专利名称：优化测力装置行为的方法以及测力装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及分别如权利要求1和12的前序部分中所述的优化电子测力装置、特别是秤的行为的方法和适合于执行本发明方法的测力装置、特别是秤。
背景技术：
电子测力装置，例如具有电磁力补偿的秤(也称为电磁力平衡或MFR秤)或具有弹性变形元件和应变计的秤(也称为S/G秤)的行为，以及因此由测力装置传递的测量结果的准确度决定于很多影响因素。这些影响因素中的重要因素在参考文献[1]，EP0945717A1，和参考文献[2]，2001年1月出版的Mettler ToledoGmbH的公司出版物“Bauen Sie Ihre Qualitt auf solidem Grund！(在坚实的基础上建立自己的质量)”，以及参考文献[3]，2001年4月出版的Mettler Toledo GmbH的“Wgefibel(称重入门)”中得到说明。我们可以主要地区分内部影响因素，即由测力装置的部件特性决定的影响因素，和外部影响因素，即由外部物理因素和使用者的动作决定的影响因素。另外很重要的是，在存在上述内部和外部影响因素的情况下测力装置的行为，该行为主要决定于在测力装置的信号处理单元中实施并且由至少一个处理器控制的过程。
与内部影响因素相关并且对于决定测量的准确度起着重要作用的秤特性包括蠕变、滞后、线性度、偏心负载错误、可重复性、温度稳定性、建立时间和分辨率。
如参考文献[3]中所述，决定秤准确度的外部影响因素主要决定于物理因素，例如振动、温度效应、气流、称重负载的水分吸收或水分释放、静电或磁相互作用。因此，重要的是，选择秤设置的位置使得尽可能多地避免物理干扰因素。此外对于测量准确度最重要的是与秤操作相关的因素，例如将秤设定在水平位置、操作秤的正确方法、气流屏蔽元件的布置、合适称重容器的选择以及称重盘上负载的定位。
因此，到此为止所述的内部和外部因素决定测量准确度所依赖的秤状态。
秤的制造者企图不断改进电子测力装置的不同结构元件和信号处理模块的特性，以便于消除、修正和/或补偿影响这些元件和模块的内部和外部干扰因素。
为了消除内部因素，对于具有导向约束的称重传感元件、联接和枢轴转动元件、或具有附属传感器件的力/位移传感器进行了优化。在力/位移传感器中，力与位移之间关系的线性度非常重要，其中有人企图实现可重复的弹性特性。如参考文献[1]中所述，特别的需要包括滞弹性、蠕变和(机械)滞后的数量应该尽可能小。
为了减小或避免外部因素所采取的措施包括，例如气流屏蔽或振动阻尼机械元件。
尽管已经存在上述措施，为了修正或补偿影响测量信号的内部和外部因素，秤配备有带有模块的信号处理单元，通过所述模块可以对测量传感器传递的信号进行滤波、修正或补偿。在理想情况下，如此可以完全消除由蠕变、滞后、非线性度、温度梯度、振动和冲击、或电干扰等导致的测量错误。
在参考文献[4]，US 4691290中公开了其中通过补偿漂移相关成分修正由蠕变导致的漂移现象(drift phenomena)的秤。在该秤所使用的方法中，确定测量负载的表示和蠕变的状态并彼此结合，以便于获得对应于外加负载的测量值，其中蠕变相关的错误成分得到补偿。
此外，根据参考文献[4]，作为时间、被测负载以及在紧靠前的时间确定的蠕变状态的函数确定蠕变状态的数学表示，以便于考虑先前影响秤的因素。
该秤中的蠕变状态是基于在秤的初始调节中确定和存储的常数进行计算的。根据参考文献[4]，这些常数需要针对每个秤单独确定，因为在大多数情况下在不同的秤之间存在变化。
例如，在具有电磁力补偿的秤中，重要的是在打开秤之后出现的温度漂移补偿，如参考文献[6]，US 5856638中所述。
在参考文献[7]，US 2004/0088342A1和参考文献[8]，US6271484B1所述的秤中，由测量传感器传递的信号通过可变数字滤波器进行处理。
采用参考文献[7]所述的方法，所使用的滤波器的特性可以单独适应由滤波器控制的测量系统的振荡特性。因此，可以在选择的频率范围内将滤波器的阻尼增大至任何期望的程度。
根据参考文献[8]所述的方法，关于振动引起的干扰信号的幅值是否位于容许范围内进行测试。如果情况并非如此，就修改滤波特性直到干扰信号再次位于容许范围内。
在作为干扰源的内部和/或外部影响因素之间可能存在相互联系。如果将秤设置在关于气流并非最佳的位置上，并且如果使用者没有最佳地配置秤上的气流屏蔽，气流的出现就可能影响测量结果。在这点上作为另外的因素，由气流引起的效应还依赖于秤盘上的负载对气流的阻力。因此通过选择更有利的位置、通过正确配置气流屏蔽和/或通过为称重负载选择更有利的容器，可以减小气流的效应。此外，在机械测量系统的共振频率中还经常存在依赖于负载的漂移，这可以在设置滤波参数时进行考虑。
因此，通过前面说明部分的措施可以在很大程度上消除由内部和外部影响引起的效应。然而，在非常不利的秤状态下，例如因为强烈的机械冲击或秤暴露于强气流而没有适当的气流屏蔽，经常不可能实现对影响因素的补偿或者对所产生测量错误的修正。
已经发现，尽管存在用于改进测力装置特性的上述措施，但是仍然有可能出现，例如由上述内部或外部影响因素的逐渐或突然变化而引起的不令人满意的测量结果。
发明内容
因此，本发明具有如下目的即，提供一种改进的方法用于优化电子测力装置、特别是秤的行为，并且提供一种根据所述改进的方法工作的测力装置、特别是秤。
