动态称重传感器及其测量方法技术

本发明专利技术提供了一种动态称重传感器，包括上支撑件、下支撑件、敏感梁和敏感元件，所述敏感梁竖直设置，且其上端安装于上支撑件，下端安装于下支撑件，所述敏感梁具有一前侧面、一后侧面、一左侧面以及一右侧面，所述前侧面与后侧面平行，左侧面与右侧面平行，且前侧面与左侧面垂直，所述前侧面、后侧面、左侧面和右侧面均设置有敏感元件。还提供了一种动态称重传感器的测量方法。本发明专利技术的结构简单，生产制造难度较低，降低生产成本。每根敏感梁的4片敏感元件输出相加能够自动解耦刹车力、横向力等对输出信号带来的影响，保证测量的准确性。敏感梁承重能力强，敏感元件不承重，避免敏感元件受压而损坏。

【技术实现步骤摘要】
动态称重传感器及其测量方法
本专利技术涉及动态称重
，尤其是一种动态称重传感器及其测量方法。
技术介绍
动态称重传感器主要用于汽车在行驶过程中对车辆轴重和总重进行测量，实现车重数据自动采集以支撑交通智能管理规划、超载超限自动检测、支撑道路计重收费等功能。当然也可以用于其他动态设备的重量称量。目前的动态称重传感器主要分为两类，第一类是窄条石英动态称重传感器，其结构通过型材工艺一体制造，在结构的中部等距布置石英压电敏感元件。车轮压过传感器时，一体化结构承受固定比例载荷，剩余载荷压缩石英压电敏感元件，产生与载荷呈线性关系的电荷信号，电荷信号通过电荷放大器转换为电压信号，并通过后端AD转换转化为数字信号实现数据采集。具体可参照申请号为201820663349.7，名为“一种动态测量垂直力的称台”的专利。窄条动态称重传感器一般高度较小，在安装时，路面开槽将其镶嵌在路面中，上表面与地面齐平。由于车轮的触底长度小于传感器宽度，所以传感器的输出信号实际反映轮重或轴重的部分重量。车轮完全驶过传感器后，对传感器的输出信号进行积分，获得轮重或轴重数据，然后对所有的轮重或轴重数据进行求和，得到总重数据。这种动态称重传感器的缺点在于由于压电石英本身特性限制，在车辆低速通过时，石英表面产生的电荷由于无法长期保持会发生电荷泄漏，导致测得的数据不准，也无法获取车辆行驶称重过程中的振动干扰特性，测量精准度能够通过一些手段影响，如一些货运司机通过在车轮下方垫宽度大于传感器宽度的钢板来逃避检测。第二类是宽版型，该类产品的结构主要由上板、传感器、下板组成。传感器或安装于上板上，通过测量上板在轴重或轮重作用下的弹性变形实现轴重或轮重的测量；或安装于上下板之间，通过轴重或轮重作用上板，从而压缩传感器结构获得重量数据。这种称重装置传感器起到承重，又要测量，承重要求结构发生尽量小的应变，以防止被压坏，测量则要求结构发生尽量大的应变以提高输出幅值。在实际应用中，为了提高可靠性，防止传感器损坏，一般传感器的设计灵敏度会偏小，传感器分辨率和精度较难提高。为了防止传感器直接承重而容易损坏，申请号为201920510528.1的技术专利公开了一种称重传感器和动态汽车衡，该称重传感器包括上支撑体和下支撑体，上支撑体和下支撑体之间设置有弹性变形体，弹性变形体外壁贴有应变片，弹性变形体受压后变形，应变片检测到变形后转换为电信号输送至处理系统。由于利用弹性变形体承重，应变片不承重，可避免应变片被压损。但由于车辆在行驶过程中存在行驶方向的驱动力或刹车力，在垂直于行驶方向的横向方向上同时存在横向力，这些力也会造成弹性变形，因此会导致检测结果不准。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种动态称重传感器及其测量方法，能够消除驱动力或刹车力、横向力对测量结果的影响，提高检测的准确性，同时避免传感器直接承重而容易受损。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：动态称重传感器，包括上支撑件、下支撑件、敏感梁和敏感元件，所述敏感梁竖直设置，且其上端安装于上支撑件，下端安装于下支撑件，所述敏感梁具有一前侧面、一后侧面、一左侧面以及一右侧面，所述前侧面与后侧面平行，左侧面与右侧面平行，且前侧面与左侧面垂直，所述前侧面、后侧面、左侧面和右侧面均设置有敏感元件，且敏感元件的位置满足：当敏感梁产生弯曲变形时，前侧面和后侧面上的敏感元件的变形量一致，左侧面和右侧面上的敏感元件的变形量一致。