(57)【要約】  本発明は、計測センサー（１．．．１６）、デジタル信号処理ユニット（１８）、デジタルディスプレイ（１９）および傾斜計（４０）を含む電子秤であって、該傾斜計は少なくとも２つの信号の差から前記秤の傾きについての信号を導出する、前記電子秤に関する。本発明は、デジタル信号処理ユニット（１８）が、２つの信号を加算する追加の回路手段またはプログラム部分を備えており、この積算信号により、計測センサー（１．．．１６）の、振動による歪み信号を補正することを特徴とする。複数の傾斜計は、瞬間的重力加速度の同時検出を可能とする。例えば、電気式気泡水準器においては、気泡は傾けられると移動し、気泡の直径は重力加速度が変化した場合に変化する。したがって本発明による秤は、外乱の影響を最小の複雑さで補正するための、追加の信号を提供する。
2010512523.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
計測センサー（１．．．１６）、デジタル信号処理ユニット（１８）、デジタルディスプレイ（１９）および傾斜計（２０、４０、５０）を含み、該傾斜計は少なくとも２つの信号の差から前記秤の傾きについての信号を導出する電子秤において、デジタル信号処理ユニット（１８）が、両方の信号を加算し、この加算信号により計測センサー（１．．．１６）の振動による歪み信号を補正する、追加の回路手段（３２．．．３６）またはプログラム部分を備えていることを特徴とする、前記電子秤。
【請求項２】
傾斜計（２０）が、気泡（２３）の変位の光学的または電気的検出を行う気泡水準器を含むこと、およびさらに、気泡（２３）の直径も検出可能であることを特徴とする、請求項１に記載の電子秤。
【請求項３】
傾斜計（４０）が、水平に対して約４５°の角度で傾いて配置された少なくとも２つの加速度計（４１、４２）を含むことを特徴とする、請求項１に記載の電子秤。
【請求項４】
傾斜計（５０）が、可撓的に吊り下げられた振り子（５１）を含み、その横方向変位を測定することを特徴とする、請求項１に記載の電子秤。
【請求項５】
傾斜計（２０、４０、５０）からの出力信号が、アナログ／デジタル変換機（２７）に供給され、これら出力信号の差および和のデジタル形成のためのプログラム部分が、デジタル信号処理ユニット（１８）に備えられていることを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の電子秤。
【請求項６】
請求項１の前書きによる秤のセットにおいて傾斜計（２０、４０、５０）からの信号を評価するための方法であって、傾斜計（２０、４０、５０）からの出力信号の差および和の両方を、デジタル信号処理ユニット（１８）で計算することを特徴とする、前記方法。
【請求項７】
積算信号を、計測センサー（１．．．１６）からの信号に対する振動の影響を補正するために用いることを特徴とする、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
計測センサー（１．．．１６）からの現在の信号を、現在の積算信号に依存して、デジタル信号処理ユニット（１８）のデジタル手段により補正することを特徴とする、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
積算信号を、電子秤の脚に配置されたアクチュエータを制御するために用いること、およびアクチュエータが秤に作用する振動に対抗することを特徴とする、請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
デジタル信号処理ユニット（１８）に設けられた少なくとも１つのフィルターの時定数を、積算信号の変化の大きさに依存して調節することを特徴とする、請求項７に記載の方法。
【請求項１１】
計測センサー（１．．．１６）の下流に接続されたアナログ／デジタル変換機（１７）のサンプリング周波数を、積算信号の変化の頻度に依存して調節することを特徴とする、請求項７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
発明分野および背景
本発明は、計測センサー、デジタル信号処理ユニット、デジタルディスプレイ、および傾斜計を含む電子秤であって、該傾斜計は少なくとも２つの信号の差から前記秤の傾きについての信号を導出する、前記電子秤に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種類の秤は一般に知られており、例えばDE 32 34 372 C2に記載されている。傾斜計からの電気信号は、デジタル手段を用いて、秤が傾いている場合に余弦効果によって生じる秤の誤差を補正するために用いられる。これは、秤を、調節用の脚によって正確に水平に配置する必要がもうないことを意味する。
