专利名称：测量传感器输出信号的处理方法以及测力装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于处理测量传感器的输出信号的方法，以及涉及一种测力装置，其尤其是一种根据本发明方法而操作的秤。
背景技术：
测力装置，尤其是基于电磁力补偿或应变技术的秤的测量精度(见参考文献[1]，“Bauen Sie Ihre Qualitt auf solidem Grund！”[“Build Your Quality on a Solid Foundation”]，company publication ofMettler-Toledo GmbH，January 2001，pp.14-15)，受到许多因素的影响，其描述见参考文献[2]，“Wgefibel”(“Weighing Primer”)，Mettler-Toledo GmbH，April 2001。外部机械影响如振动或冲击是特别有害的，因此在有模拟信号处理功能的秤中存在去除干扰信号部分的滤波器。
在参考文献[3]，CH 673 529 A5中公开了一种秤，它用有源低通滤波器来抑制以干扰交流电流形式存在的干扰信号，其被叠加在直流信号上，该直流信号由称重单元产生并经过信号线传输到模拟/数字转换器。干扰信号在称重单元的信号输出端被分离出信号线，再由反向器相移180°后，又在模拟/数字转换器信号输入端被送回信号线，在分离和重聚节点中间的信号线本身只有1欧姆阻抗(即，非相移阻抗)。因此，干扰信号被具有对应幅度而相位相反的信号部分所消除。
参考文献[4]，DE 10024986 A1所述的电子称重传感器有数字信号处理单元，其中，利用低通特征的滤波器，直流信号部分是根据称重传感器的输出信号而确定的。以及其中，称重结果是根据直流信号部分而获得的。同时，确定了冲击/振动相关信号，测量信号的直流部分是取决于该冲击/振动相关信号而被修改的。正如参考文献[4]所述，该解决方案避免了文献[5]，US 5,665,941所公开的解决方案中存在的不足。
根据文献[5]，差分剂量称重秤中的低通滤波器的时间常数根据干扰信号而改变。当存在大的干扰时，滤波器的时间常数会增大以实现更强的滤波效果。然而，正如参考文献[4]所述，这样会减慢称重传感器对重量步进变化的响应，而只是微弱地改善了测量的可复现性。此外，如果时间常数选的太大，当称重负载变化时会导致确定时间延长。
文献[6]，US 2004/0088342和文献[7]，US 6,271,484 B1描述了进一步的方法和适用于这些相应方法的秤。其中由测量传感器产生的信号由不同的数字滤波器进行处理。
参考文献[6]所述方法允许测量系统中使用的滤波器的特征独自适应于受控的测量系统的振荡属性。因此在一个选定的频率范围内滤波器的阻尼能按所需而增加。
根据参考文献[7]所述的方法，测试由振动引起的信号干扰幅度是否在一个允许的范围内。如果不在允许范围内，则改变滤波器的特征直到信号干扰落入允许范围内为止。
最后特别描述的方法需要大量的计算，并且由于调节反馈环路的时间常数，当其发生时对振动和振荡干扰幅度快速变化的足够快的适应几乎是不可能的。
称重系统中负载变化产生的效应是很重要的。称重负载的步进变化会伴随有较快衰减的高幅振荡。秤里整合滤波器装置的目的是为了获得可能的最佳振荡阻尼，该振荡伴随称重负载的步进变化，也是为了同时实现称重系统的短暂确定时间。图1给出了符合该目的的一种滤波器的配置。利用这个装置，可根据称重负载的步进变化来监视测量信号。在检测到步进变化后，滤波器的至少一个滤波器参数根据特定时间特征而被重置和改变，时间特性优选是指数函数形式，这样在检测到负载变化后滤波器被打开，并当达到了给定的滤波器特征时又被关闭，该特征取决于至少一个滤波器参数的最终值。这种滤波器的配置优选被实现为数字滤波器。
参考文献[8]，U.Tietze，Ch.Schenk，“Halbleiterschaltungstechnik”(“Semiconductor Circuit Design”)，11thEdition，2ndPrinting，SpringerVerlag，Berlin 1999，chapter 21.3给出了数字滤波器的基本结构。图21.15(第1145页)示出了一个数字滤波器，其有一条具有n个延迟元件的延迟链。根据参考文献[8](见第1144页)，延迟链的输入信号是，例如由测量传感器传递的输入信号和从延迟元件的输出获得的所有加权中间值的和的结果。因此，输出信号是所有中间值的加权和。
这样会导致一个结果具有所有变化和叠加部分的输入信号在滤波器级(filter stage)相对长时间保持不变。因此，如果在模拟或数字滤波器级中的处理本质上只包括了与被测物体有直接关系的信号部分，并且其他信号部分被完全抑制，将是很理想的。
为了达到这个目的，测力装置的干扰抑制变得更加困难，因为例如由负载变化而产生的有用信号以及例如由机械振动或冲击而带来的干扰信号都典型地显现出了相似的信号特征，因此要把它们区分开来是很困难的。
发明内容
因此本发明的目的是提供一种处理测量传感器输出信号的改进方法，并且进一步提供一种根据本发明方法操作的测力装置。
此外，本发明的目的尤其是要提出一种方法和测力装置，其一方面允许可靠检测和抑制特别是由机械振动或冲击引起的干扰信号，另一方面是保证有用信号尽可能无障碍地通过信号处理通路。
