技术领域

[0001] 本发明涉及称量技术， 特别是一种单孔悬臂梁应变片的动态电子小型 无人车衡 背景技术

[0002] 电子无人车衡是一种新型的电子衡器， 具有称量迅速、 准确度高、 显示直观、 功能齐全的特点， 适用于工业、 商业、 建筑、 仓储、 物流货运等场合下无人车 ， 或者广义上的无人智能运输设备的计量， 是一种比较理想的计量器具。 动态 无人车衡通过整车称量方式或轴重 （非整车） 称量方式， 可称量行驶中的动态 无人车总重量或轴重的自动衡器。 整车称量的动态无人车衡外形与静态电子无 人车衡相同， 因此可以被做成动静两用电子无人车衡， 主要用于非单纯的按照 称量结果进行贸易结算， 而以称量结果进行技术判断和统计。

技术问题

[0003] 有些无人车用于物流行业， 体积小， 运行便捷， 高效， 然而其贸易结算主要依 赖称重传感器， 而由于其货运信号较小， 并且这种情况的运输对于电子称的成 本要求必须低， 而精度必须高， 另外由于针对无人车辆， 那么衡器的使用寿命 和无人值守报警功能就非常重要， 因此， 针对目前现有衡器中应变片容易损害 以及无报警功能的缺陷， 需要设计新型的针对无人车用的电子衡器。

问题的解决方案

技术解决方案

[0004] 本发明的目的在于提供一种单孔悬臂梁应变片 的动态电子小型无人车衡， 包括 电阻式应变传感器系统， 电压信号放大电路， A/D数据采集与转换电路， 控制器 ， 电阻应变仪测量电路， 显示器， 信息输入设备以及衡器健康状况监测系统， 其中所述电阻式应变传感器系统选用电阻应变 片作为称重传感器的敏感元件， 所述电阻应变片的悬臂梁采用单椭圆孔梁结构 ， 板状梁上幵有一个椭圆孔， 通 过物体重量的作用， 将力全部作用于椭圆上表面和下表面的中心点 ， 在椭圆孔 的上端和下端分别粘贴所述电阻应变片， 使得四个应变片两个一组处于相反的 应力区内， 从而力转化到电阻应变片上。

[0005] 优选的， 所述电压信号放大电路采用集成运算放大器对 信号放大， 所述集成运 算放大器由输入级、 中间级、 输出级和偏置电路四部分组成。

[0006] 优选的， 所述电压信号放大电路采用差分放大电路作为 直接耦合电路和测量电 路的输入级， 利用电路参数的对称性和负反馈作用， 稳定静态工作点， 放大差 模信号， 抑制共模信号， 采用电压增益级为中间级， 互补对称电压跟随电路为 输出级， 电流元电路构成偏置电路和有源负载电路。

[0007] 优选的， 所述电压信号放大电路采用场效应管或三级管 对传感器输出信号进行 放大。

[0008] 优选的， 所述电压信号放大电路采用有自归零和零温漂 特性的精密放大器。

[0009] 优选的， 所述 A/D数据采集与转换电路采用并行比较 A/D转换器、 内部集成放 大器的专用型 A/D转换器或所述控制器内置的 A/D转换电路。

[0010] 优选的， 所述电阻应变片的悬臂梁为塑料材质。

[0011] 优选的， 所述电阻应变仪测量电路采用惠斯登电桥， 测量电阻应变片的电阻变 化率， 进而测得无人车重量， 其中组桥方式分为全桥， 半桥或 1/4桥。

[0012] 优选的， 所述电阻应变片可使用金属电阻应变片， 半导体应变片， 低温应变片

， 常温应变片或高温应变片， 所述金属电阻应变片包括金属丝式应变片、 箔式 应变片和薄膜应变片。

[0013] 优选的， 所述衡器健康状况监测系统将动态电子小型无 人车衡的实际性能与存 储在控制器内的动态电子小型无人车衡基准性 能进行比较， 如果偏差超过 5%， 则通过所述显示器显示报警信息。

[0014] 根据下文结合附图对本发明具体实施例的详细 描述， 本领域技术人员将会更加 明了本发明的上述以及其他目的、 优点和特征。

发明的有益效果

有益效果

[0015] 衡器属于精密仪器， 为了增加仪器的使用寿命以及使用可靠性， 增加健康状况 监测系统， 工作原理是将动态电子小型无人车衡的实际性 能与存储在控制器内 的动态电子小型无人车衡基准性能进行比较， 如果偏差超过 5%， 则通过所述显 示器显示报警信息。 这里性能比较包括衡器的失调漂移， 温度漂移， 线性度以 及分辨率。

[0016]

