CN103697976A - 微量天平测重系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种微量天平测重系统，包括天平本体、震动感知测量装置、抗震反馈控制平台、电磁测量单元；震动感知测量装置，用于输出随天平本体垂直震动而变化的电信号；抗震反馈控制平台，放置在天平本体之下，用于接收震动感知测量装置输出的电信号，进行相应制动来减弱天平本体的垂直震动；电磁测量单元，设置在天平本体中，用于接收震动感知测量装置输出的电信号，当所述电信号小于设定阈值时进行测重，并根据所述电信号对测重结果进行补偿。本发明利用抗震反馈控制平台对震动进行制动，制动后的微小震动由天平电磁测量单元进行数据补偿，从而避免了震动对测重带来的影响，实现了更精确的测量，也防止了严重震动对天平造成损坏。
Description
技术领域
本发明涉及测量技术领域，尤其涉及一种微量天平测重系统。
背景技术
在液晶面板在液晶滴注工艺中，液晶滴注量对液晶屏的显示效果影响非常大，如果液晶量过高会引起重力MURA（因为液晶在重力的作用下在显示屏下部形成的液晶不均的现象），如果过低会引起未充满（NO FILL）的不良。因此精确的测量液晶滴注量会较高地校正液晶滴注装置，提高滴注精度，从而提高液晶屏的显示效果。
高精度微量电子天平是液晶滴注校正测量中最主要的工具。因为每次滴注的液晶量在2～5mg左右，因此微小的震动都会对测量结果有很大的影响。为了准确称重，就要排除微小震动的影响。环境震动会增大测量的误差，日久将导致天平的损坏，降低天平的计量性能。并且当遇到地震等超大震动时，如果不及时进行震动的保护，电子天平会发生警报，如果严重会损坏天平。
现有技术中缺乏有效的保护微量天平不被震动损坏并且能补偿震动对测重带来的精度影响的技术手段。
发明内容
（一）要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是：利用一种微量天平测重系统，对微小震动引起的滴注精度异常进行补偿调节，对于严重震动时，反馈控制保护天平不受损坏。
（二）技术方案
为解决上述问题，本发明提供了一种微量天平测重系统，包括天平本体、震动感知测量装置、抗震反馈控制平台、电磁测量单元；
震动感知测量装置，用于输出随天平本体垂直震动而变化的电信号；
抗震反馈控制平台，放置在天平本体之下，用于接收震动感知测量装置输出的电信号，进行相应制动来减弱天平本体的垂直震动；
电磁测量单元，设置在天平本体中，用于接收震动感知测量装置输出的电信号，当所述电信号小于设定阈值时进行测重，并根据所述电信号对测重结果进行补偿。
优选地，所述震动感知测量装置包括压电射流陀螺敏感元件。
优选地，压电射流陀螺敏感元件包括：压电气流发射器和热敏电阻传感器，压电气流发射器发射的气流由于垂直震动而偏转，使热敏电阻传感器的一对热敏电阻丝冷热不均导致阻值变化，从而产生随垂直震动变化的电信号。
优选地，所述抗震反馈控制平台包括平台、底座，以及安装在平台、底座之间的作动器和气弹簧。
优选地，所述作动器为双向电磁作动器，包括两个线圈，两个线圈中电流的方向和大小随接收到的所述电信号变化来产生互斥或互吸的作用力以减弱天平本体的垂直震动。
优选地，所述电磁测量单元包括电磁力平衡传感器和PID调节器，PID调节器接收震动感知测量装置输出的电信号，向电磁力平衡传感器输出用于震动补偿的电流。
优选地，所述电磁力平衡传感器包括立柱、永磁体、铁芯和电磁线圈，电磁线圈套设在铁芯上并被永磁体环绕，立柱和铁芯安装在可上下移动的基座上，PID调节器向电磁力平衡传感器输出用于震动补偿的所述电流输入到电磁线圈。
优选地，还包括阈值设定单元，用于设定允许电磁测量单元进行测重的电信号阈值。
优选地，所述震动感知测量装置，放置在天平本体和抗震反馈控 制平台之间。
