DE19912974A1

DE19912974A1 - Attenuation device for vibrations for damping vibrations of measuring instrument such as scale has control loop with sensor receiving vibrations and sensor interface receives output signal and actuator carries out damping

Info

Publication number: DE19912974A1
Application number: DE1999112974
Authority: DE
Inventors: Enrico Luigi Colla; Dominique Daudet; Jean Maurice Tellenbach
Original assignee: Mettler Toledo Schweiz GmbH; Mettler Toledo GmbH Switzerland
Current assignee: Mettler Toledo Schweiz GmbH; Mettler Toledo GmbH Switzerland
Priority date: 1999-03-23
Filing date: 1999-03-23
Publication date: 2000-09-28

Abstract

The attenuation device includes a control loop with a sensor (7) receiving the vibrations. A sensor interface (9) receives an output signal and an actuator (12) carries out the damping. A head (18) of hammer (15) hits a plate support (2) in order to produce the attenuated oscillations. A mass of the hammer (15) is related to the desired frequency range, to be attenuated. A damping frequency range in scales may be of 300Hz and particularly maximum of 100Hz, thus, the metal hammer is used of a mass of less than 450g. An Independent claim is included for: (a) an actuator

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 sowie auf einen Aktuator nach Anspruch 25.The invention relates to a device according to the preamble of claim 1 and on an actuator according to claim 25.

Dämpfungsvorrichtungen für Vibrationen sind im allgemeinen passiv, d. h. die Vibrationen werden mittels eines Fluids, einer plastischen Masse und/oder magnetisch oder induktiv gedämpft. Eine solche Dämpfung eignet sich gut für Vibrationen einer Frequenz oberhalb von etwa 300 Hz. In darunterliegenden Frequenzbereichen, insbesondere ab 100 Hz, ist die Vibration zu "langsam", um eine wirksame Dämpfung hervorzurufen. Gerade bei ho hen Präzisionsanforderungen spielen aber auch solche Störfrequenzen aus der Umge bung eines Meßgerätes eine nicht unbeträchtliche Rolle.Dampers for vibrations are generally passive, i. H. the vibrations are by means of a fluid, a plastic mass and / or magnetic or inductive subdued. Such damping is well suited for vibrations of a frequency above of about 300 Hz. In underlying frequency ranges, in particular from 100 Hz the vibration is too "slow" to produce effective damping. Especially with ho hen precision requirements also play such interference frequencies from the reverse exercise of a measuring instrument a not inconsiderable role.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine besser wirksame Dämpfungsvor richtung vorzuschlagen, und dies gelingt erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1.The invention is therefore based on the object of a more effective damping propose direction, and this is achieved according to the invention by the characterizing Features of claim 1.

Im Prinzip könnte das Stellglied auf die verschiedenste Weise, beispielsweise auch sehr ähnlich dem Stande der Technik, ausgebildet sein, indem etwa eine Ventilöffnung eines Dämpfungszylinders mit einem Fluid oder ein die Dämpfung hervorrufender Stromver stärkung für ein induktives Dämpfungsglied entsprechend dem gewonnen Regelsignal verstellt wird. Bevorzugt ist jedoch eine Ausführungsform nach Anspruch 2, welche prak tisch so arbeitet, wie dies von aktiven Schalldämpfungen bekannt und in vielen Doku menten beschrieben ist. Es versteht sich daher, daß all jene Maßnahmen analog ange wandt werden können, die aus diesem technischen Gebiet bekannt sind.In principle, the actuator could be in many different ways, for example very much similar to the prior art, can be formed by, for example, a valve opening of a Damping cylinder with a fluid or a Stromver Reinforcement for an inductive attenuator according to the control signal obtained is adjusted. However, an embodiment according to claim 2 is preferred, which is practical table works in the way known from active sound attenuation and in many documents ment is described. It is therefore understood that all those measures are analogous can be used, which are known from this technical field.

Es hat sich überraschend gezeigt, daß eine digitale Verarbeitung des Sensorsignales zu weit besserer Dämpfung führt als eine analoge Verarbeitung. Deshalb ist eine Ausführung gemäß Anspruch 3 besonders bevorzugt. In diesem Falle ist aber auch die Maßnahme nach Anspruch 4 besonders sinnvoll, obwohl auch eine weitere Verwendung eines Digi talsignals möglich wäre.It has surprisingly been found that digital processing of the sensor signal increases results in much better damping than analog processing. That is why it is an execution particularly preferred according to claim 3. In this case, however, is the measure particularly useful according to claim 4, although also a further use of a Digi would be possible.

Zur Verarbeitung wird es zweckmäßig sein, die Maßnahme nach Anspruch 5 vorzusehen. Dabei hat es sich herausgestellt, daß die Ausführung eines solchen filternden Gliedes als Resonanzglied, das also selektiv einzelne Frequenzen verstärkt, im Sinne des Anspru ches 6 besonders günstig ist. Hierbei ist es vorteilhaft, nicht nur die an sich interessieren den Vibrationsfrequenzen auszufiltern, sondern auch deren Harmonische. Interessieren mehrere Vibrationsfrequenzen, was nicht zuletzt anwendungsabhängig ist, so werden die Ausgänge der jeweiligen filternden Glieder zweckmäßig einer Mischstufe zugeführt, die an sich verschieden ausgebildet sein und gegebenenfalls auch als Multiplikations- oder Differenzstufe ausgeführt sein kann, im einfachsten Fall jedoch eine Summierstufe ist.For processing, it will be useful to provide the measure according to claim 5. It has been found that the execution of such a filtering member as Resonance element, which selectively amplifies individual frequencies, in the sense of the claim ches 6 is particularly cheap. Here it is advantageous not only to be interested in yourself filter out the vibration frequencies, but also their harmonics. Interested several vibration frequencies, which is not least dependent on the application, so the Outputs of the respective filtering elements expediently fed to a mixer stage be designed differently per se and possibly also as a multiplication or Difference level can be carried out, but in the simplest case is a summation level.

An sich würde man erwarten, daß für bestimmte Vibrationen eine relativ einfache Ver knüpfung genügt. Deshalb ist es überraschend, daß mit einer Verknüpfungsstufe gemäß Anspruch 10 deutlich bessere Resultate erhalten werden.As such, one would expect a relatively simple ver for certain vibrations knotting is enough. It is therefore surprising that with a link level according to Claim 10 significantly better results can be obtained.

Es wurde oben bereits erwähnt, daß das Stellglied bevorzugt ein Aktuator im Sinne des Anspruches 2 ist. Ein solcher Aktuator ist bevorzugt entsprechend Anspruch 25 aufge baut.It has already been mentioned above that the actuator is preferably an actuator in the sense of Claim 2 is. Such an actuator is preferably up according to claim 25 builds.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich an Hand der nachfolgenden Beschrei bung von in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsformen. Es zeigen:Further details of the invention will become apparent from the following description Exercise of embodiments shown schematically in the drawing. Show it:

Fig. 1 eine Ansicht des Gesamtaufbaues, aus dem auch eine bevorzugte Ausführung eines erfindungsgemäßen Aktuators zu ersehen ist, samt einem Blockschaltbild; Fig. 1 is a view of the overall structure from which also a preferred embodiment of an actuator according to the invention can be seen, together with a block diagram;

Fig. 2 ein Blockschaltbild für eine Stromregelung auf Zeitbereichsbasis; Fig. 2 is a block diagram for current regulation on a time domain basis;

Fig. 3 ein Blockschaltbild für eine modell-adaptive Regelung auf Zeitbereichsbasis; und Fig. 3 is a block diagram for a model-based adaptive control on the time domain; and

Fig. 4 ein Blockschaltbild für eine adaptive Regelung auf Frequenzbereichsbasis. Fig. 4 is a block diagram for an adaptive control on a frequency domain basis.

