操作用于确定流体变量的测量装置的方法以及测量装置
阅读说明：本技术 操作用于确定流体变量的测量装置的方法以及测量装置 (Method for operating a measuring device for determining a fluid variable, and measuring device ) 是由 M·梅尔 A·麦丁格 A·霍夫曼 M·施密特 于 2020-09-22 设计创作，主要内容包括：本申请涉及一种用于操作测量装置(1)的方法,测量装置包括振动换能器(5),振动换能器通过测试激励信号(13)驱动,以在流体中激励波(7),波沿传播通路(8)往回引导至振动换能器或引导至至少一个附加振动换能器(6),从而激励振动换能器或附加振动换能器振动,获取与该振动相关的输出信号(14),并确定输出信号的、位于分析间隔(16)中那一段的频率(18),一旦振动换能器激励波的驱动结束和/或一旦达到或超过振动幅值的最大值(42),分析间隔就开始,和/或在满足激发条件时,错误消息或通知(19)输出给用户和/或测量装置外部的装置,和/或测量装置处于故障状态。本申请还涉及一种用于确定流体变量的测量装置。(The application relates to a method for operating a measuring device (1) comprising a vibration transducer (5) driven by a test excitation signal (13) to excite a wave (7) in a fluid, the wave being guided back along a propagation path (8) to the vibration transducer or to at least one additional vibration transducer (6) to excite the vibration transducer or the additional vibration transducer to vibrate, an output signal (14) being obtained relating to the vibration, and the frequency (18) of the output signal in that section of the analysis interval (16) being determined, the analysis interval being started as soon as the driving of the excitation wave of the vibration transducer is ended and/or as soon as a maximum value (42) of the vibration amplitude is reached or exceeded, and/or an error message or notification (19) being output to a user and/or to a device external to the measuring device when excitation conditions are met, and/or the measuring device is in a fault state. The application also relates to a measuring device for determining a fluid variable.)
技术领域
本发明涉及一种用于操作测量装置的方法，该测量装置用于确定与流体和/或流体的流体流量相关的流体变量，且该测量装置包括：测量容器，该测量容器保持流体和/或流体流过该测量容器；以及振动换能器，该振动换能器布置在测量容器上。本发明还涉及一种用于确定与流体和/或流体的流体流量相关的流体变量的测量装置。
