微量天平測重系統的製作方法
2023-06-13 17:58:06
微量天平測重系統的製作方法
【專利摘要】本發明公開了一種微量天平測重系統，包括天平本體、震動感知測量裝置、抗震反饋控制平臺、電磁測量單元；震動感知測量裝置，用於輸出隨天平本體垂直震動而變化的電信號；抗震反饋控制平臺，放置在天平本體之下，用於接收震動感知測量裝置輸出的電信號，進行相應制動來減弱天平本體的垂直震動；電磁測量單元，設置在天平本體中，用於接收震動感知測量裝置輸出的電信號，當所述電信號小於設定閾值時進行測重，並根據所述電信號對測重結果進行補償。本發明利用抗震反饋控制平臺對震動進行制動，制動後的微小震動由天平電磁測量單元進行數據補償，從而避免了震動對測重帶來的影響，實現了更精確的測量，也防止了嚴重震動對天平造成損壞。
【專利說明】微量天平測重系統
【技術領域】
[0001]本發明涉及測量【技術領域】，尤其涉及一種微量天平測重系統。
【背景技術】
[0002]在液晶面板在液晶滴注工藝中，液晶滴注量對液晶屏的顯示效果影響非常大，如果液晶量過高會引起重力MURA(因為液晶在重力的作用下在顯示屏下部形成的液晶不均的現象)，如果過低會引起未充滿(NO FILL)的不良。因此精確的測量液晶滴注量會較高地校正液晶滴注裝置，提高滴注精度，從而提高液晶屏的顯示效果。
[0003]高精度微量電子天平是液晶滴注校正測量中最主要的工具。因為每次滴注的液晶量在2?5mg左右，因此微小的震動都會對測量結果有很大的影響。為了準確稱重，就要排除微小震動的影響。環境震動會增大測量的誤差，日久將導致天平的損壞，降低天平的計量性能。並且當遇到地震等超大震動時，如果不及時進行震動的保護，電子天平會發生警報，如果嚴重會損壞天平。
[0004]現有技術中缺乏有效的保護微量天平不被震動損壞並且能補償震動對測重帶來的精度影響的技術手段。
【發明內容】
[0005](一)要解決的技術問題
[0006]本發明要解決的技術問題是:利用一種微量天平測重系統，對微小震動引起的滴注精度異常進行補償調節，對於嚴重震動時，反饋控制保護天平不受損壞。
[0007](二)技術方案
[0008]為解決上述問題，本發明提供了一種微量天平測重系統，包括天平本體、震動感知測量裝置、抗震反饋控制平臺、電磁測量單元；
[0009]震動感知測量裝置，用於輸出隨天平本體垂直震動而變化的電信號；
[0010]抗震反饋控制平臺，放置在天平本體之下，用於接收震動感知測量裝置輸出的電信號，進行相應制動來減弱天平本體的垂直震動；
[0011 ] 電磁測量單元，設置在天平本體中，用於接收震動感知測量裝置輸出的電信號，當所述電信號小於設定閾值時進行測重，並根據所述電信號對測重結果進行補償。
[0012]優選地,所述震動感知測量裝置包括壓電射流陀螺敏感元件。
[0013]優選地，壓電射流陀螺敏感元件包括:壓電氣流發射器和熱敏電阻傳感器，壓電氣流發射器發射的氣流由於垂直震動而偏轉，使熱敏電阻傳感器的一對熱敏電阻絲冷熱不均導致阻值變化，從而產生隨垂直震動變化的電信號。
[0014]優選地，所述抗震反饋控制平臺包括平臺、底座，以及安裝在平臺、底座之間的作動器和氣彈簧。
[0015]優選地，所述作動器為雙向電磁作動器，包括兩個線圈，兩個線圈中電流的方向和大小隨接收到的所述電信號變化來產生互斥或互吸的作用力以減弱天平本體的垂直震動。[0016]優選地，所述電磁測量單元包括電磁力平衡傳感器和PID調節器，PID調節器接收震動感知測量裝置輸出的電信號，向電磁力平衡傳感器輸出用于震動補償的電流。
[0017]優選地，所述電磁力平衡傳感器包括立柱、永磁體、鐵芯和電磁線圈，電磁線圈套設在鐵芯上並被永磁體環繞，立柱和鐵芯安裝在可上下移動的基座上，PID調節器向電磁力平衡傳感器輸出用于震動補償的所述電流輸入到電磁線圈。
[0018]優選地，還包括閾值設定單元，用於設定允許電磁測量單元進行測重的電信號閾值。
[0019]優選地，所述震動感知測量裝置，放置在天平本體和抗震反饋控制平臺之間。
[0020]優選地,所述抗震反饋控制平臺為多個。
