呂一飛++張新娜+葛俊杰

摘 要：由于動態(tài)稱重過程現(xiàn)場干擾因素復(fù)雜，設(shè)計滿足稱量準確性和實時性要求的在線標定系統(tǒng)，成為動態(tài)稱重儀能夠長期有效應(yīng)用的必要條件。該文在分析動態(tài)稱重現(xiàn)場環(huán)境的基礎(chǔ)上，闡述了動態(tài)稱重數(shù)據(jù)處理方法和計算原理，以及基于可視化界面的標定軟件的設(shè)計方案。通過標定分析和測量應(yīng)用，證明了標定系統(tǒng)設(shè)計的有效性。

關(guān)鍵詞：動態(tài)稱重 數(shù)據(jù)處理 在線標定

中圖分類號：TP274 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）06（c）-0232-02

隨著現(xiàn)代科技飛速發(fā)展及生產(chǎn)質(zhì)量要求的提高，“定時取出，分別稱量”的“人工抽查”方法逐漸被100%在線檢測的方式替代。因為制藥、食品加工生產(chǎn)線現(xiàn)場存在各因素使得小量程動態(tài)稱重儀的精度和穩(wěn)定性受到很大影響，故需要定期進行標定。動態(tài)稱重儀離線送檢過程頻繁拆裝給測量系統(tǒng)再次帶來不穩(wěn)定因素，我們研究開發(fā)了動態(tài)稱重儀在線標定系統(tǒng)，實現(xiàn)了樣品重量自動讀取和記錄、動態(tài)信號濾波處理、標定靈敏度計算，以及和精密電子秤同步比較驗證等標定功能。該文主要討論在線標定系統(tǒng)的算法原理和軟件設(shè)計方法。

1 動態(tài)稱重數(shù)據(jù)處理方法

動態(tài)稱重儀是在產(chǎn)品連續(xù)傳送過程中進行在線稱重，直接測量到的信號數(shù)據(jù)表現(xiàn)為一個類梯形波的動態(tài)過程信號。而且由于現(xiàn)場送料和分選裝置產(chǎn)生的機械振動，以及測量系統(tǒng)電源波動和電氣噪聲影響，這個過程信號常帶有多個頻率的干擾信號。在對整機系統(tǒng)測量信號頻譜分析的基礎(chǔ)上，本軟件采用整周期移動平均方法進行濾波處理，其實現(xiàn)方法是： 設(shè)整個動態(tài)稱重信號數(shù)據(jù)長L，每次取N個采樣值看成一個隊列，進行算術(shù)平均運算；再取一個新數(shù)據(jù)放入隊尾，并扔掉原來隊首的數(shù)據(jù)，把新的隊列進行平均濾波，就可獲得新的濾波結(jié)果。N值可根據(jù)周期干擾的頻率成分來選擇。

設(shè)重量信號測量電壓為數(shù)組X（i），取N=126時，則第1個濾波數(shù)據(jù)U1等于X（1）～X（126）的平均值，第2個濾波數(shù)據(jù)U2等于X（2）～X（127）的平均值，依此類推，可以得到一組濾波數(shù)據(jù)Ux（i）。取濾波信號的Ux（i）最小值即為有效測量電壓值U。存在零位偏移的測量系統(tǒng)線性標度變換公式。

k = （U-U0）/ Wb

式中，Wb為樣品（砝碼或替代品）標準重量；U為測量x對應(yīng)的穩(wěn)態(tài)電壓量；U0電壓量零位偏移；k為系統(tǒng)測量靈敏度。重量測量時，產(chǎn)品未傳送到稱重托盤前的數(shù)據(jù)就是零位偏移的測量值，取濾波數(shù)據(jù)最初的數(shù)百點進行平均，即可得到動態(tài)零位電壓U0。實際上在線檢重系統(tǒng)測量特性存在明顯的非線性，需要進行校正處理以進一步提高測量精度。本軟件采用分段線性插值法進行非線性校正。

