JPH0762632B2

JPH0762632B2 - デジタル秤

Info

Publication number: JPH0762632B2
Application number: JP61118944A
Authority: JP
Inventors: 青木　　伸夫; 雅夫池田
Original assignee: Kubota Corp
Current assignee: Kubota Corp
Priority date: 1986-05-22
Filing date: 1986-05-22
Publication date: 1995-07-05
Anticipated expiration: 2010-07-05
Also published as: JPS62274224A

Description

【発明の詳細な説明】（ａ）技術分野この発明は、物の量さを計量してデジタル表示するデジ
タル秤に関する。

（ｂ）従来技術とその欠点デジタル秤は、秤自身の持つ固有振動数を打ち消すため
に、荷重検出部の出力を時定数の大きいローパスフィル
タを介してからA/D変換することによりデジタルの測定
値を得ている。ところが、従来のデジタル秤は、A/D変
換を行い、その測定値をそのまま表示部に出力するか、
あるいは数個の移動平均を行い結果を出力していた。し
たがって、被測定物を秤に載せてから表示値が安定する
まで待たなければ正確な計量を行うことができないの
で、測定に時間を要するという欠点を有していた。ま
た、このような従来のデジタル秤は、表示値が安定する
まで過渡状態の無意味なデータを表示することになり、
当初数値が大きく変化してちらつくために表示が見難い
という欠点も併せ持っていた。

（ｃ）発明の目的この発明は、このような事情に鑑みなされたものであっ
て、測定値の過渡状態で計量結果を推定することによ
り、正確な計量結果を素早く得ることができ、しかも、
表示がちらつくようなことがないデジタル秤を提供する
ことを目的とする。

（ｄ）発明の構成および効果この発明のデジタル秤は、重量変化を伴わない被測定物
に対する荷重検出部の出力をローパスフィルタを介して
A/D変換して測定値とし、その測定値が整定するまでの
過渡状態における所定時間間隔ごとに連続的に出力する
測定値出力手段と、測定値出力手段から出力された有限個の測定値に、前記
ローパスフィルタの動特性に基づいて予め各測定値に設
定されている係数を乗算し、かつ、各測定値ごとのこの
乗算結果を積算して被測定物の推定重量を演算する演算
手段と、演算手段が所定回数の測定値の乗算を行い乗算結果の積
算を終了すると、この積算結果を表示部等に出力する計
量結果出力手段と、からなることを特徴とする。

測定値出力手段における所定時間間隔は、一般には一定
時間間隔であり、この一定時間間隔ごとにA/D変換しそ
の値を測定値として出力することになる。演算手段は、
上記演算を行うことにより複数の測定値の加重平均を算
出することになる。複数の測定値にそれぞれ計測の重み
を乗じて総和を取り、これをそれらの測定値における計
測の重みの総和で除算すると加重平均が得られる。した
がって、各測定値に上記係数を乗算しこの乗算結果を積
算することによっても同様に加重平均が得られることに
なる。ただし、この係数は便宜上設定したものであり、
特許請求の範囲上で演算手順を規定することを意図する
ものではないので、前述のように各測定値に計測の重み
を乗じて総和を取り最後に計測の重みの総和で除するこ
とにより加重平均を得るようにしてもよいのは勿論であ
る。この加重平均が信頼すべき計量結果を与えることは
後述のアナログ系の動特性を数式モデルに表すことによ
って示される。計量結果出力手段からの出力は、７セグ
メントのデジタル表示器等でその値を表示される他、処
理装置に送られて種々のデータ処理を施される場合があ
る。この計量結果出力手段が出力を行った後は、測定値
出力手段から次の測定値が出力される度ごとに所定回数
を１回ずつ更新し、同様の処理を行ってさらに信頼性の
ある計量結果を出力させることもできる。

