CN104634436B - 无秤台式静态轨道衡力点误差校正方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种无秤台式静态轨道衡力点误差校正方法，包括如下步骤：找出载荷车辆在称量有效区域称重时的特征点；获取载荷车辆在每个特征点及称量有效区域中心点的每组传感器输出的AD码小组和值，并求出载荷车辆在中心点的所有组传感器输出的AD码总和值；分别代入修正计算公式，求出修正系数；载荷车辆在轨道上称量有效区域内的任何位置称重时，由修正计算公式获得所有传感器输出的AD码总和修正值。本发明通过使用修正系数和修正公式，使轨道衡称量值逼近理想称量直线，提高轨道衡称量精确度。本发明不需要串接电位器，不需要对传感器逐个进行手动调试，全部由软件自动完成，调整方便，省时省力，智能化程度高。

Description

无秤台式静态轨道衡力点误差校正方法

技术领域

本发明涉及一种无秤台式静态轨道衡，尤其涉及一种提高无秤台式静态轨道衡称量精确度的无秤台式静态轨道衡力点误差校正方法。

背景技术

轨道衡已有较长的发展历程，但以往人们较多地把精力放在动态轨道衡的研究上，而对静态轨道衡缺乏深入研究；然而静态轨道衡也是轨道衡中很重要的一个分支，尤其是在冶金、化工企业内部结算时需要大量使用静态轨道衡。

静态轨道衡从结构上可分成两大类，一类是秤台式轨道衡，另一类是无秤台式轨道衡。秤台式静态轨道衡称重精度较高，但施工复杂、造价较高；无秤台式静态轨道衡造价底、施工简单，便于在线改造，但技术难度较高。关键要解决不同停车位置时存在称量值误差的问题，即保证在称量区域范围内称量值的误差小于最大允许误差。

静态轨道衡产生误差的原因主要有以下三方面。一是由于传感器制造差异性导致传感器的灵敏度不一致，同样的重量、同样的激励电压在灵敏度不一致的传感器上必然会输出不同的毫伏信号，所以存在传感器自身的信号误差；二是由于轨道位置及安装水平度引起的误差；三是由于称重钢轨刚性而引起的扰度误差，当车轮压在两传感器之间的钢轨上时，势必会使钢轨变形而使传感器产生侧向力，这时传感器的输出会比车轮正压在传感器上时要大。

这三个方面产生的误差都难以消除，为了减少这三方面产生的误差，目前常用的手段是通过补偿接线盒调整传感器的灵敏度。如在传感器激励电压中串入电位器等，使用标准重量的测试车，测试车依次通过轨道上的各个测试点，然后调节电位器，使轨道上的各个测试点的重量在最大允许误差范围内。这个办法需要有良好的现场调试经验，调试复杂，且对于传感器数量很多的轨垫式传感器轨道衡，难以调整到需要的计量精度，而且调整比较费时费力。

发明内容

本发明主要解决载荷车辆停在静态轨道衡称量区域不同称重点重量偏差大且误差超过最大允许误差范围的技术问题，同时解决原有静态轨道衡通过调节电位器减小误差，调试复杂，难以调整到需要的计量精度，而且调整比较费时费力的技术问题；提供一种无秤台式静态轨道衡力点误差校正方法，其不需要在静态轨道衡的传感器激励电压中串入电位器，不需要工作人员手动调试，通过引入修正系数，由软件对载荷车辆停在静态轨道衡称量区域不同停车位置时的称量值进行自动调整，调整方便，省时省力，大大减小称量误差，确保各称重点的称量误差小于最大允许误差，提高轨道衡的称量精确度。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：本发明中无秤台式静态轨道衡，设有i组传感器，每组传感器包括n个轨垫式传感器，无秤台式静态轨道衡力点误差校正方法包括如下步骤：

①.找出载荷车辆在称量有效区域称重时的2M个特征点；

②.获取载荷车辆在每个特征点处时每组传感器输出的AD码小组和值AD_i0，获取载荷车辆在称量有效区域中心点处时每组传感器输出的AD码小组和值AD_i0，并求出载荷车辆在称量有效区域中心点处时i组传感器输出的AD码总和值AD；