2 軟件系統(tǒng)設(shè)計

測量系統(tǒng)采用以PCI-9111多功能采集卡進行數(shù)據(jù)采集，軟件開發(fā)采用C++ Builder6.0可視化集成環(huán)境。在線標定軟件系統(tǒng)分為圖1所示四個模塊：①靜態(tài)標重實現(xiàn)樣品編號、標準重量和量級的錄入、編輯、存儲功能；②動態(tài)標定實現(xiàn)對樣品動態(tài)重量信號的采集、濾波處理，以及有效測量電壓、零位偏移和標定靈敏度計算存儲，③測量驗證模塊采集待測產(chǎn)品動態(tài)重量信號并進行稱重計算，以及與電子秤測量值進行比較，計算出標準差；④標定分析模塊對量程范圍內(nèi)各個量級的靈敏度新舊數(shù)據(jù)進行比較，結(jié)合測量驗證數(shù)據(jù)分析，確定標定數(shù)據(jù)是否合理，合理部分數(shù)據(jù)存儲，不合理部分則再次進行標定，如需要還可對干擾信號頻率重新分析，并更新濾波參數(shù)。軟件設(shè)計中采用C++ Builder操作Access數(shù)據(jù)庫的2個表，標定數(shù)據(jù)表和測量數(shù)據(jù)表，分別存儲標定數(shù)據(jù)和驗證數(shù)據(jù)，便于用戶對標定過程量值傳遞和溯源進行分析評估。

3 系統(tǒng)應(yīng)用分析

實際測試分主要兩步：動態(tài)標定和測量驗證。動態(tài)標定時要分兩種方式采集數(shù)據(jù)：按照重量逐步增加的方式和逐步減少的方式，分別采集各量級樣品的動態(tài)信號，同一樣品的兩個動態(tài)重量信號電壓數(shù)據(jù)分別進行濾波處理、求有效測量電壓、除皮后得到穩(wěn)態(tài)電壓，再取其平均值，作為標定靈敏計算的有效電壓值，這樣可以去除重量往復(fù)變化過程傳感器特性可能存在的回程誤差。

測試中采用砝碼替代品作為樣品，50.65 g動態(tài)重量信號濾波前后波形見圖2，濾波前信號為帶很大噪聲干擾的波形，濾波后得到表示信號趨勢的類梯形曲線。7個量級的樣品標定數(shù)據(jù)見表1。

測量驗證時可選擇重量在有效量程40～200 g中的任一質(zhì)量的物品，通過傳送帶通過動態(tài)稱重儀，稱重儀根據(jù)標定靈敏度進行線性插值得到測量靈敏度，計算出物品的測量重量值，經(jīng)精密電子秤比較驗證，標定后動態(tài)稱重儀測量標準差<4.5%，達到預(yù)期設(shè)計目標。

4 結(jié)語

本文在對動態(tài)稱重儀工作環(huán)境分析的基礎(chǔ)上，介紹了動態(tài)稱重數(shù)據(jù)處理方法和計算原理，以及動態(tài)檢重儀標定軟件的設(shè)計方案，并通過標定分析和測量驗證，證明了標定系統(tǒng)設(shè)計的有效性。該軟件系統(tǒng)具有界面友好、算法簡單有效、處理速度快、數(shù)據(jù)查詢和分析評估便捷的優(yōu)點，符合標定需要。

參考文獻

[1] 毛建東.動態(tài)稱重系統(tǒng)的動態(tài)補償和校正[J].食品與機械，2006（2）：84-86.

[2] 張新娜，王棟.工業(yè)系統(tǒng)分析與技術(shù)實踐[M].北京：中國計量出版社，2010.

[3] 劉九卿.應(yīng)變式稱重傳感器的動態(tài)特性[J].衡器，2008（1）：6-12.endprint

摘 要：由于動態(tài)稱重過程現(xiàn)場干擾因素復(fù)雜，設(shè)計滿足稱量準確性和實時性要求的在線標定系統(tǒng)，成為動態(tài)稱重儀能夠長期有效應(yīng)用的必要條件。該文在分析動態(tài)稱重現(xiàn)場環(huán)境的基礎(chǔ)上，闡述了動態(tài)稱重數(shù)據(jù)處理方法和計算原理，以及基于可視化界面的標定軟件的設(shè)計方案。通過標定分析和測量應(yīng)用，證明了標定系統(tǒng)設(shè)計的有效性。

關(guān)鍵詞：動態(tài)稱重 數(shù)據(jù)處理 在線標定

中圖分類號：TP274 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）06（c）-0232-02

隨著現(xiàn)代科技飛速發(fā)展及生產(chǎn)質(zhì)量要求的提高，“定時取出，分別稱量”的“人工抽查”方法逐漸被100%在線檢測的方式替代。因為制藥、食品加工生產(chǎn)線現(xiàn)場存在各因素使得小量程動態(tài)稱重儀的精度和穩(wěn)定性受到很大影響，故需要定期進行標定。動態(tài)稱重儀離線送檢過程頻繁拆裝給測量系統(tǒng)再次帶來不穩(wěn)定因素，我們研究開發(fā)了動態(tài)稱重儀在線標定系統(tǒng)，實現(xiàn)了樣品重量自動讀取和記錄、動態(tài)信號濾波處理、標定靈敏度計算，以及和精密電子秤同步比較驗證等標定功能。該文主要討論在線標定系統(tǒng)的算法原理和軟件設(shè)計方法。