这里分别通过具有权利要求1和12中所述特征的方法和测力装置到达上述目的。在其它权利要求中提出了本发明的有利实施例。
根据本发明的方法用于优化包括测量传感器的电子测力装置、特别是秤的行为，其中测量传感器形成代表置于装置上的称重负载的测量信号，该测量信号被传输到信号处理单元，所述信号处理单元用于处理数字信号并且由至少一个处理器和至少一个存储单元支持。根据本发明，通过评估相关信息，可以确定测力装置状态的第一特征，所述第一特征是影响测力装置的内部和/或外部因素的结果，和/或根据测量信号的至少一个时间分布的分析，优选的是考虑第一特征确定测力装置的第二特征，随之基于第一特征和/或第二特征确定测力装置的状态，并且取决于所确定的状态相应控制测量信号的进一步处理和/或测力装置的工作。
确定测力装置的状态有很多好处并且提供，例如有利地控制信号的处理和使用以及有目的地使用优化措施的可能性。
在该思想的应用中，至少定义两种可能的状态，将各个不同的方法步骤或动作分配于所述状态，并且一旦各个状态真实出现就执行所述动作。
在本发明的有利实施例中，在确定其中第一和第二特征显示没有干扰因素的第一状态之后，使用者使用测量信号用于评估和/或用于优化测力装置。
当已经发现其中特征显示存在干扰因素的第二状态时，使用者不将测量信号用于评估和/或用于优化测力装置。例如，如果存在永久性外部因素，例如振动，就优化滤波参数并且将已经确定的状态用信号通知使用者或相连的数据处理单元。对于通常对测量信号只有微弱影响的内部因素不会进行参数优化，因为外部因素更强烈。用于修正缓慢变化的内部因素(例如，蠕变)或外部因素(例如，温度)的修正参数可以称为漂移参数。然而，需要注意的是，滤波参数用于修正内部和外部因素的突然变化(振动和冲击的开始)以及缓慢变化(测量系统的共振频率的缓慢漂移或永久存在的振动的频率的缓慢漂移)。考虑到该事实，当状态不利时，通常不进行漂移参数的优化。
优选的是，信号时间分布中的干扰归因于源因素，具体地说，内部或外部因素的变化，例如称重负载的变化、蠕变效应、滞后效应、温度变化或者机械影响因素，随之相应确定状态。基于所确定的状态，可以以目标集中的方式起动需要的修正措施或优化措施。
需要注意的是，在大多数情况下，测力装置的状态在进行测量的过程中变化多次。随着负载变化存在相关的瞬时振荡，这可以用于优化滤波参数，但是不能用于优化其它修正参数(例如，蠕变)。只有在瞬时过程已经完全稳定下来之后保留的一部分信号分布可以用于优化分配给蠕变修正的参数。因此，可以将已记录的信号分布划分成分段，每个分段与特定的状态关联。可以对如此定义的分段进一步确定，基于其它因素存在不合适进行优化的状态。这出现在如下情况下，例如包含瞬时过程的分段具有叠加于其上并且由很强的机械冲击引起的其它振荡。
在确定状态的过程中，更有利的是，存在简单的方法以考虑先前正的或负的负载变化的数量以及负载的绝对量值。例如，因为秤的特性可以取决于称重负载而变化，因此这很重要。例如，采用更大的称重负载，机械测量系统的共振频率向下漂移，可以在滤波参数的设定中考虑该事实。于是，通过更准确地确定秤的静态和/或动态状态，可以更快并且更精确地进行修正参数的优化。
优选的是，使用当前记录的信号分布来优化修正参数。优选的是，使用更早的信号分布来进行真实性检查。因此，信号分布或其优选划分成类的分段的数量随着时间可以大大减小。
因此，当记录的信号分布是基于秤的未受干扰的行为和稳定的测量状态时，采用根据本发明的措施能够实现精确并快速地优化修正参数。此外，可以通过追溯地抛弃在测力装置的不利状态下记录的各个测量值而优化测量结果。
下面将结合附图更详细地说明本发明，其中图1是在图2中作为示例显示的秤1的方块图，该秤具有数字信号处理单元13和由程序POPT控制的信号处理器130，因此该秤具有执行本发明方法或该方法的各个步骤的能力；图2显示了具有象征性表示的影响因素dA、dE、dM、dW、dT、dL的上述秤1，所述影响因素可以引起测量信号ms的时间分布中的干扰；图3显示了测量传感器10，其包括用于其工作而设置的部件，所述部件适合于执行根据本发明的方法；图4显示了以几个月的时间间隔记录的未修正漂移分布；图5显示了以几个月的时间间隔记录的漂移分布，其中漂移分布通过一次固定设置的修正参数得到修正；图6显示了以几个月的时间间隔记录的漂移分布，其中漂移分布通过适应性更新的修正参数得到修正；图7显示了在几个月期间外推的、补偿和未补偿的漂移成分的时间分布LU、LC，以及根据本发明适应的修正值的实际分布LCR和理想修正值的外推分布，所述漂移成分因为施加负载之后五分钟内的蠕变而出现；图8显示了图2所示秤1，其具有或者自动或者半自动地执行根据本发明的方法的能力；图9显示了在存在蠕变效应的情况下记录的信号分布s-x；
图10显示了在存在称重负载的重量变化的情况下记录的信号分布s-y；图11显示了程序POPT的模块，所述模块用于确定秤1的状态并且根据所确定的状态控制秤；和图12显示了具有两个分段s-z1和s-z2的信号分布s-z，针对所述两个分段确定秤1的不同状态Za和Zb。
具体实施例方式
