CN101535784A - 带有倾斜测量器的电子秤以及所属的用于信号评估的方法 - Google Patents

Abstract

对于一种带传感装置(1…16)、数字信号处理单元(18)、数字显示器(19)以及倾斜测量器(40)的电子秤，其中，所述倾斜测量器由至少两个信号的差导出对于该秤的倾斜状况的信号，提出：存在附加的在数字信号处理单元(18)中的程序部分或者电路构件，所述程序部分或者电路构件形成两个信号的和并且所述程序部分或者电路构件借助所述和信号对传感装置(1…16)的由于振动而被歪曲的信号进行校正。多个倾斜测量器进行对瞬时重力加速度的同时检测。在电水准器中，例如在倾斜状况时气泡漂移并且在重力加速度交替变换时，气泡的直径发生变化。由此，以最小的额外耗费提供用于校正干扰变量影响的另外的信号。

Description

带有倾斜测量器的电子秤以及所属的用于信号评估的方法

技术领域

本发明涉及一种电子秤，所述电子秤具有传感装置、数字信号处理单元、数字显示器以及倾斜测量器，其中，该倾斜测量器由至少两个信号的差来导出关于秤的倾斜状况的信号。

背景技术

这种类型的秤是普遍公知的并且例如在DE 32 34 372 C2中有所介绍。在此，该倾斜测量器的电信号用来基于余弦效应对秤的在倾斜状况时所产生的误差进行数字的校正。由此，不再有必要将该秤借助调整脚安设到精确的水平位置。

而该秤在实践中未被实现，这是因为对于该倾斜测量器的开支相对于用处而言显得过大。

发明内容

因此，本发明的任务在于，如此改进开头所述类型的秤，使得倾斜测量器提供对于秤的信号处理的附加的用处。

根据本发明这以如下方式实现，即存在附加的在数字信号处理单元内的程序部分或者电路构件，所述程序部分或者电路构件形成了两个信号的总和并且借助该和信号对传感装置的由于振动而被歪曲的信号进行校正。

也就是说许多上面给出的倾斜测量器除了能够测量倾斜外，还能够测量垂直的加速度(重力加速度)。例如当使用水准器作为倾斜测量器时，在该水准器中气泡的位置被光地或者电地读取，于是秤的倾斜状况以已知的方式导致气泡的偏移并进而导致水准器的光接收器或电极处的差信号。但是此外，气泡依赖于作用的重力加速度改变其直径。在重力加速度很大时，气泡变薄并且具有较大的直径，在重力加速度较小时，气泡由于表面张力而更多地朝球形构造的方向改变，其直径较小。在重力加速度变化时，也就是在进行垂直的振动时，气泡的直径也同步地变化并且由直径信号的变化可以推导出振动的大小和相位。在此，直径信号由水准器的光接收器或电极处的信号的和而得出。由此，数字信号处理单元一方面由关于偏移的信号(差信号)将倾斜状况对秤的结果造成的影响进行公知的校正并且另一方面基于直径信号(和信号)对振动影响进行校正。

另一种类型的倾斜测量器例如由两个相对于水平面倾斜约45度的加速度传感器组成。当秤水平的取向时，两个加速度传感器的信号是相同的，即差信号为零。当处于倾斜状况时，以已知的方式产生依赖于倾斜状况的差信号。由两个加速度传感器的信号的和而附加地产生与重力加速度相称的信号。

同样地，由弯曲弹性地悬挂的摆锤(在所述摆锤中，侧向的偏移通过应变片来测量)组成的倾斜测量器可以以相应的方式而被利用：在摆锤悬挂装置上的两个应变片的差信号给出倾斜状况信号并且和信号与瞬时的重力加速度相称。

