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基于加速度傳感器的動(dòng)態(tài)稱重信號(hào)實(shí)時(shí)補(bǔ)償裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于加速度傳感器的動(dòng)態(tài)稱重信號(hào)實(shí)時(shí)補(bǔ)償裝置及方法。稱重傳感器由墊片墊高并安裝于安裝底座上，秤臺(tái)、傳感器墊片和加速度傳感器安裝座通過螺栓安裝于稱重傳感器的負(fù)載端，加速度傳感器安裝于加速度傳感器安裝座上，稱重傳感器和加速度傳感器輸出的電信號(hào)接入信號(hào)調(diào)理電路進(jìn)行濾波和放大，最后經(jīng)模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換后輸入DSP信號(hào)處理模塊進(jìn)行信號(hào)處理，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)稱重信號(hào)實(shí)時(shí)補(bǔ)償。本發(fā)明利用加速度傳感器實(shí)時(shí)檢測作用于稱重傳感器上的振動(dòng)干擾信號(hào)并通過信號(hào)融合方法，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)稱重信號(hào)實(shí)時(shí)補(bǔ)償，可適應(yīng)各種動(dòng)態(tài)稱重應(yīng)用，尤其適用于受機(jī)械振動(dòng)影響較大的動(dòng)態(tài)稱重場合。
【專利說明】基于加速度傳感器的動(dòng)態(tài)稱重信號(hào)實(shí)時(shí)補(bǔ)償裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于動(dòng)態(tài)稱重的補(bǔ)償裝置及方法，尤其是涉及一種基于加速度傳感器的動(dòng)態(tài)稱重信號(hào)實(shí)時(shí)補(bǔ)償裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]稱重與現(xiàn)代生產(chǎn)、人們的生活息息相關(guān)，是計(jì)量的一個(gè)重要分支。隨著電子信息技術(shù)的發(fā)展和各行各業(yè)生效率的不斷提高，動(dòng)態(tài)稱重得到了廣泛地應(yīng)用，尤其是以流水線作業(yè)的場合，例如食品加工、醫(yī)療生產(chǎn)、生產(chǎn)計(jì)量、交通運(yùn)輸?shù)取?dòng)態(tài)稱重不僅能縮短作業(yè)時(shí)間，提高生產(chǎn)效率，更能推進(jìn)各行業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化和管理的現(xiàn)代化。
[0003]通常使用稱重測力傳感器將重量(力)轉(zhuǎn)化為微小的電信號(hào)，再通過濾波、放大、AD轉(zhuǎn)換后由各類數(shù)字處理器進(jìn)行信號(hào)處理并計(jì)算出實(shí)際質(zhì)量。動(dòng)態(tài)稱重的主要特點(diǎn)是在被測物或測量環(huán)境處于運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)下短時(shí)間內(nèi)測得被測物的重量。由于動(dòng)態(tài)稱重的上述特點(diǎn)，由傳感器輸出的信號(hào)包含很多干擾信號(hào)，尤其是動(dòng)態(tài)稱重系統(tǒng)的機(jī)械部分帶來的振動(dòng)干擾和電氣部分帶來的電磁輻射干擾。此外，被稱物的類型(質(zhì)量、體積、運(yùn)動(dòng)狀態(tài)等)和稱重速度均會(huì)對(duì)稱重信號(hào)帶來較大的影響。除干擾信號(hào)外，高速動(dòng)態(tài)稱重還受到稱重系統(tǒng)固有的響應(yīng)時(shí)間的限制。綜上所述，動(dòng)態(tài)稱重信號(hào)的特征為:(1)信號(hào)中包含強(qiáng)烈的低頻振動(dòng)信號(hào)，有用信號(hào)和干擾信號(hào)頻譜重疊；(2)干擾信號(hào)的頻譜是時(shí)變的，隨著工況的變化而變化；(3)信號(hào)響應(yīng)時(shí)間長。理論的動(dòng)態(tài)稱重信號(hào)是一個(gè)短時(shí)的階躍信號(hào)，其能量主要在低頻段。高頻干擾可以通過一個(gè)模擬或數(shù)字低通濾波器濾除，但是對(duì)于頻譜重疊且時(shí)變的強(qiáng)烈低頻干擾則不能使用低通濾波器濾除。
