專利名稱：在測(cè)力裝置中使用的信號(hào)處理方法及測(cè)力裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在測(cè)力裝置尤其是秤中使用的信號(hào)處理方法，以及適 于實(shí)現(xiàn)這種方法的測(cè)力裝置。
背景技術(shù)：
電子測(cè)力裝置的常用類型包括機(jī)械/電子測(cè)量傳感器，它將作用在測(cè)力 裝置上的力轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電子測(cè)量信號(hào)。類似地，秤中的測(cè)量轉(zhuǎn)換生成對(duì) 應(yīng)于重量的電子測(cè)量信號(hào)，該重量由稱重物體施加。在轉(zhuǎn)換后，測(cè)量信號(hào) 被傳送到顯示器或者進(jìn)一步處理設(shè)備，例如主計(jì)算機(jī)或者系統(tǒng)控制器。
電子測(cè)量信號(hào)在被顯示或者進(jìn)一步處理前，大多數(shù)情況下被送往信號(hào) 處理階段，該階段被設(shè)置為在顯示器和/或再處理部分之前的信號(hào)路徑上的 預(yù)處理單元。在這個(gè)預(yù)處理階段，處理、評(píng)估并且在某些情況下校正和放
、為了^測(cè)量信號(hào)與顯示器或者進(jìn)一步處理階段兼容，它通常被轉(zhuǎn)換成 適用的格式。例如，對(duì)模擬指示器而言，使測(cè)量信號(hào)的電壓值適合在顯示 器上表示的范圍，或者，對(duì)數(shù)字指示器而言，相應(yīng)的數(shù)字輸出值被指定給 測(cè)量信號(hào)。
通常能夠通過顯示函數(shù)來描述轉(zhuǎn)換，該顯示函數(shù)將相應(yīng)的輸出值指定 給輸入值。測(cè)量信號(hào)的值表示顯示函數(shù)的輸入值，并且顯示函數(shù)的輸出值 被呈現(xiàn)在顯示器上或者被傳遞用于進(jìn)一步處理。例如，測(cè)量信號(hào)到數(shù)字輸 出值的轉(zhuǎn)換可以通過具有階梯狀特征的顯示函數(shù)來描述，該離散輸出值被 指定給連續(xù)的輸入值。
測(cè)力裝置，尤其是秤典型地用于稱量單個(gè)物體，并且也用于在自動(dòng)化 生產(chǎn)和測(cè)試系統(tǒng)中稱重大量的產(chǎn)品。這種測(cè)力裝置必須滿足高測(cè)量精度、 測(cè)量的高重復(fù)再現(xiàn)性和高穩(wěn)定度的要求。該測(cè)力裝置還應(yīng)是一款簡(jiǎn)單和低 成本的設(shè)計(jì)。特別是在那些測(cè)量精度高的應(yīng)用中，眾所周知，即使是測(cè)量信號(hào)的最 小干擾都可能導(dǎo)致輸出數(shù)值相當(dāng)不穩(wěn)定。這些不穩(wěn)定現(xiàn)象會(huì)引起顯示器上 呈現(xiàn)數(shù)值的頻繁和快速改變，g卩，所謂的顯示波動(dòng)。作為顯示波動(dòng)的結(jié)果， 讀取這些數(shù)值，尤其是它們的最低小數(shù)位或者最小的刻度，變得困難甚至 是不可能的。而且，這些不穩(wěn)定現(xiàn)象會(huì)引起很多問題，例如處理中的下游 錯(cuò)誤。
本領(lǐng)域中的現(xiàn)有技術(shù)提供了多種方法來解決這些問題。例如
US3，826，319公開了一種帶數(shù)字顯示器的秤，在稱重負(fù)載改變后，抑制最低 小數(shù)位并隨后在顯示器中逐一地予以恢復(fù)。然而，抑制顯示數(shù)字會(huì)造成精 度損失，所以在要求高精度時(shí)這種方法是不合適的。
通過一種處理方法可以在一定程度上避免精度損失，該方法通過計(jì)算 測(cè)量信號(hào)的平均值來獲得穩(wěn)定化顯示。但是，均值處理將會(huì)造成測(cè)力裝置 對(duì)于負(fù)載改變的響應(yīng)惡化，即，減緩了跟隨輸入信號(hào)的顯示能力并且增長(zhǎng) 了測(cè)量時(shí)間。
無論是否采用平均法，本領(lǐng)域中的現(xiàn)有技術(shù)提供了多種方法來縮短響 應(yīng)時(shí)間。例如DE 102005021547公開了在稱重負(fù)載改變期間臨時(shí)中斷均值 處理的構(gòu)想以便能夠更快地跟隨負(fù)載改變。然而，這種方法需要相對(duì)精細(xì) 的電路設(shè)計(jì)。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是提出一種用于測(cè)力裝置尤其是秤的信號(hào)處理方 法，還提出了適于實(shí)現(xiàn)這種方法的測(cè)力裝置，并且滿足關(guān)于測(cè)量精度、穩(wěn) 定性和響應(yīng)時(shí)間以及關(guān)于設(shè)計(jì)和操作中的簡(jiǎn)易性和成本高效益的嚴(yán)格要 求。通過具有獨(dú)立權(quán)利要求所述特征的信號(hào)處理方法、適當(dāng)?shù)臏y(cè)力裝置以 及計(jì)算機(jī)程序可以實(shí)現(xiàn)這一目的。本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例體現(xiàn)在附加的從屬 權(quán)利要求中。
