CN114791317A - 基于传感器的高灵敏称重系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于传感器的高灵敏称重系统，包括：称重传感模块，水平检测模块与定位模块；被称重物体在称重时，其放置位置的不同会对称量结果造成较大的误差，本发明能够根据称量时被称重物体的放置位置以及被称重物体的重量对托盘受力倾斜造成的误差进行弥补，从而使最终输出的称量结果更接近实际的重量，起到降低误差，提升称量结果准确度的效果；本发明通过设置水平检测模块对称重传感模块中的托盘位置进行检测，从而实现对托盘状态的监控，能够实现对托盘状态的及时调整，保证称重结果的准确性。

Description

基于传感器的高灵敏称重系统

技术领域

本发明属于传感器技术领域，具体的，涉及一种基于传感器的高灵敏称重系统。

背景技术

称重系统是一种通过软件与硬件结合，用于对目标重量进行称取的装置，它能够提高管理效率，减少劳动力，目前主要的称重系统是将称重系统的受载力转化为数字信号，以方便用户对称重信号的直观了解，但是在称重系统的实际工作中，由于震动、温度、称重硬件的老化等因素，会导致称重系统出现精度不足的问题，在对称重精度要求较高的情况下难以满足实际的需要。

称重系统在执行称重任务时，由于被称重物体在托盘上的放置位置不同会导致较大误差的产生，在实际应用中，无法保证每次被称重物体都能处于托盘中央，因此不良的称重系统使用情况会导致部分被称重物体的称重结果与实际重量存在较大误差，现有技术中没有对应的方法能够处理这种误差，只能通过规范操作来解决该问题，为了解决上述问题，本发明提供了以下技术方案。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于传感器的高灵敏称重系统，解决现有技术中被称重物体在托盘上位置的不同带来较大称重误差的问题。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

基于传感器的高灵敏称重系统，包括：

称重传感模块，用于对被称重物体的重量进行采集，所述称重传感模块采用电磁平衡传感器；

水平检测模块，用于对检测系统托盘的倾斜方向与倾斜角度进行检测；

定位模块，用于确定待称重物体在托盘上的位置；

上述基于传感器的高灵敏称重系统的工作方法为：

第一步，调水平后接电调零；

第二步，将称重砝码放置在托盘上不同的称重区域上，获取称重砝码在不同称重区域时称重系统显示的称重结果、称重时对应的托盘倾斜角度数据以及砝码的重量，从而获得托盘各称重区域对应的砝码重量与称重误差之间的关系；

第三步，将被称重物体放置在托盘上，通过称重传感模块读取被称重物体的重量H，通过水平检测模块获取得到托盘的倾斜方向与倾斜角度；

第四步，通过第三步中获取的托盘倾斜角度以及被称重物体在托盘上的位置获取对应的称重误差，然后通过对应的称重误差对称重传感模块得到的被称重物体的重量H进行调整，得到称重结果H2，并以称重结果H2作为最终输出值。

作为本发明的进一步方案，所述水平检测模块包括依次连接的光源、光纤分束器、光纤环形器组以及光纤端部阵列，所述光纤环形器组还连接有光电探测器，光纤分束器将光源发出的激光分为若干个光束，若干个光束通过光纤环形器组分束后传输至光纤端部阵列，光纤端部阵列射出的激光在托盘的背面反射后返回光纤端部阵列，形成干涉，通过光电探测器将干涉光信号转化为电信号，从而获得光纤端部阵列中各光纤端面与托盘背面之间的距离差，进而获得托盘的形态信息；

在托盘水平放置时，托盘背面与各光纤端面之间的距离相等。

作为本发明的进一步方案，所述光纤端部阵列包括至少三个环形阵列分布的光纤端面。

作为本发明的进一步方案，定位模块包括至少一个摄像机，摄像机固定设置在托盘的正上方，在未进行称重任务时，摄像机采集得到托盘上表面的图像作为背景图像，将背景图像中托盘上表面划分为若干个称重区域；在称重传感模块采集到重量大于预设值h，且称重传感模块的检测值波动范围小于预设值H1时，摄像机采集托盘上表面图像，将该图像与背景图像对比后除去相同部分图像，根据被称重物体在图像中的位置确定其所属称重区域。

作为本发明的进一步方案，通过定位模块确定被称重物体在托盘上的位置，判断托盘的倾斜方向与被称重物体在托盘上的位置是否吻合，若不吻合，则对称重系统进行检修处理。

作为本发明的进一步方案，若在未称重水平静置状态下，水平检测模块检测到托盘的倾斜角度大于预设值时，则认为称重系统存在问题，对托盘进行调水平处理。

作为本发明的进一步方案，所述水平检测模块中光纤端部阵列中还包括一个设置在托盘中心正下方的光纤端部，用于实时检测托盘与永磁体之间的距离；

在称重传感模块输出的电压值稳定后，通过水平检测模块获取托盘与永磁体之间的距离S1，当公式|S-S1|/S≤α成立时，认为称重传感模块处于正常状态，当|S-S1|/S＞α成立时，则认为称重传感模块处于异常状态，发出报警信息。

