專利名稱：一種稱重應力裝置及車輛動態(tài)稱重系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本實用新型關于車輛稱重技術，特別是用于高速公路等道路上的車輛動態(tài)稱重技術，具體的講是一種稱重應力裝置及車輛動態(tài)稱重系統(tǒng)。
背景技術：
目前動態(tài)稱重系統(tǒng)廣泛應用于高速公路、礦山以及港口等載貨車輛的稱重系統(tǒng)中，為交通管理、超限超載治理以及進出口監(jiān)管起到了重要的作用。目前的車輛動態(tài)稱重系統(tǒng)主要以應變式傳感器為稱重平臺，主要形式為稱臺和彎板，存在的主要問題包括(一)動態(tài)稱重速度范圍小，車輛只能以低于30km/h的速度通過稱重系統(tǒng)，而且為滿足測量精度要求，要求稱重平臺必須有很大的有效稱重區(qū)域，因此難以滿足業(yè)主日益增長的使用需求，尤其不能滿足現(xiàn)在ETC不停車收費系統(tǒng)對動態(tài)車輛稱重系統(tǒng)的技術要求；( 二)為滿足用戶對稱重精度的要求，需要秤臺和彎板有很大的有效稱重面積，從而造成稱臺和彎板外形尺寸巨大，導致對安裝工藝要求很高，施工量大，工期長，對路面破壞嚴重，而且后期維護不便，需要定期清理維護；(三)由于稱臺和彎板為面接觸式傳感器，當車輛通過時，傳感器要承受整個軸重，沖擊力較大，導致傳感器壽命下降，易損壞。

實用新型內(nèi)容本實用新型實施例提供了一種稱重應力裝置及車輛動態(tài)稱重系統(tǒng)，用于解決大面積秤臺和彎板給車輛動態(tài)稱重造成的稱重通過速度慢、安裝及維護成本高等問題，并且為不同的車輛行駛速度范圍提供符合稱重精度要求的稱重解決方案。本實用新型的目的之一是，提供一種稱重應力裝置，該稱重應力裝置包括條形彈性體，用于承載駛過的車輪；形變傳感器，與條形彈性體相連接，用于監(jiān)測條形彈性體受力后的軸載信號；導線，與形變傳感器相連接，用于輸出軸載信號。條形彈性體的底面設置有多個金屬彈性應力支撐柱，每個金屬彈性應力支撐柱上至少設置一個形變傳感器；形變傳感器為電阻應力片。條形彈性體的底面開有多個凹槽，每個凹槽中至少設置一個形變傳感器；形變傳感器為電阻應力片。條形彈性體沿車輪行駛方向的寬度范圍為5毫米到100毫米。本實用新型的目的之一是，提供一種車輛動態(tài)稱重系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括至少三個稱重應力裝置，每個稱重應力裝置包括條形彈性體，用于承載駛過的車輪；形變傳感器，與條形彈性體相連接，用于監(jiān)測所述條形彈性體受力后的軸載信號；導線，與形變傳感器相連接，用于輸出軸載信號；條形彈性體沿車輪行駛方向的寬度范圍為5毫米到100毫米；稱重車道，用于設置稱重應力裝置，并且至少三個稱重應力裝置沿稱重車道交錯、間距設置；稱重數(shù)據(jù)采集裝置，與導線相連接，采集軸載信號；稱重數(shù)據(jù)控制裝置，與稱重數(shù)據(jù)采集裝置相連接，用于接收軸載信號，并根據(jù)軸載信號生成被測車輛的軸重數(shù)據(jù)。稱重數(shù)據(jù)控制裝置包括數(shù)據(jù)產(chǎn)生單元，用于根據(jù)所述形變傳感器所產(chǎn)生的軸載信號及軸載信號的時序，計算得到對應軸的行駛狀態(tài)信息，所述的行駛狀態(tài)信息包括行駛方向、軸速、加速度，由所述的行駛狀態(tài)信息生成對應軸的動態(tài)稱重數(shù)據(jù)、軸間距和軸型信息；有效數(shù)據(jù)選取單元，與數(shù)據(jù)產(chǎn)生單元相連接，用于根據(jù)軸速從至少三個稱重應力裝置中選取間距適當?shù)膬蓚€稱重應力裝置所產(chǎn)生的軸載信號作為有效點軸載信號；數(shù)據(jù)處理單元，與有效數(shù)據(jù)選取單元相連接，根據(jù)選取的有效點軸載信號，計算生成稱重車輛的有效軸重數(shù)據(jù)；車輛信息生成單元，與數(shù)據(jù)處理單元相連接，根據(jù)有效軸重數(shù)據(jù)及軸速、軸型、車型信息，組合生成稱重車輛的檢測信息。