(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
力測定デバイス（１）に組み込まれた測定変換器（１０）の出力信号を処理する方法であって、前記測定変換器（１０）は、前記変換器（１０）に作用する荷重を表す測定信号（ｍｓ）を発生するために使用され、前記測定信号は、アナログフィルタ（１１）で、および／またはアナログ／デジタルコンバータ（１２）で処理した後は、デジタルフィルタ（１３１、．．．、１３ｎ）でフィルタ処理され、これで機械的外乱、荷重の段階的変化、または荷重の漸次変化などの外部影響により引き起こされる干渉信号部分を抑制し、フィルタされた測定信号（ｍｓＥ）は、測定値ユニット（１４５）に送られ、前記測定値ユニット（１４５）は、その出力のところで、出力信号（ｍｓｘ）として、
−所定の時間間隔の範囲内で発生した前記フィルタされた測定信号（ｍｓＥ）の一番最近の値からなる平均値、または
−所定の時間内に発生した前記測定信号（ｍｓ）の一番最近の値に基づいて確立された前記フィルタされた測定信号（ｍｓＥ）の予想値を送出し、
さらに、前記フィルタされた測定信号（ｍｓＥ）は、信号外乱の発生に関してコントローラユニット（１５）内に組み込まれている第１の検出器モジュール（１５１）を使って監視され、信号外乱が検出された後、スイッチング手段（１４２）が作動され、これにより前記フィルタされた測定信号（ｍｓＥ）の前記測定値ユニット（１４５）への送出が、中断され、前記フィルタされた測定信号（ｍｓＥ）の代わりに、前記測定値ユニット（１４５）の前記出力信号（ｍｓｘ）が信号経路内で続く前記力測定デバイス（１）のモジュールに送信されることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記測定値ユニット（１４５）の前記出力のところに前記出力信号を送出する動作は、前記フィルタされた測定信号（ｍｓＥ）が少なくとも第１の遅延素子（１４１Ａ）を通じて前記測定値ユニット（１４５）に送信されるか、または前記測定値ユニット（１４５）の前記出力信号が少なくとも第１の遅延素子（１４１Ａ）を経由して送出されるか、または、遅延が平均値または予想値を確定するために使用されるプロセスを使って前記測定値ユニット（１４５）内で実現されることにより、遅延を伴って実行されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記フィルタされた測定信号（ｍｓＥ）は、第１の遅延素子（１４１Ａ）を経由して、また前記測定値ユニット（１４５）の前記出力信号（ｍｓｘ）が前記フィルタされた測定信号（ｍｓＥ）から差し引かれる第１の加算段（１４３Ａ）を経由して、さらに前記スイッチング手段（１４２）を経由して、第２の加算段（１４３Ｂ）に送られ、前記測定値ユニット（１４５）の前記出力信号（ｍｓｘ）は、再び到着信号に加えられ、前記スイッチング手段（１４２）が閉じられたときに、前記第２の加算段（１４３Ｂ）は、受信したとおりの出力信号（ｍｓＡ＝ｍｓＥ−ｍｓｘ＋ｍｓｘ）を送出し、前記スイッチング手段（１４２）が開いているときに、前記第２の加算段（１４３Ｂ）は、前記測定値ユニット（１４５）の前記出力信号（ｍｓＡ＝０＋ｍｓｘ）を送出し、それを前記力測定デバイス（１）の前記出力に送信することを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記フィルタされた測定信号（ｍｓＥ）は、コントローラユニット（１５）に組み込まれている第２の検出器モジュール（１５２）を使って前記荷重の段階的変化の発生について、および／またはコントローラユニット（１５）に組み込まれている第３の検出器モジュール（１５３）を使って前記荷重の漸次変化の発生について監視され、その後、前記荷重の段階的変化または漸次変化が検出された場合に、前記スイッチング手段（１４２）が作動され、前記フィルタされた測定信号（ｍｓＥ）は、前記スイッチング手段（１４２）を通り、直接それらの出力接続部に入る（ｍｓＡ＝ｍｓＥ）ことを特徴とする請求項１、２、または３に記載の方法。
【請求項５】
前記フィルタされた測定信号（ｍｓＥ）および前記測定値ユニット（１４５）の前記出力信号（ｍｓｘ）−第１および／または第２の遅延素子（１４１Ａ、１４１Ｂ）を使って生成される前記フィルタされた測定信号（ｍｓＥ）に関して時間遅延を含む後者の信号（ｍｓｘ）−は、両方とも、コントローラユニット（１５）内で加算段（１５５）に送られ、前記加算段は、前記信号（ｍｓＥ、ｍｓｘ）から、
−外乱を検出するために、前記第１の検出器モジュール（１５１）内部の第１の閾値モジュール（１５１２）内の固定または可変閾値と絶対量に関して比較され、および／または
−前記荷重の段階的変化を検出するために、第２の検出器モジュール（１５２）内の固定または可変閾値と絶対量に関して比較され、および／または
−第３の検出器モジュール（１５３）において、直接的に、または制限装置（１５３４）を経由して、積分器（１５３８）内に導入され、前記積分器の出力信号は、その絶対量に関して、閾値ブロック（１５３９）内の少なくとも１つの閾値と比較される差分信号（Δ）を生成し、
前記閾値レベルの上向き交差は、漸次荷重変化が発生したことを示し、前記閾値レベルのその後の下向き交差は、前記荷重変化が落ち着いたことを示すことを特徴とする請求項１、２、３、または４に記載の方法。
【請求項６】
方法であって、
−前記第１の検出器モジュール（１５１）は、統計モジュール（１５２４）を備え、前記モジュールを使って、前記差分信号（Δ）の分散が計算され、前記第１の閾値モジュール内の前記閾値が、前記分散に応じてあるレベルに設定され、および／または
−前記第３の検出器モジュール（１５３）において、前記差分信号（Δ）のゼロ交差は、モジュール（１５３１）を使って検出され、下流に接続されたカウンタ段（１５３２）において、カウント値は、前記ゼロ交差の関数として生成され、前記カウント値は、第１の重み係数（Ｗ１）を形成するようにより高次のべき乗を施され、前記重み係数により、前記差分信号（Δ）は、前記積分器（１５３８）内に導入される前に乗算器段（１５３５）内で重み付けされ、および／または
−前記差分信号（Δ）は、その絶対量に関して前記第３の検出器モジュール（１５３）内部の閾値モジュール（１５３７）内の少なくとも１つの閾値と比較され、積分器（１５３８）の制御のために使用される第２の重み係数（Ｗ２）を確定し、前記差分信号（Δ）が実質的にゼロに等しい場合に後者の前記出力信号をリセットし、および／または
−前記積分器（１５３８）の前記出力信号は、前記荷重の漸次変化を検出するために下流に接続された閾値モジュール内の少なくとも１つのより高い第１の閾値と比較され、前記出力信号は、次に、前記力測定デバイスが前記荷重変化に追随したことを確定するためにより低い第２の閾値と比較されることを特徴とする請求項５に記載の方法。
【請求項７】
少なくとも前記フィルタされた測定信号（ｍｓＥ）および／または差分信号（Δ）が、学習ニューラルネットワーク（１５００）内に導入され、前記学習ニューラルネットワークでは、信号変化が生じると、機械的外乱、荷重の段階的変化、および／または荷重の漸次変化により引き起こされたのかどうかの判定を行い、その後、前記フィルタのパラメータおよび／または前記スイッチング手段（１４２）は、それに応じて、制御されることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記スイッチング手段（１４２）の入力のところに現れる測定信号（ｍｓＳＥ）は、スイッチ（１４２１）および制限装置（１４２８）を備える第１の信号経路上の切り替えスイッチ（１４２２）の第１の入力（Ａ）に、または第２の信号経路上では前記切り替えスイッチ（１４２２）の第２の入力（Ｂ）に直接、送られ、
