CN110307886A - 一种基于电磁力的大皮重重量检测装置及其检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于电磁力的大皮重重量检测装置及其检测方法，检测装置包括装置基架，安装于装置基架的罗伯威尔结构，与罗伯威尔结构连接的称台，与罗伯威尔结构连接的横梁，与横梁连接的支点结构，与横梁连接并且位于支点结构右侧的平衡块，与横梁结构末端连接并且位于平衡块右侧的电磁部，以及位于电磁部下方的永磁体；所述横梁结构末端设有遮光片，所述遮光片侧边设有光敏二级管组，所述光敏二极管组连接有信号处理电路，所述信号处理电路与电磁部连接，所述电磁部还连接有数据采集电路，所述数据采集电路用于采集电磁部的通电电流。

Description

一种基于电磁力的大皮重重量检测装置及其检测方法

技术领域

本发明涉及物体重量检测技术领域，尤其涉及一种基于电磁力的大皮重重量检测装置及其检测方法。

背景技术

电磁力平衡传感器是一种高精度的称重传感器，用于高精度的称重计量场合，电磁力传感器是采用PID调节的方式进行调节，通过对调节中的电信号检测转化为物体的重量。但是，现有的电磁力传感器由于加工方法和自身材料的限制，在实际应用中没有办法进行大重量的检测，尤其是秤台自重较大的情况，导致其应用范围变窄。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。

基于上述原因，本申请人提出了一种基于电磁力的大皮重重量检测装置及其检测方法，旨在解决上述问题，本方案通过对原方案的设计和加工方式改进，可以在保证精度的情况下扩大原方案量程。

发明内容

为了满足上述要求，本发明目的在于提供一种基于电磁力的大皮重重量检测装置及其检测方法。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种基于电磁力的大皮重重量检测装置，包括装置基架，安装于装置基架的罗伯威尔结构，与罗伯威尔结构连接的称台，与罗伯威尔结构连接的横梁，与横梁连接的支点结构，与横梁连接并且位于支点结构右侧的平衡块，与横梁结构末端连接并且位于平衡块右侧的电磁部，以及位于电磁部下方的永磁体；所述横梁结构末端设有遮光片，所述遮光片侧边设有光敏二级管组，所述光敏二极管组连接有信号处理电路，所述信号处理电路与电磁部连接，所述电磁部还连接有数据采集电路，所述数据采集电路用于采集电磁部的通电电流。

进一步技术方案为，所述信号处理电路包括，与所述光敏二极管组电性连接的差分放大电路，以及与差分放大电路连接的PID调节电路。

进一步技术方案为，所述电磁部包括与横梁连接的连接结构，以及缠绕于连接结构外部的线圈，所述的线圈与PID调节电路连接。

进一步技术方案为，所述数据采集电路包括采样电阻，与采样电阻连接的A/D转换电路，与A/D转换电路连接的MCU及接口电路。

进一步技术方案为，所述罗伯威尔结构为平行四边形结构。

本发明还公开了一种基于电磁力的大皮重重量检测方法，基于上述任一项中所述的基于电磁力的大皮重重量检测装置，包括以下步骤：

步骤S1，当所述称台未放置待称重物体时，调节与所述横梁连接的平衡块，使所述罗伯威尔结构和横梁通过支点结构构成平衡的杠杆结构；

步骤S2，将待称重物体放置于所述称台上，带动所述横梁末端的遮光片向上移动，所述光敏二极管组将检测到的光信号转化为电信号传输至差分电路、PIID调节电路，驱动所述电磁部的线圈电流变大，通过所述电磁部受到的电磁力将所述横梁拉回与罗伯威尔结构平衡的初始位置；

步骤S3，所述MCU通过采样电阻以及A/D转换电路采集电磁部的线圈电流，实施计算步骤获取待承重物体重量。

进一步技术方案为，所述计算步骤包括：

获取电磁部的线圈电流I，线圈长度L，磁感应强度B,计算通电线圈受到的电磁力F，预设的系统常数K，获取所述横梁与罗伯威尔结构的杠杆比k，得出待称重物体质量m＝(F*k)/g，其中，g为重力加速度，F＝KBIL。