車輛動態(tài)稱重系統(tǒng)還包括線圈，與稱重數(shù)據(jù)采集裝置相連接，用于對被稱重車輛的到達進行檢測，生成稱重測量觸發(fā)信號；紅外光柵，與稱重數(shù)據(jù)采集裝置相連接，用于對被稱重車輛的存在進行檢測，生成收尾信號。本實用新型的有益效果在于，通過寬度范圍為5毫米到100毫米的條形彈性體作為稱重臺，大大減小了有效稱重面積，降低了安裝和維護的成本。同時利用軸速和交錯、間距設置的條形彈性體之間的間距，獲得車輛通過稱重平臺過程中輪胎在不同點對地的壓力，從而能夠使被稱重車輛以各種速度進行動態(tài)稱重，解決了不同的車輛行駛速度范圍的符合稱重精度要求的稱重問題。

為了更清楚地說明本實用新型實施例或現(xiàn)有技術中的技術方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實用新型的一些實施例，對于本領域技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下， 還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖1為本實用新型實施例稱重應力裝置的外形示意圖；圖2為本實用新型實施例的具有支撐柱的稱重應力裝置的A-A剖面圖；圖3a為本發(fā)明實施例的具有凹槽的稱重應力裝置的A-A剖面圖；圖3b為圖3a的B-B剖面圖；圖4為本實用新型實施例車輛動態(tài)稱重系統(tǒng)的結構示意圖；圖5為本實用新型實施例具有10個稱重應力裝置的車輛動態(tài)稱重系統(tǒng)的結構示意圖；圖6為本實用新型實施例車輛動態(tài)稱重系統(tǒng)的稱重數(shù)據(jù)控制裝置的結構框圖；圖7為本實用新型實施例車輛動態(tài)稱重系統(tǒng)的采樣圖；圖8、圖9為本實用新型實施例車輛動態(tài)稱重系統(tǒng)的測量誤差圖。
具體實施方式
下面將結合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒緦嵱眯滦椭械膶嵤├?，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型保護的范圍。[0027]實施例1如圖1所示，為本實施例的稱重應力裝置的外形圖，該稱重應力裝置至少包括一條形彈性體100，用于承載駛過的車輪。形金屬彈性應力板100可以是矩形。稱重應力裝置還包括形變傳感器，與條形彈性體相連接，用于監(jiān)測條形彈性體受力后的軸載信號；導線，與形變傳感器相連接，用于輸出軸載信號。條形彈性體100沿車輪行駛方向的寬度范圍為5毫米到100毫米。如圖2所示，稱重應力裝置的一個優(yōu)選方案是條形彈性體100的底面設置有3 個金屬彈性應力支撐柱，每個金屬彈性應力支撐柱上設置一個一個電阻應力片(1011'， 1012' ,1013')。當稱重車輛的車軸壓過條形彈性體100時，條形彈性體100和3個金屬彈性應力支撐柱承受應力，電阻應力片(1011'，1012'，1013')分別檢測到對應的軸載信號，并將軸載信號通過導線1014'輸出。條形彈性體100的寬度范圍為5毫米到100毫米。如圖3a所示，稱重應力裝置的一個優(yōu)選方案是條形彈性體100的底面開有3個凹槽(凹槽的個數(shù)可根據(jù)條形彈性體100的長度選擇)，每個凹槽中至少設置一個電阻應力片(1011，1012，1013)。如圖3b所示，條形彈性體100的橫截面為梯形，條形彈性體100設置在一個梯形槽內(nèi)。安裝電阻應力片1011的凹槽設置在條形彈性體100的底面，即梯形長邊的一側(cè)。當稱重車輛的車軸壓過條形彈性體100時，條形彈性體100承受應力，電阻應力片(1011，1012，1013)分別檢測到對應的軸載信號，并將軸載信號通過導線1014輸出。