【０００３】
しかし、これらの秤は実用化されておらず、その理由は、傾斜計のコストがその便益に比べて高すぎると考えられているからである。
【発明の概要】
【０００４】
発明の目的
したがって本発明の目的は、前記種類の秤であって、傾斜計が秤の信号処理に追加の便益をもたらすような秤を開発することである。
【０００５】
これは本発明により、デジタル信号処理ユニットに対して、２つの信号を加算し、振動により歪ませられた計測センサーの信号を補正する、追加の回路手段またはプログラム部分を設けることにより実現される。
【０００６】
前記種類の多くの傾斜計は、垂直方向加速度（重力による）および傾きを測定可能である。例えば、気泡の位置を光学的または電気的に読み取る気泡水準器を傾斜計として用いた場合、秤の傾きは周知の様式で気泡の変位をもたらし、したがって気泡水準器の光学受信機または電極に対して差の信号をもたらす。さらに気泡は、気泡に作用する重力加速度の関数として、その直径が変化する。重力加速度が高い場合、気泡は薄くなり、大きな直径を有するが、逆に重力加速度が低い場合、気泡は液体の表面張力のためより球状となり、その直径はより小さくなる。重力加速度が、例えば垂直方向の振動により変化すると、それに同期して気泡の直径が変化し、直径信号の変化から、振動の大きさおよび位相位置に関する結論を導くことができる。直径信号は、気泡水準器の光学受信機および／または電極からの信号の和から生成される。その結果デジタル信号処理ユニットは、変位についての信号（差信号）から、重量測定結果に対する傾きの影響を周知の方法で補正し、同時に直径信号（積算信号）に基づく振動影響の補正も行うことができる。
【０００７】
傾斜計の他の種類は、例えば、水平に対して約４５°傾けられた２つの加速度計を含む。水平に配置された秤では、２つの加速度計からの信号は等しく、差はゼロである。秤が傾くと、傾きの位置に依存した差信号が周知の様式で生成される。２つの加速度計からの信号の和から、重力加速度に比例する信号が生成される。
【０００８】
可撓的に吊り下げられた振り子から作製され、その横方向変位をひずみゲージを用いて測定する傾斜計もまた、対応する様式で用いることができる。吊り下げた振り子の２つのひずみゲージからの差信号は、傾き信号を提供し、積算信号は瞬間重力加速度に比例する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
さらなる特徴および利点を、概略図を参照して記載する。
【図１】図１は、傾斜計として光学的位置検出を有する気泡水準器を備えた秤セットの、基本部分の断面図である。
【図２】図２は、小さい重力加速度を与えられた場合の、図１の傾斜計の気泡の形を示す。
【図３】図３は、大きい重力加速度を与えられた場合の、図１の傾斜計の気泡の形を示す。
【図４】図４は、外乱の補正のグラフ表示である。
【図５】図５は、気泡の変位および直径をアナログ計測するための、可能性のある回路である。
【図６】図６は、図１の傾斜計の光感受性要素の配置を示す図である。
【図７】図７は、傾斜計として２つの加速度センサーを有する秤セットの、基本部分の断面図である。
【図８】図８は、傾斜計として振り子を有する秤セットの、基本部分の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
好ましい態様の詳細な説明
図１の電子秤は、ハウジングに固定された支持部材１を含み、ここで荷重キャリヤ２は、２つのロッド４および５を介して節点６に、該荷重キャリヤが垂直方向に可動であるように接続されている。荷重キャリヤは、その上部において、計量される品物を受けるための荷重パン３を保持し、および、計量される品物の質量に対応する力を、狭窄部位１２および１３を有する結合要素９を介して、伝送レバー７の短レバーアームへと伝達する。伝送レバー７は、支持部材１上に、曲げピボット８によって搭載されている。永久磁石システム１０の空隙に配置されその中を電流が流れるコイル１１が発生する補償力は、伝送レバー７の長レバーアームに適用される。補償電流の大きさは、周知の様式で、位置センサー１６および制御増幅器１４により、計量される品物の重量と電磁補償力との間のバランスをとるように制御される。補償電流は、計測レジスター１５の両端に測定電圧を発生させ、該電圧は、アナログ／デジタル変換器１７に供給される。デジタル化された結果はデジタル信号処理ユニット１８に送られて、デジタルディルプレイ１９にデジタル形式で表示される。
