CN107144330A - 一种双孔悬臂梁应变片的动态电子小型无人车衡 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种双孔悬臂梁应变片的动态电子小型无人车衡，包括电阻式应变传感器系统，电压信号放大电路，A/D数据采集与转换电路，控制器，电阻应变仪测量电路，显示器，信息输入设备以及衡器健康状况监测系统，其中所述电阻式应变传感器系统选用电阻应变片作为称重传感器的敏感元件，所述电阻应变片的悬臂梁采用双孔梁结构，板状梁上开有两个方孔，将所述电阻应变片粘贴在所述两个孔的内壁，使得四个应变片两个一组处于相反的应力区内。

Description

一种双孔悬臂梁应变片的动态电子小型无人车衡

技术领域

本发明涉及称量技术，特别是一种双孔悬臂梁应变片的动态电子小型无人车衡。

背景技术

电子无人车衡是一种新型的电子衡器，具有称量迅速、准确度高、显示直观、功能齐全的特点，适用于工业、商业、建筑、仓储、物流货运等场合下无人车，或者广义上的无人智能运输设备的计量，是一种比较理想的计量器具。动态无人车衡通过整车称量方式或轴重(非整车)称量方式，可称量行驶中的动态无人车总重量或轴重的自动衡器。整车称量的动态无人车衡外形与静态电子无人车衡相同，因此可以被做成动静两用电子无人车衡，主要用于非单纯的按照称量结果进行贸易结算，而以称量结果进行技术判断和统计。

有些无人车用于物流行业，体积小，运行便捷，高效，然而其贸易结算主要依赖称重传感器，而由于其货运信号较小，并且这种情况的运输对于电子称的成本要求必须低，而精度必须高，另外由于针对无人车辆，那么衡器的使用寿命和无人值守报警功能就非常重要，因此，针对目前现有衡器中应变片容易损害以及无报警功能的缺陷，需要设计新型的针对无人车用的电子衡器。

发明内容

本发明的目的在于提供一种双孔悬臂梁应变片的动态电子小型无人车衡，包括电阻式应变传感器系统，电压信号放大电路，A/D数据采集与转换电路，控制器，电阻应变仪测量电路，显示器，信息输入设备以及衡器健康状况监测系统，其中所述电阻式应变传感器系统选用电阻应变片作为称重传感器的敏感元件，所述电阻应变片的悬臂梁采用双孔梁结构，板状梁上开有两个方孔，将所述电阻应变片粘贴在所述两个孔的内壁，使得四个应变片两个一组处于相反的应力区内。

优选的，所述电压信号放大电路采用集成运算放大器对信号放大，所述集成运算放大器由输入级、中间级、输出级和偏置电路四部分组成。

优选的，所述电压信号放大电路采用差分放大电路作为直接耦合电路和测量电路的输入级，利用电路参数的对称性和负反馈作用，稳定静态工作点，放大差模信号，抑制共模信号，采用电压增益级为中间级，互补对称电压跟随电路为输出级，电流元电路构成偏置电路和有源负载电路。

优选的，所述电压信号放大电路采用场效应管或三级管对传感器输出信号进行放大。

优选的，所述电压信号放大电路采用有自归零和零温漂特性的精密放大器。

优选的，所述A/D数据采集与转换电路采用并行比较A/D转换器、内部集成放大器的专用型A/D转换器或所述控制器内置的A/D转换电路。

优选的，所述电阻应变片的悬臂梁为塑料材质。

优选的，所述电阻应变仪测量电路采用惠斯登电桥，测量电阻应变片的电阻变化率，进而测得无人车重量，其中组桥方式分为全桥，半桥或1/4桥。

优选的，所述电阻应变片可使用金属电阻应变片，半导体应变片，低温应变片，常温应变片或高温应变片，所述金属电阻应变片包括金属丝式应变片、箔式应变片和薄膜应变片。

优选的，所述衡器健康状况监测系统将动态电子小型无人车衡的实际性能与存储在控制器内的动态电子小型无人车衡基准性能进行比较，如果偏差超过5％，则通过所述显示器显示报警信息。

