具有故障检测的电阻应变式数字称重传感器的制作方法

本发明涉及一种数字称重传感器，尤其是一种具有故障检测的电阻应变式数字称重传感器，属于称重传感器的技术领域。

背景技术：

目前，电阻应变片式称重传感器采用的测量电路绝大多说都是惠斯通全桥等臂电路。当称重传感器受到压力时，部分应变片电阻变大，其余部分应变片电阻变小，通过惠斯通全桥等臂电路把电阻变化转化为电压变化，通过对输出电压进行处理得到压力大小，也就是称重重物的大小。由于惠斯通全桥等臂电路只有一路输出，当称重传感器出现质量问题(比如应变片脱落等)仅仅通过传感器的数据无法对传感器的工作状态进行判断。

技术实现要素：

本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种具有故障检测的电阻应变式数字称重传感器，其结构紧凑，不仅能实现所需的重量测量，还能实时检测称重传感器是否出现故障，安全可靠。

按照本发明提供的技术方案，所述具有故障检测的电阻应变式数字称重传感器，包括用于感应应变量的测量电路，所述测量电路采用惠斯通全桥等臂电路，所述惠斯通全桥等臂电路上设置第一输入引线、第二输入引线、第一输出引线以及第二输出引线，通过第一输出引线、第二输出引线能得到全桥等臂输出电压uo；还包括用于信号处理的称重处理器，所述称重处理器通过第一输出引线与第二输入引线得到桥臂输出电压uo1；

称重处理器对全桥等臂输出电压uo以及桥臂输出电压uo1均进行一阶微分，并利用全桥等臂输出电压uo的一阶微分、桥臂输出电压uo1的一阶微分的大小关系进行故障检测判断。

称重处理器进行故障判断时，判断过程包括确定全桥等臂输出电压uo一阶微分与桥臂输出电压uo1一阶微分的比值，若所述比值与称重处理器内的故障判断阈值匹配时，则称重处理器判断测量电路无故障，否则，判定测量电路存在故障。

所述惠斯通全桥等臂电路通过滤波网络以及adc电路与称重处理器连接，惠斯通全桥等臂电路上的第一输出引线、第二输出引线以及第二输入引线均与滤波网络连接，惠斯通全桥等臂电路上的第一输入引线、第二输入引线还与电源模块连接，电源模块还与adc电路的电源端以及称重处理器的电源端连接。

所述惠斯通全桥等臂电路包括阻值相同的电阻r1、电阻r2、电阻r3以及电阻r4，电阻r1、电阻r2、电阻r3以及电阻r4依次相互连接，第一输入引线的一端与电阻r1的一端以及电阻r4一端连接，第二输入引线的一端与电阻r2的一端以及电阻r3的一端连接，第一输出引线的一端与电阻r1的另一端以及电阻r2的另一端连接，第二输出引线的一端与电阻r3的另一端以及电阻r4的另一端连接；

滤波网络包括电容c1、电容c2、电容c3以及电容c4；电容c1的一端以及电容c2的一端均与第一输出引线的另一端连接，第二输出引线的另一端与电容c3的一端以及电容c4的另一端连接；电容c1的另一端、电容c2的另一端、电容c3的另一端以及电容c4的另一端相互连接后与第二输入引线连接。

所述称重处理器上连接有存储单元以及用于数据传输的数据传输模块。

所述数据传输模块包括rs485接口电路。

本发明的优点：称重处理器对全桥等臂输出电压uo以及桥臂输出电压uo1均进行一阶微分，并利用全桥等臂输出电压uo的一阶微分、桥臂输出电压uo1的一阶微分的大小关系进行故障检测判断，不仅能实现所需的重量测量，还能实时检测称重传感器是否出现故障，安全可靠。

附图说明

图1为本发明惠斯通全桥等臂电路的原理图。

图2为本发明的结构框图。

附图标记说明：1-第一输入引线、2-第二输入引线、3-第一输出引线、4-第二输出引线、5-第三输出引线、6-滤波网络、7-adc电路、8-称重处理器、9-存储单元、10-数据传输模块、11-电源模块以及12-惠斯通全桥等臂电路。

具体实施方式

下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示：为了能实时检测称重传感器是否出现故障，本发明包括用于感应应变量的测量电路，所述测量电路采用惠斯通全桥等臂电路12，所述惠斯通全桥等臂电路12上设置第一输入引线1、第二输入引线2、第一输出引线3以及第二输出引线4，通过第一输出引线3、第二输出引线4能得到全桥等臂输出电压uo；还包括用于信号处理的称重处理器8，所述称重处理器8通过第一输出引线3与第二输入引线2得到桥臂输出电压uo1；

称重处理器8对全桥等臂输出电压uo以及桥臂输出电压uo1均进行一阶微分，并利用全桥等臂输出电压uo的一阶微分、桥臂输出电压uo1的一阶微分的大小关系进行故障检测判断。

具体地，称重处理器8可以采用常用的微处理芯片，如单片机等，具体可以根据需要进行选择，此处不再一一列举。测量电路通过惠斯通全桥等臂电路12能进行所需的应变式测量，一般地，通过第一输入引线1、第二输入引线2与外部的电压连接，根据第一输出引线3、第二输出引线4的全桥等臂输出电压uo，称重处理器8能确定相应的称重重量，称重处理器8根据全桥等臂输出电压uo确定称重重量的过程为本技术领域人员所熟知，此处不再赘述。