[0004]動(dòng)態(tài)稱重系統(tǒng)主要包括機(jī)械本體和稱重信號(hào)采集和處理兩部分。郝智偉、蔣廉申請(qǐng)的中國專利(申請(qǐng)?zhí)?200720034920.0)描述了一種雙條自動(dòng)檢重秤。張繼安申請(qǐng)的中國專利(申請(qǐng)?zhí)?00230980.7)描述了一種自動(dòng)檢測重秤。陸奎榮、趙廣華、吳正詳?shù)热松暾?qǐng)的中國專利(申請(qǐng)?zhí)?201020184124.7)描述了一種新式水果稱重裝置。以上專利均描述不同領(lǐng)域動(dòng)態(tài)稱重的機(jī)械本體。然而，國內(nèi)對(duì)于動(dòng)態(tài)稱重信號(hào)處理方法研究不多。在汽車動(dòng)態(tài)稱重應(yīng)用方面，李麗宏、張劍勇等人申請(qǐng)的中國專利(申請(qǐng)?zhí)?200810097806.1)描述了一種基于速度補(bǔ)償?shù)膭?dòng)態(tài)稱重方法。在水果動(dòng)態(tài)稱重方面，針對(duì)特定的水果稱重裝置，蔡文、侯迪波等人申請(qǐng)的中國專利(申請(qǐng)?zhí)?201010228673.4)描述了采用DSP處理模塊和智能方法的水果稱重分級(jí)系統(tǒng)及稱重方法。上述專利中的水果稱重智能方法采用濾波對(duì)消方法，其將不同速度下果杯空載時(shí)通過稱重段的數(shù)據(jù)作為參考噪聲輸入，這種離線式參考噪聲未能包含實(shí)際動(dòng)態(tài)稱重中物體本身的運(yùn)動(dòng)帶來的各種隨機(jī)振動(dòng)干擾。上述兩個(gè)專利的方法只針對(duì)特定的應(yīng)用，應(yīng)用具有局限性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種基于加速度傳感器的動(dòng)態(tài)稱重信號(hào)實(shí)時(shí)補(bǔ)償裝置及方法，該裝置可實(shí)時(shí)檢測作用在稱重傳感器上的振動(dòng)干擾信號(hào)和包含振動(dòng)干擾信號(hào)的稱重信號(hào)，然后通過實(shí)時(shí)信號(hào)融合方法，對(duì)動(dòng)態(tài)稱重信號(hào)實(shí)時(shí)補(bǔ)償，提高稱重精度。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
一、一種基于加速度傳感器的動(dòng)態(tài)稱重信號(hào)實(shí)時(shí)補(bǔ)償裝置
包括稱重傳感器安裝底座、墊片、稱重傳感器、加速度傳感器安裝座、秤臺(tái)、加速度傳感器、信號(hào)調(diào)理電路和DSP信號(hào)處理模塊；稱重傳感器通過第一螺栓安裝于稱重傳感器安裝底座上，稱重傳感器與稱重傳感器安裝底座之間設(shè)有墊片；稱重傳感器的負(fù)載端和加速度傳感器安裝座通過第二螺栓固定連接在秤臺(tái)底面，稱重傳感器的負(fù)載端受力表面與秤臺(tái)底面平行，加速度傳感器通過加速度傳感器安裝座安裝在稱重傳感器的負(fù)載端側(cè)方，加速度傳感器的感應(yīng)軸垂直于稱重傳感器的負(fù)載端受力表面；
加速度傳感器和稱重傳感器分別經(jīng)信號(hào)調(diào)理電路與DSP信號(hào)處理模塊連接，DSP信號(hào)處理模塊與上位機(jī)連接，稱重傳感器輸出的信號(hào)Vw和加速度傳感器輸出的信號(hào)Va通過信號(hào)調(diào)理后輸入DSP信號(hào)處理模塊。
[0007]所述的信號(hào)調(diào)理電路包括用于對(duì)稱重傳感器信號(hào)進(jìn)行濾波放大的前置濾波放大電路、用于對(duì)稱重傳感器信號(hào)濾波放大后再進(jìn)行可調(diào)放大以及的二級(jí)可調(diào)放大電路和用于對(duì)加速度傳感器信號(hào)進(jìn)行濾波放大的濾波放大電路。
[0008]所述的DSP信號(hào)處理模塊包括模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器和嵌入式DSP數(shù)字信號(hào)處理器，信號(hào)調(diào)理電路輸出的兩路模擬信號(hào)由模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換后得到的數(shù)字信號(hào)，并由串行外設(shè)接口 SPI輸入嵌入式DSP數(shù)字信號(hào)處理器中，嵌入式DSP數(shù)字信號(hào)處理器通過串行通信接口 SCI與上位機(jī)相連。
[0009]所述的加速度傳感器安裝座呈L形，加速度傳感器安裝座L形的水平邊安裝在稱重傳感器的負(fù)載端和秤臺(tái)底面之間，加速度傳感器安裝座L形的豎直邊固定安裝有加速度傳感器。
[0010]所述的加速度傳感器安裝座呈條形，加速度傳感器安裝座條形的一側(cè)邊安裝在稱重傳感器的負(fù)載端和秤臺(tái)底面之間，加速度傳感器安裝座條形的另一側(cè)邊固定安裝有加速度傳感器。
[0011]所述的加速度傳感器安裝座呈條形，加速度傳感器安裝座條形的一側(cè)邊安裝在稱重傳感器的負(fù)載端底面，加速度傳感器安裝座條形的另一側(cè)邊固定安裝有加速度傳感器。
