CN1145018C - 电子称重记录器 - Google Patents

Abstract

对于具有一个数字信号处理单元的电子称重记录器，该处理单元至少包括一个具有低通特性的滤波器(12)，借助它可从电子称重记录器的输出信号中得出直流分量(m)并由此导出称重结果，本发明提出：由数字信号处理单元(19)附加地求得与振动幅值相关的信号；及设有电子部分(18)，它将根据与振动相关信号的大小改变直流分量(m)。以此方式，称重记录器抗安放地点晃动及振动的性能可显著地改善。

Description

电子称重记录器

本发明涉及一种具有数字信号处理单元的电子称重记录器，该处理单元至少包括一个具有低通特性的滤波器，借助它可从电子称重记录器的输出信号中得出直流分量并由此导出称重结果。

这种类型的称重记录器是一般公知的。其中低通滤波器用于：抑制由于称重记录器安放地点的晃动及振动而叠加在称重记录器的输出信号上的交变分量。虽然有该措施，但称重记录器及由它构成的电子称在安放地点晃动/振动时通常显著地比在静止的安放地点测量时的测量结果重现率差。

为了改善在非静止安放地点上称重记录器及称的性能，例如由US5789 713公知了：设置第二个恒定负载的称重记录器，由它的输出信号求出用于原来(测量)称重记录器的校正信号。但由于第二称重记录器使机械及电成本增加。

类似地，由DE 40 01 614 A1公知了：至少设置一个加速度记录器来取代恒定负载的称重记录器，该加速度记录器输出用于影响测量结果的校正信号。-但在这两种情况下校正信号必须相位正确地从(测量)称重记录器的信号中被减去，以便达到无干扰的的校正。但这种相位正确的相减仅在有限的频带上才能实现。在该频带的上端相位移愈来愈大及在测量路径与校正路径上有区别，以致在不合适的情况下得到信号的相加-由此增大误差，而非相减-由此消除误差。这也特别适用于使用加速度记录器作为校正传感器的情况，因为机械上完全不同结构的加速度记录器***具有与称重记录器完全不同的固有频率。

因此本发明的任务在于，改善开始部分所述类型的称重记录器在安放地点的晃动及振动情况下的性能，而无需第二称重记录器及加速度记录器作为校正成本，也无由于频率范围边缘的相位移引起的问题。

根据本发明，该任务将这样来解决，即由数字信号处理单元附加地求得与振动幅值相关的信号；及设有电子部分，它将根据与振动相关信号的大小改变直流分量。

该解决方案是基于这样的认识：在非静止安放地点上称重记录器的重现率差不仅是缺少对在称重记录器输出信号中的交变分量的抑制引起的；而且一个实质性的影响来自这样的情况，即视交变分量的幅值和频率范围而定称重记录器输出信号中的直流分量也受到影响。因此仅是称重记录器输出信号中的交变分量的强抑制称重记录器的性能得不到足够改善，还必须附加地进行根据本发明的直流分量的校正。该直流分量影响的原因可由三个例子清楚地阐明：

·在具有非线性特性曲线的称重记录器中，如图1中-夸大地-表示的，在静止安放地点与输出信号相应的点A属于负载m₁。在非静止安放地点，相对地，输出信号在非线性特性曲线B-A-C的端点B及C之间摆动。在此情况下，该输出信号的直流分量视振动幅值范围而定将位于点A及D中间的某处上。由此在输出信号中交变分量完全被抑制的情况下由于特性曲线的非线性也产生直流分量的变化，但它将被根据本发明的电子部分所补偿。

·在根据电磁力补偿原理的称重记录器中，如图2中概要表示的，在一个永久磁铁1的磁场中具有流过电流的线圈2。通过线圈2的电流将由一个位置指示器3及后联调节放大器4这样地调节，即使得电磁产生的力正好等于待测量的力。该电流的大小在电阻5上取出及作为称重记录器的输出信号在输出端6上提供输出。磁场B，电流I及所产生的力F之间的关系是已知的：

F≈B·I                   (1)

在此情况下，为了实现最佳的效率将这样地放置线圈2，即线圈位于永久磁铁1的最大磁场的位置上。如果这时由于基础的振动线圈受激励而振动，则线圈在一个小磁场变化范围上不时地位于磁场最大值以外。按时间平均，式(1)中的磁场B由此小于在静止安放地点的情况，那里线圈2总是处于磁场最大值上。根据式(1)这将引起：按时间平均，对于产生相同的力F必须要较大的电流I。-在此例中在晃动/振动时直流分量亦改变，以致除抑制交变分量外也必须校正直流分量，以维持稳定及精确的结果。

·如果在参照图2所述的称重记录器位置指示器3的特性曲线为不对称的非线性，则在振动时平均振动位置移动，如借助图1已说明的。该平均振动位置的变化一方面引起线圈位置上有效磁场的变化如在第二例中所说明的，另一方面引起称盘8及线圈2的平行导杆7的轻微偏转。如果平行导杆由弹簧铰链实现，这导致垂直弹簧力，后者将改变称重信号中的直流分量。