Gemäß Fig. 1 besteht ein mechanischer Aufbau 1 aus einem tischartigen Träger 2, auf dem ein vor von außen kommenden Vibrationen zu schützendes Meßinstrument, im vor liegenden Falle eine Waage 3, aufgestellt werden kann. Die Tischplatte 2 ruht auf einem kreisförmig in regelmäßigen Abständen um eine zentrale Achse A aufgestellten elasti schen Beinen 4, beispielsweise nur drei Beinen 4, zweckmäßig aus Gummi oder einem anderen elastischen Material, die auf einer Unterlagsplatte 5 stehen. Die Beine 4 sind zweckmäßig so ausgebildet, daß sie eine nicht-lineare Charakteristik aufweisen, bei spielsweise indem sie den aus Fig. 1 ersichtliche karo-förmigen Längsschnitt besitzen, der bewirkt, daß die elastische Kraft bei Kompression überproportional zum Verfor mungsweg zunimmt. Besonders bevorzugt ist eine Nicht-Linearität bezüglich der Verfor mungsgeschwindigkeit.Referring to FIG. 1, a mechanical structure 1 comprises a table-like support 2 on which a front coming from outside vibrations to be protected meter, in the case of lying in front of a scale 3 can be placed. The table top 2 rests on a circular at regular intervals around a central axis A elastic legs 4 , for example only three legs 4 , suitably made of rubber or other elastic material, which are on a base plate 5 . The legs 4 are suitably designed so that they have a non-linear characteristic, for example by having the checkered longitudinal section shown in Fig. 1, which causes the elastic force increases with compression disproportionately to the deformation path. A non-linearity with respect to the rate of deformation is particularly preferred.

Es sei erwähnt, daß bezüglich dieser Anordnung zahlreiche Modifikationen möglich sind. Beispielsweise könnten mindestens zwei Unterlagsplatten untereinander vorgesehen und jeweils in ähnlicher Weise aufeinander abgestützt sein, wie die Platten 2 und 5. In diesem Falle wären also drei Platten, nämlich die Trägerplatte 2 und zwei Unterlagsplatten 5 übereinander angeordnet und gegenseitig jeweils durch Beine 4 abgestützt. Es wäre fer ner möglich, vertikal wirkende Geradführungen an den Beinen bzw. zwischen den jeweili gen Platten vorzusehen, um zu erreichen, daß die elastischen Abstützbeine 4 nur in verti kaler Richtung schwingen können, nicht aber in Querrichtung dazu.It should be noted that numerous modifications are possible with this arrangement. For example, at least two base plates could be provided one below the other and each supported in a similar manner to plates 2 and 5 . In this case, three plates, namely the carrier plate 2 and two base plates 5, would be arranged one above the other and each supported by legs 4 . It would also be possible to provide vertical linear guides on the legs or between the respective plates in order to ensure that the elastic support legs 4 can only swing in the vertical direction, but not in the transverse direction.

Der oben beschriebene Trägeraufbau soll mehrere Anforderungen erfüllen. Zum einen soll er so stark wie möglich sein und bei Veränderungen der Belastung, etwa bei Aus tausch der Waage 3 durch ein größeres Modell oder bei unterschiedlich schweren zu wiegenden Gegenständen einer zu vernachlässigenden Verformung unterworfen sein. Zum anderen aber soll er gleichzeitig "weich" genug sein, damit die später beschriebene Wirkung eines äußere Vibrationen auslöschenden Aktuators leichter und mit weniger Aufwand erreicht werden kann. Dazu dienen, nicht zuletzt, die elastischen Abstützungen 4. In einem konkreten Beispiel wurde für drei Beine 4 ein K-Wert von 1,56 × 10⁵ N/m er reicht. Für eine vertikale Verformung war daher eine Kraft von 15,6 N erforderlich. Dabei ist die Größe des Trägers 2 auch hinsichtlich seiner Eigenresonanz zu überprüfen, um Störungen von dieser Seite her auszuschließen. In dem erwähnten Beispiel wurde die Platte 2 so groß gewählt, daß ihre Eigenresonanz mindestens das Fünffache, zweckmä ßig sogar etwa um das Zehnfache, der interessierenden Frequenzen höher lag und daher die Dämpfung des unteren Frequenzbereiches nicht zu beeinflussen vermochte. Es sei jedoch erwähnt, daß die Ausbildung des Trägers weitgehend vom Bereich auszulöschen der bzw. interessierender Frequenzen abhängig ist. Interessieren etwa hohe Frequenzen, dann ist es sehr gut möglich, den Träger 2 so auszubilden, daß seine Eigenresonanz in einem Bereich tiefer Frequenzen liegt. Allerdings ist die Wahl der elastischen Abstützbei ne 4 genau zu überlegen, sind sie nämlich zu weich, so können sie unter der Last der Platte 2 und der Waage 3 gegebenenfalls seitlich ausweichen, was möglichst vermieden werden soll. In einem solchen Falle ist es vorteilhaft, eine Geradführung für sie vorzuse hen, beispielsweise einen in der Mitte jedes mittig hohlen Beines 4 angeordneten Füh rungsstab 4' (nur einer ist in Fig. 1 strichliert dargestellt).The carrier structure described above is intended to meet several requirements. On the one hand, it should be as strong as possible and be subject to negligible deformation when the load changes, for example when the scale 3 is replaced by a larger model or when objects to be weighed differ in weight. On the other hand, however, it should at the same time be "soft" enough so that the effect of an actuator which extinguishes external vibrations can be achieved more easily and with less effort. Last but not least, the elastic supports 4 . In a specific example, a K value of 1.56 × 10 ⁵ N / m was achieved for three legs 4 . A force of 15.6 N was therefore required for vertical deformation. The size of the carrier 2 must also be checked with regard to its natural resonance in order to rule out interference from this side. In the example mentioned, the plate 2 was chosen so large that its natural resonance was at least five times, expediently even about ten times higher than the frequencies of interest and therefore could not influence the attenuation of the lower frequency range. However, it should be mentioned that the design of the carrier is largely dependent on the range of the frequencies of interest. If you are interested in high frequencies, then it is very possible to design the carrier 2 so that its natural resonance lies in a range of low frequencies. However, the choice of the elastic support 4 must be carefully considered, because they are too soft, so they can evade laterally under the load of the plate 2 and the scale 3 , which should be avoided if possible. In such a case, it is advantageous to provide a straight guide for them, for example a guide rod 4 'arranged in the middle of each centrally hollow leg 4 (only one is shown in broken lines in FIG. 1).

Für diese Anpassung an die jeweiligen Bedürfnisse ist auch die elastische Abstützung entsprechend zu wählen, die ja eigentlich bereits eine passive Dämpfung darstellt, im vorliegenden Beispiel um die tiefer liegenden Frequenzbereiche von maximal etwa 300 Hz und insbesondere maximal 100 Hz durch die nachfolgend beschriebene aktive Dämpfung optimal unterdrücken zu können. Es sei jedoch erwähnt, daß die Ausbildung der passiven Dämpfungsglieder 4 (die je nach Anwendung verschiedener, an sich be kannter Natur sein können) sowie auch der Anbringung möglicher vertikaler Geradfüh rungen sich als nicht kritisch erwiesen hat, da die später beschriebene aktive Dämpfung über einen Regelkreis allfällige Störungen weitgehend auszugleichen vermag.For this adaptation to the respective needs, the elastic support must also be selected accordingly, which actually already represents passive damping, in the present example optimally around the lower frequency ranges of a maximum of about 300 Hz and in particular a maximum of 100 Hz by the active damping described below to be able to suppress. However, it should be mentioned that the formation of the passive attenuators 4 (which can be different depending on the application, be known in nature) and the attachment of possible vertical straight lines has not proven to be critical, since the active damping described later has a The control loop can largely compensate for any faults.

Dieser Regelkreis ist in einem ersten Ausführungsbeispiel in Fig. 1 dargestellt und umfaßt einen die Vibrationen der Platte 2 aufnehmenden, und daher beispielsweise über einen stethoskopartigen Stab 6 mit der Platte 2 verbundenen, Sensor 7, der vorzugsweise ein Akzelerometer ist und dementsprechend ein Beschleunigungssignal e(k) abgibt. Der Grund hierfür liegt darin, daß die Beschleunigung die zweite Ableitung des Verformungs weges der Platte 2 bzw. ihrer Beine 4 ist, wodurch die Empfindlichkeit und Genauigkeit gegenüber einer direkten Messung des Verformungsweges entsprechend erhöht wird. Als Akzelerometer kann jedes herkömmliche und am Markt erhältliche Akzelerometer ver wendet werden, beispielsweise ein piezo-resistives. Die ganze stethoskopartige Anord nung wird zweckmäßig etwa in der Mitte der Platte 2 angeordnet.This control circuit is shown in a first exemplary embodiment in FIG. 1 and comprises a sensor 7 , which absorbs the vibrations of the plate 2 and is therefore connected to the plate 2 via a stethoscope-like rod 6 , which is preferably an accelerometer and accordingly an acceleration signal e ( k) delivers. The reason for this is that the acceleration is the second derivative of the deformation path of the plate 2 or its legs 4 , whereby the sensitivity and accuracy compared to a direct measurement of the deformation path is increased accordingly. Any conventional accelerometer available on the market can be used as the accelerometer, for example a piezo-resistive one. The whole stethoscope-like arrangement is advantageously arranged approximately in the middle of the plate 2 .