[0012]所述的加速度傳感器安裝座與稱重傳感器的負(fù)載端之間緊密貼合。
[0013]所述的加速度傳感器安裝座與秤臺(tái)底面之間設(shè)有傳感器墊片。
[0014]所述的稱重傳感器的負(fù)載端與秤臺(tái)底面之間設(shè)有傳感器墊片。
[0015]二、一種基于加速度傳感器的動(dòng)態(tài)稱重信號(hào)實(shí)時(shí)補(bǔ)償方法，包括以下步驟:
A)動(dòng)態(tài)稱重裝置安裝在秤臺(tái)上，被稱物體放在動(dòng)態(tài)稱重裝置上，包含有秤臺(tái)的振動(dòng)干擾N(t)和被稱物體重量G的力信號(hào)F通過動(dòng)態(tài)稱重裝置和秤臺(tái)作用于稱重傳感器上；
B)稱重傳感器將作用在其負(fù)載端的力信號(hào)F線性轉(zhuǎn)化為電信號(hào)Vw，經(jīng)信號(hào)調(diào)理電路濾波、放大后再經(jīng)AD轉(zhuǎn)換輸入到DSP信號(hào)處理模塊；
C)加速度傳感器將作用在稱重傳感器負(fù)載端的振動(dòng)信號(hào)N(t)線性轉(zhuǎn)化為電信號(hào)Va，經(jīng)信號(hào)調(diào)理電路濾波、放大后再經(jīng)AD轉(zhuǎn)換輸入到DSP信號(hào)處理模塊；
D)將輸入到DSP信號(hào)處理模塊的兩路信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，并通過自適應(yīng)干擾對(duì)消濾波方法或者譜減法對(duì)作用在稱重傳感器上的力信號(hào)F中進(jìn)行實(shí)時(shí)補(bǔ)償，濾除的振動(dòng)干擾N (t)，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)稱重。
[0016]本發(fā)明具有的有益效果是:
1、稱重傳感器的本質(zhì)是測量作用在其負(fù)載端的力的大小，動(dòng)態(tài)稱重中各種振動(dòng)干擾作用在稱重傳感器上，從而向稱重傳感器的輸出信號(hào)中引入了時(shí)變的振動(dòng)干擾信號(hào)，本發(fā)明使用加速度傳感器直接測量作用在稱重傳感器上的干擾信號(hào)，實(shí)時(shí)獲取振動(dòng)干擾信號(hào)的各種時(shí)域和頻域的參數(shù)，從而能夠在識(shí)別干擾信號(hào)的基礎(chǔ)上研究不同的降噪、濾波方法，如自適應(yīng)干擾對(duì)消濾波方法，也可以研究其他不同的多傳感器信號(hào)融合方法，在降噪的同時(shí)提高動(dòng)態(tài)稱重信號(hào)的響應(yīng)速度，本發(fā)明克服了用于動(dòng)態(tài)稱重的低通濾波器截止頻率越低，響應(yīng)時(shí)間越長的矛盾、有用信號(hào)與低頻干擾信號(hào)頻譜重疊這一原因帶來濾波后信號(hào)的失真問題以及振動(dòng)干擾信號(hào)隨著工況不同而不同這一時(shí)變特性引起振動(dòng)干擾實(shí)時(shí)辨識(shí)困難從而導(dǎo)致動(dòng)態(tài)稱重信號(hào)補(bǔ)償方法研究困難的問題。
[0017]2、本發(fā)明提供了一種可用于動(dòng)態(tài)稱重領(lǐng)域不同應(yīng)用場合的動(dòng)態(tài)稱重信號(hào)補(bǔ)償方法，即采用加速度傳感器實(shí)時(shí)獲取振動(dòng)干擾信號(hào)，適應(yīng)不同的工況，無需做大量實(shí)驗(yàn)來獲得干擾信號(hào)與不同工況(如稱重速度，被稱物)的關(guān)系，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)稱重信號(hào)的實(shí)時(shí)自適應(yīng)補(bǔ)償，同時(shí)也降低設(shè)備操作、維護(hù)的復(fù)雜性。
[0018]3、本發(fā)明只需在原有動(dòng)態(tài)稱重的裝置的基礎(chǔ)上安裝一個(gè)加速度傳感器，安裝簡便，便于對(duì)原有動(dòng)態(tài)稱重系統(tǒng)的改進(jìn)。
[0019]4、本發(fā)明提供了一種可用于其它動(dòng)態(tài)測量領(lǐng)域的新方法，即針對(duì)不同動(dòng)態(tài)測量中的干擾信號(hào)，采用合適的傳感器直接測量干擾源，從而在有效辨識(shí)干擾信號(hào)的前提下研究補(bǔ)償方法從而實(shí)現(xiàn)對(duì)動(dòng)態(tài)測量信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)補(bǔ)償，提高動(dòng)態(tài)測量的精度。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1是本發(fā)明裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]圖2是本發(fā)明電路連接原理框圖。
