CN113483877A - 一种基于互联网荷重传感器动态监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于互联网荷重传感器动态监测系统，涉及荷重传感器技术领域，包括数据采集模块、过载保护模块、数据整理模块、预警分析模块、动态监测模块以及维修管理模块；数据采集模块用于采集荷重传感器上受力载体所受的载荷，过载保护模块用于对荷重传感器进行过载保护；数据整理模块用于对压力数据进行有效性检测，确保采集的压力数据符合荷重传感器的精度要求，提高荷重传感器的测量精度和准确度；预警分析模块用于对压力数据的检测结果进行预警分析，动态监测模块用于采集荷重传感器的当前工作状态信息，确定荷重传感器的具体异常部位以及判断异常部位的异常程度，以便维修管理模块安排维修人员进行检修，提高工作效率。

Description

一种基于互联网荷重传感器动态监测系统

技术领域

本发明涉及荷重传感器技术领域，具体是一种基于互联网荷重传感器动态监测系统。

背景技术

荷重传感器是通过检验受力载体所受的载荷来完成对物体受力的测量的传感器装置。荷重传感器能将从载体传来的压力转化成相应的电信号，从而达到测量的目的，它广泛应用于各种称重和测力系统中。

现有的荷重传感器都只有测量范围，没有过载保护装置，一旦重量超过其测量范围，就会造成荷重传感器的损坏，给工业生产带来不可估量的损失，且目前荷重传感器进行测量时，将会受到外界环境的影响，导致测量结果不准确，可能会产生较大的安全隐患和经济损失；同时荷重传感器的安全由于缺少有效及时的安全监测手段，常因为传感器发生异常或者违规操作问题造成安全隐患且事后很难分析异常原因，并且在长时间使用的过程中，出现故障没有及时告知工作人员，进行维修，缩短了荷重传感器的使用寿命。

发明内容

为了解决上述方案存在的问题，本发明提供了一种基于互联网荷重传感器动态监测系统。本发明中各个荷重传感器将采集的信号通过放大器放大之后发送至耦合器，依次通过多路模拟开关、采样保持单元、AD转换器、预处理单元输出至控制器进行数据采集，提高测量精度；过载保护模块用于对荷重传感器进行过载保护，防止受力过载造成荷重传感器的损坏；通过对采集的压力数据进行递进检测，根据实际情况调整精度，确保采集的压力数据符合荷重传感器的精度要求，提高荷重传感器的测量精度和准确度。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种基于互联网荷重传感器动态监测系统，包括数据采集模块、控制器、过载保护模块、数据整理模块、预警分析模块、报警模块、动态监测模块以及维修管理模块；

数据采集模块：用于采集荷重传感器上受力载体所受的载荷，即压力数据，并将采集的压力数据发送至控制器；所述荷重传感器上设置有过载保护模块，用于对荷重传感器进行过载保护；

所述数据采集模块与数据整理模块相连接，在数据采集模块将采集的压力数据传输至控制器之前，所述数据整理模块用于对压力数据进行有效性检测，若检测合格，则将压力数据发送至控制器，若检测不合格，则重新采集压力数据；

所述预警分析模块与数据整理模块相连接，用于采集数据整理模块对压力数据的检测结果并对检测结果进行预警分析；

当接收到预警指令后，所述动态监测模块用于采集与其对应的荷重传感器的当前工作状态信息，并对当前工作状态信息进行分析，确定荷重传感器的具体异常部位以及判断异常部位的异常程度；

所述维修管理模块用于安排维修人员对荷重传感器进行检修。

进一步地，所述数据采集模块包括多个荷重传感器、多个放大器、多个耦合器、多路模拟开关、采样保持单元、A/D转换器和预处理单元；

每个荷重传感器分别与对应的放大器连接，其中采用放大器对荷重传感器采集的信号进行放大；所述放大器依次与耦合器、多路模拟开关、采样保持单元、A/D转换器、预处理单元相连接，所述预处理单元将压力数据传输至控制器；所述预处理单元由处理器、变频器、滤波器组成。

