利要求2所述的驱动电路(40)，其中所说的模态-物理力投影装置(604)包括：
m个模态-物理力信道(620A-620N)，其用于响应所说n个模态激励信号的产生而产生所说m个驱动信号。
4、如权利要求1所述的驱动电路(40)，其中所说模态响应信号发生装置(310)包括：
n个频率带通滤波器(1202A-1202N)，其中所说的n个频率带通滤波器(1202A-1202N)接收由所说运动传感装置(105-105’)产生的运动信号之一作为输入信号，并输出所说n个模态响应信号之一。
5、如权利要求4所述的驱动电路(40)，其中所说模态响应信号发生装置(340)还包括：
n个积分器(1206A-1206N)，用于积分所说n个模态响应信号中的每一个。
6、如权利要求1所述的驱动电路(40)，其中所说传感装置(105-105’)包括：
L个运动传感器(202A-202L)，其用于产生指示所说导管(103A-103B)在所说L个运动传感器固定在所说导管上的一个位置点处的移动的L个运动信号，其中所说L个运动信号中的每一个信号在多种振动模式中的每一种模式下都具有模态成分。
7、如权利要求6所述的驱动电路(40)，其中所说模态响应信号发生装置包括：
n个模态滤波器信道(500A-500N)，每个信道接收所说L个运动信号中至少两个作为输入信号，并且各自产生所说n个模态响应信号中的一个作为输出。
8、如权利要求7所述的驱动电路(40)，其中所说n个模态滤波器信道(500A-500N)中每一个包括：
第一加权装置(504)，其用于向所说至少两个运动信号中的第一个信号作用一个第一加权系数以生成一个第一加权信号；
第二加权装置(505A)，其用于向所说至少两个运动信号中的第二个信号作用一个第二加权系数以生成一个第二加权信号；和
模态滤波器加和装置(510A)，其用于将所说第一加权信号与所说第二加权信号结合以产生所说n个模态响应信号之一。
9、如权利要求7所述的驱动电路(40)，其中所说n个模态响应信号中的每一个信号基本是与所说多种振动模式之一对应的一个单自由度模态响应信号。
10、如权利要求8所述的驱动电路(40)，其中所说第一和第二加权系数是通过试错法(800-806)确定的。
11、如权利要求8所述的驱动电路(40)，其中所说第一和第二加权装置是通过实验分析确定的。
12、如权利要求8所述的驱动电路(40)，其中所说第一和第二加权装置是通过数值分析(900-904)确定的。
13、如权利要求1所述的驱动电路(40)，其中所说驱动控制器(602)包括：
n个驱动控制器信道(601A-601N)，每个信道分别具有所说n个模态响应信号之一作为输入，并且分别产生所说n个模态激励信号之一作为一个输出。
14、如权利要求13所述的驱动电路(40)，其中所说n个驱动控制器信道(601A-601N)中每一个信道包括：
一个模态响应给定值装置(612A-612N)，其用于限定所说多种振动模式中给定的一种模式的所说模态响应电平；和
比较装置(608A-608N)，其用于将所说模态响应电平与所说n个模态响应信号中对应的一个进行比较以产生一个模式误差信号；和
增益装置(610A-610N)，其响应所说模式误差信号的产生而产生所说n个模态激励信号之一。
15、如权利要求14所述的驱动电路(40)，其中用于所说n个驱动控制器信道(601A-601N)中至少一个信道的所说模态响应给定值装置(612A-612N)限定对应于所说n个驱动控制器信道(601A-601N)中所说至少一个信道的所说n个模态响应信号之一的一个零值模态响应电平，从而从所说n个驱动控制器信道(601A-601N)中所说的至少一个信道产生一个相应的具有零电平值的所说模态激励信号。
16、如权利要求14所述的驱动电路(40)，其中用于所说n个驱动控制器信道(601A-601N)中至少一个的所说模态响应给定值装置限定对应于所说n个驱动控制器信道(601A-601N)中所说至少一个的所说n个模态响应信号之一的一个非零值模态响应电平，从而从所说n个驱动控制器信道中所说至少一个信道产生一个相应的具有非零值电平的所说模态激励信号。
17、如权利要求1所述的驱动电路，它还包括：
选择装置(1004)，其用于选择所说驱动电路的多种操作配置中的一种；
调整装置(1006)，其用于响应对所说多种操作配置中的一种的选择而调整模态响应给定值。
18、如权利要求17所述的驱动电路，其中所说选择装置包括：
一个存储器(1002)，其中包含所说多种操作配置中每一种的一组所说模态响应给定值；和
一个操作配置选择器(1004)，其用于从所说存储器中选择所说的多组模态响应给定值中的一组。
19、如权利要求18所述的驱动电路(40)，其中所说调整装置包括：
响应所说操作配置选择器、用于以第二组模态响应给定值代替所说n个驱动控制器中的第一组模态响应给定值。
20、如权利要求1所述的驱动电路(40)，其中所说模态-物理力投影装置(604)包括：
n个模态-物理信号变换装置(620A-620N)，每个变换装置分别以所说n个模态激励信号之一作为输入，并且分别响应所说n个模态激励信号中对应的一个而产生一个驱动分量信号；
所说驱动分量信号表示所说驱动器为使相应振动模式达到所需模态相应电平而必需的作用力；和
加法装置(606)，其用于将由所说n个模态-物理信号变换装置输出的所说n个驱动分量信号输出相加，以产生所说驱动信号。
21、一种用于产生驱动信号和将所说驱动信号施加到固定在一根导管(103A-103B)上的一个驱动系统以使所说驱动系统(104)振动所说导管(103A-103B)的方法，所说方法(1100)包括以下步骤：
从L个运动传感器(202A-202L)接收运动信号，其中所说L个运动信号中每一个信号都是由所说运动传感器(202A-202L)中的一个产生的，并且表示所说导管(103A-103B)在所说的一个运动传感器固定于所说导管上的一个位置点的移动，所说L个运动信号在多种振动模式下具有模态成分；
分解(1108)所说L个运动信号，以产生n个模态响应信号，其中所说n个模态响应信号中的每一个对应于所说多种振动模式中不同的一种模式；
响应所说n个模态响应信号产生(1112)n个模态激励信号，其中所说n个模态激励信号中每一个表示达到相应的所说对应振动模式所需的模态响应电平而必需的模态激励；
将所说n个模态激励信号从模态域变换(1114)到物理域以构成m个驱动信号；和
将所说m个驱动信号施加(1116)到m个驱动器(206A-206M)以使所说导管振动，其中m至少等于1。
22、如权利要求21所述的方法，其中所说分解步骤(1108)包括：
通过n个模态滤波器信道(500A-500N)滤波所说L个运动信号，其中所说n个模态滤波器信道中每一个信道接收所说L个运动信号作为输入，并且输出所说n个模态响应信号之一。
23、如权利要求21所述的方法，其中所说产生步骤(1112)包括：
在n个对应的驱动控制器信道中和在所说n个对应驱动控制器信道的每一个中接收所说n个模态响应信号；
将所说n个模态响应信号中对应的一个从一个对应的模态响应给定值中减去，以产生一个对应的模式误差信号；和
将所说对应模式误差信号放大一个模式增益以产生一个对应的模态激励信号。
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