[0022]圖3是加速度傳感器第一種安裝方式的示意圖。
[0023]圖4是加速度傳感器第二種安裝方式的示意圖。
[0024]圖5是加速度傳感器第三種安裝方式的示意圖。
[0025]圖6是信號(hào)調(diào)理電路中前置濾波放大電路的電路圖。
[0026]圖7是信號(hào)調(diào)理電路中二級(jí)可調(diào)放大電路的電路圖。
[0027]圖8是信號(hào)調(diào)理電路中濾波放大電路的電路圖。
[0028]圖9是本發(fā)明方法的處理步驟示意圖。
[0029]圖10是本發(fā)明實(shí)施例帶傳動(dòng)式檢重秤的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0030]圖11是本發(fā)明實(shí)施例采用的自適應(yīng)干擾對(duì)消濾波方法的原理圖。
[0031]圖中:1、稱重傳感器安裝底座，2、墊片，3、第一螺栓，4、稱重傳感器，5、加速度傳感器安裝座，6、秤臺(tái)，7、第二螺栓，8、第三螺栓，9、加速度傳感器，10、信號(hào)調(diào)理電路，11、DSP信號(hào)處理模塊，12、傳感器墊片。
【具體實(shí)施方式】[0032]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。
[0033]如圖1所示，本發(fā)明裝置包括稱重傳感器安裝底座1、墊片2、稱重傳感器4、加速度傳感器安裝座5、秤臺(tái)6、加速度傳感器9、信號(hào)調(diào)理電路10和DSP信號(hào)處理模塊11。
[0034]如圖1所示，稱重傳感器4通過第一螺栓3安裝于稱重傳感器安裝底座I上，稱重傳感器4與稱重傳感器安裝底座I之間設(shè)有墊片2，稱重傳感器4通過墊片2墊高；稱重傳感器4的負(fù)載端和加速度傳感器安裝座13通過第二螺栓7固定連接在秤臺(tái)6底面，稱重傳感器4的負(fù)載端受力表面與秤臺(tái)6底面平行，被稱物體通過動(dòng)態(tài)稱重裝置安裝在秤臺(tái)6上，加速度傳感器9通過加速度傳感器安裝座13安裝在稱重傳感器4的負(fù)載端側(cè)方，加速度傳感器9的感應(yīng)軸垂直于稱重傳感器4的負(fù)載端受力表面，加速度傳感器9通過第三螺栓8安裝在加速度傳感器安裝座13上。
[0035]如圖2所示，加速度傳感器9和稱重傳感器4分別經(jīng)信號(hào)調(diào)理電路10與DSP信號(hào)處理模塊11連接，DSP信號(hào)處理模塊11與上位機(jī)連接，稱重傳感器4輸出的信號(hào)Vw和加速度傳感器9輸出的信號(hào)Va通過信號(hào)調(diào)理后輸入DSP信號(hào)處理模塊11。
[0036]所述的信號(hào)調(diào)理電路10包括用于對(duì)稱重傳感器4信號(hào)進(jìn)行濾波放大的前置濾波放大電路、用于對(duì)稱重傳感器4信號(hào)濾波放大后再進(jìn)行可調(diào)放大以及的二級(jí)可調(diào)放大電路和用于對(duì)加速度傳感器9信號(hào)進(jìn)行濾波放大的濾波放大電路。
[0037]所述的DSP信號(hào)處理模塊11包括模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器和嵌入式DSP數(shù)字信號(hào)處理器，信號(hào)調(diào)理電路10輸出的兩路模擬信號(hào)由模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換后得到的數(shù)字信號(hào)，并由串行外設(shè)接口 SPI輸入嵌入式DSP數(shù)字信號(hào)處理器中，嵌入式DSP數(shù)字信號(hào)處理器通過串行通信接口 SCI與上位機(jī)相連。
[0038]優(yōu)選地，如圖3所示為加速度傳感器9的第一種安裝方式，加速度傳感器安裝座13呈L形，加速度傳感器安裝座13L形的水平邊安裝在稱重傳感器4的負(fù)載端和秤臺(tái)6底面之間，加速度傳感器安裝座13L形的豎直邊固定安裝有加速度傳感器9，加速度傳感器安裝座13與秤臺(tái)6底面之間設(shè)有傳感器墊片12。
[0039]優(yōu)選地，如圖4所示為加速度傳感器9的第二種安裝方式，加速度傳感器安裝座13呈條形，加速度傳感器安裝座13條形的一側(cè)邊安裝在稱重傳感器4的負(fù)載端和秤臺(tái)6底面之間，加速度傳感器安裝座13條形的另一側(cè)邊固定安裝有加速度傳感器9，加速度傳感器安裝座13與秤臺(tái)6底面之間設(shè)有傳感器墊片12。
[0040]優(yōu)選地，如圖5所示為加速度傳感器9的第三種安裝方式，加速度傳感器安裝座13呈條形，加速度傳感器安裝座13條形的一側(cè)邊安裝在稱重傳感器4的負(fù)載端底面，加速度傳感器安裝座13條形的另一側(cè)邊固定安裝有加速度傳感器9，稱重傳感器4的負(fù)載端與秤臺(tái)6底面之間設(shè)有傳感器墊片12。
[0041]上述具體實(shí)施中，加速度傳感器安裝座13與稱重傳感器4的負(fù)載端之間緊密貼