背景技术
超声波测量仪是检测与流体相关的流速或其它测量变量的一种可能方式。这些测量仪使用至少一个超声波换能器，以便使得超声波耦合至流过测量管的流体中，该超声波沿直通路或在壁或特殊反射元件处几次反射之后被引导至第二超声波换能器。通过测量管的流速能够由当发射器和接收器互换时超声波在超声波换能器之间的传播时间的传播时间差来确定。对于其它测量任务，例如用于从流体中的声速来识别流体，甚至只使用一个超声波换能器(波被引导回该超声波换能器)可能就足够。
为了能够将这种测量装置很容易地集成至流体回路中，优选是该装置有节省空间的设计和实现低能量消耗，例如使得电池能够在更长的时间间隔中操作。当这里使用具有特殊频率的信号来激励超声波时，对于给定的振动换能器尺寸和给定的激励功率，接收信号的幅值通常取决于该频率，其中，接收信号的特别大信号幅值能够在系统的特殊谐振频率下实现。为了获得高信号质量和也因此获得高测量精度，因此优选是能够在测量系统的谐振频率或至少接近测量系统的谐振频率来操作振动换能器。由于部件公差，相关的谐振频率(特别是它对测量参数变化的响应，例如对温度变化的响应)可以在测量装置(该测量装置原则上是相同构造)之间变化，或者可以作为测量装置的老化处理的一部分而改变。
为了自动调节操作频率的操作点，文献EP2725353B1提出了间隔地改变超声波传感器的驱动频率，并对于各间隔确定由超声波接收器接收的信号的强度。驱动频率改变，直到接收信号强度达到最大值。因为这需要执行相对大量的测量过程，直到能够确定操作点，因此，调整操作点将需要相对大量的能量，并在该时间间隔中不能进行流速测量，或者至少不能进行最佳流速测量。
发明内容
因此，本发明的目的是确定一种用于操作测量装置的方法，在该方法中，能够以很少的能量和/或时间消耗来确定在测量中使用的激励信号，特别是所述激励信号的频率，和/或能够很容易地识别谐振频率的变化。
根据本发明，该目的通过在引言中所述类型的方法来实现，其中，测量装置的控制装置通过测试激励信号来驱动振动换能器，以便在流体中激励波，波沿传播通路引导回该振动换能器或引导至测量装置的至少一个附加振动换能器，该附加振动换能器布置在测量容器上，从而激励该振动换能器或附加振动换能器振动，其中，控制装置获取与该振动相关的输出信号，并确定输出信号的、处于分析间隔中的那一段的频率，其中，一旦振动换能器激励波的驱动结束，和/或一旦达到或超过振动幅值的最大值，分析间隔开始，其中，流体变量的确定根据确定的频率来执行，和/或在满足激发条件的情况下(该激发条件的满足取决于确定的频率)，错误消息或通知输出给用户和/或测量装置外部的装置，和/或测量装置处于故障状态，其中，特别是不执行流体变量的确定。
当波由非常宽带的激励信号来激励时，接收振动换能器的振动将激励成具有与系统的谐振频率相等的主频率。所述主频率可以确定为例如功率密度频谱的最大值，或者使用频率计数器来确定。不过，为了实现振动从振动换能器到附加振动换能器的稳固传输，或者沿传播通路返回至相同振动换能器的稳固传输，应当使用相对窄带的激励信号，例如确定激励的主频率的周期信号，该周期信号由幅值包络(envelope)来调制。不过，这样做的结果是，激励信号的相应频谱分布施加在输出信号上，因此当分析整个输出信号时，激励信号的主频率或处于该频率和实际谐振频率之间的中间频率通常确定为明显的谐振频率。