An das Akzelerometer 7 ist ein analoges Filter 8 angeschlossen, um die weniger interes sierenden Frequenzbänder auszuschalten. Im vorliegenden Falle ist das Filter 8 ein Tief paßfilter, insbesondere ein Butterworth-Filter dritter Ordnung, beispielsweise mit einer Abschneidefrequenz (cut-off frequency) fc von 6 kHz. Hier ist zu erwähnen, daß an sich bereits der Träger 2 mit seiner relativ großen Masse ein mechanisches Tiefpaßfilter dar stellt. Das Filter 8 bietet gegebenenfalls dazu lediglich eine Ergänzung. Anderseits mag es sein, daß man zum Zwecke der aktiven Dämpfung (Auslöschung) höherer Frequenzen oberhalb von etwa 300 Hz auf einen Träger 2 ganz verzichtet. Dazu kommt, daß die vor liegende Erfindung auch nicht auf die in Fig. 1 gezeigte mechanische Ausgestaltung be schränkt ist, vielmehr es möglich wäre, besonders bei größeren Meßinstrumenten, wie etwa größeren Waagen, den im folgenden im einzelnen erläuterten Regelkreis mit Sensor 7 und dem später besprochenen Aktuator innerhalb des Gehäuses des betreffenden Meßgerätes unterzubringen.An analog filter 8 is connected to the accelerometer 7 in order to switch off the less interesting frequency bands. In the present case, the filter 8 is a low-pass filter, in particular a third-order Butterworth filter, for example with a cut-off frequency fc of 6 kHz. It should be mentioned here that the carrier 2 itself with its relatively large mass represents a mechanical low-pass filter. The filter 8 may only provide an addition to this. On the other hand, it may be that for the purpose of active damping (cancellation) of higher frequencies above about 300 Hz, a carrier 2 is completely dispensed with. In addition, the prior invention is also not limited to the mechanical configuration shown in Fig. 1, rather it would be possible, especially with larger measuring instruments, such as larger scales, the control loop explained in detail below with sensor 7 and to accommodate the actuator discussed later within the housing of the measuring device in question.

Das Ausgangssignal des Filters 8 mit den zu dämpfenden Frequenzen geht an eine pro grammierbare Steuerung 9, vorzugsweise mit einem digitalen Signal-Prozessor, deren möglicher Aufbau beispielhaft an Hand der Fig. 2 und 4 beschrieben wird, der aber - ähn lich dem Aufbau der Fig. 2 - für die digitale Verarbeitung zweckmäßig einen Analog/Digi tal-Wandler AD am Eingang zur Umwandlung der Analogsignale des Sensors 7 bzw. des aus seinem Ausgangssignal mittels des Filters 8 ausgefilterten Frequenzbandes aufweist. Hier sei lediglich erwähnt, daß das Ausgangssignal dieser Steuerung 9 ein Wellensignal sein wird, das vorzugsweise in der in Fig. 2 gezeigten Weise noch über einen Digital/Ana log-Wandler DA am Ausgang wiederum in ein Analogsignal rückverwandelt wird. Die bei den Wandler AD und DA können beispielsweise sukzessive Approximationswandler mit einer Auflösung von 12 bit und einem Spannungsbereich von ±10 Volt sein.The output signal of the filter 8 with the frequencies to be attenuated goes to a programmable controller 9 , preferably with a digital signal processor, the possible structure of which is described by way of example with reference to FIGS . 2 and 4, but which is similar to the structure of FIG . 2 - conveniently at the input to convert the analog signals from the sensor comprises for digital processing an analog / Digi tal AD converter 7, and the filtered signal from its output by means of the filter 8 frequency band. It should only be mentioned here that the output signal of this controller 9 will be a wave signal, which is preferably converted back into an analog signal in the manner shown in FIG. 2 via a digital / analog converter DA at the output. The converters AD and DA can, for example, be successive approximation converters with a resolution of 12 bits and a voltage range of ± 10 volts.

Es ist bevorzugt, der Steuerung 9 (und den an ihrem Ausgang gegebenenfalls vorgese henen Digital/Analog-Wandler) einen Frequenzteiler 10 zur Teilung durch zwei nachzu schalten. Der Grund hierfür liegt einfach darin, daß ein am Ausgang der Steuerung 9 vor gesehener Wandler ein Signal sowohl negativen als auch positiven Wertes, wie -10 bis +10 Volt, geben wird, der dem später beschriebenen Aktuator vorgeschaltete Verstärker 11 aber nur im positiven Bereich arbeitet. So könnte man an sich nur die halbe Bereichs breite des Wandlers, nämlich die im positiven Bereich, ausnützen. Teilt man aber das Ausgangssignal der Steuerung 9 durch zwei, so kann der volle Arbeitsbereich des am Ausgang der Steuerung 9 vorgesehenen, nur aus Fig. 2 ersichtlichen, Digital/Analog- Wandlers ausgenützt werden (im oben erwähnten Beispiel mit einem Off-Set von 5 Volt). Jedenfalls wird am Eingang eines nachfolgend zweckmäßig vorgesehenen und in etwa dem Filter 8 entsprechend dimensionierten Tiefpaßfilters 8' ein Analogsignal anliegen.It is preferred to connect the controller 9 (and the digital / analog converter optionally provided at its output) with a frequency divider 10 for division by two. The reason for this is simply that a converter at the output of the control 9 before seen will give a signal of both negative and positive values, such as -10 to +10 volts, but the amplifier 11 connected upstream of the actuator described later only in the positive range is working. In this way, only half of the width of the converter, namely that in the positive range, could be used. However, if the output signal of the controller 9 is divided by two, the full working range of the digital / analog converter provided at the output of the controller 9 and only visible from FIG. 2 can be used (in the example mentioned above with an off-set of 5 Volt). In any case, an analog signal will be present at the input of a low-pass filter 8 'which is subsequently provided appropriately and approximately dimensioned for the filter 8 .

Nach der weiteren Filterung durch das Filter 8' wird das Ausgangssignal über den Opera tionsverstärker 11 einem allgemein mit 12 bezeichneten, zweckmäßig an dar Mitte der Trägerplatte 2 angebrachten Aktuator unterhalb der Trägerplatte 2 zugeführt, der die das Meßergebnis des Instrumentes 3 beeinflussendes Störfrequenzen durch Abgabe von ebensolchen Frequenzen in Gegenphase (180° gedreht) auslöschen bzw. dämpfen soll.After further filtering by the filter 8 ', the output signal via the operational amplifier 11 is a generally designated 12 , appropriately attached to the middle of the carrier plate 2 actuator below the carrier plate 2 , which influences the measurement result of the instrument 3 interference frequencies by emitting same frequencies in opposite phase (rotated 180 °) should cancel or attenuate.

