一种基于漏电流模型的动态称重方法和系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于漏电流模型的动态称重方法和系统，该方法包括如下步骤：采集车辆通过压电传感器的波形信号；对压电传感器采集到的波形信号进行信号调理；对调理后的波形信号进行特征参数提取；根据提取到的特征参数计算漏电流值；根据得到的漏电值进行波形补偿；根据补偿后的波形计算车辆重量信息。本发明专利技术通过漏电流模型公式的补偿，在不增加硬件成本的基础上，弥补了由于电荷放大器反馈电容的漏电流引起的原始信号损失；解决了随车辆速度越低，重量偏轻程度越大的问题，从而提高了基于压电效应的传感器系统的称重精度。

【技术实现步骤摘要】
一种基于漏电流模型的动态称重方法和系统
本专利技术涉及一种动态称重方法和系统，特别涉及一种基于漏电流模型的动态称重方法和系统，属于车辆称重

技术介绍
高速公路车辆超限现象越来越严重。目前，车辆动态称重技术广泛应用于高速预检、交通流量调查、治理超限超载和计重收费系统中，在交通管理、超载治理中起到了重要的作用。在公路车辆超限预判、桥梁超限报警和轴载动态计量中，迫切需要体积小、动态范围广、灵敏度高、精度高的动态称重传感器和动态车辆称重系统。基于压电效应的压电传感器广泛应用于高低速称重领域，其固有的优势在于可称量的速度范围广，车辆震动小。然而压电传感器由于产生的是电荷信号，其信号量极其微弱，通常需要采用电荷转换放大电路将其电荷信号转换为电压信号并放大，从而便于后端进行数据处理。电荷放大电路的弊端在于压电传感器受冲击产生电荷信号给反馈电容，反馈电容在充电的同时，由于反馈电容自身存在的漏电现象，导致后端接收到的波形信号损失，最终使称重的结果不准确。通常随着车辆速度越低，其通过传感器的时间变长，反馈电容的漏电时间也相应变长，漏电流也相应增大，从而导致称重结果偏轻，误差增大，从而影响了称重精度。由于电容漏电损失导致车辆速度越慢称量时重量偏轻程度越大，目前针对这种由于漏电流现象导致的随速度越低重量损失越大的问题，普遍采用的是改进电路设计方法(例如，选用漏电流更小的电容作为反馈电容)。但是无论如何改进电路，漏电流始终存在，从而在一定程度上限制了基于压电效应的传感器的称重精度。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是：提高车辆动态称重的精度。为实现上述的专利技术目的，本专利技术提供了一种基于漏电流模型的动态称重方法和系统。一方面本专利技术提供一种基于漏电流模型的动态称重方法，其特征在于，包括如下步骤：采集车辆通过压电传感器的波形信号；对压电传感器采集到的波形信号进行信号调理；对调理后的波形信号进行特征参数提取；根据提取到的特征参数计算漏电流值；根据得到的漏电流值进行波形补偿；根据补偿后的波形计算车辆重量信息。其中较优地，所述对压电传感器采集到的波形信号进行信号调理的步骤具体包括：压电传感器输出的电荷信号转换成电压信号；对转换后的电压信号进行滤波处理，滤除电压信号中的噪声干扰；对滤波处理后的电压信号进行放大处理；放大后的电压信号转换成数字信号。其中较优地，所述特征参数包括：上称时刻T1、下称时刻T2、以及通过上下称时刻点选取的波形的积分和sum。其中较优地，所述漏电流值是按下式计算的：Q＝K×A×(2T2-T3)其中，Q表示漏电电荷量，K表示等效系数，A表示波形幅度值，T表示上称时刻至下称时刻间的波形宽度。其中较优地，所述车辆重量信息是按下式计算的：G＝K1×(sum×speed+KA(2T2-T3))其中，G表示计算所得重量，K、K1表示等效系数，A表示波形幅度值，sum表示车辆上称时刻点、下称时刻点选取的波形的积分和，speed表示轮速度，T表示上称时刻至下称时刻间的波形宽度。另一方面，本专利技术还提供一种基于漏电流模型的动态称重系统，应用上述的方法，包括：信号获取模块、信号调理模块，特征参数提取模块、漏电流计算模块、波形补偿模块和车辆重量计算模块；所述信号获取模块采集车辆通过信号获取模块时的波形信号并转换成电荷信号输出至所述信号调理模块；所述信号调理模块对电荷信号调理处理并转换成数字信号传输至所述特征参数提取模块；所述特征参数提取模块提取数字信号中相应的特征参数；所述漏电流计算模块根据特征参数计算漏电流；所述波形补偿模块通过漏电流的值对原始波形信号进行补偿，所述车辆重量计算模块根据补偿后的波形信号计算车辆的重量信息。其中较优地，所述信号获取模块是两条或者两条以上的基于压电效应的传感器阵列排列。其中较优地，所述信号调理模块包括依序连接的电荷转换单元、信号滤波单元、信号放大单元、信号A/D转换单元；所述电荷转换单元将压电传感器输出的电荷信号转换成电压信号传输至所述信号滤波单元，所述信号滤波单元对转换后的电压信号滤波处理，滤除电压信号中的噪声干扰并传输至所述信号放大单元，所述信号放大单元对滤波处理后的电压信号放大处理后传输至所述信号A/D转换单元；所述信号A/D转换单元将放大后的电压信号转换成数字信号。其中较优地，所述系统还包括：车辆分离检测模块，用于提取车辆的收尾信号并根据收尾信号上传车辆信息。其中较优地，所述车辆分离检测模块是地感线圈、光栅、激光中的任意一种。本专利技术提供的基于漏电流模型的动态称重方法和系统，通过漏电流模型公式的补偿，在不增加硬件成本的基础上，弥补了由于电荷放大器反馈电容的漏电流引起的原始信号损失；解决了随车辆速度越低，重量偏轻程度越大的问题，从而提高了基于压电效应的传感器系统的称重精度。附图说明图1是本专利技术基于漏电流模型的动态称重方法的流程示意图；图2是本专利技术电荷放大器漏电流产生示意图；图3是本专利技术一种实施方式中车辆信号波形图；图4是本专利技术一种实施方式中单轮波形信号及特征点示意图；图5是本专利技术一种实施方式中漏电流未补偿的一组车辆重量误差随速度变化的曲线示意图；图6是本专利技术一种实施方式中漏电流补偿后车辆重量误差随速度变化的曲线示意图；图7是本专利技术一种实施方式中基于漏电流模型的动态称重系统结构示意图；图8是本专利技术一种实施方式中传感器布局示意图；图9是本专利技术一种实施方式中信号调理部分的结构示意图；图10是本专利技术一种实施方式车辆分离装置的位置示意图。具体实施方式下面结合附图和实施例，对本专利技术的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本专利技术，但不用来限制本专利技术的范围。如图1所示，本专利技术提供一种基于漏电流模型的动态称重方法，包括如下步骤：采集车辆通过压电传感器的重量信号；对压电传感器采集到的重量信号进行信号调理；对调理后的重量信号进行特征参数提取；根据提取到的特征参数计算漏电流值；根据得到的漏电流值进行波形补偿；根据补偿后的波形计算车辆重量信息。下面对本专利技术提供的基于漏电流模型的动态称重方法展开详细的说明。首先，介绍采集车辆通过压电传感器的重量信号的步骤。在本专利技术中，压电传感器铺设在车辆通过的路面上，车辆通过压电传感器铺设的路段时，压电传感器受到车轮的碾压就产生相应的重量(波形)信号，并将这个重量信号传输至相应的控制装置。其次，介绍对压电传感器采集到的重量信号进行信号调理的步骤。如图2所示，在压电传感器向控制装置传输重量信号之前还需要对压电传感器采集到的重量信号进行信号调理，具体步骤包括：电荷转换处理，将从基于压电效应的传感器输出的电荷信号转换成电压信号；信号滤波处理，滤除电压信号中的噪声干扰；信号放大处理，对滤波处理后的电压信号进行放大；信号A/D转换处理，将放大处理后的电压模拟信号转换成数字信号。在上述过程中，电荷信号经过图2中的电容C时，会产生部分漏电流从而造成原始的电荷量出现损失，进而影响称重精度。再次，介绍对调理后的重量信号进行特征参数提取的步骤。如图3所示，由于车辆通过压电传感器时随重力变化会产生相应的波形信号，车辆所有轮通过单根传感器时都产生相应的波形，一个波峰代表一个轮的重量信号。提取车辆通过时波形信号中的时间信息得到车辆通过压电传感器的上称时间T1和下称时间T2。通过累加波形从上称时间T1到本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于漏电流模型的动态称重方法，其特征在于，包括如下步骤：采集车辆通过压电传感器的波形信号；对压电传感器采集到的波形信号进行信号调理；对调理后的波形信号进行特征参数提取；根据提取到的特征参数计算漏电流值；根据得到的漏电值进行波形补偿；根据补偿后的波形计算车辆重量信息。