进一步地，所述过载保护模块包括弹簧、支架、限位器和预受力调节螺栓；所述弹簧能产生预受力，通过预受力调节螺栓安装在荷重传感器上；所述限位器与荷重传感器相连接。

进一步地，所述过载保护模块的工作原理为：

调节预受力调节螺栓使弹簧的预受力与荷重传感器的测量范围相对应；当荷重传感器受力属于正常范围时，弹簧不变形，被测力全部通过荷重传感器；

当荷重传感器受力过载时，弹簧变形，荷重传感器发生整体位移，受力点与限位器接触，超出荷重传感器测量范围的力通过限位器而不是通过荷重传感器直接传递至支架上。

进一步地，所述数据整理模块的具体检测步骤为：

获取数据采集模块采集的压力数据，建立压力数据随时间变化的曲线图；从初始时刻起，按照预设的采集间隔时长采集压力数据，将采集的压力数据标记为XZi，i＝1，...，n；

令最新采集的压力数据为XZn，取XZn的前X1组压力数据的值，将其标记为区间压力Ji，i＝n-X1，...，n-1；其中X1为预设值；

按照标准差计算公式计算得到区间压力Ji的标准差μ；若μ≤预设标准差阈值，则处于待验证状态；

当处于待验证状态，根据XZn和区间压力Ji，求取压力数据的偏差值W，

将偏差值W与偏差阈值相比较；若偏差值W≤偏差阈值，则判定压力数据有效性合格，并选取对应的最新采集的压力数据为采集的压力数据；若偏差值W＞偏差阈值，则判定压力数据有效性不合格，重新采集压力数据。

进一步地，所述预警分析模块的具体分析步骤如下：

V1：采集预设时间内数据整理模块对压力数据的检测结果；

将检测结果标记为Gi，当检测结果为检测合格时，则Gi＝1，当检测结果为检测不合格时，则Gi＝0；

V2：统计多个检测结果中Gi＝0的数量；在Gi＝0的数量达到第一预设数量或者Gi＝0的数量达到预定比例或者连续Gi＝0的数量达到第二预设数量时，确定对应的荷重传感器存在测量精度不佳的趋势，则生成预警指令；

所述预警分析模块用于将预警指令传输至控制器；所述控制器接收到预警指令后控制报警模块发出警报。

进一步地，所述动态监测模块的具体分析步骤为：

步骤一：当接收到预警指令后，采集与其对应的荷重传感器的当前工作状态信息；

步骤二：对当前工作状态信息进行预处理，将预处理后的当前工作状态信息与数据库中预存的所述荷重传感器对应的安全检测标准进行校验；

步骤三：根据校验结果，确定荷重传感器的具体异常部位以及判断异常部位的异常程度；所述动态监测模块用于将荷重传感器的具体异常部位以及判断异常部位的异常程度经控制器传输至维修管理模块。

进一步地，所述动态监测模块为与荷重传感器相连接的检测传感器，所述检测传感器包括电压检测传感器、电流检测传感器、温度检测传感器、阻抗检测传感器；所述工作状态信息包括工作电压、工作电流、工作温度、工作阻抗。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明中数据采集模块用于采集荷重传感器上受力载体所受的载荷，即压力数据；各个荷重传感器将采集的信号通过放大器放大之后发送至耦合器，依次通过多路模拟开关、采样保持单元、AD转换器、预处理单元输出至控制器进行数据采集，提高测量精度；过载保护模块用于对荷重传感器进行过载保护，防止受力过载造成荷重传感器的损坏；

2、本发明中数据整理模块用于对压力数据进行有效性检测，若检测合格，则将压力数据发送至控制器，若检测不合格，则重新采集压力数据；通过对采集的压力数据进行递进检测，根据实际情况调整精度，确保采集的压力数据符合荷重传感器的精度要求，提高荷重传感器的测量精度和准确度；

3、本发明中预警分析模块用于采集数据整理模块对压力数据的检测结果并对检测结果进行预警分析，通过分析在预设时间内检测结果的变化趋势，确定对应的荷重传感器是否存在测量精度不佳的趋势，及时预警，当接收到预警指令后，动态监测模块用于采集与其对应的荷重传感器的当前工作状态信息，并对当前工作状态信息进行分析，确定荷重传感器的具体异常部位以及判断异常部位的异常程度；不但可以降低由于对荷重传感器的检测精度不清楚而发生的测量误差，减少损失，另外也方便维修管理模块安排维修人员进行检修，提高了工作效率，也大大降低了对荷重传感器日后的维修成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的原理框图。

图2为本发明中数据采集模块的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明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，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1-2所示，一种基于互联网荷重传感器动态监测系统，包括数据采集模块、控制器、过载保护模块、数据整理模块、预警分析模块、报警模块、动态监测模块以及维修管理模块；