條形彈性體100的寬度范圍為5毫米到100毫米。實施例2如圖4所示，本實施例的車輛動態(tài)稱重系統(tǒng)包括三個稱重應力裝置，每個所述的稱重應力裝置包括條形彈性體(101，102，103)，用于承載駛過的車輪。條形彈性體101安裝有形變傳感器(1011，1012，1013)，條形彈性體102安裝有形變傳感器(1021，1022，1023)，條形彈性體103安裝有形變傳感器(1031，1032，1033)。各形變傳感器用于監(jiān)測條形彈性體受力后的軸載信號。條形彈性體沿車輪行駛方向的寬度范圍為5毫米到100毫米。稱重車道，用于設置稱重應力裝置，例如可將三個稱重應力裝置的條形彈性體 (101，102，103)沿稱重車道交錯、間距設置。稱重數(shù)據(jù)采集裝置400，通過導線與各個形變傳感器相連接，采集軸載信號。稱重數(shù)據(jù)控制裝置500，可以是PC機，用于接收稱重數(shù)據(jù)采集裝置400采集的軸載信號，并根據(jù)軸載信號生成被測車輛的軸重數(shù)據(jù)。如圖6所示，稱重數(shù)據(jù)控制裝置500包括數(shù)據(jù)產(chǎn)生單元，用于根據(jù)所力傳感器所產(chǎn)生的軸載信號及軸載信號的時序，計算得到對應軸的行駛狀態(tài)，包括行駛方向、軸速、力口速度，由此生成對應軸的動態(tài)稱重數(shù)據(jù)、軸間距和軸型信息；生成對應軸的動態(tài)稱重數(shù)據(jù)、 軸速、軸間距和軸型信息；有效數(shù)據(jù)選取單元，用于根據(jù)軸速從至少三個稱重應力裝置中選取間距適當?shù)膬蓚€稱重應力裝置所產(chǎn)生的軸載信號作為有效點軸載信號；數(shù)據(jù)處理單元， 根據(jù)選取的有效點軸載信號，計算生成稱重車輛的有效軸重數(shù)據(jù)；車輛信息生成單元，根據(jù)有效軸重數(shù)據(jù)及軸速、軸型、車型信息，組合生成稱重車輛的檢測信息。在圖4中車輛動態(tài)稱重系統(tǒng)還包括線圈200，用于對被稱重車輛的到達進行檢測，生成稱重測量觸發(fā)信號。紅外光柵(301，302)，用于對被稱重車輛的存在進行檢測，生成收尾信號。如圖5所示，車輛動態(tài)稱重系統(tǒng)的一優(yōu)選的實施方案包括稱重應力裝置(Al到 A5和Bl到B5)，各稱重應力裝置的條形彈性體以一定間距交錯布局方式布置在稱重車道上，用于車輛動態(tài)稱重過程中，車輛通過各條形彈性體時稱重應力裝置的形變傳感器產(chǎn)生對應的多點軸載信號，由光柵分車器和/或線圈輸出采集控制信號；數(shù)據(jù)采集單元，即采集稱重平臺產(chǎn)生的軸載信號和控制信號，并將信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字量傳給數(shù)據(jù)處理單元；數(shù)據(jù)處理單元，即對數(shù)據(jù)采集單元發(fā)回的各點數(shù)據(jù)進行分析和處理，由各軸次的行駛速度和車輛振動的近似關系式選出合適的點作為軸重有效點，準確得出車輛軸重、軸速、軸型，判別車行方向，組合出車輛信息；數(shù)據(jù)交互單元，即將車輛動態(tài)稱重的結果進行存儲，并發(fā)送給上位機，與外界進行數(shù)據(jù)交互的單元。在圖5所示的車輛動態(tài)稱重系統(tǒng)中，可選擇3到10稱重應力裝置以一定間距交錯布局組成。數(shù)據(jù)采集單元，可采用數(shù)字接線盒實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集，其具有多路16位以上A/D采集通道，分別接入各路稱重傳感器，其中每一路采集通道都有相應的信號調(diào)校單元，采樣頻率每路均大于3000Hz。