在本发明的上下文中，已经发现，该问题能够通过只考虑分析间隔来避免或显着减少，该分析间隔一旦在振动换能器激励波的驱动完成时或一旦振动的幅值达到或超过最大值时就开始。这是由于在通过振动换能器的驱动或通过入射波来激励振动的过程中，即在所述时间之前，发生了振动换能器或附加振动换能器的强制振动，它的频率由外部激励的频率来确定。另一方面，一旦振动换能器激励波的驱动结束，特别是当能够附加延迟该波返回振动换能器或到附加振动换能器的预期传输时间时，或者一旦达到振动幅值的最大值时，可以假设至少对于大多数分析间隔，该振动换能器或附加振动换能器自由振动，因此振动频谱由系统或振动换能器或附加振动换能器的谐振频率来支配。通过只考虑在分析间隔内的输出信号，能够至少大致消除测试激励信号的频谱对确定的输出信号频谱的影响，因此能够通过单次测量而高精度地确定在分析间隔内的输出信号的频率，特别是该系统或振动换能器或附加振动换能器的谐振频率。因此，能够特别将激励频率调整至系统(或特别是振动换能器)的确定谐振频率。
特别是，确定的频率能够是在分析间隔中的输出信号的主频率。后面将更详细地介绍用于确定该主频率的各种选择。作为根据本发明的方法的一部分，特别是，测量激励信号的激励频率根据确定的频率来确定。所述激励频率可以与确定的频率相同，可以与该确定频率偏移固定的偏移量，可以使用查找表来确定等。特别是，该频率可以是周期性信号的频率，例如正弦波或方波。周期性信号能够通过包络进行调幅，例如是确定长度的方波函数、余弦平方窗口或Blackman-Harris窗口等。
如后面更详细所述，确定的频率优选是用于确定用于振动换能器的激励信号，该激励信号用于确定流体变量。另外或者也可选择，当确定流体变量时，特别是当处理测量数据时，能够考虑取决于该确定频率的参数或校正因子。例如，所述参数或校正因子能够从查找表中确定，该查找表例如根据经验来获得。例如，能够使用校正因子来校正由于测量装置的老化或环境条件(例如温度)而产生的影响，该老化或环境条件也影响系统中的谐振频率或主频率。
另外或者也可选择，在根据确定的频率来确定流体变量时，在某些条件下，能够根据确定的频率来给出通知或输出错误消息。例如，当确定的频率处于目标范围之外，或者与目标值的偏差大于限制值时，可以满足用于给出通知或用于错误消息的激发条件。例如，能够确定为确定频率的、测量装置的谐振频率可以由于振动换能器或附加振动换能器的老化或损坏而变化。谐振频率的轻微变化能够通过调整测量激励信号来抵消。不过，当出现的偏差太大时，或者偏差的大小表明测量精度可能受影响时(例如由于测量装置的老化或损坏)，能够将此通知给用户，或者能够向测量装置外部的装置给出合适的通知或合适的错误信息，特别是通过无线给出，例如以便建议维修测量装置或更换某些部件。通知能够通过安装在测量装置上的通知装置来给出，例如通过扬声器、显示器等。不过，例如也能够为了给出通知的目的而通过无线电链路来发送合适信号，例如，发送给测量装置的供应商或制造商的中心装置或监视系统，或者发送给用户的手机。另外或者也可选择，在满足激发条件时，测量装置能够转换至故障状态。在故障状态中不能获取测量值，或者在故障状态下获取的测量数据标记为错误。当确定的频率表示测量装置的特性显著变化时，这能够防止获取损坏的测量数据，或者获取不具有保证精度的测量数据。
当如上所述在时间上间隔开的多个瞬间来确定频率时，还可以优选是为了诊断目的而存储和/或分析所确定的频率的变化。例如，能够识别在振动换能器的使用周期接近结束时的频率特征变化，或者能够识别频率的阶跃变化，该阶跃变化可以表示例如振动换能器的损坏，例如裂缝等。
在下面的解释和示例中，重点在于具有振动换能器的测量装置，该振动换能器用于使得波直接耦合(couple)至流体中，并直接从该流体中接收波。不过，根据本发明的教导能够同样地应用于这样的测量装置，其中，使得波耦合至流体中和/或从流体中出来通过测量容器的壁(例如管壁)间接地进行。例如，振动换能器和/或附加振动换能器能够设置成首先在测量容器的壁中激励引导波，该引导波再使得波耦合至流体中。例如，Lamb波能够作为引导波而耦合至测量容器的壁中。
确定流体变量优选是至少在这种程度上取决于确定的频率，即测量激励信号根据确定的频率来确定，控制装置将该测量激励信号输出至振动换能器或附加振动换能器作为确定流体变量的一部分。特别是，测量激励信号的激励频率能够根据确定的频率来确定，并例如设置成该频率。因此，例如能够实现在振动换能器的谐振频率进行激励。这能够以相对较小的能量输入来获得足够的信号幅值，从而保证测量装置具有较低能量消耗。