优选地，所述抗震反馈控制平台为多个。
优选地，所述天平本体包括天平力矩臂，天平力矩臂一端设置有称量杯，另一端与电磁测量单元相连。
（三）有益效果
本发明利用震动感知测量装置对天平本体的震动进行测量，输出随天平本体垂直震动而变化的电信号，放置在天平本体之下的抗震反馈控制平台通过制动来减弱天平本体的垂直震动，制动造成的微小震动由天平电磁测量单元进行数据补偿，从而避免了震动对测重带来的影响，实现了更精确的测量，也防止了严重震动对天平造成损坏。使用本发明的微量天平测重系统对滴注液晶进行测量时，由于使用垂直震动的制动与补偿作用后得出的数据进行读数，这样液晶滴注会更加精确。
附图说明
图1为根据本发明实施例的微量天平测重系统的结构示意图；
图2为根据本发明实施例的压电射流陀螺敏感装置的结构示意图；
图3为根据本发明实施例的抗震反馈控制平台的结构示意图。
图4为根据本发明实施例的电磁测量单元的结构示意图。
图5为根据本发明实施例的微量天平测重系统称重方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明进行详细说明如下。
图1示出了本发明的微量天平的一个实施例，微量天平包括：称量杯1，用于盛放滴注的液晶；天平力矩臂2，用于将称量杯1和其中液晶的重力传递到电磁测量单元6上，称量杯1设置在天平力矩臂2的一端；微量天平的主体结构为天平本体3，电磁测量单元6设置 在天平本体3中；微量天平安装有震动感知测量装置4，用于输出随天平本体垂直震动而变化的电信号；抗震反馈控制平台5，放置在天平本体之下，接收震动感知测量装置4输出的电信号，根据所述电信号进行相应制动来减弱天平本体的垂直震动；电磁测量单元6，用于接收震动感知测量装置4输出的电信号，当所述电信号小于设定阈值时进行测重，并根据所述电信号对测重结果进行补偿。系统还可还包括阈值设定单元，用于设定允许电磁测量单元5进行测重的电信号的阈值。当然，在其他实施例中，也可以不包括称量杯1而包括其他承放物体的器件。系统还包括控制器件和传送电信号线路，在此不一一赘述，下面对系统的重要器件进行具体说明。
震动感知测量装置4包括震动感知测量元件和震动感知检测电路。在遇到震动时震动感知测量元件使震动感知检测电路的元件参数变化，从而震动感知检测电路输出表示震动大小的电信号。震动感知测量元件例如为压电射流陀螺敏感元件。
压电射流陀螺敏感元件的一个示例结构如图2所示，包括热敏塞41、压电气流发射器42、热敏丝43及屏蔽壳体44。热敏丝43接于震动感知检测电路的电桥的相对臂上，构成热敏电阻传感器。测量垂直震动时，压电气流发射器42发射的气流由于垂直震动而偏转，使热敏电阻传感器的一对热敏电阻丝43冷热不均导致阻值变化，从而产生随垂直震动变化的电信号。
震动感知检测电路可以引入一个RC（电阻电容）网络，通过缩小信号的带宽，吸收电流滤波的方法降低噪声的干扰；同时，震动感知检测电路可以采用零偏置电压的震动感知接入式，增加暗电流补偿电路以实现精密的震动感知检测。
在系统中，震动感知测量装置4优选放置在天平本体3和抗震反馈控制平台5之间，以更好的检测天平本体3震动且使抗震反馈控制平台5更准确的对天平本体的震动进行制动抵消。当然，震动感知测 量装置4也可放置在天平本体3上的其他位置。
抗震反馈控制平台5可包括平台、底座，以及安装在平台、底座之间的作动器和气弹簧。一个示例结构如图3所示，抗震反馈控制平台包括由天然大理石制成的天平安装平台51和水泥钢架形成的底座52，以及在平台51和底座52之间的双向电磁作动器53，在平台51和底座52之间还包括若干气弹簧54用于缓冲稳定。
