基于多传感器的力学测量系统.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)实用新型专利 (10)授权公告号 (45)授权公告日 (21)申请号 201921267896.4 (22)申请日 2019.08.03 (73)专利权人 白杨 地址 200092 上海市杨浦区控江路2202号 和平花苑E座2602室 (72)发明人 白杨 (51)Int.Cl. G01L 5/00(2006.01) G01L 25/00(2006.01) G01G 19/393(2006.01) G01G 23/01(2006.01) (ESM)同样的发明创造已同日申请发明专利 (54)实用新型名称 一种基于多传感器的力学测量系统 (57)摘要 。

2、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。 权利要求书1页 说明书10页 附图8页 CN 。

3、210689884 U 2020.06.05 CN 210689884 U 1.一种基于多传感器的力学测量系统， 其特征在于： 包括传感器 （2） 、 数模转换单元 （8） 以及计算单元； 所述传感器 （2） 包括多个， 且每个所述传感器 （2） 通过各自的模拟量输入通 道 （7） 连接于所述数模转换单元 （8） ； 所述数模转换单元 （8） 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 （7） 传输的信号对每个所述模拟量输入 通道 （7） 对应的传感器 （2） 分别进行一次标定， 并根据所有所述传感器 （2） 的一次标定结果 进行二次标定。 2.根据权利要求1所。

4、述的基于多传感器的力学测量系统， 其特征在于： 还包括支撑侧 （3） ， 多个所述传感器 （2） 的一端均连接在所述支撑侧 （3） ， 多个所述传感器 （2） 的另一端分 别连接于多个测量侧 （1） ， 且每个所述测量侧 （1） 之间不连接。 3.根据权利要求2所述的基于多传感器的力学测量系统， 其特征在于： 多个所述测量侧 （1） 之间通过连接层 （5） 连接。 4.根据权利要求3所述的基于多传感器的力学测量系统， 其特征在于： 所述连接层 （5） 与测量侧 （1） 之间设有缓冲层 （4） 。 权利要求书 1/1 页 2 CN 210689884 U 2 一种基于多传感器的力学测量系统 技术。

5、领域 0001 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 0002 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。 0003 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。 0004 其实现方式的特征为： 0005 1.同一系统 （比如同。

6、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。 0006 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。 0007 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。

7、ADC设备8转换为数字信号。 0008 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。 0009 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。 0010。

8、 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。 0011 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。 0012 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。 0013 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。

9、、 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， 说明书 1/10 页 3 CN 210689884 U 3 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。 0014 以上例来说， 当A。

10、I通道的输入电压为5.8mV时， 仪器无法得知此时的5.8mV最终值 是由A传感器输出3.2mV + B传感器输出2.6mV得到， 还是由B传感器输出3.2mV而A传感器输 出2.6mV得到， 亦或是A传感器输出3.0mV而B传感器输出2.8mV等其它组合得到。 0015 由图 4可知， 在上例最极端的两种情况下， 若输入AI通道的5.8mV读数全部来自于 传感器A， 则当前负载的真实重量Ya2应为6.2kg； 反之， 若输入AI通道的5.8mV当前读数全部 来自于传感器B， 则当前负载的真实重量Yb2应为5.6kg。 因此当我们仅知道传感器A和传感 器B的输出叠加值为5.8mV时， 我们只能。

11、大概知道其真实负载在5.6kg到6.2kg之间， 这显然 大大降低了称量系统的整体精度。 0016 此问题被称为 “偏载误差” ， 即： 将相同物体放在衡器的不同位置， 或将相同的力以 不同的角度和/或位置施加给衡器时， 其读数会发生变化。 0017 当前解决此类偏载误差问题的主要方法为： 在接线盒中为每路传感器增加1个或2 个可调电阻 （电位器） ， 分别对每个传感器的激励 （输入） 电压和/或输出电压进行调整。 然而 此方法仍具有以下缺点： 0018 此类调整的本质即近似对传感器的输入电压和/或输出电压 （或电流） 分别加一个 固定的常量值 （当然， 该常量可以为负） ； 换句话说， 该方。

