一种基于电容充放电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电容充放电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处理；对处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电容放电损失积分和量并根据得到的电容放电损失积分和量进行波形补偿；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电容充放电公式的补偿，在不增加硬件成本的基础上，弥补了电荷放大器中的电容通过反馈电阻的放电损失引起的原始信号损失；有效解决了压电称重系统的非线性问题，减小了压电称重系统的重量损失，改善了称重控制系统的线性，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】

本专利技术涉及一种动态称重方法和系统，特别涉及一种基于电容充放电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放大电路中的电容充电的同时，电容上的电荷又通过反馈电阻不断放电，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。在相同速度的情况下，载荷越大的车辆由于其轮胎接地长度大，作用在压电传感器上的时间越长，从而通过反馈电阻放电量越大，导致重量偏轻程度越大，从而影响了称重精度。通常情况下，称量衡器要求称量重量应与载荷的大小呈线性比例关系。由于上述电容通过反馈电阻不断放电，导致载荷越大称量重量偏轻程度越大，造成了压电式传感器的非线性问题。针对这种电容放电损失导致的传感器非线性问题，普遍采用的方法就是改进电路设计，降低电容通过反馈电阻放电损失。然而无论如何改进电路设计，这种信号损失都会存在，限制了压电传感器称重精度的进一步提高，一定程度上也限制了其更好的推广。
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电容充放电的动态称重方法和系统。一方面本专利技术提供一种于电容充放电的动态称重方法，包括如下步骤：采集车辆通过压电传感器的波形信号；对压电传感器采集到的波形信号进行信号处理；对处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电容放电损失积分和量并进行波形补偿；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处理的步骤具体包括：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、下称时刻、积分和、轮速度。其中较优地，其特征在于，所述电容放电损失积分和量是按下式计算的：Z=2ω×(T+R×C×e-T/RC)×KA-KARCy-KAT/ω]]>其中，y=[ω3RC6T3+ω3R2C22T2+(ω3R3C3-ωRC)T+(ω3R4C4-ωR2C2)]e-T/RC+ωR2C2-ω3R4C4]]>Z表示电容放电损失积分和量，ω表示采集波形的频率，R表示反馈电阻阻值，C表示电容容值，T表示上称时刻至下称时刻间的波形宽度，T＝T2-T1，A表示波形幅值，K表示电路常系数。其中较优地，所述车辆重量信息是按下式计算的：G＝K1×(sum+Z)×speed其中，G表示计算所得重量，K1表示等效系数，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，Z表示电容放电损失积分和量。另一方面，本专利技术还提供一种基于电容充放电的动态称重系统，应用上述的方法，包括：信号获取模块、信号处理模块，特征参数提取模块、电容放电损失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处理模块；所述信号处理模块对电荷信号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相应的特征参数；所述电容放电损失补偿模块根据特征参数计算电容放电损失积分和量并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，所述信号获取处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电容充放电的动态称重方法和系统，通过电容充放电公式的补偿，在不增加硬件成本的基础上，弥补了由于电荷放大器电容通过反馈电阻的放电损失引起的原始信号损失；有效解决了压电称重系统的非线性问题，减小了压电称重系统的重量损失，改善了称重控制系统的线性，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是本专利技术基于电容充放电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电路的电路原理示意图；图3是本专利技术车辆所有轴通过石英传感器时的波形示意图；图4是本专利技术车辆单轴单独通过石英传感器时的波形示意图；图5是本专利技术利用换算公式补偿的电荷信号量占总信号量的比随速度的变化曲线示意图；图6是没有通过电荷补偿的车辆重量的误差随速度的变化曲线示意图；图7是本专利技术经过电荷补偿的车辆重量的误差随速度的变化曲线示意图；图8是本专利技术一实施例的系统结构示意图；图9是本专利技术一实施例的传感器阵列布局示意图；图10是本专利技术一实施例的信号调理部分的结构示意图；图11是本专利技术一实施例的收尾传感装置的位置示意图。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本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于电容充放电的动态称重方法，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处理；对处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电容放电损失积分和量并进行波形补偿；根据补偿后的波形计算车辆重量信息。

【技术特征摘要】
1.一种基于电容充放电的动态称重方法，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处理；
对处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电容放电损失积分和量并进行波形
补偿；
根据补偿后的波形计算车辆重量信息。
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处理的步骤具体包括：
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，所述特征
参数包括：上称时刻、下称时刻、积分和、轮速度。
4.如权利要求1所述的动态称重方法，其特征在于，所述电容
放电损失积分和量是按下式计算的：
Z=2ω×(T+R×C×e-T/RC)×KA-KARCy-KAT/ω]]>其中，
y=[ω3RC6T3+ω3R2C22T2+(ω3R3C3-ωRC)T+(ω3R4C4-ωR2C2)]e-T/RC+ωR2C2-ω3R4C4]]>Z表示电容放电损失积分和量，ω表示采集波形的频率，R表示反馈
电阻阻值，C表示电容容值，T表示上称时刻至下称时刻间的波形宽
度，A表示波形幅值，K表示电路常系数。
5.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+Z)×speed
其中，G表示计算所得重量，K1表示等效系数，sum表示车辆上
称时刻点、下...

【专利技术属性】
技术研发人员：方睿，陈忠元，罗国春，周行，王平，陈琦，
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