JPH0943034A - Electronic balance - Google Patents

Electronic balance

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JPH0943034A
JPH0943034A JP19141895A JP19141895A JPH0943034A JP H0943034 A JPH0943034 A JP H0943034A JP 19141895 A JP19141895 A JP 19141895A JP 19141895 A JP19141895 A JP 19141895A JP H0943034 A JPH0943034 A JP H0943034A
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JP
Japan
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polarity
circuit
signal
displacement
digital
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JP19141895A
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Japanese (ja)
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Yoshimasa Takahashi
良昌 高橋
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Shimadzu Corp
Original Assignee
Shimadzu Corp
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Publication date
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  • Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain an electronic balance of full digital type which has less error of quantization and high resolution by providing an absolute value circuit, etc., for converting a displacement detection signal of a balance stem into a signal with single polarity. SOLUTION: The rotational displacement of a balance stem 1 due to a load W to be measured is detected by a displacement detector 4, and an absolute circuit converts the displacement detection signal into a signal with single polarity. A single-polarity function converting circuit perfroms a specified function- computation by means of the output of the absolute value circuit as parameter and the output is digitized through an A/D converter. A digital computing section perfroms a conversion approximately reverse to the single-polarity function converting circuit by using the digital converted data as parameter. Then, it is converted into a data that is given a polarity corresponding to the judgment of the polarity of displacement detection signal, and the level of a feedback current to be supplied to a solenoid coil 2 is determined through a PID (proportion, integration, differentiation) computation. Thus, a highly accurate weighing result can be obtained by using a comparatively low-resolution A/D converter.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は電磁力平衡型の電子
天びんに関し、更に詳しくは、天びん桿の変位検出結果
をデジタル変換するとともに、そのデジタルデータを用
いた演算により、電磁コイルに流すべきフィードバック
電流値を決定する、いわゆるフルデジタル方式の電子天
びんに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an electromagnetic force balance type electronic balance, and more specifically, it performs digital conversion of the displacement detection result of a balance rod and performs feedback using an operation using the digital data. The present invention relates to a so-called fully digital electronic balance that determines a current value.

【0002】[0002]

【従来の技術】電磁力平衡型の電子天びんにおいては、
一般に、被測定荷重が作用することによって生じる天び
ん桿のバランス点からのずれを変位検出器で検出し、そ
の検出結果に応じた電流を、静磁場内に置かれたコイル
(電磁コイル)に流すことによって、被測定荷重に対応
した電磁力を発生して天びん桿をバランスさせるサーボ
系を備えており、そのバランス状態において電磁コイル
に流れる電流の大きさから、被測定荷重の大きさを求め
る。実際の計量表示値は、その刻々のコイル電流の計測
結果を平均化処理等のデータ処理を施して求める。な
お、このようなサーボ系においては、通常、電磁コイル
に流すべきフィードバック電流値は、変位検出結果をP
ID(比例・積分・微分)演算することによって決定す
る。
2. Description of the Related Art In an electronic balance of the electromagnetic force balance type,
Generally, the displacement detector detects the deviation from the balance point of the balance rod caused by the load to be measured, and the current according to the detection result is applied to the coil (electromagnetic coil) placed in the static magnetic field. Thus, a servo system that balances the balance rod by generating an electromagnetic force corresponding to the load to be measured is provided, and the size of the load to be measured is obtained from the amount of current flowing through the electromagnetic coil in the balanced state. The actual measurement display value is obtained by performing data processing such as averaging processing on the measurement result of the coil current every moment. In such a servo system, normally, the feedback current value to be passed through the electromagnetic coil is P based on the displacement detection result.
It is determined by performing ID (proportional / integral / derivative) calculation.