12、法即为图 3所示的标定曲线分别在 X轴和Y轴上加减一个常数。 0019 很显然， 这种做法仅能有限地改善其一致性， 而无法真正多个传感器调整为一致。 图5就模拟通过接线盒对上例所述情形的一种最优调整结果。 在其中可看出， 其校准了两只 传感器在零点和小负载条件下的偏差， 但它们在高负载条件下的偏差则反而被放大了。 0020 退一步说， 即使将复杂、 非线性的标定曲线理想化为简单、 线性的直线， 仅仅只能 在X轴和Y轴上方向上加减一个常量显然也无法拟合它们斜率不同的问题。 0021 综合来看， 上述对传感器串联或并联后， 将其输出电压或电流累加的多路接线盒 有如下问题： 0022 1.精度差： 。

13、无法克服传感器标定曲线不一致带来的偏载误差问题， 导致测量精度 差。 0023 2.配对难： 由于上述问题， 就要求工作在同一个测量系统中的多个传感器， 其标定 曲线的形状要尽可能保持一致 （或者在将该曲线理想化为直线时， 其斜率要尽可能保持一 致） 。 然而在现有的生产工艺中， 即使是同批次同型号的不同传感器之间也很难达成这样的 一致性。 这就导致： 0024 a)配对成本高昂： 往往需要大量工作才能找到大体上可配对工作的两只传感器。 要对4只、 8只、 16只乃至更多传感器进行相互配对， 则更是尤为困难。 0025 b)维修困难： 一旦一组传感器中的一个发生了损坏， 想找到与其它现有未损坏。

14、传 感器配对的替换品则更加困难 （通常几乎不可能） 。 因此大部分情况下一个传感器损坏整个 测量系统即报废。 说明书 2/10 页 4 CN 210689884 U 4 0026 3.调试复杂： 多个传感器之间相互一致性调整复杂， 往往需要逐个传感器反复进 行调试。 电位器的调整往往会相互影响， 例如： 将传感器A和B调试好后， 再调试传感器A和C， 则可能反过来又破坏了先前已调试完成的传感器A和B之间的一致性。 因此， 对接线盒电位 器的调整就是一个充满了反复测试和权衡的痛苦过程。 并且随着传感器数量的增多， 该过 程的复杂度会成几何级数暴涨。 0027 雪上加霜的是， 力学传感器普遍对温度。

15、、 湿度、 气压等外部因素较为敏感。 这些外 部因素进一步增加了调试的复杂度， 以及系统整体对上述外部环境因素的适应能力。 0028 4.额外噪音： 接线盒作为一个模拟信号的叠加和放大设备， 毫无疑问会对最终送 入AI通道的信号加入额外噪音， 从而影响测量精度。 0029 而电磁干扰、 温度、 湿度等外部环境的影响则进一步增加了其噪音的不可预测性， 对系统整体工作稳定性造成负面影响。 0030 例如： 电位器、 三极管、 电阻、 电容、 电感、 IC等电子器件自身的稳定性， 以及它们受 上述环境影响带来的扰动都会对最终输出信号造成干扰。 0031 5.额外故障： 接线盒作为传感器和模数转换器 。

16、（ADC） 之间的外加中间设备， 为整个 系统引入了额外的故障点。 0032 6.传感器数量受限： 由于相同系统下共同协同工作的传感器越多， 其配对、 调试等 工作就 （成几何级数地） 越困难， 其整体测量精度也会越差。 因此同一测量系统内的传感器 数量通常仅受限为8个以内。 这事实上限制了其很多场合中的应用范围， 无法做到按实际需 求 （量程、 面积、 精度等） 配置适合数量的传感器矩阵， 以适应其对量程、 面积、 精度等各方面 的要求。 0033 多个传感器之间通过同一底盘和/或框架和/或托盘进行刚性连接也会带来很多 问题： 0034 1.刚性连接后的多个传感器之间需要严格配平， 否则测量。

17、时会产生角差等问题。 导致测量结果不准确。 配平工作耗时繁琐。 0035 2.即使严格配平后， 每次挪动位置通常都会导致误差再次产生， 需要重新配平。 工 作量大。 0036 3.由于托盘、 框架、 底盘等构件不可能达到绝对刚体、 亦难以保证绝对水平， 因此 传感器之间会产生杠杆 （跷跷板） 式或互扭式应力， 导致测量结果准确性下降。 0037 4.为了尽可能接近刚体， 托盘、 框架、 底盘等构件都会使用尽可能坚固的粗大钢材 或合金等材料。 不仅浪费原料， 还导致设备笨重、 难以搬运和维护等问题。 0038 综上所述， 现有多传感器力学测量系统主要有精度低、 成本高、 工作量大、 对环境 和位。