本發(fā)明涉及一種在具有測(cè)量傳感器(transducer)的測(cè)力裝置中，尤 其是秤中用于處理信號(hào)的方法、裝置和計(jì)算機(jī)程序，該測(cè)量傳感器生成對(duì) 應(yīng)于作用在傳感器上的力的測(cè)量信號(hào)，其中測(cè)量信號(hào)直接或者經(jīng)由預(yù)處理 階段進(jìn)入用來將相應(yīng)的輸出值指定到測(cè)量信號(hào)的值的顯示函數(shù)，并且其中
6將所述輸出值隨后呈現(xiàn)在顯示器中或者被傳遞用于進(jìn)一步處理。顯示函數(shù) 的輸入范圍包含捕捉范圍，使得通過顯示函數(shù)處于該捕捉范圍內(nèi)的測(cè)量信 號(hào)的值被指定一共同輸出值，并且依靠測(cè)量信號(hào)來控制輸入范圍內(nèi)的捕捉 范圍的位置。從而可以有效地抑制干擾的影響，并且在不犧牲測(cè)力裝置的 測(cè)量精度、穩(wěn)定性或者響應(yīng)時(shí)間時(shí)可以避免顯示波動(dòng)。
令人意外的是，在困難條件下尤其是在低頻干擾存在時(shí)，甚至可以得 到穩(wěn)定的顯示指示。當(dāng)以相對(duì)簡(jiǎn)單的方式使用現(xiàn)有技術(shù)方法來過濾高頻干 擾和振蕩時(shí)，本發(fā)明的方法提供了抑制低頻干擾和振蕩的可能性。術(shù)語(yǔ)"低 頻干擾和振蕩"應(yīng)當(dāng)理解為相對(duì)于測(cè)量時(shí)間的典型長(zhǎng)度。例如，如果測(cè)量 花費(fèi)一秒至幾秒，低頻振蕩典型地可能持續(xù)幾秒至幾分鐘。
由本發(fā)明得到的優(yōu)點(diǎn)尤其可以利用數(shù)字顯示器來加以證明，但是本發(fā) 明也可以使用模擬顯示器。由于這種廣泛的適用性，本發(fā)明提供了成本優(yōu) 勢(shì)，以及對(duì)于完全不同類型的測(cè)力裝置的穩(wěn)定性和操作優(yōu)勢(shì)。
捕捉范圍的特征在于，對(duì)于捕捉范圍內(nèi)的測(cè)量信號(hào)的值，指定一共同 輸出值。從數(shù)學(xué)意義上來說，這表示捕捉范圍值的設(shè)定滿映射到帶一個(gè)元 素的目標(biāo)設(shè)定，即共同輸出值，因此只要那些值落在捕捉范圍內(nèi)，后者就 與測(cè)量信號(hào)的單個(gè)值無關(guān)。
由于這種特性，適當(dāng)選擇捕捉范圍的大小來獲得非常魯棒和穩(wěn)定的輸 出值。該結(jié)論是對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中求平均法的重要改進(jìn)，因?yàn)榍笃骄偸窃?成輸出值中一定量的波動(dòng)，而這種波動(dòng)是將新測(cè)量值輸入到計(jì)算中造成的。
顯示函數(shù)優(yōu)選以顯示處理單元來實(shí)現(xiàn)。后者的輸出被設(shè)計(jì)用于連接到 顯示單元和/或進(jìn)一步處理單元，使得通過顯示函數(shù)確定的輸出值可以被傳 遞至這些單元中的一個(gè)或兩個(gè)。這里使用的術(shù)語(yǔ)"顯示處理單元"包括所 有的信號(hào)處理部件，如電路、模擬電路、模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器、集成電路、運(yùn) 算放大器、移位寄存器、處理器、計(jì)算機(jī)、算術(shù)單元等等。
在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，預(yù)先確定共同輸出值，尤其是在較早 的時(shí)間間隔期間的測(cè)量信號(hào)的預(yù)定起始值和/或時(shí)間曲線。結(jié)果，測(cè)量結(jié)果 的短期波動(dòng)和顯示指示的瞬間波動(dòng)得以有效抑制。
在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，通過第一邊界和第二邊界來劃分捕捉 范圍和輸入范圍，并且在控制捕捉范圍時(shí)，邊界間的間隔基本保持不變?？刂撇蹲椒秶鷱亩梢詼p小到控制一個(gè)參數(shù)，即，單一的位置參數(shù)控制， 這樣就可以實(shí)現(xiàn)一種特別簡(jiǎn)單的控制。
