CN103038616A - 数字秤用数字滤波器、具备该数字滤波器的数字秤及滤波处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供能够在保持计量精度的同时缩短执行适应动作的滤波器的运算时间的数字秤用数字滤波器、具备该数字滤波器的数字秤、以及使用数字秤用数字滤波器的滤波处理方法。通过FIR滤波器（31）的固定部（311），除去数字计量信号x_j(n)中规定的频率范围的振动成分。判定单元（32）对通过FIR滤波器（31）已滤波处理的数字计量信号y_j(n)^(m)所包含的振动成分的振幅是否在规定的允许衰减范围V内进行判定。控制单元（33）根据判定单元（32）的判定结果使将在FIR滤波器（31）的适应部（312）中除去的振动成分的频率范围发生变化。在FIR滤波器（31）的适应部（312）中，对在控制单元（33）中改变的频率范围的振动成分进行滤波处理。

Description

数字秤用数字滤波器、具备该数字滤波器的数字秤及滤波处理方法

技术领域

本发明涉及适用于数字秤的数字秤用数字滤波器以及具备该数字滤波器的数字秤。此外，还涉及使用该数字秤用滤波器的滤波处理方法。

背景技术

在数字秤中，由称重传感器等重量传感器检测出的被计量物的模拟计量信号转换成数字计量信号之后，基于该数字计量信号执行各种控制。在该数字计量信号中，由于在数字秤中包含固有的振动和由外在因素引起的振动等振动成分，因此利用数字滤波器除去该振动成分。

在这样的数字滤波器中，为了除去在数字计量信号所包含的振动成分中，如外在因素引起的振动等那样频率特性随时间变化的振动成分，通过根据所输入的数字计量信号改变传递函数来改变将除去的振动成分的频率范围。在此，在改变传递函数的方法中，有再运算滤波系数的方法及改变滤波次数（单位滤波数）的方法。

但是，再运算滤波系数的方法，由于重复运算量大、需要复杂的运算，因此运算时间变长。换言之，在被计量物的计量中，再运算滤波系数时，直至数字计量信号变成在规定允许衰减范围内的时间（直至达到作为被计量物的重量值能采用的时间）有变长的问题。

对于这样的问题，例如，在下述专利文献1中，公开一种每进行一个计量周期的数字计量信号的规定抽样时判定用滤波手段进行滤波处理后的数字计量信号所包含的振动成分的振幅是否在规定允许衰减范围内，且当振动成分的振幅不在允许衰减范围内时，通过增加滤波手段的滤波次数，用滤波手段改变将除去的振动成分的频率范围的数字滤波器。按照这样的数字滤波器，根据包含于经滤波处理的数字计量信号中的振动成分的振幅是否在规定允许衰减范围内，通过改变滤波手段的滤波次数改变将除去的振动成分，因此能够减少滤波手段中的滤波处理的运算量。

现有技术文献：

专利文献1：日本专利 3394302号公报。

发明内容

发明要解决的问题：

但是，在像专利文献1中记载的数字滤波器那样改变滤波次数的方法中，由于传递函数变化不大，因此预先设定的滤波系数可除去的振动成分的频率范围和数字计量信号所包含的振动成分的频率范围有较大不同时，有经滤波处理的数字计量信号所包含的振动成分的振幅不集中在允许衰减范围内，或者到集中为止的时间变长的担忧。其结果是，产生数字秤的计量精确度变低、滤波器的运算时间变长而使得计量时间变长的问题。特别是，对于数字秤中进行组合运算的组合秤，随着组合运算的高速化，单个被计量物的计量时间（即，一个计量周期）也需要变短，因此计量时间变长是不希望的。

本发明是为了解决上述问题而形成的。其目的在于提供能保持计量精度同时能使执行适应动作的滤波器的运算时间缩短的数字秤用数字滤波器，具备该数字滤波器的数字秤，以及使用数字秤用数字滤波器的滤波处理方法。

解决问题的手段：

根据本发明的数字秤用数字滤波器具备：对包含振动成分的数字计量信号进行滤波处理的FIR滤波器（有限脉冲响应滤波器）；每进行一个计量周期中的数字计量信号的规定抽样时判定包含于用所述FIR滤波器进行滤波处理后的数字计量信号中的振动成分的振幅是否在规定的允许衰减范围内的判定单元；和控制单元；所述FIR滤波器具有除去规定的频率范围的振动成分的固定部和除去可变的频率范围的振动成分的适应部，所述控制单元形成为根据所述判定单元的判定结果，改变将在所述适应部中除去的振动成分的频率范围的结构。

根据上述数字秤用数字滤波器，在FIR滤波器的固定部中，由于除去被输入的数字计量信号中规定频率范围的振动成分，因此可以确实地除去数字秤的固有振动等预先假定的振动成分。在FIR滤波器的适应部中，通过改变将从被输入的数字计量信号中除去的振动成分的频率范围，除去因投入被计量物而产生的数字秤的振动及通过外在因素在计量中产生的各种振动成分。

像这样，在被输入的数字计量信号中，对于预先假定的振动成分的频率范围，在一个计量周期中不进行运算而在固定部除去，同时仅对于随时产生的振动成分的频率范围，进行改变将在适应部中除去的振动成分的频率范围的运算，因此能够防止计量精度降低，同时能够减少在FIR滤波器中的滤波处理的运算量，并且缩短运算时间。如上所述，根据本发明，可以保持计量精度同时缩短执行适应动作的滤波器的运算时间。

在上述数字秤用数字滤波器中，所述控制单元也可以形成为通过改变所述适应部的滤波系数使将在所述适应部中除去的振动成分的频率范围变化的结构。根据该结构，通过变更适应部的滤波系数能够显著改变将在适应部中除去的振动成分的频率范围。因此，当根据出自判定单元的判定结果判断为经滤波处理的数字计量信号难以在允许衰减范围内时，通过控制单元对适应部的滤波系数的变更，能更确实地在早期使数字计量信号的振动成分衰减。像这样，根据出自判定单元的判定结果，只在必要的时候变更滤波系数，因而能够减少滤波系数的运算次数。