数据采集模块：用于采集荷重传感器上受力载体所受的载荷，即压力数据，并将采集的压力数据发送至控制器；

数据采集模块包括多个荷重传感器、多个放大器、多个耦合器、多路模拟开关、采样保持单元、A/D转换器和预处理单元；

每个荷重传感器分别与对应的放大器连接，其中采用放大器对荷重传感器采集的信号进行放大，提高分辨率；

由于数据采集模块与信号地之间有电位差，如果不进行隔离处理，就有可能形成接地回路，造成测量误差；

放大器连接耦合器，通过设置耦合器，避免数据采集模块和信号地直接电连接，使系统更加安全，避免压力数据受地电位和输入模式的影响，提高测量精度；

耦合器连接多路模拟开关，多路模拟开关连接采样保持单元，采样保持单元连接A/D转换器，保证了经过A/D转换后的数字信号能够正确地反应原先的模拟信号，提高测量精度；

A/D转换器连接预处理单元，预处理单元将压力数据传输至控制器；预处理单元由处理器、变频器、滤波器组成；

荷重传感器上设置有过载保护模块，用于对荷重传感器进行过载保护，防止受力过载造成荷重传感器的损坏；过载保护模块包括弹簧、支架、限位器和预受力调节螺栓；弹簧能产生预受力，通过预受力调节螺栓安装在荷重传感器上；限位器与荷重传感器相连接；过载保护模块的具体工作步骤为：

调节预受力调节螺栓使弹簧的预受力与荷重传感器的测量范围相对应；当荷重传感器受力属于正常范围时，弹簧不变形，被测力全部通过荷重传感器；因而不影响荷重传感器的性能；

当荷重传感器受力过载时，弹簧变形，荷重传感器发生整体位移，受力点与限位器接触，超出荷重传感器测量范围的力通过限位器而不是通过荷重传感器直接传递至支架上，起到保护荷重传感器的作用；

数据采集模块与数据整理模块相连接，在数据采集模块将采集的压力数据传输至控制器之前，数据整理模块用于对压力数据进行有效性检测，若检测合格，则将压力数据发送至控制器，若检测不合格，则重新采集压力数据；具体检测步骤为：

S1：获取数据采集模块采集的压力数据，建立压力数据随时间变化的曲线图；

S2：从初始时刻起，按照预设的采集间隔时长采集压力数据，将采集的压力数据标记为XZi，i＝1，...，n；

令最新采集的压力数据为XZn，取XZn的前X1组压力数据的值，将其标记为区间压力Ji，i＝n-X1，...，n-1；其中X1为预设值；

S3：按照标准差计算公式计算得到区间压力Ji的标准差μ；若μ≤预设标准差阈值，则处于待验证状态；

当处于待验证状态，根据XZn和区间压力Ji，求取压力数据的偏差值W，具体计算方法为：

当n≤X1时；此时自动对X1的值进行重置，令X1＝n-1；

当n＞X1时，X1的具体取值为用户预设值；

利用公式

计算得到压力数据的偏差值W；

S4：将偏差值W与偏差阈值相比较；

若偏差值W≤偏差阈值，则判定压力数据有效性合格，并选取对应的最新采集的压力数据为采集的压力数据；

若偏差值W＞偏差阈值，则判定压力数据有效性不合格，重新采集压力数据；

本发明通过对采集的压力数据进行递进检测，根据实际情况调整精度，确保采集的压力数据符合荷重传感器的精度要求，提高荷重传感器的测量精度和准确度；

预警分析模块与数据整理模块相连接，用于采集数据整理模块对压力数据的检测结果并对检测结果进行预警分析，检测结果包括检测合格和检测不合格，具体分析步骤如下：

V1：采集预设时间内数据整理模块对压力数据的检测结果；

将检测结果标记为Gi，当检测结果为检测合格时，则Gi＝1，当检测结果为检测不合格时，则Gi＝0；

V2：统计多个检测结果中Gi＝0的数量；

在Gi＝0的数量达到第一预设数量或者Gi＝0的数量达到预定比例或者连续Gi＝0的数量达到第二预设数量时，确定对应的荷重传感器存在测量精度不佳的趋势，则生成预警指令；

预警分析模块用于将预警指令传输至控制器；控制器接收到预警指令后控制报警模块发出警报；

本发明通过分析在预设时间内数据整理模块对压力数据的检测结果的变化趋势，确定对应的荷重传感器是否存在测量精度不佳的趋势，及时预警，不但可以降低由于对荷重传感器的检测精度不清楚而发生的测量误差，减少损失，另外也方便维修管理模块安排维修人员进行检修，提高了工作效率，也大大降低了对荷重传感器日后的维修成本；