在本發(fā)明的又一優(yōu)選實(shí)施例中，捕捉范圍寬于測(cè)量信號(hào)的期望波動(dòng)和/ 或?qū)捰陲@示器的分辨率和/或?qū)捰谶M(jìn)一步處理階段的處理精度。捕捉范圍優(yōu) 選大于測(cè)量信號(hào)改變量的兩倍，甚至更好是三倍或四倍。因而，顯示器中 的波動(dòng)可以降至最小，或者它們的出現(xiàn)可以被限制到最小的概率。
在本發(fā)明的又一實(shí)施例中，特征值被指定給捕捉范圍，尤其是捕捉范 圍中心點(diǎn)的值，其體現(xiàn)了捕捉范圍的位置并且可以依靠測(cè)量信號(hào)來控制所 述特征值。基于此，可以基于特征值的簡(jiǎn)單方式來實(shí)現(xiàn)捕捉范圍的控制。
在又一實(shí)施例中，使用步進(jìn)模式，尤其以對(duì)應(yīng)于第一校正參數(shù)的恒定 步長(zhǎng)來控制捕捉范圍。因此，顯示值沒有連續(xù)改變，而只在某些時(shí)間點(diǎn)改 變，從而有效避免了短期的顯示波動(dòng)。
在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，形成對(duì)應(yīng)于測(cè)量信號(hào)的值，將該值與 閾值進(jìn)行比較，并且根據(jù)比較結(jié)果來觸發(fā)捕捉范圍的位置設(shè)定。因此，獲 得以基本相同的速率遞增的捕捉范圍的步進(jìn)改變。此外，顯示器能夠以適 當(dāng)方式跟隨負(fù)載的改變，而那些積分值在闞值之下的干擾被有效抑制。
在本發(fā)明的又一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，為測(cè)量信號(hào)和輸出值之間的差值建 立值，對(duì)差值積分，以獲得積分值，并根據(jù)所述積分值控制捕捉范圍。既 然積分值以同樣快速的改變響應(yīng)于測(cè)量信號(hào)的大改變，無論多高的精度都 可以獲得測(cè)力裝置短的反應(yīng)時(shí)間以響應(yīng)稱重負(fù)載的改變。
在本發(fā)明的又一實(shí)施例中，在步進(jìn)模式，尤其以對(duì)應(yīng)于捕捉范圍位置 改變的第二校正參數(shù)的恒定步長(zhǎng)來改變積分值。利用這種步進(jìn)改變，以根 據(jù)新位置的簡(jiǎn)單方法適于積分器的連續(xù)累積。
在本發(fā)明特定的優(yōu)選實(shí)施例中，采用改變的積分值的量大于零的方式 來改變積分值。因此，積分器不會(huì)被設(shè)定成完全回到零，而總是保留來自 前次積分的某些信息內(nèi)容或者信號(hào)部分。顯示指示的改變只會(huì)在測(cè)量信號(hào) 的主要改變之后才翻轉(zhuǎn)方向這一事實(shí)可以證明這一點(diǎn)。例如，在測(cè)量信號(hào) 已經(jīng)超出正閾值后，測(cè)量信號(hào)值將首先不得不穿過整個(gè)捕捉范圍直到它們 到達(dá)負(fù)閾值。
這種特性導(dǎo)致了所謂的滯后效應(yīng)，因?yàn)槊總€(gè)輸出值本來就含有一定量
8的過去記錄并且每個(gè)輸出值總是取決于到達(dá)該輸出值的方向。利用該滯后 效應(yīng)，可以進(jìn)一步減小短期波動(dòng)，因此得到十分固定的顯示。
適當(dāng)選擇校正參數(shù)以及積分值改變的步長(zhǎng)，顯示器的魯棒性，即，抗 波動(dòng)能力可以得到顯著改善，例如，通過不引起響應(yīng)延遲的三個(gè)因素。
本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例還包括在信號(hào)處理單元，尤其是顯示處理單元或 者算術(shù)單元中執(zhí)行的程序，并且該程序根據(jù)本發(fā)明的方法來計(jì)算輸出值。
這就允許得到信號(hào)處理階段中非常高的靈活度和又一功能化能力的合并。
在又一實(shí)施例中，以與所述積分值的調(diào)節(jié)基本同時(shí)地來控制所述捕捉。 這樣的效果是可以馬上繼續(xù)積分，從而實(shí)現(xiàn)測(cè)力裝置的快速響應(yīng)。
在又一實(shí)施例中，積分器生成對(duì)應(yīng)于正差分的積分值和對(duì)應(yīng)于負(fù)差分 的積分值?；谶@些積分值，控制捕捉范圍的位置，特別是對(duì)于各自相反 方向上的改變。這允許以簡(jiǎn)單方式來執(zhí)行積分。
優(yōu)選地，通過積分器來積分測(cè)量信號(hào)的測(cè)量值中具有相反符號(hào)的輔助 量。從而可以額外地提高積分的魯棒性。