相比于现有技术,本发明的有益效果在于：采用本装置以及检测方法对待称重物体进行称重时，由于得到被称物体的真实质量时，杠杆都处于平衡状态，所以装置具有重复性好，灵敏度高以及精度高的特点，而且因为这一特性，可以解决待称重物体大皮重情况下的称量精度问题，具体方法就是根据实际秤台的重量，在杠杆系统中安装平衡块，来平衡掉装置中其他部件的重量，直接通过的机械方法平衡载荷，有效载荷直接对应数据采集的有效量程，从而保证了计量精度。本装置以及方法在保证精度的情况下，扩大了重量的称量范围，实用性强，技术进步效果明显。

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步描述。

附图说明

图1是本发明一种基于电磁力的大皮重重量检测装置的一个具体实施例结构示意图。

附图标记

1 装置基架 2 罗伯威尔结构

3 称台 4 横梁

5 支点结构 6 平衡块

7 电磁部 8 永磁体

9 遮光片 10 光敏二极管组

11 差分放大电路 12 PID调节电路

13 采样电阻 14 A/D转换电路

15 MCU及接口电路

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、

“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不应理解为必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行接合和组合。

如图1所示的装置结构，为本发明一种基于电磁力的大皮重重量检测装置的一个具体实施例，包括装置基架1，安装于装置基架1的罗伯威尔结构2，与罗伯威尔结构2连接的称台3，与罗伯威尔结构3连接的横梁4，与横梁4连接的支点结构5，与横梁4连接并且位于支点结构5右侧的平衡块6，与横梁4结构末端连接并且位于平衡块6右侧的电磁部7，以及位于电磁部7下方的永磁体8；所述横梁4结构末端设有遮光片9，所述遮光片9侧边设有光敏二级管组10，所述光敏二极管组10连接有信号处理电路，所述信号处理电路与电磁部7连接，所述电磁部7还连接有数据采集电路，所述数据采集电路用于采集电磁部7的通电电流。

具体地，罗伯威尔机构(结构)是由法国物理学家罗伯威尔提出并以他自己的名字而命名的。该机构及原理早已为案秤和架盘天平的设计与制造奠定了理论基础。本方案采用罗伯威尔机构在装置基架上的应用用于实现方案的目的。图1为本发明的装置结构原理图，装置结构平衡时质心位置在支点结构5正下方，称台加物体，质心位置右上方移动，会产生偏转的力矩，使得横梁4绕质心摆动，实现对于物体重量的测量。

如图1所示的实施例中，所述信号处理电路包括，与所述光敏二极管组10电性连接的差分放大电路11，以及与差分放大电路11连接的PID调节电路12。

如图1所示的实施例中，所述电磁部7包括与横梁4连接的连接结构72，以及缠绕于连接结构72外部的线圈71，所述的线圈71与PID调节电路12连接。具体地，所述线圈71产生磁场所需的电流由PID调节电路12产生，并传输至线圈71，使线圈71通电受到电磁力。

具体地，所述连接结构72与横梁4固定连接，使横梁4能够在线圈受到电磁力时被吸引，从而向下回到初始位置。

如图1所示的实施例中，所述数据采集电路包括采样电阻13，与采样电阻13连接的A/D转换电路14，与A/D转换电路14连接的MCU及接口电路15。其中，线圈71中的电流流经与之串联的采样电阻13被转换为电压信号，送至A/D转换电路14变为数字量，经MCU处理后送显示及相应的控制驱动电路，完成数据采集及控制动作。

优选地，所述罗伯威尔结构2为平行四边形结构，用于实现力的传递，以准确地测量物体重量。

如图1所示的实施例中，在杠杆系统中安装平衡块6，来平衡掉装置中检重皮带和电机的重量，保持罗伯威尔结构2与横梁4保持平衡，从而使有效载荷直接对应数据采集的有效量程，从而保证了计量精度。

本发明还公开了一种基于电磁力的大皮重重量检测方法，基于上述任一项中所述的基于电磁力的大皮重重量检测装置(图1所示结构)，包括以下步骤：

步骤S1，当所述称台3未放置待称重物体时，调节与所述横梁4连接的平衡块6，使所述罗伯威尔结构2和横梁4通过支点结构5构成平衡的杠杆结构；

步骤S2，将待称重物体放置于所述称台3上，带动所述横梁4末端的遮光片9向上移动，所述光敏二极管组10将检测到的光信号转化为电信号传输至差分电路11、PIID调节电路12，驱动所述电磁部7的线圈72电流变大，通过所述电磁部7受到的电磁力将所述横梁4拉回与罗伯威尔结构2平衡的初始位置；