【0003】このような電磁力平衡型の電子天びんにお
いては、従来、天びん桿の変位検出結果をA−D変換し
た後、デジタル演算によってPID演算する、いわゆる
フルデジタル方式のものは市販されておらず、基本的に
は、アナログPID演算によってフィードバック値を決
定しており、平均化処理を行うためのデータ処理部で用
いるデータは、フィードバック電流を電圧変換した信号
ないしはアナログPID演算結果をA−D変換器でデジ
タル化することによって得ている。
In such an electromagnetic force balance type electronic balance, a so-called full digital system in which PID calculation is performed by digital calculation after A-D conversion of the displacement detection result of the balance rod has been conventionally available on the market. Basically, the feedback value is determined by the analog PID calculation, and the data used in the data processing unit for performing the averaging process is the signal obtained by converting the feedback current into a voltage or the analog PID calculation result by A-D. It is obtained by digitizing with a converter.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】上記したようなアナロ
グPID演算処理を用いたサーボ系と、フィードバック
値をデジタル化するA−D変換器を備えた電子天びんで
は、サーボ系とA−D変換器の双方に高い安定度が要求
され、分解能、応答性、安定性の全てを同時に得ること
が困難である。
In the electronic balance having the servo system using the analog PID arithmetic processing as described above and the A-D converter for digitizing the feedback value, the servo system and the A-D converter are used. Both of these require high stability, and it is difficult to obtain all of resolution, responsiveness, and stability at the same time.

【0005】ところで、フルデジタル方式の電子天びん
が実用化されていない主たる理由は、A−D変換に伴う
量子化誤差を低減することが困難な点にある。このよう
な量子化誤差は、測定精度を低下させるとともに、サー
ボ系に不感帯やヒステリシスを生じさせる原因ともな
る。
By the way, the main reason why the full digital electronic balance has not been put to practical use is that it is difficult to reduce the quantization error caused by the A-D conversion. Such a quantization error not only lowers the measurement accuracy but also causes a dead zone or hysteresis in the servo system.

【0006】すなわち、変位検出信号をA−D変換器で
デジタル化する場合、A−D変換器の量子化レベル以下
の信号の変化があってもデジタル信号には反映しない。
このようなデジタル信号を用いてPID演算等を施し、
その演算結果によってフィードバック値を決定する場
合、デジタル化されないレベルの偏差が残り、サーボ系
に不感帯およびヒステリシスが生じる。このような問題
を解消し、あるいは軽減するためには、A−D変換器と
して、入力範囲が広く、かつ、高い分解能を持つものを
用いる必要があるが、このような高分解能で広いダイナ
ミックレンジを持つA−D変換器は極めて高価であるば
かりでなく、変換時間が長くなって応答性が低下すると
いう問題がある。
That is, when the displacement detection signal is digitized by the AD converter, even if the signal changes below the quantization level of the AD converter, it is not reflected in the digital signal.
PID calculation is performed using such a digital signal,
When the feedback value is determined based on the result of the calculation, a non-digitized level deviation remains, and a dead zone and hysteresis occur in the servo system. In order to solve or reduce such a problem, it is necessary to use an A / D converter having a wide input range and a high resolution, but such a high resolution and a wide dynamic range. Not only is the A-D converter having the above description extremely expensive, but there is a problem that the conversion time becomes long and the responsiveness deteriorates.

【0007】ここで、一般のサーボコントロールの分野
においては、従来、偏差の検出とその検出信号の増幅に
際し、非線形の関数変換を行うことにより、所要レベル
範囲の信号の利得を他のレベルの信号に比して大きくす
ることが常用されている。このような技術をフルデジタ
ル方式の電磁力平衡型の電子天びんに適用するとすれ
ば、A−D変換器の分解能を有効に使うために、偏差、
つまり天びん桿の変位検出値を関数変換回路に導き、そ
の関数変換回路により、変位検出値が0に近いほど増幅
利得を大きくしたうえでA−D変換器に導いてデジタル
化した後、デジタル演算処理によって所要の演算を行う
ことで、高分解能のフィードバック電流値を求める方式
が考えられる。
Here, in the field of general servo control, conventionally, when the deviation is detected and the detected signal is amplified, a non-linear function conversion is performed, so that the gain of the signal in the required level range is changed to the signal of another level. It is commonly used to be larger than. If such a technique is applied to a full digital electromagnetic force balance type electronic balance, in order to effectively use the resolution of the AD converter, the deviation,
In other words, the displacement detection value of the balance rod is guided to the function conversion circuit, and the function conversion circuit increases the amplification gain as the displacement detection value becomes closer to 0, and then leads it to the AD converter to be digitized and then digitally calculated. A method is conceivable in which a high-resolution feedback current value is obtained by performing a required calculation by processing.

