带有数字补偿功能的模拟传感器的制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及带有数字补偿功能的模拟传感器。模拟传感器包括：弹性体，根据模拟传感器感测到的压力而发生形变；应变片，连接到弹性体并且根据形变而产生电阻值的变化；应变片桥路，连接到应变片，传送电阻值的变化以输出第一模拟信号；模数转换模块，连接至模拟传感器的应变片桥路的输出端，接收来自应变片桥路的第一模拟信号并将第一模拟信号转换成第一数字信号，其中，第一模拟信号是表示重量的模拟信号；模拟输出端口，输出第二模拟信号。模拟传感器还包括信号处理及输出电路，连接在模数转换模块的输出端和模拟输出端口之间，对第一数字信号进行补偿并将其转换成第二模拟信号。
【专利说明】带有数字补偿功能的模拟传感器
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及称重传感器领域，尤其涉及带有数字补偿功能的模拟称重传感器。
【背景技术】
[0002]应变片式模拟称重传感器是一种较为常用的模拟称重传感器。由于几乎所有的仪表都支持模拟传感器，因此应变片式模拟称重传感器具备接口简单、可直接应用于动态称重场合等优点。但传统的应变片式模拟传感器采用在应变片桥路上串联或并联电阻的方式补偿零点、灵敏度、以及温度系数，只能实现一次线性补偿，补偿精度差。而且，模拟补偿的方法，无法解决蠕变和滞后等与时间和加载量相关的误差。
[0003]针对于此，现有技术中的称重传感器接收来自传感器的应变片桥路的模拟信号，将该模拟信号数字化，同时将采集到的重量信号和温度信号(若有)通过一系列的模型进行计算以得到经补偿的重量数据，最后将该经补偿的重量数据通过专用数字端口(例如RS232/485、CAN0PEN等)输出到仪表或其他外设。
[0004]然而，这种称重传感器的缺点在于，由于需要采用专用数字端口来输出经补偿的重量数据，使得模拟称重传感器的接口变得复杂，并且限制了仪表或其他外设的通用可连接性。
【发明内容】
[0005]本实用新型为解决现有技术中存在的上述问题，提出了一种既能实现高精度补偿、又能使模拟称重传感器接口保持简单的带有数字补偿功能的模拟称重传感器。
[0006]根据本实用新型一方面，提供了一种模拟传感器，包括:一弹性体，所述弹性体根据所述模拟传感器感测到的压力而发生形变；一应变片，所述应变片连接到所述弹性体并且根据所述形变而产生电阻值的变化；一应变片桥路，所述应变片桥路连接到所述应变片，传送所述电阻值的变化以输出第一模拟信号；一模数转换模块，连接至模拟传感器的应变片桥路的输出端，接收来自所述应变片桥路的第一模拟信号，并且将所述第一模拟信号转换成第一数字信号，其中，所述第一模拟信号是表不重量的模拟信号；一模拟输出端口，输出第二模拟信号，其中，所述模拟传感器还包括一信号处理及输出电路，连接在所述模数转换模块的输出端和所述模拟输出端口之间，对所述第一数字信号进行补偿并将其转换成所述第二模拟信号。
[0007]根据本实用新型又一方面，所述信号处理及输出电路包括:一补偿模块，连接至所述模数转换模块的输出端，对所述第一数字信号进行补偿以得到经补偿的第一数字信号；以及一数模转换模块，连接至所述补偿模块的输出端，接收所述经补偿的第一数字信号并将其转换成所述第二模拟信号。
[0008]根据本实用新型又一方面，所述信号处理及输出电路包括:一补偿模块，连接至所述模数转换模块的输出端，对所述第一数字信号进行补偿以得到表示待补偿的模拟信号量的第二数字信号；一数模转换模块，连接至所述补偿模块的输出端，接收所述第二数字信号并将其转换成第三模拟信号；以及一运算放大电路，连接至模拟传感器的应变片桥路的输出端以及所述数模转换模块的输出端，接收所述第一模拟信号以及所述第三模拟信号以叠加生成所述第二模拟信号。