在上述数字秤用数字滤波器中，所述控制单元也可以形成为通过使滤波次数以规定数目增加，使将在适应部中除去的振动成分的频率范围发生变化的结构。借助于此，根据包含于经滤波处理的数字计量信号中的振动成分的振幅是否在规定允许衰减范围内，改变适应部的滤波次数，以此改变将除去的振动成分，因而可以减少适应部的滤波处理的运算量。

在上述数字秤用数字滤波器中，所述固定部也可以形成为在被输入的数字计量信号中，除去计量被计量物的数字秤的重量传感器的固有频率的结构。根据该结构，在预先假定的振动成分中，在固定部除去最大的振动成分即基于数字秤的重量传感器的固有频率的振动成分，因此能够使经滤波处理的数字计量信号迅速地衰减至允许衰减范围，能够进一步减少允许部的滤波处理的运算量。

在上述数字秤用数字滤波器中，所述适应部也可以通过连接规定数量的格子型FIR滤波器而构成。根据该构成，作为适应部采用格子型FIR滤波器，因此能够减少适应部的滤波处理的运算误差。

在上述数字秤用数字滤波器中，所述固定部也可以通过连接规定数量的格子型FIR滤波器而构成。根据该构成，作为适应部采用格子型FIR滤波器，因此能够减少固定部中的滤波处理的运算误差。

在上述数字秤用数字滤波器中，也可以是所述固定部形成为对被输入到所述FIR滤波器的数字计量信号进行滤波处理的结构；所述适应部形成为对在所述固定部中进行滤波处理后的数字计量信号进行滤波处理的结构。根据该结构，在包含于数字计量信号中的振动成分中，预先假定的振动成分在固定部被除去后，为了除去剩余的振动成分，进行用于改变将在适应部中除去的振动成分的频率范围的运算，因而能够进一步减少适应部的运算量。

又，根据本发明的数字秤具备具有上述任意一种结构的数字秤用数字滤波器。本发明的数字秤具备发挥上述效果的数字秤用数字滤波器，因而能够不降低数字秤的计量精度地使数字秤的计量速度高速化。

又，使用根据本发明的数字秤用数字滤波器的滤波处理方法是使用具备对包含振动成分的数字计量信号进行滤波处理的FIR滤波器；每进行一个计量周期中的数字计量信号的规定抽样时判定包含于用所述FIR滤波器进行滤波处理后的数字计量信号中的振动成分的振幅是否在规定的允许衰减范围内的判定单元；和控制单元；所述FIR滤波器具有除去规定的频率范围的振动成分的固定部和除去可变的频率范围的振动成分的适应部，所述控制单元形成为根据所述判定单元的判定结果改变所述适应部的滤波系数的结构的数字秤用数字滤波器的滤波处理方法，包含：基于数字秤的重量传感器的固有频率的正弦波对固定部的滤波系数进行运算的步骤；基于规定的累计计量信号对适应部的格子型滤波器的滤波系数进行运算的步骤；将所述数字计量信号输入至所述数字秤用滤波器的步骤；以及基于在所述固定部和所述适应部中分别运算的滤波系数对被输入的所述数字计量信号进行滤波处理的步骤，所述判定单元在规定的计量周期之后判断出应该改变所述滤波系数时，所述控制单元基于上一计量周期中的数字计量信号对所述适应部的滤波系数进行运算及更新。

根据上述滤波处理方法，基于数字秤的重量传感器的固有频率对固定部的滤波系数进行运算，因而在预先假定的振动成分中，在固定部除去最大的振动成分即基于数字秤的重量传感器的固有频率的振动成分。又，基于累计计量信号对适应部的滤波系数进行运算，因而能够将FIR滤波器在适应部中除去的频率成分设定在与实际能产生的振动成分相符的频率范围内。此外，更新滤波系数时，基于上一计量周期中的数字计量信号对该滤波系数进行运算，因而能够在适应部确实地除去实际产生的振动成分。借助于此，利用数字滤波器进行滤波处理时，能够减少适应部的滤波系数的更新次数。因此，能够在保持计量精度的同时缩短执行适应动作的滤波器的运算时间。

以下，对用于权利要求书及说明书的记载的用语的定义进行说明。

在权利要求书及说明书中所说的“FIR滤波器”不是指电路及电子电路等那样的现实的滤波器电路，通过FIR滤波器对数字计量信号进行滤波处理是指，基于在控制装置的存储部（例如微型计算机的内部存储器）中存储的控制程序对控制装置的控制部（例如微型计算机的CPU等）进行控制动作，以此对数字计量信号进行运算处理。FIR滤波器是传递函数通过改变滤波系数和/或滤波次数而发生变化的。