【0008】ところが、このような方式を採用するため
には高精度の関数変換回路が必要であることは言うまで
もないが、高精度の関数変換回路は複雑で、しかも、入
力値の正負両極性に対して対称な特性を持たすための工
夫が必要であり、開発コストを含めて高価なものとなっ
てしまうという問題がある。
However, it goes without saying that a high-precision function conversion circuit is required to adopt such a system, but a high-precision function conversion circuit is complicated, and moreover, the input value has positive and negative polarities. On the other hand, it is necessary to devise to have symmetrical properties, and there is a problem that it becomes expensive including the development cost.

【0009】本発明はこのような実情に鑑みてなされた
もので、簡単な関数変換回路を用いて、天びん桿の変位
量が0に近いほどその検出信号の増幅利得を大きくして
A−D変換器に導くことができ、もって比較的低分解能
のA−D変換器を用いたフルデジタル方式の電子天びん
で、しかも量子化誤差の少ない高分解能の電子天びんの
提供することにある。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and a simple function conversion circuit is used to increase the amplification gain of the detection signal as the displacement amount of the balance rod becomes closer to 0. It is an object of the present invention to provide a fully digital electronic balance that can be led to a converter and thus has a relatively low resolution AD converter and a high resolution electronic balance with a small quantization error.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明の電子天びんは、図1に例示するように、被
測定荷重Wによる天びん桿1の回転変位を変位検出器4
によって検出し、その変位検出結果に応じて電磁コイル
2に流すフィードバック電流の大きさを制御することに
より、被測定荷重Wに対応する電磁力を発生して天びん
桿1をバランスさせるサーボ系10を備え、そのバラン
ス状態で電磁コイル2に流れる電流値から被測定荷重W
の大きさを求める電子天びんにおいて、サーボ系10
が、変位検出器4による変位検出信号を入力して、片極
性の信号に変換する絶対値回路12およびその変位検出
信号の極性判別手段(12)と、その絶対値回路12の
出力を入力し、入力信号をパラメータとして所定の関数
演算を行う片極性関数変換回路13と、その片極性関数
変換回路13の出力をデジタル化するA−D変換器14
と、そのA−D変換器14からのデジタル変換データと
変位検出信号の極性判別結果を入力し、デジタル変換デ
ータをパラメータとして片極性関数変換回路13と略逆
の変換を行い、かつ、極性判別結果に応じた極性を付与
したデータに変換した後、その変換後のデータを用いて
電磁コイル2に供給すべきフィードバック電流の大きさ
を決定するデジタル演算手段15を含んでいることによ
って特徴づけられる。
In order to achieve the above object, the electronic balance of the present invention, as illustrated in FIG. 1, detects the rotational displacement of the balance rod 1 due to the load W to be measured as a displacement detector 4.
The servo system 10 for balancing the balance rod 1 by generating an electromagnetic force corresponding to the load W to be measured by controlling the magnitude of the feedback current flowing through the electromagnetic coil 2 according to the displacement detection result. The measured load W from the current value flowing in the electromagnetic coil 2 in the balance state
In an electronic balance that seeks the size of
Is an input of the absolute value circuit 12 for inputting the displacement detection signal from the displacement detector 4 and converting it into a unipolar signal and the polarity determining means (12) for the displacement detection signal, and the output of the absolute value circuit 12. , A unipolar function conversion circuit 13 that performs a predetermined function operation using the input signal as a parameter, and an AD converter 14 that digitizes the output of the unipolar function conversion circuit 13.
And the polarity determination result of the digital conversion data and the displacement detection signal from the A / D converter 14 are input, the conversion is performed approximately reverse to that of the unipolar function conversion circuit 13 using the digital conversion data as a parameter, and the polarity determination is performed. It is characterized by including a digital operation means 15 for converting the data to which the polarity is added according to the result and then determining the magnitude of the feedback current to be supplied to the electromagnetic coil 2 by using the converted data. .

【0011】ここで、デジタル演算手段15による、逆
変換および極性付与後のデータを用いた、フィードバッ
ク電流の大きさを決定するための演算は、例えば通常の
PID演算等を採用することができる。
Here, the operation for determining the magnitude of the feedback current using the data after the inverse conversion and the polarity application by the digital operation means 15 can adopt, for example, a normal PID operation.

