TWI472723B - 重量感測電路 - Google Patents

Description

重量感測電路

本發明係有關一種重量感測裝置，特別是一種能自我校準的重量感測裝置。

不論在工業、商業、或日常生活領域中，常常需要使用秤作為重量的評估。在現有技術中，四腳秤(例如，體重秤)通常利用在秤的四個角落分別配置壓力感應器，透過分析四個壓力感應器所輸出之的訊號可得到一相對應之數據。換言之，透過類比/數位轉換器(ADC)將壓力變化之物理量轉換為一相對應之重量數據，供使用者或控制器判讀之。

然而，如圖1所示，在現有技術中，四個壓力感應器係透過全橋電路之方式連接，此種連接方式之下若四個壓力感應器批配不良，容易形成偏移(offset)電壓的產生，若搭配放大器之配置，在未秤重的情況下，偏移電壓有可能接近飽合狀態，因此無法進行秤重量測。再者，除了量測得之數據具有相當高比例之誤差之外，此種全橋之連接方式僅輸出兩個差動訊號(V+、以及V-)，兩個差動訊號僅能反應四個壓力感應器變化的總和，並無法精確的判斷出哪個壓力感應器出現較大誤差，在校正與特性補償上較為困難。

在現有技術中，若要量產以全橋方式配置壓力感應器之四腳秤，急需克服的困境在於全橋電路的偏載問題。因製程差異，每一個壓力感應器的靈敏度不一致而產生偏載問題，目前僅能透過人工配對將四 個壓力感應器之誤差控制在預設值以內，不僅工序繁雜、人力成本增加，更增加了不可預知的人為因素所導致之品質問題。

本發明的目的為提供一種重量感測電路，包括：多個壓力感應器，每一該壓力感應器包含一第一端，每一該第一端輸出一與重量成比例之類比訊號至一處理器；以及一參考源，產生一參考訊號；其中，該處理器基於該些類比訊號以及該參考訊號產生一重量值，相鄰之該壓力感應器所產生之該類比訊號為彼此相位相反。

200‧‧‧重量感測電路

202_1~202_4‧‧‧壓力感應器

204_1~204_4‧‧‧第一端

206_1~206_4‧‧‧類比訊號

208_1~208_4‧‧‧開關

210‧‧‧處理器

212‧‧‧訊號切換器

214‧‧‧差動放大器

216‧‧‧類比/數位轉換器

218‧‧‧數位/類比轉換器

以下結合附圖和具體實施例對本發明的技術方法進行詳細的描述，以使本發明的特徵和優點更為明顯。其中：圖1所示為先前技術之重量感測裝置之壓力感應器配置示意圖。

圖2所示為根據本發明一實施例之重量感測電路示意圖。

圖3所示為根據本發明示於圖2之重量感測電路之相關訊號波形圖。

以下將對本發明的實施例給出詳細的說明。雖然本發明將結合實施例進行闡述，但應理解這並非意指將本發明限定於這些實施例。相反，本發明意在涵蓋由後附申請專利範圍所界定的本發明精神和範圍內所定義的各種變化、修改和均等物。

此外，在以下對本發明的詳細描述中，為了提供針對本發明的完全的理解，提供了大量的具體細節。然而，於本技術領域中具有通常知識者將理解，沒有這些具體細節，本發明同樣可以實施。在另外的 一些實例中，對於大家熟知的方法、程序、元件和電路未作詳細描述，以便於凸顯本發明之主旨。

圖2所示為根據本發明一實施例之重量感測裝置200示意圖。為解決傳統壓力感應器本身之偏移問題，本發明之重量感測裝置200配置一參考源(例如，數位/類比轉換器218)產生一參考訊號V_BIAS ，利用參考訊號V_BIAS 補償偏移問題。重量感測裝置200包含多個壓力感應器202_1~202_N，為方便說明，本實施例採用四個壓力感應器202_1~202_4作為示例，但本發明並不以此為限，壓力感應器之個數可依照不同需求增減之。

在一實施例中，四個壓力感應器202_1~202_4之電器特性等效為受壓力應變之可變電阻，但本發明並不以此為限，可依照設計者需求使用其他態樣之壓力感應器。在一實施例中，四個壓力感應器202_1~202_4分別包含一第一第一端204_1~204_4，當進行重量量測時，每一第一端204_1~204_4依據壓力感應器202_1~202_4所感應到之重量輸出一與重量成比例之類比訊號206_1~206_4。其中，如圖3所示，相鄰之壓力感應器所產生之類比訊號為彼此相位相反，舉例說明，當壓力感應器202_1之電源輸入方向為正，例如壓力感應器202_1的第二端的輸入電壓大於壓力感應器202_1的第三端輸入電壓，則重量與壓力感應器202_1所輸出之類比訊號206_1之間的變化關係為正向。此時，相鄰的壓力感應器202_2之電源輸入方向為負，例如，壓力感應器202_2的第二端的輸入電壓小於該壓力感應器202_2的第三端的輸入電壓，則重量與壓力感應器202_2所輸出之類比訊號206_2之間的變化關係為反向。換言之，相鄰之壓力感測器間之接法為互相顛倒。