并且这里未描述的另外原因也可能引起称重信号中的直流分量的误差，例如非线性放大器或非线性杠杆比。当然描述的所有效应是很小的，因此在高分辨率称重记录器时才起作用。

本发明的有利构型由从属权利要求得到。

使用高通滤波器求出称重记录器输出信号中与振动相关的交变分量及控制显示单元、或当该交变分量超过预定限值时闭锁显示，总是在称的结构上一般公知的，例如被描述在DE23 23 200中。但在现有技术中未对称重记录器输出信号中的直流分量施加影响。

以下将借助于附图来描述本发明。附图为：

图1：非线性特性曲线示意图，

图2：根据电磁力补偿原理的称重记录器，

图3：称重记录器的第一构型的电路框图，

图4：称重记录器的第二构型的电路框图，

图5：称重记录器的第三构型的电路框图，及

图4：称重记录器的第四构型的电路框图。

图3中的电路框图表示一个称重记录器10，在其输出端11即连接了一个低通滤波器12又连接了一个高通滤波器13。低通滤波器12在其输出端提供一个输出信号m，它正比于称重记录器10输出信号中的直流分量及由此正比于称重记录器10的负载。高通滤波器13在其输出端提供一个输出信号，它正比于称重记录器10输出信号中的交变分量及由此在称重记录器恒定负载时正比于称重记录器的振动。该信号被整流及被简单地滤平(框14，其中用二极管及电容器的图示为一般的符号表示，而不应理解为限制在半波幅值整流上)及正比于称重记录器10输出信号中的平均交变分量。它一方面根据现有技术被传送到一个阈值比较器15及由此在超过阈值时控制显示器16中的“克”符号“g”发光。另一方面，该信号通过一个平方单元17传送的计算器18。在计算器18中由(未校正)输入信号m(来自低通滤波器12)来自平方单元17的校正信号x²根据下示计算校正输出信号m’：

m’＝m+(a·m+b)·x²                       (2)

在静止安放地点，为x²＝0，则m’＝m。在非静止安放地点时，在称重记录器的输出信号中的直流分量加上一个加数，该加数正比于交变分量x的平方。其中系数b校正与负载无关的效应，而系数a校正与随称重记录器的负载增加的效应。系数a及b的大小及符号以这些效应的物理原因为准及由此以各种称重记录器的特性为准。在具有根据该说明导言中例1及图1的非线性曲线的称重记录器的情况下，a及b以曲线曲率的符号及变化为准；在图1所示的例中其条件为：曲线的曲率恒定-即与称重记录器的负载无关，则a＝0及b为负数。在根据该说明导言中例2及图2的电磁力补偿原理的称重记录器上，在由磁场下降引起的效应时，则b＝0及a为负数。在非线性位置指示器的第三例中，无论a还是b均不等于零：a的大小将根据磁场的下降来确定，b的大小及符号通过位置指示器的非线性度及通过平行引导的磁场常数来确定。

必须根据个别特性对每种称重记录器确定并求出校正系数a及b的大小。同样在式(2)及图3中唯一使用的x²、即平方后的交流分量通常是合适的，但它在特定情况下也会出现与交变分量大小偏离的关系，这也可通过另外的校正等式被校正。

然后校正值m’从计算器18被传送到显示单元16。

在以上的说明中忽略了称重记录器输出信号所有的另外常规计算过程，如配衡或调整，当然它们要附带地被执行。

以上为了说明所描述的电路的各个单元通常可由一个微处理机形式的单个的数字信号处理单元19来实现。并且滤波器12及13可有利地作成数字滤波器及在数字信号处理单元19内实现。-在图3中可由数字信号处理单元19的微处理机实现的所有单元被置在虚线框内。

当滤波器12及13为数字滤波时，称重记录器的输出信号当然也是数字的或通过模/数转换器被数字化，该模/数转换器将被设置为图3中称重记录器10的组成部分。滤波器12及13(及整流器与滤波器14)当然也可以是模拟滤波器，它直接地与称重记录器10的模拟输出信号相连接。平方器17及计算器18也可作成模拟的，及仅在数字显示单元16的前面校正值m’才必须被数字化。但现今通常地，至少计算器18应数字地工作，由此在低通滤波器12的后面，在模拟平波组件14的后面或在平方组件17的后面必须各设有一个模/数转换器。