双向电磁作动器53例如包括两个线圈，当接收到震动感知测量装置4传送的随垂直震动变化的电信号时，两个线圈中电流的方向和大小随电信号变化来产生互斥或互吸的作用力以减弱微量天平的垂直震动。例如当平台51向下震动时，通过控制电流的方向，在两线圈上下形成相斥的磁极，由于磁力作用，阻止了平台51向下震动；当平台51向上震动时，则在两线圈上下形成相吸的磁极，产生的磁场力阻止平台51向上的震动。天平本体3位于平台51之上，减弱了平台51的震动也同时减弱了平台51的震动。
需要注意的是，系统中的抗震反馈控制平台5可以为多个，布置在天平本体3之下。
在该示例中，作动器为双向电磁作动器，在其他例子中，作动器也可以为基于材料机敏性的作动器，例如压电陶瓷、压电薄膜、电致伸缩陶瓷、形状记忆合金、磁致伸缩材料、磁致伸缩材料等。
图4是本发明的电磁测量单元的结构框图。电磁测量单元6包括电磁力平衡传感器、震动感知检测电路、PID（比例、积分、微分）调节电路、信号转换采集电路、RC滤波调节器、PLC逻辑编程控制器，所述的电磁力平衡传感器、PID调节电路和系统的震动感知检测装置组成闭合系统，以提高电子天平的精度和稳定性。
电磁力平衡传感器包括永磁体61、电磁线圈62、铁芯63、立柱64和基座65。电磁线圈62套设在铁芯63上并被永磁体61环绕。立柱64的一端与天平力矩臂2连接。立柱64和铁芯63安装在可上下 移动的基座65上，成为可动部分。
测量时，当微量天平的称量杯加载前，电磁力平衡传感器处于初始平衡状态；称量杯加载后，被称量液晶的重力使电磁力平衡传感器的可动部分发生位移。同时，震动感知测量装置的压电射流陀螺仪测量出震动信号，震动信号经震动感知检测电路转换为电压信号，电压信号通过PID调节电路，向电磁线圈62提供一个与被称液晶的质量成正比的电流，电磁线圈62在永磁体61的磁场作用下，将产生向上的力，使电磁力平衡传感器的可动部分向上移动；可动部分向上移动后，使震动感知检测电路的输出电压减少，PID调节器的积分环节使流经线圈的电流继续增大，直至可动部分恢复到初始平衡的位置。此时，线圈电流在永磁体磁场作用下产生的力与被称量液晶的重力相等，传感器处于平衡状态。同时，流过载流线圈的电流通过取样电阻转换为电压信号，经信号调理电路后送数据采集电路，PLC逻辑编程控制器对采集到的称重数据进行数字滤波、漂移补偿、线性处理后输出到液晶显示屏（图中没有示出）显示。
该电磁测量单元的PID调节电路可以引入微分器相位补偿和增量积分环节；其中，相位补偿是通过在输入回路中串联一个小电阻，限制输入的噪声和突变电压，防止电路自激振荡；增量积分是在原有积分环节上并联一个微小的RC网络，利用微小增量去补偿由于积分器复原和运算放大器滞后带来的误差；该电子天平的数据采集电路可以采用高精度A/D（模拟/数字）转换器，该A/D转换器采用了电荷平衡技术，其内部集成了一个极低噪声的可编程增益斩波稳定测量放大器、一个四阶的Δ-Σ调制器一个均值移动数字滤波器，实现了无噪声位数输出。
实际测量时，微量天平在PLC（可编程逻辑电路）主控模块的控制下，先上电复位，进行系统故障自检，故障自检通过后开始各模块初始化工作，然后自动加载内校砝码（没有示出）进行快速预热，使 天平快速达到平衡状。预热完毕后根据采集到的数据自动对天平进行零点和满量程的校准，并进入天平的基本称量状态。此时，PLC逻辑编程控制器对A/D转换器采集到的称重数据进行数字、漂移补偿、线性化处理，并将处理结果输送至液晶屏显示。其中，漂移补偿采用了震动补偿技术和零点跟踪技术，通过震动补偿算法程序，及时补偿由于震动变化导致的漂移，同时不断地补偿系统的零位值；采用了牛顿插值法对称量数据进行线性化处理，线性化处理后电子天平的线性度≤±0.0003mg。这样，电磁测量单元可实现的称量范围为0～30mg，精度达到了0.0001mg，具有震动反馈控制、全自动校准、故障自诊断等多种功能。
本发明的微量天平测重系统的测重方法如图5所示，具体包括：
在步骤S1，震动感知测量装置测量震动，输出电信号，电信号的大小随垂直震动变化。