優(yōu)選通過模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換將典型地以模擬形式呈現(xiàn)的測(cè)量信號(hào)轉(zhuǎn)化為 數(shù)字值，其指向于顯示函數(shù)作為數(shù)字輸入值。該數(shù)字值對(duì)應(yīng)于模擬測(cè)量信 號(hào)，因此對(duì)應(yīng)于作用于測(cè)力裝置的力。由顯示函數(shù)生成的輸出值通常也表 現(xiàn)為數(shù)字信息，例如數(shù)字值。


根據(jù)本發(fā)明的測(cè)力裝置的詳細(xì)信息、測(cè)力模塊和本發(fā)明的方法從附圖 所示實(shí)施例的描述中將是顯而易見的，其中
圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的示范性實(shí)施例具有形象表示的負(fù)載L和指示
單元31的秤1;
圖2示意性說明了圖1中具有測(cè)量轉(zhuǎn)換器10的秤的方框圖，該測(cè)量轉(zhuǎn) 換器10連接到顯示處理單元30，使得通過顯示函數(shù)FA(SL)，計(jì)算輸出值A(chǔ) 并將其傳遞至模擬指示單元31a、數(shù)字指示單元31b和進(jìn)一步處理單元32;
圖3示意性說明了表示圖2的顯示函數(shù)Fa(SL)的曲淺，該顯示函數(shù)將 輸入范圍內(nèi)的那些測(cè)量信號(hào)SL的值指定到輸出值A(chǔ)，捕捉范圍DSL將測(cè)量 信號(hào)SL的值指定到共同輸出值A(chǔ)*;圖4表示用于如圖2所示的顯示處理單元30的控制單元的方框圖的示 例，該顯示處理單元具有顯示函數(shù)FA(SL)、積分器INT和反饋校正值kl、 k2的觸發(fā)器TRIG;
圖5表示根據(jù)圖4的控制單元的實(shí)施例的又一示例，所不同的是控制 單元對(duì)于測(cè)量信號(hào)SL的正負(fù)測(cè)量值具有單獨(dú)的部分；以及
圖6表示具有捕捉范圍DSL邊界的測(cè)量信號(hào)SL的時(shí)間曲線、共同輸出 值八*的相關(guān)時(shí)間曲線和積分器INT的積分值I的相關(guān)時(shí)間曲線的簡(jiǎn)化示例。
具體實(shí)施例方式
圖1示出了在根據(jù)本發(fā)明的示意性實(shí)施例中具有指示單元31的秤1， 其中示意地指示了負(fù)載L的動(dòng)作。秤1安裝有顯示處理單元，其具有獲得 精度和指示單元31的穩(wěn)定輸出值A(chǔ)的任務(wù)，其中后者例如可以包含數(shù)字液 晶顯示器。
圖2示意性說明了圖1的秤1的方框圖。測(cè)量傳感器生成對(duì)應(yīng)于作用 在測(cè)量傳感器10上的力L的測(cè)量信號(hào)，該測(cè)量傳感器的操作原理在本示例 中是基于應(yīng)變測(cè)量?jī)x11的形變。測(cè)量傳感器10直接或通過預(yù)處理單元20 連接到顯示處理單元30，以便將測(cè)量信號(hào)SL傳送到顯示處理單元30。如 圖所示，顯示處理單元30也可以并入預(yù)處理單元20，例如，作為共有電路， 作為微處理器中算法程序的一部分，或者作為組件。然而，預(yù)處理單元20 或者預(yù)處理函數(shù)也可以由測(cè)量傳感器10接管，在這種情況下，測(cè)量傳感器 10生成的測(cè)量信號(hào)不要求進(jìn)一步預(yù)處理。
此處所含的測(cè)量傳感器10的范圍包括很多不同的類型，例如，基于磁 力補(bǔ)償原理的測(cè)量傳感器10，或者基于一般意義上變形體形變的測(cè)量傳感 器10，例如所謂的支座負(fù)載單元(rocker pin load cells)。
在顯示處理單元30中，測(cè)量信號(hào)SL被處理成輸出值A(chǔ)。顯示處理單 元30的輸出連接到指示單元31，例如數(shù)字液晶顯示器31a或者模擬刻度盤 儀表31b，使得輸出值A(chǔ)可以被傳遞到指示單元并加以顯示。輸出值A(chǔ)也 可以被送至進(jìn)一步處理單元32，例如監(jiān)控和/或報(bào)警裝置和/或主計(jì)算機(jī)和/ 或過程控制器。
在顯示處理單元30中，測(cè)量信號(hào)SL的值被指定為顯示函數(shù)FA的輸入值。通過該顯示函數(shù)FA，相應(yīng)的輸出值A(chǔ)被指定給測(cè)量信號(hào)SL的值。這 種運(yùn)算通?？梢员硎緸轱@示函數(shù)FA，該函數(shù)描述了輸出值A(chǔ)對(duì)于測(cè)量信號(hào) SL的關(guān)系
A = FA(SL)。
圖3示意性表現(xiàn)了根據(jù)圖2的顯示函數(shù)FA(SL)的曲線。輸入值的范圍， 即所謂的顯示函數(shù)FA(SL)的輸入范圍以橫坐標(biāo)表示，輸出值的范圍以縱坐 標(biāo)表示。顯示函數(shù)FA(SLi)將測(cè)量信號(hào)SL生成的一般輸入值SLi指定到相 應(yīng)的一般輸出值A(chǔ)i。測(cè)量信號(hào)SL的值通常在顯示函數(shù)FA(SL)的輸入范圍。 因此，顯示函數(shù)FA(SL)的輸入范圍是那些能夠指定到至少一個(gè)輸出值A(chǔ)的 輸入值的范圍。
