一种动态车辆称重系统技术方案

本发明专利技术属于公路交通控制系统，由称重传感器和称重仪组成，传感器为组合应变片薄板式部分轮载传感器，称重仪是套电子测量系统，所需要的一切数据，均由这套电子支持仪器系统提供，重量轻、体积小、安装维护方便，适用车速范围宽和精度高，测量轴载及其它交通数据对于公路规划、施工、运输、养护、执法和投资等均具有重要意义，此系统具有广阔的应用前景。（*该技术在2015年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于公路交通控制系统，特别是称重系统。动态车辆称重系统的研究，文献报导的大多是电容条及压电条传感器称重技术，这种技术目前实际使用中误差较大，达不到我们的要求。德国PIETZSCH公司产品样本1994DAW100型动态称重系统，使用的是槽形板结构的受弯板式传感器，但结构尺寸较大，构造也较复杂，加工生产以及按装都很不便，其精度也不够理想。本专利技术的目的就是研制出精度符合要求，结构较简单，生产按装较容易的小型化的动态车辆称重系统(简称WIM)。为此，我们设计了由动态称重传感器(简称传感器)和动态称重仪(简称称重仪)组成的动态车辆称重系统实现了这一目的。本专利技术由传感器和称重仪两部分组成一系统。传感器是两块不同材料的金属板，在一金属板上布置应变片，两金属板用螺钉紧固在一起，埋置于公路上，表面与公路面齐平，称重仪则按置于路旁，由电缆与传感器连接起来。当车辆通过传感器时，传感器产生的信号输入到称重仪，利用编制的程序进行数据处理，最后显示出来。结合附图详细说明。附图说明图1动态车辆称重系统。1称重仪，2称重传感器。图2传感器分解图。3上盖板，4底板，5螺孔，6侧封板，7应变片，8电缆，9螺孔。图3传感器方位图。图4传感器应变输出图。图5传感器横向位置上的荷载分布图。图6传感器在总荷载作用下的输出图。图7荷载通过传感器示意图。图8传感器标定示意图。图9传感器在车道上的布置示意图。10传感器图10应变片布置示意图。11应变片。图11典型的轮载信号波形图。图12测量系统框图。图13信号调理器电路图。图14流程图。传感器的设计理论基础是，对部分轮载力的积分来采集车轮重量，证明当荷载匀速通过传感器时，传感器的输出仅与总荷载和速度有关，而与荷载的长度及分布无关。设传感器长度为L，宽度为B，中心线X＝B/2，如图3所示，设X方向单位集中线荷载作用于传感器中部时，B/2中心线上的应变输出曲线，是以作用位置为最大值的单峰型，且有效影响在一定范围(2do)内，如图4所示。设曲线下的面积为A，进一步设想，当集中线荷载在距传感器端部某一距离d(显然d≥do)之任意点作用时，其应变输出曲线是相同的，这样就在传感器的横向位置上，有一个宽度为Lo(L0＜l)，总荷载为p的荷载，荷载在Y轴的分布函数为q，如图5。q＝Q(y)，当L足够大，荷载位置满足d1＞＞d且d2＞＞d时，根据线性叠加原理，传感器应变输出曲线的面积Z=∫LOq·Ady=A∫d1d1+Logdy=A·p]]>此结果表明，传感器的输出只与总荷载有关，而与荷载宽度，分布状况和作用位置无关。据此，仅需以单位宽度荷载进行讨论。在传感器长度方向上，当单位集中荷载(点荷载)作用于x方向位置时，传感器中心线上的输出为x的函数，如图6所示Z＝f(x) (0≤x≤B)f(x)即为影响函数，图6所示曲线为影响曲线。设曲线下的面积So=∫OBf(x)dx]]>当荷载以不变速度v通过传感器时，X＝V·t(t为时间)影响函数可转化为时间t的函数。Z＝f(V·t)对时间进行积分，即传感器动态输出为Sv=∫OB/vf(v·t)dt=1/v∫fOB(x)dx=So/v]]>如图7所示，一个长度为Bo，总荷载为p，单位长度上荷载集度为q的荷载，以不变速度v通过传感器时，叠加原理成立，传感器的动态输出为S=∫OBo∫OBB/vq·f(v·t)dtdb]]>=Sv∫oq·db]]>＝Sv·P＝So·p/v此结论表明，当荷载匀速通过传感器时，传感器输出仅与总荷载和速度有关，与荷载的长度及分布无关。