1 動態(tài)稱重數(shù)據(jù)處理方法

動態(tài)稱重儀是在產(chǎn)品連續(xù)傳送過程中進行在線稱重，直接測量到的信號數(shù)據(jù)表現(xiàn)為一個類梯形波的動態(tài)過程信號。而且由于現(xiàn)場送料和分選裝置產(chǎn)生的機械振動，以及測量系統(tǒng)電源波動和電氣噪聲影響，這個過程信號常帶有多個頻率的干擾信號。在對整機系統(tǒng)測量信號頻譜分析的基礎(chǔ)上，本軟件采用整周期移動平均方法進行濾波處理，其實現(xiàn)方法是： 設(shè)整個動態(tài)稱重信號數(shù)據(jù)長L，每次取N個采樣值看成一個隊列，進行算術(shù)平均運算；再取一個新數(shù)據(jù)放入隊尾，并扔掉原來隊首的數(shù)據(jù)，把新的隊列進行平均濾波，就可獲得新的濾波結(jié)果。N值可根據(jù)周期干擾的頻率成分來選擇。

設(shè)重量信號測量電壓為數(shù)組X（i），取N=126時，則第1個濾波數(shù)據(jù)U1等于X（1）～X（126）的平均值，第2個濾波數(shù)據(jù)U2等于X（2）～X（127）的平均值，依此類推，可以得到一組濾波數(shù)據(jù)Ux（i）。取濾波信號的Ux（i）最小值即為有效測量電壓值U。存在零位偏移的測量系統(tǒng)線性標度變換公式。

k = （U-U0）/ Wb

式中，Wb為樣品（砝碼或替代品）標準重量；U為測量x對應(yīng)的穩(wěn)態(tài)電壓量；U0電壓量零位偏移；k為系統(tǒng)測量靈敏度。重量測量時，產(chǎn)品未傳送到稱重托盤前的數(shù)據(jù)就是零位偏移的測量值，取濾波數(shù)據(jù)最初的數(shù)百點進行平均，即可得到動態(tài)零位電壓U0。實際上在線檢重系統(tǒng)測量特性存在明顯的非線性，需要進行校正處理以進一步提高測量精度。本軟件采用分段線性插值法進行非線性校正。

2 軟件系統(tǒng)設(shè)計

測量系統(tǒng)采用以PCI-9111多功能采集卡進行數(shù)據(jù)采集，軟件開發(fā)采用C++ Builder6.0可視化集成環(huán)境。在線標定軟件系統(tǒng)分為圖1所示四個模塊：①靜態(tài)標重實現(xiàn)樣品編號、標準重量和量級的錄入、編輯、存儲功能；②動態(tài)標定實現(xiàn)對樣品動態(tài)重量信號的采集、濾波處理，以及有效測量電壓、零位偏移和標定靈敏度計算存儲，③測量驗證模塊采集待測產(chǎn)品動態(tài)重量信號并進行稱重計算，以及與電子秤測量值進行比較，計算出標準差；④標定分析模塊對量程范圍內(nèi)各個量級的靈敏度新舊數(shù)據(jù)進行比較，結(jié)合測量驗證數(shù)據(jù)分析，確定標定數(shù)據(jù)是否合理，合理部分數(shù)據(jù)存儲，不合理部分則再次進行標定，如需要還可對干擾信號頻率重新分析，并更新濾波參數(shù)。軟件設(shè)計中采用C++ Builder操作Access數(shù)據(jù)庫的2個表，標定數(shù)據(jù)表和測量數(shù)據(jù)表，分別存儲標定數(shù)據(jù)和驗證數(shù)據(jù)，便于用戶對標定過程量值傳遞和溯源進行分析評估。

3 系統(tǒng)應(yīng)用分析

實際測試分主要兩步：動態(tài)標定和測量驗證。動態(tài)標定時要分兩種方式采集數(shù)據(jù)：按照重量逐步增加的方式和逐步減少的方式，分別采集各量級樣品的動態(tài)信號，同一樣品的兩個動態(tài)重量信號電壓數(shù)據(jù)分別進行濾波處理、求有效測量電壓、除皮后得到穩(wěn)態(tài)電壓，再取其平均值，作為標定靈敏計算的有效電壓值，這樣可以去除重量往復(fù)變化過程傳感器特性可能存在的回程誤差。