根據(jù)本發(fā)明，顯示函數(shù)FA(SL)的輸入值包括捕捉范圍DSL。這個(gè)捕捉 范圍DSL的特征為該范圍中顯示函數(shù)FA(SL)的曲線是平行于橫坐標(biāo)的直線 形式。這就意味著通過顯示函數(shù)FA(SL)，共同輸出值A(chǔ)+被指定給落入捕捉 范圍DSL的測(cè)量信號(hào)SL的所有值。因此，在輸入值和輸出值之間沒有一 對(duì)一的關(guān)系。相反，整個(gè)范圍的輸入值被映射到單一的共同輸出值A(chǔ)、
在捕捉范圍DSL之外，由曲線表示的顯示函數(shù)Fa(SL)的相失特性可以 任何期望的形式給出，例如，單調(diào)的上升函數(shù)(實(shí)線)，上升的線性函數(shù)(虛 線)，或者步進(jìn)函數(shù)(雙線)。以高分辨率的均勻步進(jìn)形式，所謂的量子化或 者離散化步進(jìn)，的函數(shù)相關(guān)性是數(shù)字技術(shù)領(lǐng)域中通常采用的理念。
捕捉范圍DSL還具有第一邊界DSL1和第二邊界DSL2，它們將捕捉 范圍DSL和位于界外的顯示函數(shù)FA(SL)的部分輸入范圍區(qū)分開。
在圖3中，特征值DSLO被標(biāo)記為一個(gè)特殊值。通過顯示函數(shù)FA(SL)， 共同輸出值八*也被指定給這個(gè)特征值DSL0。該特征值以一種特殊方式來 表現(xiàn)輸入范圍內(nèi)的捕捉范圍DSL的位置。典型地，特征值DSLO是捕捉范 圍DSL中心的數(shù)值，即，第一邊界DSL1和第二邊界DSL2之間的中點(diǎn)代表 的值。然而，特征值DSLO也可以不同的方式表現(xiàn)捕捉范圍的位置，例如中 央值或者具有測(cè)量信號(hào)SL出現(xiàn)的最高概率的值。
圖4表示用于圖2的顯示處理單元30的控制單元的方框圖的示例。測(cè) 量信號(hào)SL被送至代表顯示函數(shù)FA(SL)的函數(shù)塊Fa的輸入(inp)。在函數(shù)塊 的輸出(out)處，輸出值A(chǔ)例如可用于呈現(xiàn)在顯示器上或者被傳遞用于進(jìn)一步處理。函數(shù)塊FA的運(yùn)算形式可以通過下列數(shù)學(xué)關(guān)系表達(dá)。在這個(gè)例子中，
數(shù)量h代表捕捉范圍DSL的一半。在處理開始時(shí)，特征值DSLO表示起始 值并且例如取零值(DSL-O)。在測(cè)量過程中，特征值DSLO隨后以下面所述 的方式改變-
A* = SL - h， 如果SL > DSL0 + h;
A* = DSLO, 如果DSL0 - h ^ SL ^ DSL0 + h;
A* = SL + h，如果SL〈DSL0-h. 這些等式基本上描述了顯示函數(shù)FA(SL)的形狀特別是根據(jù)圖3的顯示函數(shù) 的捕捉范圍。
為了控制捕捉范圍DSL的位置，另一電路被添加到函數(shù)塊FA。經(jīng)此修
改，函數(shù)塊FA的輸入和函數(shù)塊FA的輸出連接到差分計(jì)算器的輸入。因此，
差分計(jì)算器確定測(cè)量信號(hào)SL和輸出值A(chǔ)之間的差值。為了將差分計(jì)算器的 差分信號(hào)傳遞到積分器INT，將差分計(jì)算器的輸出連接到積分器INT。
積分器INT的輸出連接到觸發(fā)器TRIG的輸入，使得積分值I可以傳遞 至觸發(fā)器TRIG。在觸發(fā)器TRIG中，積分值I與預(yù)定閾值S進(jìn)行比較。當(dāng) 超過閾值S時(shí)，在觸發(fā)器TRIG中生成觸發(fā)信號(hào)。觸發(fā)器TRIG的輸出連接 到第一運(yùn)算放大器的輸入和第二運(yùn)算放大器的輸入，使得由觸發(fā)器TRIG生 成的觸發(fā)信號(hào)可以被傳遞到這些運(yùn)算放大器。
在第一運(yùn)算放大器中，使用第一校正參數(shù)kl來調(diào)節(jié)觸發(fā)信號(hào)，例如倍 乘或放大，并通過連接器導(dǎo)線將其送至函數(shù)塊FA，該連接器導(dǎo)線將第一運(yùn) 算放大器的輸出連接到函數(shù)塊FA的另一輸入tk。已經(jīng)采用校正參數(shù)kl調(diào) 節(jié)過的觸發(fā)信號(hào)通過下列重新賦值等式中的校正參數(shù)kl的值在函數(shù)塊FA 中造成了捕捉范圍DSL的漂移以及從而引起的捕捉范圍的邊界和特征值 DSLO的漂移
DSL1國(guó)> DSL1 +kl;
DSL2->DSL2 + kl;
DSLO -> DSLO + kl;
A* ->A*+kl.