进一步地，所述敏感梁为多根且呈阵列式分布。进一步地，所述敏感元件为MEMS工艺生产的半导体应变计，该半导体应变计内设置有惠斯通电桥。进一步地，每根敏感梁的顶部设置有上安装头，底部设置有下安装头；所述上支撑件的下表面设置有上安装槽，下支撑件的上表面设置有下安装槽，每根敏感梁的上安装头安装于上安装槽，下安装头安装于下安装槽。进一步地，所述上安装头与上安装槽间隙配合，下安装头与下安装槽间隙配合；所述上安装槽的槽底设置有竖直的沉头通孔，所述沉头通孔内设置有螺钉，所述螺钉贯穿敏感梁后与下支撑件螺纹连接，螺钉与沉头通孔孔壁之间以及螺钉与敏感梁之间具有间隙，所有的螺钉的安装扭矩相同。进一步地，所述下支撑件的上表面设置有竖直的导向柱，所述导向柱与上支撑件滑动配合。进一步地，所述敏感梁的断面呈正方形。上述动态称重传感器的测量方法，将动态称重传感器固定安装在被测动态设备的移动轨迹上，确保敏感梁的左侧面和右侧面平行于被测动态设备的移动轨迹，前侧面和后侧面垂直于被测动态设备的移动轨迹；动态设备经过上支撑件时，重量通过上支撑件传递至敏感梁，敏感梁产生压缩变形并带动前侧面、后侧面、左侧面和右侧面上的敏感元件产生变形，4个侧面上的敏感元件根据各自的变形量分别产生输出，将这4个侧面上的敏感元件的输出相加即得到敏感梁承受的重量信号。进一步地，根据前侧面和后侧面上的敏感元件的输出差计算出动态设备的驱动力或者刹车力信号；根据敏感梁左侧面和右侧面上的敏感元件的输出差计算出动态设备的横向力信号。进一步地，动态设备为车辆，根据产生输出的敏感梁位置得出车辆在车道内所处的位置；根据前后两根敏感梁之间的间距以及前后两根敏感梁产生输出的时间差计算出车辆的车速。本专利技术的有益效果是：1、敏感梁承重，敏感元件不承重，避免敏感元件受压而损坏。2、敏感梁承重时，4个侧面上的敏感元件同时产生输出，这些输出相加可起到放大输出的作用，当动态设备重量较小、敏感梁压缩变形量较小时也能够产生足够的输出幅值，从而扩大了测量范围，小至摩托车，大至大货车等都可以进行有效测量。3、当动态设备具有横向力、驱动力或刹车力时，敏感梁压缩变形的同时还会产生弯曲变形，弯曲时，一侧面受压，对应的另一侧面受拉，导致两个侧面的变形量不一致，因此只设置一个敏感元件时测量误差大。由于外力与弯曲应变呈线性相关，弯曲应变与敏感元件呈线性关系，本专利技术通过在敏感梁的前侧面、后侧面、左侧面和右侧面均设置一敏感元件，变形量不一致的两个侧面上的敏感元件的变形量相加，即可抵消两个侧面的弯曲变形，得到准确的压缩变形，从而消除驱动力或刹车力、横向力对测量结果的影响，保证测量准确性。4、结构简单，生产制造难度较低，降低生产成本，适用于各种设备的动态称重，也可用于静态称重。附图说明图1是本专利技术的立体示意图；图2是本专利技术的主视剖视示意图；图3是敏感梁的俯视剖视示意图；图4是敏感梁只承受重量的示意图；图5是敏感梁承受重量的同时还受到驱动力或刹车力的示意图；图6是敏感梁承受重量的同时还受到横向力的示意图；附图标记：1—上支撑件；2—下支撑件；3—敏感梁；31—前侧面；32—后侧面；33—左侧面；34—右侧面；4—敏感元件；5—上安装头；6—下安装头；7—螺钉；8—导向柱；F—水平方向上的力，G—重量。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明。本专利技术的动态称重传本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.动态称重传感器，包括上支撑件(1)、下支撑件(2)、敏感梁(3)和敏感元件(4)，所述敏感梁(3)竖直设置，且其上端安装于上支撑件(1)，下端安装于下支撑件(2)，其特征在于：/n所述敏感梁(3)具有一前侧面(31)、一后侧面(32)、一左侧面(33)以及一右侧面(34)，所述前侧面(31)与后侧面(32)平行，左侧面(33)与右侧面(34)平行，且前侧面(31)与左侧面(33)垂直，所述前侧面(31)、后侧面(32)、左侧面(33)和右侧面(34)均设置有敏感元件(4)，且敏感元件(4)的位置满足：当敏感梁(3)产生弯曲变形时，前侧面(31)和后侧面(32)上的敏感元件(4)的变形量一致，左侧面(33)和右侧面(34)上的敏感元件(4)的变形量一致。/n