在步骤S2，判断电信号是否超过设定的阈值，也就是说看震动是否超过允许电磁测量单元开始测量的程度。若没有超过设定的阈值，则可以转入步骤S5直接进行测量；若超过设定的阈值，则进入步骤S3。
在步骤S3，抗震反馈控制平台制动来抵消震动，从而使震动感知测量装置的电信号降低到阈值以下。
在步骤S4，当震动感知测量装置的电信号降低到阈值以下时，电磁测量单元启动，此时例如通过联动控制装置控制液晶滴注机滴注液晶。
在步骤S5，电磁测量单元对微震进行补偿，从而使测重结果更精确。
在步骤S6，电磁测量单元完成测量，输出数据。
本发明实施例提供的微量天平测重系统，利用震动感知测量装置对天平本体的震动进行测量，输出随天平本体垂直震动而变化的电信 号，放置在天平本体之下的抗震反馈控制平台通过制动来减弱天平本体的垂直震动，制动造成的微小震动由天平电磁测量单元进行数据补偿，从而避免了震动对测重带来的影响，实现了更精确的测量，也防止了严重震动对天平造成损坏。使用本发明的微量天平测重系统对滴注液晶进行测量时，由于使用垂直震动的制动与补偿作用后得出的数据进行读数，这样液晶滴注会更加精确。
以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。
Claims (11)
1.一种微量天平测重系统，其特征在于，包括天平本体、震动感知测量装置、抗震反馈控制平台、电磁测量单元；
震动感知测量装置，用于输出随天平本体垂直震动而变化的电信号；
抗震反馈控制平台，放置在天平本体之下，用于接收震动感知测量装置输出的电信号，进行相应制动来减弱天平本体的垂直震动；
电磁测量单元，设置在天平本体中，用于接收震动感知测量装置输出的电信号，当所述电信号小于设定阈值时进行测重，并根据所述电信号对测重结果进行补偿。
2.权利要求1所述的微量天平测重系统，其特征在于，所述震动感知测量装置包括压电射流陀螺敏感元件。
3.权利要求2所述的微量天平测重系统，其特征在于，压电射流陀螺敏感元件包括：压电气流发射器和热敏电阻传感器，压电气流发射器发射的气流由于垂直震动而偏转，使热敏电阻传感器的一对热敏电阻丝冷热不均导致阻值变化，从而产生随垂直震动变化的电信号。
4.权利要求1所述的微量天平测重系统，其特征在于，所述抗震反馈控制平台包括平台、底座，以及安装在平台、底座之间的作动器和气弹簧。
5.权利要求4所述的微量天平测重系统，其特征在于，所述作动器为双向电磁作动器，包括两个线圈，两个线圈中电流的方向和大小随接收到的所述电信号变化来产生互斥或互吸的作用力以减弱天平本体的垂直震动。
6.权利要求1所述的微量天平测重系统，其特征在于，所述电磁测量单元包括电磁力平衡传感器和PID调节器，PID调节器接收震动感知测量装置输出的电信号，向电磁力平衡传感器输出用于震动补偿的电流。
7.权利要求6所述的微量天平测重系统，其特征在于，所述电磁力平衡传感器包括立柱、永磁体、铁芯和电磁线圈，电磁线圈套设在铁芯上并被永磁体环绕，立柱和铁芯安装在可上下移动的基座上，PID调节器向电磁力平衡传感器输出用于震动补偿的所述电流输入到电磁线圈。
8.权利要求1-7其中任一项所述的微量天平测重系统，其特征在于，还包括阈值设定单元，用于设定允许电磁测量单元进行测重的电信号阈值。
9.权利要求1-7其中任一项所述的微量天平测重系统，其特征在于，所述震动感知测量装置，放置在天平本体和抗震反馈控制平台之间。
10.权利要求1-7所述的微量天平测重系统，其特征在于，所述抗震反馈控制平台为多个。
11.权利要求1-7所述的微量天平测重系统，其特征在于，所述天平本体包括天平力矩臂，天平力矩臂一端设置有称量杯，另一端与电磁测量单元相连。
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