收尾傳感裝置，用于判斷一輛車開始進入檢測區(qū)域和離開檢測區(qū)域，可采用光柵分車器和/或線圈。數(shù)據(jù)控制器單元，可采用ARM9或者DSP中心處理單元為控制裝置，控制裝置具有網(wǎng)絡接口和/或RS232接口用于數(shù)據(jù)傳輸，多路開關量輸入輸出接口用于控制信號輸入，同時有液晶顯示部件，控制裝置分別與數(shù)據(jù)采集單元和收尾傳感裝置電連接，稱重傳感裝置和數(shù)據(jù)采集單元電連接。本實用新型的稱重原理是車輛駛?cè)敕Q重區(qū)域，車輛各軸次依次通過稱重平臺后， 稱重傳感裝置將各軸對地壓力轉(zhuǎn)化為多點軸載電信號，數(shù)據(jù)采集單元將各路傳感器產(chǎn)生的軸載信號經(jīng)過模擬調(diào)理、放大和AD轉(zhuǎn)換后，將各路數(shù)字軸載信號傳給數(shù)據(jù)控制器；控制裝置經(jīng)過分析，當接收到一定閾值的重量數(shù)據(jù)時，系統(tǒng)進入動態(tài)稱重狀態(tài)，數(shù)據(jù)控制器將軸載信號檢測并記錄下來，同時結合已知的條形傳感器間距和時序關系，得出軸速和軸間距，從而得出經(jīng)過稱重平臺的車輛的車型信息；數(shù)據(jù)控制器通過分析各軸次的軸速和車輛行駛狀態(tài)下振動的近似關系式，選擇合適的點作為有效稱重數(shù)據(jù)，從而得到軸重信息；當車輛尾部通過收尾傳感裝置后，車輛收尾裝置發(fā)出收尾信號，數(shù)據(jù)控制器生成被檢測車輛的檢測數(shù)據(jù)，控制液晶部件顯示相關數(shù)據(jù)和狀態(tài)，同時將被檢測車輛所有數(shù)據(jù)信息通過數(shù)據(jù)輸出口傳給上位機。多點軸載信號的獲取主要依靠稱重應力裝置，本實用新型系統(tǒng)包括具有受力部分長度小于5米，寬度小于10厘米，高度小于15厘米的條形彈性體的稱重應力裝置，10個條形彈性體以一定間距交錯布局設置在稱重車道中，稱重車道可以是浙青路面。如圖2所示， 稱重應力裝置內(nèi)部采用多點支撐結構，將多個雙剪切梁應變式傳感器組合成一體式傳感器，當車輪經(jīng)過條形彈性體時，彈性體發(fā)生形變，作為支撐點的雙剪切梁也將受力形變，此時貼于雙剪切梁梁肩的電阻應變片將梁體形變轉(zhuǎn)換為電信號輸出，從而測出傳感器的受力狀況。[0045]有效稱重信號的選取需要數(shù)據(jù)控制器對多點軸載信號進行詳細的分析和準確處理。數(shù)據(jù)控制器包括數(shù)據(jù)產(chǎn)生模塊，根據(jù)每軸經(jīng)過條形彈性體產(chǎn)生的多點軸載信號及其時序關系，生成此軸的動態(tài)稱重數(shù)據(jù)及軸速、軸間距和軸型信息。由于條形彈性體間距是固定已知的，假設兩條形彈性體之間的縱向距離為S，車軸分別通過兩條形彈性體的時間差可通過多點軸載信號的時序關系可得，假設時間差為Tl，則可得出車軸行駛速度為V = S/T1 ；車輛近似于勻速前進，則車輛相鄰兩軸經(jīng)過同一條形彈性體的時間差可由采集到的軸載信號的時序關系可得，假設為T2，則可得出相鄰兩軸之間的軸距為L = V*T2 ；由各軸之間的軸距可得出被測車輛的軸型和車型。有效數(shù)據(jù)選取模塊，車輛在行駛狀態(tài)下對地的壓力可近似用如下公式(1)表示
權利要求1.一種稱重應力裝置，其特征是，所述的稱重應力裝置包括 條形彈性體，用于承載駛過的車輪的壓力；形變傳感器，與所述的條形彈性體相連接，用于監(jiān)測所述條形彈性體受力后的軸載信號；導線，與所述的形變傳感器相連接，用于輸出所述的軸載信號。
2.根據(jù)權利要求1所述的稱重應力裝置，其特征是，所述的條形彈性體的底面設置有多個金屬彈性應力支撐柱，每個所述的金屬彈性應力支撐柱上至少設置一個所述的形變傳感器；所述的形變傳感器為電阻應力片。
3.根據(jù)權利要求1所述的稱重應力裝置，其特征是，所述的條形彈性體的底面開有多個凹槽，每個所述的凹槽中至少設置一個所述的形變傳感器；所述的形變傳感器為電阻應力片。