測試中采用砝碼替代品作為樣品，50.65 g動態(tài)重量信號濾波前后波形見圖2，濾波前信號為帶很大噪聲干擾的波形，濾波后得到表示信號趨勢的類梯形曲線。7個量級的樣品標定數(shù)據(jù)見表1。

測量驗證時可選擇重量在有效量程40～200 g中的任一質(zhì)量的物品，通過傳送帶通過動態(tài)稱重儀，稱重儀根據(jù)標定靈敏度進行線性插值得到測量靈敏度，計算出物品的測量重量值，經(jīng)精密電子秤比較驗證，標定后動態(tài)稱重儀測量標準差<4.5%，達到預(yù)期設(shè)計目標。

4 結(jié)語

本文在對動態(tài)稱重儀工作環(huán)境分析的基礎(chǔ)上，介紹了動態(tài)稱重數(shù)據(jù)處理方法和計算原理，以及動態(tài)檢重儀標定軟件的設(shè)計方案，并通過標定分析和測量驗證，證明了標定系統(tǒng)設(shè)計的有效性。該軟件系統(tǒng)具有界面友好、算法簡單有效、處理速度快、數(shù)據(jù)查詢和分析評估便捷的優(yōu)點，符合標定需要。

參考文獻

[1] 毛建東.動態(tài)稱重系統(tǒng)的動態(tài)補償和校正[J].食品與機械，2006（2）：84-86.

[2] 張新娜，王棟.工業(yè)系統(tǒng)分析與技術(shù)實踐[M].北京：中國計量出版社，2010.

[3] 劉九卿.應(yīng)變式稱重傳感器的動態(tài)特性[J].衡器，2008（1）：6-12.endprint

摘 要：由于動態(tài)稱重過程現(xiàn)場干擾因素復(fù)雜，設(shè)計滿足稱量準確性和實時性要求的在線標定系統(tǒng)，成為動態(tài)稱重儀能夠長期有效應(yīng)用的必要條件。該文在分析動態(tài)稱重現(xiàn)場環(huán)境的基礎(chǔ)上，闡述了動態(tài)稱重數(shù)據(jù)處理方法和計算原理，以及基于可視化界面的標定軟件的設(shè)計方案。通過標定分析和測量應(yīng)用，證明了標定系統(tǒng)設(shè)計的有效性。

關(guān)鍵詞：動態(tài)稱重 數(shù)據(jù)處理 在線標定

中圖分類號：TP274 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）06（c）-0232-02

隨著現(xiàn)代科技飛速發(fā)展及生產(chǎn)質(zhì)量要求的提高，“定時取出，分別稱量”的“人工抽查”方法逐漸被100%在線檢測的方式替代。因為制藥、食品加工生產(chǎn)線現(xiàn)場存在各因素使得小量程動態(tài)稱重儀的精度和穩(wěn)定性受到很大影響，故需要定期進行標定。動態(tài)稱重儀離線送檢過程頻繁拆裝給測量系統(tǒng)再次帶來不穩(wěn)定因素，我們研究開發(fā)了動態(tài)稱重儀在線標定系統(tǒng)，實現(xiàn)了樣品重量自動讀取和記錄、動態(tài)信號濾波處理、標定靈敏度計算，以及和精密電子秤同步比較驗證等標定功能。該文主要討論在線標定系統(tǒng)的算法原理和軟件設(shè)計方法。

1 動態(tài)稱重數(shù)據(jù)處理方法

動態(tài)稱重儀是在產(chǎn)品連續(xù)傳送過程中進行在線稱重，直接測量到的信號數(shù)據(jù)表現(xiàn)為一個類梯形波的動態(tài)過程信號。而且由于現(xiàn)場送料和分選裝置產(chǎn)生的機械振動，以及測量系統(tǒng)電源波動和電氣噪聲影響，這個過程信號常帶有多個頻率的干擾信號。在對整機系統(tǒng)測量信號頻譜分析的基礎(chǔ)上，本軟件采用整周期移動平均方法進行濾波處理，其實現(xiàn)方法是： 設(shè)整個動態(tài)稱重信號數(shù)據(jù)長L，每次取N個采樣值看成一個隊列，進行算術(shù)平均運算；再取一個新數(shù)據(jù)放入隊尾，并扔掉原來隊首的數(shù)據(jù)，把新的隊列進行平均濾波，就可獲得新的濾波結(jié)果。N值可根據(jù)周期干擾的頻率成分來選擇。