图1作为示例显示了图2所示秤1的方块图，该秤具有测量传感器10，例如参考文献[5]中所述并且在图3中显示的测力传感元件，该测量传感器包括具有应变计的传感器体10，该传感器体通过螺钉1021、1012与称重盘承载器102并且与安装部分101连接，而安装部分转而通过螺钉22与秤1的外壳2连接。应变计经由扁带电缆1011与电路模块103连接，模块11、12、13、14、15A布置在该电路模块上，这些模块在下面将得到更详细的说明并且除其它功能之外用于信号修正。图2中作为示例显示的模块化测力传感元件具有如参考文献[5]中所述的特别优势。然而，采用秤1的其它设计结构或者采用其它测力装置也可以实现根据本发明的方法。
由测量传感器10经由用于处理模拟信号的第一信号处理单元11将代表负载的模拟测量信号msA传输至模数转换器12，该模数转换器产生数字化的测量信号msD并且将其传送到用于处理数字信号的第二信号处理单元13，其中以下面方式基于修正参数P1、P2、…修正数字化的测量信号msD即，补偿因为内部和外部因素导致的干扰而出现的信号偏差。为了执行该功能，第二信号处理单元13配备有处理器130，优选的是信号处理器，并且与存储单元15，更具体地说15A连接。为了执行根据本发明的方法，由信号处理器130执行优化程序POPT，该程序POPT与修正参数P1、P2、…和记录的信号分布s1、s2、…的列表P1一起存储在存储单元15中，下面将要说明这些修正参数和信号分布的用途。
从第二信号处理单元13将修正的数字测量信号msDK传输到主处理器或主机处理器16，所述处理器与存储单元15，15B，与输入单元19，例如键盘，与显示器18，例如液晶显示器，与打印机17，并且与中央计算机20连接。在本方法的执行中处理器130和16之间的任务划分可以任意决定。例如，信号处理器130可以在主处理器16的控制下只执行单独的处理步骤并且继续传送结果用于进一步处理。因此，存储单元15的存储区域15A、15B或者划分任务或者共同使用。然而，原理上严格要求的是，只有一个处理器适合于执行针对待执行的处理而提供的操作程序。
图1还显示，描述秤1的状态的信号和/或外部影响因素可以经由模数转换器12从传感元件14发送至信号处理器130并且直接从传感元件140发送至主处理器16。
例如，在参考文献[9]，“METTLER-TOLEDO Weighing Lexicon(METTLER-TOLEDO称重词典)”(06/92版)第48-50页中说明了具有电磁力补偿的秤(MFC秤)。该MFC秤配备有可以通过电子控制电机降低的内置校准重量。
如上所述，不管是MFR秤或是S/G秤，秤的测量准确度决定于秤的状态。因此，为了提高测量准确度，使用了参考文献[1]、参考文献[2]和参考文献[3]中所述的措施，通过这些措施可以优化秤1的状态。另外，如针对蠕变效应情况的参考文献[4]中所述，修正或补偿内部和外部干扰因素。在实施这些措施之后，状态被认为是最佳的。
然而，有可能使用者没有最佳地实施推荐措施，外部影响因素不可预知地变化，或者秤1本身的特性经受变化，使得秤1不再处于最佳状态。
因此，根据本发明，确定秤1的状态的第一特征，该特征是影响秤1的各种因素的结果，和/或根据测量信号的至少一个时间分布确定秤1的状态的第二特征，随之基于第一特征和/或第二特征确定秤1的状态，并且取决于所确定的状态相应控制测量信号的进一步处理和/或秤1的工作。
基于下列有关信息确定和处理秤状态的第一特征a)手动或自动设定的工作参数、修正参数、和/或仪器配置；和/或b)手动或自动执行的应用程序；和/或c)秤1的工作时间；和/或d)秤1和/或周围大气的温度；和/或e)大气湿度；和/或f)机械影响因素，例如振动或冲击；和/或g)引入秤中的因素，具体地说，供电线路的质量；和/或h)称重负载；和/或i)决定秤1工作的使用者的输入。
秤1的配置由使用者设定，使用者通常受包含在秤中的显示菜单引导。因此，秤1的设置已经存储在存储单元15中。可以通过传感元件140探测气流屏蔽、门或其它隔离元件的手动或自动设置并且通过信号通知处理器16。可以精确记录秤1的工作时间或者先前进行的测量顺序，其中秤1的工作时间对于工作温度非常重要，先前进行的测量顺序可能对测力传感元件的状态，特别是关于滞后和蠕变具有重大影响。关于将要执行的应用程序输入的数据同样储在存储单元15中。关于温度和大气湿度或者机械影响因素的信息可以通过传感元件14确定并且经由模数转换器12发送至信号处理器130或者主处理器16。关于线路电源质量的信息可以由分析电路确定。关于称重负载的信息可以由传感元件确定或者由使用者输入。例如，使用者可以输入正在测量某一物质，其中针对该物质已经记录其吸收水分，以至于取决于盛行的大气湿度其重量可能在测量过程中变化。而且，有可能输入正在使用的测量容器的定义。
优选的是，考虑第一特征确定秤状态的第二特征，因为基于至少一个未修正或仅仅部分修正的信号分布的分析，优选的是在称重负载的施加和除去阶段都测试和评估第一特征的线性度或漂移分布。此外，可以测量高频或低频的信号振荡，例如信号噪声或由机械振动导致的幅值振荡。通过考虑第一特征，可以以目标集中并且精确的方式确定秤状态的相关第二特征。
因此，秤状态的第一特征也可以称为直接特征，并且第二特征可以称为间接特征。因为第二或间接特征是从测量结果，即从秤1的行为中提取出来的，因此特别有价值，其中秤的行为很大程度上取决于秤1的状态。然而，对于使用者来说，秤1的行为比秤的状态最重要。优化状态的目的是达到尽可能最理想的行为。如果第一特征指示可疑状态，但是如果同时第二特征证明是最佳行为，这就不太重要。如果另一方面第一特征指示最佳状态，但是第二特征指示不令人满意的行为，那么就在评估中赋予第二特征优先权。因此，秤状态的第二或间接特征也被称为行为特征。通过第二特征并且在有些情况下通过另外考虑第一特征，可以关于秤的动态行为，关于其静态状态(正确的参数设置和配置)，并且关于盛行的环境状态(气流、温度、湿度、振动等)形成后顾式的结论。