在权利要求书及说明书中所说的“一个计量周期”指的是从输入由检测某个被计量物的重量得出的数字计量信号到进行该被计量物的计量终止处理为止的期间。

在权利要求书及说明书中所说的“累计计量信号”指的是，例如，实际计量多个被计量物或者被计量物的样本时得到的多个数字计量信号相加并平均后的信号。

本发明的上述目的、其他目的、特征及优点可以在参照附图的基础上从以下的优选的实施形态的详细说明中得以明确。

发明的效果：

本发明如以上说明那样构成，具有能够保持计量精度的同时缩短执行适应操作的滤波器的运算时间的效果。

附图说明

图1是示出应用根据本发明的一个实施形态的数字秤用数字滤波器的数字秤的概略构成的框图；

图2 是示出设置于图1所示的数字秤的数字秤用数字滤波器上的FIR滤波器的固定部的具体例子的框图；

图3是示出设置于图1所示的数字秤的数字秤用数字滤波器上的FIR滤波器的适应部的具体例子的流程图；

图4是示出设置于图1所示的数字秤的数字秤用数字滤波器上的FIR滤波器的适应部中的单位滤波器的具体例子的框图；

图5 是示出本实施形态的数字秤用数字滤波器的滤波系数运算模式中的控制动作的流程图；

图6是示出本实施形态的数字秤用数字滤波器的滤波处理模式中的控制动作的流程图；

图7是示出本实施形态的数字秤用数字滤波器中的反射系数运算用滤波器的框图；

图8 是示出输入到本实施形态的数字秤用数字滤波器中的数字计量信号x(n)的一个示例的图表；

图9 是示出对图8所示的数字计量信号x(n)进行滤波处理后的数字计量信号y(n)^(m)的一个示例的图表；

图10 是放大示出图9所示的图表的图；

图11 是举例示出在本实施形态的数字秤用数字滤波器中经滤波处理的数字计量信号y(n)^(m)的滤波系数改变之前的情况的图表；

图12是举例示出在本实施形态的数字秤用数字滤波器中经滤波处理的数字计量信号y(n)^(m)的滤波系数改变之后的情况的图表。

具体实施方式

以下参照附图说明本发明的优选的实施形态。另外，在以下所有附图中，在相同或者相当的要素上标以相同的参考符号，并省略其重复说明。

首先，对应用根据本发明的一个实施形态的数字秤用数字滤波器的数字秤的概略构成进行说明。图1是示出应用根据本发明的一个实施形态的数字秤用数字滤波器的数字秤的概略构成的框图。

本实施形态中的数字秤1如图1所示，具备对被计量物进行计量的重量传感器2。在重量传感器2中，例如使用称重传感器。重量传感器2与控制装置3相连接，由重量传感器2测出的重量通过放大器4放大后发送到控制装置3。另外，在放大器4中，也可以设置用于衰减不需要的高周波成分的低通滤波器。

控制装置3具有进行各种运算的控制部30以及存储各种运算结果的存储部34。控制装置3例如由安装有控制部30以及记忆部34的控制基板（未图示）构成。控制装置3例如具备微型计算机，在控制部30中例如使用该微型计算机的CPU。存储部34例如使用该微型计算机的内部存储器。控制部30和存储部34相互连接。在存储部34中存储用于进行滤波处理等的各种控制程序，此外，存储部34存储滤波系数等各种数据。又，控制部30读出并执行存储部34中所存储的控制程序，以此进行运算等的处理和控制。另外，控制部30既可以使用进行设置于数字秤1上的料斗等的驱动控制的微型计算机，也可以不同于驱动控制用的微型计算机而使用数字滤波器中滤波处理专用的微型计算机或DSP（Digital Signal Processor，数字信号处理器）。

控制装置3具有将模拟计量信号数字化的A/D转换器（模数转换器）35。A/D转换器35将放大器4中放大的模拟计量信号数字化，并将其以数字计量信号的形式输入到控制部30。在该数字计量信号中，除了与被计量物的重量相当的直流成分以外还包含各种振动成分。

又，数字秤1具备显示控制装置3的处理结果的显示部5、进行控制装置3的各种设定输入等的操作部6、以及能够与外部计算机10进行通信的通信部7。显示部5、操作部6和通信部7与控制部30之间通过输入输出界面36进行信号的发送和接收。

控制部30接收A/D转换器35、操作部6以及通信部7的信号后，基于这些信号启动滤波系数运算模式以及滤波处理模式。控制部30在滤波处理模式下，进行滤波运算处理以及判定处理，在滤波系数运算模式下，根据判定处理的结果进行改变滤波次数以及滤波系数的控制，并将这些处理结果存储于存储部34中。换言之，控制部30发挥FIR（有限脉冲响应）滤波器31、判定单元32以及控制单元33的功能。因此，本实施形态的数字秤用数字滤波器通过发挥FIR滤波器31、判定单元32以及控制单元33的功能的控制部30来实现。

另外，在本实施形态中，用一块控制基板构成控制装置3，但本发明不限于此，而只要能够执行相同的控制即可。换言之，例如也可以根据各种控制设置多个控制基板，并用该多个控制基板构成控制装置3。又，不一定要在数字秤1中配置该控制装置3，例如也可以将计算机等作为外部的控制装置3并进行连接，以此用该外部的控制装置3进行控制。

在本实施形态的数字秤用数字滤波器中，发挥FIR滤波器31的功能的控制部30对包含从A/D转换器35输入的振动成分的数字计量信号进行滤波处理。

更具体地是，FIR滤波器31具有除去规定的频率范围的振动成分的固定部311、以及除去可变的频率范围的振动成分的适应部312。因此，从A/D转换器35输入的数字计量信号，在固定部311中除去数字秤的固有频率等预先假定的规定振动成分，并在适应部312中除去例如由设置于数字秤1即组合秤上的料斗的开闭和外在因素等在计量中产生的各种振动成分。

又，发挥判定单元32的功能的控制部30，每进行一个计量周期中的数字计量信号的规定抽样时判定在FIR滤波器31中经滤波处理的数字计量信号所包含的振动成分的振幅是否在规定的允许衰减范围内。然后，控制单元33根据判定单元32的判定结果，通过改变将在适应部312中除去的振动成分的频率成分，在输入的数字计量信号所包含的振动成分中，除去未在固定部311中除去的振动成分。另外，在本实施形态中，一个计量周期指的是从输入通过检测某一被计量物的重量而得到的数字计量信号开始到进行该被计量物的计量终止处理（排出处理）为止的期间。

像这样，在输入的数字计量信号中，关于预先假定的振动成分的频率范围，在计量中不进行运算而在固定部311除去，同时仅对随时发生的振动成分的频率范围，进行使将在适应部312中除去的振动成分的频率范围发生变化的运算，因此能够防止计量度的降低，同时减少适应部312中的滤波处理的运算量，并缩短运算时间。如上所述，根据本实施形态的数字秤用数字滤波器，能够保持计量精度同时缩短执行适应动作的滤波器的运算时间。