【技术特征摘要】
1.动态称重传感器，包括上支撑件(1)、下支撑件(2)、敏感梁(3)和敏感元件(4)，所述敏感梁(3)竖直设置，且其上端安装于上支撑件(1)，下端安装于下支撑件(2)，其特征在于：
所述敏感梁(3)具有一前侧面(31)、一后侧面(32)、一左侧面(33)以及一右侧面(34)，所述前侧面(31)与后侧面(32)平行，左侧面(33)与右侧面(34)平行，且前侧面(31)与左侧面(33)垂直，所述前侧面(31)、后侧面(32)、左侧面(33)和右侧面(34)均设置有敏感元件(4)，且敏感元件(4)的位置满足：当敏感梁(3)产生弯曲变形时，前侧面(31)和后侧面(32)上的敏感元件(4)的变形量一致，左侧面(33)和右侧面(34)上的敏感元件(4)的变形量一致。


2.如权利要求1所述的动态称重传感器，其特征在于：所述敏感梁(3)为多根且呈阵列式分布。


3.如权利要求1所述的动态称重传感器，其特征在于：所述敏感元件(4)为MEMS工艺生产的半导体应变计，该半导体应变计内设置有惠斯通电桥。


4.如权利要求1或2所述的动态称重传感器，其特征在于：所述敏感梁(3)的顶部设置有上安装头(5)，底部设置有下安装头(6)；
所述上支撑件(1)的下表面设置有上安装槽，下支撑件(2)的上表面设置有下安装槽，每根敏感梁(3)的上安装头(5)安装于上安装槽，下安装头(6)安装于下安装槽。


5.如权利要求4所述的动态称重传感器，其特征在于：所述上安装头(5)与上安装槽间隙配合，下安装头(6)与下安装槽间隙配合；
所述上安装槽的槽底设置有竖直的沉头通孔，所述沉头通孔内设置有螺钉(7)，所述螺钉(7)贯穿敏感梁(3)后与下支撑件(2)螺纹连接，...

【专利技术属性】
技术研发人员：李小芳，
申请(专利权)人：李小芳，
类型：发明
国别省市：四川;51