Der Aktuator 12 kann an sich verschiedenen Aufbau haben, ist aber vorzugsweise in der gezeigten Weise derart ausgestaltet, daß er selbst bei relativ geringer Steifheit der Platte 2 gute Dämpfungsergebnisse liefert. Im wesentlichen umfaßt der Aktuator 12 in der dar gestellten, nicht maßstäblich dargestellten Ausführungsform einen, vorteilhaft hohlzylin drischen, äußeren Halter 13, der mittels Schrauben 14 an der Platte 2 befestigt ist, und einen an dem Halter 13 über eine flexible Aufhängung befestigten Hammer 15, der mittels einer Schwingeinrichtung 16 erregbar ist. Die Ausführung von Halter 13 und Hammer 15 als Zylinder sichert eine große Steifheit und damit die Vermeidung einer Einführung stö render Nebenfrequenzen. Die Aufhängung ist vorteilhaft mindestens zweifach ausgeführt und weist im besonderen zwei ringförmige Membranen 17 auf, die hier also nach Art von Lenkern eine Geradführung des Hammers 15 innerhalb des Halters 13 und koaxial zu diesem sichern. Die Membranen 17 können strukturiert, beispielsweise mit Speichen oder Sektoren versehen sein. Damit kann dieser Hammer 15 praktisch ausschließlich eine Bewegung nur in einer Dimension, nämlich entsprechend einem Pfeil a in vertikaler EZichtung ausführen. Es ist bevorzugt, die Membranen 17 aus einem relativ steifen Mate rial, insbesondere aus Metall zu fertigen. Der Hammer 15 ist vorteilhaft gleichfalls ein mindestens teilweise hohler Zylinder, der die Schwingeinrichtung 16 in sich aufnimmt. Es sei erwähnt, daß es wiederum stark von der gewünschten Anwendung abhängt, ob der Aktuator 12 in der dargestellten Weise mit einer an der Platte 2 befestigten Schwingein richtung 16 oder umgekehrt, mit der Schwingeinrichtung 16 an der Unterlagsplatte 5 (oder jeder anderen Unterlage) befestigt, zwischen den beiden Platten 2 und 5 eingebaut wird. In vielen Fällen wird die genannte umgekehrte Montage sogar günstiger sein, wobei dann ein Kopf 18 des Hammers 15 nicht gegen die Unterlagsplatte 5, sondern an die Trägerplatte 2 schlägt, um die dämpfenden Schwingungen zu erzeugen. Schließlich wäre es aber auch möglich, den Aktuator etwa spiegelbildlich aufzubauen, so daß er sowohl auf die Platte 2 als auch auf die Platte 5 schlägt.Actuator 12 can have a different structure per se, but is preferably designed in the manner shown such that it delivers good damping results even with relatively low stiffness of plate 2 . Essentially, the actuator 12 in the illustrated embodiment, not shown to scale, comprises an advantageously hollow cylindrical outer holder 13 which is fastened to the plate 2 by means of screws 14 , and a hammer 15 fastened to the holder 13 via a flexible suspension, which can be excited by means of an oscillating device 16 . The execution of the holder 13 and hammer 15 as a cylinder ensures great rigidity and thus avoiding the introduction of disturbing secondary frequencies. The suspension is advantageously carried out at least twice and in particular has two annular membranes 17 , which here, in the manner of links, ensure that the hammer 15 is guided in a straight line within the holder 13 and coaxially with it. The membranes 17 can be structured, for example provided with spokes or sectors. This hammer 15 can practically only perform a movement in one dimension, namely according to an arrow a in the vertical e-direction. It is preferred to manufacture the membranes 17 from a relatively rigid material, in particular from metal. The hammer 15 is also advantageously an at least partially hollow cylinder which accommodates the oscillating device 16 . It should be mentioned that it again depends heavily on the desired application, whether the actuator 12 in the manner shown with a Schwingein device 16 attached to the plate 2 or vice versa, with the oscillating device 16 attached to the base plate 5 (or any other base) , is installed between the two plates 2 and 5 . In many cases, the reverse assembly mentioned will even be cheaper, in which case a head 18 of the hammer 15 does not strike the base plate 5 but the support plate 2 in order to generate the damping vibrations. Finally, it would also be possible to construct the actuator in a mirror image, so that it strikes both the plate 2 and the plate 5 .

Die Masse des Hammers 15 kann auf den gewünschten, zu dämpfenden Frequenzbe reich abgestimmt werden. Für den im vorliegenden Falle für Waagen besonders interes sierenden Frequenzbereich von maximal 300 Hz, und insbesondere maximal 100 Hz, kann der Hammer aus Metall bestehen und ein Gewicht von weniger als 450 g haben.The mass of the hammer 15 can be richly matched to the desired frequency damping. For the frequency range of a maximum of 300 Hz, and in particular a maximum of 100 Hz, which is of particular interest for scales, the hammer can be made of metal and have a weight of less than 450 g.

Die Schwingeinrichtung 16 selbst ist für die Erregung von Schwingungen vorzugsweise eine Piezoeinrichtung, insbesondere aus piezo-elektrischem Material, und kann in der in Fig. 1 angedeuteten Weise aus einzelnen aneinandergefügten Plättchen, vorzugsweise in einem gemeinsamen, sie umgebenden Gehäuse, aufgebaut sein, um relativ starke Schwingungen zu erzeugen. Eine Variante wäre die Verwendung eines Elektromagneten, der ähnlich aufgebaut ist, wie ein Lautsprechersystem. Diese Schwingungen werden auf den Hammerkopf 18 übertragen. Zur Einstellung der Übertragung und für diese selbst dient eine im Kopf 18 eingeschraubte Stellschraube 19, die an der Oberseite einen Schraubenkopf 20, z. B. einen Sechskant, mit einem Rundkopf 21 darauf. Über diesen Rundkopf ist der Hammer 15 praktisch kraftschlüssig an der Schwingeinrichtung 16 ab gestützt.The oscillation device 16 itself is preferably a piezo device for the excitation of vibrations, in particular made of piezo-electric material, and can be constructed in the manner indicated in FIG. 1 from individual plates attached to one another, preferably in a common housing surrounding them, in order to be relative generate strong vibrations. A variant would be the use of an electromagnet, which is constructed similarly to a loudspeaker system. These vibrations are transmitted to the hammer head 18 . To set the transmission and for this itself is used in the head 18 screwed set screw 19 which has a screw head 20 , z. B. a hexagon, with a round head 21 on it. The hammer 15 is practically non-positively supported on the oscillating device 16 via this round head.

Der Grund für eine lediglich kraftschlüssige Koppelung liegt darin, daß eine piezoelektri sche Schwingeinrichtung 16 recht empfindlich für darauf wirkende Momente ist und so besser dagegen geschützt wird. Die ballige Koppelung über den Rundkopf 21 dient dazu, selbst bei leicht zur Vertikalen geneigter Lage der Justierschraube 19 eine einwandfreie Übertragung zu sichern. Im vorliegenden Falle sei angenommen, daß der Rundkopf an einer im wesentlichen ebenen Stirnfläche der Schwingeinrichtung 16 anliegt, obwohl es an sich auch denkbar wäre, ihn in eine komplementären abgerundeten, gegebenenfalls aber auch größeren, Vertiefung einzusetzen. Es ist wichtig zu wissen, daß eine Schrägla ge der Übertragungseinrichtung (in Form der Justierschraube 19) mechanische Harmoni sche in das System eingeführt werden, was die Dämpfung etwas komplizierter macht. Beträgt die Frequenz der zu dämpfenden Vibrationen beispielsweise 50 Hz, so ergeben sich Harmonische von 100, 150 Hz. usw. Es wird daher bevorzugt sein, den Regelkreis so auszulegen, daß er wenigstens die am meisten störenden Harmonischen mit berück sichtigt und dämpft, für Waagen insbesondere bis zu einer Frequenz von 300 Hz. Eine wichtige Funktion der Justiereinrichtung in Form der Schraube 19 ist die Anpassung der vertikalen Steifheit und damit der sich ergebenden Resonanzen. Selbstverständlich kann anstelle der Schraube 19 auch elektromechanische oder andere an sich bekannte Ver stellvorrichtungen zur Anwendung kommen. Justiereinrichtung: Damit läßt sich also min destens zum Teil die Empfindlichkeit des Systems einstellen, beispielsweise um die Re sonanzen der Vibrationen in einen gewünschten Bereich zu verschieben (die natürlich auch von der Belastung abhängen, die auf die Schwingeinrichtung 16 wirkt).The reason for a non-positive coupling is that a piezoelectric vibrating device 16 is quite sensitive to moments acting on it and is thus better protected against it. The spherical coupling via the round head 21 serves to ensure a flawless transmission even when the adjusting screw 19 is slightly inclined to the vertical. In the present case, it is assumed that the round head rests on an essentially flat end face of the oscillating device 16 , although it would also be conceivable to insert it into a complementary rounded, but possibly also larger, recess. It is important to know that an oblique position of the transmission device (in the form of the adjusting screw 19 ) mechanical harmonics are introduced into the system, which makes the damping somewhat more complicated. If the frequency of the vibrations to be damped is, for example, 50 Hz, harmonics of 100, 150 Hz result, etc. It will therefore be preferred to design the control loop so that it also takes into account and dampens at least the most disturbing harmonics, for scales in particular up to a frequency of 300 Hz. An important function of the adjusting device in the form of the screw 19 is the adaptation of the vertical rigidity and thus the resulting resonances. Of course, instead of the screw 19 , electromechanical or other known adjusting devices can also be used. Adjustment device: This means that at least part of the sensitivity of the system can be set, for example in order to shift the resonances of the vibrations into a desired range (which of course also depend on the load acting on the oscillating device 16 ).