在第二運(yùn)算放大器中，使用第二校正參數(shù)k2來調(diào)節(jié)觸發(fā)信號(hào)，并通過 連接器導(dǎo)線指向積分器INT，該連接器導(dǎo)線將第二運(yùn)算放大器的輸出與積分器的第二輸入相連接。在積分器INT中，已經(jīng)采用校正參數(shù)k2調(diào)節(jié)過的 觸發(fā)信號(hào)通過下列重新賦值等式中的校正參數(shù)k2引起積分值I的改變
I -> I - k2
由于兩種運(yùn)算均通過觸發(fā)信號(hào)進(jìn)行初始化，捕捉范圍DSL的漂移和積 分值I的改變同時(shí)發(fā)生。結(jié)果，可以快速地跟隨測(cè)量信號(hào)的改變，并且系統(tǒng) 充分地抑制了測(cè)量信號(hào)SL的波動(dòng)。
圖5表示根據(jù)圖4的控制單元的實(shí)施例的又一示例，所不同的是控制 單元對(duì)于測(cè)量信號(hào)SL的正負(fù)測(cè)量值具有單獨(dú)的部分，并且正值和負(fù)值被單 獨(dú)處理。
為了將差分計(jì)算器的差分信號(hào)傳遞到這些積分器INTp和INTn，在這 種情況下將差分計(jì)算器的輸出連接到正積分器INTp的輸入和負(fù)積分器 INTn的輸入。在積分器INTp和INTn中，為了分別獲得正積分值Ip和負(fù) 積分值In，對(duì)差分信號(hào)進(jìn)行積分。積分值Ip和In優(yōu)選采用下列重新賦值來 計(jì)算
Ip <- max(Ip+eps; 0) In <- max(In畫eps; 0)
其中，最大值函數(shù)max形成兩個(gè)輸入值中的最大值，并且印s代表測(cè)量信 號(hào)值與輸出值A(chǔ)之間的差值。 eps = SL - A
與圖4的實(shí)施例類似，但隨著積分值的分離，Ip被送至第一觸發(fā)器 TRIG，在那里Ip與正閾值Sp進(jìn)行比較，并且如果超過閾值Sp，生成觸發(fā) 信號(hào)。該觸發(fā)信號(hào)一方面使用校正參數(shù)k2p來調(diào)節(jié)并返回至積分器INTp， 另一方面使用校正參數(shù)klp來調(diào)節(jié)并送至函數(shù)塊FA。同樣，積分值In被送 至觸發(fā)器TRIG，在那里In與負(fù)閾值Sn進(jìn)行比較，并且如果超過陶值Sn， 生成觸發(fā)信號(hào)。類似于上述說明，該觸發(fā)信號(hào)一方面使用校正參數(shù)k2n來 調(diào)節(jié)并返回至積分器INTn，另一方面使用校正參數(shù)kln來調(diào)節(jié)并送至函數(shù)
塊FA.
為了接收己經(jīng)使用校正參數(shù)klp和kln調(diào)節(jié)過的信號(hào)，函數(shù)塊FA具有 兩個(gè)輸入端tkp和tkn，它們分別連接到與校正參數(shù)klp和kln相對(duì)應(yīng)的運(yùn)
13算放大器。在輸入端tkp處的信號(hào)引起一個(gè)方向上的捕捉范圍漂移，例如正 測(cè)量值的方向，但是輸入端tkn處的信號(hào)引起相反方向上的捕捉范圍漂移。 在該實(shí)施例中，根據(jù)下列賦值來更新共同輸出值A(chǔ)*、捕捉范圍DSL以及正 積分值Ip或者負(fù)積分值In。
Ip 〉 Sp: A=A+klp; Ip=Ip-k2p
In 〉 Sn: A=A-kln; In=Ip-k2n
校正參數(shù)klp和kln可以選擇不同或者相同的大小。同樣，校正參數(shù)k2p 和k2n可以不同或者相同。
圖6表示在觀測(cè)時(shí)間期間t內(nèi)，對(duì)于測(cè)量信號(hào)SL、捕捉范圍DSL、共 同輸出值A(chǔ)+和積分值I的時(shí)間曲線的簡(jiǎn)化示例。從最開始到時(shí)刻tO，測(cè)量 信號(hào)SL在其基本波形中大部分是恒定的，也有測(cè)量信號(hào)SL上疊加的短期 干擾或波動(dòng)。但是，選擇捕捉范圍DSL尤其是它的第一邊界DSL1和第二 邊界DSL2足夠?qū)挘@樣干擾并沒有超出捕捉范圍DSL。因此，結(jié)果是共 同輸出值八*的穩(wěn)定指示。
在tl時(shí)刻前不久，測(cè)量信號(hào)SL顯著增加，例如由于負(fù)載改變。隨著 這種增加，由于捕捉范圍DSL現(xiàn)在不再相對(duì)于測(cè)量信號(hào)SL對(duì)稱，積分值I 也向上改變，使得測(cè)量信號(hào)SL的正信號(hào)輸入占主導(dǎo)地位。
在tl時(shí)刻，積分值I超過閾值S，使得根據(jù)圖4，觸發(fā)器TRIG釋放觸 發(fā)信號(hào)，該觸發(fā)信號(hào)在增加的測(cè)量信號(hào)SL方向上使捕捉范圍DSL以校正 參數(shù)kl的量漂移并且以校正參數(shù)k2減小積分值I。在tl時(shí)刻，基本上同時(shí) 調(diào)節(jié)捕捉范圍DSL和測(cè)量信號(hào)SL的值。
如同時(shí)刻tl的類似調(diào)節(jié)也在時(shí)刻t2和t3重現(xiàn)。然而，在t4時(shí)刻，積 分值越過負(fù)閾值，使得校正參數(shù)kl和k2改變它們的符號(hào)。在這種情況下， 捕捉范圍DSL在測(cè)量信號(hào)SL的負(fù)值方向上以校正參數(shù)kl的量漂移，并且 積分值I以校正參數(shù)k2增加。
正閾值和負(fù)閾值的數(shù)值可以相同，但也可以不同。此外，校正參數(shù)kl 和k2對(duì)于正負(fù)校正可以是不同的。
閾值S優(yōu)選選擇根據(jù)下列公式作為在步長(zhǎng)的時(shí)間間隔ts期間對(duì)于以步 長(zhǎng)As指示跳變的所需響應(yīng)時(shí)間ta的函數(shù)S = As x ta/ts.
