具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“轴向”、“径向”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

图1和2所示为所述磁悬浮称重系统的一种较佳实施方式，所述磁悬浮称重系统，包括箱体1；所述箱体1的顶部2安装有称重机构，所述称重机构包括磁悬浮组件、悬浮物8和盛物盘9，所述盛物盘9连接在悬浮物8下方；所述磁悬浮组件包括光电位移传感器、线路板10、电磁线圈5和显示屏11；所述悬浮物8位于电磁线圈5的正下方；所述光电位移传感器用于测量悬浮物8与电磁线圈5之间的距离；所述线路板10分别与光电位移传感器和电磁线圈5连接。

所述电磁线圈5内含铁芯，通过固定块12、螺丝钉13固定在箱体顶部2；利用第一固定框3安装感光元件，第二固定框4安装平行光源6，调节位置，使平行光源6和感光元件位于同一轴线上；球形的悬浮物8和连接在悬浮物下方的盛物盘9置于电磁线圈5的正下方、且位于同一竖直轴线上。

优选的，所述箱体1的材质和第一固定框3、第二固定框4、固定块12的材质均为亚克力板。

优选的，用黑色绝缘胶带覆盖箱体1的四周，以减小环境光对平行光源6的影响，提高光电位移传感器检测球形的悬浮物8位置的精确度。

如图3和4所示，根据本实施例，优选的，所述光电位移传感器包括平行光源6和感光元件，平行光源6和感光元件分别置于电磁线圈5的左右两端，且位置可调。优选的，所述感光元件为硅光电池。所述硅光电池包括第一硅光电池7和第二硅光电池14；第一硅光电池7和第二硅光电池14上下布置与平行光源6形成差动式光电位移传感器。

所述硅光电池主要是利用“光生伏特效应”，直接将光能转换成电能。通过对其光照特性曲线的分析，硅光电池的短路电流与光通量成线性关系，从而与受光面积成线性关系。由于球形的悬浮物8在平行光源和硅光电池之间，它将阻止部分光线通过，因此此时的硅光电池输出的短路电流不是最大值，而是一个与悬浮物8位置成线性关系的值，即短路电流的变化就反映了悬浮物位置8的变化，从而达到测量位移的目的。

如图5所示，为实现精确检测球形悬浮物8的位置，利用平行光源6和两块硅光电池设计差动式光电位移传感器，由于硅光电池的短路电流与悬浮物8的位置成线性关系，而电压量能更方便的进行信号处理，因此首先设计了电流-电压转换电路，所用到的元器件主要有运算放大器D₁、D₂，并联在运算放大器反相输入端与输出端的电阻R₂、R₅，阻值均为47K，电容C₁、C₂，容值均为473，在运算放大器的同相输入端连接了电阻R₃、R₄，阻值均为1K，该电路把硅光电池的短路电流转换成对应的电压量，电压与电流成线性关系，从而与球形悬浮物8的位置成线性关系，并联在反馈电阻R₂、R₅两端的小电容c₁、c₂，可起到抑制高频噪声的作用。两块硅光电池分别作上述处理后，再经过减法电路对两块硅光电池的输出作减法运算，该部分电路主要有运算放大器D₃，并联在运算放大器反相输入端与输出端的电阻R₉，阻值为100K，在同相输入端接入电阻R₈，阻值也为100K，通过该电路得到的两块硅光电池的信号差值仍与球形悬浮物8的位置成线性关系。当球形悬浮物8处于平衡状态时，两块硅光电池输出信号的差值是固定的，当球形悬浮物8的位置上移或下移时，光通量发生变化，两块硅光电池7、14输出信号差值随之变化，再经过线路板调节电磁线圈上5电流的大小，改变球形悬浮物8受到的电磁力大小，使其重新回到原来的平衡位置。相比于只用单边光电池进行位移检测，差分式的结构一方面可以抑制共模噪声，获得更优的信噪比，另一方面也能提高检测零点附近的线性度，减弱系统的非线性环节，增强悬浮控制的稳定裕度。