控制装置能够根据输出信号来确定数字测量数据，该数据描述了输出信号的瞬时变化，其中，达到振动幅值最大值的频率和/或时间根据数字测量数据来确定。在这种情况下，输出信号优选是由模数转换器来转换，该模数转换器的转换率比测试激励信号或测量激励信号的主频率更大，或者比确定的频率或要确定的谐振频率更大，例如大至少3或5或10倍。对测量数据的数字化处理使得例如能够特别容易地确定输出信号的包络，因此确定幅值的最大值。另外，能够不费力地确定分析间隔或分析间隔的子间隔的功率密度频谱，例如通过Fourier变换，特别是快速Fourier变换，因此能够很容易地确定主频率(作为功率密度频谱的最大值)。数字测量数据的获取能够例如在波的激励结束时开始，或者以确定时间间隔来相对于它偏移。
频率能够通过确定在分析间隔中的输出信号的功率密度频谱的最大值来确定，或者通过分析在输出信号与分析间隔内的高于和/或低于确定限制值的交点(crossover)之间的时间间隔来确定。如上所述，能够对数字测量数据进行分析。在这种情况下，功率密度频谱能够通过Fourier变换来产生。还能够很容易地在数字测量数据中确定在与高于或低于限制值的零交点或其它交点之间的间隔。不过，还能够确定在与高于和/或低于确定限制值的交点之间的时间间隔，特别是在零交点之间的时间间隔，而并不预先模数转换，例如通过频率计数器、周期测量或(通常是)时间数字转换器。
控制装置能够确定输出信号的包络或瞬时信号幅值，其中，分析间隔的开始和/或结束取决于该包络或瞬时信号幅值。特别是，输出信号或数字测量数据的、在与高于和/或低于限制值的每两个交点之间(因此特别是在每两个零交点之间)的最大值或最小值能够确定为瞬时信号幅值。包络能够例如通过低通滤波调整(squared)或以其它方式整流的输出信号或相应处理数字测量数据来确定。
特别是，分析间隔能够在振动幅值的最大值处或在该最大值之后的确定时间处开始，其中，最大值能够由信号幅值包络或瞬时信号幅值来确定。分析间隔的结束能够选择为这样，使得在分析间隔结束时的瞬时信号幅值或包络降低至低于确定限制值。如已经解释，分析间隔开始的所述选择能够使得测试激励信号的频谱对确定的频率没有影响或只有很小影响。分析间隔结束的所述选择能够有利于从频率确定中排除输出信号或数字测量数据由噪声支配的时间间隔。
由于在根据本发明的、用于频率确定的方法中，只考虑分析间隔，而不是整个输出信号，因此，甚至在该阶段也能够显著减小测试激励信号的频谱对确定频率的任何影响，如前所述。不过，当测试激励信号的主频率非常接近要确定的频率时，可能不利于频率确定的精度。另外，应当避免要确定的频率处于功率密度频谱的最小值处，因为这能够使得更难识别谐振频率。
因此，在根据本发明的方法中，能够使用一种测量装置，其中，对于给定的测试激励信号幅值，输出信号的幅值有对于至少一个谐振频率的局部最大值，其中，测试激励信号是由包络调幅的周期信号，谐振频率和周期信号的激励频率相差该谐振频率的至少1％或至少3％，和/或激励频率和包络选择为使得测试激励信号的功率密度频谱的最小值与谐振频率偏移该谐振频率的至少1％或至少3％。优选是，谐振频率和周期信号的激励频率能够相差该谐振频率的5％或更多，和/或测试激励信号的功率密度频谱的最小值能够与谐振频率偏移该谐振频率的5％或更多。
当使用一种测量装置，其中输出信号的幅值将有对于至少一个附加谐振频率或主频率(当白噪声用作激励信号时)的局部最大值，且测试激励信号是由包络调幅的周期信号，优选是包络能够选择为使得测试激励信号的频谱有在附加谐振频率或主频率处的局部最小值。例如，对于矩形或脉冲形状的包络，脉冲的宽度能够这样选择。当测试激励信号的频谱有对于一个频率的最小值时，该频率也在输出信号中被抑制。从而能够防止附加的，不希望的谐振或主频率使得在检测频率或谐振频率中引起误差。
