我國稱(chēng)重測力技術(shù)的現狀和展望
稱(chēng)重測力技術(shù)是衡器工業(yè)的核心，是自動(dòng)化控制和貿易計量的重要手段，是現代化建設中不可或缺的技術(shù)工具。如應用于電站、化工等企業(yè)的鍋爐燃煤系統，可有效利用能源．加強企業(yè)管理：應用于冶金等行業(yè)的張力、軋制力的測量，能節約原材料提高產(chǎn)品質(zhì)量：用于港口、車(chē)站、機場(chǎng)，可加快海、陸、空運輸的計量速度，提高作業(yè)效率，增加商貿經(jīng)濟效益，在國際貿易中，還可提高國家主權地位。我們要充分利用“十一五”的發(fā)展機遇與挑戰。本文結合我國數位資深專(zhuān)家的觀(guān)點(diǎn)，來(lái)分析我國衡器工業(yè)發(fā)展的現狀，并對其展望。 
      一、技術(shù)前沿
      1、動(dòng)態(tài)稱(chēng)重是稱(chēng)重領(lǐng)域的重大難題 
      動(dòng)態(tài)稱(chēng)重(Weigh in Motion．WIM)是一項復雜的技術(shù)�，F有的機械衡器和電子衡器都離不開(kāi)兩個(gè)必需條件：一是重力場(chǎng)：二是靜力平衡。因此將這些稱(chēng)為靜態(tài)衡。實(shí)質(zhì)上物體的質(zhì)量是不能直接進(jìn)行測試，它是是基于牛頓第二定律所描述的所有的物質(zhì)慣性特性而建立的，即F=ma的特殊形式W=mg式中g(shù)為重力場(chǎng)的重力加速度。但在科研、生產(chǎn)中，常常需要對運動(dòng)中的物體進(jìn)行稱(chēng)重．這時(shí)靜態(tài)質(zhì)量測量法和靜態(tài)電子秤就無(wú)能為力了。
      為了解決稱(chēng)重領(lǐng)域的這一重大難題。國外學(xué)者早在2O世紀8O年代中期就開(kāi)始研究工作。并已取得階段性的成果。目前，動(dòng)態(tài)稱(chēng)重技術(shù)已經(jīng)有了新的進(jìn)展。對物體在運動(dòng)中進(jìn)行稱(chēng)重是由稱(chēng)重傳感器、稱(chēng)重控制儀表等部分組成的動(dòng)態(tài)稱(chēng)重系統，嚴格來(lái)講它是一種數據采集系統。并沒(méi)有實(shí)現閉環(huán)的自動(dòng)控制。也就是說(shuō)，它只對系統給出的信號值進(jìn)行數字濾波、估算等特征性的處理。所以目前的動(dòng)態(tài)稱(chēng)重方法主要是以信號處理為主的一種方法。實(shí)際上影響動(dòng)態(tài)稱(chēng)重測量值和真值之間的誤差主要取決于動(dòng)態(tài)稱(chēng)重時(shí)的擾動(dòng)和稱(chēng)重系統的量值傳遞函數。近年來(lái)我國動(dòng)態(tài)稱(chēng)重技術(shù)的發(fā)展也取得了豐碩的成果，比如通過(guò)軟件補償的電子鋼絲秤、公路車(chē)輛檢測用的軸重秤、以及新型動(dòng)態(tài)稱(chēng)重模塊的研制等等。我們應該不懈努力、繼續創(chuàng )新，只有這樣我們才會(huì )取得更大的收獲。
      2、動(dòng)態(tài)稱(chēng)重中需要攻關(guān)的技術(shù)及裝備 
      運動(dòng)中的物體快速通過(guò)稱(chēng)量設備產(chǎn)生的信號可看作是物體的靜態(tài)稱(chēng)重信號與動(dòng)態(tài)的物體振動(dòng)信號的疊加。采用各種手段將振動(dòng)的影響降低到最小是動(dòng)態(tài)稱(chēng)重技術(shù)的核心。為此在動(dòng)態(tài)稱(chēng)重領(lǐng)域必須解決如下關(guān)鍵技術(shù)及裝置。