作为本发明的进一步方案，第二步中具体包括如下步骤：

S1、首先采用的称重砝码按照从小到大的顺序将重量依次标记为Z1、Z2、...、Zn；

S2、然后将称重砝码放置在托盘上不同的称重区域上，获取称重砝码在不同称重区域时称重系统显示的称重结果以及砝码的重量，从而获得各称重区域砝码重量与称重误差之间的关系；

S3、在实际称重时，首先获取称重系统获取的称重结果z以及被称重物体在托盘上的称重区域，确定满足|Zi-z|最小的称重砝码重量Zi，其中1≤i≤n且i为正整数，以Zi对应的称重误差用于后续计算；

根据步骤S2中的关系得到对应的称重误差W，其中W满足公式W＝w1*λ1+w2*λ2+w3*λ3+w4*λ4，其中w1、w2、w3与w4为被称重物体在托盘上所覆盖的称重区域对应的称重误差，λ1、λ2、λ3与λ4为被称重物体在对应的四个称重区域上所占面积的比例，且满足λ1+λ2+λ3+λ4＝1。

本发明的有益效果：

(1)被称重物体在称重时，其放置位置的不同会对称量结果造成较大的误差，本发明能够根据称量时被称重物体的放置位置以及被称重物体的重量对托盘受力倾斜造成的误差进行弥补，从而使最终输出的称量结果更接近实际的重量，起到降低误差，提升称量结果准确度的效果；

(2)本发明通过设置水平检测模块对称重传感模块中的托盘位置进行检测，具体通过多个环形阵列分布的光纤端部射出的激光在托盘的背面反射后返回光纤端部阵列，形成干涉，通过光电探测器将干涉光信号转化为电信号，从而获得光纤端部阵列中各光纤端面与托盘背面之间的距离差，以其中一个为基础从而获得托盘的形态信息，获得托盘的倾斜方向与倾斜角度，从而实现对托盘状态的监控，能够实现对托盘状态的及时调整，保证称重结果的准确性；

(3)由于被称重物体在称重时的位置存在较大的随机性，本发明通过采集不同重量的砝码在托盘上的位置、称重结果与实际重量的关系，并综合考虑被称重物体跨多区域的情况，能够降低称重位置横跨多个称重区域对计算结果准确度的干扰，同时能够降低原始数据的采集难度，在减少原始数据采集量的同时，能够模糊化处理，保证采用的称重误差尽可能接近实际的称重误差，从而起到提升称重精度，降低误差的效果。

具体实施方式

下面将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，本领域普通技术人员在没有作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。

基于传感器的高灵敏称重系统，包括：

称重传感模块，用于对被称重物体的重量进行采集，在本发明的一个实施例中，所述称重传感模块采用电磁平衡传感器，通过采集电压信号，并将对应电压信号转化为数字信号，从而读取被称重物体的重量；

水平检测模块，所述水平检测模块包括依次连接的光源、光纤分束器、光纤环形器组以及光纤端部阵列，所述光纤环形器组还连接有光电探测器，工作时，光纤分束器将光源发出的激光分为若干个光束，若干个光束通过光纤环形器组分束后传输至光纤端部阵列，光纤端部阵列射出的激光在托盘的背面反射后返回光纤端部阵列，形成干涉，通过光电探测器将干涉光信号转化为电信号，从而获得光纤端部阵列中各光纤端面与托盘背面之间的距离差，从而获得托盘的形态信息，获得托盘的倾斜方向与倾斜角度；

所述光纤端部阵列包括至少三个环形阵列分布的光纤端面，在托盘水平放置时，托盘背面与各光纤端面之间的距离相等；

通过水平检测模块能够对检测系统托盘的倾斜方向与倾斜角度进行检测；

若在未称重水平静置状态下，水平检测模块检测到托盘的倾斜角度大于预设值时，则认为称重系统存在问题，需要对托盘进行调水平处理；

所述水平检测模块中光纤端部阵列中还包括一个设置在托盘中心正下方的光纤端部，用于实时检测托盘与永磁体之间的距离；

具体的，水平检测模块中光纤端部阵列中还包括一个光纤端部，该光纤端部的出光口处对应设置有一个反射面，该光纤端部与该反射面之间的距离为固定值Ss，通过计算其它光纤端部与托盘之间距离和Ss的差值，从而得到其它光纤端部与托盘之间距离；