八
口 ο
[0042]如圖9所示，本發(fā)明方法包括以下步驟(本發(fā)明方法基于上述的補(bǔ)償裝置):
A)動(dòng)態(tài)稱重裝置安裝在秤臺(tái)6上，被稱物體放在動(dòng)態(tài)稱重裝置上，包含有秤臺(tái)6的振動(dòng)干擾N(t)和被稱物體重量G的力信號(hào)F通過動(dòng)態(tài)稱重裝置和秤臺(tái)6作用于稱重傳感器4 上，F(xiàn)=G+N(t)，t 為時(shí)間；
B)稱重傳感器4將作用在其負(fù)載端的力信號(hào)F線性轉(zhuǎn)化為電信號(hào)Vw，經(jīng)信號(hào)調(diào)理電路10濾波、放大后再經(jīng)AD轉(zhuǎn)換輸入到DSP信號(hào)處理模塊11 ；
C)加速度傳感器9將作用在稱重傳感器4負(fù)載端的振動(dòng)信號(hào)N(t)線性轉(zhuǎn)化為電信號(hào)Va,經(jīng)信號(hào)調(diào)理電路10濾波、放大后再經(jīng)AD轉(zhuǎn)換輸入到DSP信號(hào)處理模塊11 ；
D)將輸入到DSP信號(hào)處理模塊11的兩路信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，并通過自適應(yīng)干擾對(duì)消濾波方法對(duì)作用在稱重傳感器4上的力信號(hào)F中進(jìn)行實(shí)時(shí)補(bǔ)償，濾除的振動(dòng)干擾N(t)，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)稱重，這樣起到降噪、濾波作用，處理得到被稱物重量估計(jì)值，從而實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)稱重信號(hào)實(shí)時(shí)補(bǔ)償，提高動(dòng)態(tài)稱重精度。
[0043]可將最終得到的被稱物重量估計(jì)值上傳至上位機(jī)進(jìn)行信息集成。
[0044]上述自適應(yīng)干擾對(duì)消濾波方法也可替換為其他多傳感器信號(hào)融合方法最大程度減弱作用在稱重傳感器4上的力信號(hào)(F=G+N(t))中的振動(dòng)干擾N(t)。
[0045]圖2所示為本發(fā)明動(dòng)態(tài)稱重信號(hào)的采集與處理系統(tǒng)的原理框圖，包括信號(hào)調(diào)理電路10和DSP信號(hào)處理模塊11 ;信號(hào)調(diào)理電路10包括用于稱重傳感器4信號(hào)調(diào)理的前置濾波放大電路和二級(jí)可調(diào)放大電路，以及用于加速度傳感器9信號(hào)調(diào)理的濾波放大電路，稱重傳感器4輸出的信號(hào)Vw和加速度傳感器9輸出的信號(hào)Va通過信號(hào)調(diào)理后輸入DSP信號(hào)處理模塊11。DSP信號(hào)處理模塊包括模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器和嵌入式DSP數(shù)字信號(hào)處理器。信號(hào)調(diào)理電路10輸出的兩路模擬信號(hào)由模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換后得到的數(shù)字信號(hào)，并由串行外設(shè)接口 SPI輸入DSP，DSP通過串行通信接口 SCI與上位機(jī)相連。
[0046]如圖6所示，所述的用于稱重傳感器4信號(hào)調(diào)理的前置濾波放大電路，包括電容C1、C2、C3、C4、兩個(gè)線圈數(shù)相同的抗共模噪聲的扼流圈LI和L2、電阻R2、R5組成的前置濾波電路和儀表放大器UI及外圍電阻電容組成的前置放大電路，稱重傳感器4的輸入信號(hào)W_Signal-作為前置濾波放大電路輸入信號(hào)，輸出信號(hào)Outl和0ut2為儀表放大器U2的輸出信號(hào)。
[0047]前置濾波放大電路的工作原理為:并聯(lián)在電路中的電容Cl和C2抑制稱重傳感器4輸入信號(hào)中的差模噪聲，兩個(gè)線圈數(shù)相同的扼流圈LI和L2以及電容Cl和C4抑制稱重傳感器4輸入信號(hào)中共模噪聲，電容Cl、C2、C3、C4均采用高頻特性良好的陶瓷電容或聚酯電容器；儀表放大器Ul及外圍電阻電容組成的前置放大電路，儀表放大器Ul具有超高輸入阻抗，低輸入偏移，低輸入阻抗，并具有很高的共模抑制比，進(jìn)一步對(duì)共模信號(hào)進(jìn)行抑制，儀表放大器Ul可米用精密儀器放大器INAl 14。
[0048]如圖7所示，所述的二級(jí)可調(diào)放大電路，包括放大器U2A、電阻R10、R3組成的第一級(jí)放大電路，放大器U2B、滑動(dòng)變阻器R6和R7、電阻R8、R9組成的放大倍數(shù)可調(diào)的二級(jí)放大電路，二級(jí)管Dl、D2，電阻R18，電容ClO組成的鉗位電路，二級(jí)可調(diào)放大電路的輸入信號(hào)為前置濾波放大電路的輸出信號(hào)Outl和0ut2，輸出信號(hào)為鉗位電路的輸出信號(hào)ADIN0。
