專利名稱：一種車輛超載警報(bào)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種車輛超載警報(bào)裝置，具體地說(shuō)是一種對(duì)過(guò)往高速公路、橋梁等車輛進(jìn)行實(shí)時(shí)載荷測(cè)試的警報(bào)裝置。
背景技術(shù)：
目前，隨著公路交通的飛速發(fā)展，公路運(yùn)輸已成為一種極其重要的運(yùn)輸方式。但是，由于過(guò)往車輛的持續(xù)超載，導(dǎo)致目前國(guó)內(nèi)很多正在使用的高速公路以及重大橋梁在使用不久后就出現(xiàn)損壞，有的甚至不得不進(jìn)行拆除重建。為了解決這類問(wèn)題，雖然有些高速公路和重大橋梁入口處設(shè)置了限制汽車超載的警示牌，但是依然有很多車輛明顯超載，而目前交通部門卻不能在不影響交通的情況下有效地對(duì)過(guò)往車輛進(jìn)行載荷實(shí)時(shí)檢測(cè)。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是為了克服了上述存在的問(wèn)題，提供了一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，使用方便的車輛超載警報(bào)裝置。為了達(dá)到上述的目的，本實(shí)用新型采取的技術(shù)方案是提供一種車輛超載警報(bào)裝置，包括基于PZT壓電陶瓷材料的壓電陶瓷傳感器、電荷轉(zhuǎn)換放大電路和判斷控制電路和警報(bào)器，所述的壓電陶瓷傳感器的輸出端與電荷轉(zhuǎn)換放大電路的輸入端連接，電荷轉(zhuǎn)換電路的輸出端與判斷控制電路的輸入端U連接，判斷控制電路中的fejb與外部電源連接，判斷控制電路與警報(bào)器連接。所述的壓電陶瓷傳感器以陣列式排布安裝在高速公路或重大橋梁的入口處。本實(shí)用新型所述的壓電陶瓷傳感器由兩塊長(zhǎng)方形的基體，通過(guò)環(huán)氧樹(shù)脂封裝PZT 壓電陶瓷感應(yīng)體構(gòu)成，有兩條輸出信號(hào)線分別焊接在所述的PZT壓電陶瓷感應(yīng)體的上、下表面，兩條輸出信號(hào)線另一端分別與電荷轉(zhuǎn)換放大電路反相和同相輸入端連接。所述的長(zhǎng)方形的基體為大理石，花崗巖，混凝土。本實(shí)用新型所述的電荷轉(zhuǎn)換放大電路選擇TL081運(yùn)算放大器，TL081輸入端第2引腳、第3引腳與基于PZT壓電陶瓷的壓電陶瓷傳感器陣列的電荷信號(hào)輸出導(dǎo)線連接，TL081 運(yùn)算放大器的第2引腳還分別通過(guò)反饋電容Cf和反饋電阻Rf與輸出端第6引腳連接； TL081運(yùn)算放大器的第3引腳接地，第4引腳與-5V的電源連接，第7引腳與+5V的電源連接；TL081運(yùn)算放大器的第6引腳、第3引腳組成輸出端與判斷控制電路連接。本實(shí)用新型所述的判斷控制電路中二極管Dl與電阻Rl接在運(yùn)算放大器的反相端，二極管D2與電阻R2接在運(yùn)算放大器的同相端，運(yùn)算放大器輸出端通過(guò)電阻R3連接警報(bào)器；運(yùn)算放大器以fe^b為兩個(gè)大小相等極性相反的參考電壓，fe為正電壓通過(guò)Rl加在運(yùn)算放大器的反相輸入端，Ub為負(fù)電壓通過(guò)R2加在運(yùn)算放大器同相輸入端。本實(shí)用新型的車輛超載警報(bào)裝置，在使用前應(yīng)預(yù)先將壓電陶瓷傳感器以陣列式排布安裝在高速公路或重大橋梁的入口處。然后將壓電陶瓷傳感器陣列的電荷信號(hào)輸出導(dǎo)線與電荷轉(zhuǎn)換放大電路的輸入端連接，將電荷轉(zhuǎn)換放大電路的輸出端與判斷控制電路的輸入端U連接，判斷電路中的Ua、Ub與外部電源連接，從而完成整個(gè)系統(tǒng)的搭建工作。本實(shí)用新型的工作原理是根據(jù)壓電陶瓷材料的壓電特性，在承受一定的動(dòng)荷載的作用下，PZT壓電陶瓷感應(yīng)體輸出的電荷信號(hào)幅值與對(duì)應(yīng)的荷載幅值成線性關(guān)系。