【0012】[0012]

【作用】本発明は、片極性の関数変換回路は簡単な回路
構成のもとに高精度のものを得ることができる点、およ
び、片極性であるが故に正負両極性での対称性について
は一切考慮する必要がない点を利用し、変位検出器4の
出力をそのまま関数変換するのではなく、これを一旦絶
対値回路12によって片極性信号に変換した後、片極性
関数変換回路13によって所要の関数変換を施し、その
変換後の片極性アナログ信号をA−D変換器14でデジ
タル化する。そして、そのA−D出力を、デジタル演算
によって片極性関数変換回路13とは略逆の関数変換を
施すとともに、変位検出信号の極性判別結果に応じた極
性を付与したデータに変換する。
According to the present invention, a unipolar function conversion circuit can be obtained with high precision under a simple circuit configuration, and since it is unipolar, the symmetry in both positive and negative polarities is It is not necessary to convert the output of the displacement detector 4 into a function as it is by utilizing the fact that there is no need to consider it at all. Function conversion is performed, and the unipolar analog signal after the conversion is digitized by the AD converter 14. Then, the A-D output is subjected to a function conversion, which is almost the reverse of that of the unipolar function conversion circuit 13 by digital calculation, and is converted into data to which a polarity is given according to the polarity determination result of the displacement detection signal.

【0013】このようにして得られたデジタルデータ
は、片極性関数変換回路13によって変位検出結果の所
要レベルが他のレベルに比して高利得化されて、相対的
に高分解能のもとにA−D変換された後、略逆変換によ
って変位検出器4の出力特性と一致するように戻され、
かつ、本来の極性が付与されたデータとなり、従ってこ
のようなデータを用いてフィードバック電流を決定する
と、天びん桿1の微小変位、つまり微小偏差に対するA
−D変換分解能を相対的に向上させたうえでサーボコン
トロールが行われ、よって比較的分解能の低いA−D変
換器を用いて、しかも高精度でスムーズな平衡動作と、
量子化誤差の小さい高分解能の計量値を得ることができ
る。また、A−D変換器14は片極性のアナログ信号を
デジタル化すればよいため、通常に使用する場合に比し
て入力電圧幅が1/2となって、そのビット数は実質的
に1ビット分増加すると見なすことができる。
The digital data obtained in this manner is subjected to a unipolar function conversion circuit 13 so that the required level of the displacement detection result is made higher in gain than the other levels, so that the digital data has a relatively high resolution. After being A-D converted, it is returned by substantially reverse conversion so as to match the output characteristic of the displacement detector 4,
Moreover, the data is given the original polarity. Therefore, if the feedback current is determined by using such data, a minute displacement of the balance rod 1, that is,
Servo control is performed after relatively improving the -D conversion resolution, and therefore, using an AD converter with a relatively low resolution, high-precision and smooth balanced operation,
It is possible to obtain a high-resolution metric with a small quantization error. Further, since the A / D converter 14 only has to digitize a unipolar analog signal, the input voltage width becomes 1/2 as compared with the case where it is normally used, and the number of bits thereof is substantially 1. It can be regarded as increasing by a bit.

【0014】[0014]

【発明の実施の形態】図1は本発明の実施の形態の全体
構成を模式的に示すブロック図で、図2はその各部の入
出力特性を示すグラフである。
1 is a block diagram schematically showing an overall configuration of an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a graph showing an input / output characteristic of each part thereof.

【0015】被測定荷重Wが負荷される測定皿1aは、
支点1bを中心として回動自在の天びん桿1の一端部に
支承されている。この天びん桿1の他端部近傍には、巻
き枠2aを介して電磁コイル2が巻回されている。この
電磁コイル2は、永久磁石3aを主体とする磁気回路3
が作る静磁場中に配置されており、そこに流れる電流の
大きさに応じた電磁力を発生する。
The measuring dish 1a on which the load W to be measured is loaded is
It is supported on one end of a balance rod 1 which is rotatable around a fulcrum 1b. An electromagnetic coil 2 is wound around the other end of the balance rod 1 via a winding frame 2a. The electromagnetic coil 2 includes a magnetic circuit 3 mainly composed of a permanent magnet 3a.
It is placed in the static magnetic field created by, and generates an electromagnetic force according to the magnitude of the current flowing there.