当接收到预警指令后，动态监测模块用于采集与其对应的荷重传感器的当前工作状态信息，并对当前工作状态信息进行分析，确定荷重传感器的具体异常部位以及判断异常部位的异常程度；其中工作状态信息包括工作电压、工作电流、工作温度、工作阻抗；具体为：

步骤一：当接收到预警指令后，采集与其对应的荷重传感器的当前工作状态信息；

步骤二：对当前工作状态信息进行预处理，将预处理后的当前工作状态信息与数据库中预存的荷重传感器对应的安全检测标准进行校验；

步骤三：根据校验结果，确定荷重传感器的具体异常部位以及判断异常部位的异常程度；

动态监测模块用于将荷重传感器的具体异常部位以及判断异常部位的异常程度经控制器传输至维修管理模块，以便维修管理模块进行维修；

本发明根据数据库中预存的荷重传感器对应的安全检测标准和预处理后的当前工作状态信息，计算出荷重传感器的具体异常部位以及判断异常部位的异常程度，这样方便维修管理模块及时了解荷重传感器的安全故障，并对发生故障的荷重传感器进行及时维修，能够减少因设备故障、测量结果不准确的问题导致的安全隐患和经济损失；

维修管理模块用于安排维修人员对荷重传感器进行检修；

动态监测模块为与荷重传感器相连接的检测传感器，检测传感器包括电压检测传感器、电流检测传感器、温度检测传感器、阻抗检测传感器；电压检测传感器用于检测荷重传感器的当前工作电压，电流检测传感器用于检测荷重传感器的当前工作电流，温度检测传感器用于检测荷重传感器的当前工作温度，阻抗检测传感器用于检测荷重传感器的当前工作阻抗。

上述公式均是去除量纲取其数值计算，公式是由采集大量数据进行软件模拟得到最接近真实情况的一个公式，公式中的预设参数和预设阈值由本领域的技术人员根据实际情况设定或者大量数据模拟获得。

本发明的工作原理：

一种基于互联网荷重传感器动态监测系统，在工作时，数据采集模块用于采集荷重传感器上受力载体所受的载荷，即压力数据；各个荷重传感器将采集的信号通过放大器放大之后发送至耦合器，依次通过多路模拟开关、采样保持单元、AD转换器、预处理单元输出至控制器进行数据采集，提高测量精度；过载保护模块用于对荷重传感器进行过载保护，防止受力过载造成荷重传感器的损坏；

在数据采集模块将采集的压力数据传输至控制器之前，数据整理模块用于对压力数据进行有效性检测，若检测合格，则将压力数据发送至控制器，若检测不合格，则重新采集压力数据；通过对采集的压力数据进行递进检测，根据实际情况调整精度，确保采集的压力数据符合荷重传感器的精度要求，提高荷重传感器的测量精度和准确度；

预警分析模块用于采集数据整理模块对压力数据的检测结果并对检测结果进行预警分析，通过分析在预设时间内检测结果的变化趋势，确定对应的荷重传感器是否存在测量精度不佳的趋势，及时预警，当接收到预警指令后，动态监测模块用于采集与其对应的荷重传感器的当前工作状态信息，并对当前工作状态信息进行分析，确定荷重传感器的具体异常部位以及判断异常部位的异常程度；并将荷重传感器的具体异常部位以及判断异常部位的异常程度经控制器传输至维修管理模块，以便维修管理模块进行维修，提高了工作效率，也大大降低了对荷重传感器日后的维修成本。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”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一定指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。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (8)

1.一种基于互联网荷重传感器动态监测系统，其特征在于，包括数据采集模块、控制器、过载保护模块、数据整理模块、预警分析模块、报警模块、动态监测模块以及维修管理模块；

数据采集模块：用于采集荷重传感器上受力载体所受的载荷，即压力数据，并将采集的压力数据发送至控制器；

所述荷重传感器上设置有过载保护模块，用于对荷重传感器进行过载保护；

所述数据采集模块与数据整理模块相连接，在数据采集模块将采集的压力数据传输至控制器之前，所述数据整理模块用于对压力数据进行有效性检测，若检测合格，则将压力数据发送至控制器，若检测不合格，则重新采集压力数据；