この発明を上記のように構成すると、測定値が過渡状態
の場合にもローパスフィルタによる応答の時間的な遅れ
を補正して信頼し得る計量結果を得ることができる。し
たがって、従来のように測定値が整定するまで待つ必要
がないので、計量作業を迅速に行うことができる。ま
た、表示器等は、過渡状態の値ではなく当所より計量結
果の推定値を表示するので、測定値が整定するまでの間
にもこの数値がほとんど変化することがなく、表示がち
らつくというような煩わしさがなくなる。

（ｅ）実施例Ｉ実施例の全体構成第１図はこの考案の実施例であるデジタル秤のブロック
図である。

この実施例のデジタル秤は、ロードセル1,直流増幅器2,
ローパスフィルタ3,A/Dコンバータ4,マイクロコンピュ
ータ５および表示器６とで構成される。ロードセル１
は、秤の受皿７に被測定物８を載せたときにその荷重に
より抵抗値を変化させるストレーンゲージ式の荷重検出
器である。直流増幅器２は、ロードセル１の抵抗値変化
を電流に変換し増幅する増幅器である。このロードセル
１および直流増幅器２で、特許請求の範囲の荷重検出部
を構成する。ローパスフィルタ３は、直流増幅器２の出
力のうち低周波成分のみを通過させるためのフィルタで
あり、秤の持つ機械的な固有振動数を打ち消すために用
いられる。このローパスフィルタ３は、時定数が大きい
のでその出力が整定するまでに長時間を要することにな
る。A/Dコンバータ４は、ローパスフィルタ３の出力を
所定時間間隔で区切ってA/D変換するコンバータであ
る。このロードセル１〜A/Dコンバータ４が、特許請求
の範囲の測定値出力手段を構成する。マイクロコンピュ
ータ５は、A/Dコンバータ４から送られて来る測定値を
入力し、演算手段を施して、その結果を所定回数の測定
値の加重平均として出力するものである。このマイクロ
コンピュータ５は、特許請求の範囲の演算手段と計量結
果出力手段とを構成する。表示器６は、マイクロコンピ
ュータ５の出力をデコードし７セグメントの表示部でデ
シマル表示するものであり、測定者が目視できるように
秤本体の表側に取り付けられる。

II 演算内容次に、マイクロコンピュータ５の演算内容を説明する。

ｉ動特性の数式モデルまず、アナログ系の動特性を離散時間の数式モデルで表
す。ロードセル１〜ローパスフィルタ３の信号の流れを
ブロック図で表すと第２図に示すようになる。これを数
式で表すと次のようになる。

ｙ（ｋ）＋a₁y（ｋ−１）＋…＋a_ny（ｋ−ｎ）＝b₀F′＋ｅ（ｋ）（１）となる。ただし、ｅ（ｋ）＝ｖ（ｋ）＋a₁v（ｋ−１）＋…＋a_nv（ｋ−ｎ）である。ここで、Ｆ′は被測定物の真の重量、ｙ（ｋ）
は測定値つまりA/D変換器のデータ、ｖ（ｋ）は雑音、a
i（ｉ＝1,2,…,n）,b₀はアナログ系の動特性を表す係数
である。

ii−１動特性を用いた重量測定１雑音が無視できる場合、つまりｅ（ｋ）≒０と表せると
き、重量ＦはＦ＝（ｙ（ｋ）＋a₁y（ｋ−１）＋…＋a_ny（ｋ−ｎ）/b₀
（２）で求まる。

ii−２動特性を用いた重量測定２雑音が無視できない場合、ｅ（ｋ）による影響を最小に
するように最小二乗法を用いる。

今、ベクトルを、と定義する。ただし、 N:測定回数（Ｎ≧ｎ＋１）である。

すると、前記（１）式から、ｙ＝Ｚ・Ｆ＋ｅ（３）が得られる。この評価関数は、Ｊ＝e^TQe ＝（ｙ−Ｚ・Ｆ）^TQ（ｙ−Ｚ・Ｆ）（４）となる。ただし、Ｑは正定な重み行列である。