18、置敏感、 维护困难等问题。 0039 而另一方面， 单传感器测量系统又有量程有限、 对实际应用场景适应性差、 以及测 量范围小 （例如： 单一称重/压力传感器可测量的最大托盘面积通常小于50cm x 50cm， 再大 则由于力臂过长就容易引起角差过大等问题） 等缺点。 实用新型内容 0040 本实用新型的目的是： 提供一种高精准、 高稳定、 高可靠、 低误差、 低成本、 易维护、 低故障率、 环境和位置适应性强、 扩展灵活、 结构轻巧的多传感器力学测量系统。 说明书 3/10 页 5 CN 210689884 U 5 0041 为了实现上述目的， 本实用新型的技术方案是： 0042 一种基于多。

19、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。 本实用新型所述计算单元可以为单个 或任意多个拥有计算能力的数字运算设备， 包括但不限於： 计算机、 单板机、 嵌入式工控设 备、 FPGA、 ASIC、 DSP设备等。 0043 一种基于多传感器的力学测量系统， 还包括支撑侧， 多个。

20、所述传感器的一端均连 接在所述支撑侧， 多个所述传感器的另一端分别连接于多个测量侧， 且每个所述测量侧之 间不连接。 0044 其中 “支撑侧” 可以是 （包括但不限于） 平面/曲面 （支撑面/支撑板/支撑墩） 、 端点 （支撑端） 、 线缆 （支撑线/承重缆） 、 杆 （支撑杆） 、 钩 （承重钩） 、 框架、 以及拖盘等任何可以对 传感器起到支撑 （支持） 和/或固定作用的物体。 而 “测量侧” 可以是 （包括但不限于） 平面/曲 面 （测量面/测量板） 、 端点 （测量端） 、 线缆 （测量线/承重缆） 、 杆 （测量杆） 、 钩 （承重钩） 、 框 架、 以及拖盘等任何可以帮助传感器对。

21、接和/或承载其测试负载的物体。 0045 进一步的， 多个所述测量侧之间通过连接层连接。 0046 进一步的， 所述连接层与测量侧之间设有缓冲层。 0047 一种基于多传感器的力学测量系统的测量方法， 包括以下步骤： 0048 步骤1、 将多个传感器的信号分别通过各自的模拟量输入通道传送至数模转换单 元； 0049 步骤2、 对每个所述传感器分别进行一次标定和校准； 0050 步骤3 、 根据所有所述传感器的一次标定结果进行二次标定。 0051 进一步的， 所述步骤3中的二次标定包括以下步骤： 0052 步骤3.1、 对每个传感器经过一次标定和校准的输出测量值做任意复杂度的转换 处理， 并将处。

22、理结果作为输出值； 0053 步骤3.2、 对所述步骤3.1中的输出值做叠加， 输出叠加值； 0054 步骤3.3、 对所述步骤3.2中的叠加值进行去皮、 校准、 任意复杂度变换的进一步处 理， 将处理结果作为二次标定的最终结果。 0055 实用新型相对于现有技术的优势： 0056 本实用新型由于不需要使用集线器或类似设备， 彻底排除了集线器带来的调试成 本高、 精度差、 配对难、 额外噪音、 额外故障点以及传感器数量上限等问题。 0057 本实用新型由于每路传感器均拥有自己的专属AI通道， 使得系统可以针对每路传 感器分别进行精确标定， 从而为每只传感器分别保持其精准的标定曲线， 有效防止了。

23、不同 标定曲线相互叠加带来的精度失准和配置困难等问题。 此外， 也避免了设备生产和维护等 过程中的传感器配对困难等问题。 也保证了系统可以为每路传感器分别进行由温度、 湿度、 气压、 蠕变、 凝露、 粉尘、 疲劳等各种内、 外部因素引起偏差的实时跟踪和校准工作， 确保了 每只传感器不仅在初始化时标定准确， 更在其后的使用中亦可维持其长期稳定精准工作。 0058 本实用新型由于传感器之间互不相干 （相连） ， 各自组成独立的测量单元， 独立完 说明书 4/10 页 6 CN 210689884 U 6 成属于自己部分的分量的测量 （ADC、 标定和校准） 工作， 使得其量程、 面积等要素成为了能。