所述方法和测力装置应该进一步使得从信号处理通路中完全消除干扰信号的能量成分成为可能，这样有用信号的处理就不会受干扰信号的妨碍。
这个任务可由具有如权利要求1和权利要求10所述特征的方法和测力装置来完成。在其他权利要求里亦给出了本发明的有利进一步改良的实施例。
根据本发明的方法用于处理测量传感器的输出信号，该传感器被安装在测力装置，尤其是秤中，并且产生代表传感器上负载的测量信号，其中该测量信号由模拟滤波器滤波，和/或经过模/数转换器处理之后由数字滤波器滤波处理，以抑制由诸如机械干扰和步进变化或负载逐步变化之类的外部因素引起的有害信号部分。
根据本发明，测量信号被传送到测量值单元并在其终端输出——测量信号的接收和保留值或——由在给定时间间隔内出现的测量信号的多个最近值组成的平均值或——基于给定时间内出现的测量信号的多个最近值而得出的测量信号的期望值。
通过整合到控制器单元的第一检测器模块来监视测量信号的信号干扰的出现，其中，检测到信号干扰后会以如下方式触发开关模块将测量值单元的输出信号而不是接收到的测量信号传送到测力装置模块，该测力装置跟随测量值单元(如滤波器级(filter stage)、测量处理器或指示器单元)的下游。
在本发明的优选实施例中，测量值单元输出端的输出信号传递是有延迟的。这可以利用放置在测量值单元上游的至少一个第一延迟元件或测量值单元内部的延迟来实现。利用建立平均值或期望值的过程或利用整体整合的延迟元件可以用特别简单的方式来实现测量值单元中的延迟。
这个延迟会产生如下的结果测量信号的干扰被检测出来时不出现在测量值单元的输出端，因此仍未受干扰的信号就从测量值单元被传送到下游模块。进一步地，通过将当前测量信号与测量值单元的延迟输出信号进行比较，干扰很容易就能被识别出来。
根据发明所采取的方法会产生以下的有利结果不仅滤除了干扰，而且能完全排除干扰，并用测量值单元的输出信号取而代之。因此，基于未受干扰的测量信号，或者在干扰存在时基于最近的先前或期望测量值，测力装置总是给用户带来可能的最优的测量值。
在以所述方法排除干扰后，测量装置的信号处理通路上的下游模块不再接收可能损害信号处理的任何进一步的严重的干扰信号，这样更加有利。
因此，一方面避免了由干扰引起的测量错误，而另一方面信号处理级，特别是数字滤波器，不会受到信号干扰的一定量的能量影响，因此能更快更准确地处理测量信号。
如果测量信号经过了第一延迟元件和第一加法级(adding stage)，从测量信号中减去测量值单元的输出信号，进一步通过开关模块到达第二加法级，再次为到达信号加上了测量值单元的输出信号，那么用于此目的的开关模块可以设计得特别简单。因此，当开关模块被关闭时，第二加法级传送接收到的测量信号；当开关模块打开后，第二加法级传送测量值单元的输出信号并将其沿着信号处理通路向下游传递出去。
在另一个优选的实施例中，整合到控制器单元的第二检测器模块用于监视测量信号中的负载的步进变化的出现，和/或第三检测器模块用于监视测量信号中的负载的逐渐变化，因此如果检测到步进变化和/或逐渐变化，开关模块以如下方式被触发测量信号经过开关模块直接到达其输出连接。
因此，第二和第三检测器模块用于测试由第一检测器模块发现的干扰，并且如果发现负载的步进变化或逐渐变化时，开关模块让测量信号自由通过，使得测量系统尽可能快地跟随变化。这里的“步进变化”是指负载重量的大的变化或者甚至是一次与其他负载的交换。而逐渐变化是特别发生于剂量分配过程中的微小变化。
当检测到负载的步进变化和/或逐渐变化时，滤波器级的滤波器参数优选以这样的方式控制以产生带有相对小振荡幅度的较短确定阶段。例如，根据一个有前述特征的时间函数，优选是指数函数，在检测到负载变化后滤波器的至少一个滤波器参数被重置并改变，从而在检测到负载变化后滤波器被打开，随后又被关闭，直到达到给定的滤波器特征为止，该滤波器特征由至少一个滤波器参数的最终值来决定。
在检测到步进变化后随着滤波器的优选完全打开，其已经可能快速地跟随负载的变化。由前述滤波器特征而引起的滤波器的关闭实现了实用的最佳的信号干扰(特别是步进变化引起的振荡)的抑制。因此，总体上在步进变化后强有力地缩短了确定时间。使用适当选择的滤波器参数的最终值，还确保了在测量系统的确定阶段后最优地对测量信号进行滤波。
在本发明的另一个优选的实施例中，测量值单元的测量信号和输出信号——后者与第一和/或第二延迟元件产生的测量信号相比有一个延迟——都在控制器单元内部传送到加法级，该加法级产生代表两种信号不同的差分信号，使得记录干扰、步进变化和逐渐变化变得更简单。
为了呈现这种变化和波动，所述差分信号，更具体地，所述差分的绝对值——被用来与第一检测器模块内的第一门限值模块中的固定或可变的门限值进行比较，以检测干扰；和/或——被用来与第二检测器模块中的固定或可变的门限值进行比较，以检测步进变化；和/或——在第三检测器模块中被评估，以确定是否发生了负载的逐渐变化。
优选地，第一检测器模块包括了统计模块，用其可以计算差分信号的变化，取决于该变化，将第一门限值模块中的门限值设定在一定级别。因此，如果通常地只发生了小的信号变化，可以选择较低的门限值。因此即使幅度相对小时，代表干扰的信号变化也能被安全的检测到而不会带来错误检测的风险。另一方面，当输入信号变化相对较大时，为了避免错误检测，可相应地选择较高的触发门限。