定位模块，包括至少一个摄像机，通过摄像机采集托盘上表面的图像信息后传输至信息处理模块，通过信息处理模块确定待称重物体在托盘上的位置；

具体的，摄像机固定设置在托盘的正上方，在未进行称重任务时，摄像机采集得到托盘上表面的图像作为背景图像，将背景图像中托盘上表面划分为若干个称重区域；在称重传感模块采集到重量大于预设值h，且称重传感模块的检测值波动范围小于预设值H1时，摄像机采集托盘上表面图像，将该图像与背景图像对比后除去相同部分图像，根据被称重物体在图像中的位置确定其所属称重区域；

报警模块，用于发出报警信息，提醒用户对对应问题进行解决；

上述基于传感器的高灵敏称重系统的工作方法为：

第一步，调水平，使称重系统的称重传感模块与托盘处于水平状态，然后接电调零；

第二步，将称重砝码放置在托盘上不同的称重区域上，获取称重砝码在不同称重区域时称重系统显示的称重结果、称重时对应的托盘倾斜角度数据以及砝码的重量，从而获得托盘各称重区域对应的砝码重量与称重误差之间的关系；

具体的，包括如下步骤：

S1、首先采用的称重砝码按照从小到大的顺序将重量依次标记为Z1、Z2、...、Zn；

S2、然后将称重砝码放置在托盘上不同的称重区域上，获取称重砝码在不同称重区域时称重系统显示的称重结果以及砝码的重量，从而获得各称重区域砝码重量与称重误差之间的关系；

S3、在实际称重时，首先获取称重系统获取的称重结果z以及被称重物体在托盘上的称重区域，确定满足|Zi-z|最小的称重砝码重量Zi，其中1≤i≤n且i为正整数，以Zi对应的称重误差用于后续计算；

根据步骤S2中的关系得到对应的称重误差W，其中W满足公式W＝w1*λ1+w2*λ2+w3*λ3+w4*λ4，其中w1、w2、w3与w4为被称重物体在托盘上所覆盖的称重区域对应的称重误差，λ1、λ2、λ3与λ4为被称重物体在对应的四个称重区域上所占面积的比例，且满足λ1+λ2+λ3+λ4＝1；

由于被称重物体在称重时的位置存在较大的随机性，通过这种方法能够降低称重位置横跨多个称重区域对计算结果准确度的干扰，同时能够降低原始数据的采集难度，在减少原始数据采集量的同时，能够模糊化处理，保证采用的称重误差尽可能接近实际的称重误差，从而起到提升称重精度，降低误差的效果。

在教学使用环境中，可以直接在教学过程中进行数据的采集，具体的，通过采用砝码进行称重演示，由于砝码的重量为已知值，再通过记录称量结果，获取原始数据；

第三步，将被称重物体放置在托盘上，通过称重传感模块读取被称重物体的重量H，在称重传感模块的检测值波动范围小于预设值H1时，通过水平检测模块获取得到托盘的倾斜方向与倾斜角度；

通过定位模块确定被称重物体在托盘上的位置，判断托盘的倾斜方向与被称重物体在托盘上的位置是否吻合，若吻合，则进行下一步，若不吻合，则对称重系统进行检修处理；

第四步，通过第三步中获取的托盘倾斜角度以及被称重物体在托盘上的位置获取对应的称重误差，然后通过对应的称重误差对称重传感模块得到的被称重物体的重量H进行调整，得到称重结果H2，并以称重结果H2作为最终输出值；

由于被称重物体在称重时，其放置位置的不同会对称量结果造成较大的误差，因此通过上述手段能够根据称量时被称重物体的放置位置以及被称重物体的重量对托盘受力倾斜造成的误差进行弥补，从而使最终输出的称量结果更接近实际的重量，起到降低误差，提升称量结果准确度的效果。

第五步，在称重传感模块输出的电压值稳定后，通过水平检测模块获取托盘与永磁体之间的距离S1，当公式|S-S1|/S≤α成立时，认为称重传感模块处于正常状态，当|S-S1|/S＞α成立时，则认为称重传感模块处于异常状态，信息处理模块向报警模块发出信号，报警模块发出报警信息；

这种结构能够通过水平检测模块对称重状态下托盘的位置进行实时检测，及时发现电磁平衡传感器存在的故障问题以及老化问题，从而避免电磁平衡传感器出现故障影响称量结果的准确性；

在本发明的一个实施例中，在进行教学工作时，为了方便学生能够对正确操作方式有着清楚的认识，能够通过信息处理模块添加或去除称重误差对被称重物体重量H的调整，若添加称重误差对被称重物体重量H的调整，则以称重结果H2作为最终输出值，若去除称重误差对被称重物体重量H的调整，则以H为最终输出值；

这样能够让学生能够清楚的了解到被称重物体在托盘上的位置对称重结果的影响，从而有利于学生对使用称重系统的良好习惯的养成。

以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (8)