因此，需要注意的是，第二特征可以提供关于外部因素(例如气流、振动、电干扰)以及内部因素(例如蠕变或滞后)的信息，这些因素不能通过传感元件14、140探测，但却是秤1的行为和质量的特征。
因此通过第二特征还可以判断秤的状态和行为是否受到外部或内部因素的显著影响。如果存在外部影响因素，就可以通过适当的信号提醒使用者去修正这些因素，例如通过优化气流屏蔽、优化秤的安装、或者优化电源。如果发现存在内部影响因素(蠕变、滞后、非线性)或外部因素(机械效应、振动、冲击、气流、温度变化)，还存在如下可能性起动程序控制的过程，通过所述过程优化修正参数、特别是滤波参数、蠕变参数、线性度参数、滞后参数或温度补偿参数。
于是，确定秤1的状态的思想具有很多优势并且提供例如，有利地控制信号处理和信号评估以及使用优化措施的可能性。
在秤的优选实施例中，如果已经发现第一状态，其中第一和第二特征都指示不存在干扰因素，使用者就使用测量信号用于评估和/或用于立刻或稍后优化秤1。
如果已经发现第二状态，其中特征指示存在干扰因素，使用者就不使用测量信号用于评估和/或用于优化秤1。
不进行优化的情况的例子是存在仅仅短时间的干扰；例如，如果已经探测到很强的冲击。如果已经探测到振动干扰，也不对分配给漂移补偿的修正参数进行优化。振动干扰另一方面可以用于优化滤波参数。
此外，在已经确定状态之后，优选的是，通过信号通知使用者或者相连的数据处理单元。基于所确定的状态，还有可能执行各个修正措施。因此，状态可能适合于执行某些程序而不适合于执行其它程序。例如，信号分布或包含干扰的信号分布段可以用于优化滤波参数。因此，不期望将与该情况相关的、指示紧靠前的负载变化或存在振动的状态用于优化漂移参数。图12显示了信号分布s-z，其中分段s-z1和s-z2分别位于时刻t1之前和之后，这里各个状态Za和Zb可以归因于所述分段。在状态Za中仍然存在干扰，所述干扰由负载中的变化引起但是在时刻t1之后已经稳定下来。因此，第一分段s-z1可以用于优化滤波参数，并且第二分段s-z2可以用于优化蠕变相关参数，所述分段被适当地识别和存储。如果对于第二分段s-z2发现不适合的状态，有可能只存储第一分段s-z1，由此可以保持存储空间空闲。
图9中所示的信号分布s-x显示了秤1的某种状态，该状态的特征在于存在修正不充分的不期望的蠕变成分。该信号分布s-x可以用作处理蠕变效应的优化程序的基础。虽然不适合于由使用者用于评估测量信号，但是该状态非常适合于关于对蠕变现象的修正参数进行优化评估测量信号。该情况显示了确定秤1的状态的重要性，这允许采取给定情况下适合并必需的措施。
图2显示了适合于执行根据本发明的方法的秤1的示例性结构，其中图1中所示的部件10、11、…包含在外壳2中。
图中象征性显示了上面说明的大量影响因素(不表示完全列出)，包括由使用者导致的影响因素dA、与线路电源相关的影响因素dE、机械影响dM、与气流有关的影响因素dW、温度变化效应dT和由称重负载的变化导致的效应dL，所有这些因素决定或者至少影响秤1的状态和秤1的测量行为，更具体地说，测量的动态分布。
另外最重要的是负载与环境之间的相互作用效应。例如，称重负载可以将水分释放到周围空气中或者从周围空气中吸收水分。此外，连续的热交换发生在称重负载与环境之间，由此可能导致不期望的对流气流。水分的释放或吸收或者由热交换导致的对流可能导致测量信号的变化，所述变化叠加在由蠕变效应导致的信号变化上。如果通过信号处理单元13正确地补偿秤的与蠕变相关的信号变化，仍然存在由负载变化导致的信号变化成分，对于下面将要说明的优化步骤，这不应该被认为是蠕变。如果一个或多个数字差异的显示变化不是由蠕变引起而是由称重负载中的变化或其它因素引起，就需要引起注意，并且对于与蠕变相关的修正参数的优化需要忽视相关的信号分布s-x。
图9和图10分别显示了信号分布s-x和s-y，其中对信号的分析获得如下结论在信号分布s-x中存在蠕变效应，而s-y反映了重量DG的连续变化。在每种情况下，时刻t0标志着负载的放置，而t1标志着负载的除去。在蠕变的情况下，负载的施加和除去引起结构元件的相似的变形行为，因此各个时间段中的信号分布如图9所示彼此对称。在负载施加开始之后，图10中的信号分布s-y的特征在于信号的近似线性上升，这可能由温度变化或重量变化引起。必须排除蠕变效应，因为针对负载的施加和除去的信号分布s-y的各个分段完全不同。因为温度测量指示恒定值，于是不得不断定存在重量变化，例如，可以基于空气湿度的测量和关于称重负载的有用信息随后进行确认。还有可能，例如，通过傅立叶变换评估测量信号，所述傅立叶变换可以指示，例如，干扰信号成分位于线路电源的频率范围内。因此，信号分布的评估包括任何期望的过程阶段中测量信号ms的评估。
因此，优选的是，信号分布中的干扰归因于源因素，例如称重负载的变化、蠕变、滞后效应、温度变化或者机械影响因素，随之确定符合干扰本质的状态。基于所确定的状态，可以以目标集中的方式起动适当的修正或优化措施。取决于干扰的本质，适当的修正参数、滤波参数或用于漂移修正模块的参数得到优化。