在本实施形态中，的控制部30在滤波处理后的振动成分的振幅不在允许衰减范围内的情况下，通过使适应部312的滤波次数以规定数目增加，使将在适应部312中除去的振动成分的频率范围发生变化。借助于此，能够减少适应部312中的滤波处理的运算量。适应部312由下文所述的单位滤波器共m个所连接而构成，该单位滤波器的连接数m与滤波次数相同。

在此对FIR滤波器31的构成进行详细说明。图2至图4是示出图1所示的设置于数字秤的数字秤用数字滤波器的FIR滤波器的具体例子的框图。图2 是示出固定部的框图，图3是示出适应部的框图，图4是示出适应部的单位滤波器的框图。此外，如前所述，图2至图4所示的FIR滤波器并不是指由电路和电子电路等构成的现实中的滤波器电路，而是由基于在存储部34中所存储的控制程序进行控制动作的控制部30构成。

首先，对图3所示的适应部312进行说明。适应部312假设，由图4所示的单位滤波器310共m个串联而构成。在此，单位滤波器310共m个串联是指控制部30根据滤波次数m改变滤波系数（本实施形态中为下述的反射系数k_m）（k₁、k₂、…、k_m）同时重复进行m次单位滤波器310中的运算。本实施形态的单位滤波器310由格子型FIR滤波器构成，通过采用格子型FIR滤波器可以减少适应部312中的滤波处理的运算误差。

在适应部312中，作为单位滤波器310的格子型FIR滤波器共m个串联。格子型的FIR滤波器针对两个输入f(n)^(m-1)以及g(n)^(m-1)，输出向前预测误差f(n)^(m)以及向后预测误差g(n)^(m)。串联这样的单位滤波器310以此将向前预测误差f(n)^(m)以及g(n)^(m)分别输入至下一个单位滤波器310中。此外，单位滤波器310具有规定的反射系数k_m。。即，适应部312假定具有同样的构成，并且是反射系数k_m根据连接数（滤波次数）m而不同的单位滤波器310共m个相连接而构成。

反射系数k_m、向前预测误差f(n)^(m)以及向后预测误差g(n)^(m)的关系式用以下的计算式（1）至计算式（4）表示。另外，x(n)表示数字计量信号（输入信号），n（n=1，2，…，N’）表示抽样数。单位滤波器310的连接数m（m=1，2，…，M）表示为以下的计算式中的滤波次数。

[计算式1] 

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[计算式2] 

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[计算式3] 

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[计算式4] 

 

适应部312具有规定的滤波系数a_i ^(m)。用滤波系数a_i ^(m)来表示适应部312的传递函数F(z)，可得到以下的计算式（5）。

[计算式5] 

 

该滤波系数a_i ^(m)与反射系数k_m具有以下的计算式（6）所示的关系。

[计算式6] 

 

而且，使用计算式（5）所示的传递函数F(z)经滤波处理的适应部312的输出信号y(n)^(m)用以下的计算式（7）表示。

[计算式7] 

 

像这样，通过对计算式（1）至计算式（4）以及计算式（7）进行运算，能够得出与输入的数字计量信号x(n)（在本实施形态中是下述的y’(n)^(m)）相对应的适应部312的输出y (n)^(m)。另外，本实施形态的单位滤波器310通过乘法器将向前预测误差f (n)^(m)以及向后预测误差g (n)^(m)乘以预先的1/(1+k_m)再输出，因此稳态增益（steady-state gain）为1。因此，不论单位滤波器310的连接数（滤波次数m），都能够将适应部312的稳态增益固定为1。但是，本发明不限于此，例如也可以不将这样的乘法器与各个单位滤波310连接，而是对于最终输出的向前预测误差f(n)^(m)以及向后预测误差g(n)^(m)乘以与此时的滤波次数m相对应的乘法值。

此外，如计算式（5）所示，滤波次数，即随着单位滤波器310的连接数m的变化，适应部312的传递函数F(z)发生变化。又，也随着滤波系数a_i ^(m)的变化，适应部312的传递函数F(z)发生变化。另外，滤波系数a_i ^(m)的变化与反射系数k_m的变化的意义相同。像这样，通过滤波次数m和/或滤波系数a_i ^(m)（反射系数k_m）的变化，能够使将在适应部312中除去的振动成分的频率范围发生变化。另外，传递函数F(z)的抽头数L = m+1。

接着，对图3所示的固定部311进行说明。固定部311与适应部312一样，由与图4所示的单位滤波器310相同的格子型FIR滤波器M’个（m=1，2，…，M’）相连接而构成。通过采用格子型FIR滤波器能够减少在固定部311中的滤波处理的运算误差。

固定部311的滤波系数a’_i ^(m)以及反射系数k’_m的关系也与在上述适应部312中求出的运算方法相同地求出。因此，同样也能得出对应于数字计量信号x(n)的固定部311的输出y’(n)^(m) 。

像这样的数字秤1例如可以应用于组合秤。在这种情况下，组合秤具备多个重量传感器2、与之相对应的多个放大器4、输入多个放大器4的输出信号的多路复用器（未图示）、以及控制装置3。由多个重量传感器2所检测出的模拟计量信号由对应的放大器4放大，通过多路复用器输入至控制装置3的A/D转换器35。输入至A/D转换器35中的模拟计量信号数字化后，作为数字计量信号x(n)输出。数字计量信号x(n)输入至控制部30后，在发挥FIR滤波器31的功能的控制部30中进行滤波处理。控制部30输出经滤波处理的输出信号y(n)^(m)。该经滤波处理的输出信号y(n)^(m)在控制部30中变换为重量值。变换后的重量值存储于存储部34中，并在显示部5上显示。

接着，对本实施形态的数字秤用数字滤波器以及使用该滤波器的滤波处理方法中的滤波处理流程进行详细说明。图5是示出本实施形态的数字秤用数字滤波器的滤波系数运算模式中的控制动作的流程图。图6是示出本实施形态的数字秤用数字滤波器的滤波处理模式中的控制动作流程图。