③.引入i组传感器输出的AD码总和值的修正计算公式：

AD_Q＝AD₁₀×Q₁+AD₂₀×Q₂+…+AD_i0×Q_i …(3)；

Q_i为每组传感器的修正系数，

AD_Q为修正后的i组传感器输出的AD码总和修正值，单位为码；

④.将步骤②中获得的载荷车辆在每个特征点处时每组传感器输出的AD码小组和值AD_i0代入式(3)的右边，将步骤②中获得的载荷车辆在称量有效区域中心点处时i组传感器输出的AD码总和值AD代入式(3)的左边，即将载荷车辆在称量有效区域中心点处时i组传感器输出的AD码总和值AD作为式(3)的结果，获得2M个等式，组成运算矩阵，求出每组传感器的修正系数Q_i；

⑤.载荷车辆在轨道上称量有效区域内的任何位置称重时，通过修正系数Q_i修正，由修正计算公式式(3)获得i组传感器输出的AD码总和修正值为：

AD_Q＝AD₁₀×Q₁+AD₂₀×Q₂+…+AD_i0×Q_i，单位为码，其中Q_i为通过步骤④获得的每组传感器的修正系数。

作为优选，所述的步骤①为：

采集载荷车辆在称量有效区域中各个位置时称重仪表获得的重量值，画出原始称重曲线，在原始称重曲线上找出波峰点和波谷点构成2M个特征点，即特征点处的重量值和称量有效区域中心点处的重量值相比变化最大。

作为优选，所述的步骤②为：

获取载荷车辆在每个特征点及称量有效区域中心点处时每组传感器输出的AD码小组和值：

${\mathrm{AD}}_{i0}=\underset{n=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{ADn}...\left(1\right);$

并求出载荷车辆在称量有效区域中心点处时i组传感器输出的AD码总和值：

AD＝AD₁₀+AD₂₀+…+AD_i0 …(2)；

其中ADn为额定载荷下单个轨垫式传感器输出的A/D转换值，单位为码；

AD_i0为每组传感器输出的AD码小组和值，单位为码；

AD为i组传感器输出的AD码总和值，单位为码；

n为每组传感器所包括的轨垫式传感器的个数；

i为传感器的组数。

作为优选，所述的2M＝i，M≥2。

静态轨道衡一般由四组传感器组成，每组传感器有若干个轨垫式传感器组成，一般每组传感器有六个以上轨垫式传感器，以保证必要的精度。轨道直接安装在轨垫式传感器上，当载重车在计量位置停止后，安装在轨道下的轨垫式传感器直接受到轨道的正压力，将载重车的重量转变为电信号送给数字变送器，再由数字变送器将模拟信号转换成数字信号输送给称重仪表。一般轨道衡都有一个有效停车位置，停车位置的精度随着使用环境的不同而有所不同，一般要求有效停车距离是±500mm，也就说在轨道中间点向左右两边可以各移动500mm，称为有效称量区域，即载重车的车轮停在这个区域中进行称量都是符合要求的。如果一组传感器有六个轨垫式传感器，四组传感器一共就有二十四个轨垫式传感器。若采用电位器调节有效称量区域内各称重点的一致性就变得不可行，所以为了保证2‰甚至更高的计量精度，我们只有从安装水平度及安装工艺上下功夫，但是无论如何精细作业，由于先天的误差存在，无法避免偏差的存在，所以这类静态轨道衡要做到1‰是极其困难的。

有两个实际现象需要我们注意。一是，当载荷车在称量区域内移动时，所有传感器总的输出AD码在轨道上的各个称量点呈现延续性，即称量值具有函数连续性特点；二是，所有传感器总的输出AD码在有效称量区域内呈现一个波浪形，即载荷支点刚好压在轨垫式传感器上的时候，输出偏小，而载荷支点在两个轨垫式传感器之间的时候，输出偏大。这个现象在理论上分析也可得出，即当载荷支点正好压在轨垫式传感器上时，轨垫式传感器受正向压力，这时候输出标准的值；但当载荷支点在两轨垫式传感器之间时，由于轨道的微小形变，会使轨垫式传感器受到一个微小的侧向力，因此轨垫式传感器的输出会增大。通过以上两点的描述我们大致也就得出了轨道衡在有效称量区域内称量输出曲线图为驼峰形。如果把这条曲线拉直，或者逼近直线，也就解决了轨道衡称量的偏差、误差问题。

由上面的分析得出，在载荷输出函数曲线图上有凹凸点，如何把重量波动差值控制在允许的误差范围内，最直接的手段就是把凸点降下来，把凹点升上去，然后使这条曲线尽可能的逼近理想称量直线。目的就是控制有效称量区域内的称量值点都尽可能地落在理想称量直线附近，符合线性要求及最大允许误差要求。