在电子秤的漂移现象的研究中，已经发现，这些现象不仅仅取决于环境的变化影响和针对上述秤的结构元件一次确定的漂移行为。另外，已经存在结论，秤中出现的漂移现象很大程度上取决于上述结构元件的漂移行为的变化，所述变化在秤工作的过程中的很长时间内发生。不是容忍漂移现象的存在，或者通过将秤送回工厂来消除漂移现象，根据本发明的秤具有适应性修正这些漂移现象的能力，所述漂移现象在经过工厂调节和运输之后在使用地点逐渐发展并且取决于内部和外部影响因素。
为了适应性修正漂移现象，例如与蠕变、滞后、线性度、温度相关的变化或突然变化，例如振动的开始，根据本发明，重要的是针对秤1确定在信号分布的记录过程中存在的状态，基于该状态优化秤。
应该只使用没有受到图2中象征性显示的干扰效应dA、dE、dM、dW、dT、dL中一个或多个过度损害的信号分布s1、…、s-n用于优化秤1。例如，电干扰dE记录在信号分布s2的记录中；因此信号分布s2不用于优化过程并且在某些情况下甚至不存储在存储器中。随每个信号分布s1、…、s-n存储的时间识别信息提供，例如监视老化或者间接检查信号分布s1、…、s-n的质量的可能性。优选的是，从存储单元15中删除在秤的先前优化中已经考虑的信号分布s1、…、s-n。如果发现在信号分布的记录时间已经出现几个其它的干扰，随后仍然可能抛弃初始可用并且已存储的信号分布s1、…、s-n。例如，可以从中央计算机20将如下警示发送给安装在分散位置中的秤在给定日期XX/XX/XXXX，电干扰出现在时间YY.YY与ZZ.ZZ之间，由此不利地影响了不同的系统。可能在秤1中抛弃落入该时间范围内并且因此而可疑的信号分布s2。
图1显示了在第一和其它合适的状态存在的情况下记录的信号时间分布s1、…、s-n，其中所述信号分布，或者作为时间的函数，或者作为幅值和时间的值对以连续幅值分布的形式，优选的是，与其识别时间和/或日期信息一起记录在存储单元15；15A，例如所述存储单元的环形缓冲区中。信号分布s1、…、s-n没有得到修正或者仅仅部分修正，以至于它们提供关于测量过程和测量装置的未更改的信息。通常，环形缓冲区15；15A以系统循环周期的速度接受原始值用于在其分析之前进行中间存储。
根据本发明，将存储的信号分布s1、s3、…、s-n用于优化秤1。在本发明的思想中，秤1不仅在工厂的初始调节中得到优化，而且在使用地点在后面的时间里反复得到优化。在优化过程中，定义修正参数，其用于修正由内部或外部影响因素的缓慢或突然变化引起的信号偏差。
根据本发明，定义修正参数P1、P2、…，其用于修正或补偿由内部或外部影响因素引起的信号偏差。这些修正参数P1、P2、…根据本发明的方法或者在使用地点安装秤1之后在相应程序的控制下被反复再次检查并且适应秤1的特性中的缓慢或突然变化。在某些情况下，在开始应用之前再次检查修正参数和/或将其提交给使用者确认接受。
下面说明部分是作为示例显示用于修正由蠕变引起的信号偏差的修正参数的优化。在本文中，在某一时间段上记录的信号偏差被称为信号漂移。
图4显示了秤1的与蠕变相关的漂移行为中的变化。以几个月的时间间隔记录的曲形图显示了在将负载放在秤上之后出现的未修正的漂移分布sx、sy、sz。曲线显示可以在15分钟的时间范围内的显示中观察到的数字或显示单元中的变化。这显示了秤1的与蠕变相关的漂移行为随着时间而变化。
如果基于初始调节中的静态修正参数P1、P2、…正确补偿漂移偏差，这将导致图5所示的已修正的漂移分布sx、sy、sz。0月时的第一分布sx实际上显示没有漂移。然而，因为仪器特性的变化，分别在所示的两个月和六个月的时间间隔之后，将再次出现不期望的漂移成分，如下面将要说明，根据本发明的方法修正该漂移成分。
例如，根据本发明的方法以固定的时间间隔自动、在已经发现不期望的漂移偏差之后自动起动、或者由使用者手动起动。
例如，基于至少一个存储的信号分布s1、…、s-n确定当前出现的漂移现象的量值ldACT，优选的是，这些信号分布应该尽可能接近当前值，并且将该量值与相关阈值thLD进行比较，随之在已经发现超过阈值thLD之后，执行用于优化修正参数P1、P2、…的方法(参见图7)。
为了优化修正参数P1、P2、…的值，例如，从存储单元15中取出先前记录的各个信号分布s1、s3、…，并且将其顺序输入信号处理单元13中，在该信号处理单元中基于修正参数P1、P2、…的新值进行漂移现象的修正，随之评估修正的信号分布s1、s3、…并且将修正参数P1、P2的优化值存储在存储器中。优选的是，从存储单元15中取出当前记录的未修正的信号分布s1、s3、…，并且将其传输到信号处理单元13，在该信号处理单元中基于当前的修正参数P1、P2、…执行修正方法。通过使修正参数变化使信号分布遭受变化，直到发现最佳分布。例如，从修正参数的当前值开始对信号分布s1、…、s-n进行逐步(步进式)检查，其中，可能在将测量结果平均之后，对于每个检查步骤计算测试值，作为对已经实现的修正的好坏的衡量。随后将针对每个检查步骤确定的测试值彼此进行比较，随之，将与最佳测试值相关的修正参数P1、P2、…的值存储在存储器中作为新的当前值。在对修正参数已经确定新值之后，优选的是，当与更早记录的信号分布相关联时，检查其真实性。
图6显示了通过单独适应的修正参数P1、P2、…实际完成修正之后对应于图4所示信号分布的信号分布sx、sy、sz。
为了补充前面说明部分，现在将以不同的视角结合图7进一步讨论根据本发明的方法。曲线LU表示未补偿的与蠕变相关的漂移行为，或者更具体地说，在将负载放在秤上之后五分钟内出现的漂移值经过几个月的变化。通过顺序测量和测量值的插值记录曲线LU。