首先，在进行滤波处理前，为了设定固定部311以及适应部312的反射系数k’_m、k_m，控制部30执行图5所示的滤波系数运算模式。在滤波系数运算模式中，首先控制部30对FIR滤波器31的固定部311的反射系数k’_m进行运算，并将运算结果存储于存储部34（步骤SA1）。具体地是，通过将与数字秤的重量传感器2 的固有振动数相对应的正弦波作为样本信号输入至反射系数运算用滤波器，控制部30对固定部311的反射系数k’_m进行运算。

又，控制部30对FIR滤波器31的适应部312的反射系数k_m进行运算，并将运算结果存储于存储部34（步骤SA2及SA3）。具体地是，在取得关于数字计量信号的样本数据x_s(n)（步骤SA2）后，通过将该样本数据x_s(n)输入至反射系数运算用滤波器，控制部30对适应部312的反射系数k_m进行运算（步骤SA3）。样本数据x_s(n)例如既可以是实际计量被计量物或被计量物的样本时得出的数字计量信号，也可以是实际计量多个被计量物或被计量物的样本时得出的多个数字计量信号相加并平均后的累计计量信号，还可以是用任意一个滤波器对该数字计量信号或累计计量信号进行滤波处理后的信号。

图7是示出本实施形态的数字秤用数字滤波器中的反射系数运算用滤波器的框图。另外，在本实施形态中，不同于滤波处理用的滤波器不同而使用反射系数运算用滤波器，但是也可以基于滤波处理用的滤波器（即图2和图3所示的滤波器）对各反射系数进行运算。

在此，说明对适应部312的反射系数k_m进行运算的例子。图7所示的反射系数运算用滤波器330是将从图5所示的单位滤波器310中除去向前以及向后两个方向的输出侧的乘法器后的滤波器共计m个相连接的滤波器（滤波次数为m）。将反射系数运算用滤波器330的传递函数设为H(z)；将样本数据x_s(n)的离散时间系列中的差分值Δx_s(n) = x_s(n) - x_s(n-1)输入至图7所示的反射系数运算用滤波器330时的向前预测误差值设为u(n)^(m)、向后预测误差值设为v(n)^(m)，反射系数k_m以及滤波系数a_i ^(m)具有如以下的计算式那样的关系。

[计算式8] 

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[计算式9] 

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[计算式10] 

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[计算式11] 

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[计算式12] 

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[计算式13] 

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[计算式14] 

 

计算式（12）所示的传递函数H(z)，对于样本数据x_s(n)所包含的持续的振动成分所存在的频率范围能够以较大的衰减率进行滤波，因此能够相对地减少滤波处理中的滤波次数m。

基于以上的计算式（8）至计算式（14）运算适应部312的反射系数k_m（m=1，2，…，M）。固定部311的反射系数k’_m（m=1，2，…，M’）也通过将输入信号改变为与数字秤的重量传感器2的固有频率数相对应的正弦波而同样地运算。这时的滤波次数m的最大值M、M’不特别限定，但是优选的是进行运算直至达到某个程度较大的值。例如设M＝40，M’＝20。像这样所运算出来的反射系数k_m、k’_m存储于存储部34。

此外，固定部311和/或适应部312的反射系数k’_m、k_m如图1所示，也可以在通过数字秤1的通信部7相连的外部计算机10连接中进行运算。

使用如上所述反射系数k’_m、k_m被设定的固定部311以及适应部312进行滤波处理。在滤波处理中，作为初期设定，设定下述的计量周期数j=1以及计数器c=1（步骤SA4）。控制部30，使用这样的计量周期数j以及计数器c执行如下所示的滤波处理模式（步骤SA5）。滤波处理模式既可以从收到技术人员的切换操作开始执行，也可以是控制部30自动地执行。

在滤波处理的模式中，如图6所示，作为初期设定，设定适应部312的滤波次数m=p以及抽样数n=1（步骤SB1）。适应部312的滤波次数m的初期设定值p不特别限定，而是例如设定p=20，又，虽然未图示，但是固定部311的滤波次数m也设定为M’（固定值）。固定部311的滤波次数m的固定值M’也不特别限定，而是例如设定M’=20。

控制部30得到数字输入信号x_j(n)（j=1，2，…）（步骤SB2）。在此，计量周期数j，为方便起见，是指从重量传感器2发送的多个输入信号的顺序。即，计量周期数j增加1意味着进入下一个计量周期。控制部30将得到的数字输入信号x_j(n)输入至FIR滤波器31的固定部311中，运算出输出信号y’_j(n)^(m)并将其输出（步骤SB3）。即，控制部30在固定部311中，基于取得的数字输入信号x_j(n)、设定的反射系数k’_m以及滤波次数m’，对计算式（1）至计算式（4）以及计算式（7）进行运算，并将输出信号y’_j(n)^(m)输出。

此外，控制部30将从固定部311输出的信号y’_j(n)^(m)输入至适应部312，运算输出信号y_j(n)^(m)并将其输出（步骤SB4）。即，控制部30在适应部312中，基于输入信号y’_j(n)^(m)、设定的反射系数k_m以及滤波次数m，对计算式（1）至计算式（4）以及计算式（7）进行运算，并将输出信号y_j(n)^(m)输出。控制部30将从适应部312输出的信号y_j(n)^(m)存储于存储部34中，并通过输入输出界面36将其显示在显示部5上（步骤SB5）。

接着，控制部30发挥判定单元32的功能。即，控制部30对在FIR滤波器中经过滤波处理的数字计量信号y_j(n)^(m)所包含的振动成分的振幅是否在规定的允许衰减范围V内进行判定（步骤SB6、SB7）。具体地是，首先由从适应部312输出的数字计量信号y_j(n)^(m)与在上次的抽样中从适应部312输出的数字计量信号y_j(n-1)^(m)运算变化量Δy_j(n)^(m)（步骤SB6）。在本实施形态中，变化量Δy_j(n)^(m)用以下的计算式（15）表示，在此，变化量Δy_j(n)^(m)具有基于抽样数n的规定幅度u（u=0，1，2，…，w）。