此外，校正參數(shù)kl和k2可以通過下列公式來確定: kl = DSI7n k2 = S/n
其中，n是表示期望步進(jìn)數(shù)的整數(shù)。
參考符號(hào)列表
1測(cè)力裝置
10測(cè)量傳感器
11應(yīng)變測(cè)量?jī)x
20預(yù)處理單元
30顯示處理單元
31指示單元
32進(jìn)一步處理單元
A輸出值
Ai一般輸出值
A氺共同輸出值
FA顯示函數(shù)，函數(shù)塊
i叩顯示函數(shù)的輸入
eps差分值
out顯示函數(shù)的輸出
SL測(cè)量信號(hào)
DSL0特征值
SLi測(cè)量信號(hào)的一般值
DSL捕捉范圍
DSL1， DSL2捕捉范圍的界限
I， In, Ip積分值
INT, INTp, INTn積分器
S， Sn, Sp閾值
TRIG觸發(fā)器tk， tkn， tkp 校正參數(shù)的輸入 kl， k2， kln， k2n， klp， k2p 校正參數(shù)
權(quán)利要求
1、一種在具有測(cè)量傳感器(10)的電子測(cè)力裝置(1)中，尤其是在秤中處理信號(hào)的方法，所述測(cè)量傳感器(10)生成與作用在所述傳感器上的力(L)對(duì)應(yīng)的測(cè)量信號(hào)(SL)，其中，所述測(cè)量信號(hào)直接或經(jīng)由預(yù)處理階段進(jìn)入顯示函數(shù)(FA(SL))，所述顯示函數(shù)(FA(SL))將相應(yīng)的輸出值(A)指定到所述測(cè)量信號(hào)(SL)的值，并且其中，將所述輸出值隨后呈現(xiàn)在顯示器中或被傳遞用于進(jìn)一步處理，其特征在于，所述顯示函數(shù)(FA(SL))的輸入范圍包括捕捉范圍，使得通過所述顯示函數(shù)(FA(SL))將共同輸出值(A*)指定給處于所述捕捉范圍(DSL)內(nèi)的所述測(cè)量信號(hào)(SL)的值，并且根據(jù)所述測(cè)量信號(hào)(SL)來控制所述輸入范圍內(nèi)的捕捉范圍(DSL)的位置。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，預(yù)先定義所述共同輸出 {S(A*)，尤其是在較早時(shí)間間隔期間的測(cè)量信號(hào)(SL)的預(yù)定起始值(DSLO) 和/或時(shí)間曲線。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述捕捉范圍(DSL) 通過第一邊界(DSL1)和第二邊界(DSL2)與所述輸入范圍區(qū)分開，并且在控 制所述捕捉范圍(DSL)期間，所述邊界(DSL1 ,DSL2)之間的間隔基本保持不 變。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1至3中任意一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述捕 捉范圍(DSL)包括特征值(DSLO)，尤其是所述捕捉范圍(DSL)的中點(diǎn)值，所 述特征值體現(xiàn)所述捕捉范圍(DSL)的位置并且根據(jù)所述測(cè)量信號(hào)(SL)來控制 所述特征值。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1至4中任意一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，以這樣 的特征來控制所述捕捉范圍(DSL)的大小所述捕捉范圍(DSL)比所述測(cè)量 信號(hào)(SL)的期望波動(dòng)更寬，和/或比所述測(cè)量信號(hào)(SL)的改變量寬兩倍，甚 至三倍或四倍，和/或比顯示器的分辨率更寬，和/或比進(jìn)一步處理的精度更高。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1至5中任意一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，以步進(jìn) 模式尤其是以對(duì)應(yīng)于第一校正參數(shù)(kl)的恒定步長(zhǎng)來控制所述捕捉范圍 (DSL)。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1至6中任意一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，形成對(duì) 應(yīng)于所述測(cè)量信號(hào)(SL)的值，將所述值與閾值(S， Sp， Sn)進(jìn)行比較，并且 根據(jù)比較結(jié)果來觸發(fā)用來設(shè)置所述捕捉范圍(DSL)的位置的動(dòng)作。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1至7中任意一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，針對(duì)所 述測(cè)量信號(hào)(SL)和輸出值(A)之間的差值建立值，并且積分所述差值，以獲 得積分值(I, Ip， In),基于所述積分值來控制所述捕捉范圍(DSL)的位置。