−外乱、前記荷重の段階的変化、または漸次変化などの外部影響が存在しない場合、前記第１の検出器モジュール（１５１）により制御されるスイッチ（１４２１）は、閉じられたままであり、第２および／または第３の検出器モジュール（１５２、１５３）により制御される前記切り替えスイッチ（１４２２）は、前記第１の入力（Ａ）に切り替えられたままであり、
−外乱が、前記第１の検出器モジュール（１５１）により検出された場合、当該第１の検出器モジュール（１５１）は前記スイッチ（１４２１）を開き、前記外乱が落ち着いた後、ｎクロックサイクルが経過するまで再び閉じず、
−前記荷重の段階的変化または漸次変化が前記第２または第３の検出器モジュール（１５２、１５３）により検出された場合、前記それぞれの検出器モジュールは、前記切り替えスイッチ（１４２２）を前記第２の入力（Ｂ）に接続させ、前記測定システムが安定してしまうまで前記第１の入力（Ａ）への接続に戻すことをしないことを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
前記フィルタされた測定信号（ｍｓＥ）は、前記スイッチング手段（１４２）に導入される前にデジタルおよび／またはアナログフィルタ段（１１、１３）においてフィルタ処理され、および／または前記スイッチング手段（１４２）により送出される測定信号（ｍｓＳＡ）は、前記力測定デバイス（１）の前記出力に送られる前にデジタルおよび／またはアナログフィルタ（１１、１３）においてフィルタ処理され、そこから、プロセッサまたはインジケータユニット（１６）に進むことができることを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
力測定デバイス（１）に作用する荷重を表す測定信号（ｍｓ）を生成するために使用される測定変換器（１０）を備え、前記測定信号（ｍｓ）はアナログフィルタ（１１）において、および／または−アナログ／デジタルコンバータ（１２）内で処理した後では−デジタルフィルタ（１３１、．．．、１３ｎ）において、フィルタ処理することができる種類のものであり、それにより、機械的外乱、荷重の段階的変化または漸次変化などの外部影響により引き起こされる干渉信号部分を抑制し、フィルタされた測定信号（ｍｓＥ）は、測定値ユニット（１４５）内に導入することができ、前記測定値ユニットは、その出力のところで、出力信号（ｍｓｘ）として、
−所定の時間間隔の範囲内で発生した前記フィルタされた測定信号（ｍｓＥ）の一番最近の値から得られる平均値、または
−所定の時間内に発生した前記測定信号（ｍｓ）の一番最近の値に基づいて確立された前記フィルタされた測定信号（ｍｓＥ）の予想値を送出し、
さらに、前記フィルタされた測定信号（ｍｓＥ）は、信号外乱の発生に関してコントローラユニット（１５）内に組み込まれている第１の検出器モジュール（１５１）を使って監視されることができ、信号外乱が検出された後、スイッチング手段（１４２）を作動させることができ、これにより前記フィルタされた測定信号（ｍｓＥ）の前記測定値ユニット（１４５）への送出が、中断されることができ、前記フィルタされた測定信号（ｍｓＥ）の代わりに、前記測定値ユニット（１４５）の前記出力信号（ｍｓｘ）が前記力測定デバイス（１）の下流に接続されたモジュールに送信されることを特徴とする請求項１から９のいずれか一項に記載の方法を実行するように動作可能な、力測定デバイス（１）。
【請求項１１】
前記測定信号（ｍｓＥ）は、少なくとも第１の遅延素子（１４１Ａ）を使って前記測定値ユニット（１４５）に送信できるか、または前記測定値ユニット（１４５）の前記出力信号は、少なくとも第１の遅延素子（１４１Ａ）を使って送出できるか、または、前記出力信号の遅延送出は、前記平均値または前記予想値を確定するために使用されるプロセスを使って前記測定値ユニット（１４５）内で実現されることを特徴とする請求項１０に記載の力測定デバイス（１）。
【請求項１２】
前記フィルタされた測定信号（ｍｓＥ）は、第１の遅延素子（１４１Ａ）を使って、また前記測定値ユニット（１４５）の前記出力信号（ｍｓｘ）が前記フィルタされた測定信号（ｍｓＥ）から差し引かれることができる第１の加算段（１４３Ａ）を使って、さらにスイッチング手段（１４２）を使って、第２の加算段（１４３Ｂ）に送られることができ、前記測定値ユニット（１４５）の前記出力信号（ｍｓｘ）は、到着信号に加えて戻すことができ、前記スイッチング手段（１４２）が閉じられたときに、前記第２の加算段（１４３Ｂ）は、受信したとおりの出力信号（ｍｓＡ＝ｍｓＥ−ｍｓｘ＋ｍｓｘ）を送出し、前記スイッチング手段（１４２）が開いているときに、前記第２の加算段（１４３Ｂ）は、前記測定値ユニット（１４５）の前記出力信号（ｍｓＡ＝0＝ｍｓｘ）を送出し、それを前記力測定デバイス（１）の前記出力に送信できることを特徴とする請求項１０または１１に記載の力測定デバイス（１）。
【請求項１３】
前記フィルタされた測定信号（ｍｓＥ）は、コントローラユニット（１５）に組み込まれている第２の検出器モジュール（１５２）を使って前記荷重の段階的変化の発生について、および／またはコントローラユニット（１５）に組み込まれている第３の検出器モジュール（１５３）を使って前記荷重の漸次変化の発生について監視されることができ、その後、前記荷重の段階的変化または漸次変化が検出された場合に、前記スイッチング手段（１４２）が作動され、前記フィルタされた測定信号（ｍｓＥ）は、前記スイッチング手段（１４２）を通り、直接それらの出力接続部に入る（ｍｓＡ＝ｍｓＥ）ことを特徴とする請求項１０、１１、または１２に記載の力測定デバイス（１）。
【請求項１４】
前記フィルタされた測定信号（ｍｓＥ）および前記測定値ユニット（１４５）の前記出力信号（ｍｓｘ）−第１および／または第２の遅延素子（１４１Ａ、１４１Ｂ）を使って生成される前記フィルタされた測定信号（ｍｓＥ）に関して時間遅延を伴う後者の信号（ｍｓｘ）−は、両方とも、コントローラユニット（１５）内で加算段（１５５）に送ることができ、前記加算段は、前記信号（ｍｓＥ、ｍｓｘ）から、
−外乱を検出するために、前記第１の検出器モジュール（１５１）内部の第１の閾値モジュール（１５１２）内の固定または可変閾値と絶対量に関して比較されることができ、および／または
−前記荷重の段階的変化を検出するために、第２の検出器モジュール（１５２）内の固定または可変閾値と絶対量に関して比較されることができ、および／または
−第３の検出器モジュール（１５３）において、直接的に、または制限装置（１５３４）を経由して、積分器（１５３８）内に導入されることができ、前記積分器の出力信号は、その絶対量に関して、閾値ブロック（１５３９）内の少なくとも１つの閾値と比較されることができる差分信号（Δ）を生成することができ、前記閾値レベルの上向き交差は、漸次荷重変化が発生したことを示し、前記閾値レベルのその後の下向き交差は、前記荷重変化が落ち着いたことを示すことを特徴とする請求項１０、１１、１２、または１３に記載の力測定デバイス（１）。
【請求項１５】
力測定手段（１）であって、