在第三检测器模块中，优选地将差分信号——直接地或经过限制传送信号幅度的信号限幅器——引入积分器，将该积分器的输出信号的绝对值与积分器的第二门限值模块下游中的至少一个门限值进行比较。由于整合了差分信号，第三检测器模块能检测到微小的负载变化。为了快速检测到微小的负载变化，优选的过程是测量差分信号过零后的时间，并建立相应的时间值，在上升到较高的功率后，该时间值被用作加权因数，在差分信号被引入积分器之前与其相乘。相乘带来的结果是，一个很小却恒定的偏移量会迅速地表现出来，这是因为与作为时间的较高阶函数而优选增长的加权因数相乘。
在这种情况下的积分器这样被控制只要差分信号不同为一足够量，积分器的输出信号就会增加，它又接着会减少。优选地，会产生第二个加权因数，如果差分信号明显与0不同，第二加权因数值为1；如果差分信号与0接近，则第二加权因数值小于1。第二加权因数举例来说引入了积分器环路内的乘法器级。
优选地，积分器的输出信号在负载变化成为信号之前必须超出较高的第一门限值，接下来在指示负载变化的信号被清除之前再降到较低的第二门限值以下。这种方法用来防止第三检测器模块不再指示负载变化的出现而第一检测器模块仍然把同一负载变化当作干扰的情况发生。
需要注意的是，负载变化成为信号后，测量信号又一次切换到直接通过的模式，因此，测量值单元的输出信号以及差分信号也要跟随负载变化。
在本发明的另一个优选的实施例中，至少测量信号和/或差分信号被引入受过训练的神经网络(参见图4，模块1500)中，当信号变化发生时，该神经网络判断该变化是否由干扰、负载的步进和/或逐渐变化引起的，于是滤波器参数和/或开关模块做出相应的调整。神经网络和其训练方法可见例如参考文献[9]，US 5,960,391。
举例来说，测力装置能以一种操作的无干扰模式而被训练，该模式下只产生小的逐渐负载变化或较大的负载的步进变化。因此，神经网络学习不同操作状态下的秤行为，并因此能够精确地决定负载一次小的逐渐变化或步进变化或者干扰是否产生。秤能被使用者单独训练，这样它就能使自己优化地适应本地情况、秤配置、其使用者的个人处理方法以及其使用者采取的步骤。
优选地，开关模块被设计为，其输入端的测量信号要么被导入第一信号通路上的转换开关的第一输入端，该第一信号通路装配有开关和限幅器，要么直接被导入第二信号通路上的转换开关的第二输入端。在没有诸如干扰、负载步进变化以及逐渐变化等外部影响时，由第一检测器模块控制的开关保持关闭，而由第二和/或第三检测器模块控制的开关保持切换到第一输入端，于是测量信号就能通过第一信号通路从开关模块的输入端传送到输出端。
当第一检测器模块检测到干扰时，其会打开开关并且中断第一信号通路，直到干扰稳定下来。在这种情况下，限幅器在开关打开前阻止干扰的信号部分通过开关模块。没有发生进一步的信号干扰后，开关优选地继续保持n个时钟周期的打开状态。
当第二或第三检测器模块分别检测到负载的步进或逐渐变化时，检测器模块使得转换开关连接到第二输入端，于是测量信号就能沿着第二信号通路从开关模块的输入端传送到输出端并被进一步处理。
开关模块优选地被整合到了滤波器链中，离链的输入端尽可能近，从而使得干扰尽可能早地被发现且被完全消除。另一方面，通过在该链之前放置滤波器级，可以尽可能地调节测量信号，以便根据本发明的信号处理。
下面，结合附图，更加详细地描述本发明，其中图1示出了秤1的模块图，其带有测量传感器10、可变模拟滤波器11、A/D转换器12和可变数字滤波器链131，...，13n，以及下游跟随信号估值单元16，例如，测量处理器；图2示出了图1所示的数字滤波器链131，...，13n，其整合了开关模块14，由控制器单元15控制，并包括开关模块，因此，可以选择输入端接收的测量信号msE，或者产生前一个测量值的测量值单元145的输出信号msX、测量信号msE的平均值或期望值，以传递给信号通路上跟随下游的信号处理单元；图3示出了图2的模块图，包括第一加法级143A，其中，根据测量值单元145的测量信号msE和输出信号msX产生差分信号，并将其传送到开关模块142，接着在第二加法级143B再次将其加到测量值单元145的输出信号msX中；图4示出了图2的开关模块14，其采取了优选的配置，其中包括开关模块142和控制器单元15，其具有有利的有用可选神经网络1500；以及图5示出了图4的开关模块142，它受控于三个检测器模块151、152和153。
具体实施例方式
图1示出了包括测量传感器10的秤1的模块图，该测量传感器10将表示称重负载的模拟测量信号ms经过可变模拟滤波器11传送到模/数转换器12。经过数字化的测量信号msD再通过可变数字滤波器链131，...，13n，从经滤波的数字测量信号msDF被发送的地方传送到输出单元16，该输出单元16优选地装配有处理器并且输出测量结果，例如将其显示在读出屏幕上。
呈现在滤波器单元11，13输入端的信号被传送到控制器单元15的门限值模块151，1511，...151n，其中门限值模块检测负载变化的发生并触发发生器模块155，1551，...155n，其在检测到负载变化后会重置滤波器单元11，131’，...，13n的滤波器参数r，该滤波器单元分配给相应的各发生器模块，然后使得滤波器参数r作为时间的函数而改变，收敛到一个给定的终值x。
因此，根据图1所示的电路布局，可在例如称重负载发生步进变化后，实现有利地控制模拟和/或数字滤波器11，13。在模拟信号处理单元中，使用参考文献[8]，第13章，第888至893页所述的滤波器参数可调的主动滤波器11是很有利的。第891页描述了滤波器参数的电子控制方式。在数字信号处理单元中，用到了滤波器参数可调的数字滤波器13，如参考文献[8]的第21章所述。当然，控制滤波器参数更简单的方法是基于这样的概念例如，滤波器参数是在所用信号处理器中的寄存器中步进改变的。