根据下文结合附图对本发明具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本发明的上述以及其他目的、优点和特征。

附图说明

后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本发明的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。本发明的目标及特征考虑到如下结合附图的描述将更加明显，附图中：

图1为根据本发明实施例的动态电子小型无人车衡的系统框图。

图2为根据本发明实施例的双孔梁结构示意图。

具体实施方式

参见附图1，一种双孔悬臂梁应变片的动态电子小型无人车衡，由电阻式应变传感器系统，电压信号放大电路，A/D数据采集与转换电路，MSP430F149控制器，电阻应变仪测量电路，LCD1604显示器以及键盘组成，其中所述电阻式应变传感器系统选用电阻应变片作为称重传感器的敏感元件，参见附图2，电阻应变片的悬臂梁采用双孔梁结构，板状梁上开有两个方孔，将电阻应变片粘贴在两个孔的内壁，使得应变片处于相反的应力区内。共粘贴四个电阻R1，R2，R3和R4，当R1和R4的变形为拉伸时，R2和R3为压缩变形，四个电阻组成差动电桥，输出特性的线性度好。另外，采用方孔形式，加工比圆孔或类圆孔更加简单，加工成本低，刚度比单梁好，动态特性好，滞后小。当受力点位置发生变化时，一个孔的弯矩增加，另一个孔的弯矩减小，可在桥路内自动补偿，从而提高传感器精度，使用时对力点的位置要求也降低了，并且将应变片粘贴在方孔内，避免与圆孔之间存在缝隙，容易损坏，变形范围也变大了，灵敏度提高。

另外，电压信号放大电路作为电子衡器的放大系统，用于将传感器输出的信号进行放大，从而满足模数转换的要求，为了测量准确，放大系统设计时应该保证输入级端是阻值相对较高的系统，输出级是阻值相对较低的系统，并且具有较高的抑制共模干扰的能力，系统地放大倍数应该根据被测物体的重量对应传感器的输出量，然后把传感器的输出量按照一定的比例相应放大。我们尝试了多种方式，最后确定可以采用三种方式：(1)采用集成运算放大器对信号放大，集成运算放大器由输入级、中间级、输出级和偏置电路四部分组成，电压信号放大电路采用差分放大电路作为直接耦合电路和测量电路的输入级，利用电路参数的对称性和负反馈作用，稳定静态工作点，放大差模信号，抑制共模信号，采用电压增益级为中间级，互补对称电压跟随电路为输出级，电流元电路构成偏置电路和有源负载电路。(2)电压信号放大电路采用场效应管或三级管对传感器输出信号进行放大。(3)电压信号放大电路采用有自归零和零温漂特性的精密放大器。三种方案都能简化电路并且使得电路稳定性差。

A/D数据采集与转换电路针对该基于应变片的动态电子小型无人车衡设计，采用并行比较A/D转换器、内部集成放大器的专用型A/D转换器或所述控制器内置的A/D转换电路都是可以的，在具体选择的时候如果考虑成本，功耗和分辨率的情况下，不能采用并行比较A/D转换器，考虑衡器的尺寸更紧凑，使用方便的情况下，采用专用型或内置型均可。为改善悬臂梁的特性，同时花费低，电阻应变片的悬臂梁为硬度适中的塑料材质，便于手工打孔，同时底座使用木板。

电阻应变仪测量电路采用惠斯登电桥，测量电阻应变片的电阻变化率，进而测得负重，其中组桥方式分为全桥，半桥，1/4桥。在四个臂上分别接入电阻R1，R2，R3，R4，R1与R4之间，R2与R3之间分别引出两条线接至运算放大器，R1与R3之间，R2与R4之间分别引出两条线接电源的正负极。