      (1)快速動(dòng)態(tài)響應的高精度稱(chēng)重傳感器和高精確度快速動(dòng)態(tài)稱(chēng)重儀表技術(shù)及裝備：稱(chēng)重傳感器技術(shù)包括動(dòng)態(tài)傳感器測試以及模擬試驗場(chǎng)地及裝置等。傳統的電阻應變式稱(chēng)重傳感器，由于動(dòng)態(tài)響應較慢已跟不上高速動(dòng)態(tài)稱(chēng)重場(chǎng)合而石英晶體稱(chēng)重傳感器以其頻率響應寬、動(dòng)態(tài)稱(chēng)重速度快、稱(chēng)重信號穩定的特點(diǎn)尤其受到青睞在國外已有實(shí)際現場(chǎng)安裝應用的實(shí)例。這項技術(shù)在我國還屬于弱項。稱(chēng)重儀表技術(shù)包括軟件開(kāi)發(fā)裝置、模擬試驗裝置、儀表全性能測試設備、數字信號處理器(DSP)系統的快速動(dòng)態(tài)稱(chēng)重CPU結構設計、高速動(dòng)態(tài)稱(chēng)重軌道衡等。
      (2)高速動(dòng)態(tài)稱(chēng)重數據處理關(guān)鍵技術(shù)及應用：包括振動(dòng)與自振頻率測試、頻譜分析、函數記錄、阻尼系數測試、多普勒雷達測速等。用先進(jìn)的、最新的信號處理方法—— 經(jīng)驗模分解法(EMD)將稱(chēng)重信號中的動(dòng)態(tài)分量分離出來(lái)，從而得到反映真實(shí)軸重的穩態(tài)值。
      (3)動(dòng)態(tài)稱(chēng)重的測試環(huán)境和實(shí)驗條件：建立動(dòng)態(tài)稱(chēng)重測試環(huán)境和對測試環(huán)境的有效分析是解決動(dòng)態(tài)稱(chēng)重技術(shù)的重要保障，它為其提供強有保障的技術(shù)數據和分析數據。模擬仿真階段我國已取得了一定成果，現場(chǎng)實(shí)施階段我們必須孤注一擲的去攻關(guān)。
      3、無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )
      無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )WSN(Wireless Sensor Network)是一種自組織網(wǎng)絡(luò )，通過(guò)大量低成本、資源受限的傳感節點(diǎn)設備協(xié)同工作實(shí)現某一特定任務(wù)。它是信息感知和采集技術(shù)的一場(chǎng)革命，是21世紀最重要的技術(shù)之一。
      傳感器網(wǎng)絡(luò )為在復雜的環(huán)境中部署大規模的網(wǎng)絡(luò )，進(jìn)行實(shí)時(shí)數據采集與處理帶來(lái)了希望。WSN在其他傳感檢測系統中的應用已經(jīng)為它在稱(chēng)重測力技術(shù)應用中奠定了基礎。
      4、多分量測力技術(shù)是一項新興技術(shù) 
      對空間任一力值矢量在擇定的三維坐標系中最多可被分解為6個(gè)分量即3個(gè)力值分量Z、X、Y和3個(gè)力矩分量Mx、My、Mz。多分量測力技術(shù)即是指對6個(gè)分量中的至少兩個(gè)分量同時(shí)進(jìn)行測量的技術(shù)。 
      隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展尤其是國防科技的不斷發(fā)展多分量測力技術(shù)的應用也越來(lái)越廣。如用于飛行器模型風(fēng)洞實(shí)驗和直升機旋翼動(dòng)力學(xué)的研究中的多分力天平、用于測量和控制機器人關(guān)節的多分量力傳感器、用于汽車(chē)輪胎性能檢測的多分量測力儀、以及石油鉆探受力測量、發(fā)動(dòng)機推力矢量測試等近10年發(fā)展起來(lái)的用多分量測力儀進(jìn)行測力機(材料試驗機等)性能的檢測應用不僅大大豐富了多分量測力儀的應用領(lǐng)域而且很大程度上提高了多分量測力儀的設計、制造、試驗及應用水平。
      我國衡器工業(yè)發(fā)展到今天已經(jīng)取得的突破性的進(jìn)展，隨著(zhù)自動(dòng)化控制技術(shù)的發(fā)展，擺在我們衡器工業(yè)人面前的問(wèn)題也是層出不窮，除了上述外還有諸如：冶金、化工、鑄造、航天、核電等行業(yè)對高溫電子秤需求迫切；張力在線(xiàn)動(dòng)態(tài)檢測傳感器；連鑄鋼坯定尺定重切割技術(shù)等都已擺在我們面前，要求我們去不斷開(kāi)拓。
      二、發(fā)展趨勢
      1、光纖光柵稱(chēng)重傳感器研究