正如参考文献[8]，第1133页所述，一个逐渐增长的趋势是进行数字化信号处理而不是用模拟方法。根据参考文献[8]，这将有利地带来较高的准确性和可复现性，同样会降低对干扰的敏感性。文献[8]的第21章描述了数字滤波器的结构、操作原理和属性。例如从参考文献[6]和[7]可了解到采用数字滤波器的电子秤。文献[8]第21.7.2章的1181-1184描述了利用信号处理器来实现数字滤波器的方法。
如果使用了信号处理器，其自身而言本质上构成了数字信号处理单元13，该单元包括整合于其中的开关模块14(见图2至4)。因此信号处理模块优选是作为软件模块而实现的。
图1所示的电路布局具有可变滤波器11和13，与具有非可变滤波器的电路布局相比，其具有明显的优势。
两种电路布局，即，使用可变滤波器的电路布局和使用非可变滤波器的电路布局，会引起信号干扰，特别是与负载无关的干扰，它仍然会带来严重的问题。尽管使用的滤波器在抑制这些干扰方面已经很出色，但这些次要或主要的干扰仍然是信号处理的负担，因为这些干扰的一部分在信号处理通路上会长时间残留，尤其是在用到递归滤波器的情况下，其会妨碍快速地得到高精度测量结果。
以下所述的本发明用于消除使用可变滤波器和非可变滤波器的电路布局中的存在的这些问题。正如现在将要描述的，达到该目的的优选方法是在滤波器链里面或前面加入开关模块14。
有了图2所示的开关模块14，就可排除干扰信号部分，并用测量值单元145的输出信号msX取而代之，该测量值单元145在其输出端输出——接收到的带有延迟的测量信号值msE，或者——由给定时间内的测量信号msE的多个最近值组成的平均值，或者——基于在给定时间内产生的测量信号多个最近值而得到的测量信号msE的期望值。
例如，通过已知的LPC(线性预测编码)方法，即基于已记录的测量信号msE的值而估计测量信号的将来值的数学方法，来确定期望值。测量信号msE由第一检测器模块151监视信号干扰的出现，该第一检测器模块151被整合到控制器单元15中，其中在检测到干扰后，开关模块142以如下的方式被触发将测量值单元145的输出信号msX而不是接收的测量信号msE传送到信号通路后面的滤波器级130。
图2所示实施例的电路布局配置如下从位于信号通路上游的滤波器级131接收的测量信号msE通过第一延迟元件导入转换开关142的第一输入端A，并且，在没有干扰出现时，被切换到通往输出端C的直接通道上，这里信号一方面被传递到下一滤波器级130，而另一方面经过第二延迟元件141B传送到测量值单元145，其一方面输出测量信号msE的期望值msX到转换开关142的第二输入端B，另一方面输出到控制器单元15。
控制器单元15包括加法级155，其用来从测量值单元145的测量信号msE和输出信号msX产生差分信号Δ。
如果由秤1测量的负载是恒定的且没有干扰，差分信号Δ就等于0。当存在干扰时，负载信号的步进变化或逐渐变化和差分信号Δ将由于延迟元件141A和141B而偏离0。如果差分信号Δ的值超过了第一检测模块151中设置的门限值，则干扰就被记录下来，并且转换开关142切换到第二输入端B，如图2所示。将测量值单元145的输出信号msX而不是受干扰的测量信号msE传送到信号通路后面的滤波器单元13，所以干扰并不会引起测量值中的错误。
干扰被记录后或者总体而言如果差分信号Δ被发现偏离于0，实质上可能由于以下的状态变化引起如果发生干扰，例如由于机械冲击或碰撞，它将快速衰减，于是差分信号Δ变为0，转换开关142将重置到第一输入端A。
或者，可以由恒定偏移量指示负载的变化的发生而不是干扰。还有可能的是，发生了负载的步进变化而不是干扰。在这些情况下，下一个跟随的滤波器级130中需要尽快地再次处理测量信号msE。于是测力装置1的输出信号将立即跟随负载的逐渐变化或步进变化。需要进一步强调的是，在转换开关142被重置之后，测量值单元145再次接收当前测量信号msE，于是测量值单元的输出信号msX被再次更新，差分信号Δ就变回0，产生的结果是，第一检测器模块151也将不再检测干扰。
因此，转换开关142接收第一检测器模块151的控制信号ctrlS，用来引起转换开关142在干扰被检测出来时切换到第二输入端B。为了将转换开关142再次设置到第一输入端A，转换开关142还优选地通过或(OR)门158(见图4)接收来自于指示了负载的步进变化的第二控制器模块152的控制信号ctrlLW，以及来自于指示了负载的逐渐变化的第三检测器模块153的控制信号ctrlLC。在这样的安排下，来自于第二和第三检测器模块152，153的控制信号ctrlLW和ctrlLC，比来自第一检测器模块151的控制信号ctrlS有更高优先级。
图2中电路布局的特别重要之处在于第一延迟元件141A，其对到来的测量信号msE施加延迟并以长度已设置好的时延将其发送到转换开关142，从而使在干扰经过开关且影响测力装置1的输出信号之前，在干扰情况下转换开关142可以完成切换。
需要进一步注意的是，为了解释根据本发明的解决方法，转换开关142只用了符号形式来表示。实际上，开关模块142的转换开关142对任意设计选择都是开放的。同样很明显的一点是，根据本发明的解决方案能用硬件或软件或者两者相结合的方式而实现。