对于超声波换能器，谐振频率可以在1MHz附近，例如能够处于1.05MHz。因此，所述偏移能够是例如至少10kHz、至少30kHz、或者50kHz或更大。优选是，谐振频率能够是这样的频率，该频率在根据本发明的方法中确定为确定频率。对于给定的测试激励信号幅值，输出信号的幅值能够特别有在谐振频率处的总体最大值。不过，测量通路或者振动换能器或附加振动换能器也能够有多个谐振频率，其中，例如激励将在并不是总体最大值的谐振频率处进行。
例如，测试激励信号的功率密度频谱的最小值与谐振频率的充分偏移能够通过使得测试激励信号的功率密度频谱的主要最大值相对较宽来实现，例如有至少10％或至少20％或至少30％的谐振频率的宽度。
周期信号的最多25个或最多15个或最多10个周期能够位于包络内。例如，周期信号的6个或12个周期能够位于包络内。测试激励信号的功率密度频谱的主要最大值的较大宽度能够通过使用相对较短的包络来实现。特别是，测试激励信号的幅值能够在包络的规定长度之外为零。方波函数能够用作包络，因此，例如在没有附加调幅的情况下输出周期信号的所述数量周期，而在该数量周期之前和之后并不输出信号。周期信号例如能够是正弦波。
测量激励信号的测量激励频率能够根据确定的频率而从查找表中读取。通过确定合适的查找表，能够消除在确定频率(例如谐振频率)时的系统误差。同样，当需要时，使用合适的查找表能够保证激励发生在与谐振频率相关的确定位置。也可选择，确定的频率能够直接用作测量激励频率，和/或确定的频率能够进行缩放，和/或可以添加偏移，以便确定测量激励频率。
除了根据本发明的方法之外，本发明还涉及一种测量装置，用于确定与流体和/或流体的流体流量相关的流体变量，该测量装置包括用于保持流体的测量容器，还包括：振动换能器，该振动换能器布置在测量容器上；以及控制装置，其中，测量装置设置成执行根据本发明的方法。特别是，振动换能器能够设置和布置在测量容器上，从而在由来自控制装置的测试激励信号进行激励的情况下，在流体中激励的波沿传播通路往回引导至振动换能器或者引导至测量装置的至少一个附加振动换能器，该附加振动换能器布置在测量容器上，从而激励振动换能器或附加振动换能器以便振动。控制装置能够特别设置成根据本发明的方法来控制振动换能器，并获得振动换能器或附加振动换能器的输出信号，且根据本发明的方法来处理所述输出信号。
关于根据本发明的方法所述的特征能够用于发展测量装置，以使得它具有与该方法相关的优点，反之亦然。
附图说明
在下面的示例实施例和附图中表示了本发明的其它优点和细节，附图中：
图1示意表示了根据本发明的测量装置的示例实施例；
图2表示了根据本发明的方法的示例实施例的流程图；
图3示意表示了能够在根据本发明的方法的示例实施例中使用的不同测试激励信号的功率密度频谱；以及
图4-7示意表示了在根据本发明的方法的示例实施例中获得的测量和处理数据。
具体实施方式
图1表示了测量装置1，该测量装置1用于确定流体变量，特别是确定通过承载流体的测量容器3的流体流速。振动换能器5和附加振动换能器6布置在测量容器3的侧壁2上。控制装置4能够向振动换能器5、6供给相关的激励信号，以便激励换能器振动，并因此在各种情况下激励用于振动换能器5的波7，如图1中所示。由振动换能器5激励的波7沿着传播通路8引导至附加振动换能器6，以及相反。特殊振动换能器5、6(波7在该振动换能器5、6处入射)进行激励以便振动。因此，特殊振动换能器5、6提供输出信号，该输出信号与振动相关，并由控制装置4获取。波7通过超声波镜9、10而沿传播通路8引导。也可选择，也能够例如使用振动换能器5、6，该振动换能器5、6使得波7斜向地传送至测量容器3中，因此可以省略超声波镜9、10。在另一实施例中，振动换能器5、6能够首先激励侧壁2振动，该侧壁2再激励波7，而不是直接在流体中激励合适的波。
所示测量装置1能够例如用于通过分析波7从振动换能器5传播至附加振动换能器6以及相反的传送时间差来确定流体3的流动速度，并因此确定流体3的流量。下面介绍的处理过程也能够用于确定其它流体特性的测量装置，例如通过测量声速来确定流体类型。在这种情况下，例如波7也能够从振动换能器5沿传播通路(未示出)往回引导至该换能器，而不需要附加振动换能器6。在图1所示的示例中，这能够例如通过省略超声波镜9，因此波7由相对的侧壁2往回反射至振动换能器5。