−前記第１の検出器モジュール（１５１）は、統計モジュール（１５２４）を備え、前記モジュールを使って、前記差分信号（Δ）の分散が計算され、前記第１の閾値モジュール内の前記閾値が、前記分散に応じてあるレベルに設定されることができ、および／または
−前記第３の検出器モジュール（１５３）において、前記差分信号（Δ）のゼロ交差は、モジュール（１５３１）を使って検出され、下流に接続されたカウンタ段（１５３２）において、カウント値は、前記ゼロ交差の関数として生成されることができ、前記カウント値は、第１の重み係数（Ｗ１）を形成するようにより高次のべき乗を施され、前記重み係数により、前記差分信号（Δ）は、前記積分器（１５３８）内に導入される前に乗算器段（１５３５）内で重み付けされ、および／または
−前記差分信号（Δ）は、その絶対量に関して前記第３の検出器モジュール（１５３）内部の閾値モジュール（１５３７）内の少なくとも１つの閾値と比較されることができ、積分器（１５３８）の制御のために使用できる第２の重み係数（Ｗ２）を確定し、前記差分信号（Δ）が実質的にゼロに等しい場合に後者の前記出力信号をリセットし、および／または
−前記積分器（１５３８）の前記出力信号は、前記荷重の漸次変化を検出するために下流に接続された閾値モジュール内の少なくとも１つのより高い第１の閾値と比較されることができ、前記出力信号は、次に、前記力測定デバイスが前記荷重変化に追随したことを確定するために低い第２の閾値と比較されることができることを特徴とする請求項１４に記載の力測定デバイス。
【請求項１６】
少なくとも前記フィルタされた測定信号（ｍｓＥ）および／または差分信号（Δ）が、学習ニューラルネットワーク（１５００）内に導入され、前記学習ニューラルネットワークでは、信号変化が生じると、機械的外乱、荷重の段階的変化、および／または荷重の漸次変化により引き起こされたのかどうかの判定を行い、その後、前記フィルタのパラメータおよび／または前記スイッチング手段（１４２）は、それに応じて、制御されることを特徴とする請求項１０から１５のいずれか一項に記載の力測定デバイス（１）。
【請求項１７】
前記スイッチング手段（１４２）の入力のところに現れる測定信号（ｍｓＳＥ）は、スイッチ（１４２１）および制限装置（１４２８）を備える第１の信号経路上の切り替えスイッチ（１４２２）の第１の入力（Ａ）に、または第２の信号経路上では前記切り替えスイッチ（１４２２）の第２の入力（Ｂ）に直接、送られることができ、
−外乱、前記荷重の段階的変化、または漸次変化などの外部影響が存在しない場合、前記第１の検出器モジュール（１５１）により制御可能なスイッチ（１４２１）は、閉じられたままであり、第２および／または第３の検出器モジュール（１５２、１５３）により制御可能である前記切り替えスイッチ（１４２２）は、前記第１の入力（Ａ）に切り替えられたままであり、
−外乱が、前記第１の検出器モジュール（１５１）により検出された場合、当該第１の検出器モジュール（１５１）は前記スイッチ（１４２１）を開くことができ、前記外乱が整定した後、ｎクロックサイクルが経過するまで再び閉じることができず、
−前記荷重の段階的変化または漸次変化が前記第２または第３の検出器モジュール（１５２、１５３）により検出された場合、前記それぞれの検出器モジュールは、前記切り替えスイッチ（１４２２）を前記第２の入力（Ｂ）に接続させることができ、前記測定システムが安定してしまうまで前記第１の入力（Ａ）への接続に戻せないことを特徴とする請求項１０から１６のいずれか一項に記載の力測定デバイス（１）。
【請求項１８】
デジタルおよび／またはアナログフィルタ段（１１、１３）は、前記スイッチング手段（１４２）の上流または下流にある信号経路内に配列されることを特徴とする請求項１０から１７のいずれか一項に記載の力測定デバイス（１）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測定変換器の出力信号を処理する方法に関するものであり、また本発明の方法に従って動作する力測定デバイス、特に、秤に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
力測定デバイス、特に電磁気力補償または歪みゲージ技術（参考文献［１］「Ｂａｕｅｎ  Ｓｉｅ  Ｉｈｒｅ  Ｑｕａｌｉｔａｔ  ａｕｆ  ｓｏｌｉｄｅｍ  Ｇｒｕｎｄ！」［「確かな基盤の上に品質を確立する」］、Ｍｅｔｔｌｅｒ−Ｔｏｌｅｄｏ  ＧｍｂＨの会社出版物、２００１年１月、１４〜１５頁を参照）の原理に基づく秤の測定精度は、多数の影響因子により決定されるが、これについては参考文献［２］「Ｗａｇｅｆｉｂｅｌ」（「秤量入門」）、Ｍｅｔｔｌｅｒ−Ｔｏｌｅｄｏ  ＧｍｂＨ、２００１年４月に記載されている。振動または衝撃などの外部機械的影響は、特に有害であり、そのため、干渉信号成分を除去するフィルタが、アナログ信号処理機能を持つ秤内にすでに備えられている。
【０００３】
参考文献［３］スイス特許第６７３５２９号Ａ５で開示されている秤は、秤量セルによって生成され、信号線を通じてアナログ／デジタルコンバータに送信されるＤＣ信号に重ね合わされた干渉交流成分の形態の干渉信号を抑制する働きをするアクティブローパスフィルタを使用する。干渉信号は、秤量セルの信号出力端子のところで信号線から分離され、インバータによる１８０°の位相シフトの後、アナログ／デジタルコンバータの信号入力端子のところで信号線に戻されるが、その一方で、枝分かれするノードと再結合するノードとの間の信号線自体は、オーム抵抗（つまり、非位相シフト抵抗）のみを含む。したがって、干渉信号は、対応する振幅を持つが逆位相である信号成分によりキャンセルされる。
【０００４】
参考文献［４］ドイツ特許第１００２４９８６Ａ１号で説明されている電子式秤量変換器は、デジタル信号処理ユニットを備え、そこでは、ＤＣ信号成分は、ローパス特性を持つフィルタを使って秤量変換器の出力信号から決定され、秤量結果は、ＤＣ信号成分から導かれる。それと同時に、衝撃／振動依存信号が決定され、信号／振動依存信号に応じて、測定信号のＤＣ成分が修正される。参考文献［４］に報告されているように、この解決方法では、参考文献［５］米国特許第５，６６５，９４１号で開示されている解決方法で生じる欠点を回避する。
【０００５】
参考文献［５］によれば、差動投薬秤量秤におけるローパスフィルタの時定数は、干渉信号に応じて適応する。大きな干渉外乱が存在する場合、フィルタ効果を強めるために、ローパスフィルタの時定数が大きな値にされる。しかし、参考文献［４］で説明されているように、これは、重量の段階的変化に対する秤量変換器の応答を遅くするが、測定の再現性をごくわずか高めるだけである。それに加えて、選択された時定数が大きすぎる場合、秤量荷重の変化とともに整定時間が長くなるという結果になる。
【０００６】
他の方法およびそれぞれの方法の使用に適している秤は、参考文献［６］米国特許出願第２００４／００８８３４２号、および参考文献［７］米国特許第６，２７１，４８４Ｂ１号で説明されており、測定変換器により生成される信号は、可変デジタルフィルタを使って処理される。
【０００７】
参考文献［６］で説明されている方法では、測定システムで使用されるフィルタの特性は、制御されている測定システムの振動特性に個別に適応させることができる。したがって、フィルタの減衰は、選択された周波数範囲内で望むだけ大きくすることができる。
【０００８】
参考文献［７］で説明されている方法によれば、振動により引き起こされた信号外乱の振幅が許容範囲内にあるかどうかに関して試験が行われる。範囲内にない場合には、フィルタ特性は、信号外乱が再び許容範囲内に収まるまで変更される。