电阻应变片是将应变变化量转变成电阻变化量的转化组件，电阻应变片可使用金属电阻应变片，半导体应变片，低温应变片，常温应变片或高温应变片，所述金属电阻应变片包括金属丝式应变片、箔式应变片和薄膜应变片。与电阻应变片对应使用应变电测法，基于应变片的应变效应，即电阻应变片的电阻变化率与应变呈线性关系，当应变片粘贴在被测构件上时，会随构件受力而产生主变形。

衡器属于精密仪器，为了增加仪器的使用寿命以及使用可靠性，增加健康状况监测系统，工作原理是将动态电子小型无人车衡的实际性能与存储在控制器内的动态电子小型无人车衡基准性能进行比较，如果偏差超过5％，则通过所述显示器显示报警信息。这里性能比较包括衡器的失调漂移，温度漂移，线性度以及分辨率。

虽然本发明已经参考特定的说明性实施例进行了描述，但是不会受到这些实施例的限定而仅仅受到附加权利要求的限定。本领域技术人员应当理解可以在不偏离本发明的保护范围和精神的情况下对本发明的实施例能够进行改动和修改。

Claims (10)

1.一种双孔悬臂梁应变片的动态电子小型无人车衡，其特征在于：包括电阻式应变传感器系统，电压信号放大电路，A/D数据采集与转换电路，控制器，电阻应变仪测量电路，显示器，信息输入设备以及衡器健康状况监测系统，其中所述电阻式应变传感器系统选用电阻应变片作为称重传感器的敏感元件，所述电阻应变片的悬臂梁采用双孔梁结构，板状梁上开有两个方孔，将所述电阻应变片粘贴在所述两个孔的内壁，使得四个应变片两个一组处于相反的应力区内。

2.根据权利要求1所述的一种双孔悬臂梁应变片的动态电子小型无人车衡，所述电压信号放大电路采用集成运算放大器对信号放大，所述集成运算放大器由输入级、中间级、输出级和偏置电路四部分组成。

3.根据权利要求2所述的一种双孔悬臂梁应变片的动态电子小型无人车衡，所述电压信号放大电路采用差分放大电路作为直接耦合电路和测量电路的输入级，利用电路参数的对称性和负反馈作用，稳定静态工作点，放大差模信号，抑制共模信号，采用电压增益级为中间级，互补对称电压跟随电路为输出级，电流元电路构成偏置电路和有源负载电路。

4.根据权利要求1所述的一种双孔悬臂梁应变片的动态电子小型无人车衡，所述电压信号放大电路采用场效应管或三级管对传感器输出信号进行放大。

5.根据权利要求1所述的一种双孔悬臂梁应变片的动态电子小型无人车衡，所述电压信号放大电路采用有自归零和零温漂特性的精密放大器。

6.根据权利要求1所述的一种双孔悬臂梁应变片的动态电子小型无人车衡，所述A/D数据采集与转换电路采用并行比较A/D转换器、内部集成放大器的专用型A/D转换器或所述控制器内置的A/D转换电路。

7.根据权利要求1所述的一种双孔悬臂梁应变片的动态电子小型无人车衡，所述电阻应变片的悬臂梁为塑料材质。

8.根据权利要求1所述的一种双孔悬臂梁应变片的动态电子小型无人车衡，所述电阻应变仪测量电路采用惠斯登电桥，测量电阻应变片的电阻变化率，进而测得无人车重量，其中组桥方式分为全桥，半桥或1/4桥。

9.根据权利要求1所述的一种双孔悬臂梁应变片的动态电子小型无人车衡，所述电阻应变片可使用金属电阻应变片，半导体应变片，低温应变片，常温应变片或高温应变片，所述金属电阻应变片包括金属丝式应变片、箔式应变片和薄膜应变片。

10.根据权利要求1所述的一种双孔悬臂梁应变片的动态电子小型无人车衡，所述衡器健康状况监测系统将动态电子小型无人车衡的实际性能与存储在控制器内的动态电子小型无人车衡基准性能进行比较，如果偏差超过5％，则通过所述显示器显示报警信息。