附图说明

下面借助示意图来阐述本发明。在此：

图1示出具有带作为倾斜测量器的光学位置探测装置的水准器的秤的主要部分的剖面图，

图2示出在重力加速度很小时，来自图1的倾斜测量器的气泡形状，

图3示出在重力加速度较大时，来自图1的倾斜测量器的气泡形状，

图4示出对干扰进行校正的图解示图，

图5示出用来模拟地测量气泡的偏移以及直径的可行的电路，

图6示出来自图1的倾斜测量器的光敏元件的布置，

图7示出具有作为倾斜测量器的两个加速度传感器的秤的主要部分的剖面图，以及

图8示出具有作为倾斜测量器的摆锤的秤的主要部分的剖面图。

具体实施方式

图1中的电子秤由固定于壳体的支撑件1所组成，在所述支撑件1上，通过带铰链部位6的导杆4和5在垂直方向上可运动地固定有负载件2。负载件在其上部承载有载物盘3，用以容纳称量物并且将相应于称量物的质量的力通过带薄细部位12和13的联接元件9传递到传送杆7的较短的杆臂上。传送杆7通过十字弹簧铰链8支承在支撑件1上。在传送杆7的较长的杆臂上作用有补偿力，该补偿力由被电流穿流的线圈11在永磁体系统10的空气间隙中产生。补偿电流的大小以相同的方式通过位置传感器16和调节放大器14这样地调节，使得在称量物的重量与电磁的补偿力之间出现平衡。补偿电流在测量电阻15处产生测量电压，该测量电压被输送给模/数转换器17。数字化的结果被数字信号处理单元18接收并且在数字显示器19中数字地显示。

这种类型的秤在其结构和其功能方面是普遍公知的，从而这样的秤之前仅很简短而概要地进行阐述。

另外，将作为倾斜测量器20的电水准器装入该秤。水准器由透明的容器21组成，该容器21被部分地以液体22填充，从而在容器21的最高部位形成气泡23。由于容器21的上分界面的弯曲，气泡23的位置是依赖于秤的倾斜状况的；在图中所述弯曲为了清楚起见而被强烈夸张地绘出。在容器21的下方居中地布置有发光二极管24，发光二极管24将其所发射的光束，垂直朝上穿过下容器壁、液体22、气泡23以及上容器壁而发送。在那里未被吸收的光束被两个光敏元件-例如两个光电二极管-25和25’记录。这时，液体22如此地被选择或染色，液体22部分地吸收发光二极管的光束，从而到达光敏元件25和25’的光束量强烈地依赖于所射穿的液体的厚度进而依赖于气泡23的位置。发光二极管24由电流供应单元28来提供恒定的电流。光敏元件25和25’的输出信号在两个放大器26处被放大并且通过多路开关29输送给模/数转换器27并且在那里被数字化。数字信号处理单元18则可以由信号与水准器的已知的特征曲线的差来算出秤的倾斜状况并且对秤系统的由模/数转换器17提供的测量值进行相应地校正。

重力加速度对气泡形状的影响在图2和3中被示出。在重力加速度很小时，表面张力的影响占主导并且气泡的形状接近于球形，如在图2中所示。在重力加速度很高时，重力加速度的影响更大并且将气泡挤压成更扁平的形状，如在图3中所示。在秤垂直地振动时，较高或者较低的重力加速度与振动同步地交替变换。与之相应地，气泡的直径与振动同步地交替变换。数字信号处理单元18在此可以由两个光敏元件25和25’的和信号算出直径。当然，对于此的前提是多路开关29和模/数转换器27如此迅速，以使得它们能够正确地再现振动的大小和相位。而这是没有问题的，因为主要振动处于大约0.1Hz至10Hz的频率范围内。具有例如高于50Hz的更高频率的振动可以很好地通过常用的数字滤波器来抑制，使得在该频率范围内不必对干扰信号进行附加的抑制。

在图4中示例地示出对在时间点t₀上出现的干扰所进行的校正。在分图a中示出了如下的干扰，诸如该干扰从外部作用于秤：正常的重力加速度g₀从时间点t₀起被干扰加速度叠加，该干扰以提高的重力加速度开始并且经过一些周期后比较快地衰减。该干扰相称地在传感装置的信号方面起作用，如信号例如可以在测量电阻15处被采集并且如在分图b中所示。干扰加速度以同样的方式作用于气泡的直径，如在分图c中所示的那样。于是，数字信号处理单元18可以通过相应的校正算法来校正传感装置的信号，使得该干扰在数字显示器19中不产生影响或非常小地产生影响(分图d)。

每个专业人士均可以轻易地设计校正算法并且在此例如同样顾及到，在载物盘3上的负荷较大时，同样必须进行较大的校正。

前述内容由此出发，将水准器的瞬时和信号直接用于对传感装置的瞬时信号的校正。这当然以如下所述为前提，在校正的频率范围内的直径信号的频率特性和相位特性与传感装置的频率特性和相位特性一致。这种一致可以例如通过正确地选择水准器的液体22的粘度而实现，但是同样通过模拟地或者数字地对直径信号进行滤波来实现。在执行所介绍的振动校正之前，同样也可以以已知的方式对传感装置的信号进行滤波。

而可选地也可以实行更简单的校正对策，例如数字信号处理单元18可以简单地确定和信号变化的平均振幅进而也简单地确定干扰加速度的平均振幅并且基于该信号改变在传感装置的信号的滤波中的至少一个滤波级：在干扰加速度很小时，传感装置的信号仅被很少地滤波，在干扰加速度很大时，滤波器时间常数被提高并且于是尽管装设条件更糟，却实现了稳定的显示。