Fig. 2 zeigt das Prinzip einer möglichen Ausführung einer Steuerung 9. Auf die Verwen dung der Wandler AD und DA am Eingang und am Ausgang der Steuerung 9 wurde be reits hingewiesen. Es hat sich überraschend gezeigt, daß damit gegenüber einer reinen Analogsteuerung ein wesentlich günstigeres Dämpfungsergebnis erzielen ließ. Zweck mäßig enthält der Wandler AD ein Anti-Alias-Filter 22 (das auch für sich von Vorteil sein kann), der Wandler DA ein Glättungsfilter 23. Fig. 2 shows the principle of a possible embodiment of a control unit 9. The use of the converters AD and DA at the input and at the output of the control 9 has already been pointed out. It has surprisingly been found that a much more favorable damping result could be achieved than with a pure analog control. The converter AD expediently contains an anti-alias filter 22 (which can also be advantageous in itself), the converter DA contains a smoothing filter 23 .

Die eigentliche Verknüpfungsstufe 9 kann gemäß dem Ausführungsbeispiel der Fig. 2 als wesentliches Element eine Reihe von eine Filterfunktion ausübenden Gliedern 24.1 bis 24.4 aufweisen. Im Prinzip genügt, je nach den Anforderungen, ein einziges Filterglied 24. Wenn jedoch, wie im vorliegenden Beispiel angenommen wird, ein relativ breites Fre quenzspektrum gedämpft werden soll, kann es vorteilhaft sein, für einzelne ausgewählte und schmale Frequenzbänder je ein spezifisch darauf ausgerichtetes Filterglied 24.1 bzw. 24.2 bzw. 24.3 und/oder 24.4. zu verwenden. Beispielsweise ist das Filterglied 24.1 spe ziell auf ein Frequenzband um 35 Hz, das Filterglied 24.2 auf ein Frequenzband um 50 Hz, das Filterglied 24.3 auf ein Frequenzband um 65 Hz und das Filterglied 24.4 auf ein Frequenzband um 80 Hz ausgerichtet. Dabei können als filternde Glieder 24.1 bis 24.4 Resonatoren mit der angegebenen Resonanzfrequenz verwendet werden, die also die in ihrem Bereich liegenden Frequenzen verstärken, andere hingegen nicht. Die parallele Anordnung der Resonatoren 24.1 bis 24.4 (an Stelle einer seriellen) hat den Vorteil, den Fluß der Verarbeitung zu beschleunigen. According to the exemplary embodiment in FIG. 2, the actual linkage stage 9 can have a series of elements 24.1 to 24.4 performing a filter function as an essential element. In principle, depending on the requirements, a single filter element 24 is sufficient. However, if, as is assumed in the present example, a relatively broad frequency spectrum is to be damped, it can be advantageous to have a filter element 24.1 or 24.2 or 24.3 and / or 24.4 and / or 24.4 specifically aligned for each of the selected and narrow frequency bands. to use. For example, the filter element 24.1 is specifically aligned to a frequency band around 35 Hz, the filter element 24.2 to a frequency band around 50 Hz, the filter element 24.3 to a frequency band around 65 Hz and the filter element 24.4 to a frequency band around 80 Hz. In this case, resonators with the specified resonance frequency can be used as filtering elements 24.1 to 24.4 , which thus amplify the frequencies lying in their area, but not others. The parallel arrangement of the resonators 24.1 to 24.4 (instead of a serial one) has the advantage of speeding up the flow of processing.

Wie erwähnt, werden durch die Resonatoren 24.1 bis 24.4 nur die ausgewählten Fre quenzen verstärkt, andere in einem beherrschbaren Zustand gehalten, dabei aber der Gleichstromanteil völlig unterdrückt. Wegen der erwähnten auftretenden Harmonischen ist es vorteilhaft, wenn zu den Resonatoren 24.1 bis 24.4 auch noch solche für die Har monischen, z. B. für zwei derselben (da die Harmonischen jeweils in einem ziemlichen Abstand auseinander liegen, genügt dies für einen Bereich bis zu 300 Hz), hinzugefügt werden. Es versteht sich aber jedenfalls, daß im Rahmen der Erfindung andere Arten von Filtern und andere Frequenzen gewählt werden können, wie auch aus der späteren Be schreibung etwa der Fig. 4 ersichtlich wird.As mentioned, only the selected frequencies are amplified by the resonators 24.1 to 24.4 , others are kept in a controllable state, but the DC component is completely suppressed. Because of the harmonics that occur, it is advantageous if, for the resonators 24.1 to 24.4, there are also those for the harmonics, eg. B. for two of them (since the harmonics are each quite a distance apart, this is sufficient for a range up to 300 Hz), are added. However, it is understood that other types of filters and other frequencies can be selected within the scope of the invention, as can also be seen from the later description, for example, of FIG. 4.

Wenn man davon ausgeht, daß für manche Anwendungsfälle ein einziges filterndes Glied ausreichend ist, so ist verständlich, daß das weiterhin zu verarbeitende Signal über eine Leitung 25 einer weiteren Verarbeitungsstufe 26 zuzuführen ist. Sind aber, wie im vorlie genden Fall, mehrere Filterglieder 24.1 bis 24.4 vorgesehen, so müssen die Ergebnisse dieser Filterungen in irgendeiner Form einander überlagert bzw. nach einem vorgegebe nen Algorithmus gemischt werden. An sich sind dabei verschiedene Algorithmen denkbar, wie Multiplikation, Differenzbildung usw., doch ist es am einfachsten, wenn als Mischstufe am Ausgange der Filterglieder 24.1 bis 24.4 eine Summierstufe 27 vorgesehen ist. Diese Stufe 27 summiert also die Resonanzsignals, wodurch die nicht verstärkten Frequenzen im Verhältnis noch stärker unterdrückt werden, und gibt ein entsprechendes Misch- bzw. Summensignal an die Ausgangsleitung 25 ab. Damit wird die Regelbarkeit gerade der ausgewählten Frequenzen verbessert.If it is assumed that a single filtering element is sufficient for some applications, it is understandable that the signal to be processed further is to be fed via a line 25 to a further processing stage 26 . If, however, as in the present case, several filter elements 24.1 to 24.4 are provided, the results of these filterings must be superimposed in some form or mixed according to a predetermined algorithm. Various algorithms are conceivable per se, such as multiplication, difference formation, etc., but it is simplest if a summing stage 27 is provided as a mixing stage at the output of the filter elements 24.1 to 24.4 . This stage 27 thus sums up the resonance signal, as a result of which the frequencies which are not amplified are suppressed even more in proportion, and emits a corresponding mixed or sum signal to the output line 25 . This improves the controllability of the selected frequencies.