【0016】天びん桿1の他端部の先端には、例えば光
学的手段によって天びん桿1の回転角度変位θを非接触
で検出する変位検出器4が配設されており、この変位検
出器4の出力は変位変換回路11に導入され、天びん桿
1の回転角度変位θに比例した電圧信号E(θ)に変換
される(図2(A)参照)。
At the tip of the other end of the balance rod 1, there is arranged a displacement detector 4 for detecting the rotational angle displacement θ of the balance rod 1 by optical means, for example, in a non-contact manner. Is introduced into the displacement conversion circuit 11 and converted into a voltage signal E (θ) proportional to the rotational angle displacement θ of the balance rod 1 (see FIG. 2A).

【0017】変位変換回路11の出力E(θ)は絶対値
回路12に導かれ、片極性のアナログ信号A(E)=|
E(θ)|=E(|θ|)に変換され(図2(B)参
照)、同時に、その入力信号E(θ)の極性判別信号、
つまりE(θ)/|E(θ)|に基づき、例えばE>0
でP=1,E<0でP=0の信号を得る。
The output E (θ) of the displacement conversion circuit 11 is guided to the absolute value circuit 12, and a unipolar analog signal A (E) = |
E (θ) | = E (| θ |) (see FIG. 2 (B)), and at the same time, the polarity determination signal of the input signal E (θ),
That is, based on E (θ) / | E (θ) |, for example, E> 0
Then, a signal of P = 0 is obtained with P = 1 and E <0.

【0018】絶対値回路12の出力E(|θ|)は片極
性関数変換回路13にに導入され、|θ|を変数とした
所要の関数出力G{|θ|}に変換される。この片極性
関数変換回路13は、θが小さい部分で利得∂G/∂θ
が大きく、θが大きくなる程利得∂G/∂θを小さくす
るような関数演算を行うもので、図2(C)に例示する
ような折れ線関数を採用することができる。
The output E (| θ |) of the absolute value circuit 12 is introduced into the unipolar function conversion circuit 13 and converted into a required function output G {| θ |} with | θ | as a variable. The unipolar function conversion circuit 13 has a gain ∂G / ∂θ in a portion where θ is small.
Is larger and θ is larger, the gain ∂G / ∂θ is smaller. Therefore, a polygonal line function as illustrated in FIG. 2C can be adopted.

【0019】絶対値回路12と片極性関数変換回路13
の具体的な回路構成の一例を図3に示し、その各部の信
号波形の例を表すタイムチャートを図4に示す。図3に
示すように、絶対値回路12は2つの差動増幅器とダイ
オードによって構成された公知の回路であり、また、片
極性関数変換回路13はローセレクト回路と称される比
較的簡単な回路であって、しかも、高精度の折れ線関数
変換を行うことができる。また、図3の絶対値回路12
において、図中EAOで示した、前段の差動増幅器と各ダ
イオードの接続点から、入力信号Einの極性を容易に判
別するための信号を取り出すことができる。
The absolute value circuit 12 and the unipolar function conversion circuit 13
FIG. 3 shows an example of a concrete circuit configuration of the above, and FIG. 4 shows a time chart showing an example of the signal waveform of each part thereof. As shown in FIG. 3, the absolute value circuit 12 is a known circuit composed of two differential amplifiers and a diode, and the unipolar function conversion circuit 13 is a relatively simple circuit called a row select circuit. Moreover, it is possible to perform highly accurate polygonal line function conversion. In addition, the absolute value circuit 12 of FIG.
In the figure, a signal for easily discriminating the polarity of the input signal E in can be taken out from the connection point between the differential amplifier at the preceding stage and each diode shown by E AO in the figure.

【0020】さて、片極性関数変換回路13の出力G
{|θ|}はA−D変換器14に導入されてデジタル化
され、|θ|を変数としたデジタル信号G{|θ|}
DIG を得る。
Now, the output G of the unipolar function conversion circuit 13
{| Θ |} is introduced into the A / D converter 14 and digitized, and a digital signal G {| θ |} with | θ | as a variable is used.
Get DIG .