曲线LCR显示基于修正参数P1、P2、…的适应性调节值以两个月的间隔适应的补偿值的逐步(步进式)变化。锯齿形曲线LC显示基于补偿值LCR在间隔CI1、CI2、…内的特定时刻最佳修正的秤1的与蠕变相关的漂移行为。
另外还显示了如本发明的优选实施例中提供的阈值thLD，该阈值对应于最大容许漂移偏差，当已经超过该阈值时，表示执行根据本发明的方法的标准。结果，在任何情况下一旦有必要就执行根据本发明的方法并且尽可能晚地执行。
另外在图7所示曲形图中还显示了通过插值和外推而确定的曲线LCI，该曲线给出了理想补偿值的近似。该曲线的外推部分可以用于优化锯齿形曲线LC并因此用于进一步优化秤1的漂移行为。
图8以设计结构显示了图2所示秤1，其适合于自动或半自动地执行根据本发明的方法。
使用者已经将负载5放在秤1的称重盘21上并且放在那里很长的时间。显示器18，例如液晶显示屏显示在时间段t内记录的信号分布s-n，从该信号分布可以判断漂移的存在。
在具有至少一个自动起动的校准重量(参见参考文献[9]，第48-50页)的秤中，也可以不借助于使用者来进行上述过程。然而，也有可能手动将校准重量放在秤上。
显示器18显示秤1的状态(状态21)的特征在于漂移现象但是适合于执行优化方法。使用者现在可以通过键盘19输入秤处于适合于执行优化方法的状态下。进一步按下按键，使用者可以开始优化方法，并且稍后再次按下按键，接受修正参数P1、P2、…的优化值。
如果自动将调节重量放在秤上，另外还存在可选的可能性，即优化程序自动探测漂移并且自动开始优化方法，随之或者自动或者仅仅在使用者已经确认用优化值代替先前的参数值之后存储修正参数P1、P2、…的优化值。
于是，可以基于当前记录的信号分布s-n采用图8所示的秤1优化修正参数P1、P2、…的值。作为选择，秤1还可以设计为通过先前记录的信号分布s1、…、s-n自动优化修正参数P1、P2、…的值。优选的是，使用者还具有如下可能性将要存储和稍后使用的每个信号分布s确认秤的状态适合(参见按键或输入区<状态OK>)，开始优化方法(参见按键或输入区<优化>)以及接受修正参数P1、P2、…的优化值作为对先前参数的替代(参见按键或输入区<接受>)。
按照根据上面说明部分中的方式，同样可以优化与其它内部和外部影响因素相关的修正参数P1、P2、…。
最重要的是对正使用的滤波器的修正参数的优化，通过所述滤波器对随着称重负载的变化出现的瞬时振荡以及由振动和冲击引起的信号振荡进行滤波。优化滤波参数具有如下用途实现对测量传感器的输出信号的最佳滤波以及测力装置的瞬时振荡的最小建立时间。
在滤波参数的优化中，例如，可以逐级改变滤波参数直到实现最佳瞬时行为以至于建立时间尽可能短，过度反应保持为最小，并且信号尽可能稳定和无噪声，具体地说，这些特性的组合得到优化。
图11显示了控制优化的程序POPT的模块化结构，包括信号处理模块PSP，该模块以公知的方式允许通过针对由内部或外部影响因素引起的信号错误的修正参数P1、P2进行修正。
为了执行根据本发明的方法，程序POPT包括状态确定模块PSP，该模块允许基于第一和第二状态相关特征z11、…、z1n、…、z2n确定秤1的状态Z1、Z2、…。为了确定和初步处理第一和第二状态相关特征z11、…、z1n、…、z2n，状态确定模块PSP具有两个特征相关模块PSP1、PSP2，这两个模块将已经确定的信息传输给配备有至少一个鉴别器模块PD1的评估模块PSE，评估模块PSE还具有访问模块PSD和PSA中的信息的能力，在所述模块PSD和PSA中定义可能潜在出现的状态Z1′、Z2′、…和在这些状态中的每个状态下将要起动的动作，这些动作由制造者和/或使用者预定义。采用鉴别器模块PD1，现在有可能确定预定义状态Z1′、Z2′、…中哪一个是对实际存在的状态或者第一和第二状态相关特征z11、…、z1n、z2n…、z2n的最佳表示，随之起动预定义动作。通过鉴别器模块PD1，还可以判断，例如是否存在内部或外部干扰因素。已经确定的状态可以通过指示器模块PSI以信号告知。可以通过模块PSD-SP以取决于已确定状态Z的方式处理测量的信号ms。测量的信号ms可以被抛弃、指示和/或存储用于优化秤1。存储的测量信号ms或信号分布s1、…、s-n由模块PSM以下面方式进行管理即，只存储可以用于优化过程的信号分布s1、…、s-n。优选的是，每个信号分布s1、…、s-n具有指示该信号分布可以用于何种优化过程的标签。将过时的或者已经受干扰损害的信号分布s1、s2从存储器15中删除以便于限制用于该用途的存储量。
取决于从评估模块PSE或程序POPT的其它模块，例如阈值模块或定时器，发出的指令，采用模块PPO优化针对各错误类别或针对所有错误类别的修正参数P1、P2、…。出于该目的提供有各个修正模块PPO1、PPO2、PPO3、PPO4…，通过这些模块，具体地说用于修正蠕变效应、线性度错误、滞后效应或温度漂移的滤波参数和/或修正参数P1、P2、…得到优化。随后将修正参数P1、P2、…的优化值存储在参数列p1中，在这里它们被进行信号错误修正的信号处理模块PSP使用。
当然，根据执行上述任务的需要，在各个模块之间提供需要的通信通道。