24、 够线性扩展的系统特性， 显著节省了材料， 降低了生产成本， 缩小了产品尺寸， 使产品更加 轻便易部署。 0059 本实用新型由于其可选的连接层为柔性元件， 虽然理论上在实施了连接层后也能 够在不同传感器之间产生应力 （主要是互扭力） ， 但由于其应力过于微弱， 因此通常可忽略 不计。 附图说明 0060 图1是现有多传感器力学测量系统的结构示意图。 0061 图2是应用现有多传感器力学测量系统的压力/称重系统的结构示意图。 0062 图3是应用现有多传感器力学测量系统的拉力系统的结构示意图。 0063 图4是现有多传感器力学测量系统中两个传感器的 “电压-重量” 标定曲线。 0064 图5是。

25、现有多传感器力学测量系统中两个传感器的 “电压-重量” 标定优化曲线。 0065 图6是本实用新型基于多传感器的力学测量系统的结构示意图。 0066 图7是应用本实用新型的压力/称重系统的俯视图。 0067 图8是图7的侧视图。 0068 图9是应用本实用新型的拉力系统结构示意图。 0069 图10是应用本实用新型的拉力系统的另一实施例的结构示意图。 0070 图11是应用本实用新型的压力/称重系统的另一实施例的结构示意图。 0071 图12是应用本实用新型的压力/称重系统的又一实施例的结构示意图。 0072 图13是应用本实用新型的拉力系统的又一实施例的结构示意图。 0073 图14是应用本。

26、实用新型的拉力系统的再一实施例的结构示意图。 具体实施方式 0074 以下结合附图进一步说明本实用新型的实施例。 0075 请参见图6所示， 一种基于多传感器的力学测量系统， 包括传感器2、 数模转换单元 8以及计算单元； 所述传感器2包括多个， 且每个所述传感器2通过各自的模拟量输入通道7 连接于所述数模转换单元8； 所述数模转换单元8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7传输的信号对每个所述模拟量输入通道7对应的 传感器2分别进行一次标定， 并根据所有所述传感器2的一次标定结果进行二次标定。 本实 用新型所述计算单元可以为单个或任意多个拥有计算能力的数。

27、字运算设备， 包括但不限 於： 计算机、 单板机、 嵌入式工控设备、 FPGA、 ASIC、 DSP设备等。 0076 一次标定是指， 每个传感器2均拥有自己的专属AI通道7， 使得系统可以针对每个 传感器2分别进行精确标定， 从而为每个传感器2分别保持其精准的标定曲线。 有效防止了 不同标定曲线相互叠加带来的精度失准和配置困难等问题。 此外， 也避免了设备生产和维 护等过程中的传感器配对困难等问题。 0077 不仅如此， 为每个传感器2分配一路或更多AI通道 （可用于其它配套环境传感器） 也保证了系统可以为每路传感器分别进行由温度、 湿度、 气压、 蠕变、 凝露、 粉尘、 疲劳等各 种内、 。

28、外部因素引起偏差的实时跟踪和校准工作。 确保了每只传感器不仅在初始化时标定 说明书 5/10 页 7 CN 210689884 U 7 准确， 更在其后的使用中亦可维持其长期稳定精准工作。 0078 二次标定的过程可以从简单的算术累加到任意复杂的表达式， 或任意复杂的算术 和逻辑运算代码。 0079 需要注意的是， 除非进行了专门说明， 否则本文中的 “标定曲线” 均为广义通称， 实 际标定时可使用直线、 分段函数、 曲线 （包括但不限于拉格朗日插值、 牛顿插值等等算法） 等 各种方式来完成标定。 0080 优选的， 系统中的每个传感器的测量侧各自分离部署， 从而互不相干 （相连） ， 各自 。