【００１１】
この種類の秤は一般にそのデザインおよび機能において周知であり、このため、これらについては上記に簡潔かつ簡明にのみ記載した。
【００１２】
電気式気泡水準器もまた、傾斜計２０として秤に内蔵される。気泡水準器は、部分的に液体２２を充填した透明容器２１を含み、これにより気泡２３は容器の最も高い部位に形成される。容器２１の最上面の曲面のため、この気泡２３の位置は秤の傾きに依存する。図では、この曲面は、理解しやすいように誇張して示されている。容器２１の下の中央に配置されているのは、発光ダイオード（ＬＥＤ）２４であり、これはその放射線を垂直方向上方に、下部容器壁、液体２２、気泡２３および上部容器壁を通って発生する。吸収されない放射線は次に２つの光感受性要素−例えば２つのフォトダイオード−２５および２５’により記録される。液体２２は、ＬＥＤからの放射線を部分的に吸収するように選択され着色されている。その結果、光感受性要素２５および２５’上に落ちる光の強度は、これが通過する液体の厚さに、したがって気泡２３の位置に強く依存する。ＬＥＤ２４には、電流供給ユニット２８から定常電流が供給される。光感受性要素２５および２５’からの出力信号は、２つの増幅器２６により増幅され、マルチプレクサ２９を介してアナログ／デジタル変換器２７に供給され、そこでデジタル化される。デジタル信号処理ユニット１８は、次に、信号間の差と気泡水準器の周知の特性曲線から、秤の傾きを計算することができ、したがって、アナログ／デジタル変換器１７から供給された秤システムの測定値を補正することができる。
【００１３】
図２および３に、気泡の形状に対する重力加速度の影響を示す。重力加速度が小さい場合は、表面張力の影響が主であり、気泡の形状は図２に示すように球状に近づく。重力加速度がより大きくなると、重力加速度の影響はより強くなり、気泡は図３に示すようにより平らな形に圧縮される。秤の垂直方向の振動が生じると、より大きいおよびより小さい重力加速度が振動に同期して生じる。したがって、気泡の直径もまた振動に同期して変化する。デジタル信号処理ユニット１８は、２つの光感受性要素２５および２５’からの積算信号から、直径を計算することができる。そのための前提条件は、当然ながら、マルチプレクサ２９およびアナログ／デジタル変換器２７が、振動の大きさおよび位相角を正確に再現できる程十分に速いことである。主要な振動は約０．１Ｈｚ〜１０Ｈｚの周波数範囲内であるため、これは困難ではない。より高い周波数、例えば５０Ｈｚを超えるものを有する振動は、一般のデジタルフィルターで効果的に抑制可能であり、この周波数範囲において外乱信号をさらに抑制する必要はない。
【００１４】
図４は、例を用いて、ｔ０の時点で起こった外乱の補正を示す。グラフａは、秤の外側から作用する外乱を示す。通常の重力加速度ｇ０を、ｔ０の時点から外乱加速度に重ねて示す；外乱加速度は、増加する重力加速度と共に始まって、数周期の後に比較的迅速に消滅する。この外乱は、計測センサーの信号に比例的に作用し、これは例えば、グラフｂに示すように測定レジスタ１５から検出できる。外乱加速度は、グラフｃに示すように、気泡の直径にも同様の様式で作用する。デジタル信号処理ユニット１８は、計測センサーからの信号を好適な補正アルゴリズムで補正することができ、そのためデジタルディスプレイ１９において、外乱は、効果が全くないか、または大幅に低下した効果（グラフｄ）しか示さない。
【００１５】
これらの補正アルゴリズムは、例えば、荷重パン３への重量が大きいほど、より大きな補正が必要となる事実を考慮して、当業者により容易に設計可能である。
【００１６】
前述においては、気泡水準器からの積算電流信号を、計測センサーからの電流信号の補正に直接用いることを仮定した。当然ながらこれは、直径信号の周波数および位相挙動は、補正の周波数範囲においては、計測センサーの周波数および位相挙動に一致しているとの前提条件に基づく。この一致は、例えば、気泡水準器内の液体２２の粘性の正しい選択および、直径信号のアナログまたはデジタルフィルタリングを通して実現することができる。同様に、計測センサーからの信号は、上記のように振動の補正を行う前に、周知の様式でフィルタリングすることができる。
【００１７】