[0021]優選地，所述天平本體包括天平力矩臂，天平力矩臂一端設置有稱量杯，另一端與電磁測量單元相連。
[0022](三)有益效果
[0023]本發明利用震動感知測量裝置對天平本體的震動進行測量，輸出隨天平本體垂直震動而變化的電信號，放置在天平本體之下的抗震反饋控制平臺通過制動來減弱天平本體的垂直震動，制動造成的微小震動由天平電磁測量單元進行數據補償，從而避免了震動對測重帶來的影響，實現了更精確的測量，也防止了嚴重震動對天平造成損壞。使用本發明的微量天平測重系統對滴注液晶進行測量時，由於使用垂直震動的制動與補償作用後得出的數據進行讀數，這樣液晶滴注會更加精確。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0024]圖1為根據本發明實施例的微量天平測重系統的結構示意圖；
[0025]圖2為根據本發明實施例的壓電射流陀螺敏感裝置的結構示意圖；
[0026]圖3為根據本發明實施例的抗震反饋控制平臺的結構示意圖。
[0027]圖4為根據本發明實施例的電磁測量單元的結構示意圖。
[0028]圖5為根據本發明實施例的微量天平測重系統稱重方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0029]下面結合附圖及實施例對本發明進行詳細說明如下。
[0030]圖1示出了本發明的微量天平的一個實施例，微量天平包括:稱量杯1，用於盛放滴注的液晶；天平力矩臂2，用於將稱量杯I和其中液晶的重力傳遞到電磁測量單元6上，稱量杯I設置在天平力矩臂2的一端；微量天平的主體結構為天平本體3，電磁測量單元6設置在天平本體3中；微量天平安裝有震動感知測量裝置4，用於輸出隨天平本體垂直震動而變化的電信號；抗震反饋控制平臺5，放置在天平本體之下，接收震動感知測量裝置4輸出的電信號，根據所述電信號進行相應制動來減弱天平本體的垂直震動；電磁測量單元6，用於接收震動感知測量裝置4輸出的電信號，當所述電信號小於設定閾值時進行測重，並根據所述電信號對測重結果進行補償。系統還可還包括閾值設定單元，用於設定允許電磁測量單元5進行測重的電信號的閾值。當然，在其他實施例中，也可以不包括稱量杯I而包括其他承放物體的器件。系統還包括控制器件和傳送電信號線路，在此不一一贅述，下面對系統的重要器件進行具體說明。[0031]震動感知測量裝置4包括震動感知測量元件和震動感知檢測電路。在遇到震動時震動感知測量元件使震動感知檢測電路的元件參數變化，從而震動感知檢測電路輸出表示震動大小的電信號。震動感知測量元件例如為壓電射流陀螺敏感元件。
[0032]壓電射流陀螺敏感元件的一個示例結構如圖2所示,包括熱敏塞41、壓電氣流發射器42、熱敏絲43及屏蔽殼體44。熱敏絲43接于震動感知檢測電路的電橋的相對臂上，構成熱敏電阻傳感器。測量垂直震動時，壓電氣流發射器42發射的氣流由於垂直震動而偏轉，使熱敏電阻傳感器的一對熱敏電阻絲43冷熱不均導致阻值變化，從而產生隨垂直震動變化的電信號。
[0033]震動感知檢測電路可以引入一個RC (電阻電容)網絡，通過縮小信號的帶寬，吸收電流濾波的方法降低噪聲的幹擾；同時，震動感知檢測電路可以採用零偏置電壓的震動感知接入式，增加暗電流補償電路以實現精密的震動感知檢測。
[0034]在系統中，震動感知測量裝置4優選放置在天平本體3和抗震反饋控制平臺5之間，以更好的檢測天平本體3震動且使抗震反饋控制平臺5更準確的對天平本體的震動進行制動抵消。當然，震動感知測量裝置4也可放置在天平本體3上的其他位置。
[0035]抗震反饋控制平臺5可包括平臺、底座，以及安裝在平臺、底座之間的作動器和氣彈簧。一個示例結構如圖3所示，抗震反饋控制平臺包括由天然大理石製成的天平安裝平臺51和水泥鋼架形成的底座52，以及在平臺51和底座52之間的雙向電磁作動器53，在平臺51和底座52之間還包括若干氣彈簧54用於緩衝穩定。