为了在低能量消耗的情况下实现高测量质量，优选是用于驱动振动换能器5、6(作为确定流体变量的一部分)的测量激励信号的主频率等于系统或振动换能器5、6的谐振频率，从而导致对于给定激励功率的输出信号的特别大幅值。由于该频率通常取决于操作参数(例如温度)，还可以由于部件公差而在不同测量装置之间也不同，或者由于测量装置的老化而变化，因此优选是在特定操作情况下确定相应频率或者在测量装置1的操作过程中定期地确定相应频率。下面参考图2更详细地介绍由控制装置4实施的相应方法。
在步骤S1中，首先在确定的频率产生周期信号11，例如正弦波。周期信号的频率选择为使得它与假定谐振频率有特定偏移，尽管该偏移并不太大。例如，周期信号的频率可以与假定的谐振频率相差在该假定谐振频率的1％和10％之间。
在步骤S2中，产生包络12，该包络12在步骤S3中用于周期信号11的调幅，以便提供测试激励信号13。在最简单的情况下，包络12可以是方波函数，因此测试激励信号13能够对应于例如周期信号11的确定数量周期。不过，也能够称为窗口函数的其它包络12也可行，例如余弦平方函数、梯形包络等。优选是使用相对较短的包络12。这导致较宽频谱和因此导致谐振频率的鲁棒激励，即使当周期信号与谐振频率明显失谐时。
在步骤S4中，控制装置4将测试激励信号13输出至振动换能器5，以便激励该换能器进行振动。因此，波7在流体中激励，且如上所述沿传播通路8引导至附加振动换能器6，从而激励附加振动换能器6的振动。
在步骤S5中，控制装置4获取输出信号14，该输出信号14由于附加振动换能器6的振动而提供。特别是在步骤S6中，能够进行输出信号14的模数转换，以便提供数字测量数据15。可选地，该步骤也能够省略，不过，用于信号处理的其它步骤能够以模拟形式执行。
在步骤S7中，确定用于输出信号14或用于数字测量数据15的分析间隔16，特别是，对于该间隔，意味着将要确定上述谐振频率。为了防止测试激励信号13的频谱组成引起频率确定的误差，分析间隔16选择为使得它直到在步骤S4中的波7激励完成之后才开始。这能够例如通过设定合适时间标记的控制装置4来很容易地实现。另外或者也可选择，由于相同目的，分析间隔16能够选择为使得它只在达到振动或输出信号14或数字测量数据15的幅值最大值时或之后才开始。例如，最大值幅值能够通过计算包络来确定。优选是，分析间隔16的结束选择为这样，在该时间点上，输出信号14或数字测量数据15的幅值或包络下降至低于确定的限制值。因此能够排除输出信号的主要特征是噪声的时间间隔。
在步骤S8中，分析间隔16或它的子间隔进行Fourier变换(傅立叶变换)，特别是通过快速Fourier变换，以便获得输出信号14在分析间隔16中的功率密度频谱。然后，在步骤S9中，频率18能够特别确定为功率密度频谱17的总体或局部最大值。
如上所述，确定的频率18是用于测量系统或振动换能器5、6的谐振频率的良好测量值。确定频率18的剧烈或突然变化能够表示测量装置1的振动换能器5、6或其它部件严重老化或损坏，因此，例如需要对测量装置1进行维修或维护。因此，能够在步骤S10中执行检查，以便确认是否满足激发条件，例如，该激发条件可以是当频率18处于确定目标范围之外时，或者当与目标值的偏差超过限制值时。也可选择或者另外，还能够通过激发条件来分析用于多个时间间隔确定的频率18的瞬时变化。例如，这能够用于识别频率18中的阶跃变化或类似变化，该阶跃变化或类似变化能够指示例如振动换能器5、6的裂缝或其它损坏。
当在步骤S10中满足激发条件时，能够在步骤S11中输出通知19或错误消息。为此，能够使用测量装置的通知装置11，例如显示器、扬声器等。特别优选是，另外或者也可选择，通知或错误消息无线发送至系统，该系统能够存储、管理和可视化来自系统操作者或供水网络的所有仪表数据。这种系统的示例是Diehl Metering公司的IZAR入口。也可选择，还能够将合适的通知例如无线地发送至用户的移动通信装置。