設(shè)重量信號測量電壓為數(shù)組X（i），取N=126時，則第1個濾波數(shù)據(jù)U1等于X（1）～X（126）的平均值，第2個濾波數(shù)據(jù)U2等于X（2）～X（127）的平均值，依此類推，可以得到一組濾波數(shù)據(jù)Ux（i）。取濾波信號的Ux（i）最小值即為有效測量電壓值U。存在零位偏移的測量系統(tǒng)線性標度變換公式。

k = （U-U0）/ Wb

式中，Wb為樣品（砝碼或替代品）標準重量；U為測量x對應(yīng)的穩(wěn)態(tài)電壓量；U0電壓量零位偏移；k為系統(tǒng)測量靈敏度。重量測量時，產(chǎn)品未傳送到稱重托盤前的數(shù)據(jù)就是零位偏移的測量值，取濾波數(shù)據(jù)最初的數(shù)百點進行平均，即可得到動態(tài)零位電壓U0。實際上在線檢重系統(tǒng)測量特性存在明顯的非線性，需要進行校正處理以進一步提高測量精度。本軟件采用分段線性插值法進行非線性校正。

2 軟件系統(tǒng)設(shè)計

測量系統(tǒng)采用以PCI-9111多功能采集卡進行數(shù)據(jù)采集，軟件開發(fā)采用C++ Builder6.0可視化集成環(huán)境。在線標定軟件系統(tǒng)分為圖1所示四個模塊：①靜態(tài)標重實現(xiàn)樣品編號、標準重量和量級的錄入、編輯、存儲功能；②動態(tài)標定實現(xiàn)對樣品動態(tài)重量信號的采集、濾波處理，以及有效測量電壓、零位偏移和標定靈敏度計算存儲，③測量驗證模塊采集待測產(chǎn)品動態(tài)重量信號并進行稱重計算，以及與電子秤測量值進行比較，計算出標準差；④標定分析模塊對量程范圍內(nèi)各個量級的靈敏度新舊數(shù)據(jù)進行比較，結(jié)合測量驗證數(shù)據(jù)分析，確定標定數(shù)據(jù)是否合理，合理部分數(shù)據(jù)存儲，不合理部分則再次進行標定，如需要還可對干擾信號頻率重新分析，并更新濾波參數(shù)。軟件設(shè)計中采用C++ Builder操作Access數(shù)據(jù)庫的2個表，標定數(shù)據(jù)表和測量數(shù)據(jù)表，分別存儲標定數(shù)據(jù)和驗證數(shù)據(jù)，便于用戶對標定過程量值傳遞和溯源進行分析評估。

3 系統(tǒng)應(yīng)用分析

實際測試分主要兩步：動態(tài)標定和測量驗證。動態(tài)標定時要分兩種方式采集數(shù)據(jù)：按照重量逐步增加的方式和逐步減少的方式，分別采集各量級樣品的動態(tài)信號，同一樣品的兩個動態(tài)重量信號電壓數(shù)據(jù)分別進行濾波處理、求有效測量電壓、除皮后得到穩(wěn)態(tài)電壓，再取其平均值，作為標定靈敏計算的有效電壓值，這樣可以去除重量往復(fù)變化過程傳感器特性可能存在的回程誤差。

測試中采用砝碼替代品作為樣品，50.65 g動態(tài)重量信號濾波前后波形見圖2，濾波前信號為帶很大噪聲干擾的波形，濾波后得到表示信號趨勢的類梯形曲線。7個量級的樣品標定數(shù)據(jù)見表1。

測量驗證時可選擇重量在有效量程40～200 g中的任一質(zhì)量的物品，通過傳送帶通過動態(tài)稱重儀，稱重儀根據(jù)標定靈敏度進行線性插值得到測量靈敏度，計算出物品的測量重量值，經(jīng)精密電子秤比較驗證，標定后動態(tài)稱重儀測量標準差<4.5%，達到預(yù)期設(shè)計目標。

4 結(jié)語

本文在對動態(tài)稱重儀工作環(huán)境分析的基礎(chǔ)上，介紹了動態(tài)稱重數(shù)據(jù)處理方法和計算原理，以及動態(tài)檢重儀標定軟件的設(shè)計方案，并通過標定分析和測量驗證，證明了標定系統(tǒng)設(shè)計的有效性。該軟件系統(tǒng)具有界面友好、算法簡單有效、處理速度快、數(shù)據(jù)查詢和分析評估便捷的優(yōu)點，符合標定需要。

參考文獻

[1] 毛建東.動態(tài)稱重系統(tǒng)的動態(tài)補償和校正[J].食品與機械，2006（2）：84-86.

[2] 張新娜，王棟.工業(yè)系統(tǒng)分析與技術(shù)實踐[M].北京：中國計量出版社，2010.

[3] 劉九卿.應(yīng)變式稱重傳感器的動態(tài)特性[J].衡器，2008（1）：6-12.endprint