【技术特征摘要】
1.一种基于漏电流模型的动态称重方法，其特征在于，包括如下步骤：采集车辆通过压电传感器的波形信号；对压电传感器采集到的波形信号进行信号调理；对调理后的波形信号进行特征参数提取；所述特征参数包括：上称时刻T1、下称时刻T2以及通过上下称时刻选取的波形的积分和sum；根据提取到的特征参数计算漏电流值；根据得到的漏电流值进行波形补偿；根据补偿后的波形计算车辆重量信息；其中，所述漏电流值是按下式计算的：Q＝K×A×(2T2-T3)其中，Q表示漏电电荷量，K表示等效系数，A表示波形幅度值，T表示上称时刻至下称时刻间的波形宽度。2.如权利要求1所述的动态称重方法，其特征在于，所述对压电传感器采集到的波形信号进行信号调理的步骤具体包括：压电传感器输出的电荷信号转换成电压信号；对转换后的电压信号进行滤波处理，滤除电压信号中的噪声干扰；对滤波处理后的电压信号进行放大处理；放大后的电压信号转换成数字信号。3.如权利要求1所述的动态称重方法，其特征在于，所述车辆重量信息是按下式计算的：G＝K1×(sum×speed+KA(2T2-T3))其中，G表示计算所得重量，K1表示等效系数，A表示波形幅度值，sum表示车辆上称时刻点、下称时刻点选取的波形的积分和，speed表示轮速度，T表示上称时刻至下称时刻间的波形宽度。4.一种基于漏电流模型的动态称重系统，其特征在于，应用权利要求1-3任意一项所述的方法，包括：信号获取模块、信号调理模块，特征参数...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈忠元，罗国春，方睿，王平，陈琦，周行，
申请(专利权)人：北京万集科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11