      近年來(lái)，光纖光柵傳感器已被廣泛研究和發(fā)展。由于光纖傳感器具有小尺寸、高靈敏度、抗電磁干擾和易組成準分布測量等優(yōu)點(diǎn)，使其成為測量應變、溫度、壓強、加速度、沖擊力等物理量的理想傳感器。滿(mǎn)足布喇格反射條件的光纖光柵反射波長(cháng)，在外界物理場(chǎng)的作用下，因其柵格周期或折射率的改變而發(fā)生漂移。利用光纖布喇格光柵(Fiber Bragg Gyration，FBG)進(jìn)行傳感，最大的優(yōu)點(diǎn)在于FBG的波長(cháng)絕對編碼特性，這使得測量結
      果不受光源功率的波動(dòng)和系統損耗的影響。而且采用光纖傳感技術(shù)可以組成分布式網(wǎng)絡(luò )，符合現代智能網(wǎng)絡(luò )化發(fā)展。
      由于光纖光柵作為傳感器相對于傳統傳感器有以上優(yōu)勢，近期圍繞著(zhù)光纖光柵應用在稱(chēng)重領(lǐng)域研究已有大量報道。已發(fā)表的研究報告中對光纖稱(chēng)重傳感器研究有了實(shí)質(zhì)性的突破。
      2、動(dòng)態(tài)稱(chēng)重和數字稱(chēng)重是電子稱(chēng)重技術(shù)發(fā)展的必然趨勢
      其中數字稱(chēng)重系統與模擬稱(chēng)重系統的根本區別是：(1)模擬稱(chēng)重系統其最底層的溯源器是標準法碼，而數字稱(chēng)重系統為標準力源，這一特性奠定了數字電子衡器無(wú)法碼檢定的理論基礎，為工業(yè)稱(chēng)重計量節省了大量人力物力。(2)數字稱(chēng)重系統可對本系統內的每一個(gè)稱(chēng)重傳感器有識別、自檢、控制的能力，大大提高了系統的自動(dòng)控制能力。正是數字稱(chēng)重技術(shù)克服了模擬稱(chēng)重系統固有的缺點(diǎn)，使稱(chēng)重計量技術(shù)跟上現代工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化、智能化的發(fā)展潮流。所以數字稱(chēng)重傳感技術(shù)是現代稱(chēng)重計量與控制系統工程的重要發(fā)展方向，能適應代表現代控制技術(shù)發(fā)展趨勢的現場(chǎng)總線(xiàn)、控制網(wǎng)絡(luò )和信息網(wǎng)絡(luò )技術(shù)發(fā)展的需要。
      3、電子衡器向小型化、模塊化、集成化、智能化及綜合化發(fā)展
      根據國內外市場(chǎng)需求可將電子衡器的發(fā)展趨勢歸納為：小型化、模塊化、集成化、智能化及綜合化。(1)小型化：電子平臺秤其結構就體現了體積小、高度低、重量輕，即小、薄、輕的發(fā)展方向。(2)模塊化：如大型動(dòng)態(tài)電子汽車(chē)衡等，秤體采用幾種等寬度的標準模塊，經(jīng)組合可形成5～28m的多種規格秤體。這種模塊化的分體式結構提高了產(chǎn)品的通用性、互換性和可靠性還降低了成本。(3)集成化：實(shí)現秤體與稱(chēng)重傳感器、鋼軌與稱(chēng)重傳感器、軌道衡秤體與鐵路線(xiàn)路的一體化或集成。(4)智能化：稱(chēng)重顯示控制器與電子計算機相結合，利用后者的智能來(lái)增強前者的功能，從而使電子衡器能夠進(jìn)行推理、判斷、自診斷、自適應以及自組織等。(5)綜合化：綜合各種技術(shù)來(lái)同時(shí)解決稱(chēng)重計量、自動(dòng)控制、信息處理等問(wèn)題。 電容表| 電力分析儀| 諧波分析儀| 發(fā)生器| 多用表| 驗電筆| 示波表| 電流表| 鉤表| 測試器| 電力計| 電力測量?jì)x| 光度計| 電壓計| 電流計| 
      三、綜述
      縱觀(guān)我國衡器工業(yè)的發(fā)展史，展望我國衡器工業(yè)的發(fā)展趨勢。我們會(huì )覺(jué)得任重而道遠，這對我們從事衡器工業(yè)的人提出了目標，為我國衡器工業(yè)的相關(guān)企業(yè)提出了要求。我們必須緊跟國際技術(shù)潮流，不斷的完善和創(chuàng )新。為我國衡器工業(yè)的發(fā)展奠定堅實(shí)的基礎。從而使我國衡器工業(yè)技術(shù)位于世界前列。