为了能对故障进行检测，还通过第一输出引线3与第二输入引线2得到桥臂输出电压uo1，称重处理器8对全桥等臂输出电压uo以及桥臂输出电压uo1均进行一阶微分，并利用全桥等臂输出电压uo的一阶微分、桥臂输出电压uo1的一阶微分的大小关系进行故障检测判断；称重处理器8对全桥等臂输出电压uo、桥臂输出电压uo1进行一阶微分的具体过程为本技术领域人员所熟知，此处不再赘述。进行故障检测判断时，具体地：

称重处理器8进行故障判断时，判断过程包括确定全桥等臂输出电压uo一阶微分与桥臂输出电压uo1一阶微分的比值，若所述比值与称重处理器8内的故障判断阈值匹配时，则称重处理器8判断测量电路无故障，否则，判定测量电路存在故障。

本发明实施例中，故障判断阈值一般为区间范围，比值与称重处理器8内故障判断阈值匹配，具体是指比值在故障判断阈值的范围内。当然，在具体实施时，还可以将全桥等臂输出电压uo的一阶微分与桥臂输出电压uo1的一阶微分作差，并根据差值的结果与对应的故障判断阈值进行比较，具体比较的方式可以根据需要进行选择确定，此处不再赘述。

如图2所示，所述惠斯通全桥等臂电路12通过滤波网络6以及adc电路7与称重处理器8连接，惠斯通全桥等臂电路12上的第一输出引线3、第二输出引线4以及第二输入引线2均与滤波网络6连接，惠斯通全桥等臂电路12上的第一输入引线1、第二输入引线2还与电源模块11连接，电源模块11还与adc电路7的电源端以及称重处理器8的电源端连接。

具体实施时，所述惠斯通全桥等臂电路12包括阻值相同的电阻r1、电阻r2、电阻r3以及电阻r4，电阻r1、电阻r2、电阻r3以及电阻r4依次相互连接，第一输入引线1的一端与电阻r1的一端以及电阻r4一端连接，第二输入引线2的一端与电阻r2的一端以及电阻r3的一端连接，第一输出引线3的一端与电阻r1的另一端以及电阻r2的另一端连接，第二输出引线4的一端与电阻r3的另一端以及电阻r4的另一端连接；

滤波网络6包括电容c1、电容c2、电容c3以及电容c4；电容c1的一端以及电容c2的一端均与第一输出引线3的另一端连接，第二输出引线4的另一端与电容c3的一端以及电容c4的另一端连接；电容c1的另一端、电容c2的另一端、电容c3的另一端以及电容c4的另一端相互连接后与第二输入引线2连接。

本发明实施例中，第一输出引线3的另一端、第二输出引线4的另一端以及第二输入引线2均与adc电路7连接。adc电路7可以采用本技术领域常用的结构形式，电源模块11提供整个称重传感器所需的工作电压。电阻r1、电阻r2、电阻r3以及电阻r4依次连接时，电阻r1的两端分别与电阻r2以及电阻r4连接，电阻r2的两端分别与电阻r1以及电阻r3连接，电阻r3的两端分别与电阻r2以及电阻r4连接，具体构成惠斯通全桥等臂电路12的连接形式为本技术领域人员所熟知，此处不再赘述。

具体地工作时，当测量电路受到一定压力时，惠斯通全桥等臂电路12通过第一输出引线3与第二输出引线4输出全桥等臂输出电压uo，具体为：

惠斯通全桥等臂电路12通过第一输出引线3与第二输入引线5得到桥臂输出电压uo1，具体为：

上述公式中，ui为电源模块11加载于第一输入引线1以及第二输入引线3上的电压，δr是当惠斯通全桥等臂电路12受到压力时每个电阻的变化量，r是电阻r1、电阻r2、电阻r3以及电阻r4的阻值。

由于惠斯通全桥等臂电路12的受力部分是弹性体，弹性体的结构不会发生突变，所以可以计算出全桥等臂输出电压uo和桥臂输出电压uo1的一阶微分

结合式(3)和式(4)，可以得出

综上，当称重传感器一切正常时，全桥等臂输出电压uo的一阶微分是桥臂输出电压uo1一阶微分的2倍，而称重传感器发生故障时，这种关系不在适用，根据这个原理对称重传感器进行故障检测。

因此，当采用全桥等臂输出电压uo的一阶微分与桥臂输出电压uo1的一阶微分的比值时，称重处理器8内的故障判断阈值为以数值2为中心的范围，当对全桥等臂输出电压uo的一阶微分与桥臂输出电压uo1的一阶微分的其他方式进行比较时，能对应确定故障判断阈值的范围。

具体实施时，还可以设置第三输出引线5，第三输出引线5与第二输入引线2连接，此时，通过第二输出引线4与第三输出引线5能得到桥臂输出电压uo2，即可以利用全桥等臂输出电压uo的一阶微分与桥臂输出电压uo2的一阶微分进行上述的判断；当然，还可以利用第一输出引线3与第一输入引线1，或利用第二输出引线4与第一输入引线1到对应的桥臂输出电压，进而重复上述的计算判断过程，具体可以根据需要进行选择，此处不再赘述。

进一步地，所述称重处理器8上连接有存储单元9以及用于数据传输的数据传输模块10。

本发明实施例中，存储单元9可以采用常用存储形式，如ram等，所述数据传输模块10包括rs485接口电路，数据传输电路10还可以采用rs232、蓝牙等形式。称重处理器8可以将全桥等臂输出电压uo、以及相关的故障信息进行存储，以便后续的追溯。

本发明称重处理器8对全桥等臂输出电压uo以及桥臂输出电压uo1均进行一阶微分，并利用全桥等臂输出电压uo的一阶微分、桥臂输出电压uo1的一阶微分的大小关系进行故障检测判断，不仅能实现所需的重量测量，还能实时检测称重传感器是否出现故障，安全可靠。