[0049]二級(jí)可調(diào)放大電路的工作原理為:包括放大器U2A、電阻RIO、R3組成的放大倍數(shù)固定的第一級(jí)放大電路，放大器U2B、滑動(dòng)變阻器R6和R7、電阻R8、R9組成的放大倍數(shù)可調(diào)的二級(jí)放大電路，選定R6的電阻值遠(yuǎn)大于R7的電阻值，通過滑動(dòng)變阻器R6實(shí)現(xiàn)二級(jí)放大電路的放大倍數(shù)的粗調(diào)，通過滑動(dòng)變阻器R7實(shí)現(xiàn)二級(jí)放大電路的放大倍數(shù)的精調(diào)；放大器U2A和放大器U2B可采用2通道微功耗精密運(yùn)算放大器0PA2241，鉗位電路保證輸出的信號(hào)ADINO被鉗制在0-5V。
[0050]如圖8所示，所述的用于加速度傳感器9的濾波放大電路，包括電容(:11、(:12、(:13、C14、兩個(gè)線圈數(shù)相同的抗共模噪聲的扼流圈L3和L4、電阻R20、R22組成的濾波電路和儀表放大器U3及外圍電阻電容組成的放大電路，二級(jí)管D3、D4，電阻R21，電容C15組成的鉗位電路，濾波放大電路的輸入信號(hào)為加速度傳感器輸出的差分信號(hào)A_Signal-和A_Signal+,濾波放大電路的輸出信號(hào)為鉗位電路的輸出信號(hào)ADIN1。
[0051]濾波放大電路的工作原理為:并聯(lián)在電路中的電容C12和C13抑制加速度傳感器9輸入信號(hào)中的差模噪聲。兩個(gè)線圈數(shù)相同的扼流圈L3和L4以及電容Cll和C14抑制加速度傳感器9輸入信號(hào)中共模噪聲。電容CU、C12、C13、C14均采用高頻特性良好的陶瓷電容或聚酯電容器，鉗位電路保證輸出的信號(hào)ADINl被鉗制在0-5V。
[0052]本發(fā)明所涉及的電路需要24V穩(wěn)壓直流電源供電，電路中需要4組獨(dú)立直流電源，分別是+8V、-8V、+5V和3.3V，上述電源可以通過穩(wěn)壓器(uA7808，uA7908, uA7805，TPS767D301)搭建電路實(shí)現(xiàn)，上述電路中的稱重傳感器可以是電阻應(yīng)變式稱重傳感器，上述加速度傳感器可以是MEMS加速度傳感器3741B122G，上述嵌入式DSP數(shù)字信號(hào)處理器可采用 TMS320F28335。
[0053]本發(fā)明的具體實(shí)施例如下:
本發(fā)明以帶傳動(dòng)式檢重秤為實(shí)施實(shí)例，由其他動(dòng)態(tài)稱重裝置實(shí)現(xiàn)的基于加速度傳感器的動(dòng)態(tài)稱重信號(hào)實(shí)時(shí)補(bǔ)償方法可參照該實(shí)施例的方法。
[0054]如圖10所示，帶傳動(dòng)式檢重秤由電機(jī)驅(qū)動(dòng)，通過同步帶傳動(dòng)方式驅(qū)動(dòng)輥筒，輥筒帶動(dòng)皮帶實(shí)現(xiàn)對(duì)被稱物的輸送，整個(gè)帶傳動(dòng)式檢重秤安裝于秤臺(tái)6上。被稱物體從左端進(jìn)入帶傳動(dòng)式檢重秤，此時(shí)稱重傳感器4輸出的信號(hào)包含被稱物的重量和整個(gè)帶傳動(dòng)式檢重秤的重量；在皮帶的輸送下，被稱物體沿著輸送方向通過帶傳動(dòng)式檢重秤。由于電機(jī)、同步帶傳動(dòng)組件、輥筒傳動(dòng)組件在運(yùn)行中均會(huì)產(chǎn)生較大的機(jī)械振動(dòng)，而且上述機(jī)械振動(dòng)特性會(huì)隨著傳輸速度的不同和被稱物的質(zhì)量不同而改變，此外被稱物在輸送過程中的隨機(jī)晃動(dòng)也會(huì)產(chǎn)生不可預(yù)測的機(jī)械振動(dòng)。因此，稱重傳感器4實(shí)際的輸出信號(hào)包含所有作用在稱重傳感器4負(fù)載端的振動(dòng)信號(hào)和被稱物的重量信號(hào)。由于振動(dòng)信號(hào)時(shí)變的特性，定參數(shù)的頻域選擇濾波器不能有效濾除振動(dòng)干擾信號(hào)。本發(fā)明采用加速度傳感器9將作用在稱重傳感器4負(fù)載端的機(jī)械振動(dòng)線性轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，用于對(duì)包含機(jī)械振動(dòng)信號(hào)和被稱物重量信號(hào)的稱重傳感器4輸出信號(hào)進(jìn)行補(bǔ)償。