在另外的有利的构造方案中，仅确定和信号的变化的频率。于是，例如通过改变模/数转换器17的采样频率(Abtastfrequenz)而使得，采样频率是干扰频率的数倍，以便对干扰频率进行特别有效地抑制。这自然也可以通过在数字信号处理单元18内的数字滤波的相应匹配而实现。于是，该可选方案自然特别有利的是，干扰加速度不是短期的类型的-如在图4中假设的那样，而是长期地作用于秤。对此的示例是基于平衡恶化的旋转机器的结构振动。

振动校正的迄今所介绍的变动方案都基于在数字信号处理单元18内对传感装置的信号的校正。而同样可能的是，例如在秤的脚内设置有执行器，该执行器对由水准器测量到的倾斜状况以及对由水准器测量到的振动进行机械的校正。针对秤的倾斜状况，这是公知的并且例如利用能以电动机进行调整的调整脚来实现。当利用能在所要求的频率范围内进行调整的执行器时，这针对干扰加速度以相同的方式也是可行的。例如压电执行器就适用于此。于是，这样的执行器例如在调节回路中如此的控制，使得水准器处的振动信号被调节到(几乎)为零。

为了对倾斜测量器的信号进行评估，在图1中设置为在模/数转换器27中对光敏元件25和25’的信号进行数字化。而电路也是可行的，所述电路以模电的方式提供和信号和差信号可供使用。这样的电路在图5中示出。两个光敏元件25和25’连同两个等大的电阻35和35’一起被接入第一惠斯通电桥。于是，在桥式放大器37的输出端可以对差信号进行采集。整个第一电桥又与三个其它的桥式电阻32、33和34一起形成第二惠斯通电桥，在其桥对角处通过桥式放大器36可以对和信号进行采集。用于惠斯通电桥的供电电压加在接头38处。当光敏元件25和25’的信号相反地变化时，则第二惠斯通电桥的平衡不改变，即，同时第二惠斯通电桥不受光敏元件25和25’的差信号的影响。光敏元件25和25’的信号的相同的变化以相应的方式不会影响到桥式放大器37的输出信号。桥式放大器36和37的输出端也分别仅提供和信号或差信号。

迄今为止，出于概览的原因仅将对秤的倾斜状况的探测在一个方向上示出和介绍。对于在两个方向上的探测，在倾斜传感器20中存在四个光敏元件25、25’、25”以及25”’，这些光敏元件的形状和布置在图6中示出。光敏元件25和25’凭借其差信号给出在x-方向上的倾斜状况，光敏元件25”和25”’相应地给出在y-方向上的倾斜状况。同样地，各一个放大器接在光敏元件25”和25”’之后并且在图1中的多路开关29具有两个附加的输入端(未示出)。具有四个光敏元件25...25”’的几何形状对于计算和表示是最简单的，这是因为在x-方向和y-方向上的偏移直接由对置的光敏元件的信号的差获得。不言而喻地，在数学上稍费些周折便同样可行的是，由三个例如布置在等边三角形的角上的光敏元件来确定在x-方向和y-方向上的偏移。关于垂直的重力加速度的信号在任何情况下均由各个电极的信号的和导出。

在图7中示出秤的第二构造方案。作为倾斜测量器40，在这种情况下存在两个加速度传感器41和42的布置。加速度传感器41和42以相对于水平面呈45度倾斜的方式装在秤中。加速度传感器在图7中仅示意地绘出。其例如可以是微型机械地制造的结构元件，诸如其例如在汽车结构中作为加速度传感器/碰撞传感器被公知。加速度传感器41和42的电压供应装置出于概览的原因在图7中未被绘出。加速度传感器41和42的输出信号通过信号线路43和44被输送给放大器26并且接着由模/数转换器27进行数字化。由两个信号的差则可以以已知的方式确定秤的倾斜状况并且由两个信号的和可以导出重力加速度的大小/振动的大小，诸如其在前面已经介绍的那样。秤的未阐述的部分是与来自图1的秤的相应的部分一致的并且被相同地表示。

