[实用新型]一种基于多传感器的力学测量系统

说明书

本实用新型公开了一种基于多传感器的力学测量系统，包括传感器、数模转换单元以及计算单元；所述传感器包括多个，且每个所述传感器通过各自的模拟量输入通道连接于所述数模转换单元；所述数模转换单元将数据转换后传输至所述计算单元；所述计算单元根据每个所述模拟量输入通道传输的信号对每个所述模拟量输入通道对应的传感器分别进行一次标定，并根据所有所述传感器的一次标定结果进行二次标定。本实用新型具有高精准、高稳定、高可靠、低误差、低成本、易维护、低故障率、无需配对、环境和位置适应性强、轻便小巧、扩展灵活等优势。

技术领域

本实用新型涉及力学测量领域，尤其涉及一种基于多传感器的力学测量系统及其测量方法。

背景技术

当今的多传感器力学测量系统普遍存在一致性差、调试和配平困难、结构笨重、环境适应性差、测量精度低以及同一系统中可集成的传感器数量有限等问题。

以最常见的压力（称重）系统为例，根据其量程和托盘面积等因素的不同，常见的压力（称重）系统有4传感器（多为“口”字形四角排列）、6传感器（多为“日”字形6点排列）以及8传感器（多为“目”字形8点排列）等数种模式。

其实现方式的特征为：

1.同一系统（比如同一个地秤）内的多只传感器先通过接线盒（也叫做：“集线器”、“集中器”、“累加器”等）设备，以串联或并联的形式将其输出电压或电流累加，然后再将累加后的模拟量输出到仪器仪表设备的模拟量输入（AI）通道进行数模转换（ADC）和标定等工作。

2.同一系统（比如同一个地秤）内的多只传感器均以刚性（螺丝、焊接、粘合等）的方式固定在同一套底盘、框架、连接器和/或托盘上。

图 1展示了一种现有多传感器力学测量系统的典型连接方式，其中多个传感器2与接线盒6相连，接线盒6将各个传感器输入的模拟信号进行叠加后，通过一路AI通道7将其输送到ADC设备8转换为数字信号。

图 2以应用现有多传感器力学测量系统的称重（压力）系统（侧视图）为例，其中多个传感器2被以刚性（通常为螺栓）的方式紧固在同一个测量面（称重托盘等，也可称为测量侧，或测量端）5和支撑面（底盘、框架等，也可称为支撑侧，或支撑端）3上。

图3以应用现有多传感器力学测量系统的拉力系统（侧视图）为例。其中多个传感器2被以刚性（通常为螺栓）的方式紧固在同一个测量面5（通常由钢缆和连接盘/连接板等部分组成，也可称为测量侧）和支撑面（通常亦由钢缆和连接盘等部分组成，也可称为支撑侧）3上。

由上例描述的拉力系统可知，其支撑侧和测量侧可以是完全对等且可互换的。例如：若将上例中的测量面5看做是支撑面的话，则其支撑面3也可被认为是测量面。

上述结构的主要问题是：传感器一致性和刚性连接所产生的应力均已成为严重影响衡器测量精度的重要原因。

业内周知，由于生产工艺等原因，即使同一批次、同一型号、相同量程的不同力学传感器之间，亦很难保证相似的一致性。

举例来说，以上述压力/称重系统为例，即使相同批次相同型号的两个8kg量程的压力/称重传感器A和B，它们的电压-重量（或电流-重量）标定曲线也可能完全不同。例如在1标准大气压、25℃、激励电压为3.3V时，传感器A加载3kg负载后的输出电压可能为3.2mV，而传感器B在相同情形下的输出电压则可能为2.6mV。上述两个传感器最终的“电压-重量”标定曲线则可能分别如图4所示。图4坐标系中的X轴表示电压，Y轴表示重量，实线为上例传感器A的“电压-重量”标定曲线，而虚线则为传感器B的“电压-重量”标定曲线。由图4可以清楚得出，将标定曲线不一致的不同传感器之输出电压（或电流）简单累加后，再作为仪器仪表AI通道的输入值，会对精度产生较大影响。