[0009]根据本实用新型又一方面，所述信号处理及输出电路包括:一补偿模块，连接至所述模数转换模块的输出端，对所述第一数字信号进行补偿以得到待补偿的模拟信号量；一脉宽调制模块，连接至所述补偿模块的输出端，用方波对待补偿的模拟信号量进行脉宽调制以得到第四模拟信号；以及一加法电路，连接至模拟传感器的应变片桥路的输出端以及所述脉宽调制模块的输出端，接收所述第一模拟信号以及所述第四模拟信号以叠加生成所述第二模拟信号。
[0010]根据本实用新型又一方面，所述模拟传感器还包括一温度传感器，所述温度传感器的输出端连接至所述模数转换模块的一输入端，所述温度传感器采集表示温度的模拟信号并且输出至所述模数转换模块的输入端，其中，所述表示温度的模拟信号和所述第一模拟信号一起被转换成所述第一数字信号。
[0011]根据本实用新型又一方面，所述模拟传感器还包括一诊断模块，所述诊断模块连接在所述模数转换模块的一输出端和所述信号处理及输出电路的一输入端之间，分析所述第一模拟信号以得到表示所述模拟传感器的工作状态的诊断状态数据并将所述诊断状态数据传送至所述信号处理及输出电路。
[0012]根据本实用新型又一方面，所述模拟传感器还包括:一温度传感器，所述温度传感器的输出端连接至所述模数转换模块的一输入端，所述温度传感器采集表示温度的模拟信号并且输出至所述模数转换模块的输入端，所述表示温度的模拟信号和所述第一模拟信号一起被转换成所述第一数字信号；以及一诊断模块，所述诊断模块连接在所述模数转换模块的一输出端和所述信号处理及输出电路的一输入端之间，分析所述第一模拟信号以得到表示所述模拟传感器的工作状态的诊断状态数据并将所述诊断状态数据传送至所述信号处理及输出电路。
[0013]根据本实用新型又一方面，所述模拟传感器还包括一数字输出端口，所述信号处理及输出电路还包括一传输模块，所述传输模块连接在所述诊断模块的输出端和所述数字输出端口之间，用于传输所述诊断状态数据。
[0014]根据本实用新型又一方面，所述模拟传感器还包括一数字输出端口，所述信号处理及输出电路还包括一传输模块，所述传输模块连接在所述诊断模块的输出端和所述数字输出端口之间，用于传输所述诊断状态数据。
[0015]本实用新型不仅可以在模拟称重传感器中引入温度补偿、蠕变和滞后补偿，实现高精度的模拟称重信号输出。同时又能使模拟称重传感器的接口保持简单、通用、动态跟随性能好的优点。另外，本实用新型的模拟称重传感器中的微处理器还可以对传感器工作状态进行诊断分析，并且通过数据输出端口与外设通讯，提供附加的数字功能。
[0016]应当理解，本实用新型以上的一般性描述和以下的详细描述都是示例性和说明性的，并且旨在为如权利要求所述的本实用新型提供进一步的解释。
【专利附图】
【附图说明】[0017]包括附图是为提供对本实用新型进一步的理解，它们被收录并构成本申请的一部分，附图示出了本实用新型的实施例，并与本说明书一起起到解释本实用新型原理的作用。附图中:
[0018]图1是根据本实用新型的一实施例的模拟传感器的示意图。
[0019]图2是根据本实用新型一实施例的模拟传感器的信号处理及输出电路的示意图。
[0020]图3是根据本实用新型又一实施例的模拟传感器的信号处理及输出电路的示意图。
[0021]图4是根据本实用新型又一实施例的模拟传感器的信号处理及输出电路的示意图。
[0022]图5是根据本实用新型的一实施例的模拟传感器的示意图。
[0023]图6是根据本实用新型的一实施例的模拟传感器的示意图。
[0024]图7是根据本实用新型的一实施例的模拟传感器的示意图。
[0025]图8是根据本实用新型的一实施例的模拟传感器的示意图。
[0026]图9是根据本实用新型的一实施例的模拟传感器的示意图。
【具体实施方式】
[0027]现在将详细参考附图描述本实用新型的实施例。
[0028]图1是根据本实用新型的一实施例的模拟传感器的示意图。如图1所示，模拟传感器100包括:一弹性体102，所述弹性体根据所述模拟传感器感测到的压力而发生形变；一应变片104，所述应变片连接到所述弹性体并且根据所述形变而产生电阻值的变化；一应变片桥路106，所述应变片桥路连接到所述应变片，传送所述电阻值的变化以输出第一模拟信号；一模数转换模块108，连接至模拟传感器的应变片桥路的输出端，接收来自所述应变片桥路的第一模拟信号，并且将所述第一模拟信号转换成第一数字信号，其中，所述第一模拟信号是表不重量的模拟信号；一模拟输出端口 116,输出第二模拟信号。所述模拟传感器还包括一信号处理及输出电路110，连接在所述模数转换模块108的输出端和所述模拟输出端口 116之间，对所述第一数字信号进行补偿并将其转换成所述第二模拟信号。