一、传感器输出AD码

轨道衡称重仪表最终显示的重量变化本质是传感器输出的AD码在变化，每组传感器输出的AD码小组和值为仪表总AD码，即所有传感器输出的AD码总和值为AD＝AD₁₀+AD₂₀+…+AD_i0；

二、计算原理

仪表可以通过数字变送器读取每只轨垫式传感器的AD码，然后通过和运算，显示输出重量。理想状态，当轨道上的重量没发生改变的话，有效称量区域内轨道上各个称量点输出的称量值应保持水平直线，既重量无任何变化。但实际上会出现力点偏差，即重量显示值会呈现波浪曲线，并且偏差会大于最大允许误差。通过引入修正因子，使得在有效称量区域内称量曲线尽可能地逼近理想称量直线，由重量的连续性特点可知，即使那些不在直线上的称量值点也可以保证这些点的重量偏差在最大允许误差范围内。引入修正因子的计算公式如下：AD_Q＝AD₁₀×Q₁+AD₂₀×Q₂+…+AD_i0×Q_i，其中Q_i为每组传感器的修正系数，无量纲。

理想情况下，我们希望相同重量的载重车在有效称量区域内不同的位置称量时，重量保持标准重量不变，即能输出一条水平直线，但实际是不可能的，由于安装的水平度、传感器的灵敏度、钢轨扰度的变化等引起的误差会导致相同重量在不同位置的称量偏差。为了提高精度，势必要修正这个偏差，即引入修正因子和修正公式。通过公式(3)可知，为了使无数称重点的重量值都落在理想称量直线上，需要引入无数个修正因子，即每个点都会对应一组修正因子，这在实际的操作中不现实也不可取。为此我们必须引入一组最小偏差修正系数Q_i，使得修正后的曲线与理想重量直线的方差最小。

三、寻找最小偏差修正系数组Q_i

由公式(3)可知，每组传感器的AD码小组和值AD_i0可以通过数字变送器读取，为了求解修正系数Q_i，必须要罗列i组无相关性的方程，并且在称量曲线上选择四个以上特征点。为了寻找最小偏差修正系数组Q_i，我们必须把原始称重曲线上波峰和波谷找出来，因为波峰和波谷与我们理想标准重量的偏差最大。修正变换后把这些最大偏差点落在理想称量直线上，又由于重量具有连续性的特点，所以通过最大偏差点的重量修正变换后，可以从最小二乘法原理论证变换后的称量曲线与理想称量直线的方差最小。

找出最小偏差修正系数组Q_i后，当载荷车辆的车轮压在轨道上有效称量区域内的任何位置称重时，通过软件将修正系数Q_i及每组传感器输出的AD码小组和值AD_i0代入公式(3)进行计算，获得的轨道衡所有传感器输出的AD码总和修正值AD_Q误差最小，减小各称重点之间的偏差，轨道衡有效称量区域内各称量点构成的称量曲线逼近理想称量直线，提高轨道衡称量精度。

本发明的有益效果是：通过采集一系列轨道上有效称量区域内的称量点，提取多个与有效称量区域中心点重量变化最大的点，通过矩阵运算得出修正系数，通过使用修正系数和修正公式，获得轨道衡所有传感器输出的AD码总和值，使轨道衡称量值逼近理想称量直线，提高轨道衡称量精确度。本发明可以在轨道衡有效称量区域把称量精度提高到0.2％范围以内，对提高称量精度具有重要意义。本发明不需要串接电位器，不需要对传感器逐个进行手动调试，全部由软件自动完成，调整方便，省时省力，智能化程度高。本发明还可广泛运用到无基坑静态轨道衡上。

附图说明

图1是本发明中轨道衡的一种横向剖视结构示意图。

图2是本发明中轨道衡的一种俯视结构示意图。

图3是本发明实施例中原始称量曲线及修正后称量曲线的曲线图。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

实施例：本实施例的无秤台式静态轨道衡力点误差校正方法，用在干熄焦电子轨道衡，干熄焦电子轨道衡用于称量运载车装焦前后的重量。

干熄焦电子轨道衡的基本参数如下：

本实施例的无秤台式静态轨道衡，如图1、图2所示，有四组传感器，每组传感器安装了七个轨垫式传感器4，图2中的5指一组传感器，每组传感器中相邻两个轨垫式传感器之间的间距d为640mm，图1中B1和B2之间为有效称量区域，C点为有效称量区域中心点。静态轨道衡总共有二十八个轨垫式传感器，轨垫式传感器通过数字变送器把测得的AD码送给称量仪表。

