能快速称重的动态电子吊秤

1、科技衡器第!" 卷第#期"$!年%月能快速称重的动态电子吊秤河南均衡新技术有限责任公司徐平均摘要本文介绍一种能动态下快速称量的新型动态电子吊秤方案。在动态电子吊秤的纵轴线上，上下安装两只伺服式加速度计，利用两只加速度计的测量值即可推算出重物质心处沿吊索方向的加速度值，从而完成动态称重的补偿计算。伺服式加速度计零点稳定，测量精度高，克服了以往方案中采用的加速度测量方法的不足。关键词：快速称重动态电子吊秤伺服式加速度计通常电子吊秤只能在货物吊起稳定一段时间，待重物停止摆动接近静止时再进行称重。在重物上下振动或作各种摆动的情况下，吊秤不能准确地称重。为了提高作业速度或解决无法使重

2、物静止的特殊情况下的称重，人们提出了各种动态电子吊秤方案。这些动态电子吊秤方案或是在称重系统的数学模型基础上利用称重传感器输出信号的变化规律推算实际重量&(&" (，或是在普通电子吊秤的基础上利用一个加速度计测量吊秤秤体的轴向加速度来进行动态称重补偿，以实现动态测量&! (&#(& (&*(。前一种方法局限性较大，效果有限。应用后一种方法时，由于吊秤秤体处的加速度与被称重物处的加速度并不一致，故补偿的计算比较复杂，需要采集相当一段时间的称重传感器和加速度计的测量数据才能进行相关的计算。而且在特定的运动状态下，如重物作标准的圆锥摆运动或吊

3、秤恰好处于钢索的悬挂点与重物质心连线的中点时补偿运算没有有效解。另外，以往方案没有选择好合适的加速度测量方法，有的采用称重传感器加质量块，有的采用半导体加速度计等，这些方案的缺点是加速度计的精度不高，零点漂移和灵敏度漂移大，影响!" 衡器补偿的效果，甚至无法进行有效的补偿。本文提出了一种新的动态电子吊秤方案。这个方案的关键是在动态电子吊秤的纵轴线上，上下两端安装两只伺服式加速度计，这些加速度计的敏感轴均与吊秤轴线严格重合，且横向灵敏度为零，即加速度计的输出只与吊秤轴线方向加速度分量的大小有关。如果吊秤到重物中心的长度已知，利用两只加速度计的同一瞬间的一组测量值即可推算出重物处沿吊索方

4、向的加速度值，从图+动态电子吊秤秤体结构示意图徐平均：能快速称重的动态电子吊秤而在瞬间即可完成动态称重的补偿计算。在吊索长度未知的情况下，则可通过间隔一段时间的两组测量值完成补偿计算。本方案克服了以前方案理论不严密的缺陷，补偿运算的方法直观简洁，非常实用。方案中采用的伺服式加速度计的工作原理类似电磁力平衡式电子天平，特别是其中采用了石英弹性元件，具有滞后小，温度系数小，零点稳定，测量精度高等突出的优点，克服了现有方案采用的加速度测量方法的不足。作者已为本方案提出了专利申请。图" 是动态电子吊秤秤体结构示意图。图中" 是吊环，#是发射天线，! 是上连接件，$、%是伺服式参见附

5、图#，由( 加速度计，&是数据采集电路，转换器"$、"&、"*和单片机"%组成，*是无线发射机，+是称重传感器，, 是秤体电池组，"-是秤体外壳，"" 是下连接件，"#是吊钩。图! 动态电子吊秤受力分析科技应用天线#向称重显示器传输。称重显示仪表部分通*、过天线#!、接收机#&将秤体部分的数据信号传输到单片机#&，单片机#&进行数学处理计算出重物并可通过打印机#,打的质量，通过显示器#+显示，印出来或通过数据接口#%向上位机传输，通过键盘图#动态电子吊秤原理框图#*可控制仪表

6、的工作状态或输入吊索长度等补偿计算所需要的数据。图! 是动态电子吊秤受力分析简图。/"是下加速度计%到重物质心的距离，/#是下加速度计%到上加速度计$的距离，由吊秤结构确定。/是重物质心到悬挂点1的距离。! 是吊索与铅垂线的夹角，" 是吊索相对1点的瞬间转动角速度。. 是吊索张力，2是被称重物的质量，3是重力加速度，041是重物质心处的、045是下加速度计%处的、04#是上加速度计$处的指向悬挂点1的向心加速度，06是重物质心指向悬挂点1的加速度，因/"、两/#是常量，加速度计也存在同样的加速度分量。图中忽略了重力加速度引起的重物垂直于吊索方向的加速度，因其对推导

