CN116256049A - 一种倾斜补偿装置及其倾斜补偿方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种倾斜补偿装置及其倾斜补偿方法。该倾斜补偿方法包括S1、对称重系统进行倾斜角度标定和水平转角角度标定；S2、选择设定不同的倾斜指定角度及不同的水平旋转指定角度，测量在不同载荷下的重量、倾斜角度和水平转角角度；S3、根据设定的倾斜指定角度和水平旋转指定角度，及测量获得的重量、倾斜角度和水平转角角度来计算重量补偿值；S4、根据称重系统的实际测量重量和重量补偿值计算实际称重重量。本发明提出的一种倾斜补偿装置及其倾斜补偿方法能对带有柱式称重传感器的称重系统提供精准的倾斜补偿。

Description

一种倾斜补偿装置及其倾斜补偿方法

技术领域

本发明涉及动态称重技术领域，尤其涉及一种倾斜补偿装置及其倾斜补偿方法。

背景技术

带有柱式数字式称重传感器广泛应用于车辆衡、轴重秤、平台秤、大型料罐秤等应用场景中。这些应用场景均属于多点应用，即一台称重系统配3个，4个，8个等数量的柱式称重传感器，柱式称重传感器之间通过CAN，RS485等总线连接并接入终端，通过终端将称重系统的重量数据显示给用户。在正常应用之前，终端对称重传感器进行编址、零点和灵敏度的标定，角差调整后，即可正常称重。

每个柱式称重传感器除了传输重量信号给终端，还会传输其他特征信号，如温度，湿度，气体浓度，倾斜角度等传送给终端显示，用户可以根据这些信息柱式监测称重传感器的环境和姿态。

车辆衡在安装过程中柱式称重传感器不在垂直状态，或者在应用过程中因为柱式称重传感器姿态改变(发生倾斜)，或者因为昼夜温差大(地基和秤台的膨胀系数不同)引起柱式称重传感器发生倾斜；或者因为称重系统在长期使用后地基发生沉降引起柱式称重传感器发生倾斜等原因而导致最终称重系统称量不准。

大型料罐秤应用同样存在安装或者使用过程中发生的柱式称重传感器倾斜问题而导致的称量不准。

现有技术方案可通过加速度计或者倾角传感器获取称重传感器当前的倾斜角度，然后设计算法对因倾斜而产生的重量误差进行修正，实现在倾斜状态下依然能保持一定的称量精度。如中国发明专利申请CN102778287A，但该方案只是应用于水平倾斜的商用衡器，该技术对于垂直安装的数字称重传感器的车辆衡应用来说并不适用。该专利申请中提及的算法和方法仅仅适用于梁式称重传感器的倾斜补偿，而柱式称重传感器及其应用场景更为复杂和严苛，无法适用。

发明内容

针对现有技术的上述问题，本发明提出了一种倾斜补偿装置及其倾斜补偿方法，能对称重系统提供精准的倾斜补偿。

具体地，本发明提出了一种倾斜补偿方法，适用于具有柱式称重传感器的称重系统，包括步骤：

S1、对所述称重系统的柱式称重传感器进行倾斜角度标定和水平转角角度标定；

S2、选择设定不同的倾斜指定角度及不同的水平旋转指定角度，测量在不同载荷下的重量、倾斜角度和水平转角角度；

S3、根据设定的所述倾斜指定角度和水平旋转指定角度，及测量获得的所述重量、倾斜角度和水平转角角度来计算重量补偿值；

S4、根据所述称重系统的实际测量重量和所述重量补偿值计算实际称重重量。

根据本发明的一个实施例，在步骤S1中，采用加速度计或倾角传感器来进行倾斜角度标定，采用磁力计来进行水平转角角度标定。

根据本发明的一个实施例，采用加速度计来进行倾斜角度标定的步骤包括：

T1、采集三轴加速度输出A_X0，A_Y0，A_Z0，计算当前状态下的θ，

和/>

T2、计算旋转矩阵

T3、将采集到的所述三轴加速度输出乘以所述旋转矩阵得到实际坐标系下的三轴加速度输出A′_X,A′_Y,A′_Z；

T4、根据三轴加速度输出A′_X,A′_Y,A′_Z计算roll,pitch和yaw。

根据本发明的一个实施例，在步骤S2中，设定倾斜指定角度0°、1°、2°和3°，设定水平旋转指定角度0°，90°，180°和270°，设定载荷为零、1/2满载和满载；