[0029]图1所示的模拟传感器100还包括数字输出端口 118，信号处理及输出电路110的输出也通过数字输出端口 118进行输出。在一实施例中，数字输出端口 118可以根据用户的需要，输出数字称重信息。
[0030]图2是根据本实用新型一实施例的模拟传感器的信号处理及输出电路的示意图。信号处理及输出电路110包括:一补偿模块212，连接至所述模数转换模块108 (见图1)的输出端，对所述第一数字信号进行补偿以得到经补偿的第一数字信号；以及一数模转换模块214，连接至所述补偿模块212的输出端，接收所述经补偿的第一数字信号并将其转换成所述第二模拟信号。第二模拟信号进一步通过模拟输出端口 116 (见图1)输出。
[0031]图3是根据本实用新型又一实施例的模拟传感器的信号处理及输出电路的示意图。信号处理及输出电路110包括:一补偿模块312，连接至所述模数转换模块108的输出端，对所述第一数字信号进行补偿以得到表示待补偿的模拟信号量的第二数字信号；一数模转换模块314，连接至所述补偿模块312的输出端，接收所述第二数字信号并将其转换成第三模拟信号；以及一运算放大电路316，连接至模拟传感器的应变片桥路106的输出端以及所述数模转换模块314的输出端，接收所述第一模拟信号以及所述第三模拟信号以叠加生成所述第二模拟信号。第二模拟信号进一步通过模拟输出端口 116 (见图1)输出。
[0032]图4是根据本实用新型又一实施例的模拟传感器的信号处理及输出电路的示意图。信号处理及输出电路110包括:一补偿模块412，连接至所述模数转换模块108的输出端，对所述第一数字信号进行补偿以得到待补偿的模拟信号量；一脉宽调制模块414，连接至所述补偿模块412的输出端，用方波对待补偿的模拟信号量进行脉宽调制以得到第四模拟信号；以及一加法电路416，连接至模拟传感器的应变片桥路106的输出端以及所述脉宽调制模块414的输出端，接收所述第一模拟信号以及所述第四模拟信号以叠加生成所述第二模拟信号。第二模拟信号进一步通过模拟输出端口 116 (见图1)输出。
[0033]图5是根据本实用新型的一实施例的模拟传感器的示意图。图5所示的模拟传感器500与图1所示的模拟传感器100的区别仅在于，模拟传感器500还包括一温度传感器502，所述温度传感器502的输出端连接至所述模数转换模块508的一输入端，所述温度传感器502采集表示温度的模拟信号并且输出至所述模数转换模块508的输入端，其中，所述表示温度的模拟信号和所述第一模拟信号一起通过模数转换模块508转换成所述第一数字信号。图5所不的信号处理及输出电路510也可以如图2 — 4的信号处理及输出电路110的各个实施例所示的那样有各种不同的实现方式。图5的其他部件及功能均与图1对应和类似，在此不予赘述。
[0034]图6是根据本实用新型的一实施例的模拟传感器的示意图。图6所示的模拟传感器600与图1所示的模拟传感器100的区别在于，模拟传感器600还包括一诊断模块604，所述诊断模块604连接在所述模数转换模块108的一输出端和所述信号处理及输出电路610的一输入端之间，分析所述第一模拟信号以得到表示所述模拟传感器的工作状态的诊断状态数据并将所述诊断状态数据传送至所述信号处理及输出电路610。图6所示的模拟传感器600与图1所示的模拟传感器100的区别还在于，信号处理及输出电路610包括:一补偿模块612，连接至所述模数转换模块108的输出端，对所述第一数字信号进行补偿以得到经补偿的第一数字信号；一数模转换模块614，连接至所述补偿模块612的输出端，接收所述经补偿的第一数字信号并将其转换成所述第二模拟信号；以及一传输模块616，连接在所述诊断模块604的输出端和数字输出端口 118之间，用于传输所述诊断状态数据。图6的其他部件及功能均与图1对应和类似，在此不予赘述。