【０００９】
特に、最後に説明した方法は、大きな計算量を必要とし、調節フィードバックループの時定数のため、振動および発振外乱が発生したときにその急速な振幅変化に十分に速く適応することはほとんどできない。
【００１０】
特に重要なのは、荷重変化が秤量システムに引き起こす効果である。秤量荷重の段階的変化の後に、比較的急速な減衰を伴う大きな振幅の発振が続く。秤に組み込まれるフィルタデバイスの目的は、秤量荷重の段階的変化に追随する発振の可能な最良の減衰を求め、同時に秤量システムの整定時間を短縮することである。この目的に好適なフィルタ配列が図１に示されている。このデバイスでは、測定信号は、秤量荷重の段階的変化に関して監視される。段階的変化が検出された後、フィルタの少なくとも１つのフィルタパラメータは、リセットされ、特定の時間プロファイルに従って、好ましくは指数関数の形で変化し、それによりフィルタは、荷重変化が検出された後開かれ、次いで、少なくとも１つのフィルタパラメータの終了値により決定される所定のフィルタ特性に合わせて再び閉じられる。この種のフィルタ配列は、好ましくはデジタルフィルタにより実現される。
【００１１】
デジタルフィルタの基本的な構造は、参考文献［８］、Ｕ．  Ｔｉｅｔｚｅ、Ｃｈ．  Ｓｃｈｅｎｋ、「Ｈａｌｂｌｅｉｔｅｒｓｃｈａｌｔｕｎｇｓｔｅｃｈｎｉｋ」（「半導体回路設計」）、第１１版、第２刷、Ｓｐｒｉｎｇｅｒ  Ｖｅｒｌａｇ、Ｂｅｒｌｉｎ  １９９９年、第２１．３章で説明されている。図２１．１５（１１４５頁）では、遅延素子ｎ個を持つ遅延連鎖を有するデジタルフィルタを示している。参考文献［８］（１１４４頁を参照）によれば、遅延連鎖の入力信号は、例えば、測定変換器により送出される入力信号と遅延素子の出力から導かれるすべての重み付き中間値の総和の結果である。したがって、出力信号は、すべての中間値の重み付き総和である。
【００１２】
これは、すべての変化および重ね合わされた加算を含む入力信号が比較的長い時間にわたってフィルタ段に保存されたまま残る結果となる。したがって、アナログまたはデジタルフィルタ段内の処理が本質的に測定対象への直接接続を有する信号成分のみを含んでいた場合、および他の信号成分が完全に抑制された場合に望ましいということになる。
【００１３】
この目的の追求に際して、力測定デバイス内の外乱の抑制は、例えば荷重の変化により発生する有用な信号と例えば機械的衝撃またはインパクトにより発生する外乱信号は通常、類似の信号プロファイルを示し、したがって、互いに分離することが困難であるという事実によりさらに困難なものとなっている。
【非特許文献１】「Ｂａｕｅｎ  Ｓｉｅ  Ｉｈｒｅ  Ｑｕａｌｉｔａｔ  ａｕｆ  ｓｏｌｉｄｅｍ  Ｇｒｕｎｄ！」［「確かな基盤の上に品質を確立する」］、Ｍｅｔｔｌｅｒ−Ｔｏｌｅｄｏ  ＧｍｂＨ会社出版物、２００１年１月、１４〜１５頁
【非特許文献２】「Ｗａｇｅｆｉｂｅｌ」（「秤量入門」）、Ｍｅｔｔｌｅｒ−Ｔｏｌｅｄｏ  ＧｍｂＨ、２００１年４月
【特許文献１】スイス特許６７３５２９Ａ５号
【特許文献２】ドイツ特許第１００２４９８６Ａ１号
【特許文献３】米国特許第５，６６５，９４１号
【特許文献４】米国特許出願第２００４／００８８３４２号
【特許文献５】米国特許第６，２７１，４８４Ｂ１号
【非特許文献３】Ｕ．  Ｔｉｅｔｚｅ、Ｃｈ．  Ｓｃｈｅｎｋ、「Ｈａｌｂｌｅｉｔｅｒｓｃｈａｌｔｕｎｇｓｔｅｃｈｎｉｋ」（「半導体回路設計」）、第１１版、第２刷、Ｓｐｒｉｎｇｅｒ  Ｖｅｒｌａｇ、Ｂｅｒｌｉｎ  １９９９年、第２１．３章
【特許文献６】米国特許第５，９６０，３９１号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
したがって、本発明は、測定変換器の出力信号を処理する改善された方法を提供すること、および、さらに本発明の方法により動作する力測定デバイスを提供することを目的とする。
【００１５】
この目的は、特に、一方で機械的衝撃またはインパクトにより特に発生する外乱信号の確実な検出および抑制を可能にし、他方で、妨害を可能な限り最も低く抑えつつ有用な信号が信号処理経路内を確実に伝達できるようにする方法および力測定デバイスを提案することである。
【００１６】
方法および力測定デバイスは、さらに、信号処理経路から外乱信号のエネルギー分布を完全に取り除くことを可能にして、有用な信号の処理が外乱信号により妨害されないようにすべきである。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
この作業は、請求項１および請求項１０で説明されている特徴を備える方法および力測定デバイスにより解決される。本発明の有利なさらに発展した実施形態は、他の請求項で提示される。
【００１８】
本発明による方法は、力測定デバイス、特に秤に取り付けられ、変換器に作用する荷重を表す測定信号を発生する測定変換器の出力信号を処理するために使用され、測定信号は、アナログフィルタで、および／または−アナログ／デジタルコンバータで処理した後−デジタルフィルタでフィルタ処理され、これにより機械的外乱および荷重の段階的変化または漸次変化などの外部からの影響により引き起こされる望ましくない信号成分を抑制する。
【００１９】
本発明によれば、測定信号は、その出力端子から
−測定信号の受信され保持されている値、または
−所定の時間間隔の範囲内で発生した測定信号の一番最近の値からなる平均値、または
−所定の時間内に発生した測定信号の一番最近の値に基づいて確立された測定信号の予想値を送出する測定値ユニットに送信される。
【００２０】
次いで測定信号は、信号外乱の発生に関してコントローラユニット内に組み込まれている第１の検出器モジュールを使って監視され、信号外乱が検出されると、スイッチング手段が作動され、受信された測定信号の代わりに、測定値ユニットの出力信号が測定値ユニットの下流に続く力測定デバイスのモジュール、例えば、フィルタ段、測定プロセッサ、またはインジケータユニットに送信される。
【００２１】
本発明の好ましい一実施形態では、測定値ユニットの出力からの出力信号の送出は、遅延を伴って行われる。これは、測定値ユニットの上流に置かれた少なくとも１つの第１の遅延素子により、または測定値ユニットの内部の遅延により実現されることができる。測定値ユニット内部の遅延は、平均値または予想値を確立するために使用されるプロセスを通じて、または一体として組み込まれている遅延素子を通じて特に単純な方法で実現することができる。
【００２２】
この遅延は、測定信号の外乱が検出時に測定値ユニットの出力のところにまだ出現せず、したがって、まだ外乱されていない信号が、測定値ユニットから下流モジュールに送信される結果をもたらす。さらに、外乱は、現在の測定信号と測定値ユニットの遅延された出力信号とを比較することにより認識できるくらい特に単純なものである。
【００２３】
本発明にしたがって得られた測定は、外乱がフィルタ処理されるだけでなく、完全にシャットアウトされ、測定値ユニットの出力信号により置き換えられるという有利な結果を有する。そのため、力測定デバイスでは、常に、ユーザーは、外乱を受けていない測定信号に基づいて、または外乱がある場合には、ほとんど現在の前のまたは予想される測定値に基づいて、可能な最良の測定値を得られる。
【００２４】
さらに、外乱が説明されている方法でシャットアウトされた後、測定デバイスの信号処理経路内の下流モジュールは、信号処理に悪影響を及ぼしうる他の有意な外乱信号を受け取ることはないという具体的な利点がある。