在一實施例中，重量感測裝置200還包含一處理器210，處理器210包含一訊號切換器212、一差動放大器214、以及一類比/數位轉 換器216。訊號切換器212(例如，多工器)接收每一第一端204_1~204_4所輸出之類比訊號206_1~206_4，並選擇性地從類比訊號206_1~206_4中選擇其一輸出至差動放大器214，經過差動放大器214將訊號切換器212所輸出之類比訊號以及一來自參考源(例如，數位/類比轉換器218)之參考訊號V_BIAS 進行差動放大處理後，處理器210透過類比/數位轉換器216將差動放大器214之輸出轉換為一數位重量值，以指示重量感測裝置200所秤得之精確重量。本技術領域之人員可知，在一實施例中，參考源可如圖2所示設置於處理器210外部，在另一實施例中，參考源亦可被內建於處理器210內部，本發明並不以此為限。

在一實施例中，重量感測裝置200還包括多個開關208_1~208_4，開關208_1~208_4之一端係分別耦接至壓力感應器202_1~202_4。在一實施例中，開關208_1~208_4之另一端則耦接至地，但本發明並不以此為限，開關208_1~208_4之另一端可耦接至控制器或其他IC，可依據設計者需求變更之。

舉例說明，在一實施例中，當重量感測裝置200欲出廠時，需進行校正程序，僅需將標準砝碼依序放置在各個壓力感應器202_1~202_4的位置上，重量感測裝置200透過分別讀取每個壓力感應器202_1~202_4所輸出之類比訊號206_1~206_4的訊號量，即可個別校正四個壓力感應器202_1~202_4。具體來說，當校正壓力感應器202_1時，將標準砝碼放置在壓力感應器202_1之上方，同時將開關208_1導通且將開關208_2~208_4斷開。此時，處理器210僅接收第一端204_1所輸出之類比訊號206_1，處理器210基於類比訊號206_1以及參考訊號V_BIAS ，產生一指示標準砝碼之重量之一重量值。可以理解的，處理器210之運作過程如上所述，在此不再贅述。若處理器210所產生之重量值與標準砝碼所標示之值之間具有一誤差，設計者 可紀錄壓力感應器202_1之誤差值(offset)並將此誤差值紀錄在處理器210內。接著，依序將標準砝碼放置於壓力感應器202_2上，同時將開關208_2導通且將開關208_1、208_3~208_4斷開，處理器210此時僅接收第一端204_2所輸出之類比訊號206_2。類似的，處理器210基於類比訊號206_2以及參考訊號V_BIAS 指示一重量值，供設計者判斷是否須針對壓力感應器202_2進行校正。如此依序將開關208_3以及208_4導通，則可完成四個壓力感應器202_1~202_4的校正周期。日後進行秤重時，處理器210依據四個壓力感應器202_1~202_4所校正出的誤差值進行補償，會將此誤差值扣掉以獲得正確之數據。可以理解的，開關208_1~208_4之導通及斷開可受控於一控制器或IC，可由設計者指定為依序導通進行校正或全部導通搭配多工器之配置達到逐一校正之目的。因此，可解決傳統人工配對以及偏載之問題，簡化工序並降低成本。

如上所述，壓力感應器202_1與壓力感應器202_2透過其電源輸入方向不同，所輸出之類比訊號206_1與206_2相位相反，透過處理器210中之訊號切換器212以及差動放大器214可將參考訊號V_BIAS 的飄動互相抵銷，使得處理器210的輸出訊號穩定，並不隨參考訊號V_BIAS 變化飄動。同時，因為溫度的改變，壓力感應器202_1~202_4之電阻可能隨之微量飄動以至於各壓力感應器的量測隨之飄動，透過使相鄰之壓力感應器所產生之類比訊號為彼此相位相反之配置，可兩兩抵銷訊號之飄移，進而改善重量感測電路之精確度。