选择一个倾斜指定角度、水平旋转指定角度和一个设定载荷，获得重量、倾斜角度和水平转角角度，遍历所有的倾斜指定角度、水平旋转指定角度和设定载荷，获取对应的重量、倾斜角度和水平转角角度。

根据本发明的一个实施例，在步骤S3中，所述重量补偿值包括倾斜误差补偿值E1和转角误差补偿值E2，计算公式为：

其中，r为roll，p为pitch，

为水平旋转角度，a₁，c₁为roll的分配系数，a₂，c₂为pitch的分配系数，k为称重传感器的结构系数，b₀，b₁，b₂为转角误差补偿值。

根据本发明的一个实施例，所述实际称重重量的计算公式为：

/>

其中，W_c为实际称重重量，W为实际测量重量。

根据本发明的一个实施例，在执行步骤S4前，对所述重量补偿值进行验证。

本发明还提供了一种倾斜补偿装置，适用于具有柱式称重传感器的称重系统，包括，

标定模块，用于对所述称重系统的柱式称重传感器进行倾斜角度标定和水平转角角度标定，获取标定数据；

测试模块，选择设定不同的倾斜指定角度及不同的水平旋转指定角度，测量获得在不同载荷下的重量、倾斜角度和水平转角角度；

补偿值计算模块，根据所述测试模块获得的所述重量、倾斜角度和水平转角角度来计算重量补偿值；

称重计算模块，基于所述称重系统的实际测量重量和所述重量补偿值计算实际称重重量。

根据本发明的一个实施例，在所述测试模块中，设定倾斜指定角度0°、1°、2°和3°，设定水平旋转指定角度0°，90°，180°和270°，设定载荷为零、1/2满载和满载；

选择一个倾斜指定角度、水平旋转指定角度和一个设定载荷，获得重量、倾斜角度和水平转角角度，遍历所有的倾斜指定角度、水平旋转指定角度和设定载荷，获取对应的重量、倾斜角度和水平转角角度。

根据本发明的一个实施例，所述倾斜补偿装置还包括验证模块，用于对所述补偿值计算模块计算获得的重量补偿值进行验证。

本发明提供的一种倾斜补偿装置及其倾斜补偿方法，通过获取重量补偿值来修正实际测量重量，从而对称重系统提供精准的倾斜补偿。

应当理解，本发明以上的一般性描述和以下的详细描述都是示例性和说明性的，并且旨在为所述的本发明提供进一步的解释。

附图说明

包括附图是为提供对本发明进一步的理解，它们被收录并构成本申请的一部分，附图示出了本发明的实施例，并与本说明书一起起到解释本发明原理的作用。附图中：

图1示出了本发明一个实施例的倾斜补偿方法的流程图。

图2示出了本发明一个实施例的倾斜补偿装置的结构示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

倾斜补偿装置 200

标定模块 201

测试模块 202

补偿值计算模块 203

称重计算模块 204

验证模块 205

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本申请及其应用或使用的任何限制。基于本申请中的实施例，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他实施例，都属于本申请保护的范围。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本申请的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

在本申请的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位旋转90度或处于其他方位，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本申请保护范围的限制。此外，尽管本申请中所使用的术语是从公知公用的术语中选择的，但是本申请说明书中所提及的一些术语可能是申请人按他或她的判断来选择的，其详细含义在本文的描述的相关部分中说明。此外，要求不仅仅通过所使用的实际术语，而是还要通过每个术语所蕴含的意义来理解本申请。

图1示出了本发明一个实施例的倾斜补偿方法的流程图。如图所示，一种适用于带有柱式称重传感器的称重系统的倾斜补偿方法包括步骤：

S1、对称重系统进行倾斜角度标定和水平转角角度标定；

S2、选择设定不同的倾斜指定角度及不同的水平旋转指定角度，测量在不同载荷下的重量、倾斜角度和水平转角角度；

S3、根据设定的倾斜指定角度和水平旋转指定角度，及测量获得的重量、倾斜角度和水平转角角度来计算重量补偿值；

S4、根据称重系统的实际测量重量和重量补偿值计算实际称重重量。

较佳地，在步骤S1中，采用加速度计或倾角传感器来进行倾斜角度标定，采用磁力计来进行水平转角角度标定。加速度计可以选用三轴加速度计或两轴、三轴倾角传感器。磁力计可以选用两轴磁性传感器，并配合磁铁使用，磁铁安装于柱式称重传感器内部一侧。加速度计、倾角传感器和磁力计可以设计成独立的模块安装于柱式称重传感器内部或者外部，也可以集成于柱式称重传感器主板一体化设计。

