称重传感器、称重网络及监测方法技术

本发明专利技术揭示了一种称重传感器，包括四个电阻式应变片、数模转换电路和信号处理器。信号处理器能输出实时受载力值F

【技术实现步骤摘要】
称重传感器、称重网络及监测方法本申请是2014年10月09日申请的，专利技术名称为“称重传感器、称重网络及监测方法”，申请号为201410529715.6的中国专利技术专利申请的分案申请
本专利技术涉及监测诊断
，尤其涉及基于数字传感器的称重网络及其监测方法。
技术介绍
在现代化的工业生产流程中，重量信息经常成为关键的信息来源和控制目标。例如在车辆衡系统中，重量信息就是所需要的最终输出数据。在灌装生产线上，重量信息就成为灌装生产流程的控制目标。因此，称重的可靠性和精确性具有重大意义。随着数字化和信息化技术的发展，传统的称重系统已经开始进入数字称重系统时代，在传感器中内置具备高精度模数转换功能和数字处理能力的电路，将传感器的受载力信息转化成数字信号。一只或多只数字称重传感器通过有线或者无线等通讯方式，与仪表、工控机等终端设备进行数据和指令的交互，共同构成称重通讯拓扑网络，将格式化后的称重数据发往仪表、工控机等终端设备，进行最终处理和显示。在现有的数字称重系统中，仪表、工控机等终端设备是数据处理的核心，将从数字称重传感器接收到的数据，处理为称重系统的称重数据。同时，对数字传感器节点的过载信息、温度数据和标定信息进行记录。但对于数字称重系统复杂的使用过程、网络健康状况、使用寿命、称重元件状态等重要信息，无法进行侦测、分析和诊断。随着数字称重系统的使用时间的延长，称重传感器难免会出现一些故障和问题，使得传感器的状态不稳定，可靠性和精确性下降。因为数字称重系统是由各个数字传感器组成，单个的称重传感器的问题会导致整个数字称重系统的可靠性和精确性的下降。在现有技术中还不能对于数字称重系统自身运行状况进行有效的监测和诊断。
技术实现思路
本专利技术旨在提出一种能够对由数字称重传感器组成的称重网络进行监测的方法，以及相应的称重网络及其称重传感器。根据本专利技术的一实施例，提出一种称重传感器，包括：四个应变片、数模转换电路和信号处理器。四个应变片包括第一应变片SG1、第二应变片SG2、第三应变片SG3、第四应变片SG4，四个应变片贴装在传感器弹性体的表面，位于传感器弹性体的测力区域，四个应变片连接构成惠斯通电桥，再与感温元件组成应变桥。数模转换电路，包含基准电压端(Vref)、接地端(GND)、多个输入通道和数字输出端(Dout)，数模转换电路通过基准电压端(Vref)和接地端(GND)向应变桥进行激励，并通过多个输入通道分别接收应变桥的反馈信号，所述反馈信号通过数字输出端(Dout)输出。信号处理器从数模转换电路的输出端Dout接收反馈信号，信号处理器包括受载力计算单元和状态信息矩阵计算单元，受载力计算单元根据反馈信号计算得到受载力值；状态信息矩阵计算单元根据反馈信号计算得到状态信息矩阵。在一个实施例中，多个输入通道包括第一输入通道(CH1)、第二输入通道(CH2)、第三输入通道(CH3)。基准电压端Vref输出高电压Ve+，接地端GND输出低电压Ve-，激励电压(Ve+，Ve-)被施加至应变桥的两端。感温元件和惠斯通电桥之间引出第一反馈信号VBG，第一反馈信号VBG输入至第一输入通道CH1。第一应变片SG1和第二应变片SG2之间引出第二反馈信号VSP，第二反馈信号VSP输入至第二输入通道CH2。第三应变片SG3和第四应变片SG4之间引出第三反馈信号VSN，第三反馈信号VSN输入至第三输入通道CH3。在一个实施例中，受载力计算单元根据第二反馈信号VSP和第三反馈信号VSN计算差分电压VS＝VSP-VSN，根据第一反馈信号VBG、第二反馈信号VSP和第三反馈信号VSN计算补偿函数f(VBG,VSP,VSN)，根据差分电压和补偿函数计算得到受载力值Fn＝(VSP-VSN)*K+f(VBG,VSP,VSN)，其中K为传感器的应变力系数常数。在一个实施例中，状态信息矩阵计算单元根据第一反馈信号VBG、第二反馈信号VSP和第三反馈信号VSN计算四个应变片的实时电压值，进一步根据实时电压值和受载力值Fn计算得到状态信息矩阵St＝Matrix(VSP,VSN,VBG,Fn)。在一个实施例中，还具有一状态信息矩阵阈值数据库，该状态信息矩阵阈值数据库中保存对应于不同的传感器应用状态的状态信息矩阵阈值STH，比较状态信息矩阵St和状态信息矩阵阈值STH，得到故障信息。同时根据受载力值Fn和状态信息矩阵St检测传感器当前状态，并对因传感器当前状态所产生偏差进行修正。根据本专利技术的一实施例，提出一种称重网络，包括：称重传感器阵列、采集设备和控制终端。称重传感器阵列包括数个前述的称重传感器。采集设备采集称重传感器阵列的外部信息。控制终端通过电源电缆和信号电缆与称重传感器阵列中的每一个称重传感器相连，控制终端通过电源电缆向称重传感器阵列中的称重传感器供电，并通过信号电缆接收称重传感器的信号。控制终端包括电缆监测单元，电缆监测单元检测电源电缆上的电流和阻抗，电缆检测单元检测信号电缆上的电压和阻抗，控制终端基于采集设备采集的外部信息和电缆检测单元的检测信号确定电源电缆和信号电缆的状态。在一个实施例中，控制终端通过信号电缆接收称重传感器的信号包括各个称重传感器的受载力值Fn和状态信息矩阵St。在一个实施例中，外部信息包括称重传感器阵列中各个称重传感器的布置位置、称重对象的类型、时间信息。控制终端结合外部信息、各个称重传感器的受载力值Fn和状态信息矩阵St建立一称重过程数据库。根据本专利技术的一实施例，提出一种称重网络监测方法，应用前述的称重网络，控制终端实时采集实时外部信息、各个称重传感器的实时受载力值Fn和实时状态信息矩阵St；将实时外部信息、各个称重传感器的实时受载力值Fn和实时状态信息矩阵St与称重过程数据库中保存的数据相比较，监测称重网络的状态。本专利技术的称重传感器、称重网络及监测方法能够对由数字称重传感器组成的称重网络的受载状态、使用过程、健康状况和使用寿命等信息进行侦测分析，对称重系统的网络状态、节点信息、通讯情况等信息进行诊断、分析和记录，从而保证了称重系统的可靠性和精确性。附图说明为让本专利技术的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本专利技术的具体实施方式作详细说明，其中：图1揭示了根据本专利技术的一实施例的称重传感器的示意图。图2揭示了根据本专利技术的一实施例的称重网络的示意图。具体实施方式本专利技术的目的在于提升基于数字称重传感器的称重系统的可靠性，并保证其精确性。本专利技术提出一种数字称重传感器、由该数字称重传感器组件的称重网络以及对该称重网络的监测方法。借助于数字称重传感器和控制终端内部集成的软硬件资源，结合传感器受载力分析技术，综合运用多种智能化的数字诊断技术，对数字称重传感器节点的受载力状态、称重元件状态、使用寿命等信息进行侦测分析，对称重系统的使用过程、网络状态和通讯情况等信息进行侦测、分析、诊断和记录。本专利技术的基本设计思路是：在称重传感器的测力区域上牢固地粘贴有电阻式应变片，当本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种称重传感器，其特征在于，包括：/n四个应变片，包括第一应变片(SG1)、第二应变片(SG2)、第三应变片(SG3)、第四应变片(SG4)，所述四个应变片贴装在传感器弹性体的表面，位于所述传感器弹性体的测力区域，所述四个应变片连接构成惠斯通电桥，再与感温元件组成应变桥，所述感温元件和所述惠斯通电桥之间引出第一反馈信号V