【0021】このデジタル信号G{|θ|}DIG は、絶
対値回路12からの極性判別信号Pとともに、デジタル
演算処理部15に取り込まれる。デジタル演算処理部1
5は、デジタル信号G{|θ|}DIG と極性判別信号P
をパラメータとして、前記した片極性関数変換回路13
と逆の関数変換を行い、かつ、その変換後のデータにP
に応じた極性を付与したデータH(θ)DIG を得るデジ
タル関数変換部15aと、そのデジタル関数変換部15
aからのデータH(θ)DIG に対して、PID(比例、
積分,微分)演算を施すことにより、デジタルフィード
バック値F(θ)DIG を求めるデジタルPID演算部1
5b、および、刻々のフィードバック値F(θ)DIG
ら計量表示値を決定するための計量値演算部15cによ
って構成されている。なお、このデジタル演算処理部1
5は、図1においては機能ごとのブロック図で示してい
るが、実際にはこれらの機能を達成するプログラムを有
するマイクロコンピュータによって構成されている。
This digital signal G { │θ│ } DIG is taken into the digital arithmetic processing section 15 together with the polarity discriminating signal P from the absolute value circuit 12. Digital arithmetic processing unit 1
5 is a digital signal G {| θ |} DIG and a polarity discrimination signal P
As a parameter, the unipolar function conversion circuit 13 described above is used.
The function conversion opposite to that is performed, and P
And a digital function conversion unit 15a for obtaining data H (θ) DIG with polarity according to
PID (proportional, to data H (θ) DIG from a
Digital PID calculation unit 1 that obtains a digital feedback value F (θ) DIG by performing integral (differential) calculation
5b and a weighing value calculation unit 15c for determining a weighing display value from the feedback value F (θ) DIG every moment. In addition, this digital arithmetic processing unit 1
In FIG. 1, 5 is shown as a block diagram for each function, but actually it is constituted by a microcomputer having a program that achieves these functions.

【0022】ここで、デジタル関数変換部15aにおけ
る関数変換においては、図2(D)に示すように、片極
性関数変換回路13による関数変換と逆の関数変換によ
り、天びん桿1の変位量θに対してほぼ直線的に比例す
るデータを得て、θに対するデータH(θ)DIG の出力
特性を実質的に変位変換回路11の出力特性に戻すわけ
であるが、このとき、θがある値を越えると利得が急激
に減少してその出力が飽和する形とすることが望まし
い。
Here, in the function conversion in the digital function conversion section 15a, as shown in FIG. 2D, the displacement amount θ of the balance rod 1 is obtained by the function conversion reverse to the function conversion by the unipolar function conversion circuit 13. Is obtained, the output characteristic of the data H (θ) DIG with respect to θ is substantially returned to the output characteristic of the displacement conversion circuit 11. At this time, θ has a certain value. It is desirable that the gain be sharply reduced and the output be saturated when the value exceeds.

【0023】デジタルPID演算部15bからのデジタ
ルフィードバック値F(θ)DIG は、D−A変換器16
によってアナログ化された後、電圧/電流変換回路17
によって電流値に変換され、電磁コイル2にフィードバ
ック電流として流される。また、このデジタルフィード
バック値F(θ)DIG は計量値算出部15cに導かれ、
この計量値算出部15cでは刻々のフィードバック値F
(θ)DIG を平均化する等によって、計量表示値を算出
する。
The digital feedback value F (θ) DIG from the digital PID calculator 15b is the DA converter 16
After being analogized by the voltage / current conversion circuit 17
Is converted into a current value by the electromagnetic wave, and is fed as a feedback current to the electromagnetic coil 2. Further, this digital feedback value F (θ) DIG is guided to the measurement value calculation unit 15c,
In this measurement value calculation unit 15c, the feedback value F is changed every moment.
(Θ) Calculate the measured value by averaging DIG .

【0024】以上の構成によると、天びん桿1の変位θ
の検出結果は、その値が0に近いほど相対的に高利得と
なるように関数変換されたうえでA−D変換され、その
デジタル変換データがデジタル演算によって逆変換され
てPID演算に供されるため、微小偏差に対するA−D
変換の分解能が相対的に向上した状態でフィードバック
値が決定されることになり、実質的にA−D変換器14
の量子化誤差が少なくなり、A−D変換器14の分解能
が低くても高精度でスムーズな平衡動作が得られるとと
もに、高分解能の計量値を得ることができる。そして、
変位検出信号の関数変換は、絶対値回路12により片極
性信号に変換されたうえで、片極性関数変換回路13に
よって行われるため、簡単な回路構成のもとに高精度の
関数変換が可能となる。
According to the above configuration, the displacement θ of the balance rod 1
The detection result of A is converted into a function so that the closer the value is to 0, the higher the gain becomes, and then A / D converted. The digital conversion data is inversely converted by digital calculation and used for PID calculation. Therefore, A-D for small deviations
The feedback value is determined with the conversion resolution relatively improved, and the A / D converter 14 is substantially used.
, The quantization error is reduced, and even if the resolution of the AD converter 14 is low, a highly accurate and smooth balanced operation can be obtained, and a high-resolution metric value can be obtained. And
Since the function conversion of the displacement detection signal is performed by the unipolar function conversion circuit 13 after being converted into the unipolar signal by the absolute value circuit 12, it is possible to perform highly accurate function conversion based on a simple circuit configuration. Become.