较佳地，采用加速度计来进行倾斜角度标定的步骤包括：

T1、采集三轴加速度输出A_X0，A_Y0，A_Z0，计算当前状态下的θ，

和/>

T2、计算旋转矩阵

T3、将采集到的三轴加速度输出乘以旋转矩阵得到实际坐标系下的三轴加速度输出A′_X,A′_Y,A′_Z；

T4、根据三轴加速度输出A′_X,A′_Y,A′_Z计算roll,pitch和yaw。

较佳地，在步骤S2中，设定倾斜指定角度0°、1°、2°和3°，设定水平旋转指定角度0°，90°，180°和270°，设定载荷为零、1/2满载和满载；

选择一个倾斜指定角度、水平旋转指定角度和一个设定载荷，获得重量、倾斜角度和水平转角角度，遍历所有的倾斜指定角度、水平旋转指定角度和设定载荷，获取对应的重量、倾斜角度和水平转角角度。

需要说明的是，作为举例而非限制，选取倾斜指定角度还可以是0°、1.5°、3°，或更多种其它可选方案。同样的，选取水平旋转指定角度也可以是0°，60°，120°，180°，240°，300°。选取载荷为零、1/3满载、2/3满载和满载，根据实际需要，可以设计更多种水平旋转指定角度和载荷的可选方案。

较佳地，在步骤S3中，重量补偿值包括倾斜误差补偿值E1和转角误差补偿值E2，计算公式为：

其中，r为roll，p为pitch，

为水平旋转角度，a₁，c₁为roll的分配系数，a₂，c₂为pitch的分配系数，k为称重传感器的结构系数，b₀，b₁，b₂为转角误差补偿值。转角误差补偿系数b₀，b₁，b₂由步骤S2中获得的重量和水平转角角度用最小二乘法拟合获得。

较佳地，实际称重重量的计算公式为：

其中，W_c为实际称重重量，W为实际测量重量。

较佳地，在执行步骤S4前，对重量补偿值进行验证。通过垂直倾斜3°(R76法规定义范围)以内的任意角度，水平旋转任意角度，加载任意重量以复核重量是否在设定精度的允差范围内。

较佳地，当柱式称重传感器的姿态倾斜角度超出设定范围(比如倾斜角度3°)，则称重系统不做姿态补偿，即不进行实际称重重量的计算，而给出报警信息和具体的柱式称重传感器的倾斜和旋转方向，提醒用户，使用户能够快速准确地调整柱式称重传感器的姿态到设定的补偿范围内即可；当柱式称重传感器的倾斜角度在设定范围0°～3°内，称重系统自动进行倾斜补偿，保证柱式称重传感器的精度要求，保证称重系统的精度性能。

图2示出了本发明一个实施例的倾斜补偿装置的结构示意图。如图所示，本发明还提供了一种倾斜补偿装置200，适用于具有柱式称重传感器的称重系统，该倾斜补偿装置200包括：

标定模块201，用于对称重系统进行倾斜角度标定和水平转角角度标定，获取标定数据；

测试模块202，选择设定不同的倾斜指定角度及不同的水平旋转指定角度，测量获得在不同载荷下的重量、倾斜角度和水平转角角度；

补偿值计算模块203，根据测试模块202获得的重量、倾斜角度和水平转角角度来计算重量补偿值；

称重计算模块204，基于称重系统的实际测量重量和重量补偿值计算实际称重重量。

较佳地，在测试模块202中，设定倾斜指定角度0°、1°、2°和3°，设定水平旋转指定角度0°，90°，180°和270°，设定载荷为零、1/2满载和满载；

较佳地，在标定模块201中，采用加速度计或倾角传感器来进行倾斜角度标定，采用磁力计来进行水平转角角度标定。

选择一个倾斜指定角度、水平旋转指定角度和一个设定载荷，获得重量、倾斜角度和水平转角角度，遍历所有的倾斜指定角度、水平旋转指定角度和设定载荷，获取对应的重量、倾斜角度和水平转角角度。