[0036]雙向電磁作動器53例如包括兩個線圈，當接收到震動感知測量裝置4傳送的隨垂直震動變化的電信號時，兩個線圈中電流的方向和大小隨電信號變化來產生互斥或互吸的作用力以減弱微量天平的垂直震動。例如當平臺51向下震動時，通過控制電流的方向，在兩線圈上下形成相斥的磁極，由於磁力作用，阻止了平臺51向下震動；當平臺51向上震動時，則在兩線圈上下形成相吸的磁極，產生的磁場力阻止平臺51向上的震動。天平本體3位於平臺51之上，減弱了平臺51的震動也同時減弱了平臺51的震動。
[0037]需要注意的是，系統中的抗震反饋控制平臺5可以為多個，布置在天平本體3之下。
[0038]在該示例中，作動器為雙向電磁作動器，在其他例子中，作動器也可以為基於材料機敏性的作動器，例如壓電陶瓷、壓電薄膜、電致伸縮陶瓷、形狀記憶合金、磁致伸縮材料、磁致伸縮材料等。
[0039]圖4是本發明的電磁測量單元的結構框圖。電磁測量單元6包括電磁力平衡傳感器、震動感知檢測電路、PID (比例、積分、微分)調節電路、信號轉換採集電路、RC濾波調節器、PLC邏輯編程控制器，所述的電磁力平衡傳感器、PID調節電路和系統的震動感知檢測裝置組成閉合系統，以提高電子天平的精度和穩定性。
[0040]電磁力平衡傳感器包括永磁體61、電磁線圈62、鐵芯63、立柱64和基座65。電磁線圈62套設在鐵芯63上並被永磁體61環繞。立柱64的一端與天平力矩臂2連接。立柱64和鐵芯63安裝在可上下移動的基座65上，成為可動部分。
[0041]測量時，當微量天平的稱量杯加載前，電磁力平衡傳感器處於初始平衡狀態；稱量杯加載後，被稱量液晶的重力使電磁力平衡傳感器的可動部分發生位移。同時，震動感知測量裝置的壓電射流陀螺儀測量出震動信號，震動信號經震動感知檢測電路轉換為電壓信號，電壓信號通過PID調節電路，向電磁線圈62提供一個與被稱液晶的質量成正比的電流，電磁線圈62在永磁體61的磁場作用下,將產生向上的力，使電磁力平衡傳感器的可動部分向上移動；可動部分向上移動後，使震動感知檢測電路的輸出電壓減少，PID調節器的積分環節使流經線圈的電流繼續增大，直至可動部分恢復到初始平衡的位置。此時，線圈電流在永磁體磁場作用下產生的力與被稱量液晶的重力相等，傳感器處於平衡狀態。同時，流過載流線圈的電流通過取樣電阻轉換為電壓信號，經信號調理電路後送數據採集電路，PLC邏輯編程控制器對採集到的稱重數據進行數字濾波、漂移補償、線性處理後輸出到液晶顯示屏(圖中沒有示出)顯示。
[0042]該電磁測量單元的PID調節電路可以弓丨入微分器相位補償和增量積分環節；其中，相位補償是通過在輸入迴路中串聯一個小電阻，限制輸入的噪聲和突變電壓，防止電路自激振蕩；增量積分是在原有積分環節上並聯一個微小的RC網絡，利用微小增量去補償由於積分器復原和運算放大器滯後帶來的誤差；該電子天平的數據採集電路可以採用高精度A/D (模擬/數字)轉換器，該A/D轉換器採用了電荷平衡技術，其內部集成了一個極低噪聲的可編程增益斬波穩定測量放大器、一個四階的Λ-Σ調製器一個均值移動數字濾波器，實現了無噪聲位數輸出。
[0043]實際測量時，微量天平在PLC (可編程邏輯電路)主控模塊的控制下，先上電復位，進行系統故障自檢，故障自檢通過後開始各模塊初始化工作，然後自動加載內校砝碼(沒有示出)進行快速預熱，使天平快速達到平衡狀。預熱完畢後根據採集到的數據自動對天平進行零點和滿量程的校準，並進入天平的基本稱量狀態。此時，PLC邏輯編程控制器對A/D轉換器採集到的稱重數據進行數字、漂移補償、線性化處理，並將處理結果輸送至液晶屏顯示。其中，漂移補償採用了震動補償技術和零點跟蹤技術，通過震動補償算法程序，及時補償由于震動變化導致的漂移，同時不斷地補償系統的零位值；採用了牛頓插值法對稱量數據進行線性化處理，線性化處理後電子天平的線性度< ±0.0003mg。這樣，電磁測量單元可實現的稱量範圍為O?30mg，精度達到了 0.0OOlmg，具有震動反饋控制、全自動校準、故障自診斷等多種功能。
[0044]本發明的微量天平測重系統的測重方法如圖5所示，具體包括:
[0045]在步驟SI，震動感知測量裝置測量震動，輸出電信號，電信號的大小隨垂直震動變化。
[0046]在步驟S2，判斷電信號是否超過設定的閾值，也就是說看震動是否超過允許電磁測量單元開始測量的程度。若沒有超過設定的閾值，則可以轉入步驟S5直接進行測量；若超過設定的閾值，則進入步驟S3。