しかし代替的に、より単純な補正戦略も可能である。例えば、デジタル信号処理ユニット１８は、積算信号における変化の平均振幅を容易に決定可能であり、これによって、外乱加速度の平均振幅もまた決定可能である。得られた信号に基づき、計測センサーからの信号のフィルタリングにおいて、少なくとも１つのフィルターステージを調節することができる。外乱加速度が小さい場合、計測センサーからの信号はわずかにのみフィルタリングを行い、一方外乱加速度が大きい場合は、フィルターの時定数を増加させて、記録状態の悪化に関わらず安定なディスプレイ出力を実現する。
【００１８】
別の有利な態様において、積算信号における変化の周波数のみを決定する。次に、例えばアナログ／デジタル変換器１７のサンプリング周波数を変えることにより、サンプリング周波数が外乱周波数の倍数となるようにして、この外乱周波数を特に効果的に抑制する。同様のことが、デジタル信号処理ユニット１８でのデジタルフィルタリングの好適な調節によっても当然ながら可能である。この代替案は当然ながら、外乱加速度が、図４で仮定されたように短期のものでなく、より長い期間、秤に作用するような場合に、特に有利である。これの１例は、平衡の悪い回転機械による、建物の振動である。
【００１９】
これまでに記載した振動の補正の変形は、全て計測センサーからの信号の、デジタル信号処理ユニット１８における補正に基づく。しかし、アクチュエータを例えば秤の脚部に設けて、該アクチュエータにより、気泡水準器により計測される任意の傾きおよび任意の振動を機械的に補正することも可能である。秤の傾いた位置については、この手順は、例えばモーター駆動の調節用脚などにより、周知であり実現されている。同様の様式で、外乱加速度についても、必要な周波数範囲において調節可能なアクチュエータを用いる場合には可能である。例えば圧電アクチュエータはこれに好適である。これらのアクチュエータは、例えば制御回路において、気泡水準器からの振動信号を（ほとんど）ゼロに調節するように制御される。
【００２０】
図１の傾斜計からの信号を評価するために、アナログ／デジタル変換器２７において光感受性要素２５および２５’からの信号のデジタル化を行う。しかし、アナログ電気的手段による差信号および積算信号を利用した回路もまた、可能である。この種類の回路を図５に示す。２つの光感受性要素２５および２５’を、２つの等価レジスタ３５および３５’と共に、第１ホイートストンブリッジに接続する。次に差信号を、ブリッジ増幅器３７の出力において取り出すことができる。第１ブリッジ全体は、３つのさらなるブリッジレジスタ３２、３３および３４と共に、第２ホイートストンブリッジを含み、これの対角方向から、ブリッジ増幅器３６を介して積算信号を取り出すことができる。ホイートストンブリッジへの供給電圧を、端子３８に適用する。光感受性要素２５および２５’からの信号が互いに反対方向に変化した場合、第２ホイートストンブリッジのバランスは変化せず、したがってこれは光感受性要素２５および２５’の差信号に影響されない。対応する様式において、光感受性要素２５および２５’からの信号における同方向の変化は、ブリッジ増幅器３７の出力信号に影響を及ぼさない。各々の場合、ブリッジ増幅器３６および３７の出力は、積算信号または差信号を供給するのみである。
【００２１】
上記においては、理解しやすいように、秤の傾きのサンプリングを１方向のみについて示して説明した。両方向のサンプリングに対しては、４つの光感受性要素２５、２５’、２５”、２５”’を傾斜計２０に設ける；これらの形状および配置を図６に示す。光感受性要素２５および２５’からの差信号はＸ方向の傾きを与え、一方、光感受性要素２５”および２５”’からの差信号は、Ｙ方向における対応する傾きを与える。各光感受性要素２５”および２５”’の下流には増幅器が接続され、図１のマルチプレクサ２９は２つの追加の入力（図示されず）を有する。４つの光感受性要素２５〜２５”’を有するこの幾何学的形状は、計算および説明に関して最も単純であり、その理由は、ＸおよびＹ方向での変位が、相対する光感受性要素の信号における差から直接得られるからである。当然ながら、少し余分な数学的努力をもって、例えば正三角形の角に配置された３つの光感受性要素から、ＸおよびＹ方向の変位を決定することも可能である。垂直方向重力加速度信号は、全てのケースにおいて、個々の電極からの信号の和から導出される。
【００２２】