ここで、（４）式のＪを最小にするＦを求めるとＦ＝Z^TQZ）^-1Z^TQy （５）となる。このことは、Ｊを最小にするＦが、測定値ｙの
加重平均であることを示す。

すなわち、ii−1,ii−２どちらの場合も、測定値が過渡
状態であっても、加重平均を取れば、被測定物の真の重
量Ｆ′についての信頼すべき推定値Ｆを得ることができ
ることが分かる。

iii 加重平均のアルゴリズム上記結果からマイクロコンピュータ５は、Ｎ回の測定値
の加重平均を算出すればよいことが分かる。したがっ
て、この加重平均を算出するためのアルゴリズムを求め
る。

重み行列Ｑを簡単のために対角行列、Ｑ＝diag〔q₁,q₂,…,q_N-n+1〕（ただし、e_i＞０）とすると、前記（５）式の加重平均Ｆは、となる。さらに、この（６）式に、 y_i＝ｙ（ｎ＋ｉ）＋a₁y（ｎ＋ｉ−１）＋…＋a_ny（ｉ）の関係式を代入すると、Ｆ＝α₁y（１）＋α₂y（２）＋…＋α_Ny（Ｎ）（７）となり、これによって被測定物の真の重量Ｆ′を推定す
ることができる。ただし、α_ｉは次のようになる。

Ｎ≧2nの場合Ｎ≦2nの場合 iv フローチャート上記（７）式より得たマイクロコンピュータ５の処理内
容のアルゴリズムを第３図のフローチャートで示す。

まずステップn1（以下「ステップni」を単に「ni」とい
う。）において、A/D変換器のデータが読み込まれ、add
ataとして適当なバッファに入れられる。次にn2でｙ
（１）〜ｙ（Ｎ）の演算用レジスタにｙ（２）〜addata
が転送される。続いて、n3で上記（７）式に基づいて重
量計算が行われる。この動作がA/D変換値を１個取り込
む毎に行われ、毎回Ｆの値が表示器に出力されていく。

III 実施例と従来例との比較測定値ｙと時間ｔとの関係が第４図に示すような曲線を
描くアナログ処理系を有する秤について、この発明を実
施した場合と従来例との比較を行う。

従来例では、測定値ｙ（ｉ）について、Ｙ＝Ｋ・ｙ（ｉ）（K:定数）の演算を行って、Ｙを表示部に出力している。このた
め、測定値ｙ（20）を用いても、特性曲線がまだ充分に
整定していないために正確な計量結果を得ることができ
ない。ところが、実施例では、ｎ＝2,N＝４とすると、
ｙ（４）までの測定を行うだけで信頼し得る被測定物の
重量Ｆを推定することができる。すなわち、計測時間が
従来の1/5になる。

したがって、この実施例は、被測定物の計量を素早く行
うことができる。また、表示部の表示も当初から安定し
ているのでちらつくことがない。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例であるデジタル秤のブロック
図、第２図は同デジタル秤のアナログ系におけるブロッ
ク図、第３図は同デジタル秤のマイクロコンピュータに
おける演算処理内容を示すフローチャート、第４図は同
デジタル秤のアナログ系における動特性を示す図であ
る。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】重量変化を伴わない被測定物に対する荷重
検出部の出力をローパスフィルタを介してA/D変換して
測定値とし、その測定値が整定するまでの過渡状態にお
ける所定時間間隔ごとに連続的に出力する測定値出力手
段と、測定値出力手段から出力された有限個の測定値に、前記
ローパスフィルタの動特性に基づいて予め各測定値に設
定されている係数を乗算し、かつ、各測定値ごとのこの
乗算結果を積算して被測定物の推定重量を演算する演算
手段と、演算手段が所定回数の測定値の乗算を行い乗算結果の積
算を終了すると、この積算結果を表示部等に出力する計
量結果出力手段と、からなることを特徴とするデジタル秤。