【0025】また、A−D変換器14には常に片極性の
アナログ信号のみが入力するため、通常に使用する場合
に比して入力電圧幅が1/2となる。このことは、同じ
A−D変換器を用いる場合、従来の使用方法に比べて実
質的にそのビット数が1ビット分だけ増加することを意
味する。
Further, since only a unipolar analog signal is always input to the A / D converter 14, the input voltage width becomes 1/2 as compared with the case of normal use. This means that when the same AD converter is used, the number of bits is substantially increased by 1 bit as compared with the conventional usage.

【0026】なお、以上の実施の形態においては、片極
性関数変換回路13を折れ線関数変換回路としたが、本
発明はこれに限定されず、例えば対数変換等、入力信号
が小さいほど高利得となるような関数変換を行うもので
あれば、任意のものを用いることができる。
In the above embodiment, the unipolar function conversion circuit 13 is a polygonal function conversion circuit. However, the present invention is not limited to this, and for example, logarithmic conversion, the smaller the input signal, the higher the gain. Any function can be used as long as it performs such a function conversion.

【0027】また、デジタル演算処理部15において、
デジタル関数変換部を経たデータを用いてフィードバッ
ク値を算出するために、上記した実施の形態においては
PID演算を施した例を示したが、本発明はこれに限定
されず、従来のある種の電子天びんにおいて用いられて
いるような、例えばPI演算、あるいはPD演算によっ
てフィードバック値を算出してもよいことは勿論であ
る。
Further, in the digital arithmetic processing section 15,
In order to calculate the feedback value using the data that has passed through the digital function conversion unit, an example in which the PID calculation is performed has been shown in the above-described embodiment, but the present invention is not limited to this, and a certain conventional method is used. Needless to say, the feedback value may be calculated by, for example, PI calculation or PD calculation as used in the electronic balance.

【0028】[0028]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
天びん桿1の変位検出信号を絶対値回路で片極性信号に
変換した後、簡単な回路構成によって高精度の関数変換
を行うことのできる片極性関数変換回路によって所要の
関数変換を施し、その変換後のアナログ信号をA−D変
換器でデジタル化して、変位検出信号の極性判別結果と
あわせてデジタル変位情報を得るため、簡単な回路を追
加するだけで、比較的低い分解能のA−D変換器を用い
て、スムーズな平衡動作と高精度の秤量結果を得ること
ができのできるフルデジタル方式の電子天びんが得られ
る。ここで、絶対値回路と片極性関数変換回路によって
変位検出信号を関数変換するため、得られる変換出力は
偏差の極性に対して必然的に対称となり、この点におい
ても有利である。
As described above, according to the present invention,
After the displacement detection signal of the balance rod 1 is converted into a unipolar signal by the absolute value circuit, the required function conversion is performed by the unipolar function conversion circuit that can perform highly accurate function conversion with a simple circuit configuration. The subsequent analog signal is digitized by an A / D converter, and digital displacement information is obtained together with the polarity determination result of the displacement detection signal. Therefore, by adding a simple circuit, A / D conversion with a relatively low resolution is performed. It is possible to obtain a fully digital electronic balance that can obtain a smooth equilibrium operation and highly accurate weighing results using a measuring instrument. Here, since the displacement detection signal is function-converted by the absolute value circuit and the unipolar function conversion circuit, the obtained conversion output is necessarily symmetrical with respect to the polarity of the deviation, which is also advantageous in this respect.