在优选实施例中说明和显示了根据本发明的方法和根据本发明的秤1。以秤1的形式说明了测力装置。然而，本发明还可以用于其它测力装置，例如重量测量装置、称重模块、负载传感元件和在某些情况可能构成秤部件的力传感元件。本方法可以以很多方式使用并且不限于明确列出的可能导致要修正的信号偏差的因素。当然，本发明也不限于修正参数P1、P2、…的特定选择、构成、群组和应用。尽管只是将优化蠕变相关修正参数的方法作为例子进行了说明，确定秤状态的思想对于将要执行的优化过程非常重要。
对于信号分布s1、…、s-n的存储，可以使用各种集中式或分散式的存储介质布置，例如具有用于读写的磁或光学装置的记录设备以及静态或动态半导体存储器。
参考文献参考文献[1]EP0945717A1参考文献[2]2001年1月出版的Mettler Toledo GmbH的公司出版物“Bauen Sie Ihre Qualitt auf solidem Grund！(在坚实的基础上建立自己的质量)”参考文献[3]2001年4月出版的Mettler Toledo GmbH的“Wgefibel(称重入门)”参考文献[4]US 4691290参考文献[5]WO 03/078937A1参考文献[6]US 5856638参考文献[7]US 2004/0088342A1参考文献[8]US 6271484B1参考文献[9]“METTLER-TOLEDO Weighing Lexicon(METTLER-TOLEDO称重词典)”(06/92版)
权利要求
1.一种优化电子测力装置(1)、特别是秤的行为的方法，所述测力装置(1)包括测量传感器(10)，通过所述测量传感器形成代表施加于所述测力装置上的负载的测量信号(ms)，所述测量信号被传输到信号处理单元(13)，所述信号处理单元由至少一个处理器(130；16)和至少一个存储单元(15；15A；15B)支持并且用于处理数字信号，其特征在于，通过评估相关信息，确定测力装置(1)状态的第一特征(z11、…、z1n)，所述第一特征是影响测力装置(1)的内部和/或外部因素的结果，和/或根据测量信号(ms)的至少一个时间分布(s1、…、s-n)的分析，优选考虑到第一特征(z11、…、z1n)，来确定测力装置(1)的第二特征(z21、…、z2n)，其中，基于第一特征和/或第二特征(z11、…、z1n、z21、…、z2n)确定测力装置(1)的状态(Z1、Z2、…)，随之取决于所确定的测力装置(1)的状态(Z1、Z2、…)控制测量信号(ms)的进一步处理和/或测力装置(1)的工作。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，至少定义两种可能的状态(Z1′、Z2′、…)，将各个不同的方法步骤分配于所述状态，并且一旦对应于所述至少两种可能状态(Z1′、Z2′、…)之一的真实状态(Z1、Z2、…)出现就执行所述步骤。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，a)在已经确定第一状态(Z1)之后，其中所述状态的状态相关特征(z11、…、z2n)没有显示干扰因素的存在，a1)使用者使用测量信号(ms)用于评估；和/或a2)使用者使用测量信号(ms)用于优化测力装置(1)；以及b)在已经确定第二状态(Z2)之后，其中所述状态的状态相关特征(z11、…、z2n)显示干扰因素的存在，b1)使用者不使用测量信号(ms)用于评估；和/或b2)使用者不使用测量信号(ms)用于优化测力装置(1)；和/或b3)不起动测力装置的优化；和/或b4)将所确定的状态通过信号通知使用者或相连的数据处理单元；和/或b5)相应地指引修正措施的执行。
4.根据权利要求1、2或3所述的方法，其特征在于，通过评估在一些情况下已经通过传感元件(14；140)获得的信息确定和处理第一状态相关特征(z11、…、z1n)，其中所述信息涉及a)手动或自动设定的工作参数、修正参数、和/或仪器配置；和/或b)手动或自动执行的应用程序；和/或c)测力装置(1)的工作时间；和/或d)测力装置(1)和/或周围大气的温度；和/或e)大气湿度；和/或f)机械影响因素，例如振动或冲击；和/或g)引入测力装置(1)中的因素，具体地说，线路电源的质量；和/或h)称重负载(5)；和/或i)描述测力装置(1)状态的使用者的输入。
5.根据权利要求1至4之一所述的方法，其特征在于，确定第二状态相关特征(z21、…、z2n)，优选通过另外考虑到第一状态相关特征(z11、…、z1n)来确定，包括至少一个未修正或仅仅部分修正的信号分布(s1、…、s-n)的分析，其中特别包括a)所述至少一个信号分布(s1、…、s-n)的线性度；和/或b)随着负载的施加和/除去，所述至少一个信号分布(s1、…、s-n)随时间的变化；和/或c)检查并评估所述信号分布(s1、…、s-n)中的振荡。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述信号分布(s1、…、s-n)中的干扰归因于源因素，更具体地说，内部或外部影响因素，例如负载变化、蠕变、滞后效应、温度变化或者机械影响，其中，确定对应于所述源因素的状态(Z2、Z3、…)。