步骤S3，所述MCU通过采样电阻13以及A/D转换电路14采集电磁部7的线圈72电流，实施计算步骤获取待承重物体重量。

优选地，所述计算步骤包括：

获取电磁部的线圈电流I，线圈长度L，磁感应强度B,计算通电线圈受到的电磁力F，预设的系统常数K，获取所述横梁与罗伯威尔结构的杠杆比k，得出待称重物体质量m＝(F*k)/g，其中，g为重力加速度，F＝KBIL。

具体地，所述系统常数K，可由多次测量比较判断得出，用于修正本装置的测量结果，以达到测量精准的目的。

综上所述，采用本装置以及检测方法对待称重物体进行称重时，由于得到被称物体的真实质量时，杠杆都处于平衡状态，所以装置具有重复性好，灵敏度高以及精度高的特点，而且因为这一特性，可以解决待称重物体大皮重情况下的称量精度问题，具体方法就是根据实际秤台的重量，在杠杆系统中安装平衡块，来平衡掉装置中其他部件的重量，直接通过的机械方法平衡载荷，有效载荷直接对应数据采集的有效量程，从而保证了计量精度。本装置以及方法在保证精度的情况下，扩大了重量的称量范围，实用性强，技术进步效果明显。

对本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其他各种相应的改变以及形变，而所有的这些改变以及形变应该属于本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于电磁力的大皮重重量检测装置，其特征在于，包括装置基架，安装于装置基架的罗伯威尔结构，与罗伯威尔结构连接的称台，与罗伯威尔结构连接的横梁，与横梁连接的支点结构，与横梁连接并且位于支点结构右侧的平衡块，与横梁结构末端连接并且位于平衡块右侧的电磁部，以及位于电磁部下方的永磁体；所述横梁结构末端设有遮光片，所述遮光片侧边设有光敏二级管组，所述光敏二极管组连接有信号处理电路，所述信号处理电路与电磁部连接，所述电磁部还连接有数据采集电路，所述数据采集电路用于采集电磁部的通电电流。

2.根据权利要求1所述的一种基于电磁力的大皮重重量检测装置，其特征在于，所述信号处理电路包括，与所述光敏二极管组电性连接的差分放大电路，以及与差分放大电路连接的PID调节电路。

3.根据权利要求2所述的一种基于电磁力的大皮重重量检测装置，其特征在于，所述电磁部包括与横梁连接的连接结构，以及缠绕于连接结构外部的线圈，所述的线圈与PID调节电路连接。

4.根据权利要求1所述的一种基于电磁力的大皮重重量检测装置，其特征在于，所述数据采集电路包括采样电阻，与采样电阻连接的A/D转换电路，与A/D转换电路连接的MCU及接口电路。

5.根据权利要求1所述的一种基于电磁力的大皮重重量检测装置，其特征在于，所述罗伯威尔结构为平行四边形结构。

6.一种基于电磁力的大皮重重量检测方法，其特征在于，基于权利要求1-5任一项中所述的基于电磁力的大皮重重量检测装置，包括以下步骤：

步骤S1，当所述称台未放置待称重物体时，调节与所述横梁连接的平衡块，使所述罗伯威尔结构和横梁通过支点结构构成平衡的杠杆结构；

步骤S2，将待称重物体放置于所述称台上，带动所述横梁末端的遮光片向上移动，所述光敏二极管组将检测到的光信号转化为电信号传输至差分电路、PIID调节电路，驱动所述电磁部的线圈电流变大，通过所述电磁部受到的电磁力将所述横梁拉回与罗伯威尔结构平衡的初始位置；

步骤S3，所述MCU通过采样电阻以及A/D转换电路采集电磁部的线圈电流，实施计算步骤获取待承重物体重量。

7.根据权利要求6所述的一种基于电磁力的大皮重重量检测方法，其特征在于，所述计算步骤包括：

获取电磁部的线圈电流I，线圈长度L，磁感应强度B,计算通电线圈受到的电磁力F，预设的系统常数K，获取所述横梁与罗伯威尔结构的杠杆比k，得出待称重物体质量m＝(F*k)/g，其中，g为重力加速度，F＝KBIL。