图3显示了开关模块14的特别有利的一种配置，其中测量信号msE通过第一延迟元件141A、第一加法级143A、开关142和第二加法级143B，传送到开关模块14的输出端。在第一加法级143A中，从测量信号msE减去测量值单元145的输出信号msX，从而开关142的输入端接收测量信号msE，该测量信号msE代表差分信号Δ，且当负载不变时等于0。在第二加法级143B中，测量值单元145的输出信号msX，又被加到到达的测量信号msE或差分信号Δ。因此，当开关模块关闭时，第二加法级直接传送接收到的测量信号msE，当开关模块打开时，第二加法级将测量值单元的输出信号msX传送到信号处理通路的下游。通过简单地触发开关142，第二开关模块14的输出信号msA就能在测量值单元145的测量信号msE和输出信号msX之间切换。
图4显示了开关或开关模块142的一个有利的实施例。在此布局中，开关模块142输入端处呈现的测量信号msE在第一信号通路上，通过开关1421和限幅器1428导入第一输出端A，并在第二信号通路上，直接导向转换开关1422的第二输入端B。
当不存在诸如干扰、负载的步进和逐渐变化之类的外部影响时，受控于第一检测器模块151的开关1421被关闭，经过或门158受控于第二和/或第三检测器模块152，153的转换开关1422切换到第一输入端A。
当第一检测器模块151检测到干扰时，开关1421被检测器模块151打开，在干扰被清除后，优选地直到过了n个时钟周期才再次将其关闭。第一信号通路上的限幅器1428阻止高幅干扰在开关1421被触发前经过第一信号通路。
当第二和/或第三检测器模块152，153检测到负载的步进和/或逐渐变化时，检测器模块引起转换开关1422到第二输入端B的切换，并且优选地只在测量系统稳定后才还原。
正如以上所描述的，当检测到负载步进变化后，优选地以能导致可能的最短瞬态衰减阶段的方式控制滤波器单元11，13的参数。
当检测负载的步进变化时，还可能的是，不改变滤波器链13的输出信号msDF，建立以下值之一，并且在瞬态衰减阶段结束之前将该值切换到测力装置1的输出端——在负载步进变化之前确定的滤波器链13的输出信号msDF的最后一个值，或者——在给定时间内出现的滤波器链13的输出信号msDF的多个最近值的平均值，或者——基于在给定时间内出现的输出信号msDF的多个最近值的滤波器链13的输出信号msDF的期望值。
图5示出了图4的开关模块142，其受控于三个检测器模块151，152，153。
用于检测干扰的第一检测器模块151，包括一个绝对值模块1511，其中到达的差分信号Δ的绝对值被确定并且被传送到跟随信号通路下游的门限值模块1512，其用于确定差分信号Δ的值是否超过给定的门限值。一旦超过门限值，开关1421由控制信号ctrlS打开，该信号是由监视单元1513发出的。直到监视单元1513确定在n个时钟周期里门限值没有被超越，开关才再次关闭。这个过程是为了避免差分信号Δ的值接近门限值时，可能发生的开关1421的快速破坏性切换动作。
所描述的第一检测器模块151的优选配置中进一步包括统计模块1514，利用它可测量差分信号Δ的变化以及控制门限值模块1512的门限值。当出现较大的变化时，选择较高的门限值来避免错误干扰检测的风险。如果变化较小时，选择较低的门限值，从而能正确检测较小的干扰。
在第三检测器模块153，差分信号Δ直接地或者通过限幅器1534被引入积分器1538，将该积分器的输出信号的绝对值(在模块15391里确定)与门限值模块1539内的至少一个门限值进行比较。超出此门限值意味着发生了负载变化。在检测到负载变化后，回到低于第一或第二低的门限值的范围表明测量系统跟随了负载变化。通过位于门限值模块15392的下游处的延迟元件15393以及切换模块15394实现两个门限值之间的切换，在门限值被超越时，切换模块15394设置后者至其较低级别并且只有在信号同样降低到较低值以下时才恢复其到较高值。
为了能够快速检测负载的微小的逐渐变化，在这种情况下出现的差分信号Δ的过零点通过模块1531在第三检测器模块153中被检测出来。在每一过零点，模块1531都触发所连接的计数器1532，该计数器1532产生取决于过零点的计数值。这个计数值z，优选地上升到某个幂值(z，z2，z3)，用作第一加权因数W1，通过该第一加权因数W1，在被送交到积分器1538之前，差分信号Δ在乘法器模块1535里被加权。通过此次加权过程，一个很小的恒定偏移，或者差分信号Δ一次非常微小的上升会产生与很大偏移带来的显著效果相同的效果。
第二加权因数W2用于控制积分器1538。该第二加权因数W2是通过将差分信号Δ的绝对值(在模块1536里确定)与第三检测器模块153的至少一个门限值进行比较而得到的，该第二加权因数W2被送入积分器1538或者积分器环路中的乘法器模块，用以在差分信号Δ大约是0时引起当前过程中的信号的逐步增长。因此，出现更大或者非常小的负载变化时，积分器1538急速上升，负载变化稳定后(差分信号Δ→0)它又快速地降下来。
通过优选实施例描述和阐明了根据本发明的方法和测力装置1。通过秤1而描述了测力装置。然而，本发明同样可用于其他测力装置，例如重力测量仪器、称重模块、负载单元和可能在某些情况下组成秤一部分的力传感器。
正如已显示的，本发明的概念能结合技术多样化而实现，这些技术例如模拟电路技术、数字技术或结合信号处理器的软件解决方案。
进一步地，当然，本发明并不局限于这里所描述的滤波器和开关模块。
