稱重傳感器、稱重網(wǎng)絡(luò)及監(jiān)測(cè)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及監(jiān)測(cè)診斷技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及基于數(shù)字傳感器的稱重網(wǎng)絡(luò)及其監(jiān)測(cè)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在現(xiàn)代化的工業(yè)生產(chǎn)流程中，重量信息經(jīng)常成為關(guān)鍵的信息來源和控制目標(biāo)。例如在車輛衡系統(tǒng)中，重量信息就是所需要的最終輸出數(shù)據(jù)。在灌裝生產(chǎn)線上，重量信息就成為灌裝生產(chǎn)流程的控制目標(biāo)。因此，稱重的可靠性和精確性具有重大意義。
[0003]隨著數(shù)字化和信息化技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)的稱重系統(tǒng)已經(jīng)開始進(jìn)入數(shù)字稱重系統(tǒng)時(shí)代，在傳感器中內(nèi)置具備高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換功能和數(shù)字處理能力的電路，將傳感器的受載力信息轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號(hào)。一只或多只數(shù)字稱重傳感器通過有線或者無線等通訊方式，與儀表、工控機(jī)等終端設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)和指令的交互，共同構(gòu)成稱重通訊拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)，將格式化后的稱重?cái)?shù)據(jù)發(fā)往儀表、工控機(jī)等終端設(shè)備，進(jìn)行最終處理和顯示。
[0004]在現(xiàn)有的數(shù)字稱重系統(tǒng)中，儀表、工控機(jī)等終端設(shè)備是數(shù)據(jù)處理的核心，將從數(shù)字稱重傳感器接收到的數(shù)據(jù)，處理為稱重系統(tǒng)的稱重?cái)?shù)據(jù)。同時(shí)，對(duì)數(shù)字傳感器節(jié)點(diǎn)的過載信息、溫度數(shù)據(jù)和標(biāo)定信息進(jìn)行記錄。但對(duì)于數(shù)字稱重系統(tǒng)復(fù)雜的使用過程、網(wǎng)絡(luò)健康狀況、使用壽命、稱重元件狀態(tài)等重要信息，無法進(jìn)行偵測(cè)、分析和診斷。隨著數(shù)字稱重系統(tǒng)的使用時(shí)間的延長(zhǎng)，稱重傳感器難免會(huì)出現(xiàn)一些故障和問題，使得傳感器的狀態(tài)不穩(wěn)定，可靠性和精確性下降。因?yàn)閿?shù)字稱重系統(tǒng)是由各個(gè)數(shù)字傳感器組成，單個(gè)的稱重傳感器的問題會(huì)導(dǎo)致整個(gè)數(shù)字稱重系統(tǒng)的可靠性和精確性的下降。
[0005]在現(xiàn)有技術(shù)中還不能對(duì)于數(shù)字稱重系統(tǒng)自身運(yùn)行狀況進(jìn)行有效的監(jiān)測(cè)和診斷。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明旨在提出一種能夠?qū)τ蓴?shù)字稱重傳感器組成的稱重網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行監(jiān)測(cè)的方法，以及相應(yīng)的稱重網(wǎng)絡(luò)及其稱重傳感器。
[0007]根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例，提出一種稱重傳感器，包括:四個(gè)應(yīng)變片、數(shù)模轉(zhuǎn)換電路和信號(hào)處理器。
[0008]四個(gè)應(yīng)變片包括第一應(yīng)變片SGl、第二應(yīng)變片SG2、第三應(yīng)變片SG3、第四應(yīng)變片SG4，四個(gè)應(yīng)變片貼裝在傳感器彈性體的表面，位于傳感器彈性體的測(cè)力區(qū)域，四個(gè)應(yīng)變片連接構(gòu)成惠斯通電橋，再與感溫元件組成應(yīng)變橋。
[0009]數(shù)模轉(zhuǎn)換電路，包含基準(zhǔn)電壓端(Vref)、接地端(GND)、多個(gè)輸入通道和數(shù)字輸出端(Dout)，數(shù)模轉(zhuǎn)換電路通過基準(zhǔn)電壓端(Vref)和接地端(GND)向應(yīng)變橋進(jìn)行激勵(lì)，并通過多路輸入通道分別接收應(yīng)變橋的反饋信號(hào)，所述反饋信號(hào)通過數(shù)字輸出端(Dout)輸出。