[计算式15] 

 

另外，取代通过计算式（15）算出变化量Δy_j(n)^(m)，而例如也可以通过对数字计量信号y_j(n)^(m)的移动平均进行加法运算而算出。

控制部30读出存储于存储部34中的规定的允许衰减范围V，并将其与算出的变化量Δy_j(n)^(m)进行比较（步骤SB7）。变化量Δy_j(n)^(m)比允许衰减范围小的情况下，即，判断出经滤波处理的数字计量信号y_j(n)^(m))显著衰减的情况下（步骤SB7为“是”），控制部30对是否已进行计量终止处理（在组合秤中是排出处理）进行判定（步骤SB8）。若已进行计量终止处理（步骤SB8为“是”），则终止滤波处理模式，若未进行计量终止处理（步骤SB8为“否”），则将抽样数n加1（步骤SB9），并进行下一个数字计量信号x_j(n)（n=n+1）的抽样（步骤SB2）。之后，直至进行计量终止处理之前（直至步骤SB8为“是”之前），重复步骤SB2至步骤SB9。在组合秤中，基于依次存储于存储部34中的信号y_j(n)^(m)进行组合运算。

变化量Δy_j(n)^(m)比允许衰减范围V大的情况下，即，经滤波处理的数字计量信号y_j(n)^(m)未能显著衰减的情况下（步骤SB7为“否”），控制部30对滤波次数m是否在最大值M以上进行判定（步骤SB10）。滤波次数m未达到最大值M的情况下（步骤SB10为“否”），控制部30发挥控制单元33的功能，对适应部312的滤波次数m仅增加规定的数目q（例如q=1）（步骤SB11）。然后，在下一次的抽样（抽样数n=n+1）中，通过滤波次数已变为m+q的适应部312执行步骤SB4的滤波处理。滤波次数m在最大值M以上的情况下（步骤SB10为“是”），控制部30在使适应部312的滤波次数m不增加至最大值M以上的情况下，进行随后的抽样，直至执行计量终止处理为止（步骤SB8、SB9）。像这样，根据经滤波处理的数字计量信号y_j(n)^(m)中所包含的振动成分的振幅是否在规定的允许衰减范围V内改变适应部312的滤波次数m（即适应部312中的单位滤波器330的连接数m），依次改变将除去的振动成分，因此可以减少适应部312中的滤波处理的运算量。另外，虽然未图示，但是滤波次数m达到最大值M以上后即使重复进行规定数的抽样也无法达到小于所允许衰减范围V的情况下，认为需要反射系数k_m的更新而进行错误报告。

已进行计量终止处理时（步骤SB8为“是”），控制部30接收模式切换操作或者自动终止滤波处理模式，恢复为滤波系数运算模式。控制部30如图5所示，针对在该滤波处理模式下经运算处理的的数字计量信号y_j(n)^(m)，对适应部312的滤波次数m是否在最大值M以上进行判定（步骤SA6）。适应部312的滤波次数m未达到最大值M的情况下（步骤SA6为“否”），控制部30重新设定计数器c，在c=1的状态下将计量周期数j增加1（步骤SA8），对下一次输入的数字计量信号x_j(n)（j=j+1）进行滤波处理（步骤SA5）。另外，在下一个计量周期开始时，适应部312的滤波次数m再设定为初期设定值p（步骤SB1）。

适应部312的滤波次数m在最大值M以上时（步骤SA6为“是”），控制部30将计数器c增加1（步骤SA9），并对该计数器c是否为规定值C进行判定（步骤SA10）。即，控制部30在预先设定的次数C的计量周期内，连续地对适应部312的滤波次数m是否在最大值M以上进行判定。计数器c未达到规定值C时（步骤SA10为“否”），将不对计数器c进行重新设定地把计量周期数j增加1（步骤SA8）。

计数器c达到规定值C时（步骤SA10为“是”）），控制部30发挥控制单元33的功能，通过改变适应部312的滤波系数a_i ^(m)，改变适应部312中将除去的振动成分的频率范围（步骤SA11、SA12）。更详细地是，控制部30基于上一个计量周期中的数字计量信号x_j(n)对适应部312的滤波系数a_i ^(m)进行运算。具体地是，控制部30，将数字计量信号x_j(n)的离散时间系列中的差分值Δx_j(n) = x_j(n)–x_j(n-1)输入至图7所示的反射系数运算用滤波器330中，基于计算式（8）至计算式（14）对适应部312的反射系数k_mj进行运算（步骤SA11）。然后，控制部30将算出的反射系数k_mj设定为适应部312的反射系数k_m（步骤SA12），并执行下一个（j=j+1）计量周期（步骤SA8、SA5）。

像这样，通过改变适应部312的滤波系数a_i ^(m)，能够显著改变将在适应部312中除去的振动成分的频率范围。因此，通过根据判定单元32的规定的计量周期的判定结果判断出经滤波处理的数字计量信号y_j(n)^(m)难以成为允许衰减范围V内时，控制单元33改变适应部312的滤波系数a_i ^(m)，以此能够更确实且更早地使随后的计量周期中的数字计量信号x_j(n)的振动成分衰减。像这样，根据判定单元32的判定结果仅在需要时改变滤波系数a_i ^(m)，因此可以减少滤波系数a_i ^(m)的运算次数。此外，在本实施形态中，虽然每对数字计量信号x_j(n)进行一次抽样时判定单元32进行判定，但是本发明不限于此，例如也可以是在每进行规定次数的抽样时对经滤波处理的数字计量信号y_j(n)^(m)进行判定。