综合以上讨论得知，当传感器长度足够，轮载边缘距传感器近端的距离足够(大于do)，轮载匀速通过传感器时，传感器应变积分(动态输出)S＝So·p/v，只与轮载的总荷载和速度有关，与轮宽和轮载长等因素无关。由此得到测重公式P＝S·v/So式中，S、V可通过传感器的测量和计算得到，So是个常数，通过标定得到。标定方法是，用总载为W的荷载均匀地以矩形满布于传感器的宽度，长度方向上边缘留有余地，如图8，得到的输出是Q=∫OBw/Bf(x)dx]]>＝w·So/B即So＝Q·B/W当车轮滚动通过传感器时，传感器的响应是随时间从小至大再至小的曲线，不论该曲线形状如何，其所包含的面积是和每个车轮的荷载有关。这种测量方式就不用将传感器做得很宽，尺寸和重量都可减小，这有利于生产和安装，在较好安装路面条件下，传感器宽度大于20cm时，车轮则能平滑地通过传感器，传感器长度主要考虑覆盖3.2M的车道，厚度及结构则按每个轮重10吨，过载50％进行设计，传感器的尺寸是1500mm×230mm×20mm，上盖板厚5mm，底板厚15mm。如图2传感器由上盖板(3)、底板(4)、螺孔(5)，侧封板(6)，应变片(7)，电缆(8)及螺孔(9)组成。上盖板(3)用65号Mn钢制成，底板(4)用45号钢制成，上盖板及底板沿长度方向的两侧边有螺孔(5)，通过螺孔(5)用螺钉将上盖板与底板紧固在一起，底板(4)上表面呈凹形，为防止泥、水等浸入，上盖板及底板之两端，用侧封板(6)及橡胶密封条，通过螺孔(9)用螺钉紧固，电缆(8)与称重仪后盖上的传感器插座相接。应变片的布置方式是，在上盖板的内表面，在1/2宽的平分线上，以该平分线的中点o为基点，在o点的左右两侧各41.5mm处，布置应变片一片，然后以83mm为间距，均匀布置应变片，如图10所示。该传感器埋设于道路中，沿长度方向垂直于路边线，上盖板与路面齐平，如图9所示，车道宽3.2m，一车道布置壹组两个传感器，每个传感器测量车辆一侧的车轮重量，两传感器之中心距3m，两传感器的接近端间距20cm。称重仪则按置路边位置。传感器固然是WIM系统的关键部件，但电子测量系统才是核心，所需的一切数据，均由这套电了支持系统提供，该系统名日“称重仪”，该仪器机箱是一体化结构，机箱中配备软盘驱动器，通信接口，传感器接口，与标准输入、输出设备(CRT键盘，24针打印机)的接口，电源A/D、D/A数据采集及转换卡，二通道专用信号调理器，RAM电子存储板，输入、输出存储器驱动卡，All-in-one 386 DX CPV主板，该系统具有一个386计算机的功能和动态称重专用智能测试系统的全部功能，它采用AT总线结构，为图12所示。称重仪硬件系统均采用模块结构，以保证系统的可维护性、可修改性及可扩充性，显示屏为160×128点阵液晶显示屏，配有背景光，白昼夜间均可观察，信息用汉字和字符显示，键盘为12轻触键键膜，提供全系统的控制、参数修改和数据输入，软磁盘驱动为3寸盘驱动器，微型打印机为SEG-MP-40PA，机箱、电源、无源总线板采用台湾研华工控机产品，具有防磁，防尘和防震功能，CPU主板选用本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种新的动态车辆称重系统，由称重传感器和称重仪组成，其中称重传感器有金属板，称重仪有软盘驱动器，通信接口，传感器接口，与标准输入、输出设备的接口，电源Ａ／Ｄ、Ｄ／Ａ数据采集及转换卡，二通道专用信号调理器，ＲＡＭ电子存储板、输入、输出存储器驱动卡，ＡＬＬ－ｉｎ－ｏｎｅ３８６ＤＸＣＰＵ主板，其特征在于，称重传感器有上盖板（３）、底板（４），通过螺孔（５）用螺钉将两金属板紧固，在上盖板（３）的内表面贴应变片，底板（４）的上表面呈凹形，两金属板紧固后，两端部用侧封板（６）和橡胶条，通过螺孔（９）用螺钉紧固密封，电缆（８）与称重仪后盖板上的插座相接，上盖板（３）用６５号Ｍｎ钢制成，底板（４）用４５号钢制成，称重仪显示屏为点阵液晶显示屏。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张佳仁，杨卫东，刘亚蒙，金松涛，李吉雄，连启滨，高峰，
申请(专利权)人：交通部重庆公路科学研究所，
类型：发明
国别省市：51[中国|四川]