[0010]信號(hào)處理器從數(shù)模轉(zhuǎn)換電路的輸出端Dout接收反饋信號(hào)，信號(hào)處理器包括受載力計(jì)算單元和狀態(tài)信息矩陣計(jì)算單元，受載力計(jì)算單元根據(jù)反饋信號(hào)計(jì)算得到受載力值；狀態(tài)信息矩陣計(jì)算單元根據(jù)反饋信號(hào)計(jì)算得到狀態(tài)信息矩陣。
[0011]在一個(gè)實(shí)施例中，多路輸入通道包括第一輸入通道(CHl)、第二輸入通道(CH2)、第三輸入通道(CH3)?；鶞?zhǔn)電壓端Vref輸出高電壓V#，接地端GND輸出低電壓Ve，激勵(lì)電壓％+，VJ被施加至應(yīng)變橋的兩端。感溫元件和惠斯通電橋之間引出第一反饋信號(hào)VB(；，第一反饋信號(hào)VB(；輸入至第一輸入通道CHl。第一應(yīng)變片SGl和第二應(yīng)變片SG2之間引出第二反饋信號(hào)VSP，第二反饋信號(hào)Vsp輸入至第二輸入通道CH2。第三應(yīng)變片SG3和第四應(yīng)變片SG4之間引出第三反饋信號(hào)Vsn，第三反饋信號(hào)Vsn輸入至第三輸入通道CH3。
[0012]在一個(gè)實(shí)施例中，受載力計(jì)算單元根據(jù)第二反饋信號(hào)Vsp和第三反饋信號(hào)Vsn計(jì)算差分電壓Vs = Vsp-Vsn，根據(jù)第一反饋信號(hào)VBe、第二反饋信號(hào)Vsp和第三反饋信號(hào)Vsn計(jì)算補(bǔ)償函數(shù)f(VB(；，VSP, Vsn)，根據(jù)差分電壓和補(bǔ)償函數(shù)計(jì)算得到受載力值Fn =(Vsp-Vsn) *K+f (VBG, VSP, Vsn)，其中K為傳感器的應(yīng)變力系數(shù)常數(shù)。
[0013]在一個(gè)實(shí)施例中，狀態(tài)信息矩陣計(jì)算單元根據(jù)第一反饋信號(hào)VBe、第二反饋信號(hào)Vsp和第三反饋信號(hào)Vsn計(jì)算四個(gè)應(yīng)變片的實(shí)時(shí)電壓值，進(jìn)一步根據(jù)實(shí)時(shí)電壓值和受載力值Fn計(jì)算得到狀態(tài)信息矩陣St = Matrix (VSP, VSN, VBG, Fn)。
[0014]在一個(gè)實(shí)施例中，還具有一狀態(tài)信息矩陣閾值數(shù)據(jù)庫(kù)，該狀態(tài)信息矩陣閾值數(shù)據(jù)庫(kù)中保存對(duì)應(yīng)于不同的傳感器應(yīng)用狀態(tài)的狀態(tài)信息矩陣閾值STH，比較狀態(tài)信息矩陣St和狀態(tài)信息矩陣閾值STH，得到故障信息。同時(shí)根據(jù)受載力值Fn和狀態(tài)信息矩陣St檢測(cè)傳感器當(dāng)前狀態(tài)，并對(duì)因傳感器當(dāng)前狀態(tài)所產(chǎn)生偏差進(jìn)行修正。
[0015]根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例，提出一種稱重網(wǎng)絡(luò)，包括:稱重傳感器陣列、采集設(shè)備和控制終端。稱重傳感器陣列包括數(shù)個(gè)前述的稱重傳感器。采集設(shè)備采集稱重傳感器陣列的外部信息?？刂平K端通過電源電纜和信號(hào)電纜與稱重傳感器陣列中的每一個(gè)稱重傳感器相連，控制終端通過電源電纜向稱重傳感器陣列中的稱重傳感器供電，并通過信號(hào)電纜接收稱重傳感器的信號(hào)?？刂平K端包括電纜監(jiān)測(cè)單元，電纜監(jiān)測(cè)單元檢測(cè)電源電纜上的電流和阻抗，電纜檢測(cè)單元檢測(cè)信號(hào)電纜上的電壓和阻抗，控制終端基于采集設(shè)備采集的外部信息和電纜檢測(cè)單元的檢測(cè)信號(hào)確定電源電纜和信號(hào)電纜的狀態(tài)。
[0016]在一個(gè)實(shí)施例中，控制終端通過信號(hào)電纜接收稱重傳感器的信號(hào)包括各個(gè)稱重傳感器的受載力值Fn和狀態(tài)信息矩陣St。
[0017]在一個(gè)實(shí)施例中，外部信息包括稱重傳感器陣列中各個(gè)稱重傳感器的布置位置、稱重對(duì)象的類型、時(shí)間信息?？刂平K端結(jié)合外部信息、各個(gè)稱重傳感器的受載力值Fn和狀態(tài)信息矩陣St建立一稱重過程數(shù)據(jù)庫(kù)。
[0018]根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例，提出一種稱重網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)方法，應(yīng)用前述的稱重網(wǎng)絡(luò)，控制終端實(shí)時(shí)采集實(shí)時(shí)外部信息、各個(gè)稱重傳感器的實(shí)時(shí)受載力值Fn和實(shí)時(shí)狀態(tài)信息矩陣St ；將實(shí)時(shí)外部信息、各個(gè)稱重傳感器的實(shí)時(shí)受載力值Fn和實(shí)時(shí)狀態(tài)信息矩陣St與稱重過程數(shù)據(jù)庫(kù)中保存的數(shù)據(jù)相比較，監(jiān)測(cè)稱重網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)。
