一种高速车辆超重的实时在线测量系统技术方案

本发明专利技术涉及一种高速车辆超重测量系统，其特征在于它是由若干个现场敏感器件与信号放大器及控制器组成多路分布，并通过多路通路并行Ａ／Ｄ转换将其产生的模拟信号输入到信号中央处理器，信号中央处理器根据各路发送的信号，通过特定的算法，进行车辆载重情况的识别，并发送探测信息和告警信息；本发明专利技术采用基于振动和形变的间接测量方式，通过特定算法实现自适应高速动态测量，原理新颖；系统不安装在道路表面，不需要开挖道路，安装方便，不会对交通产生任何影响；采用小型化、模块化设计，系统安装方便，配置灵活，可制成便携式系统。对允许通过的最高车速没有限制，不需要人工干预，可以实现２４小时不间断在线测量。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术提供一种高速车辆超重的实时在线测量系统，属交通道路防护

技术介绍
超重超载车辆是造成桥梁结构损坏、公路交通事故频发的一个重要因素。由于交通流量严重超负荷，以及重车比例过大，有很大一部分桥梁在设计使用年限之前就过早损坏，造成养护费用上升，服务质量下降以及不安全因素的增加。这种恶性循环造成的经济损失是无法估计的。因此限制超重超载车辆的行驶，对确保大桥结构安全以及交通行车安全、降低道路养护费用有着重要意义。传统的静态测量系统的测量精度高，但是效率很低，需要工作人员对车辆进行预选，无法实现对所有车辆的24小时不停车监控。低速测量系统的测量精度高，技术较为成熟。但是低速测量系统允许的最大通过车速不超过5公里/小时，显然检测效率不高，无法满足对所有车辆进行不停车在线检测的要求。现有的动态测量系统都采用直接称重的方法，必须安装在道路内。安装时需要关闭道路，对道路进行开挖。为了保证测量精度对安装地点、路面材料和安装方式有较苛刻的要求。部分传感器如压电式传感器的寿命有限。因此现有系统的成本都较高。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种高速测量车辆超载的实时在线测量系统，允许的最大车速高，测试效率高，可以实现对所有车辆的24小时不间断实时在线检测。本专利技术的目的是通过下列方案实施的本专利技术所提供的系统采用先进微加速度传感器和应变计作为现场敏感器件，两者探测到车辆行驶过被测桥梁时的不同的特征信号，加速度传感器测量桥梁的振动信号，应变计测量桥梁的形变。这两种不同的特征信号分别经过适当的调理，送到中央处理器进行处理，在处理器中将两者结合起来，通过特定算法，给出车辆的超载信息。在相关桥梁实施多敏感器件现场分布，辅之以视频探头，当车辆经过被测范围时，敏感器件的输出随车辆载重的不同而不同，通过测量行驶车辆引起的桥面的振动和形变，经过信号分析和处理由特定算法计算得到车辆的重量，并实时检测、报告车辆载重情况。它是由若干个现场敏感器件与信号放大器及控制器组成多路分布，通过多通路并行A/D转换将其产生的模拟信号输入到信号中央处理器，信号中央处理器根据各路发送的信号，通过特定的算法，进行车辆载重情况的识别，并发送探测信息和告警信息等。具体系统框图如图1所示。图1中，现场敏感器件包括加速度传感器和应变计，这里统一称为现场敏感器件。加速度传感器和应变计分别对应不同的信号放大电路。被放大的振动和应变信号，通过A/D并行转换，送到信号中央处理器进行处理。先前申请提供的高速车辆超重测量系统的系统原理性框图(图2)比较，现场敏感器件增加了应变计，使得测量结果更加的准确。并且用A/D并行转换代替了CAN总线，提高了系统的处理速度，并降低了系统的复杂度。下面对系统的各个部分进行具体的说明1)现场敏感器件现场敏感器件包括加速度传感器和应变片两种。a.加速度传感器振动传感器采用加速度传感器，检测桥梁的振动情况，输出的是连续的电压信号。相同车速时，超限车辆行驶时产生的路面振动与下常车辆不同，据此可检测超限车辆。在本专利技术中，适用的加速度传感器的参数如下灵敏度＞2mg；带宽0.01Hz--200Hz平均噪声密度＜133ug/rtHz工作温度-40℃～+85℃。只要所选用的加速度传感器满足上述参数的要求即可。可以使用的传感器举例如下中国科学院上海微系统所提供的AYZ-1传感器，或由美国ADI公司提供的ADXL103、ADXL203型传感器，朗斯测试技术有限公司的LC0156，LC0105，LC0108，LC0106，等。应加以说明的是选用朗斯测试技术公司上述加速度传感器时，不需要后继的放大电路。朗斯测试技术有限公司的加速度传感器参数说明如下LC01系列传感器是内装集成电路放大器的压电加速度传感器，能够直接与A/D转换相连，可以简化测试系统。在使用时一般不需要再附加后继的放大电路，但在被测信号比较小的情况下，也要根据实际的情况对其输出信号进行适当的放大。