参考文献[1]“Bauen Sie Ihre Qualitt auf solidem Grund！”(“Build Your Qualityon a Solid Foundation”)，company publication of Mettler-Toledo GmbH，January 2001[2]“Wgefibel”(“Weighing Primer”)，Mettler-Toledo GmbH，April 2001[3]CH 673 529 A5[4]DE 10024986 A1[5]US 5,665,941. US 2004/0088342 A1[7]US 6,271,484 B1[8]U.Tietze，Ch.Schenk，“Halbleiterschaltungstechnik”(“Semiconductor Circuit Design”)，11thEdition，2ndPrinting，SpringerVerlag，Berlin 1999[9]US 5,960,39权利要求
1.一种用于处理测量传感器(10)的输出信号的方法，所述测量传感器(10)被整合到测力装置(1)尤其是秤中，其中，所述测量传感器(10)用于产生代表所述传感器(10)上的负载的测量信号(ms)，所述测量信号(ms)在模拟滤波器(113)中被滤波，和/或在经过模拟/数字转换器(12)的处理之后，在数字滤波器(133)中被滤波，以抑制由诸如机械干扰、所述负载的步进变化或逐渐变化之类的外部影响而造成的干扰信号部分，其特征在于，所述测量信号(msE)被导入测量值单元(145)，所述测量值单元(145)在其输出端传送——所述测量信号(msE)的接收值和保留值，或——由在给定时间内产生的所述测量信号(msE)的多个最近值组成的平均值，或——基于在给定时间内产生的所述测量信号(ms)的多个最近值而得到的所述测量信号(msE)的期望值，其特征还在于，通过整合到控制器单元(15)中的第一检测器模块(151)监视所述测量信号(msE)中信号干扰的出现，其中，在检测到信号干扰后，以如下方式触发开关模块(142)中断向所述测量值单元(145)传送所述测量信号(msE)，以及向位于信号通路之后的所述测力装置(1)的模块传送所述测量值单元(145)的输出信号(msX)，而不是所述测量信号(msE)。
2.如权利要求1所述方法，其特征在于，所述测量值单元(145)的输出端的输出信号的传送是以一定延迟出现的，因为被传送到所述测量值单元(145)的测量信号(msE)经过了至少第一延迟元件(141A)，或者因为所述测量值单元(145)的输出信号的传送经过了至少第一延迟元件(141A)，或者，如果可行的话，通过建立所述平均值或期望值的过程在所述测量值单元(145)内实现了延迟。
3.如权利要求1或2所述方法，其特征在于，所述测量信号(msE)优选地通过所述第一延迟元件(141A)和第一加法级(143A)，其中从所述测量信号(msE)减去了所述测量值单元(145)的输出信号(msX)，以及进一步通过所述开关模块(142)，而导入第二加法级(143B)，其中，所述测量值单元(145)的输出信号(msX)又被加到到达信号上，因此，当所述开关模块(142)关闭时，第二加法级(143B)传送接收到的所述测量信号(msA＝msE-msX+msX)，以及当所述开关模块(142)打开时，所述第二加法级(143B)将所述测量值单元(145)的输出信号(msA＝0+msX)传送到所述测力装置(1)的输出端。
4.如权利要求1、2或3所述的方法，其特征在于，通过整合到控制器单元(15)中的第二检测器模块(152)来监视所述测量信号(msE)中所述负载的步进变化的出现，和/或通过整合到控制器单元(15)中的第三检测器模块(153)来监视所述测量信号(msE)中所述负载的逐渐变化的出现，当检测到所述负载的步进变化或逐渐变化时，以如下方式触发所述开关模块(142)所述测量信号(msE)通过所述开关模块(142)直接传送到它们的输出连接(msA＝msE)。
5.如权利要求1、2、3或4所述的方法，其特征在于，所述测量值单元(145)的测量信号(msE)和输出信号(msX)——后一个信号(msX)与由通过所述第一和/或第二延迟元件(141A，141B)而产生的所述测量信号(msE)相比存在一个时延——均是在所述控制器单元(15)内被导入加法级(155)的，所述加法级(155)根据所述信号(msE，msX)产生了差分信号(△)，所述差分信号(Δ)——将其绝对值与所述第一检测器模块(151)内的第一门限值模块(1512)中的固定或可变门限值进行比较，以检测干扰；和/或——将其绝对值与所述第二检测器模块(152)中的固定或可变的门限值进行比较，以检测所述负载的步进变化；和/或——在所述第三检测器模块(153)中直接地或者通过限幅器(1534)被引入到积分器(1538)，将所述积分器(1538)的输出信号的绝对值与门限值模块(1539)中的至少一个门限值进行比较，其中，向上越过所述门限级别表示发生了负载的逐渐变化，以及随后的向下越过所述门限级别表示所述负载变化已确定。