所述预警分析模块与数据整理模块相连接，用于采集数据整理模块对压力数据的检测结果并对检测结果进行预警分析；

当接收到预警指令后，所述动态监测模块用于采集与其对应的荷重传感器的当前工作状态信息，并对当前工作状态信息进行分析，确定荷重传感器的具体异常部位以及判断异常部位的异常程度；

所述维修管理模块用于安排维修人员对荷重传感器进行检修。

2.根据权利要求1所述的一种基于互联网荷重传感器动态监测系统，其特征在于，所述数据采集模块包括多个荷重传感器、多个放大器、多个耦合器、多路模拟开关、采样保持单元、A/D转换器和预处理单元；

每个荷重传感器分别与对应的放大器连接，其中采用放大器对荷重传感器采集的信号进行放大；所述放大器依次与耦合器、多路模拟开关、采样保持单元、A/D转换器、预处理单元相连接，所述预处理单元将压力数据传输至控制器；所述预处理单元由处理器、变频器、滤波器组成。

3.根据权利要求1所述的一种基于互联网荷重传感器动态监测系统，其特征在于，所述过载保护模块包括弹簧、支架、限位器和预受力调节螺栓；所述弹簧能产生预受力，通过预受力调节螺栓安装在荷重传感器上；所述限位器与荷重传感器相连接。

4.根据权利要求3所述的一种基于互联网荷重传感器动态监测系统，其特征在于，所述过载保护模块的工作原理为：

调节预受力调节螺栓使弹簧的预受力与荷重传感器的测量范围相对应；

当荷重传感器受力属于正常范围时，弹簧不变形，被测力全部通过荷重传感器；当荷重传感器受力过载时，弹簧变形，荷重传感器发生整体位移，受力点与限位器接触，超出荷重传感器测量范围的力通过限位器而不是通过荷重传感器直接传递至支架上。

5.根据权利要求1所述的一种基于互联网荷重传感器动态监测系统，其特征在于，所述数据整理模块的具体检测步骤为：

获取数据采集模块采集的压力数据，建立压力数据随时间变化的曲线图；从初始时刻起，按照预设的采集间隔时长采集压力数据，将采集的压力数据标记为XZi，i＝1，...，n；

令最新采集的压力数据为XZn，取XZn的前X1组压力数据的值，将其标记为区间压力Ji，i＝n-X1，...，n-1；其中X1为预设值；

按照标准差计算公式计算得到区间压力Ji的标准差μ；若μ≤预设标准差阈值，则处于待验证状态；

当处于待验证状态，根据XZn和区间压力Ji，求取压力数据的偏差值W，

将偏差值W与偏差阈值相比较；若偏差值W≤偏差阈值，则判定压力数据有效性合格，并选取对应的最新采集的压力数据为采集的压力数据；若偏差值W＞偏差阈值，则判定压力数据有效性不合格，重新采集压力数据。

6.根据权利要求1所述的一种基于互联网荷重传感器动态监测系统，其特征在于，所述预警分析模块的具体分析步骤如下：

V1：采集预设时间内数据整理模块对压力数据的检测结果；

将检测结果标记为Gi，当检测结果为检测合格时，则Gi＝1，当检测结果为检测不合格时，则Gi＝0；

V2：统计多个检测结果中Gi＝0的数量；在Gi＝0的数量达到第一预设数量或者Gi＝0的数量达到预定比例或者连续Gi＝0的数量达到第二预设数量时，确定对应的荷重传感器存在测量精度不佳的趋势，则生成预警指令；

所述预警分析模块用于将预警指令传输至控制器；所述控制器接收到预警指令后控制报警模块发出警报。

7.根据权利要求1所述的一种基于互联网荷重传感器动态监测系统，其特征在于，所述动态监测模块的具体分析步骤为：

当接收到预警指令后，采集与其对应的荷重传感器的当前工作状态信息；对当前工作状态信息进行预处理，将预处理后的当前工作状态信息与数据库中预存的所述荷重传感器对应的安全检测标准进行校验；

根据校验结果，确定荷重传感器的具体异常部位以及判断异常部位的异常程度；所述动态监测模块用于将荷重传感器的具体异常部位以及判断异常部位的异常程度经控制器传输至维修管理模块。

8.根据权利要求1所述的一种基于互联网荷重传感器动态监测系统，其特征在于，所述动态监测模块为与荷重传感器相连接的检测传感器，所述检测传感器包括电压检测传感器、电流检测传感器、温度检测传感器、阻抗检测传感器；所述工作状态信息包括工作电压、工作电流、工作温度、工作阻抗。

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