【００２５】
したがって、外乱により引き起こされる測定誤差は回避される一方で、特にデジタルフィルタでは、信号処理段は、信号外乱が関わるエネルギーの感知可能な量に曝されず、そのため、測定信号は、より高速に、より高い精度で処理されることができる。
【００２６】
この目的のために用意されるスイッチング手段は、測定信号が第１の遅延素子を使って、また測定値ユニットの出力信号が測定信号から差し引かれる第１の加算段を使って、さらにスイッチング手段を通して、測定値ユニットの出力信号が再び到着信号に加算される第２の加算段に送られる場合に、特に単純な設計とすることができる。そのため、スイッチング手段が閉じられると、第２の加算段は、受信されたとおりの測定信号を送出し、スイッチング手段が開いている場合、第２の加算段は、測定値ユニットの出力信号を送出し、それを信号処理経路上の下流に送信する。
【００２７】
他の好ましい一実施形態では、コントローラユニットに組み込まれた第２の検出器モジュールは、荷重の段階的変化の発生について測定信号を監視するために使用され、および／または第３の検出器モジュールは、荷重の漸次変化について測定信号を監視するために使用され、その後、段階的変化および／または漸次変化が検出された場合に、スイッチング手段が作動され、それにより測定信号は、スイッチング手段を通り、直接その出力接続部に入る。
【００２８】
第２および第３の検出器モジュールは、こうして、第１の検出器モジュールにより検出された外乱を検定するために使用され、荷重の段階的変化または漸次変化が検出された場合に、測定信号は、スイッチング手段により自由に通過できるようになり、これにより測定システムは、可能な限り高速に変化に追随することができる。本明細書で使用されているような「段階的変化」という用語は、荷重の大きさの大きな変化、またはさらには、一方の荷重の他方の荷重に対する交換を意味する。他方、漸次変化は、典型的には投薬分注プロセスにおいて生じる種類の小さな変化である。
【００２９】
荷重の段階的変化および／または漸次変化が検出された場合、フィルタ段のフィルタパラメータは、好ましくは、比較的小さな振動振幅で整定段階が短くなるように制御される。例えば、フィルタの少なくとも１つのフィルタパラメータは、荷重変化が検出された後リセットされ、指定されたプロファイルによる、好ましくは指数関数に従う、時間関数に従って変化し、それによりフィルタは、荷重変化が検出された後開かれ、次いで、少なくとも１つのフィルタパラメータの終了値により決定される所定のフィルタ特性に合わせて再び閉じられる。
【００３０】
段階的変化を検出した後にフィルタを好ましくは完全に開くと、荷重変化に素早く追随することが可能になる。その後フィルタを規定のフィルタ特性に合わせて閉じると、信号外乱、特に段階的変化により引き起こされる発振が実用上最適な形で抑制される。したがって、全体として、段階的変化の後の整定時間がかなり短縮される結果となる。フィルタパラメータの終了値を適切に選択することで、さらに、測定システムの整定段階の後にも測定信号に対し最適なフィルタ処理が必ず行われるようになる。
【００３１】
本発明の他の好ましい一実施形態では、測定信号および測定値ユニットの出力信号−第１および／または第２の遅延素子を使って生成される測定信号に関する遅延を伴う後者の信号−は、両方とも、コントローラユニット内部において、加算段に送られ、そこで、２つの信号の差を表す差分信号を発生し、また外乱、段階的変化、および漸次変化をさらに容易に記録することができる。
【００３２】
このような変化および変動の存在を確定するために、差分信号、より具体的には差の絶対量が、
−外乱を検出するために、第１の検出器モジュール内部の第１の閾値モジュール内の固定または可変閾値と比較され、および／または
−段階的変化を検出するために、第２の検出器モジュール内の固定または可変閾値と比較され、および／または
−漸次荷重変化が生じたかどうかを判定するために第３の検出器モジュール内で評価される。
【００３３】
好ましくは、第１の検出器モジュールは、統計モジュールを備え、このモジュールを使って、差分信号の分散が計算され、第１の閾値モジュール内の閾値が、この分散に応じてあるレベルに設定される。そのため、通常小さな信号変化のみが生じる場合により低い閾値を選択できる。したがって、外乱を表す信号変化は、誤検出の危険なしで、比較的小さな振幅であっても安全に検出することができる。他方、入力信号の分散が比較的大きい場合に誤検出を回避するために、それに対応して高いトリガ閾値を選択する。
【００３４】
第３の検出器モジュールにおいて、差分信号は、好ましくは−直接的に、または送信された信号の振幅を制限する信号制限装置を使って−積分器内に導入され、その積分器の出力信号は、その絶対量に関して積分器の下流にある第２の閾値モジュール内の少なくとも１つの閾値と比較される。差分信号が積分されるため、第３の検出器モジュールは、小さな荷重変化を検出することができる。小さな荷重変化を素早く検出できるようにするために、好ましい手順は、差分信号のゼロ交差の後の時間を測定し、対応する時間値を確定する手順であり、この時間値は、より高い出力に上げられた後、積分器内に導入される前に差分信号に掛けられる重み係数として使用される。この結果、好ましくは時間の高次関数として増大する重み係数を掛けられるため、非常に小さいが、一定しているオフセットがすぐに現れる。
【００３５】
積分器は、この場合、その出力信号が、差分信号の量が十分な量だけ異なる限り増大し、その後、再び減少するように制御される。好ましくは、差分信号がゼロとはっきり異なる場合に１に等しく、差分信号がゼロに近い場合に１よりも小さい量に等しい第２の重み係数が形成される。第２の重み係数は、例えば、積分器ループ内の乗算器段に導入される。
【００３６】
好ましくは、積分器の出力信号は、荷重変化が信号として伝達される前により高い第１の閾値を超え、その後、加重変化を示す信号が再びキャンセルされる前により低い第２の閾値よりも下に戻る必要がある。この測定は、第１の検出器モジュールがまだ同じ荷重変化を外乱として処理している間に第３の検出器モジュールが荷重変化の存在を示さなくなる状況の発生を防ぐために使用される。
【００３７】
荷重変化が信号として伝達された後、測定信号は、再び直接通過モードに切り替えられ、それにより、測定値ユニットの出力信号、したがってさらに差分信号も、加重変化に追随するようになることに留意されたい。
【００３８】
本発明の他の好ましい一実施形態では、少なくとも測定信号および／または差分信号が、学習ニューラルネットワーク（図４のモジュール１５００を参照）内に導入され、この学習ニューラルネットワークでは、信号変化が生じると、外乱、段階的変化、および／または荷重の漸次変化により引き起こされたのかどうかの判定を行い、その後、フィルタパラメータおよび／またはスイッチング手段は、それに応じて、制御される。ニューラルネットワークおよびニューラルネットワークを学習させる方法は、例えば、参考文献［９］米国特許第５，９６０，３９１号で知られている。
【００３９】
力測定デバイスは、例えば、荷重のごく小さな漸次荷重変化またはより大きな段階的変化が生じる外乱のない動作モードで学習させることができる。そのため、ニューラルネットワークは、異なる動作状態の秤の挙動を学習し、それにより、小さな漸次荷重変化または荷重の段階的変化または外乱が発生したかを正確に決定することができる。そのため、秤は、局所的状況、秤の構成、ユーザーによる個々の取り扱い方、およびユーザーにより実行されるプロセスに最適な形で自己適応するようにユーザー側で個別に学習させることができる。