6.如权利要求5所述方法，其特征在于——所述第一检测器模块(151)包括统计模块(1524)，通过所述统计模块(1524)可以计算所述差分信号(△)的方差，以及根据所述方差，将第一门限值模块中的门限值设定在一定级别；和/或——在所述第三检测器模块(153)中，通过模块(1531)检测所述差分信号(△)的过零点，以及在下游相连的计数器级(1532)中根据所述过零点产生一个计数值，将所述计数值优选地提升到较高的幂次方而得到第一加权因数(W1)，在被引入到所述积分器(1538)之前，所述差分信号(△)在乘法器级(1535)内被用所述第一加权因数(W1)加权；和/或——将所述差分信号(△)的绝对值与所述第三检测器模块(153)内的门限值模块(1537)中的至少一个门限值进行比较，以确立第二加权因数(W2)，所述第二加权因数(W2)用于控制所述积分器(1538)，从而当所述差分信号(△)基本等于零时，重置所述积分器(1538)的输出信号；和/或——将所述积分器(1538)的输出信号与下游相连的门限值模块中的至少一个较高的第一门限值进行比较，以检测所述负载的逐渐变化，以及接下来将所述输出信号与较低的第二门限值进行比较，以让所述测力装置跟随所述负载的变化。
7.如权利要求1至6中任一权利要求所述的方法，其特征在于，至少所述测量信号(msE)和/或所述差分信号(△)被引入到受过训练的神经网络(1500)中，当信号变化发生时，所述神经网络(1500)判断所述变化是否由机械干扰、所述负载的步进变化和/或逐渐变化引起的，滤波器参数和/或所述开关模块(142)据此做出相应的调整。
8.如权利要求1至7中任一权利要求所述的方法，其特征在于，在所述开关模块(142)的输入端呈现的测量信号(msSE)要么被导入至第一信号通路上的转换开关(1422)的第一输入端(A)，所述第一信号通路装配有开关(1421)和限幅器(1428)，要么在第二信号通路上被直接导入所述转换开关(1422)的第二输入端(B)，其中——在没有诸如干扰、所述负载的步进变化或逐渐变化之类的外部影响时，由所述第一检测器模块(151)控制的所述开关(1421)保持关闭，以及由所述第二和/或第三检测器模块(152，153)控制的变换开关(1422)保持切换到所述第一输入端(A)；——当所述第一检测器模块(151)检测到干扰时，所述第一检测器模块(151)打开所述开关(1421)，以及在所述干扰被清除后，优选地再经过n个时钟周期，才将所述开关(1421)关闭；——当所述第二或第三检测器模块(152，153)检测到所述负载的步进变化或逐渐变化时，相应的检测器模块让所述转换开关(1422)连接到所述第二输入端(B)，以及优选地在所述测量系统稳定后，才让所述转换开关(1422)切换回所述第一输入端(A)。
9.如权利要求1至8中任一权利要求所述的方法，其特征在于，所述测量信号(msE)经由数字和/或模拟滤波器级(11，13)滤波之后，才被引入到所述开关模块(142)，和/或由所述开关模块(142)传递的所述测量信号(msSA)经由数字和/或模拟滤波器级(11，13)滤波之后，才被导入到所述测力装置(1)的输出端，其中，如果可行的话，所述测量信号再被传送到处理器或指示器单元(16)中。
10.根据如权利要求1至9中任一权利要求的方法来进行操作的测力装置(1)，尤其是秤(1)，包括测量传感器(10)，所述测量传感器(10)用于产生代表所述测力装置(1)上负载的测量信号(ms)，所述测量信号(ms)可以经由模拟滤波器(11)滤波，和/或——经由模拟/数字转换器(12)处理后——再经由数字滤波器(131，...，13n)滤波，从而抑制由诸如机械干扰、所述负载的步进变化或逐渐变化之类的外部影响造成的干扰信号部分，其特征在于，所述测量信号(msE)可以被引入测量值单元(145)，所述测量值单元(145)在其输出端传送——所述测量信号(msE)的接收值和保留值，或——由在给定时间内产生的所述测量信号(msE)的多个最近值组成的平均值，或——基于在给定时间内产生的所述测量信号(ms)的多个最近值而得到的所述测量信号(msE)的期望值，其特征还在于，通过整合到控制器单元(15)中的第一检测器模块(151)监视所述测量信号(msE)中信号干扰的出现，其中，在检测到信号干扰后，以如下方式触发开关模块(142)中断向所述测量值单元(145)传送所述测量信号(msE)，以及，向所述测力装置(1)的下游连接的模块传送所述测量值单元(145)的输出信号(msX)而不是所述接收到的测量信号(msE)。
11.如权利要求10所述的测力装置(1)，其特征在于，所述测量信号(msE)经过至少第一延迟元件(141A)被传送到所述测量值单元(145)，或者所述测量值单元(145)的输出信号经过至少第一延迟元件(141A)而传递，或者如果可行的话，通过用于建立所述平均值或期望值的处理过程，在所述测量值单元(145)内实现所述输出信号的延迟传递。
12.如权利要求10或11所述的测力装置(1)，其特征在于，所述测量信号(msE)优选地通过第一延迟元件(141A)和第一加法级(143A)，其中从所述测量信号(msE)减去了所述测量值单元(145)的输出信号(msX)，以及进一步通过所述开关模块(142)，而导入第二加法级(143B)，其中，所述测量值单元(145)的输出信号(msX)又被加到到达信号上，因此，当所述开关模块(142)关闭时，第二加法级(143B)传送所述接收到的测量信号(msA＝msE-msX+msX)，以及当所述开关模块(142)打开时，所述第二加法级(143B)将所述测量值单元(145)的输出信号(msA＝0+msX)传送到所述测力装置(1)的输出端。