[0055]理論上被稱物體的重量G是個(gè)常數(shù)，而機(jī)械振動(dòng)信號(hào)是時(shí)變信號(hào)，將作用在稱重傳感器負(fù)載端的振動(dòng)干擾信號(hào)記為N(t)，電阻應(yīng)變式稱重傳感器4將作用在其負(fù)載端的力信號(hào)F(F=G+N(t))線性轉(zhuǎn)化為電信號(hào)Vw，經(jīng)信號(hào)調(diào)理電路10濾波、放大后輸入DSP信號(hào)處理模塊11，經(jīng)模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號(hào)后輸入嵌入式DSP信號(hào)處理器TMS320F28335，記作序列f (η)，且f (n) =g (η)+η (η)，其中序列g(shù)(n)是包含被稱物體的重量G的時(shí)間序列，序列η (η)是包含振動(dòng)干擾信號(hào)N (t)的時(shí)間序列；MEMS加速度傳感器9將作用在電阻應(yīng)變式稱重傳感器4負(fù)載端的振動(dòng)信號(hào)N (t)線性轉(zhuǎn)化為電信號(hào)Va，經(jīng)信號(hào)調(diào)理電路濾波、放大后輸入DSP信號(hào)處理模塊11，經(jīng)模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號(hào)后輸入嵌入式DSP信號(hào)處理器TMS320F28335，記作a(n);上述的信號(hào)g (η)為直流信號(hào)，與電阻應(yīng)變式稱重傳感器4測得的由振動(dòng)干擾引起的信號(hào)η (η)和MEMS加速度傳感器9測得的由振動(dòng)干擾引起的信號(hào)a(n)均不相關(guān)，而n(n)和a(n)均由振動(dòng)干擾信號(hào)引起，具有很高的相關(guān)性。自適應(yīng)干擾對(duì)消濾波器以信號(hào)g(n)+n(n)作為原始輸入，以a (η)作為參考輸入，自適應(yīng)濾波器采用LMS方法，使系統(tǒng)輸出的均方誤差最小，濾波器的輸出y (η)即為η (η)的最優(yōu)均方估計(jì)，系統(tǒng)輸出e(n)為g(n)的最優(yōu)最小均方估計(jì)，從而實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)稱重信號(hào)實(shí)時(shí)補(bǔ)償，濾除
振動(dòng)干擾^[目號(hào)，提1?動(dòng)態(tài)稱重精度。[0056]上述【具體實(shí)施方式】用來解釋說明本發(fā)明，而不是對(duì)本發(fā)明進(jìn)行限制，在本發(fā)明的精神和權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)，對(duì)本發(fā)明作出的任何修改和改變，都落入本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種基于加速度傳感器的動(dòng)態(tài)稱重信號(hào)實(shí)時(shí)補(bǔ)償裝置，其特征在于:包括稱重傳感器安裝底座(1)、墊片(2)、稱重傳感器(4)、加速度傳感器安裝座(5)、秤臺(tái)(6)、加速度傳感器(9)、信號(hào)調(diào)理電路(10)和DSP信號(hào)處理模塊(11); 稱重傳感器(4 )通過第一螺栓(3 )安裝于稱重傳感器安裝底座(1)上，稱重傳感器(4 )與稱重傳感器安裝底座(1)之間設(shè)有墊片(2);稱重傳感器(4)的負(fù)載端和加速度傳感器安裝座(13)通過第二螺栓(7)固定連接在秤臺(tái)(6)底面，稱重傳感器(4)的負(fù)載端受力表面與秤臺(tái)(6)底面平行，加速度傳感器(9)通過加速度傳感器安裝座(13)安裝在稱重傳感器(4)的負(fù)載端側(cè)方，加速度傳感器(9)的感應(yīng)軸垂直于稱重傳感器(4)的負(fù)載端受力表面； 加速度傳感器(9)和稱重傳感器(4)分別經(jīng)信號(hào)調(diào)理電路(10)與DSP信號(hào)處理模塊(11)連接，DSP信號(hào)處理模塊(11)與上位機(jī)連接，稱重傳感器(4)輸出的信號(hào)Vw和加速度傳感器(9)輸出的信號(hào)Va通過信號(hào)調(diào)理后輸入DSP信號(hào)處理模塊(11)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于加速度傳感器的動(dòng)態(tài)稱重信號(hào)實(shí)時(shí)補(bǔ)償裝置，其特征在于:所述的信號(hào)調(diào)理電路(10)包括用于對(duì)稱重傳感器(4)信號(hào)進(jìn)行濾波放大的前置濾波放大電路、用于對(duì)稱重傳感器(4)信號(hào)濾波放大后再進(jìn)行可調(diào)放大以及的二級(jí)可調(diào)放大電路和用于對(duì)加速度傳感器(9 )信號(hào)進(jìn)行濾波放大的濾波放大電路。