29、组成独立的测量单元， 独立完成属于自己部分的分量的测量 （ADC、 标定和校准） 工作。 此举 有效避免了由传感器之间相互应力产生的角差等问题。 0081 优选的， 通常来说， 多个分立式排布后的测量单元， 不需要任何额外附加机构， 其 天然地就可以很好地联合在一起共同工作。 但是在一些特殊场景下， 处于美观、 设备保护、 或者对负载友好等理由， 也可以在各个测量单元之间加上柔性固定或刚性固定的连接层。 0082 请参见图7和图8所示， 一种压力/称重系统， 包括上述基于多传感器的力学测量系 统， 还包括支撑面 （支撑侧） 3， 多个所述传感器2均设置在所述支撑面 （支撑侧） 3上， 且每个 。

30、所述传感器2上分别设有测量面 （测量侧） 1， 此处的测量面 （测量侧） 1为托盘。 0083 优选的， 每个所述托盘之间不连接,这保证了每个传感器2的测量面 （测量侧） 互不 相干 （相连） ， 各自组成独立的测量单元， 独立完成属于自己部分的分量的测量 （ADC、 标定和 校准） 工作。 0084 对于压力/称重系统来说， 每个传感器2通常分别 （各自） 向下 （或向上） 固定在支撑 面 （支撑侧） 3上， 支撑面3可以 （包括但不限于） 是水泥/钢混面 （例如水泥地板、 天花板） ； 木 材面； 金属面； 复合材料面； 钢筋混凝土梁/墩等支撑物； 建筑或货架的钢梁、 龙骨等可固定 传感器。

31、的任何稳定面。 0085 传感器2可通过 （包括但不限于） 螺栓 （螺丝） 、 卡口、 焊接、 粘合等各种方式， 通过 （包括但不限于） 垫片、 角铁、 型材等任意连接件与支撑面3进行固定。 0086 而在传感器的上面 （或下面） 则各自分别固定有互不相关的托盘 （或挂钩、 挂杆） 等 用于承载实际负载的分立测量面 （测量侧） 。 传感器2与托盘等测量面 （测量侧） 1之间同样可 以使用任意方式进行连接和固定。 0087 这样， 系统中的每个传感器2就各自组成了一个独立的单传感器称量单元。 为了保 证其工作中的独立性， 各个称量单元之间应该保证无关性。 具体来说， 对于使用托盘的压 力/称重单。

32、元来说， 每个传感器2的托盘都不应该与其它传感器2 （其它压力单元） 的托盘发 生接触。 两个托盘之间， 根据实际情况， 通常以相隔1至50mm间距为佳。 0088 而由于托盘1等测量面 （测量侧） 之间相互无相干 （不相连） ， 因此即使所有传感器2 均被固定在同一个支撑面3上， 并明确该支撑面3并不满足绝对刚体和绝对水平和绝对平整 等要求， 也不会影响每个压力/称重单元各自的测量精度。 这是因为它们之间互相无关， 故 不会由于负载或其它原因而产生如前文所述的杠杆 （跷跷板） 、 互扭等各类应力。 因此大大 提升了总体测量精度。 0089 不过显而易见， 支撑面 （支撑侧） 3也不能过于柔软。

33、， 导致加入负载后的托盘1 （或挂 钩） 等测量面 （测量侧） 由于支撑面3的变形而相互接触， 从而由于相互接触 （相连） 又产生了 相干性。 因此， 支撑面3仍应当尽可能地牢固和稳定。 但很明显， 本实用新型对支撑面3的水 说明书 6/10 页 8 CN 210689884 U 8 平度、 平整度以及刚性等要求都大大降低了。 0090 因此除了上述优势以外， 本实用新型还可以大大降低测量系统的尺寸和重量。 传 统上， 想要尽可能避免传感器之间产生各种相互干扰的应力就必须尽可能保证托盘、 支架 和底盘等构件有尽可能强的刚性 （尽可能不发生形变） 并尽可能保持平整和水平。 很显然， 对于量程越高。

34、、 托盘 （压力面） 面积越大的压力/称重系统来说， 要达到上述刚性和平整度的 要求就越困难 （势必要使用更厚实坚固的材料） 。 因此现有压力/称重系统通常随着其量程、 托盘面积等性能增的加， 其产品的重量、 体积等参数会成几何级数增长。 0091 例如： 一个托盘面积100 x100cm （1平米） ， 量程1000kg的压力/称重系统， 其体积和 重量通常远远高于9个托盘面积32x32cm， 量程200kg的测量单元之和。 即使后者在组合后也 有至少1平米的测量面以及1800kg的总量程。 0092 而本实用新型通过将测量单元分立后再次组合的方式， 完全避免了上述缺点。 使 得量程、 面积。