当在步骤S10中确认不满足激发条件时，测量装置1设置成继续操作。作为所示示例实施例的替代，在上下文中，在满足步骤S10中的激发条件时还能够另外执行下面介绍的步骤S12至S14。例如，测量装置1能够首先继续正常操作，直到能够进行维修。
在步骤S12中，根据确定的频率18来确定测量激励频率20。例如查找表能够用于该目的，以便校正系统误差，作为确定频率18的一部分，和/或特意保证测量装置在与谐振频率不同的频率下操作。在步骤S13中，然后产生测量激励信号21，该测量激励信号的主频率等于测量激励频率20。这能够例如通过作为周期信号的测量激励信号21来实施，该测量激励信号21有测量激励频率20，并通过包络进行调幅。
在步骤S14中，使用测量激励信号21来驱动振动换能器5和/或6，以便确定流体变量。例如，测量激励信号21能够用于确定各个波7，作为确定在振动换能器5、6之间的传送时间差的一部分，如上所述，以便确定流量。除了使用具有如上所述确定的测量激励频率20的测量激励信号21之外，这里的处理过程能够与由现有技术已知的、用于确定传送时间差的处理过程相对应，因此将不再详细说明。
也可选择或者另外，关于修改谐振频率的知识也能够用于确定校正系数，作为测量的一部分，特别是根据经验获得的校正系数，用于确定流体变量。例如，这能够通过查找表来实现。
下面参考多个示例更详细地介绍由控制装置4提供和/或处理的驱动数据和信号。图3表示了用于三种不同的可用测试激励信号13的功率密度频谱22、23、24。在全部三种情况中，测试激励信号13的周期信号11是频率为1.1MHz的正弦波。在各种情况下，方形波函数用作包络12，它的长度选择为在功率密度频谱22的情况下输出二十四个振动周期，在功率密度频谱23的情况下输出十二个振动周期，在功率密度频谱24的情况下输出正弦波的六个振动周期。输出更少的振动周期导致相关功率密度频谱22、23、24的最大值变宽。在这方面，使用相对少的振动周期通常很有利。当输出相对大量的振动周期时，如在功率密度频谱22的示例中，相对大量的最小值25可能导致寻找谐振频率的区域，其可以干扰确定谐振频率，如后面更详细解释。
图4表示了由附加振动换能器6获取的输出信号14或者表示输出信号14的数字测量数据15的示例。在该示例中，使用了具有功率密度频谱23的测试激励信号13，即具有1.1MHz的主频率和12个振动周期。只要强制激励附加振动换能器6的振动，输出信号14的幅值就首先升高。由于要确定系统的特征频率或谐振频率，如上所述，因此分析间隔16选择为直到在输出信号14的幅值的最大值42之后才开始该分析间隔。
下面参考图5更详细地解释分析间隔16的选择结果。图5表示了对于相关测试激励信号13的不同主频率的、输出信号14的相应主频率的瞬时变化26、27、28。这里，瞬时变化26与图4中所示的输出信号14的短时Fourier变换的一段相对应，它由1.1MHz的测试激励信号13主频率来产生。对于瞬时变化27，测试激励信号13的主频率是1.05MHz，对于瞬时变化28，主频率是1.0MHz。谐振频率稍微高于1.05MHz。在图5中清楚可见的瞬时变化26、27、28的相对较强准周期振荡主要由用于相关短时Fourier变换的相对较短窗口来产生。对于较长的变换窗口，将获得确定的主频率在一段时间中的很小变化。不过，尽管这样，在图5中能够清楚地区分在达到振动幅值的最大值42之前并因此在分析间隔16之前的时间间隔以及在分析间隔16内的变化。在分析间隔16开始之前，对于测试激励信号13的主频率与谐振频率明显不同的各个变化26、28，频率确定为处于测试激励信号的主频率13和谐振频率之间的主频率。因此，只要在振动换能器6处检测到强制振动，就几乎不可能可靠地确定谐振频率。在输出信号14的幅值最大值42的区域中，即在分析间隔开始时或在开始之前不久，主频率的瞬时变化26、27、28朝向谐振频率聚集，因此，在分析间隔16中，相同主频率(即谐振频率)的确定大致与测试激励信号13的主频率无关。