如上所述，在输入数字计量信号x_j(n)中，关于预先假定的振动成分的频率范围，并不是在一个计量周期中进行运算，而是在固定部311除去，同时仅对于随时发生的振动部分的频率范围进行使将在适应部312中除去的振动成分的频率范围发生变化的运算，因此在防止计量精度的降低的同时，能够减少FIR滤波器31中的滤波处理的运算量，并缩短运算时间。

又，在本实施形态中，如前所述，对于输入的数字计量信号x_j(n)，在固定部311中进行滤波处理后，在适应部312进行滤波处理。借助于此，在数字计量信号x_j(n)所包含的振动成分中，预先假定的振动成分在固定部311中被除去之后，为了除去剩下的振动成分，进行使将在适应部312中除去的振动成分的频率范围发生变化的运算，因此能够使适应部312中的运算量更为减少。

此外，基于数字秤1的重量传感器2的固有频率运算固定部311的滤波系数（反射系数k^’m），因此在预先假定的振动成分中，在固定部311除去最大的振动成分即基于数字秤1的重量传感器2的固有频率的振动成分。又，基于规定的累计计量信号运算适应部312的滤波系数（反射系数k_m），因此能够将FIR滤波器31在适应部312中除去的频率成分设定在与实际能产生的振动成分相符合的频率范围内。此外，在更新滤波系数时，基于上一个计量周期中的数字计量信号运算该滤波系数，因此能够在适应部312中将实际产生的振动成分确实地除去。借助于此，使用数字滤波器进行滤波处理时，能够减少在适应部312中滤波系数的更新次数。因此，能够在保持计量精度的同时，缩短执行适应动作的滤波器的运算时间。

在此，示出使用本实施形态的数字秤用数字滤波器进行滤波处理后的数字计量信号的例子。首先对在适应部312中滤波次数m已变更的情况下的滤波处理的效果进行说明。图8是示出输入至本实施形态的数字秤用数字滤波器的数字计量信号x(n)的一个例子的图表。图9是示出图8所示的数字计量信号x(n)进行滤波处理后的数字计量信号y_j(n)^(m)的一个例子的图表。此外，图10是放大示出图9所示的图表的图。

图8所示的数字计量信号x(n)为计量40g的被计量物后的数字计量信号，抽样时间T为5毫秒。固定部311的滤波次数m’为20，适应部312的滤波次数m为初期设定值p=20及最大值M=40。固定部311将对被计量物进行计量的数字秤1的重量传感器2的固有振动数除去地设定反射系数k’_m。

在此，适应部312的反射系数k_m从该输入的数字计量信号x(n)进行运算，更具体地是，在图8所示的图表中，在示出被计量物的向数字秤1的投入终止后的状态的规定抽样时间D内的数字计量信号x(n)作为样本数据x_s(n)。如图8所示，所采用的数据样本时间D为抽样数n=50到250之间。

在图9及图10中，点线示出输入信号x(n)，虚线示出固定部311的输出信号y’(n)^(m’)，实线示出适应部312中滤波次数固定为m=20时的输出信号y(n)⁽²⁰⁾，点划线示出适应部312中滤波次数固定为m=40时的输出信号y(n)⁽⁴⁰⁾，以及圆圈示出在适应部312中基于适用本发明的控制改变滤波次数m的同时进行滤波处理后的输出信号y(n)^m)。

如图10中特别示出的那样，基于适用本发明的控制进行滤波处理后的输出信号y(n)^m)示出抽样数n=70以下时通过发挥滤波次数m=20的滤波器的功能的适应部312进行滤波处理后的输出信号，以及抽样数n=90以上时通过发挥滤波次数m=40的滤波器的功能的适应部312进行滤波处理后的输出信号。而且，抽样数n=70到90之间示出适应部312的滤波次数m从20依次增加至40。借助于此，能够使经滤波处理的输出信号y(n)^m)的信号波形在短时间内衰减，并且抑制运算量的增加。

接下来说明在适应部312中已改变滤波系数a_i ^(m)的情况下的滤波处理效果。图11及图12是举例示出用本实施形态的数字秤用数字滤波器进行滤波处理后的数字计量信号y(n)^m)的滤波系数的变更前后的变化的图表。图11示出滤波系数变更前，图12示出滤波数变更后。图11和图12中的任意一个都示出对同一个数字计量输入信号x(n)（未图示）所得出的输出信号，其中虚线示出固定部311的输出信号y’(n)^(m)，实线示出在适应部312中滤波次数固定为m=20时的输出信号y(n)⁽²⁰⁾、点划线示出在适应部312中滤波次数固定为m=40时的输出信号y(n)⁽⁴⁰⁾，以及圆圈示出在适应部312中基于适用本发明的控制改变滤波次数m同时进行滤波处理后的输出信号y(n)^(m)。

在图11的例子中，滤波次数m=40时的输出信号y(n)⁽⁴⁰⁾的波形，即使抽样数n增加，也在规定的范围内振动，因此，与图8至图10所示的例子同样地，即使使滤波次数m在抽样数n=70到90之间增加，也无法将滤波处理后的数字计量信号y(n)^(m)控制在规定的允许衰减V范围内。对于这样的数字计量输入信号x(n)，通过改变适应部312的滤波系数a_i ^(m)（反射系数k_m），使在适应部312中将除去的振动成分的频率范围发生变化（上述的步骤SA11、SA12）。借助于此，即使是相同的数字计量信号x(n)，图12所示滤波次数m=40时的输出信号y(n)⁽⁴⁰⁾也能够得到比图11的波形衰减的波形。此外，通过改变适应部312的滤波系数a_i ^(m)（反射系数k_m），与图8至图10所示的例子同样地，使滤波次数m在抽样数n=70到90之间增加，以此能够使数字计量信号y(n)^(m) 迅速地在允许衰减范围V内衰减并输出。