对附图的简要说明

附图说明

[0017] 后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详 细描述本发明的一些具体实施例 。 附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部 件或部分。 本领域技术人员应 该理解， 这些附图未必是按比例绘制的。 本发明的目标及特征考虑到如下结合 附图的描述将更加明显， 附图中：

[0018] 图 1为根据本发明实施例的动态电子小型无人车� �的系统框图。

[0019] 图 2为根据本发明实施例的双孔梁结构示意图。

本发明的实施方式

[0020] 参见附图 1， 一种单孔悬臂梁应变片的动态电子小型无人车 衡， 由电阻式应变 传感器系统， 电压信号放大电路， A/D数据采集与转换电路， MSP430F149控制 器， 电阻应变仪测量电路， LCD1604显示器以及键盘组成， 其中所述电阻式应 变传感器系统选用电阻应变片作为称重传感器 的敏感元件， 参见附图 2， 所述电 阻应变片的悬臂梁采用单椭圆孔梁结构， 板状梁上幵有一个椭圆孔， 通过物体 重量的作用， 将力全部作用于椭圆上表面和下表面的中心点 ， 在椭圆孔的上端 和下端分别粘贴所述电阻应变片， 使得四个应变片两个一组处于相反的应力区 内， 从而力转化到电阻应变片上。 共粘贴四个电阻 Rl， R2， R3和 R4， 当 Rl和 R 4的变形为拉伸吋， R2和 R3为压缩变形， 四个电阻组成差动电桥， 输出特性的线 性度好。 椭圆孔较之圆孔提高了应变片的变形范围和灵 敏度。

[0021] 另外， 电压信号放大电路作为电子衡器的放大系统， 用于将传感器输出的信号 进行放大， 从而满足模数转换的要求， 为了测量准确， 放大系统设计吋应该保 证输入级端是阻值相对较高的系统， 输出级是阻值相对较低的系统， 并且具有 较高的抑制共模干扰的能力， 系统地放大倍数应该根据被测物体的重量对应 传 感器的输出量， 然后把传感器的输出量按照一定的比例相应放 大。 我们尝试了 多种方式， 最后确定可以采用三种方式： （1) 采用集成运算放大器对信号放大

， 集成运算放大器由输入级、 中间级、 输出级和偏置电路四部分组成， 电压信 号放大电路采用差分放大电路作为直接耦合电 路和测量电路的输入级， 利用电 路参数的对称性和负反馈作用， 稳定静态工作点， 放大差模信号， 抑制共模信 号， 采用电压增益级为中间级， 互补对称电压跟随电路为输出级， 电流元电路 构成偏置电路和有源负载电路。 （2) 电压信号放大电路采用场效应管或三级管 对传感器输出信号进行放大。 （3) 电压信号放大电路采用有自归零和零温漂特 性的精密放大器。 三种方案都能简化电路并且使得电路稳定性差 。

[0022] A/D数据采集与转换电路针对该基于应变片的动 态电子小型无人车衡设计， 采 用并行比较 A/D转换器、 内部集成放大器的专用型 A/D转换器或所述控制器内置 的 A/D转换电路都是可以的， 在具体选择的吋候如果考虑成本， 功耗和分辨率的 情况下， 不能采用并行比较 A/D转换器， 考虑衡器的尺寸更紧凑， 使用方便的情 况下， 采用专用型或内置型均可。 为改善悬臂梁的特性， 同吋花费低， 电阻应 变片的悬臂梁为硬度适中的塑料材质， 便于手工打孔， 同吋底座使用木板。

[0023] 电阻应变仪测量电路采用惠斯登电桥， 测量电阻应变片的电阻变化率， 进而测 得负重， 其中组桥方式分为全桥， 半桥， 1/4桥。 在四个臂上分别接入电阻 Rl， R2， R3， R4， Rl与 R4之间， R2与 R3之间分别引出两条线接至运算放大器， R1 与 R3之间， R2与 R4之间分别引出两条线接电源的正负极。

[0024] 电阻应变片是将应变变化量转变成电阻变化量 的转化组件， 电阻应变片可使用 金属电阻应变片， 半导体应变片， 低温应变片， 常温应变片或高温应变片， 所 述金属电阻应变片包括金属丝式应变片、 箔式应变片和薄膜应变片。 与电阻应 变片对应使用应变电测法， 基于应变片的应变效应， 即电阻应变片的电阻变化 率与应变呈线性关系， 当应变片粘贴在被测构件上吋， 会随构件受力而产生主 变形。

[0025] 虽然本发明已经参考特定的说明性实施例进行 了描述， 但是不会受到这些实施 例的限定而仅仅受到附加权利要求的限定。 本领域技术人员应当理解可以在不 偏离本发明的保护范围和精神的情况下对本发 明的实施例能够进行改动和修改

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