【技术特征摘要】
1.一种称重传感器，其特征在于，包括：
四个应变片，包括第一应变片(SG1)、第二应变片(SG2)、第三应变片(SG3)、第四应变片(SG4)，所述四个应变片贴装在传感器弹性体的表面，位于所述传感器弹性体的测力区域，所述四个应变片连接构成惠斯通电桥，再与感温元件组成应变桥，所述感温元件和所述惠斯通电桥之间引出第一反馈信号VBG，所述第一应变片(SG1)和所述第二应变片(SG2)之间引出第二反馈信号VSP，所述第三应变片(SG3)和所述第四应变片(SG4)之间引出第三反馈信号VSN；
模数转换电路，包含基准电压端(Vref)、接地端(GND)、多个输入通道和数字输出端(Dout)，所述模数转换电路通过所述基准电压端(Vref)和所述接地端(GND)向所述应变桥进行激励，并通过多个输入通道分别接收所述应变桥的所述第一反馈信号VBG、所述第二反馈信号VSP和所述第三反馈信号VSN，所述第一反馈信号VBG、所述第二反馈信号VSP和所述第三反馈信号VSN通过所述数字输出端(Dout)输出；
信号处理器，从所述模数转换电路的所述数字输出端(Dout)接收所述第一反馈信号VBG、所述第二反馈信号VSP和所述第三反馈信号VSN，所述信号处理器包括受载力计算单元和状态信息矩阵计算单元，所述受载力计算单元根据所述第一反馈信号VBG、所述第二反馈信号VSP和所述第三反馈信号VSN计算得到受载力值Fn；所述状态信息矩阵计算单元根据所述第一反馈信号VBG、所述第二反馈信号VSP和所述第三反馈信号VSN计算所述四个应变片的实时电压值，根据所述实时电压值和所述受载力值Fn计算得到状态信息矩阵St＝Matrix(VSP,VSN,VBG,Fn)。


2.如权利要求1所述的称重传感器，其特征在于，所述多个输入通道包括第一输入通道(CH1)、第二输入通道(CH2)、第三输入通道(CH3)；
所述基准电压端(Vref)输出高电压Ve+，所述接地端(GND)输出低电压Ve-，所述高电压Ve+与所述低电压Ve-作为激励电压(Ve+，Ve-)被施加至所述应变桥的两端；
所述第一反馈信号VBG输入至所述第一输入通道(CH1)；
所述第二反馈信号VSP输入至所述第二输入通道(CH2)；
所述第三反馈信号VSN输入至所述第三输入通道(CH3)。


3.如权利要求1所述的称重传感器，其特征在于，所述受载力计算单元根据所述第二反馈信号VSP和所述第三反馈信号...

【专利技术属性】
技术研发人员：张颖，吴建伟，
申请(专利权)人：梅特勒托利多常州精密仪器有限公司，梅特勒托利多常州测量技术有限公司，梅特勒托利多常州称重设备系统有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32