在本裝置中將壓電陶瓷輸出的電荷信號(hào)通過(guò)轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，再放大的電壓信號(hào)值與壓電陶瓷傳感器承受的汽車荷載之間還是線性關(guān)系。假設(shè)其線性關(guān)系為U=K · F + b，公式中，U為電荷轉(zhuǎn)換放大電路輸出的電壓信號(hào)，K為壓電陶瓷材料的靈敏度系數(shù)，F(xiàn)為傳感器陣列承受的汽車后輪的沖擊荷載，b為與壓電陶瓷材料有關(guān)的系數(shù)，K、b可通過(guò)對(duì)相應(yīng)的壓電陶瓷進(jìn)行動(dòng)態(tài)標(biāo)定試驗(yàn)獲得。根據(jù)高速公路或者橋梁的設(shè)計(jì)承載噸位，在判斷控制電路中設(shè)定額定電壓fe，根據(jù)額定電壓Ua,在電荷轉(zhuǎn)換放大電路中設(shè)置合適的電容Cf。當(dāng)汽車碾過(guò)壓電陶瓷傳感器陣列的時(shí)候，電荷轉(zhuǎn)換放大電路輸出的電壓信號(hào)U就會(huì)傳入判斷控制電路。當(dāng)|u|彡fe時(shí)，警報(bào)器會(huì)立即啟動(dòng)，繼而開(kāi)始發(fā)出警報(bào)；當(dāng)|u| < fe時(shí)，警報(bào)器不啟動(dòng)，因而不會(huì)發(fā)出警報(bào)。本實(shí)用新型的車輛超載警報(bào)裝置具有如下優(yōu)點(diǎn)本實(shí)用新型的車輛超載警報(bào)裝置具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、耗能少、價(jià)格低廉、可重復(fù)調(diào)整額定噸位，使用方便和易維護(hù)，可對(duì)在高速公路或橋梁上過(guò)往的車輛進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)試和超載警報(bào)。

圖1為本實(shí)用新型車輛超載警報(bào)裝置的整體結(jié)構(gòu)框圖。圖2為本實(shí)用新型壓電陶瓷傳感器內(nèi)部示意圖。圖3為本實(shí)用新型中的電荷轉(zhuǎn)換放大電路結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為本實(shí)用新型中的判斷控制電路結(jié)構(gòu)示意圖。上述圖中1為基體、2為環(huán)氧樹(shù)脂、3為PZT壓電陶瓷、4為正電荷信號(hào)輸出導(dǎo)線、 5為負(fù)電荷信號(hào)輸出導(dǎo)線。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳述。實(shí)施例1 本實(shí)用新型一種車輛超載警報(bào)裝置的結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括基于PZT壓電陶瓷材料的壓電陶瓷傳感器、電荷轉(zhuǎn)換放大電路、判斷控制電路和警報(bào)器，所述的壓電陶瓷傳感器的輸出端與電荷轉(zhuǎn)換放大電路的輸入端連接，電荷轉(zhuǎn)換放大電路的輸出端與判斷控制電路的輸入端U連接，判斷電路中的Ua』b與外部電源連接，判斷控制電路與警報(bào)器連接。所述的壓電陶瓷傳感器以陣列式排布安裝在高速公路或重大橋梁的入口處。壓電陶瓷傳感器的結(jié)構(gòu)參見(jiàn)圖2，壓電陶瓷傳感器由兩塊長(zhǎng)方體花崗巖作為基體1，通過(guò)環(huán)氧樹(shù)脂2封裝PZT壓電陶瓷3的感應(yīng)體，有正電荷信號(hào)輸出導(dǎo)線4與負(fù)電荷信號(hào)輸出導(dǎo)線5，其一端分別焊接在所述的PZT壓電陶瓷感應(yīng)體3的上、下表面，另一端分別與電荷轉(zhuǎn)換放大電路反相和同相輸入端連接，即接在電荷轉(zhuǎn)換放大電路TL081的第2、3引腳。本實(shí)用新型所述的電荷轉(zhuǎn)換放大電路參見(jiàn)圖3，電荷轉(zhuǎn)換放大電路選擇TL081運(yùn)算放大器，TL081輸入端第2引腳、第3引腳分別與基于PZT壓電陶瓷的壓電陶瓷傳感器陣列的信號(hào)輸出導(dǎo)線連接，TL081的第2引腳還分別通過(guò)反饋電容Cf和反饋電阻Rf與輸出端第6引腳連接；TL081的第3引腳接地，第4引腳與-5V的電源連接，第7引腳與+5V的電源連接；TL081運(yùn)算放大器的第6引腳、第3引腳組成輸出端與判斷控制電路連接。