35、等要素成为了能够线性扩展的系统特性。 即： 测量系统中每增加一倍的量程 和/或面积， 最多只会使系统增加相同比例 （一倍） 的体积及重量， 而不会使其提及和/或重 量成几何级数 （指数级） 的方式增长。 这不但显著节省了材料， 降低了生产成本， 缩小了产品 尺寸。 同时还极大提升了产品可扩展性和适应性： 可以根据用户实际需求， 自由实现测量面 和量程等要素的线性扩展。 0093 请参见图9所示， 在一个由N个传感器 （当然也有至少N个AI通道） 组成的多传感器 拉力测量系统中， 可以将每个传感器分别与一个测量端 （测量侧） 1 （此处的每个测量侧为一 根钢索） 相连， 从而组成各自独立的测量侧。

36、单元。 此时每只传感器即为一个独立测量单元。 每个测量单元均可以相互无相干的方式分别测量自己的拉力分量。 0094 请参见图10 所示， 由于前文所述案例 （请参考图 3及其相关的背景说明） 中拉力 测量系统支撑端 （支撑侧） 与测量端 （测量侧） 的对等特性， 我们完全可以将支撑侧也替换为 各自独立的钢缆等连接装置。 此时每只传感器仍然为各自独立测量单元。 每个测量单元仍 可以相互无相干的方式分别测量自己的拉力分量。 并且此时拉力测量系统中的支撑端 （支 撑侧） 3与测量端 （测量侧） 1之间， 又恢复了对等性。 0095 优选的， 多个所述测量侧 （1） 之间通过连接层 （5） 连接。 0。

37、096 通常来说， 每个传感器2形成独立的测量单元后， 不需要任何额外附加机构， 其天 然地就可以很好地联合在一起共同工作。 但是在一些特殊场景下， 出于美观、 设备保护、 或 者对负载友好等理由， 也可以在各个测量单元之间加上连接层5。 请参见图11所示， 在部分 或所有测量单元的托盘上覆盖连接层5。 例如： 在一套由9个托盘面积为32x32cm的独立测量 单元， 以3x3阵列的形式组合而成总面积为100 x100cm的多传感器分立式矩阵称量系统中， 出于美观、 对细小货物友好 （无缝） 、 保护称量单元等目的， 可以为其部署连接层。 优选的， 连 接层5为柔性元件， 例如在托盘1面上铺设一。

38、张100 x100cm的橡胶垫 （也可以是硅胶、 纺织品、 编织物等任何软质材料） 。 以简单铺设等柔性方式部署的橡胶、 纺织品等软质材料虽然理论 上也能够在不同称量单元之间产生应力 （主要是互扭力） ， 但由于其应力过于微弱， 因此通 常可忽略不计。 0097 类似地， 连接层5除了上述软质材料外， 还可以 （包括但不限于） 是金属板、 PP板、 玻 璃钢板、 有机玻璃版、 胶合板、 密度板、 木板、 PC板、 PVC板等各类硬质大盖板， 从而达到与前 文相似的保护、 美观等目的。 优选的， 连接层5与托盘1之间设有缓冲层4， 请参见图12所示， 说明书 7/10 页 9 CN 210689。

39、884 U 9 更推荐的部署方式是： 首先为每个独立测量单元的测量侧 （托盘等） 分别铺设橡胶圈、 橡胶 垫、 PVC垫、 弹簧、 液压机构或其它软质材料的缓冲层4， 再在该缓冲层4上铺设整张的金属 板、 玻璃钢版等硬质大盖板。 这样做的好处在于由于托盘通常也是由金属等硬质材料制作， 中间的缓冲层4可以在托盘等测量侧1和连接层5之间起到缓冲和保护等作用。 0098 此外， 这种三明治型的部署方式还有两个额外的好处： 0099 1. （上例中的100 x100cm） 大硬质盖板可以将负载相对更均匀地传递给系统中的各 个测量单元。 0100 2.橡胶圈等圆环状的软质材料对负载施加给传感器的力来说，。