无秤台式静态轨道衡力点误差校正方法包括如下步骤：

①.观察载荷车辆在轨道衡有效称量区域各个点时所有传感器输出的AD码总和的运动轨迹，作出原始称重曲线图，如图3所示，是以轨道有效称量区域中心点为原点、有效称量区域各点到中心点的距离为X轴、各点上载荷车的称重量为Y轴的曲线图，在原始称重曲线上找出波峰点和波谷点构成四个特征点，即特征点处的重量值和有效称量区域中心点处的重量值相比变化最大，由于轨道衡称量的对称特性，图3中的曲线及直线都只作了一半的图，0点为轨道有效称量区域中心点，T1点、T2点分别为特征点1、特征点2，曲线11为原始称量曲线，直线21为称量理想直线；

②.根据式(1)获取载荷车辆在每个特征点及有效称量区域中心点处时每组传感器输出的AD码小组和值AD₁₀、AD₂₀、AD₃₀及AD₄₀：

${\mathrm{AD}}_{i0}=\underset{n=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{ADn}...\left(1\right);$

AD＝AD₁₀+AD₂₀+…+AD_i0 …(2)；

其中ADn为额定载荷下单个轨垫式传感器输出的A/D转换值，单位为码；

AD_i0为每组传感器输出的AD码小组和值，单位为码；

AD为i组传感器输出的AD码总和值，单位为码；

n为每组传感器所包括的轨垫式传感器的个数；

i为传感器的组数；

本实施例中，n＝7，i＝4，M＝2；

并根据式(2)求出载荷车辆在有效称量区域中心点处时四组传感器输出的AD码总和值为AD＝AD₁₀+AD₂₀+AD₃₀+AD₄₀；当轨道衡上载荷车重量为65.9吨时，修正前仪表读取的每组传感器输出的AD码小组和值及四组传感器输出的AD码总和值如表1所示；

表1：

距离表示载荷车车轮离有效称量区域中心点的距离，正负代表离有效称量区域中心点的两个方向，假定35mm处为有效称量区域中心点，其它四个点为提取的四个称量特征点。通常以轨道衡的中间点为标定点，通过计算AD码总和值偏差可以知道各点距离中心点的误差。表2为各特征点与有效称量区域中心点的AD码总和值偏差及误差表；

表2：

从误差可以看出来，如果要做到高精度的0.2％甚至0.1％，显然已经不可能了，误差最大已超过0.5％。从图3的原始称量曲线中我们可以看出，静态轨道衡定点称量或者在有效称量区域的小范围内称量时，称量误差并不会很大，可以控制在0.1％以内，误差的引入主要来源于远离中心的两侧边界；

③.引入四组传感器输出的AD码总和值的修正计算公式：

AD_Q＝AD₁₀×Q₁+AD₂₀×Q₂+…+AD_i0×Q_i …(3)；

Q_i为每组传感器的修正系数，

AD_Q为修正后的四组传感器输出的AD码总和修正值，单位为码；

④.将步骤②中获得的载荷车辆在每个特征点处时每组传感器输出的AD码小组和值AD_i0代入式(3)的右边，将步骤②中获得的载荷车辆在有效称量区域中心点处时四组传感器输出的AD码总和值AD代入式(3)的左边，即将载荷车辆在有效称量区域中心点处时四组传感器输出的AD码总和值AD作为式(3)的结果，也就是说，把表1中每个特征点处四组传感器输出的AD码小组和值AD₁₀、AD₂₀、AD₃₀、AD₄₀代入公式(3)，并以中心点的AD码总和值AD为计算结果，获得如下四个等式，组成运算矩阵：