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于加速度傳感器的動(dòng)態(tài)稱重信號(hào)實(shí)時(shí)補(bǔ)償裝置，其特征在于:所述的DSP信號(hào)處理模塊(11)包括模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器和嵌入式DSP數(shù)字信號(hào)處理器，信號(hào)調(diào)理電路(10 )輸出的兩路模擬信號(hào)由模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換后得到的數(shù)字信號(hào)，并由串行外設(shè)接口 SPI輸入嵌入式DSP數(shù)字信號(hào)處理器中，嵌入式DSP數(shù)字信號(hào)處理器通過串行通信接口 SCI與上位機(jī)相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于加速度傳感器的動(dòng)態(tài)稱重信號(hào)實(shí)時(shí)補(bǔ)償裝置，其特征在于:所述的加速度傳感器安裝座(13)呈L形，加速度傳感器安裝座(13) L形的水平邊安裝在稱重傳感器(4)的負(fù)載端和秤臺(tái)(6)底面之間，加速度傳感器安裝座(13) L形的豎直邊固定安裝有加速度傳感器(9 )。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于加速度傳感器的動(dòng)態(tài)稱重信號(hào)實(shí)時(shí)補(bǔ)償裝置，其特征在于:所述的加速度傳感器安裝座(13)呈條形，加速度傳感器安裝座(13)條形的一側(cè)邊安裝在稱重傳感器(4)的負(fù)載端和秤臺(tái)(6)底面之間，加速度傳感器安裝座(13)條形的另一側(cè)邊固定安裝有加速度傳感器(9 )。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于加速度傳感器的動(dòng)態(tài)稱重信號(hào)實(shí)時(shí)補(bǔ)償裝置，其特征在于:所述的加速度傳感器安裝座(13)呈條形，加速度傳感器安裝座(13)條形的一側(cè)邊安裝在稱重傳感器(4)的負(fù)載端底面，加速度傳感器安裝座(13)條形的另一側(cè)邊固定安裝有加速度傳感器(9)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或4~6任一所述的一種基于加速度傳感器的動(dòng)態(tài)稱重信號(hào)實(shí)時(shí)補(bǔ)償裝置，其特征在于:所述的加速度傳感器安裝座(13)與稱重傳感器(4)的負(fù)載端之間緊密貼合。
8.根據(jù)權(quán)利要求4或5任一所述的一種基于加速度傳感器的動(dòng)態(tài)稱重信號(hào)實(shí)時(shí)補(bǔ)償裝置，其特征在于:所述的加速度傳感器安裝座(13)與秤臺(tái)(6)底面之間設(shè)有傳感器墊片(12)。
9.根據(jù)權(quán)利要求 6所述的一種基于加速度傳感器的動(dòng)態(tài)稱重信號(hào)實(shí)時(shí)補(bǔ)償裝置，其特征在于:所述的稱重傳感器(4)的負(fù)載端與秤臺(tái)(6)底面之間設(shè)有傳感器墊片(12)。
10.用于權(quán)利要求1所述裝置的一種基于加速度傳感器的動(dòng)態(tài)稱重信號(hào)實(shí)時(shí)補(bǔ)償方法，其特征是包括以下步驟: A)動(dòng)態(tài)稱重裝置安裝在秤臺(tái)(6)上，被稱物體放在動(dòng)態(tài)稱重裝置上，包含有秤臺(tái)(6)的振動(dòng)干擾N(t)和被稱物體重量G的力信號(hào)F通過動(dòng)態(tài)稱重裝置和秤臺(tái)(6)作用于稱重傳感器(4)上； B)稱重傳感器(4)將作用在其負(fù) 載端的力信號(hào)F線性轉(zhuǎn)化為電信號(hào)Vw，經(jīng)信號(hào)調(diào)理電路(10)濾波、放大后再經(jīng)AD轉(zhuǎn)換輸入到DSP信號(hào)處理模塊(11); C)加速度傳感器(9)將作用在稱重傳感器(4)負(fù)載端的振動(dòng)信號(hào)N(t)線性轉(zhuǎn)化為電信號(hào)Va，經(jīng)信號(hào)調(diào)理電路(10)濾波、放大后再經(jīng)AD轉(zhuǎn)換輸入到DSP信號(hào)處理模塊(11)； D)將輸入到DSP信號(hào)處理模塊(11)的兩路信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，并通過自適應(yīng)干擾對(duì)消濾波方法或者譜減法對(duì)作用在稱重傳感器(4)上的力信號(hào)F中進(jìn)行實(shí)時(shí)補(bǔ)償，濾除的振動(dòng)干擾N (t)，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)稱重。
【文檔編號(hào)】G01G3/14GK103954344SQ201410197505
【公開日】2014年7月30日 申請(qǐng)日期:2014年5月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月12日
【發(fā)明者】王劍平, 張劍一, 楊春偉 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)