【００４０】
スイッチング手段は、好ましくは、スイッチング手段の入力のところに現れる測定信号が、スイッチおよび制限装置を備える第１の信号経路上の切り替えスイッチの第１の入力に、または第２の信号経路上では切り替えスイッチの第２の入力に直接、送られるように設計されている。外乱、荷重の段階的変化、および漸次荷重変化などの外部影響が存在しない場合、第１の検出器モジュールにより制御されるスイッチは、閉じたままであり、第２および／または第３の検出器モジュールにより制御されるスイッチは、第１の入力に切り替えられたままであり、そのため、測定信号は、入力から、第１の信号経路上のスイッチング手段の出力へ進行することができる。
【００４１】
第１の検出モジュールにより外乱が検出されると、後者は、スイッチを開き、外乱が落ち着くまで第１の信号経路を遮断する。制限装置は、この場合、スイッチが開かれる前に外乱に属する信号部分がスイッチングモジュールを通過するのを防止する。スイッチは、好ましくは、これ以降信号外乱が発生しなかった場合に、その後ｎクロックサイクルの間、開状態のままであり続ける。
【００４２】
荷重の段階的変化または漸次変化が第２または第３の検出モジュールによりそれぞれ検出された場合、検出器モジュールは、切り替えスイッチを第２の入力に接続させ、測定信号が入力から第２の信号経路に沿ってスイッチング手段の出力に伝わり、さらに処理されるようにできる。
【００４３】
スイッチング手段は、好ましくは、フィルタ連鎖内の、連鎖の入力端にできる限り近いところに組み込まれ、これにより外乱は、可能な限り早期に捕捉され、完全に除去される。他方、連鎖の先頭にフィルタ段を入れることにより、本発明に従って信号の処理をはるかに容易に行えるように測定信号を調節することができる。
【００４４】
本発明は、図面の助けを借りて以下でより詳しく説明される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４５】
図１は、秤量荷重を表すアナログ測定信号ｍｓを、可変アナログフィルタ１１に通し、アナログ／デジタルコンバータ１２に送る測定変換器１０を含む秤１のブロック図を表す。デジタル化された測定信号ｍｓＤは、可変デジタルフィルタ１３１、．．．、１３ｎの連鎖に通され、そこから、フィルタ処理されたデジタル測定信号ｍｓＤＦは、好ましくはプロセッサを備え、測定結果を、例えば読出画面上に表示することにより出力する、出力ユニット１６に送信される。
【００４６】
フィルタユニット１１、１３の入力のところに存在する信号は、コントローラユニット１５内の閾値モジュール１５１、１５１１、．．．１５１ｎに送信され、閾値モジュールは、荷重変化の発生を検出し、発生器モジュール１５５、１５５１、．．．、１５５ｎを作動させ、このモジュールは、荷重変化が検出された後、それぞれの発生器モジュールに割り当てられているフィルタユニット１１、１３１、．．．、１３ｎのフィルタパラメータｒをリセットし、次いで、フィルタパラメータｒを所定の終了値ｘに向かって収束する時間の関数として変化させる。
【００４７】
したがって、図１による回路構成において、アナログおよび／またはデジタルフィルタ１１、１３は、例えば、秤量荷重の段階的変化が発生した後に、有利に制御されることができる。アナログ信号処理ユニットでは、参考文献［８］の第１３章、８８８から８９３頁で説明されているような調節可能フィルタパラメータとともにアクティブフィルタ１１を使用すると都合がよい。フィルタパラメータの電子制御については、８９１頁で説明されている。デジタル信号処理ユニットでは、フィルタパラメータが調節可能であるデジタルフィルタ１３は、参考文献［８］の第２１章で説明されているように使用される。もちろん、フィルタパラメータの制御は、例えば、使用されているシグナルプロセッサのレジスタ内にあるフィルタパラメータを段階的に変化させるという概念により更に容易に実現することができる。
【００４８】
参考文献［８］の１１３３頁で言及されているように、信号処理をアナログ方式ではなくデジタル方式で行う傾向が高まっている。参考文献［８］によれば、デジタル方式はより高い精度および再現性だけなく、外乱の影響を受けにくいという利点を提案している。デジタルフィルタの構造、動作原理、および特性は、参考文献［８］の第２１章で説明されている。デジタルフィルタを使った電子式秤は、例えば、参考文献［６］および［７］で知られている。シグナルプロセッサを使ってデジタルフィルタを実現する方法は、参考文献［８］、第２１章７．２節、１１８１〜１１８４頁で説明されている。
【００４９】
シグナルプロセッサが使用される場合、シグナルプロセッサ自体は、本質的に、中に組み込まれるスイッチングモジュール１４を含むデジタル信号処理ユニット１３を構成する（図２から４を参照）。したがって、信号処理モジュールは、好ましくは、ソフトウェアモジュールとして実装される。
【００５０】
可変フィルタ１１、１３を備える図１に示されている回路配置は、非可変フィルタを備える回路配置と比較して明らかな利点を有する。
【００５１】
これら２種類の回路配置、つまり、可変フィルタを備える回路配置と非可変フィルタを備える回路配置は、信号外乱、特に荷重に依存しない外乱を生じさせ、依然として深刻な問題を提起する。使用されるフィルタは、すでに、これらの外乱をうまく抑制できるが、これらの小さな、または大きな外乱は、これらの外乱の一部が特に再帰的フィルタが使用される場合に長時間にわたり信号処理経路内に留まり、したがって高精度の測定結果を素早く得ることを妨げるため、信号の処理に対する負担になったままである。
【００５２】
以下で説明されているように本発明は、可変フィルタを備える回路配置の問題だけでなく、非可変フィルタを備える回路配置の問題をも解消するために使用される。この問題解決を達成する好ましい一手段として、これから説明されるように、スイッチングモジュール１４が、フィルタ連鎖内、またはフィルタ連鎖前に備えられる。
【００５３】
図２に示されているスイッチングモジュール１４では、干渉信号成分は、シャットアウトされ、測定値ユニット１４５の出力信号ｍｓｘで置き換えられ、測定値ユニット１４５は、その出力端から、
−遅延を伴って受信されたとおりの測定信号ｍｓＥの値、または
−所定の時間間隔の範囲内で発生した測定信号ｍｓＥの一番最近の値からなる平均値、または
−所定の時間内に発生した測定信号の一番最近の値に基づいて確立された測定信号ｍｓＥの予想値を送出する。
【００５４】
予想値は、例えば知られているＬＰＣ（線形予測符号化）法、つまり測定信号の将来の値が、すでに記録されている測定信号ｍｓＥの値に基づいて推定される数学的方法を使って決定することができる。
【００５５】
測定信号ｍｓＥは、信号外乱が検出された後、スイッチング手段１４２が作動され、これにより受信されたとおりの測定信号ｍｓＥの代わりに、測定値ユニット１４５の出力信号ｍｓｘが信号経路内で続くフィルタ段１３０に送信されるコントローラユニット１５内に組み込まれている第１の検出器モジュール１５１を使って信号外乱の発生について監視される。
【００５６】