较佳地，倾斜补偿装置200，还包括验证模块205，用于对补偿值计算模块203计算获得的重量补偿值进行验证。通过垂直倾斜3°(R76法规定义范围)以内的任意角度，水平旋转任意角度，加载任意重量以复核重量是否在设定精度的允差范围内。

本发明提供的一种倾斜补偿装置及其倾斜补偿方法，通过倾斜角度和水平转角，获得柱式称重传感器当前的三维姿态，服务人员在柱式称重传感器安装的时候可以准确快速定位，保证安装的垂直度，从而有利于保证称重系统精度。同时还可以实时观测所有柱式称重传感器在应用过程中(不同车辆，不同重量，不同上称方式等)的姿态，振动方向，运动轨迹等，能更好地检测倾斜补偿地效果，为故障诊断或者多点秤地技术研究提供依据。

本发明还提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质为非易失性存储介质或非瞬态存储介质，其上存储有计算机指令，计算机指令运行时执行上述任一种倾斜补偿方法对应的步骤，此处不再赘述。

本发明还提供了一种称重系统，包括存储器和处理器，存储器上存储有能够在处理器上运行的计算机指令，处理器运行计算机指令时执行上述任一种倾斜补偿方法的步骤。

本发明的倾斜补偿方法的一些方面可以完全由硬件执行、可以完全由软件(包括固件、常驻软件、微码等)执行、也可以由硬件和软件组合执行。以上硬件或软件均可被称为“数据块”、“模块”、“引擎”、“单元”、“组件”或“系统”。处理器可以是一个或多个专用集成电路(ASIC)、数字信号处理器(DSP)、数字信号处理器件(DAPD)、可编程逻辑器件(PLD)、现场可编程门阵列(FPGA)、处理器、控制器、微控制器、微处理器或者其组合。此外，本申请的各方面可能表现为位于一个或多个计算机可读介质中的计算机产品，该产品包括计算机可读程序编码。例如，计算机可读介质可包括，但不限于，磁性存储设备(例如，硬盘、软盘、磁带……)、光盘(例如，压缩盘CD、数字多功能盘DVD……)、智能卡以及闪存设备(例如，卡、棒、键驱动器……)。

计算机可读介质可能包含一个内含有计算机程序编码的传播数据信号，例如在基带上或作为载波的一部分。该传播信号可能有多种表现形式，包括电磁形式、光形式等等、或合适的组合形式。计算机可读介质可以是除计算机可读存储介质之外的任何计算机可读介质，该介质可以通过连接至一个指令执行系统、装置或设备以实现通讯、传播或传输供使用的程序。位于计算机可读介质上的程序编码可以通过任何合适的介质进行传播，包括无线电、电缆、光纤电缆、射频信号、或类似介质、或任何上述介质的组合。

此外，除非权利要求中明确说明，本申请所述处理元素和序列的顺序、数字字母的使用、或其他名称的使用，并非用于限定本申请流程和方法的顺序。尽管上述披露中通过各种示例讨论了一些目前认为有用的发明实施例，但应当理解的是，该类细节仅起到说明的目的，附加的权利要求并不仅限于披露的实施例，相反，权利要求旨在覆盖所有符合本申请实施例实质和范围的修正和等价组合。例如，虽然以上所描述的系统组件可以通过硬件设备实现，但是也可以只通过软件的解决方案得以实现，如在现有的服务器或移动设备上安装所描述的系统。

同理，应当注意的是，为了简化本申请披露的表述，从而帮助对一个或多个申请实施例的理解，前文对本申请实施例的描述中，有时会将多种特征归并至一个实施例、附图或对其的描述中。但是，这种披露方法并不意味着本申请对象所需要的特征比权利要求中提及的特征多。实际上，实施例的特征要少于上述披露的单个实施例的全部特征。

一些实施例中使用了描述成分、属性数量的数字，应当理解的是，此类用于实施例描述的数字，在一些示例中使用了修饰词“大约”、“近似”或“大体上”来修饰。除非另外说明，“大约”、“近似”或“大体上”表明所述数字允许有±20％的变化。相应地，在一些实施例中，说明书和权利要求中使用的数值参数均为近似值，该近似值根据个别实施例所需特点可以发生改变。在一些实施例中，数值参数应考虑规定的有效数位并采用一般位数保留的方法。尽管本申请一些实施例中用于确认其范围广度的数值域和参数为近似值，在具体实施例中，此类数值的设定在可行范围内尽可能精确。