其主要参数如下灵敏度＞0.2mg带宽0.05～1500Hz平均噪声密度＜133ug/rtHz工作温度-40℃～+120℃当然其他满足上述所列参数的加速度传感器，都可以采用。b.应变计用于测量车辆经过时桥梁的形变。可选用的应变计如下日本东京测器株式社(TML公司)F系列单栅应变计(还需要外加机械应力放大器)；金属基底单栅应变计FLM，粘结型应变计P/PF/MF系列；弦式应变计等。F系列单栅应变计贴在机械应力放大器上，机械应力放大器安装在桥洞顶部。金属基底单栅应变计、粘结型应变计和弦式应变计等直接安装在被测桥洞顶部。外加机械应力放大器的应变计，可选用一般功能的单栅应变片，输出电阻可以是60欧姆，120欧姆，350欧姆等；2)信号放大电路部分对放大电路部分，主要考虑以下几个方面滤波器带宽只要大于传感器带宽。放大倍数根据加速度传感器的输出信号大小和后继信号处理部分对信号幅度的要求，灵活设定。放大部分的基本原理框图如图3所示采用多级放大电路，考虑到整个系统的噪声性能，第一级采用低噪声器件。一般采用的是精密仪表放大器。例如AD620、AD621、AD622、AD623、AD624等等一系列仪表放大器都可以应用。后级放大电路采用高精度的运算放大器为核心器件构成。例如AD708、AD8606、AD8616、AD8698、AD8605、AD8608等，或OP07、OP27、OP37同类产品，均可采用。加速度传感器放大电路如图4所示。RS1～RS4为加速度传感器输出电阻，其输出差分电压信号通过C1、C2耦合到仪表放大器AD620，R2～R5和R*为调零电阻。AD620放大倍数取100倍，R6～R8、C5～C6构成截止频率为230Hz的低通滤波器，通过滤波的信号到OP284-IC3A构成的增益为30倍的第二级放大部分进行放大后输出到A/D转换器。OP284-IC3B提供2.5V的直流偏置电压。应变计放大电路如图5所示。在图5中，R1、R2、R3、U3、U4、Q1构成输出为10.4mA的恒流源，为应变计构成的惠斯登电桥提供工作电源。R4、R5为调零电阻。由惠斯登电桥输出的差分信号送到AD620放大部分，通过R7直流耦合到由op07构成的第二级放大部分，最终的放大信号由op07的6脚输出，送到A/D转换器。量级的增益可根据不同实际应用情况进行调整。3)用多通路并行A/D转换器，替代了CAN总线，主要从信号的处理速度和系统的复杂度上进行了改进。先前申请中的CAN总线方式，控制器部分选用带有CAN控制器的单片机或DSP。例如microchip公司PIC18F系列单片机、TMS320LF240x系列DSP为核心器件，完成对放大以后的信号控制。通过CAN总线方式，传感器和放大及控制部分可根据实际需要灵活设置分布的位置和数量，各部分通过CAN总线相连，从而使各部分连线数量大大减少，并可灵活增减接入部件，方便各部件的控制。但在该方式下，需要CAN总线的控制器和收发器，使得系统比较复杂，另一方面，CAN总线的最大带宽只有1MHz，多路传输时，各路带宽更窄，使得数据的传输速率受到很大的限制，系统的执行速度比较慢，甚至可能不能进行实时信号处理，从而达不到本专利技术的实时检测的目标。而且在实际应用中，所需传感器数量并不多，使得CAN总线方式中，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高速车辆超重的实时在线测量系统，其特征在于它是由若干个现场敏感器件与信号放大器及控制器组成多路分布，并通过多通路并行Ａ／Ｄ转换将其产生的模拟信号输入到信号中央处理器，信号中央处理器根据各路发送的信号，通过特定的算法，进行车辆载重情况的识别，并发送探测信息和告警信息；所述的现场敏感器件由加速度传感器和应变片组成，其中加速度传感器为振动传感器，检测桥梁的振动情况，输出的是连续的电压信号，应变片通过应变计测量车辆经过时桥梁的形变；所述的信号放大器的放大电路采用多 级放大，第一级采用低噪声器件，采用精密仪表放大器；后级放大电路采用高精度的运算放大器为核心器件组成；所述Ａ／Ｄ并行转换完成对放大电路部分输出信号从模拟信号到数字信号的转移；所述的中央处理机采用以ＯＭＡＰ５９系列为核心器件的信 号处理方案，实施信号的实时处理；所述的特定算法是由中央处理器对采样得到的各路信号进行分析比较，判断车辆是否超载，如果是，则输出探测信息到液晶屏显示，并给出超载告警，启动摄像机进行车牌抓拍或捕捉超载车图像信息，并将测量数据存储在实时数 据库中。...

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：李玉芳，郭斌，刘民，陈士清，杨恒，李建勋，李昕欣，
申请(专利权)人：中国科学院上海微系统与信息技术研究所，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]