40、 有更优的力学分 布。 将环状橡胶垫圈放置在方形测量单元托盘上后， 假设该托盘为正方形， 并且传感器被固 定在该托盘中心。 那么该测量单元在承受负载时， 其最长的力臂距离就从正方形对角线的 一半缩短为了橡胶圈的半径。 我们知道对于单传感器系统来说， 更小的力臂就意味着更低 的角差 （这就相当于因为其四个角都已被圆形橡胶垫抬空， 因此负载永远不可能再被施加 到该托盘的四个角上了） 。 这就提高了系统的整体精度， 同时也有利于制作覆盖面积更大的 独立称量单元。 显而易见， 除了正方形以外， 上述原理也可以简单地推广到任意矩形、 平行 四边形、 椭圆形、 三角形、 梯形、 五边形、 六边形等各种多边。

41、形或其它几何形状上。 0101 综上所述， 为测量系统整体添加一个三明治型的柔性连接层后， 虽然有可能在传 感器间引入微小的相互应力， 但可获得美观、 无缝 （对细小货物友好） 、 耐用、 易维护等优势， 甚至由于每个称量单元角差的减少 （最大力臂缩短） ， 其整体测量精度还可能不降反升。 0102 当然， 在某些特殊的应用场合中， 也可以对部分或全部称量单元进行刚性固定。 例 如： 以焊接、 螺丝等固定手段， 将一张100 x100cm的钢板与上例中的9个测量单元一一紧固。 很显然， 若无法保证良好的刚性、 水平度和平整度， 那么这种固定方式将在传感器之间产生 出较强的应力 （既有杠杆式应力。

42、， 又有互扭式应力） ， 而且这些应力很可能随着系统负载被 （不均衡地） 加重而越发明显。 但即使在这种场合中， 本实用新型仍然比现有技术仍然有着 明显的优势： 0103 1.避免了精度差、 配对难、 调试复杂、 额外噪音、 额外故障、 传感器数量受限等所有 由集线器带来的弊端。 0104 2.即使刚性固定的盖板会带来应力和角差， 通过纯数字化的软件系统 （而不是通 过接线盒中的电位器） 来执行校准也更简单方便。 0105 进一步地， 即使使用了刚性连接， 仍然可采用与前文类似的三明治结构， 即： 在各 个测量单元托盘与整体盖板之间加入一层由橡胶等材料构成的软质缓冲层4。 该缓冲层4仍 然有吸。

43、收冲击力、 以及降低每个测量单元单体角差等优势。 与此同时， 缓冲层还可以吸收部 分应力， 使得测量结果更为准确。 0106 请参见图13所示， 在拉力测量系统中也可以为多个独立测量系统添加软质或硬质 的柔性或刚性连接层5。 例如： 图 13即展示了一种通过将每根独立测量端 （测量侧） 添加弹 簧、 液压机构等缓冲层4， 并将其拧合成一根松散的大钢缆 （柔性连接） 来作为连接层5的实 现方式。 0107 请参见图14所示， 将拉力测量系统中每根测量单元的两端分别各自以弹性 （液压 或弹簧等等） 悬挂的方式固定在一块钢板上， 实现柔性 （弹簧） 缓冲层4对接硬质 （钢板） 连接 层5的方案。 说。

44、明书 8/10 页 10 CN 210689884 U 10 0108 又或将每根测量单元的两端各自固定在对应的同一根钢筋混凝土立柱上 （共两根 立柱， 每根立柱上有N个刚性固定点连接N个单元同一端的钢索： 刚性 （固定点） 对接硬质 （钢 筋混凝土立柱） 连接层； 亦或将每根测量单元的两端分别各自直接固定在一块橡胶板上 （共 两块橡胶板， 每块橡胶板上有N个固定点分别连接N个单元同一端的钢索： 刚性 （固定点） 对 接软质 （橡胶板） 连接层等各种手段来实施软质/硬质材质以及柔性/刚性连接的各种排列 组合。 0109 当然， 在有必要加入连接层5时， 如无明确的理由， 我们仍然推荐优先使用表。

45、现更 佳的柔性连接。 但是正如前文所述， 即使采用了刚性连接的整体盖板， 与现有技术相比， 本 实用新型仍具有显著优势。 0110 当所有测量单元上的柔性或刚性连接层5实施完成后， 即可对该系统进行整体二 次标定 （若无需实施连接层， 也可跳过该步骤直接进行二次标定） 。 此时， 在成功部署了橡胶 垫、 弹簧、 钢板、 容器 （篮筐等） 等非货品负载后， 再经过上述缩放、 偏移、 加权累加、 公式变换 等处理步骤后得出的二次标定值即为当前系统的0点重量值。 换句话说， 包含了橡胶垫、 弹 簧、 钢板、 容器等连接物后的叠加值， 即为当前测量系统的整体0点值。 0111 确定0点值后， 我们还可。