本领域技术人员可显见，可对本发明的上述示例性实施例进行各种修改和变型而不偏离本发明的精神和范围。因此，旨在使本发明覆盖落在所附权利要求书及其等效技术方案范围内的对本发明的修改和变型。

Claims (10)

1.一种倾斜补偿方法，适用于具有柱式称重传感器的称重系统，包括步骤：

S1、对所述称重系统的柱式称重传感器进行倾斜角度标定和水平转角角度标定；

S2、选择设定不同的倾斜指定角度及不同的水平旋转指定角度，测量在不同载荷下的重量、倾斜角度和水平转角角度；

S3、根据设定的所述倾斜指定角度和水平旋转指定角度，及测量获得的所述重量、倾斜角度和水平转角角度来计算重量补偿值；

S4、根据所述称重系统的实际测量重量和所述重量补偿值计算实际称重重量。

2.如权利要求1所述的倾斜补偿方法，其特征在于，在步骤S1中，采用加速度计或倾角传感器来进行倾斜角度标定，采用磁力计来进行水平转角角度标定。

3.如权利要求2所述的倾斜补偿方法，其特征在于，采用加速度计来进行倾斜角度标定的步骤包括：

T1、采集三轴加速度输出A_X0，A_Y0，A_z0，计算当前状态下的θ，

和/>

T2、计算旋转矩阵

T3、将采集到的所述三轴加速度输出乘以所述旋转矩阵得到实际坐标系下的三轴加速度输出A′_X，A′_Y，A′_Z；

T4、根据三轴加速度输出A′_X，A′_Y，A′_Z计算roll，pitch和yaw。

4.如权利要求1所述的倾斜补偿方法，其特征在于，在步骤S2中，设定倾斜指定角度0°、1°、2°和3°，设定水平旋转指定角度0°，90°，180°和270°，设定载荷为零、1/2满载和满载；

选择一个倾斜指定角度、水平旋转指定角度和一个设定载荷，获得重量、倾斜角度和水平转角角度，遍历所有的倾斜指定角度、水平旋转指定角度和设定载荷，获取对应的重量、倾斜角度和水平转角角度。

5.如权利要求1所述的倾斜补偿方法，其特征在于，在步骤S3中，所述重量补偿值包括倾斜误差补偿值F1和转角误差补偿值E2，计算公式为：

/>

其中，r为roll，p为pitch，

为水平旋转角度，a₁，c₁为roll的分配系数，a₂，c₂为pitch的分配系数，k为称重传感器的结构系数，b₀，b₁，b₂为转角误差补偿参数。

6.如权利要求5所述的倾斜补偿方法，其特征在于，所述实际称重重量的计算公式为：

其中，W_c为实际称重重量，W为实际测量重量。

7.如权利要求1所述的倾斜补偿方法，其特征在于，在执行步骤S4前，对所述重量补偿值进行验证。

8.一种倾斜补偿装置，适用于具有柱式称重传感器的称重系统，其特征在于，包括，

标定模块，用于对所述称重系统的柱式称重传感器进行倾斜角度标定和水平转角角度标定，获取标定数据；

测试模块，选择设定不同的倾斜指定角度及不同的水平旋转指定角度，测量获得在不同载荷下的重量、倾斜角度和水平转角角度；

补偿值计算模块，根据所述测试模块获得的所述重量、倾斜角度和水平转角角度来计算重量补偿值；

称重计算模块，基于所述称重系统的实际测量重量和所述重量补偿值计算实际称重重量。

9.如权利要求8所述的倾斜补偿装置，其特征在于，在所述测试模块中，设定倾斜指定角度0°、1°、2°和3°，设定水平旋转指定角度0°，90°，180°和270°，设定载荷为零、1/2满载和满载；

选择一个倾斜指定角度、水平旋转指定角度和一个设定载荷，获得重量、倾斜角度和水平转角角度，遍历所有的倾斜指定角度、水平旋转指定角度和设定载荷，获取对应的重量、倾斜角度和水平转角角度。

10.如权利要求8所述的倾斜补偿装置，其特征在于，还包括验证模块，用于对所述补偿值计算模块计算获得的重量补偿值进行验证。

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