85478＝31429×Q₁+11065×Q₂+9574×Q₃+33566×Q₄

85478＝31622×Q₁+10441×Q₂+8792×Q₃+34186×Q₄

85478＝31997×Q₁+10327×Q₂+9091×Q₃+34153×Q₄

85478＝32062×Q₁+9749×Q₂+8590×Q₃+34773×Q₄，

解方程后，求出四组传感器各自的修正系数Q₁、Q₂、Q₃、Q₄：

Q₁＝0.605813，Q₂＝1.607790，Q₃＝0.012760，Q₄＝1.445674；

⑤.载荷车辆在轨道上有效称量区域内的任何位置称重时，通过修正系数Q_i修正，由修正计算公式(3)获得四组传感器输出的AD码总和修正值为：

AD_Q＝AD₁₀×0.605813+AD₂₀×1.607790+AD₃₀×0.012760+AD₄₀×1.445674，

AD_Q单位为码。

下面对求出的修正系数进行误差校验，分别将表1中已测到的每组传感器的AD码小组和值代入公式(3)，分别对四个特征点、中心点进行校验。如表3所示。

表3：

从表3我们可以看出，通过修正系数修正后，四个特征点的AD码总和修正值已经被强制回归到理想称量直线上，但实际称量函数曲线经过修正系数Q_i变换后的变换称量曲线如图3修正后称量曲线所示，由于轨道衡对称特性，所以只作了一半的图，图3中，曲线12为修正后称量曲线，直线22为修正后理想称量直线。

表4：

距离	35mm	80mm	190mm	340/610mm	400/540mm
						修正后ADQ	85352	85368	85413	85478	85226
和中心点偏差	0	16	61	126	-126
						误差	0	0.02％	0.07％	0.15％	-0.15％

图3中修正后称量曲线是经过修正系数修正后的称量曲线，从图中我们可以发现，修正后称量曲线上的各点到修正后理想称量直线的误差大大缩小，经过修正系数调整后，AD码总和修正值的离散性明显缩小，下面仍旧以中心点作为标定点，依次计算各距离点的误差，因为具有对称性仅计算单边误差，如表4所示。

从表4可以看出，通过修正，可以在有效称量区域把精度提高到0.2％范围以内，对提高称量精度具有重要意义。本发明可以广泛运用到无基坑静态轨道衡上，通过采集一系列轨道上的称量点，提取四个以上与中心点重量变化最大的点，通过矩阵运算得出修正系数。通过使用修正系数和修正公式式(3)，对轨道衡上所有组传感器输出的AD码总和值进行修正，使轨道衡称量值逼近理想称量直线，提高称量精度。

Claims (1)

1.一种无秤台式静态轨道衡力点误差校正方法，无秤台式静态轨道衡设有i组传感器，每组传感器包括n个轨垫式传感器，其特征在于无秤台式静态轨道衡力点误差校正方法包括如下步骤：

①.采集载荷车辆在有效称量区域中各个位置时称重仪表获得的重量值，画出原始称重曲线，在原始称重曲线上找出波峰点和波谷点构成2M个特征点，即特征点处的重量值和有效称量区域中心点处的重量值相比变化最大；

②.获取载荷车辆在每个特征点及有效称量区域中心点处时每组传感器输出的AD码小组和值：

${\mathrm{AD}}_{i0}=\underset{n=1}{\overset{n}{\Σ}}ADn\mathrm{...}\left(1\right);$

并求出载荷车辆在有效称量区域中心点处时i组传感器输出的AD码总和值：

AD＝AD₁₀+AD₂₀+…+AD_i0…(2)；

其中ADn为额定载荷下单个轨垫式传感器输出的A/D转换值，单位为码；

AD_i0为每组传感器输出的AD码小组和值，单位为码；

AD为i组传感器输出的AD码总和值，单位为码；

n为每组传感器所包括的轨垫式传感器的个数；

i为传感器的组数；所述的2M＝i，M≥2；

③.引入i组传感器输出的AD码总和值的修正计算公式：

AD_Q＝AD₁₀×Q₁+AD₂₀×Q₂+…+AD_i0×Q_i…(3)；

Q_i为每组传感器的修正系数，

AD_Q为i组传感器输出的AD码总和修正值，单位为码；

④.将步骤②中获得的载荷车辆在每个特征点处时每组传感器输出的AD码小组和值AD_i0代入式(3)的右边，将步骤②中获得的载荷车辆在有效称量区域中心点处时i组传感器输出的AD码总和值AD代入式(3)的左边，即将载荷车辆在有效称量区域中心点处时i组传感器输出的AD码总和值AD作为式(3)的结果，获得2M个等式，组成运算矩阵，求出每组传感器的修正系数Q_i；

⑤.载荷车辆在轨道上有效称量区域内的任何位置称重时，通过修正系数Q_i修正，由修正计算公式式(3)获得i组传感器输出的AD码总和修正值为：

AD_Q＝AD₁₀×Q₁+AD₂₀×Q₂+…+AD_i0×Q_i，单位为码，其中Q_i为通过步骤④获得的每组传感器的修正系数。