図７は、秤の第２の態様を示す。傾斜計４０として、この場合は、水平に対し４５°傾いて秤に内蔵された、２つの加速度計４１および４２の配置が提供される。加速度計は図７においては模式的にのみ示されている。これらはマイクロメカニカルに製造された要素であってよく、例えば、加速度計／衝突センサーとして自動車構造から知られているものなどである。加速度計４１および４２への電圧供給は、理解しやすいように図７には示していない。加速度計４１および４２からの出力信号は、信号ライン４３および４４を介して増幅器２６に導かれ、次にアナログ／デジタル変換器２７によりデジタル化される。２つの信号間の差から、秤の傾きを周知の様式で決定でき、２つの信号の和から、重力加速度／振動の大きさを上記のようにして導出できる。説明されていない秤の部分は、図１の秤の対応する部分と同一であり、これと同様に識別される。
【００２３】
図８は、秤の第３の態様を示す。この態様において、振り子５１が傾斜計５０として秤に内蔵され、ここで振り子５１は可撓性要素５２により秤のシステム支持体１から吊り下げられている。２つのひずみゲージ５３および５４を可撓性要素５２に取り付けて、前記ひずみゲージからの信号を（模式的にのみ示された）ライン５５および５６を介して増幅器２６およびアナログ／デジタル変換器２７に供給する。秤が傾いていると、２つのひずみゲージ５３および５４は異なって延伸または圧縮され、そのため異なる信号が発生される。２つのひずみゲージ５３および５４は振り子５１の重量のために同じ方向に延伸され、ここで延伸の量は重力加速度に比例する。２つのひずみゲージからの積算信号はしたがって、主な重力加速度に比例する。図８の秤の残りの部分は、図１の秤の同様に識別される部分と同一である。
【００２４】
当然ながら、ひずみゲージ５３および５４からの差信号および積算信号は、図５に基づき記載されているように、アナログ様式で電気的に評価することもできる。
【００２５】
図７および図８の秤において、傾斜計４０または５０は１方向の傾き測定に基づいてのみ、記載されているが、これを２方向に拡張することは、当業者には容易である。
【００２６】
前述においては、１Ｈｚ領域に注目した振動影響の補正のみが考慮されている。これは実際に重要なケースである。当然ながら、重力加速度に比例する積算信号を用いて、重力加速度における静的および準静的な変化を補正することも重要である。しかしこれは、傾斜計の時間的な安定性および、温度変化のもとでのその安定性が、少なくとも実際の測定センサーの安定性と同じ程度であることが、前提条件となる。
【符号の説明】
【００２７】
１  ハウジングに固定された支持部材
２  荷重キャリヤ
３  荷重パン
４  ロッド
５  ロッド
６  節点
７  伝送レバー
８  曲げピボット
９  結合要素
１０  永久磁石システム
１１  コイル
１２  狭窄部位
１３  狭窄部位
１４  制御増幅器
１５  測定レジスタ
１６  位置センサー
１７  アナログ／デジタル変換器
１８  デジタル信号処理ユニット
１９  デジタルディスプレイ
２０  傾斜計
２１  透明容器
２２  液体
２３  気泡
２４  発光ダイオード
２５、２５’  光感受性要素
２５”、２５”’  光感受性要素
２６  増幅器
２７  アナログ／デジタル変換器
２８  電力供給ユニット
２９  マルチプレクサ
３２  ブリッジレジスタ
３３  ブリッジレジスタ
３４  ブリッジレジスタ
３５、３５’  レジスタ
３６  ブリッジ増幅器
３７  ブリッジ増幅器
３８  電力供給電圧用端子
４０  傾斜計
４１  加速度計
４２  加速度計
４３  信号ライン
４４  信号ライン
５０  傾斜計
５１  振り子
５２  可撓性要素
５３  ひずみゲージ
５４  ひずみゲージ
５５  供給ライン
５６  供給ライン
【図１】
2010512523.tif 000003
【図２】
2010512523.tif 000004
【図３】
2010512523.tif 000005
【図４】
2010512523.tif 000006
【図５】
2010512523.tif 000007
【図６】
2010512523.tif 000008
【図７】
2010512523.tif 000009
【図８】
2010512523.tif 000010
【国際調査報告】
2010512523.tif 000011
2010512523.tif 000012
2010512523.tif 000013
2010512523.tif 000014
2010512523.tif 000015
2010512523.tif 000016