7.根据权利要求3至6之一所述的方法，其特征在于，将未修正或仅仅部分修正的信号分布(s1、…、s-n)，或者优选在施加负载和除去负载时相应的幅值分布或相应的幅值/时间值对存储在存储器中，带有或不带有标识当前时间的信息，所述信号分布在测力装置(1)的正常工作过程中，和/或测试过程中，和/或校准过程中，在进行测量时对测力装置(1)的第一状态(Z1)或另一合适的状态(Z)记录。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，基于当前记录的信号分布(s1、…、s-n)和/或基于已存储的信号分布(s1、…、s-n)，在存储于存储单元(15；15A；15B)中的合适程序(POPT)的控制下，通过处理器(130；16)和信号处理单元(13)自动确定修正参数(P1、P2、…)的新的优化值并且将所述值存储在存储单元(15；15A；15B)中，其中针对所述信号分布确定测力装置(1)的第一状态(Z1)或另一合适的状态(Z)，并且基于所述值可以进行测量信号(ms)的修正。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，从修正参数(P1、P2、…)的当前值开始对已记录信号分布(s1、…、s-n)进行逐步检查，其中，可能在将测量结果平均之后，对于每个检查步骤计算测试值，作为对已经实现的修正的好坏的衡量，随之，可能在使用者确认之后，将与最佳测试值相关的修正参数(P1、P2、…)的值存储在存储器中作为新的当前值。
10.根据权利要求8或9所述的方法，其特征在于，a)基于已存储的信号分布(s1、…、s-n)确定当前出现的信号变化或振荡的量值(ldACT)，并且将该量值与相关阈值(thLD)进行比较，随之在已经发现超过阈值(thLD)之后，执行优化修正参数(P1、P2、…)的方法；b)由使用者起动或者通过时间控制功能自动起动优化修正参数(P1、P2、…)的方法。
11.根据权利要求7至10之一所述的方法，其特征在于，从存储单元(15；15A；15B)中删除其存储日期位于预定时间范围以外的信号分布(s1、…、s-n)。
12.一种测力装置(1)、特别是秤，所述测力装置包括测量传感器(10)，所述测量传感器用于传输代表施加于所述测力装置上的负载的测量信号(ms)，可以经由模数转换器(12)将所述测量信号传输到信号处理单元(13)，所述信号处理单元由至少一个处理器(130；16)和至少一个存储单元(15；15A；15B)支持并且用于处理数字信号，其特征在于，通过评估相关信息，可以确定测力装置(1)状态的第一特征(z11、…、z1n)，所述第一特征是影响测力装置(1)的内部和/或外部因素的结果，和/或根据测量信号(ms)的至少一个信号分布(s1、…、s-n)的分析，确定测力装置(1)的第二特征(z21、…、z2n)，优选考虑到第一特征(z11、…、z1n)进行确定，其中，基于第一特征和/或第二特征(z11、…、z1n、z21、…、z2n)可以确定测力装置(1)的状态(Z1、Z2、…)，随之取决于所确定的测力装置(1)的状态(Z1、Z2、…)可以控制测量信号(ms)的进一步处理和/或测力装置(1)的工作。
13.根据权利要求12所述的测力装置(1)，其特征在于，处理器(130；16)可以访问存储在存储单元(15；15A；15B)中的修正参数(P1、P2、…)，基于此信号处理单元(13)可以执行测量信号(ms)的修正，其中所述测量信号可能已经因为内部和/或外部影响因素，例如蠕变、非线性、滞后、温度变化或机械影响而变化，其中，以时间间隔(CI1，CI2)，通过处理器(130；16)和信号处理单元(13)并且在存储于存储单元(15；15A；15B)中的程序(POPT)以及合适的修正模块PPO1、PPO2、PPO3、PPO4…的控制下，可以自动确定修正参数(P1、P2、…)的新的优化值并且将所述值存储在存储单元(15；15A；15B)中以替代先前使用的值。
14.根据权利要求12或13所述的测力装置(1)，其特征在于，程序(POPT)适合于执行根据权利要求1至11之一所述的方法。
15.根据权利要求12、13或14所述的测力装置(1)，其特征在于，提供包括至少一个校准重量的装置，通过所述装置可以校准测力装置(1)并且通过所述装置可以确定测力装置(1)的状态(Z1、Z2、…)。
16.根据权利要求12、13、14或15所述的测力装置(1)，其特征在于，提供用于输入秤(1)状态或者用于起动根据权利要求1至11之一所述的方法的装置，和/或提供使用者可以用于确认接受修正参数(P1、P2、…)的优化值的装置。
全文摘要
一种用于优化电子测力装置(1)行为的方法，测力装置包括测量传感器(10)，用于形成负载测量信号(ms)，测量信号被传输到信号处理单元(13)，信号处理单元由至少一个处理器(130；16)和至少一个存储单元(15；15A；15B)支持并且处理数字信号。确定测力装置状态的第一特征(z11、…、z1n)，即影响测力装置的内部和/或外部因素的结果，和/或根据测量信号的至少一个信号分布(s1、…、s－n)的分析，确定测力装置的第二特征(z21、…、z2n)，随之基于第一特征和/或第二特征确定测力装置的状态(Z1、Z2、…)，并且相应控制测量信号的进一步处理和/或测力装置的工作。基于测力装置的状态，可以控制信号的处理或评估以及优化措施的使用。
文档编号G01G23/00GK1884984SQ200610094030
公开日2006年12月27日 申请日期2006年6月21日 优先权日2005年6月21日
发明者丹尼尔·雷伯, 马克·努斯鲍默, 马丁·里克利 申请人:梅特勒－托莱多公开股份有限公司