In der nachfolgenden Verarbeitungsstufe 26 wird zweckmäßig die Inversion der interes sierenden und durch die Filterglieder 24.1 bis 24.4 ausgewählten Frequenzbänder durch geführt, um den Aktuator 12 (Fig. 1) mit einer Dämpfungsfrequenz betreiben zu können, die 180° in Gegenphase zu den erregenden Störfrequenzen liegt. Dazu ist zu bedenken, daß im beschriebenen Beispiel der Sensor 7 ein Akzelerometer ist, der also die zweite Ableitung des Verformungsweges durch die Störfrequenzen mißt und dann ein Beschleu nigungssignal e(k) abgibt, wogegen der Aktuator 12 diesem Schwingungsverformungs weg entgegenwirken soll. Daher wird die Verarbeitungsstufe 26 zweckmäßig das erhalte ne Beschleunigungssignal durch doppelte Integration wieder auf ein Verformungssignal bringen. Im Prinzip können diese Funktionen durch sehr unterschiedlichen Aufbau und verschiedene Auslegung der Verarbeitungsstufe 26 gelöst werden, die ja eigentlich eine bloße Stromregelung beinhaltet. Bevorzugt ist jedoch die Auslegung als adaptive Rege lung insbesondere in der Form einer sog. Zustandsregelung, der ein Modell der Trans ferfunktionen der einzelnen Teile des mechanischen Systems 1 unter Berücksichtigung der Masse der einzelnen betroffenen mechanischen Teile und deren individuellen Trans ferfunktion zugrundeliegt. Denn da die einzelnen mechanischen Teile auch für sich als mechanische Filter anzusehen sind, ist klar, daß sie bestimmte Übertragungseigen schaften für gewisse Frequenzbänder besitzen. Die Beschleunigung wird also am Ende für jede Frequenz durch die gesamte Transferfunktion des mechanischen Teiles 1 be stimmt werden. Es ist aus diesen Erläuterungen wohl klar, daß der erfindungsgemäße Regelkreis mindestens einen Integralanteil besitzen wird, vorzugsweise aber als PID- Regler ausgebildet ist.In the subsequent processing stage 26 , the inversion of the frequency bands of interest and selected by the filter elements 24.1 to 24.4 is expediently carried out in order to be able to operate the actuator 12 ( FIG. 1) with a damping frequency which is 180 ° in phase opposition to the exciting interference frequencies . It should be borne in mind that in the example described the sensor 7 is an accelerometer which therefore measures the second derivative of the deformation path through the interference frequencies and then emits an acceleration signal e (k), whereas the actuator 12 is intended to counteract this vibration deformation. Therefore, the processing stage 26 will expediently bring the received acceleration signal back to a deformation signal by double integration. In principle, these functions can be solved by very different structures and different designs of the processing stage 26 , which actually includes a mere current regulation. However, the design as an adaptive control is preferred, in particular in the form of a so-called state control, which is based on a model of the transfer functions of the individual parts of the mechanical system 1 , taking into account the mass of the individual mechanical parts concerned and their individual transfer functions. Because since the individual mechanical parts are also to be regarded as mechanical filters, it is clear that they have certain transmission properties for certain frequency bands. The acceleration will thus be determined at the end for each frequency by the entire transfer function of the mechanical part 1 . It is clear from these explanations that the control loop according to the invention will have at least one integral component, but is preferably designed as a PID controller.

Die Transferfunktion des mechanischen Teiles 1, deren Modell der Verarbeitungsstufe 9 zugrundegelegt werden soll, ist daher leicht experimentell zu bestimmen. Die Prinzipen solcher adaptiver Regelungen unter Verwendung eines Modells sind an sich bekannt (vgl. Widrow, Berard, Stearns, Samuel D., "Adaptive signal processing", Prentice Hall, Engle wood Cliffs, New Jersey, 1985), so daß hier eine nähere Erläuterung entfallen kann, wenngleich später an Hand der Fig. 3 und 4 auf vorteilhafte Ausgestaltungen solcher Re gelungen noch im Detail eingegangen wird.The transfer function of the mechanical part 1 , the model of which is to be used as the basis for the processing stage 9 , is therefore easy to determine experimentally. The principles of such adaptive controls using a model are known per se (cf. Widrow, Berard, Stearns, Samuel D., "Adaptive signal processing", Prentice Hall, Englewood Cliffs, New Jersey, 1985), so that a more detailed description is given here Explanation can be omitted, although later with reference to FIGS. 3 and 4 on advantageous embodiments of such Re will be discussed in detail.

Hier sei nur kurz darauf eingegangen, wie die an Hand von Versuchen mit einem kon kreten gegebenen mechanischen System 1 ermittelte Transferfunktion zur Grundlage eines mathematischen Modells gemacht werden kann. Im Prinzip gibt es dafür eine Reihe von Methoden, wie etwa dem Dokument Johanson, Rolf, "System Modeling and Identifi cation", Prentice Hall, Englewood Cliffs, New Jersey, 1993 zu entnehmen ist. Werden die Hauptresonanzen unabhängig voneinander und jeweils für sich modelliert, so hat eine jede die folgende Übertragungsfunktion:
Here it is only briefly discussed how the transfer function determined on the basis of experiments with a specific mechanical system 1 can be made the basis of a mathematical model. In principle, there are a number of methods for this, such as can be found in the document Johanson, Rolf, "System Modeling and Identification", Prentice Hall, Englewood Cliffs, New Jersey, 1993. If the main resonances are modeled independently and individually, each has the following transfer function:

worin m die Masse oberhalb des Aktuators 12 ist, λ das Dämpfungsverhältnis der Reso nanz darstellt und k die Steifheit ist. Der Ausdruck s² im Zähler bedeutet, daß das ge messene Signal die Beschleunigung ist. Hat man die Transferfunktion für die Resonanz jedes einzelnen mechanischen Teiles berechnet, so ergibt die Summe das vollständige Modell der Übertragungs- oder Transferfunktion. Sobald man das mathematische Modell erstellt hat, sollten die Transferfunktionen des mechanischen Teils 1 und die des (von Anfang an inversen oder später invertierten) Modells idealerweise einander auslöschen. where m is the mass above the actuator 12 , λ represents the damping ratio of the resonance and k is the stiffness. The expression s ² in the counter means that the measured signal is the acceleration. If one has calculated the transfer function for the resonance of each individual mechanical part, the sum results in the complete model of the transfer or transfer function. Once you have created the mathematical model, the transfer functions of mechanical part 1 and those of the model (inverse from the beginning or later inverted) should ideally cancel each other out.

Bei der möglichen Auslegung kann sowohl die obige modell-adaptive Methode für die Transferfunktion als auch ein adaptives Modell der Störungen selbst herangezogen wer den. Diese letztere Methode und eine entsprechende Schaltung soll nun an Hand der Fig. 3 beschrieben werden. Grundlage dafür ist allerdings die Erstellung eines Modells der Transferfunktion, wie sie oben beschrieben wurde, weil man erst dann bestimmen kann, wie sich Störungsschwingungen auswirken.In the possible design, both the above model-adaptive method for the transfer function and an adaptive model of the disturbances themselves can be used. This latter method and a corresponding circuit will now be described with reference to FIG. 3. The basis for this, however, is the creation of a model of the transfer function, as described above, because it is only then that it is possible to determine how interference vibrations will work.

In Fig. 3 spielt das oben an Hand der Fig. 1 und 2 beschriebene mechanische System 1 die Rolle eines ersten Demonstrators. Dessen Vibrationen werden zunächst als negatives Signal y(k) einer Summierstufe 28 zugeführt, die auch ein positives Geräuschsignal d(k) erhält. Durch die Summierung des negativen und des positiven Signals erhält man die Differenz. Alternativ können beide Signale y(k) und d(k) gleiches Vorzeichen haben und voneinander in einer Differenzstufe 28 abgezogen werden.In Fig. 3, Fig. 1 and described mechanical system 1 2 plays above with respect to the role of a first demonstrator. Its vibrations are first fed as a negative signal y (k) to a summing stage 28 , which also receives a positive noise signal d (k). The difference is obtained by summing the negative and positive signals. Alternatively, both signals y (k) and d (k) may have the same sign and be subtracted from one another in a differential stage 28 .