称重记录器的第二构型表示在图4中。称重记录器9根据通常公知的及已简短说明的电磁力补偿的原理工作：线圈2位于永久磁铁1的气隙中；流过线圈2的电流I将借助一个位置指示器3及一个调节放大器4这样地调节，即由电磁产生的力正好等于由称盘8上的被称物产生的力。这里称盘8由平行导杆7导向。在测量电阻5上将取得与负载成正比的输出信号，该信号被数字化及传送给一个数字低通滤波器22。与振动相关的信号在位置指示器3上直接通过电容器23取得。该信号将被整流及滤波(框24)及数字化(模/数转换器25)及代表校正信号x。在计算器28中进行根据式(2)的校正，其中在该计数器中构成x²。校正值m’显示在在显示单元26上。-该构型与图3中的第一构型的区别主要在于，与振动相关的信号直接由位置指示器3取得，而非由称重记录器的输出信号导出。由此可避免调节放大器4的与频率有关的影响，及直接地从称重记录器中根据电磁力补偿原理引起该效应的地方取得与振动相关的信号：即在位置指示器上，它检测线圈2的位置及由此直接地检测线圈位置与最大磁场的偏差。如果在线圈2上在一定频率时出现了谐振过超量，它将由位置检测器直接检测及不通过PID调节放大器4的调节特性部分地抑制及然后才检测称重记录器的输出信号。

在图5中表示出称重记录器的第三构型。以数字为前提的称重记录器10的输出信号被输送到低通滤波器12及三个带通滤波器30，31及32。每个带通滤波器被调谐在称重记录器的一个谐振频率上及从称重记录器的输出信号中滤出该频率范围。每个带通滤波器后面连接一个整流及平波组件34及接着连接一个平方单元37。该平方单元的输出信号即为与振动相关的信号，它涉及相应的频率范围。该信号x²被传送到后面的乘法器38上并根据式(2)与系数(am+b)相乘。在此情况下该系数(am+b)由被称为“加权”的存储及乘法电子单元39来提供。在图示三个带通滤波器的情况下，在电子单元39中存储有三个系数a及三个系数b。乘法组件38的结果将在一个加法器40中相加及其和值将在加法器41中与信号m相加。-该电路与图3中电路一样地工作，仅是对于三个不同的频率范围分开地进行校正，及由此校正称重记录器在不同的频率范围中的不同特性。-当然三个带通滤波器及由此三个频率范围的数目仅是一个例子，另外任何的数目也是可能的。同样，式(2)仅是一个m及m’关系的例子。通常情况下有：

$m^{\′}=m+\underset{i}{\mathrm{\Σ}}{f}_i(a_i,b_i,m,x_i)---\left(3\right)$

式中f_I是一个任意函数及下标i涉及不同的频率范围。在图5的例中则为i＝1...3。系数a_i及b_i表示称重记录器特定的常数。在许多情况下与各个x_i的关系是平方关系-如式(2)中规定的-，但也可能是另外的关系。

图6中表示根据本发明称重记录器的第四构型。本身称重记录器的输出信号亦连接到一个低通滤波器52及提供信号m。与振动相关的信号将由一个加速度传感器51导出，该传感器与称重记录器的基点固定地连接。视加速度传感器51的结构而定，其输出直接地传送给整流及平波组件54(当加速度传感器由于其结构反正是检测交变加速度)，或中间连接一个高通滤波器53(当加速度传感器也检测直流分量或其频率特性明显与所需频率特性有偏差时)。这样获得的校正信号x以所述方式在计算单元58中改变来自低通滤波器52的直流分量m。其结果m’亦在显示单元56中显示。-在该构型中涉及模拟或数字滤波器及校正等式的已述其它构型同样地使用。

Claims (9)

1.具有一个数字信号处理单元的电子称重记录器，该处理单元至少包括一个具有低通特性的滤波器，借助它可从电子称重记录器的输出信号中得出直流分量并由此导出称重结果，其特征在于：由数字信号处理单元(19)附加地求得与振动幅值相关的信号(x)；及设有电子部分(18，28，38…41，58)，其将根据与振动相关信号(x)的大小改变直流分量。

2.根据权利要求1的电子称重记录器，其特征在于：与振动幅值相关的信号(x)通过高通滤波器(13)由称重记录器的输出信号求得。

3.根据权利要求1的电子称重记录器，它根据电磁力补偿原理工作，其特征在于：与振动幅值相关的信号(x)由电磁力补偿调节回路的位置指示器(3)的输出信号导出。

4.根据权利要求1的电子称重记录器，其特征在于：电子称重记录器包括一个与其一体的加速度传感器(51)，及与振动幅值相关的信号(x)由加速度传感器(51)的输出信号导出。

5.根据权利要求1的电子称重记录器，其特征在于：用于改变直流分量的电子部分(18，28，38…41，58)具有非线性特性曲线。

6.根据权利要求1的电子称重记录器，其特征在于：用于改变直流分量的电子部分(18，28，38…41，58)具有与频率相关的特性曲线。

7.根据权利要求1的电子称重记录器，其特征在于：与振动幅值相关的信号(x)被分解成多个频率范围(带通滤波器(30…32)及对各频率范围配置了不同的特性曲线。

8.根据权利要求5的电子称重记录器，其特征在于：所述特性曲线附加地受到具有低通特性的滤波器(12，22，52)的输出信号的影响。

9.根据权利要求1的电子称重记录器，其特征在于：所有滤波器(12，13，22，30，31，32，52，53)为数字滤波器及在数字信号处理单元(19)中实现；及用于改变直流分量的电子单元(18，28，38…41，58)通过数字信号处理单元(19)内的数字单元或程序单元来实现。

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