[0019]本發(fā)明的稱重傳感器、稱重網(wǎng)絡(luò)及監(jiān)測(cè)方法能夠?qū)τ蓴?shù)字稱重傳感器組成的稱重網(wǎng)絡(luò)的受載狀態(tài)、使用過程、健康狀況和使用壽命等信息進(jìn)行偵測(cè)分析，對(duì)稱重系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)、節(jié)點(diǎn)信息、通訊情況等信息進(jìn)行診斷、分析和記錄，從而保證了稱重系統(tǒng)的可靠性和精確性。
【附圖說明】
[0020]為讓本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作詳細(xì)說明，其中:
[0021]圖1揭示了根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的稱重傳感器的示意圖。
[0022]圖2揭示了根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的稱重網(wǎng)絡(luò)的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]本發(fā)明的目的在于提升基于數(shù)字稱重傳感器的稱重系統(tǒng)的可靠性，并保證其精確性。本發(fā)明提出一種數(shù)字稱重傳感器、由該數(shù)字稱重傳感器組件的稱重網(wǎng)絡(luò)以及對(duì)該稱重網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)測(cè)方法。借助于數(shù)字稱重傳感器和控制終端內(nèi)部集成的軟硬件資源，結(jié)合傳感器受載力分析技術(shù)，綜合運(yùn)用多種智能化的數(shù)字診斷技術(shù)，對(duì)數(shù)字稱重傳感器節(jié)點(diǎn)的受載力狀態(tài)、稱重元件狀態(tài)、使用壽命等信息進(jìn)行偵測(cè)分析，對(duì)稱重系統(tǒng)的使用過程、網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)和通訊情況等信息進(jìn)行偵測(cè)、分析、診斷和記錄。
[0024]本發(fā)明的基本設(shè)計(jì)思路是:在稱重傳感器的測(cè)力區(qū)域上牢固地粘貼有電阻式應(yīng)變片，當(dāng)傳感器受載后在測(cè)力區(qū)域產(chǎn)生微應(yīng)變，應(yīng)變片隨之變形，電阻發(fā)生有規(guī)則的變化；依據(jù)惠斯通電橋原理，將應(yīng)變片進(jìn)行連接，并利用電壓源進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，從而將傳感器的受載力轉(zhuǎn)換成差分的電壓信號(hào)輸出；對(duì)輸出的差分電壓信號(hào)，進(jìn)行濾波、放大、模數(shù)轉(zhuǎn)換后，轉(zhuǎn)化為稱重信息；同時(shí)，分別對(duì)相關(guān)電壓信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，得到稱重元件狀態(tài)信息。稱重傳感器依據(jù)一定原則進(jìn)行設(shè)計(jì)和制造后，就具備了良好的重復(fù)性，保證了傳感器受載信息、稱重?cái)?shù)據(jù)信息和稱重元件狀態(tài)信息三者間存在一致性。傳感器受載信息和稱重?cái)?shù)據(jù)信息的一致性，保證了數(shù)字化后的稱重?cái)?shù)據(jù)能夠地真實(shí)反映傳感器的受載力情況；由于稱重?cái)?shù)據(jù)信息和稱重元件狀態(tài)信息間存在一致性，利用數(shù)字算法檢測(cè)這兩者的數(shù)據(jù)，并與預(yù)設(shè)閾值進(jìn)行對(duì)比，可以得到稱重傳感器的實(shí)時(shí)狀態(tài)信息，例如由應(yīng)變片組成的電橋是否存在短路、斷路等故障，用作感溫元件的鎳鉬電阻是否存在短路、斷路等故障，傳感器是否存在由于機(jī)械損傷、過載疲勞等多種因素造成的應(yīng)變片輸出的不對(duì)稱性。
[0025]同時(shí)利用稱重傳感器的實(shí)時(shí)狀態(tài)信息，可以對(duì)因當(dāng)前狀態(tài)造成的稱重?cái)?shù)據(jù)的偏差進(jìn)行修正，如傳感器傾斜修正，角差修正等。
[0026]稱重系統(tǒng)使用過程中，數(shù)字稱重傳感器將所受載荷轉(zhuǎn)換為稱重?cái)?shù)據(jù)，以格式化數(shù)據(jù)的方式發(fā)給儀表、工控機(jī)等控制終端。在此過程中，本發(fā)明結(jié)合儀表、工控機(jī)等終端設(shè)備所提供的