【0029】また、A−D変換器には常に片極性のアナ
ログ信号が入力されるため、その入力電圧幅は従来に比
して1/2となり、ビット数を実質的に1ビット分だけ
大きいものを用いるのと同じ効果が得られる。
Further, since the unipolar analog signal is always input to the A / D converter, the input voltage width is 1/2 that of the conventional one, and the number of bits is substantially larger by one bit. You can get the same effect as using one.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の実施の形態の全体構成を模式的に示す
ブロック図
FIG. 1 is a block diagram schematically showing an overall configuration of an embodiment of the present invention.

【図2】その各部の入出力信号特性を示すグラフFIG. 2 is a graph showing the input / output signal characteristics of each part.

【図3】絶対値回路12と片極性関数変換回路13の具
体的例を示す回路構成図
FIG. 3 is a circuit configuration diagram showing specific examples of an absolute value circuit 12 and a unipolar function conversion circuit 13.

【図4】図3の各部の信号波形の例を示すタイムチャー
FIG. 4 is a time chart showing an example of signal waveforms of respective parts in FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 天びん桿 1a 測定皿 1b 支点 2 電磁コイル 3 磁気回路 4 変位検出器 11 変位変換回路 12 絶対値回路 13 片極性関数変換回路 14 A−D変換器 15 デジタル演算処理部 15a デジタル関数変換部 15b デジタルPID演算部 15c 計量値算出部 16 D−A変換器 17 電圧/電流変換回路 1 Balance Rod 1a Measuring Plate 1b Support Point 2 Electromagnetic Coil 3 Magnetic Circuit 4 Displacement Detector 11 Displacement Conversion Circuit 12 Absolute Value Circuit 13 Unipolar Function Conversion Circuit 14 A-D Converter 15 Digital Operation Processor 15a Digital Function Converter 15b Digital PID calculation unit 15c Weighted value calculation unit 16 DA converter 17 Voltage / current conversion circuit

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 被測定荷重による天びん桿の回転変位を
変位検出器によって検出し、その変位検出結果に応じて
電磁コイルに流すフィードバック電流の大きさを制御す
ることにより、被測定荷重に対応する電磁力を発生して
上記天びん桿をバランスさせるサーボ系を備え、そのバ
ランス状態で上記電磁コイルに流れる電流値から被測定
荷重の大きさを求める電子天びんにおいて、上記サーボ
系は、上記変位検出器による変位検出信号を入力して片
極性の信号に変換する絶対値回路およびその変位検出信
号の極性判別手段と、その絶対値回路の出力を入力し、
入力信号をパラメータとして所定の関数演算を行う片極
性関数変換回路と、その片極性関数変換回路の出力をデ
ジタル化するA−D変換器と、そのA−D変換器からの
デジタル変換データと上記変位検出信号の極性判別結果
を入力し、デジタル変換データをパラメータとして上記
片極性関数変換回路と略逆の変換を行い、かつ、極性判
別結果に応じた極性を付与したデータに変換した後、そ
の変換後のデータを用いて上記電磁コイルに供給すべき
フィードバック電流の大きさを決定するデジタル演算手
段を含むことを特徴とする電子天びん。
1. A load to be measured is detected by detecting a rotational displacement of a balance rod due to a load to be measured by a displacement detector and controlling a magnitude of a feedback current flowing through an electromagnetic coil according to the displacement detection result. In an electronic balance that is provided with a servo system that generates an electromagnetic force to balance the balance rod, and in which the magnitude of the load to be measured is obtained from the value of the current flowing in the electromagnetic coil in the balanced state, the servo system includes the displacement detector. The absolute value circuit for inputting the displacement detection signal by and converting it into a unipolar signal and the polarity determining means for the displacement detection signal, and the output of the absolute value circuit are input,
A unipolar function conversion circuit that performs a predetermined function operation using an input signal as a parameter, an AD converter that digitizes the output of the unipolar function conversion circuit, digital conversion data from the AD converter, and the above After inputting the polarity determination result of the displacement detection signal, the digital conversion data is used as a parameter to perform a conversion substantially opposite to that of the unipolar function conversion circuit, and after conversion to data with a polarity according to the polarity determination result, the An electronic balance comprising: a digital arithmetic means for determining the magnitude of a feedback current to be supplied to the electromagnetic coil using the converted data.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2003014577A1 (en) * 2001-08-05 2003-02-20 Woodworth Raymond D Rotary servovalve and control system
JP2013002941A (en) * 2011-06-16 2013-01-07 Ishida Co Ltd Measurement system

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