9、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，以步進(jìn)模式，尤其是以 根據(jù)與所述捕捉范圍(DSL)的位置改變對(duì)應(yīng)的第二校正參數(shù)(k2, k2p, k2n)的 恒定步長(zhǎng)來改變所述積分值(I, Ip， In)。
10、 根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的方法，其特征在于，以使得改變的積 分值(I, Ip, In)的量大于0的方式來改變所述積分值(I, Ip， In)。
11、 根據(jù)權(quán)利要求8至10中任意一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，以與 所述積分值(I)的調(diào)節(jié)基本同時(shí)地來控制所述捕捉。
12、 根據(jù)權(quán)利要求8至11中任意一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，積分 器ONT)生成對(duì)應(yīng)于正差值的積分值(Ip)以及對(duì)應(yīng)于負(fù)差值的積分值(In)，并 且基于這些積分值，控制所述捕捉范圍(DSL)的位置，尤其是各自相反方向 上的改變。
13、 根據(jù)權(quán)利要求8至12中任意一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，通過所述積分器(INT)積分輔助數(shù)(eps)，所述輔助數(shù)具有所述測(cè)量信號(hào)(SL)的相 反符號(hào)的測(cè)量值。
14、 一種在具有顯示處理單元(30)的電子測(cè)力裝置(1)，尤其是秤中處理 信號(hào)的裝置，所述顯示處理單元的輸入端能夠直接或經(jīng)由預(yù)處理單元(20) 連接到測(cè)量傳感器(10)，以便接收與作用在所述測(cè)量傳感器上的力(L)對(duì)應(yīng)的 至少一個(gè)測(cè)量信號(hào)(SL)，所述顯示處理單元的輸出端能夠連接到指示單元 (31)和/或進(jìn)一步處理單元(32)，以便傳遞通過所述顯示處理單元(30)中的顯 示函數(shù)(Fa(SL))生成的瑜出信(A)，其特征在于，所述顯示函數(shù)(FA(SL))的輸 入范圍包括捕捉范圍，從而將共同輸出值(A"指定給處于所述捕捉范圍 (DSL)內(nèi)的測(cè)量信號(hào)(SL)的那些值，并且根據(jù)所述測(cè)量信號(hào)(SL)能夠控制所 述輸入范圍內(nèi)的捕捉范圍(DSL)的位置。
15、 根據(jù)權(quán)利要求14所述的裝置，其特征在于，所述顯示處理單元(30) 包括觸發(fā)器(TRIG)，以便比較對(duì)應(yīng)于所述測(cè)量信號(hào)(SL)的值，并且根據(jù)比較 結(jié)果來觸發(fā)所述捕捉范圍(DSL)的位置的設(shè)定。
16、 根據(jù)權(quán)利要求14或15所述的裝置，其特征在于，所述顯示處理 單元(30)包括差分計(jì)算器，用于建立所述測(cè)量信號(hào)(SL)和輸出傲A)之間的差分值；以及積分器(INT),用于將所述差分積分成積分值(I)，該積分值隨 后能夠用于所述捕捉范圍(DSL)的位置的控制。
17、 一種程序，能夠在信號(hào)處理單元尤其是顯示處理單元(30)或者運(yùn)算 單元上執(zhí)行，用于根據(jù)權(quán)利要求1至13中任意一項(xiàng)所述的方法對(duì)輸出值(A)進(jìn)行計(jì)算。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于在具有測(cè)量傳感器的測(cè)力裝置中，尤其是秤中處理信號(hào)的方法、裝置和程序，該測(cè)量傳感器生成對(duì)應(yīng)于作用在傳感器上的力的測(cè)量信號(hào)，其中，測(cè)量信號(hào)直接或者經(jīng)由預(yù)處理階段進(jìn)入用于將相應(yīng)的輸出值指定到測(cè)量信號(hào)的值的顯示函數(shù)，并且其中，所述輸出值隨后呈現(xiàn)在顯示器中或被傳遞用于進(jìn)一步處理。顯示函數(shù)的輸入范圍包含一捕捉范圍，使得在該捕捉范圍內(nèi)的測(cè)量信號(hào)的值通過顯示函數(shù)被指定一共同輸出值，并且根據(jù)測(cè)量信號(hào)來控制輸入范圍內(nèi)的捕捉范圍的位置。
文檔編號(hào)G01G23/01GK101614580SQ20091014998
公開日2009年12月30日 申請(qǐng)日期2009年6月24日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月24日
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