13.如权利要求10、11或12所述的测力装置(1)，其特征在于，通过整合到控制器单元(15)中的第二检测器模块(152)来监视所述测量信号(msE)中所述负载的步进变化的出现，和/或通过整合到控制器单元(15)中的第三检测器模块(153)来监视所述测量信号(msE)中所述负载的逐渐变化的出现，当检测到所述负载的步进变化或逐渐变化时，以如下方式触发所述开关模块(142)所述测量信号(msE)通过所述开关模块(142)直接传送到它们的输出连接(msA＝msE)。
14.如权利要求10、11、12或13所述的测力装置(1)，其特征在于，所述测量值单元(145)的测量信号(msE)和输出信号(msX)——后一个信号(msX)与由通过所述第一和/或第二延迟元件(141A，141B)而产生的测量信号(msE)相比存在一个时延——均是在所述控制器单元(15)内被导入加法级(155)的，所述加法级(155)根据所述信号(msE，msX)产生了差分信号(△)，所述差分信号(△)——将其绝对值与所述第一检测器模块(151)内的第一门限值模块(1512)中的固定或可变门限值进行比较，以检测干扰；和/或——将其绝对值与所述第二检测器模块(152)中的固定或可变的门限值进行比较，以检测所述负载的步进变化；和/或——在所述第三检测器模块(153)中直接地或者通过限幅器(1534)被引入到积分器(1538)，将所述积分器(1538)的输出信号的绝对值与门限值模块(1539)中的至少一个门限值进行比较，其中，向上越过所述门限级别表示发生了负载的逐渐变化，以及随后的向下越过所述门限级别表示所述负载变化已确定。
15.如权利要求14所述的测力装置(1)，其特征在于——所述第一检测器模块(151)包括统计模块(1524)，通过所述统计模块(1524)可以计算所述差分信号(△)的方差，以及根据所述方差，将第一门限值模块中的门限值设定在一定级别；和/或——在所述第三检测器模块(153)中，通过模块(1531)检测所述差分信号(△)的过零点，以及在下游相连的计数器级(1532)中根据所述过零点产生一个计数值，将所述计数值优选地提升到较高的幂次方而得到第一加权因数(W1)，在被引入到所述积分器(1538)之前，所述差分信号(△)在乘法器级(1535)内被用所述第一加权因数(W1)加权；和/或——将所述差分信号(△)的绝对值与所述第三检测器模块(153)内的门限值模块(1537)中的至少一个门限值进行比较，以确立第二加权因数(W2)，所述第二加权因数(W2)用于控制所述积分器(1538)，从而当所述差分信号(△)基本等于零时，重置所述积分器(1538)的输出信号；和/或——将所述积分器(1538)的输出信号与下游相连的门限值模块中的至少一个较高的第一门限值进行比较，以检测所述负载的逐渐变化，以及接下来将所述输出信号与较低的第二门限值进行比较，以让所述测力装置跟随所述负载的变化。
16.如权利要求10至15中任一权利要求所述的测力装置(1)，其特征在于，至少所述测量信号(msE)和/或所述差分信号(△)被引入到受过训练的神经网络(1500)中，当信号变化发生时，所述神经网络(1500)判断所述变化是否由机械干扰、所述负载的步进变化和/或逐渐变化引起的，滤波器参数和/或所述开关模块(142)据此作出相应的调整。
17.如权利要求10至16中任一权利要求所述的测力装置(1)，其特征在于，在所述开关模块(142)的输入端呈现的测量信号(msSE)要么被导入至第一信号通路上的转换开关(1422)的第一输入端(A)，所述第一信号通路装配有开关(1421)和限幅器(1428)，要么在第二信号通路上被直接导入所述转换开关(1422)的第二输入端(B)，其中——在没有诸如干扰、所述负载的步进变化或逐渐变化之类的外部影响时，由所述第一检测器模块(151)控制的所述开关(1421)保持关闭，以及由所述第二和/或第三检测器模块(152，153)控制的变换开关(1422)保持切换到所述第一输入端(A)；——当所述第一检测器模块(151)检测到干扰时，所述第一检测器模块(151)打开所述开关(1421)，以及在所述干扰被清除后，优选地再经过n个时钟周期，才将所述开关(1421)关闭；——当所述第二或第三检测器模块(152，153)检测到所述负载的步进变化或逐渐变化时，相应的检测器模块让所述转换开关(1422)连接到所述第二输入端(B)，以及优选地在所述测量系统稳定后，才让所述转换开关(1422)切换回所述第一输入端(A)。
18.如权利要求10至17中任一权利要求所述的测力装置(1)，其特征在于，数字和/或模拟滤波器级(11，13)在所述信号通路中位于所述开关模块(142)的上游或下游。
全文摘要
一种用于处理测量传感器(10)的输出信号的方法，所述测量传感器(10)被整合到测力装置(1)尤其是秤中，其中，所述测量传感器(10)用于产生代表所述传感器(10)上的负载的测量信号(ms)，所述测量信号在模拟滤波器(113)中被滤波，和/或在经过模拟/数字转换器(12)的处理之后，在数字滤波器(133)中被滤波，以抑制由诸如机械干扰、所述负载的步进变化或逐渐变化之类的外部影响而造成的干扰信号部分。根据本发明，所述测量信号(ms
文档编号G01G3/14GK101078646SQ20071010503
公开日2007年11月28日 申请日期2007年5月22日 优先权日2006年5月22日
发明者M·努斯鲍默, D·雷伯 申请人:梅特勒-托利多公开股份有限公司