[0035]图7是根据本实用新型的一实施例的模拟传感器的示意图。图7所示的模拟传感器600与图6所示的模拟传感器600的区别在于，模拟传感器600还包括一温度传感器702，所述温度传感器702的输出端连接至所述模数转换模块708的一输入端，所述温度传感器702采集表示温度的模拟信号并且输出至所述模数转换模块708的输入端，其中，所述表示温度的模拟信号和所述第一模拟信号一起通过模数转换模块708转换成所述第一数字信号。图7的其他部件及功能均与图6对应和类似，在此不予赘述。
[0036]图8是根据本实用新型的一实施例的模拟传感器的示意图。图8所示的模拟传感器800与图7所示的模拟传感器700的区别在于，图8所示的信号处理及输出电路810不同于图7所不的信号处理及输出电路710。具体而言,信号处理及输出电路810包括:一补偿模块812，连接至所述模数转换模块808的输出端，对所述第一数字信号进行补偿以得到表示待补偿的模拟信号量的第二数字信号；一数模转换模块814，连接至所述补偿模块812的输出端，接收所述第二数字信号并将其转换成第三模拟信号；一运算放大电路816，连接至模拟传感器的应变片桥路106的输出端以及所述数模转换模块814的输出端，接收所述第一模拟信号以及所述第三模拟信号以叠加生成所述第二模拟信号；以及一传输模块816，连接在所述诊断模块804的输出端和数字输出端口 118之间，用于传输所述诊断状态数据。图8的其他部件及功能均与图7对应和类似，在此不予赘述。
[0037]图9是根据本实用新型的一实施例的模拟传感器的示意图。图9所示的模拟传感器900与图7所示的模拟传感器700的区别在于，图9所示的信号处理及输出电路910不同于图7所不的信号处理及输出电路710。具体而言,信号处理及输出电路910包括:一补偿模块912，连接至所述模数转换模块908的输出端，对所述第一数字信号进行补偿以得到待补偿的模拟信号量；一脉宽调制模块914，连接至所述补偿模块912的输出端，用方波对待补偿的模拟信号量进行脉宽调制以得到第四模拟信号；一加法电路916，连接至模拟传感器的应变片桥路106的输出端以及所述脉宽调制模块914的输出端，接收所述第一模拟信号以及所述第四模拟信号以叠加生成所述第二模拟信号；以及一传输模块916，连接在所述诊断模块904的输出端和数字输出端口 118之间，用于传输所述诊断状态数据。图9的其他部件及功能均与图7对应和类似，在此不予赘述。
[0038]本领域技术人员可显见，可对本实用新型的上述示例性实施例进行各种修改和变型而不偏离本实用新型的精神和范围。因此，旨在使本实用新型覆盖落在所附权利要求书及其等效技术方案范围内的对本实用新型的修改和变型。
【权利要求】
1.一种模拟传感器,包括: 一弹性体(102)，所述弹性体根据所述模拟传感器感测到的压力而发生形变； 一应变片(104)，所述应变片连接到所述弹性体并且根据所述形变而产生电阻值的变化； 一应变片桥路(106 )，所述应变片桥路连接到所述应变片，传送所述电阻值的变化以输出第一模拟信号； 一模数转换模块(108)，连接至模拟传感器的应变片桥路的输出端，接收来自所述应变片桥路的第一模拟信号，并且将所述第一模拟信号转换成第一数字信号，其中，所述第一模拟信号是表示重量的模拟信号； 一模拟输出端口(116),输出第二模拟信号， 其特征在于， 所述模拟传感器还包括一信号处理及输出电路(110)，连接在所述模数转换模块(108)的输出端和所述模拟输出端口(116)之间，对所述第一数字信号进行补偿并将其转换成所述第二模拟信号。
2.如权利要求1所述的模拟传感器，其特征在于，所述信号处理及输出电路(110)包括: 一补偿模块(212)，连接至所述模数转换模块(108)的输出端，对所述第一数字信号进行补偿以得到经补偿的第一数字信号；以及 一数模转换模块(214)，连接至所述补偿模块(212)的输出端，接收所述经补偿的第一数字信号并将其转换成所述第二模拟信号。