1.基于传感器的高灵敏称重系统，其特征在于，包括：

称重传感模块，用于对被称重物体的重量进行采集，所述称重传感模块采用电磁平衡传感器；

水平检测模块，用于对检测系统托盘的倾斜方向与倾斜角度进行检测；

定位模块，用于确定待称重物体在托盘上的位置；

上述基于传感器的高灵敏称重系统的工作方法为：

第一步，调水平后接电调零；

第二步，将称重砝码放置在托盘上不同的称重区域上，获取称重砝码在不同称重区域时称重系统显示的称重结果、称重时对应的托盘倾斜角度数据以及砝码的重量，从而获得托盘各称重区域对应的砝码重量与称重误差之间的关系；

第三步，将被称重物体放置在托盘上，通过称重传感模块读取被称重物体的重量H，通过水平检测模块获取得到托盘的倾斜方向与倾斜角度；

第四步，通过第三步中获取的托盘倾斜角度以及被称重物体在托盘上的位置获取对应的称重误差，然后通过对应的称重误差对称重传感模块得到的被称重物体的重量H进行调整，得到称重结果H2，并以称重结果H2作为最终输出值。

2.根据权利要求1所述的基于传感器的高灵敏称重系统，其特征在于，所述水平检测模块包括依次连接的光源、光纤分束器、光纤环形器组以及光纤端部阵列，所述光纤环形器组还连接有光电探测器，光纤分束器将光源发出的激光分为若干个光束，若干个光束通过光纤环形器组分束后传输至光纤端部阵列，光纤端部阵列射出的激光在托盘的背面反射后返回光纤端部阵列，形成干涉，通过光电探测器将干涉光信号转化为电信号，从而获得光纤端部阵列中各光纤端面与托盘背面之间的距离差，进而获得托盘的形态信息；

在托盘水平放置时，托盘背面与各光纤端面之间的距离相等。

3.根据权利要求2所述的基于传感器的高灵敏称重系统，其特征在于，所述光纤端部阵列包括至少三个环形阵列分布的光纤端面。

4.根据权利要求3所述的基于传感器的高灵敏称重系统，其特征在于，定位模块包括至少一个摄像机，摄像机固定设置在托盘的正上方，在未进行称重任务时，摄像机采集得到托盘上表面的图像作为背景图像，将背景图像中托盘上表面划分为若干个称重区域；在称重传感模块采集到重量大于预设值h，且称重传感模块的检测值波动范围小于预设值H1时，摄像机采集托盘上表面图像，将该图像与背景图像对比后除去相同部分图像，根据被称重物体在图像中的位置确定其所属称重区域。

5.根据权利要求4所述的基于传感器的高灵敏称重系统，其特征在于，通过定位模块确定被称重物体在托盘上的位置，判断托盘的倾斜方向与被称重物体在托盘上的位置是否吻合，若不吻合，则对称重系统进行检修处理。

6.根据权利要求5所述的基于传感器的高灵敏称重系统，其特征在于，若在未称重水平静置状态下，水平检测模块检测到托盘的倾斜角度大于预设值时，则认为称重系统存在问题，对托盘进行调水平处理。

7.根据权利要求4所述的基于传感器的高灵敏称重系统，其特征在于，所述水平检测模块中光纤端部阵列中还包括一个设置在托盘中心正下方的光纤端部，用于实时检测托盘与永磁体之间的距离；

在称重传感模块输出的电压值稳定后，通过水平检测模块获取托盘与永磁体之间的距离S1，当公式|S-S1|/S≤α成立时，认为称重传感模块处于正常状态，当|S-S1|/S＞α成立时，则认为称重传感模块处于异常状态，发出报警信息。

8.根据权利要求1所述的基于传感器的高灵敏称重系统，其特征在于，第二步中具体包括如下步骤：

S1、首先采用的称重砝码按照从小到大的顺序将重量依次标记为Z1、Z2、...、Zn；

S2、然后将称重砝码放置在托盘上不同的称重区域上，获取称重砝码在不同称重区域时称重系统显示的称重结果以及砝码的重量，从而获得各称重区域砝码重量与称重误差之间的关系；

S3、在实际称重时，首先获取称重系统获取的称重结果z以及被称重物体在托盘上的称重区域，确定满足|Zi-z|最小的称重砝码重量Zi，其中1≤i≤n且i为正整数，以Zi对应的称重误差用于后续计算；

根据步骤S2中的关系得到对应的称重误差W，其中W满足公式W＝w1*λ1+w2*λ2+w3*λ3+w4*λ4，其中w1、w2、w3与w4为被称重物体在托盘上所覆盖的称重区域对应的称重误差，λ1、λ2、λ3与λ4为被称重物体在对应的四个称重区域上所占面积的比例，且满足λ1+λ2+λ3+λ4＝1。