Das Ausgangssignal der arithmetischen Stufe 28 wird zunächst einer weiteren arithmeti schen Stufe 29 zugeführt, die zweckmäßig ebenfalls als Summierstufe ausgebildet ist. Diese Stufe 29 erhält an ihrem zweiten Eingang das auf Grund eines mathematischen, in einer Verarbeitungsstufe 30 gespeicherten Modells geschätzte Aktuatorsignal y(k), bildet die Summe und gibt ein Signal d(k) für das geschätzte Geräusch ab. Dieses geschätzte Störsignal d(k) entspricht somit der Formel
The output signal of the arithmetic stage 28 is first fed to another arithmetic stage 29 , which is also expediently designed as a summing stage. This stage 29 receives at its second input the actuator signal y (k) estimated on the basis of a mathematical model stored in a processing stage 30 , forms the sum and emits a signal d (k) for the estimated noise. This estimated interference signal d (k) thus corresponds to the formula

d(k) = e(k) + y(k)
d (k) = e (k) + y (k)

und wird zwei folgenden Stufen 31 und 32 zugeleitet. Zum einen erhält es nämlich die Stufe 31 (sog. "Beobachter"), deren anderes Eingangssignal vom in der arithmetischen Stufe 28 ermittelten Fehlersignal für die Beschleunigung e(k) gebildet wird. Die Beobach terstufe 31 vergleicht das geschätzte Störsignal d(k) mit dem Beschleunigungssignal e(k) und gibt dann ein Korrektursignal an eine Regelstufe 32 ab, die auch das geschätzte Störsignal d(k) erhält. Ein solcher Beobachter 31 kann auch für eine Schaltung nach Fig. 2 zur Korrektur bzw. Anpassung des mathematischen Modells vorgesehen werden und kann in jedem Fall in verschiedener Weise ausgebildet sein und mit unterschiedlichen Algorithmen arbeiten, wie etwa dem schon genannten Buch Widrow, Berard, Stearns, Samuel D., "Adaptive signal processing", Prentice Hall, Englewood Cliffs, New Jersey, 1985 zu entnehmen ist. Dort zu findende Beispiele ist die Methode der kleinsten Fehler quadrate oder der sequentiellen Regression. Für die vorliegenden Zwecke hat sich die Methode der kleinsten Fehlerquadrate (LMS) als besonders geeigneter Algorithmus er wiesen. Demnach wird also im Beispiel der Fig. 3 der Regler 32 stets mittels der LMS- Methode korrigiert, welche die Korrelation zwischen der geschätzten Störung d(k) und dem Beschleunigungssignal e(k) errechnet. Die Reglerstufe 32 wird, wie schon im vorhe rigen Ausführungsbeispiel der Fig. 2, mindestens ein filterndes Glied 24 enthalten, das hier zweckmäßig von mindestens einem FIR- oder IIR-Filter gebildet sein wird, welches gegebenenfalls durch den Beobachter 31 steuerbar ist. Die Reglerstufe 32 gibt dann ein Regelsignal u(k) an die mechanische Einrichtung 1 ab, aber auch an die Verarbeitungs stufe 30, um dort das mathematische Modell entsprechend dem durch den Beobachter festgestellten Fehler zu adaptieren. Die Verarbeitungsstufe 30 stellt hier also den zweiten Demonstrator dar, der zum ersten parallel liegt.and is fed to two subsequent stages 31 and 32 . On the one hand it receives stage 31 (so-called "observer"), the other input signal of which is formed by the error signal for acceleration e (k) determined in arithmetic stage 28 . The observer stage 31 compares the estimated interference signal d (k) with the acceleration signal e (k) and then outputs a correction signal to a control stage 32 , which also receives the estimated interference signal d (k). Such an observer 31 can also be provided for a circuit according to FIG. 2 for correcting or adapting the mathematical model and can in any case be designed in different ways and work with different algorithms, such as the book Widrow, Berard, Stearns already mentioned , Samuel D., "Adaptive signal processing", Prentice Hall, Englewood Cliffs, New Jersey, 1985. Examples to be found there are the least squares method or sequential regression. For the present purposes, the method of least squares (LMS) has proven to be a particularly suitable algorithm. Accordingly, in the example of FIG. 3, the controller 32 is always corrected using the LMS method, which calculates the correlation between the estimated disturbance d (k) and the acceleration signal e (k). The controller stage 32 , as in the previous embodiment of FIG. 2, contain at least one filtering element 24 , which will expediently be formed here by at least one FIR or IIR filter, which may be controllable by the observer 31 . The controller stage 32 then outputs a control signal u (k) to the mechanical device 1 , but also to the processing stage 30 , in order to adapt the mathematical model there in accordance with the error detected by the observer. Processing stage 30 thus represents the second demonstrator, which is parallel to the first.

Fig. 4 zeigt eine Variante zu Fig. 1, welche mit auf dem Frequenzbereich basierenden Algorithmen, aber nicht-adaptiv arbeitet. Dabei wird zusätzlich zu dem in der Mitte ange ordneten, die Störungsreferenz bildenden Akzelerometer 7 auch noch ein weiteres Akze lerometer 7' als Fehlersensor verwendet. Der Fehlersensor 7' wird aber dann vorteilhaft an eine ändere Unterlage angelegt als der Störungsreferenzsensor 7, d. h. während der letztere an der Platte 2 anliegt wird man den Fehlersensor 7' an die Unterlagsplatte 7' legen. Gerade dann, wenn aber die Unterlage etwa ein Betonbett od. dgl. ist, wird gege benenfalls der Aufbau des nachgeschalteten Tiefpaßfilters 8'' von dem des Tiefpaßfilters 8 abweichen, um der unterschiedlichen Übertragungs- bzw. Transferfunktion Rechnung zu tragen. Eine andere Möglichkeit ist es, die Unterlagsplatte 5 genau mit der Masse und den Maßen der Trägerplatte 2 auszubilden. FIG. 4 shows a variant of FIG. 1, which works with algorithms based on the frequency range, but non-adaptively. In this case, in addition to the accelerometer 7 which is arranged in the middle and forms the fault reference, a further accelerometer 7 'is also used as a fault sensor. The error sensor 7 'is then advantageously applied to a different base than the fault reference sensor 7 , ie while the latter is applied to the plate 2 , the error sensor 7 ' will be placed on the base plate 7 '. Especially when the base is a concrete bed or the like, the structure of the downstream low-pass filter 8 '' may differ from that of the low-pass filter 8 , in order to take account of the different transfer function. Another possibility is to form the base plate 5 exactly with the mass and dimensions of the carrier plate 2 .

Dementsprechend sind zweckmäßig drei Tiefpaßfilter vorgesehen, nämlich außer den schon an Hand der Fig. 2 besprochenen Tiefpaßfiltern 8 und 8' auch noch eines (8'') am Ausgang des Fehlersensors 7'. Dementsprechend weicht der Aufbau der Verknüpfungs stufe 9 von dem der Fig. 2 ab, wogegen die restlichen Stufen 8, 10 und 11 bereits oben an Hand der Fig. 1 beschrieben worden sind.Accordingly, three low-pass filters are expediently provided, namely in addition to the low-pass filters 8 and 8 'already discussed with reference to FIG. 2, one ( 8 '') at the output of the error sensor 7 '. Accordingly, the structure of the link level 9 differs from that of FIG. 2, whereas the remaining levels 8 , 10 and 11 have already been described above with reference to FIG. 1.

Nach Fig. 4 gehen die Ausgänge der beiden den Sensoren 7, 7' nachgeschalteten Tief paßfilter 8 und 8'' in dis Regelstufe 9 ein, und zwar das Signal des die störenden Vibratio nen aufnehmenden Störungsreferenzsensors 7 nach Durchlaufen durch das Tiefpaßfilter 8 unmittelbar in eine Regelstufe 32' (ähnlich der Regelstufe 32 der Fig. 3) der Verknüp fungsstufe 9, wogegen das Ausgangssignal des Tiefpaßfilters 8'' erst einen Analysekreis 33 durchläuft, um den ermittelten Fehler zu analysieren. Der Analysekreis besteht an sei nem Eingang aus einer Frequenzanalysestation 34, in welcher eine Fourieranalyse, vor zugsweise eine Fast-Fourier-Analyse (FFT) durchgeführt und eine Korrekturfrequenz ge wählt wird. According to Fig. 4, the outputs of the two sensors 7 , 7 'downstream low-pass filter 8 and 8 ''in dis control stage 9 , namely the signal of the disturbing Vibratio NEN receiving disturbance reference sensor 7 after passing through the low-pass filter 8 immediately in one Control stage 32 '(similar to control stage 32 of FIG. 3) of the combination stage 9 , whereas the output signal of the low-pass filter 8 ''first passes through an analysis circuit 33 in order to analyze the determined error. The analysis circuit consists at its input of a frequency analysis station 34 , in which a Fourier analysis, preferably a Fast Fourier analysis (FFT), is carried out and a correction frequency is selected.