図２の実施形態の回路配置は、以下のように構成される。信号経路内の上流に配置されているフィルタ段１３１から受信された測定信号ｍｓＥは、第１の遅延素子を使って切り替えスイッチ１４２の第１の入力Ａに送られ、外乱が発生しなかった場合には、出力Ｃに直接渡されるように切り替えられ、そこで、信号は一方で次のフィルタ段１３０に渡され、他方で第２の遅延素子１４１Ｂを通して測定値ユニット１４５に送信され、好ましくは、測定信号ｍｓＥに対する予想値ｍｓｘを一方で切り替えスイッチ１４２の第２の入力Ｂに出力し、他方でコントローラユニット１５に出力する。
【００５７】
コントローラユニット１５は、測定信号ｍｓＥと測定値ユニット１４５の出力信号ｍｓｘとから差分信号Δを形成するために使用される加算段１５５を含む。
【００５８】
秤１により測定された荷重が一定であり、外乱がない場合、差分信号Δは、０に等しい。外乱、荷重の段階的変化または漸次変化が存在する場合、差分信号Δは、遅延素子１４１Ａおよび１４１Ｂのせいで０からずれる。差分信号Δの量が第１の検出モジュール１５１で設定されている閾値を超える場合、外乱は、記録され、切り替えスイッチ１４２は、図２に示されているように、第２の入力Ｂに切り替わる。外乱された測定信号ｍｓＥの代わりに、測定値ユニット１４５の出力信号ｍｓｘは、信号経路内に続くフィルタユニット１３に送信され、そのため外乱は測定値に誤差を生じさせない。
【００５９】
外乱が記録された後、または一般に、差分信号Ａが０からずれていることが判明した場合、これは、本質的に、以下の状態変化に帰因しうる。例えば、機械的衝撃またはインパクトにより外乱が発生した場合、これはたちまち減衰し、したがって、差分信号Ａは０に戻り、切り替えスイッチ１４２は、第１の入力Ａに戻されることができる。
【００６０】
それとは別に、外乱ではなく、荷重の変化が発生したことを示す永久的オフセットがありうる。さらに、外乱ではなく荷重の段階的変化が発生したとも考えられる。これらの場合、測定信号ｍｓＥは、次に続くフィルタ段１３０においてできるだけ早く再び処理される必要があり、そのため、力測定デバイス１の出力信号は、荷重の漸次または段階的変化に即座に追随する。さらに、切り替えスイッチ１４２がリセットされた後、測定値ユニット１４５は、再び現在の測定信号ｍｓＥを受信しており、したがって、測定値ユニットの出力信号ｍｓｘは、再び更新され、そのため差分信号Δは、０に戻され、結果として、第１の検出器モジュール１５１も、外乱を検出しなくなるということが強調されるべきである。
【００６１】
したがって、切り替えスイッチ１４２は、第１の検出器モジュール１５１の制御信号ｃｔｒｌｓを受信し、これにより、切り替えスイッチ１４２は、外乱が検出されたときに第２の入力Ｂに切り替わる。切り替えスイッチ１４２は、さらに、好ましくはＯＲゲート１５８（図４を参照）を通じて、第２の検出器モジュール１５２から荷重の段階的変化を示す制御信号ｃｔｒｌＬＷを、第３の検出器モジュール１５３から荷重の漸次変化を示す制御信号ｃｔｒｌＬＣを受信し、切り替えスイッチ１４２を再び第１の入力Ａに切り替えて戻す。この構成では、第２および第３の検出器モジュール１５２、１５３からの制御信号ｃｔｒｌＬＷおよびｃｔｒｌＬＣは、第１の検出器モジュール１５１からの制御信号ｃｔｒｌｓよりも優先順位が高い。
【００６２】
図２の回路配置において特に重要なのは、入ってくる測定信号ｍｓＥに遅延を引き起こし、外乱が発生した場合に、その外乱がスイッチを通り力測定デバイス１の出力信号に影響を及ぼす前に切り替えスイッチ１４２を切り替えられるように長さが設定されている遅延時間でその測定信号を切り替えスイッチ１４２に送信する第１の遅延素子１４１Ａである。
【００６３】
さらに、切り替えスイッチ１４２は、本発明による解決方法を説明するために記号の形でのみ示されていることに留意されたい。実際、スイッチング手段１４２の切り替えスイッチ１４２は、任意の設計選択を受け入れられる。また、本発明による解決方法は、ハードウェアまたはソフトウェアまたは両方の組み合わせにより実装できることも自明と考えられる。
【００６４】
スイッチングモジュール１４の特に有利な構成は図３に示されており、測定信号ｍｓＥは、第１の遅延素子１４１Ａ、第１の加算段１４３Ａ、スイッチ１４２、および第２の加算段１４３Ｂを経由してスイッチングモジュール１４の出力に送信される。第１の加算段１４３Ａでは、測定値ユニット１４５の出力信号ｍｓｘは、測定信号ｍｓＥから差し引かれ、したがって、スイッチ１４２の入力は、差分信号Δを表し、荷重が一定の場合にゼロに等しい測定信号ｍｓＳＥを受信する。第２の加算段１４３Ｂでは、測定値ユニット１４５の出力信号ｍｓｘは、到着した測定信号ｍｓＳＥまたは差分信号Δに加算される。その結果、スイッチング手段が閉じられると、第２の加算段は、受信されたとおりの測定信号ｍｓＥを送出し、スイッチング手段が開いている場合、第２の加算段は、測定値ユニットの出力信号ｍｓｘを送出し、それを信号処理経路上の下流に送信する。したがって、スイッチ１４２を単に作動させるだけで、第２のスイッチングモジュール１４の出力信号ｍｓＡは、測定信号ｍｓＥと測定値ユニット１４５の出力信号ｍｓｘとの間で切り替えられる。
【００６５】
図４は、スイッチまたはスイッチング手段１４２の有利な実施形態を示している。この配置では、スイッチング手段１４２の入力のところに現れる測定信号ｍｓＳＥは、スイッチ１４２１および制限装置１４２８を備える第１の信号経路上で第１の出力Ａに、また第２の信号経路上では切り替えスイッチ１４２２の第２の入力Ｂに直接、送られる。
【００６６】
外乱、荷重の段階的変化および漸次変化などの外部影響が存在しない場合、第１の検出器モジュール１５１により制御されるスイッチ１４２１は、閉じられ、ＯＲゲート１５８を通じて第２および／または第３の検出器モジュール１５２、１５３により制御される切り替えスイッチ１４２２は、第１の入力Ａに切り替えられる。
【００６７】
外乱が、第１の検出器モジュール１５１により検出された場合、スイッチ１４２１は、検出器モジュール１５１により開かれ、外乱が落ち着いた後、好ましくはｎクロックサイクルが経過するまで再び閉じない。第１の信号経路内の制限装置１４２８は、高振幅の外乱がスイッチ１４２１が作動される前に第１の信号経路を通過することができるのを防ぐ。
【００６８】
荷重の段階的変化および／または漸次変化が第２および／または第３の検出器モジュール１５２、１５３により検出された場合、検出器モジュールは、切り替えスイッチ１４２２を第２の入力Ｂに切り替えさせ、好ましくは測定システムが安定した後にのみ変えて戻す。
【００６９】
上ですでに説明されたように、荷重の段階的変化が検出された後、フィルタユニット１１、１３のパラメータは、好ましくは、過渡的な減衰段階が可能な限り最短になるような方法で制御される。
【００７０】
荷重の段階的変化が検出されると、さらに、フィルタ連鎖１３の変化する出力信号ｍｓＤＦの代わりに、以下の値のうちの１つが確定され、過渡的な減衰段階が終了するまで力測定デバイス１の出力端へと切り替えられることが可能である。
−荷重の段階的変化の前に決定されたフィルタ連鎖１３の出力信号ｍｓＤＦの最後の値、または
−所定の時間間隔の範囲内で発生したフィルタ連鎖１３の出力信号ｍｓＤＦの一番最近の値の平均値、または
−所定の時間間隔内に発生した出力信号ｍｓＤＦの一番最近の値に基づくフィルタ連鎖１３の出力信号ｍｓＤＦの予想値。
【００７１】
図５は、３つの検出器モジュール１５１、１５２、１５３を使って制御される、図４のスイッチング手段１４２を示す。
【００７２】