7、过程无影响。为推导简单，我们这里假定悬挂点、吊秤、重物三点在一条直线上，实际上，由于吊钩、吊秤、吊索的质量不为零，严格讲这三点不是时刻保持在同一直线上，这将会给测量结果带来一定的高阶误差，这些误差可通过一定的补偿措施进一步消除。数学推导参见图! ，这里及以下推导过程忽略衡器!"图#是动态电子吊秤原理方框图。图中秤体部分+是称重传感器，"$、"*、", 是( 转换电路，$、%是伺服式加速度计，"%是单片机，*是无线发射机，#是发射天线，, 是秤体电源。仪表部分#!是接收天线，#$是无线接收机，#&是单片机，#*是键盘，#+是显示器，#,是

8、打印机，#%是数据传输接口。本方案的动态电子吊秤工作原理是，吊秤通过吊环" 挂在起重机械的吊钩上，被称重物通过吊索挂在吊秤吊钩"#上。称重传感器+可测量出吊索的张力. ，以电压模拟量的形式输出。固定在吊秤秤体轴线上相距固定距离/#的下加速度计%、上加速度计$分别测量出两处的沿吊索方向的重力加速度的分量和向心加速度的合成加速度分量0" 和0#并以电压模拟量的形式输出，( 转换器"$、"*、", 分别将称重传感器+和两只加速度计$、%的输出的电压模拟量转换为数字量并传输到单片机"%，单片机"%将这些数字量转换为串行信号

9、通过无线发射机科技了吊索、吊秤和吊钩等部件的质量。在静止时，张力&(即等于被称重物的重力，在重物作各种摆动和沿吊索方向的加速运动时，张力&为（*+,! -.01 -./+1&*+,! (-(#./+( ）下加速度计3的测量值.4为.2（ *+,! -.01 -./21 ）上加速度计#的测量值." 为." （ *+,! -. 51 -./"1 ）因吊索绕+点以瞬时角速度" 旋转，故./+" " 6"./2" （6762）衡器第!" 卷第#期"$!年%月“瞬心”（这里“瞬心”

10、平动与绕位于轴线上的某一是“瞬时转动中心”个借用的名词，表示的意思）的转动的组合。轴线上各点沿轴线方向的加速度都可以分解为重力加速度沿轴线方向的分量与“刚体”沿轴线方向的平动加速度之和及该点绕“瞬心”转动的向心加速度两部分。对于前者三点数值是相同的，后者沿轴线方向线性地变化，因此可以由两只加速度计的测量数据推算出重物质心处的沿轴线方向的加速度，从而完成动态下称重的补偿运算。本动态电子吊秤的另一个优点就是测量结果与当地的重力加速度大小无关，用它不但能在波浪中颠簸的轮船上准确地称重，甚至还可以在月球和宇宙飞船上称重。参考文献：带微机的钩头动态电子吊秤=2>施汉谦，传感器应用技术，23;#，?

11、2"，A"B电子吊秤的动态称重模型=" >倪守忠，衡器，23;3，A!B再论电子吊秤的动态称重模=! >倪守忠等，型，第二届全国称重技术研讨会，厦"$年2$月，门B动态电子吊秤=#>丁德生等，专利说明书，申请号3#"$8"#$B#B动态电子吊秤=8>徐平均，专利说明书，申请号3;"!8382B 3，动态电子吊秤=9>陈志强，专利说明书，申请号33"#8388B3BC 作者通讯地址：郑州市货栈北街!2号院" 号楼"" 号邮政编码：#8$!收稿日期："

12、;$!B8 :（2）（" ）（! ）（#）（8）" （9）./"" （676276" ）当吊索长度62已知时，因6" 也已知，由（" ）、（! ）（#）（8）（9）、式，可以从下加速度计3的测量值上加速度计#的测量值." 推算出：.4、（2-6216" ） *+,! -. 51 -./+1 ）.47（6216" ）."（%）（2）即可通过式由称重传感器测得的张力&，加速度计测得的加速度.2，." 计算出重物的重力(来：(&1（ *+,! -. 51 -./+1 :&（1（2-（6216" ）（; ）6216" ）.47." ）如果吊索长度62未知，则可用间隔一定