由於壓力感應器202_1~202_4係獨立地與處理器210連接，在此架構下，處理器210可分別測得每個壓力感應器202_1~202_4所輸出的重量值。在一實施例中，處理器210分別處理四個類比訊號206_1~206_4，將之轉換為四個不同的重量值，控制器即可透過判讀這四個重量值(例如，將這四個重量值進行差值比對、比例比對、或 者是與一預設值進行比較)即可知道目前被秤物是落在哪個位置。若施加壓力至壓力感應器的為手指或筆等，則本發明之重量感測電路則可提供一虛擬按鍵的功能，進而應用在例如電子白板上，使用者在進行白板講解時，可搭配本發明之重量感測電路所提供之虛擬按鍵，進行與電腦之間之溝通。又或者，可應用在電子有聲書上，供讀者可透過按壓配有本發明之重量感測電路之電子有聲書，俾利控制器判讀使用者欲聆聽本頁哪個區塊之資訊。

上文具體實施方式和附圖僅為本發明之常用實施例。顯然，在不脫離權利要求書所界定的本發明精神和發明範圍的前提下可以有各種增補、修改和替換。本領域技術人員應該理解，本發明在實際應用中可根據具體的環境和工作要求在不背離發明準則的前提下在形式、結構、佈局、比例、材料、元素、元件及其它方面有所變化。因此，在此披露之實施例僅用於說明而非限制，本發明之範圍由後附權利要求及其合法等同物界定，而不限於此前之描述。

200‧‧‧重量感測電路

202_1~202_4‧‧‧壓力感應器

204_1~204_4‧‧‧第一端

206_1~206_4‧‧‧類比訊號

208_1~208_4‧‧‧開關

210‧‧‧處理器

212‧‧‧訊號切換器

214‧‧‧差動放大器

216‧‧‧類比/數位轉換器

218‧‧‧數位/類比轉換器

Claims (14)

1. 一種重量感測電路，包括：多個壓力感應器，每一該壓力感應器分別輸出一與重量成比例之類比訊號；以及一處理器，接收該些壓力感應器輸出之該些類比訊號，並與一參考訊號比較產生一重量值；其中，任二相鄰之該壓力感應器所產生之該類比訊號為彼此相位相反。
2. 如請求項第1項所述之重量感測電路，更包括一參考源，產生該參考訊號。
3. 如請求項第2項所述之重量感測電路，其中，該參考訊號由該處理器所產生。
4. 一種重量感測電路，包括：多個壓力感應器，每一該壓力感應器包含一第一端，每一該第一端輸出一與重量成比例之類比訊號至一處理器；以及一參考源，產生一參考訊號；其中，該處理器基於該些類比訊號以及該參考訊號產生一重量值，相鄰之該壓力感應器所產生之該類比訊號為彼此相位相反。
5. 如請求項第4項所述之重量感測電路，其中，該處理器包括：一訊號切換器，接收每一該第一端所輸出之該類比訊號；一差動放大器，接收該類比訊號以及該參考訊號，差動比較該參考訊號以及該類比訊號；一類比/數位轉換器，耦接至該差動放大器，將該差動放大器之輸出轉換為該重量值。
6. 如申請專利範圍第5項的重量感測電路，其中，該訊號切換器包含一多工器。
7. 如申請專利範圍第4項的重量感測電路，進一步包括：多個開關，每一該開關之一端係分別耦接至該些壓力感應器。
8. 如申請專利範圍第7項的重量感測電路，其中，該些開關係受控於一控制器，依序或同時導通。
9. 如申請專利範圍第4項的重量感測電路，其中，該參考源包含一數位/類比轉換器。
10. 一種重量感測電路，包括：一第一壓力感應器，具有一第一端、一第二端以及一第三端；一第二壓力感應器，具有一第一端、一第二端以及一第三端；一訊號切換器，接收該第一壓力感應器以及該第二壓力感應器透過該第一端所分別傳送之類比訊號；一參考源，提供一參考訊號；一處理器，依據該參考訊號以及該些類比訊號產生一重量值；其中，該第一壓力感應器的該第二端的輸入電壓大於該第一壓力感應器的該第三端的輸入電壓，且該第二壓力感應器的該第二端輸入電壓小於該第二壓力感應器的該第三端的輸入電壓。
11. 如申請專利範圍第10項的重量感測電路，其中，該處理器包含一差動放大器，差動比較該參考訊號以及該些類比訊號。
12. 如申請專利範圍第11項的重量感測電路，其中，該處理器進一步包含一類比/數位轉換器，將該差動放大器之一輸出 轉換為該重量值。
13. 如申請專利範圍第10項的重量感測電路，其中，該參考源包含一數位/類比轉換器。
14. 如申請專利範圍第10項的重量感測電路，其中，該訊號切換器包含一多工器。