[0047]在步驟S3，抗震反饋控制平臺制動來抵消震動，從而使震動感知測量裝置的電信號降低到閾值以下。
[0048]在步驟S4，當震動感知測量裝置的電信號降低到閾值以下時，電磁測量單元啟動，此時例如通過聯動控制裝置控制液晶滴注機滴注液晶。
[0049]在步驟S5，電磁測量單元對微震進行補償，從而使測重結果更精確。
[0050]在步驟S6，電磁測量單元完成測量，輸出數據。
[0051]本發明實施例提供的微量天平測重系統，利用震動感知測量裝置對天平本體的震動進行測量，輸出隨天平本體垂直震動而變化的電信號，放置在天平本體之下的抗震反饋控制平臺通過制動來減弱天平本體的垂直震動，制動造成的微小震動由天平電磁測量單元進行數據補償，從而避免了震動對測重帶來的影響，實現了更精確的測量，也防止了嚴重震動對天平造成損壞。使用本發明的微量天平測重系統對滴注液晶進行測量時，由於使用垂直震動的制動與補償作用後得出的數據進行讀數，這樣液晶滴注會更加精確。
[0052] 以上實施方式僅用於說明本發明，而並非對本發明的限制，本【技術領域】的普通技術人員，在不脫離本發明的精神和範圍的情況下，還可以做出各種變化和變型，因此所有等同的技術方案也屬於本發明的範疇，本發明的專利保護範圍應由權利要求限定。
【權利要求】
1.一種微量天平測重系統，其特徵在於，包括天平本體、震動感知測量裝置、抗震反饋控制平臺、電磁測量單元； 震動感知測量裝置，用於輸出隨天平本體垂直震動而變化的電信號； 抗震反饋控制平臺，放置在天平本體之下，用於接收震動感知測量裝置輸出的電信號，進行相應制動來減弱天平本體的垂直震動； 電磁測量單元，設置在天平本體中，用於接收震動感知測量裝置輸出的電信號，當所述電信號小於設定閾值時進行測重，並根據所述電信號對測重結果進行補償。
2.權利要求1所述的微量天平測重系統，其特徵在於，所述震動感知測量裝置包括壓電射流陀螺敏感元件。
3.權利要求2所述的微量天平測重系統，其特徵在於，壓電射流陀螺敏感元件包括:壓電氣流發射器和熱敏電阻傳感器，壓電氣流發射器發射的氣流由於垂直震動而偏轉，使熱敏電阻傳感器的一對熱敏電阻絲冷熱不均導致阻值變化，從而產生隨垂直震動變化的電信號。
4.權利要求1所述的微量天平測重系統，其特徵在於，所述抗震反饋控制平臺包括平臺、底座，以及安裝在平臺、底座之間的作動器和氣彈簧。
5.權利要求4所述的微量天平測重系統，其特徵在於，所述作動器為雙向電磁作動器，包括兩個線圈，兩個線圈中電流的方向和大小隨接收到的所述電信號變化來產生互斥或互吸的作用力以減弱天平本體的垂直震動。
6.權利要求1所述的微量天平測重系統，其特徵在於，所述電磁測量單元包括電磁力平衡傳感器和PID調節器，PID調節器接收震動感知測量裝置輸出的電信號，向電磁力平衡傳感器輸出用于震動補償的電流。
7.權利要求6所述的微量天平測重系統，其特徵在於，所述電磁力平衡傳感器包括立柱、永磁體、鐵芯和電磁線圈，電磁線圈套設在鐵芯上並被永磁體環繞，立柱和鐵芯安裝在可上下移動的基座上，PID調節器向電磁力平衡傳感器輸出用于震動補償的所述電流輸入到電磁線圈。
8.權利要求1-7其中任一項所述的微量天平測重系統，其特徵在於，還包括閾值設定單元，用於設定允許電磁測量單元進行測重的電信號閾值。
9.權利要求1-7其中任一項所述的微量天平測重系統，其特徵在於，所述震動感知測量裝置，放置在天平本體和抗震反饋控制平臺之間。
10.權利要求1-7所述的微量天平測重系統，其特徵在於，所述抗震反饋控制平臺為多個。
11.權利要求1-7所述的微量天平測重系統，其特徵在於，所述天平本體包括天平力矩臂，天平力矩臂一端設置有稱量杯，另一端與電磁測量單元相連。
【文檔編號】G01G7/04GK103697976SQ201310732976
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2013年12月26日 優先權日:2013年12月26日
【發明者】徐欣榮, 井楊坤 申請人:合肥京東方光電科技有限公司, 京東方科技集團股份有限公司