如图6所示，根据本实施例，优选的，所述线路板10包括电源模块、光电位移传感器输出信号处理模块、PID控制电路模块、驱动电路模块、A/D转换模块、微控制单元MCU、超重报警模块和显示模块；所述电源模块用于为系统提供电源；所述光电位移传感器输出信号处理模块用于对检测到的悬浮物8的位置信号进行滤波除杂处理，主要包括电流-电压转换电路、电压跟随、滤波等；所述PID控制电路模块用于对光电位移传感器中的第一硅光电池和第二硅光电池的信号差进行处理，并作为驱动电路模块的输入，控制悬浮物8维持在同一平衡点处，PID控制电路模块包括比例、积分、微分三种基本电路；所述驱动电路模块用于调节电磁线圈5的电流大小，利用大功率场效应管“电压控制电流”的特性来实现；所述A/D转换模块用于将电磁线圈5上的电压信号转换成数字信号；所述微控制单元MCU用于将A/D转换模块输出的数字信号与预设值进行对比，当超过预设值时，控制超重报警模块报警；所述超重报警模块用于当盛物盘9中的物体重量超过报警预设重量值时发出警报；所述显示模块用于显示物体质量数据。

根据本实施例，优选的，所述悬浮物8为球形，受到的电磁力为：i为电磁线圈5上的电流，x为球形悬浮物8距电磁线圈5底端之间的距离，k为一常系数，其中u_o为空气磁导率，N是电磁线圈5的匝数，A为电磁线圈5下方整个空气隙的磁通截面积， 为磁通流过小球截面的导磁面积，可以看出F与x成非线性的反比例关系，说明磁悬浮所处的实际是一种不稳定的平衡状态，只要受到微小的扰动，就会导致球形悬浮物8掉下或者被电磁铁吸住，所以必须加上闭环反馈回路，实现闭环控制，才能使系统稳定。

根据本实施例，优选的，当所述悬浮物8处于稳定悬浮状态时，其重力与所受磁悬浮力相等，即其中，m₁为悬浮物8和盛物盘9的质量，g为重力加速度；当向盛物盘9中加载重物时，通过线路板10调节电磁线圈5上的电流i，使距离x保持不变，该电流i与被称重物体的质量精确对应，进而达到称重的目的。

根据本实施例，优选的，所述电磁线圈5的电压v与被测物体的质量m的对应关系模型为m＝av+b，呈现正比例线性关系，其中a为拟合直线的斜率，b为截距。

一种根据所述磁悬浮称重系统的控制方法，包括以下步骤：

所述光电位移传感器测量悬浮物8与电磁线圈5之间的距离，即悬浮物8的位置，当盛物盘9中加载重物后，光电位移传感器的输出发生变化，经过线路板10调节电磁线圈5上的电流大小，使悬浮物8受到的吸引力增大，使悬浮物8重新回到原来的位置；电磁线圈5上输出的电压信号，送入线路板10进行处理，最终通过显示模块将被测物体的质量显示出来，当检测的重量值超过预设重量值时线路板10发出警报。

具体的，所述光电位移传感器实时检测球形悬浮物8的位置，当盛物盘9中加载重物后，原有的平衡状态被打破，光电位移传感器的输出发生变化，经过PID控制电路模块、驱动电路模块等组成的闭环反馈回路，调节电磁线圈5上的电流大小，使球形悬浮物8受到的吸引力增大，使其重新回到原来的平衡位置。利用取样电阻将此时电磁线圈5上的电流信号取出，输出的电压信号经过A/D转换，送入微控制单元MCU进行处理，最终通过显示屏将物体质量显示出来。并将每次称量的物体质量和对应的电压信号记录下来，通过对大量实验数据的处理，采用线性回归等其他方式拟合出电压与物体质量的对应关系模型。且当微控制单元MCU检测的重量值超过报警预设重量值时超重报警模块发出警报。

本发明通过差动式光电位移传感器检测球形悬浮物8的位置；通过并联式PID控制电路模块较为稳定的控制球形悬浮物的位置。通过驱动电路模块自动调节电磁线圈电流的大小。结构设计简单合理，改变了传统电子称秤体的机械结构，消除了摩擦力对称量精度的影响，称重误差小。

应当理解，虽然本说明书是按照各个实施例描述的，但并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施例的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施例或变更均应包含在本发明的保护范围之内。