3.如权利要求1所述的模拟传感器，其特征在于，所述信号处理及输出电路(110)包括: 一补偿模块(312)，连接至所述模数转换模块(108)的输出端，对所述第一数字信号进行补偿以得到表示待补偿的模拟信号量的第二数字信号； 一数模转换模块(314)，连接至所述补偿模块(312)的输出端，接收所述第二数字信号并将其转换成第三模拟信号；以及 一运算放大电路(316)，连接至模拟传感器的应变片桥路(106)的输出端以及所述数模转换模块(314)的输出端，接收所述第一模拟信号以及所述第三模拟信号以叠加生成所述第二模拟信号。
4.如权利要求1所述的模拟传感器，其特征在于，所述信号处理及输出电路(110)包括: 一补偿模块(412)，连接至所述模数转换模块(108)的输出端，对所述第一数字信号进行补偿以得到待补偿的模拟信号量； 一脉宽调制模块(414)，连接至所述补偿模块(412)的输出端，用方波对待补偿的模拟信号量进行脉宽调制以得到第四模拟信号；以及 一加法电路(416)，连接至模拟传感器的应变片桥路(106)的输出端以及所述脉宽调制模块(414)的输出端，接收所述第一模拟信号以及所述第四模拟信号以叠加生成所述第二模拟信号。
5.如权利要求1一 4的任一项所述的模拟传感器，其特征在于，所述模拟传感器还包括一温度传感器(502)，所述温度传感器(502)的输出端连接至所述模数转换模块(508)的一输入端，所述温度传感器(502)采集表示温度的模拟信号并且输出至所述模数转换模块(508)的输入端， 其中，所述表示温度的模拟信号和所述第一模拟信号一起被转换成所述第一数字信号。
6.如权利要求1一 4的任一项所述的模拟传感器，其特征在于，所述模拟传感器还包括一诊断模块(604)，所述诊断模块(604)连接在所述模数转换模块(108)的一输出端和所述信号处理及输出电路(610)的一输入端之间，分析所述第一模拟信号以得到表不所述模拟传感器的工作状态的诊断状态数据并将所述诊断状态数据传送至所述信号处理及输出电路(610)。
7.如权利要求1一 4的任一项所述的模拟传感器，其特征在于，所述模拟传感器还包括: 一温度传感器(702 )，所述温度传感器(702 )的输出端连接至所述模数转换模块(708 )的一输入端，所述温度传感器(702)采集表示温度的模拟信号并且输出至所述模数转换模块(708)的输入端，所述表示温度的模拟信号和所述第一模拟信号一起被转换成所述第一数字信号；以及 一诊断模块(704)，所述诊断模块(704)连接在所述模数转换模块(708)的一输出端和所述信号处理及输出电路 (710)的一输入端之间，分析所述第一模拟信号以得到表示所述模拟传感器的工作状态的诊断状态数据并将所述诊断状态数据传送至所述信号处理及输出电路(710)。
8.如权利要求6所述的模拟传感器，其特征在于，所述模拟传感器还包括一数字输出端口( 118),所述信号处理及输出电路(610)还包括一传输模块(616),所述传输模块(616)连接在所述诊断模块(604)的输出端和所述数字输出端口(118)之间，用于传输所述诊断状态数据。
9.如权利要求7所述的模拟传感器，其特征在于，所述模拟传感器还包括一数字输出端口(118)，所述信号处理及输出电路(710、810、910)还包括一传输模块(716、816、916)，所述传输模块(716、816、916)连接在所述诊断模块(704、804、904)的输出端和所述数字输出端口( 118 )之间，用于传输所述诊断状态数据。
【文档编号】G01G3/18GK203551059SQ201320685865
【公开日】2014年4月16日 申请日期:2013年11月1日 优先权日:2013年11月1日
【发明者】戴 峰, 雷伯·丹尼尔, 埃默里·吉恩-克里斯多夫 申请人:梅特勒-托利多(常州)精密仪器有限公司, 梅特勒-托利多(常州)测量技术有限公司, 梅特勒-托利多(常州)称重设备系统有限公司