当只考虑主频率时，应当注意保证测试激励信号13的主频率并不太靠近另一谐振频率。当处于这种情况时，尽管功率密度频谱中的谐振频率34仍然导致局部最大值43，如图6中所示，但可能是总体最大值44处于附加谐振频率35时的情况。图6通过示例表示了：输出信号14的功率密度频谱29，它由在800kHz的主频率下的激励来产生；输出信号14的功率密度频谱30，它由在850kHz的主频率下的激励来产生；输出信号14的功率密度频谱31，它由在900kHz的主频率下的激励来产生；输出信号14的功率密度频谱32，它由在950kHz的主频率下的激励来产生；以及输出信号14的功率密度频谱33，它由在1.2MHz的主频率下的激励来产生。如能够看见地，只对于功率密度频谱32和33在寻找的谐振频率34处得出了总体最大值43。用于功率频谱29、30、31的激励主频率明显更接近附加谐振频率35，结果是大部分激励能量激励在该频率处的振动。不过，在图6中还显然，甚至对于这些功率密度频谱29、30、31也至少导致在谐振频率34处的局部最大值43，因此，即使当使用具有相对较低频率的测试激励信号13时，也能够通过还考虑局部最大值43、44或通过只考虑在特殊频率范围内(例如高于1MHz)的最大值43、44来定位谐振频率34。
所述处理过程(其中，要确定的频率在分析间隔16中确定，在该分析间隔中，已经结束了附加振动换能器6的强制激励)大致消除了测试激励信号13的频谱对频率18的确定的影响，如前所述。不过，这里应当避免要确定的频率位于测试激励信号13的功率密度频谱的最小值处。这将在下面参考图7来详细解释。图7表示了由不同测试激励信号13产生的输出信号14的四个功率密度频谱36、37、38、39。在这种情况下，对于各个获得的功率密度频谱36和37，测试激励信号13的周期信号11的主频率或频率是1.05MHz，即非常接近谐振频率。相反，对于1.1MHz的周期信号11的激励频率获得功率密度频谱38、39。在功率频谱36、39的情况下，包络选择为使得输出周期信号的24个循环。在获得功率密度频谱37和38时，在各种情况下只输出相关周期信号11的6个循环。
如所预期，功率密度频谱36、37、38都有在谐振频率34区域的最大值43，而功率密度频谱39的最大值40相对于谐振频率34急剧移动，且能够看到功率密度频谱39的局部最小值41接近谐振频率34。这种最初出乎意料的性能在考虑图3中所示的测试激励信号13的功率密度频谱22时将很容易解释，它用于获得功率密度频谱39或相关输出信号14。这同样有在最小值41的位置处的最小值25，因此，由于功率密度频谱22，测试激励信号13能够对于在谐振频率34处的振动基本不输入任何能量。
为了避免该问题和因此可能不正确地识别寻找的频率18，优选是通过使用短包络12来获得测试激励信号13的功率频谱的相对宽段激励或至少相对较宽第一最大值，因此，例如即使周期信号11(例如正弦波)也只输出6个循环或更少循环。
参考标号表
1 测量装置
2 侧壁
3 测量容器
4 控制装置
5 振动换能器
6 振动换能器
7 波
8 传播通路
9 超声波镜
10 超声波镜
11 信号
12 包络
13 测试激励信号
14 输出信号
15 测量数据
16 分析间隔
17 功率密度频谱
18 频率
19 通知
20 测量激励频率
21 测量激励信号
22 功率密度频谱
23 功率密度频谱
24 功率密度频谱
25 最小值
26 变化
27 变化
28 变化
29 功率密度频谱
30 功率密度频谱
31 功率密度频谱
32 功率密度频谱
33 功率密度频谱
34 谐振频率
35 谐振频率
36 功率密度频谱
37 功率密度频谱
38 功率密度频谱
39 功率密度频谱
40 最大值
41 最小值
42 最大值
43 最大值
44 最大值
S1–S14 步骤