Das Ausgangssignal der Frequenzanalysestation 34 geht je nach Aufbau entweder an einen Signalumformer (falls die gewählte Frequenz in der Station 34 unmittelbar ausge geben wird), der aber gegebenenfalls auch entfallen kann, oder dient erst zum Anstoßen eines Frequenzgenerators 35 zur Erzeugung von Sinus-Wellen. Die Verknüpfungsstufe enthält aber vorzugsweise dann noch ein filterndes Glied 24a, das zweckmäßig als PLL- Filter (phase-locked-loop) ausgebildet ist. Damit wird gesichert, daß das so gewonnene Korrektursignal frequenz- und phasenrichtig in eine Mischstufe 27a (ähnlich der Stufe 27 in Fig. 2) eingespeist und dort zweckmäßig zur Korrektur des von der Regelstufe 32' kommenden Signals aufaddiert wird. Der weitere Signalverlauf wurde bereits an Hand der Fig. 1 besprochen, die gegebenenfalls eine entsprechend Fig. 2 oder Fig. 4 aufgebaute Verknüpfungsstufe 9 enthalten kann.The output signal of the frequency analysis station 34 , depending on the structure, either goes to a signal converter (if the selected frequency is immediately output in the station 34 ), which, however, may also be omitted, or is used only to trigger a frequency generator 35 to generate sine waves. The linkage stage then preferably also contains a filtering element 24 a, which is expediently designed as a PLL filter (phase-locked loop). This ensures that the correction signal obtained in this way is fed with the correct frequency and phase into a mixer stage 27 a (similar to stage 27 in FIG. 2) and is appropriately added there to correct the signal coming from control stage 32 '. The further signal curve has already been discussed with reference to FIG. 1, which may optionally contain a linkage stage 9 constructed in accordance with FIG. 2 or FIG. 4.

Im Rahmen der Erfindung sind zahlreiche Varianten sowie Kombinationen der gezeigten Merkmale sowohl untereinander als auch mit Merkmalen des Standes der Technik mög lich; beispielsweise kann an Stelle eines modell-adaptiven Regelkreises (im Sinne der obigen Erläuterungen) ein parameter-adaptiver Regelkreis im Sinne der oben zitierten Literatur verwendet werden. Ferner ist die vorliegende Erfindung zwar an Hand eines tischartigen Trägers 2 für eine Waage 3 beschrieben worden, eignet sich aber auch für andere Anwendungen. So ist etwa ein Fahrzeug (zwar nicht primär, aber doch auch) ein Träger von Meßinstrumenten und kann mit einer erfindungsgemäßen aktiven Dämpfung ausgerüstet werden.Within the scope of the invention, numerous variants and combinations of the features shown are possible both with one another and with features of the prior art; For example, instead of a model-adaptive control loop (in the sense of the above explanations), a parameter-adaptive control loop in the sense of the literature cited above can be used. Furthermore, the present invention has been described on the basis of a table-like support 2 for a balance 3 , but is also suitable for other applications. For example, a vehicle (not primarily, but nevertheless) is a carrier of measuring instruments and can be equipped with an active damping according to the invention.

Claims

1. Damping device for vibrations, preferably for those on a measuring device, in particular for a balance ( 3 ), characterized in that a control circuit with a vibration-absorbing sensor ( 7 ), an output signal receiving de combination stage ( 9 ) and one Damping actuator ( 12 ) is easily seen.

2. Device according to claim 1, characterized in that the actuator performing the damping is a vibration in opposite phase to the vibrations emitted by the sensor ( 7 ) emitting actuator ( 12 ).

3. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the sen sor ( 7 ) is followed by a filtering the frequencies of interest filter ( 8 ).

4. The device according to claim 3, characterized in that the filter is a low pass filter, preferably a cut-off frequency of about 6 kHz.

5. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the control circuit an analog / digital converter (AD) and / or an anti-alias filter ( 22 ) at the input of the logic stage ( 9 ) for converting the analog signals of the sensor ( 7 ).

6. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the control circuit has a digital / analog converter (DA), preferably with a smoothing filter ( 23 ) at the output of the logic stage ( 9 ).

7. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the linkage stage ( 9 ) contains at least one filtering element ( 24 ), in particular such ( 24.1-24.4 ) vibrations of interest for a selected frequency band.

8. The device according to claim 7, characterized in that the at least one filtering element ( 24 ) comprises a resonance stage for the selected frequency band.

9. Apparatus according to claim 7 or 8, characterized in that the at least one filtering element ( 24 ) comprises at least one resonance stage for a harmonic of the selected frequency band.

10. Device according to one of claims 7 to 9, characterized in that at least two filtering elements ( 24.1-24.4 ) for different frequencies are connected in parallel to each other.

11. The device according to claim 10, characterized in that the outputs of at least two filtering elements ( 24.1-24.4 ) are connected to the input of a mixing stage, in particular a summing stage ( 27 ).

12. Device according to one of claims 7 to 11, characterized in that at least one filtering element ( 24 ) is designed for a frequency of at most 300 Hz, preferably at most 100 Hz.

13. Device according to one of the preceding claims, characterized in that at least one further sensor ( 7 ') is provided as an error sensor for receiving undamped error vibrations.

14. The apparatus according to claim 13, characterized in that the defect sensor is applied to a different, remote location than the vibration-receiving sensor (7) (7 ').

15. The apparatus according to claim 13, characterized in that the error sensor ( 7 ') is followed by a filter, in particular a low-pass filter ( 8 ''), for filtering out frequencies of interest.

16. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the logic stage ( 9 ) is designed as an adaptive controller.

17. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the logic stage ( 9 ) is designed as a state controller with a mathematical model and preferably with at least one adaptation stage ( 31 ).

18. The apparatus according to claim 17, characterized in that the mathematical cal model comprises the transfer function of at least a part of the measuring device ( 3 ) or egg nes carrying it ( 2 , 4 ).

19. The apparatus according to claim 17 or 18, characterized in that the ma thematic model that includes the function of vibration disturbances.

20. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the logic stage ( 9 ) is designed as a controller with an integral component, in particular as a PID controller ( Fig. 2).

21. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the actuator ( 12 ) is provided on a support ( 2 , 4 ) supporting the measuring device ( 3 ).

22. The apparatus according to claim 21, characterized in that the carrier ( 2 , 4 ) has an elastically supported plate ( 2 ), below which the actuator ( 12 ) is arranged.

23. The device according to claim 22, characterized in that the elastic support ( 4 ) has a non-linear characteristic.

24. The device according to claim 22 or 23, characterized in that the ela-elastic support ( 4 ) is assigned a straight guide ( 4 ').

25. Actuator for a device according to one of the preceding claims, characterized in that it comprises a holder ( 13 ) and one on the holder ( 13 ) via a flexible suspension ( 17 ) attached hammer ( 15 ) by means of a Schwingein direction ( 16 ) is excitable.

26. Actuator according to claim 25, characterized in that the holder ( 13 ) is formed by a cylinder surrounding the hammer ( 15 ).

27. Actuator according to claim 25 or 26, characterized in that the suspension is formed by at least one, preferably annular, membrane ( 17 ).

28. Actuator according to claim 27, characterized in that the membrane ( 17 ) is made of metal.

29. Actuator according to claim 27 or 28, characterized in that at least two diaphragms ( 17 ) are arranged at a distance from one another, which guide the hammer ( 15 ) straight like a handlebar.

30. Actuator according to one of claims 25 to 29, characterized in that the hammer ( 15 ) is supported on the oscillating device ( 16 ) via an adjustable adjusting device ( 19-21 ) in the direction of oscillation.

31. Actuator according to claim 30, characterized in that the Justiereinrich device ( 19-21 ) has an adjusting screw ( 19 ).

32. Actuator according to claim 31, characterized in that the adjusting screw ( 19 ) on the oscillating device ( 16 ) is non-positively supported.

33. Actuator according to claim 32, characterized in that the adjusting screw ( 19 ) has a round head ( 21 ) which is supported on the oscillating device ( 16 ).

34. Actuator according to one of claims 25 to 33, characterized in that the hammer ( 15 ) as the oscillating device ( 16 ) is formed at least partially surrounding Zy cylinder.

35. Actuator according to claims 26, 27 and 29, characterized in that the cylindrical holder ( 13 ) via at least two membranes ( 17 ) with the coaxially suspended hammer ( 15 ) is connected.

36. Actuator according to one of claims 25 to 35, characterized in that the oscillating device ( 16 ) is a piezoelectric oscillating device.

37. Actuator according to claim 36, characterized in that the piezoelectric oscillating device ( 16 ) is electrostrictive.

38. Actuator according to claim 36 or 37, characterized in that the piezoelectric vibrating device ( 16 ) consists of a plurality of layers.

39. Actuator according to claim 38, characterized in that the plurality of layers are surrounded by a common housing ( 16 ').