外乱を検出するために使用される、第１の検出器モジュール１５１は、絶対量モジュール１５１１を備え、そのモジュール内で、入ってくる差分信号Δの絶対量が決定され、信号経路内の下流に続く閾値ブロック１５１２に送信され、これは、差分信号Δの量が規定の閾値を超えたかどうかを判定するために使用される。閾値を超えるとすぐに、スイッチ１４２１は、監視ユニット１５１３から送出される制御信号ｃｔｒｌｓを使って開かれる。スイッチは、ｎクロックサイクルの間閾値を超えなくなったと監視ユニット１５１３が判定するまで再び閉じられない。この手順は、差分信号Δの量が閾値に近い場合に発生する可能性のあるスイッチ１４２１の高速および崩壊的スイッチング動作を回避するために使用される。
【００７３】
第１の検出器モジュール１５１の例示されている好ましい構成は、さらに統計モジュール１５１４を備え、この統計モジュールを使って、差分信号Δの分散が測定され、閾値モジュール１５１２内の閾値のレベルが制御される。大きな分散が存在する場合、外乱の誤検出を生じる危険性を回避するために、より高い閾値が選択される。分散が低い場合、より小さな外乱を正しく検出できるように、より低い閾値が選択される。
【００７４】
第３の検出器モジュール１５３において、差分信号Δは、直接的に、または制限装置１５３４を通じて、積分器１５３８に導入され、積分器の出力信号が、その絶対量（モジュール１５３９１で決定される）に関して、閾値ブロック１５３９内の少なくとも１つの閾値と比較される。この閾値を超えることは、荷重変化が生じたことを示す。荷重変化が検出された後、この第１の閾値よりも低い、または第２のより低い閾値よりも低い範囲内に戻ることは、測定システムが荷重変化に追随したことを示す。２つの閾値の間の切り替えは、閾値モジュール１５３９２の下流に配列されている遅延素子１５３９３を使って、また閾値を超えた後に、後者を低いレベルに設定し、信号もその低い値よりも低くなった後にのみより高い値に戻す切り替えモジュール１５３９４を使って実行される。
【００７５】
小さな漸次荷重変化を素早く検出できるようにするために、この場合に発生する差分信号Δのゼロ交差は、モジュール１５３１を使って第３の検出器モジュール１５３内で検出される。それぞれのゼロ交差では、モジュール１５３１は、ゼロ交差に応じてカウント値を発生する接続されているカウンタ１５３２をトリガする。このカウント値Ｚは、好ましくはべき乗され（ｚ、ｚ２、またはｚ３）、第１の重み係数Ｗ１として使用され、これにより、差分信号Δは、積分器１５３８に渡される前に乗算器モジュール１５３５内で重み付けされる。この重み付けによって、非常に小さな一定のオフセット、すなわち差分信号Δのごくわずかの上昇は、かなり大きなオフセットと同様に著しい効果を迅速にもたらす。
【００７６】
第２の重み付け係数Ｗ２は、積分器１５３８の制御のために使用される。この第２の重み付け係数Ｗ２は、差分信号Δをその絶対量（モジュール１５３６により与えられる）に関して第３の検出器モジュール１５３内の少なくとも１つの閾値と比較することにより形成され、これにより、積分器１５３８の内部または積分器ループの内側の乗算器モジュールに送られる第２の重み付け係数Ｗ２を形成し、差分信号Δがほぼゼロの場合に、現在処理中の信号の段階的増加を行わせる。そのため、積分器１５３８は、より大きな、さらには非常に小さな荷重変化について急速に上昇し、荷重変化が落ち着いた後急速に下がり元に戻る（差分信号Δ→０）。
【００７７】
本発明による方法および力測定デバイス１は、好ましい実施形態を通して説明され、例示されている。力測定デバイスは、秤１の形態で説明されている。しかし、本発明は、場合によっては秤の一部をなしうる重量測定器、秤量モジュール、ロードセル、および力センサなどの他の力測定デバイスにも適用できる。
【００７８】
さらに示されているように、本発明の考え方は、アナログ回路技術またはデジタル技術などの多様な技術と併せて実現することができるか、またはシグナルプロセッサと併用してソフトウェアソリューションとして実現することができる。
【００７９】
さらに、当然のことながら、本発明は、本明細書に示されているフィルタおよびスイッチング手段に限定されない。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】測定変換器１０、可変アナログフィルタ１１、Ａ／Ｄコンバータ１２、可変デジタルフィルタの連鎖１３１、．．．、１３ｎを備え、さらにこの下流に信号評価ユニット１６、例えば、測定プロセッサを備える秤１のブロック図である。
【図２】連鎖内に組み込まれ、コントローラユニット１５により制御され、入力のところで受信されたとおりの測定信号ｍｓＥまたは測定信号ｍｓＥの前の測定値、平均値、または予想値を発生する測定値ユニット１４５の出力信号ｍｓｘのいずれかを信号経路内の下流に続く信号処理ユニットに伝えるために選択するのに使用できるスイッチング手段を含む、スイッチングモジュール１４を備える図１のデジタルフィルタ１３１、．．．、１３ｎの連鎖を示す図である。
【図３】差分信号が測定信号ｍｓＥおよび測定値ユニット１４５の出力信号ｍｓｘから生成され、スイッチング手段１４２に送出され、その後第２の加算段１４３Ｂにおいて、測定値ユニット１４５の出力信号ｍｓｘに戻され加算される、第１の加算段１４３Ａを備える図２のブロック図を表す図である。
【図４】スイッチング手段１４２の好ましい構成をとる図２のスイッチングモジュール１４および有利に使用可能なオプションのニューラルネットワーク１５００を備えるコントローラユニット１５を示す図である。
【図５】３つの検出器モジュール１５１、１５２、１５３を使って制御される、図４のスイッチング手段１４２を示す図である。
【符号の説明】
【００８１】
Ａ  第１の入力
Ｂ  第２の入力
Ｃ  出力
ｃｔｒｌＬＣ  制御信号
ｃｔｒｌＬＷ  制御信号
ｃｔｒｌｓ  制御信号
ｍｓＡ  出力信号
ｍｓＤＦ  出力信号
ｍｓＥ  測定信号
ｍｓＳＥ  測定信号
ｍｓｘ  出力信号
Ｗ１、Ｗ２  重みを付け係数
Δ  差分信号
１  秤
１０  測定変換器
１１  可変アナログフィルタ
１２  Ａ／Ｄコンバータ
１３１、．．．、１３ｎ  可変デジタルフィルタの連鎖
１４  スイッチングモジュール
１５  コントローラユニット
１６  信号評価ユニット
１１３  アナログフィルタ
１３０  フィルタ段
１３３  デジタルフィルタ
１４１Ａ  第１の遅延素子
１４２  スイッチング手段／切り替えスイッチ
１４３Ａ  加算段
１４３Ｂ  加算段
１４５  測定値ユニット
１５１、１５２、１５３  検出器モジュール
１５８  ＯＲゲート
１４２１  スイッチ
１４２２  切り替えスイッチ
１４２８  制限装置
１５００  ニューラルネットワーク
１５１１  絶対量モジュール
１５１２  閾値ブロック
１５１３  監視ユニット
１５１４  統計モジュール
１５２４  統計モジュール
１５３１  モジュール
１５３２  カウンタ
１５３４  制限装置
１５３５  乗算器モジュール
１５３６  モジュール
１５３７  閾値モジュール
１５３８  積分器
１５３９  閾値ブロック
１５３９１  モジュール
１５３９２  閾値モジュール
１５３９３  遅延素子
１５３９４  切り替えモジュール
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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