在图8中示出了秤的第三构造方案。在该构造方案中，摆锤51作为倾斜测量器50被装入该秤，其中，摆锤51通过弯曲弹性的元件52悬挂在秤的系统载体件1上。在弯曲弹性的元件52上贴有应变片53和54，应变片53和54的信号通过(仅示意地表示的)输送线路55和56输送给放大器26和模/数转换器27。对于秤的倾斜状况，两个应变片53和54不同程度地拉伸或下陷，即得到了差信号。由于摆锤51的重量，两个应变片53和54同向地拉伸，其中该拉伸与重力加速度相称。两个应变片的和信号也与瞬时的重力加速度相称。图8中的秤的余下部分也与图1的秤的相同地示出的部分一致。

不言而喻地，应变片53和54的差信号与和信号也可以模电地进行评估，如借助图5所介绍的那样。

对于图7和8中的秤，倾斜测量器40或50又仅借助在一个方向上的测量装置来阐述，每个专业人士均可以轻易地实施到两个方向上的扩展。

迄今为止，一直仅就对振动影响的校正进行探讨，其中，重点在于处在1Hz范围内的振动。这是在实践上重要的情况。不言而喻地同样可行的是，分别相称于重力加速度的和信号被用来对重力加速度的静态变化和准静态变化进行校正。但这以如下所述为前提，倾斜测量器在时间上的稳定性和其对抗温度波动的稳定性至少与原来的传感装置的稳定性一样好。

附图标记列表：

1 固定于壳体的支撑件

2 负载件

3 载物盘

4 导杆

5 导杆

6 铰链部位

7 传送杆

8 十字弹簧铰链

9 联接元件

10 磁体系统

11 线圈

12 薄细部位

13 薄细部位

14 调节放大器

15 测量电阻

16 位置传感器

17 模/数转换器

18 数字信号处理单元

19 数字显示器

20 倾斜测量器

21 透明的容器

22 液体

23 气泡

24 发光二极管

25、25’光敏元件

25”、25”’光敏元件

26 放大器

27 模/数转换器

28 电流供应单元

29 多路开关

32 桥式电阻

33 桥式电阻

34 桥式电阻

35、35’电阻

36 桥式放大器

37 桥式放大器

38 供电电压的接头

40 倾斜测量器

41 加速度传感器

42 加速度传感器

43 信号线路

44 信号线路

50 倾斜测量器

51 摆锤

52 弯曲弹性的元件

53 应变片

54 应变片

55 输送线路

56 输送线路

Claims (11)

1.电子秤，具有传感装置(1...16)、数字信号处理单元(18)、数字显示器(19)以及倾斜测量器(20、40、50)，其中，所述倾斜测量器由至少两个信号的差导出关于所述秤的倾斜状况的信号，其特征在于，存在附加的、在所述数字信号处理单元(18)中的程序部分或者电路构件(32...36)，所述程序部分或者电路构件(32...36)形成所述两个信号的和，并且所述程序部分或者电路构件(32...36)借助所述和信号对所述传感装置(1...16)的由于振动而被歪曲的信号进行校正。

2.根据权利要求1所述的电子秤，其特征在于，所述倾斜测量器(20)由对气泡(23)的偏移进行光检测或电检测的水准器组成，并且附加地能够对所述气泡(23)的直径进行检测。

3.根据权利要求1所述的电子秤，其特征在于，所述倾斜测量器(40)由至少两个相对于水平面以大约45度角倾斜地布置的加速度传感器(41、42)组成。

4.根据权利要求1所述的电子秤，其特征在于，所述倾斜测量器(50)由弯曲弹性地悬挂的摆锤(51)组成，所述摆锤(51)的侧向偏移被测量。

5.根据权利要求1至4之一所述的电子秤，其特征在于，所述倾斜测量器(20、40、50)的输出信号被输送给模/数转换器(27)，并且在所述数字信号处理单元(18)中存在用来数字地形成所述输出信号的差与和的程序部分。

6.用来对根据权利要求1的前序部分所述的秤中的倾斜测量器(20、40、50)的信号进行评估的方法，其特征在于，在所述数字信号处理单元(18)中，不仅计算出所述倾斜测量器(20、40、50)的输出信号的差，而且计算出所述倾斜测量器(20、40、50)的输出信号的和。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述和信号被用来校正振动对所述传感装置(1...16)的信号的影响。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，在所述数字信号处理单元(18)中依赖于所述瞬时的和信号来数字地校正所述传感装置(1...16)的瞬时的信号。

9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述和信号被用来控制执行器，所述执行器布置在所述电子秤的脚内，并且所述执行器反作用于作用到所述秤上的振动。

10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，依赖于所述和信号的波动的振幅地改变存在于所述数字信号处理单元(18)中的滤波器中的至少一个的时间常数。

11.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，依赖于所述和信号的波动的频率地改变接在所述传感装置(1...16)之后的所述模/数转换器(17)的采样频率。

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