4.根據(jù)權利要求1或2或3所述的稱重應力裝置，其特征是，所述的條形彈性體沿車輪行駛方向的寬度范圍為5毫米到100毫米。
5.一種車輛動態(tài)稱重系統(tǒng)，其特征是，所述的系統(tǒng)包括至少三個稱重應力裝置，每個所述的稱重應力裝置包括條形彈性體，用于承載駛過的車輪；形變傳感器，與所述的條形彈性體相連接，用于監(jiān)測所述條形彈性體受力后的軸載信號；導線，與所述的形變傳感器相連接，用于輸出所述的軸載信號；所述的條形彈性體沿車輪行駛方向的寬度范圍為5毫米到100毫米；稱重車道，用于設置所述的稱重應力裝置，并且所述的至少三個稱重應力裝置沿所述的稱重車道交錯、間距設置；稱重數(shù)據(jù)采集裝置，與所述的導線相連接，采集所述的軸載信號； 稱重數(shù)據(jù)控制裝置，與所述的稱重數(shù)據(jù)采集裝置相連接，用于接收所述的軸載信號，并根據(jù)所述的軸載信號生成所述被測車輛的軸重數(shù)據(jù)。
6.根據(jù)權利要求5所述的車輛動態(tài)稱重系統(tǒng)，其特征是，所述的稱重數(shù)據(jù)控制裝置包括數(shù)據(jù)產(chǎn)生單元，用于根據(jù)所述形變傳感器所產(chǎn)生的軸載信號及軸載信號的時序，計算得到對應軸的行駛狀態(tài)信息，所述的行駛狀態(tài)信息包括行駛方向、軸速、加速度，由所述的行駛狀態(tài)信息生成對應軸的動態(tài)稱重數(shù)據(jù)、軸間距和軸型信息；有效數(shù)據(jù)選取單元，與所述的數(shù)據(jù)產(chǎn)生單元相連接，用于根據(jù)軸速從所述的至少三個稱重應力裝置中選取間距適當?shù)膬蓚€稱重應力裝置所產(chǎn)生的軸載信號作為有效點軸載信號；數(shù)據(jù)處理單元，與所述的有效數(shù)據(jù)選取單元相連接，根據(jù)選取的有效點軸載信號，計算生成稱重車輛的有效軸重數(shù)據(jù)；車輛信息生成單元，與所述的數(shù)據(jù)處理單元相連接，根據(jù)所述的有效軸重數(shù)據(jù)及軸速、 軸型、車型信息，組合生成稱重車輛的檢測信息。
7.根據(jù)權利要求5所述的車輛動態(tài)稱重系統(tǒng)，其特征是，所述的系統(tǒng)還包括線圈，與所述的稱重數(shù)據(jù)采集裝置相連接，用于對所述被稱重車輛的到達進行檢測，生成稱重測量觸發(fā)信號；紅外光柵，與所述的稱重數(shù)據(jù)采集裝置相連接，用于對所述被稱重車輛的存在進行檢測，生成收尾信號。
8.根據(jù)權利要求5所述的車輛動態(tài)稱重系統(tǒng)，其特征是，所述的條形彈性體的底面設置有多個金屬彈性應力支撐柱，每個所述的金屬彈性應力支撐柱上至少設置一個所述的形變傳感器；所述的形變傳感器為電阻應力片。
9.根據(jù)權利要求5所述的車輛動態(tài)稱重系統(tǒng)，其特征是，所述的條形彈性體的底面開有多個凹槽，每個所述的凹槽中至少設置一個所述的形變傳感器；所述的形變傳感器為電阻應力片。
專利摘要本實用新型提供了一種稱重應力裝置及車輛動態(tài)稱重系統(tǒng)，該稱重應力裝置包括條形彈性體，用于承載駛過的車輪；形變傳感器，與條形彈性體相連接，用于監(jiān)測條形彈性體受力后的軸載信號；導線，與形變傳感器相連接，用于輸出軸載信號；條形彈性體沿車輪行駛方向的寬度范圍為5毫米到100毫米。用于解決大面積秤臺和彎板給車輛動態(tài)稱重造成的稱重通過速度慢、安裝及維護成本高等問題，并且為不同的車輛行駛速度范圍提供符合稱重精度要求的稱重解決方案。
文檔編號G01G21/22GK202119516SQ201120154748
公開日2012年1月18日 申請日期2011年5月16日 優(yōu)先權日2011年5月16日
發(fā)明者張燁, 羅國春, 鄧永強 申請人:北京萬集科技股份有限公司