46、以通过不断添加砝码等方式来确定系统整体的标定曲线。 若使用了刚性连接层的话， 可能还需要对各个测量单元的缩放因子、 偏移量、 权重等参数进 行自动或手动的微调， 以消除角差。 相反， 若使用了柔性连接池或未使用连接层， 则通常无 需进行类似的微调即可实现很高的精度和很小的误差。 当然， 在诸如缺乏足够稳固的支撑 面、 支撑面过于崎岖、 测量面倾角较大等外部条件十分恶劣的情况下， 有时即使未使用刚性 连接层， 可能偶尔也需要使用上述参数对部分测量单元进行微调。 0112 可以看出， 二次标定主要用于在系统整体层面上进行标定， 消除连接层和容器所 带来的额外 （非货物） 负载 （去皮） ， 同时修。

47、正刚性连接层等其它外部因素带来的角差等问 题。 二次标定和校准过程对系统最终的整体准确测量起到了不可忽略的重要作用。 0113 一种基于多传感器的力学测量系统的测量方法， 包括以下步骤： 0114 步骤1、 将多个传感器2的信号分别通过各自的模拟量输入通道7传送至数模转换 单元8； 0115 步骤2、 对每个所述传感器2分别进行一次标定和校准； 0116 步骤3 根据所有所述传感器2的一次标定结果进行二次标定。 0117 与一次标定过程不同， 二次标定是以经过一次标定和校准后的各个传感器输出力 量值为输入， 对这些输入值进行再次标定和校准， 最终输出系统整体测量结果值的过程。 0118 换句话。

48、说， 二次标定的输入是各个传感器经过一次标定过程后的输出， 而二次标 定的输出则可作为系统整体的测量结果， 供后续使用和处理。 0119 二次标定过程通常包含如下步骤： 0120 步骤1. 对每个传感器经过一次标定和校准的输出测量值做缩放和偏移等处理， 并将处理结果作为该测量单元的本次输出值， 参与下一步计算。 例如： 可以对每个测量单元 的力量值进行如 “输出值 = 缩放因子 x 测量值 + 偏移量” 的转换， 其中 “缩放因子” 和 “偏 移量” 均为可配置项， 由系统自动配置或管理员手动配置。 当然， 以上公式只是一个例子， 在 实际使用过程中， 从一次标定和校准得出的测量值可以通过任意。

49、复杂的-转换为输出值。 转 换的方式既可以如前文 “缩放因子 x 测量值 + 偏移量” 这样的公式， 也可以是一段任意复 说明书 9/10 页 11 CN 210689884 U 11 杂度的脚本或程序。 0121 步骤2. 对本轮所有测量单元的输出值做叠加。 此处 “叠加” 并不仅限于简单的算 术加法， 还可以 （包括但不限于） 是加权累加、 加权平方和、 加权均方和、 加权累计均方差等 各种形式的叠加操作。 例如： 可定义一种包含N个测量单元的加权求和算法如下： 叠加值 = 权重1 x 测量单元1输出值 + 权重2 x 测量单元2输出值 + . + 权重N x 测量单元N输 出值。 012。

50、2 步骤3. 对第二步生成的叠加值进行去皮、 校准、 任意复杂度变换等进一步处理， 将处理结果作为系统整体二次标定和校准的最终结果。 此处的变换既可以如前文 “缩放因 子 x 测量值 + 偏移量 皮重” 这样的公式， 也可以是一段任意复杂度的脚本或程序。 0123 容易看出， 在本实用新型中， 无论每个传感器是使用分立固定， 还是柔性连接面或 刚性连接面来连接， 其二次校准过程、 作用和注意事项均类似， 其主要作用是： 0124 1.通过合理的方式将各个测量单元的输出值以某种形式叠加。 0125 2.消除和校准由 “进行独立排布” 和 “实施连接层” 等各个过程中引入的额外应力、 误差、 不平。