以上对本发明的实施形态进行了说明，但本发明并不仅限于上述实施形态，在不脱离本发明的宗旨的范围内可以进行各种改良、变更和修正。例如，在本实施形态中，作为固定部311应用与适应部312同样的格子型滤波器，但本发明不限于此，例如也可以应用移动平均滤波器、陷波滤波器等的数字滤波器。又，固定部的311也可以根据装置固有的振动成分设计为多个。

又，在本实施形态中，在一个计量周期中不需对滤波系数a_i ^(m)（反射系数k_m）进行运算，但不限于此，例如也可以是判定单元32在一个计量周期中滤波次数m达到最大值M以上时，对滤波系数a_i ^(m)进行运算并更新后，再次将该数字计量信号x_j(n)用更新过的滤波系数a_i ^(m)重新进行滤波处理。

此外，对于数字计量信号的滤波处理，在本实施形态中串联地进行固定部311以及适应部312的处理，但是也可以并联处理。又，在串联处理的情况下，也可以对固定部311以及适应部312中的任意一个先行处理，但优选的是如本实施形态那样，为了适应部312中的运算量的减少，优选的是在固定部311的处理之后再用适应部312进行处理。

又，在本发明的实施形态中，虽然对在数字秤即组合秤中应用数字秤用数字滤波器的例子进行了主要地说明，但本发明不限于此，例如在仅具有一个重量传感器2的数字秤等中也可以应用。

根据上述说明，对本领域技术人员来说，本发明的较多的改良和其他的实施形态是显而易见的。因此，以上说明仅应作为示例解释，以对本领域技术人员教导执行本发明的最佳形态为目的而提供。在不脱离本发明的精神的前提下，可以对其构造和/或功能的细节进行实质性的改变。

工业应用性：

本发明的数字秤用数字滤波器、具备该数字滤波器的数字秤以及其使用该数字滤波器的滤波处理方法，在使用包含频率特性随时间变化的振动成分的数字计量信号进行各种控制的数字秤中是有用的。

符号说明：

1　　　　　　　数字秤；

2　　　　　　　重量传感器；

3　　　　　　　控制装置；

4　　　　　　　放大器；

5　　　　　　　显示部；

6　　　　　　　操作部；

7　　　　　　　通信部；

10　　　　　　 外部计算机；

30　　　　　　 控制部（FIR滤波器、判定单元、控制单元）；

31　　　　　　　FIR滤波器；

32　　　　　　　判定单元；

33　　　　　　　控制单元；

34　　　　　　　存储部；

35　　　　　　　A/D转换器；

36　　　　　　　输入输出界面；

310　　　　　　单位滤波器；

311　　　　　　固定部；

312　　　　　　适应部；

330　　　　　　反射系数运算用滤波器。

Claims (9)

1.一种数字秤用数字滤波器，具备：

对包含振动成分的数字计量信号进行滤波处理的有限脉冲响应滤波器；

每进行一个计量周期中的数字计量信号的规定抽样时判定包含于用所述有限脉冲响应滤波器进行滤波处理后的数字计量信号中的振动成分的振幅是否在规定的允许衰减范围内的判定单元；和

控制单元；

所述有限脉冲响应滤波器具有除去规定的频率范围的振动成分的固定部和除去可变的频率范围的振动成分的适应部； 

所述控制单元形成为根据所述判定单元的结果，改变将在所述适应部中除去的振动成分的频率范围的结构。

2.根据权利要求1所述的数字秤用数字滤波器，其特征在于，所述控制单元形成为通过改变所述适应部的滤波系数，使将在适应部中除去的振动成分的频率范围发生变化的结构。

3.根据权利要求1所述的数字秤用数字滤波器，其特征在于，所述控制单元形成为通过使所述适应部的滤波次数以规定数量增加，使将在适应部中除去的振动成分的频率范围发生变化的结构。

4.根据权利要求1所述的数字秤用数字滤波器，其特征在于，所述固定部形成为在输入的数字计量信号中，除去计量被计量物的电子秤的重量传感器的固有频率的结构。

5.根据权利要求1所述的数字秤用数字滤波器，其特征在于，所述适应部通过连接规定数量的格子型有限脉冲响应滤波器而构成。

6.根据权利要求1所述的数字秤用数字滤波器，其特征在于，所述固定部通过连接规定数量的格子型有限脉冲响应滤波器而构成。

7.根据权利要求1所述的数字秤用数字滤波器，其特征在于，所述固定部形成为对输入至所述有限脉冲响应滤波器中的数字计量信号进行滤波处理的结构，所述适应部形成为对在固定部中进行滤波处理后的数字计量信号进行滤波处理的结构。

8.一种数字秤，其特征在于，具备权利要求1至6中任一项所述的数字秤用数字滤波器。

9.一种滤波处理方法，其特征在于，所述滤波处理方法是使用具备对包含振动成分的数字计量信号进行滤波处理的有限脉冲响应滤波器；每进行一个计量周期中的数字计量信号的规定抽样时判定包含于在所述有限脉冲响应滤波器中经滤波处理的数字计量信号的振动成分的振幅是否在规定的允许衰减范围内的判定单元；和控制单元；所述有限脉冲响应滤波器具有除去规定的频率范围的振动成分的固定部和除去频率范围可改变的振动成分的适应部，所述控制单元形成为根据所述判定单元的判定结果改变所述适应部的滤波系数的结构的数字秤用数字滤波器的滤波处理方法；

包含：

基于与数字秤的重量传感器的固有频率所对应的正弦波对固定部的滤波系数进行运算的步骤；

基于规定的累计计量信号对适应部的格子型滤波器的滤波系数进行运算的步骤；

将所述数字计量信号输入至所述数字秤用数字滤波器的步骤；以及

基于在所述固定部和所述适应部中分别运算的滤波系数对被输入的所述数字计量信号进行滤波处理的步骤；

所述判定单元在规定的计量周期之后判断出应该改变所述滤波系数时，所述控制单元基于上一计量周期中的数字计量信号对所述适应部的滤波系数进行运算及更新。

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