本實(shí)用新型所述的判斷控制電路參見(jiàn)圖4，判斷控制電路的工作原理是根據(jù)集成運(yùn)放非線性運(yùn)用的特性，當(dāng)同相端與反相端電位不等時(shí)，輸出只有兩種狀態(tài)，高電平或低電平。當(dāng)同相端電位U+高于反相端電位u-，即u+>u-，則輸出高電平；當(dāng)反相端電壓高于同相端電位，即u+<u-時(shí)，則輸出低電平。以fejb為兩個(gè)大小相等極性相反的參考電壓，fe為正電壓通過(guò)Rl加在運(yùn)放的反相輸入端，Ub為負(fù)電壓通過(guò)R2加在運(yùn)算放大器同相輸入端。 當(dāng)U>Ua時(shí)二極管Dl截止、D2導(dǎo)通。正電壓以fe加到運(yùn)算放大器同相輸入端，使U+>U_，則輸出為高電平，警報(bào)器會(huì)立即啟動(dòng)，發(fā)出警報(bào)，表明該車已經(jīng)超載。當(dāng)U<W3時(shí)，二極管Dl導(dǎo)通、D2截止，負(fù)電壓Ub加到運(yùn)放反相輸入端，使U+>U-，輸出為高電平，此時(shí)，警報(bào)器會(huì)立即啟動(dòng)，發(fā)出警報(bào)，說(shuō)明該車已經(jīng)超載。當(dāng)證<沢版時(shí)，二極管Dl，D2均導(dǎo)通，此時(shí)U+<U-，則輸出為低電平，警報(bào)器不啟動(dòng)，說(shuō)明該車沒(méi)有超載。本實(shí)用新型的車輛超載警報(bào)裝置，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、耗能少、價(jià)格低廉、可重復(fù)調(diào)整額定噸位，使用方便和易維護(hù)，可對(duì)高速公路或橋梁上過(guò)往的車輛進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)試和超載警報(bào)。
權(quán)利要求1.一種車輛超載警報(bào)裝置，其特征在于包括基于PZT壓電陶瓷材料的壓電陶瓷傳感器、電荷轉(zhuǎn)換放大電路和判斷控制電路和警報(bào)器，所述的壓電陶瓷傳感器的輸出端與電荷轉(zhuǎn)換放大電路的輸入端連接，電荷轉(zhuǎn)換電路的輸出端與判斷控制電路的輸入端U連接，判斷控制電路中的Ua、W3與外部電源連接，判斷控制電路與警報(bào)器連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種車輛超載警報(bào)裝置，其特征在于所述的壓電陶瓷傳感器以陣列式排布安裝在高速公路或重大橋梁的入口處。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種車輛超載警報(bào)裝置，其特征在于所述的壓電陶瓷傳感器由兩塊長(zhǎng)方形的基體，通過(guò)環(huán)氧樹(shù)脂封裝PZT壓電陶瓷感應(yīng)體構(gòu)成，有兩條輸出信號(hào)線分別焊接在所述的PZT壓電陶瓷感應(yīng)體的上、下表面，兩條輸出信號(hào)線另一端分別與電荷轉(zhuǎn)換放大電路反相和同相輸入端連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種車輛超載警報(bào)裝置，其特征在于所述的電荷轉(zhuǎn)換放大電路選擇TL081運(yùn)算放大器，TL081輸入端第2引腳、第3引腳與基于PZT壓電陶瓷的壓電陶瓷傳感器陣列的電荷信號(hào)輸出導(dǎo)線連接，TL081運(yùn)算放大器的第2引腳還分別通過(guò)反饋電容Cf和反饋電阻Rf與輸出端第6引腳連接；TL081運(yùn)算放大器的第3引腳接地，第4引腳與-5V的電源連接，第7引腳與+5V的電源連接；TL081運(yùn)算放大器的第6引腳、第3引腳組成輸出端與判斷控制電路連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種車輛超載警報(bào)裝置，其特征在于所述的判斷控制電路中二極管Dl與電阻Rl接在運(yùn)算放大器的反相端，二極管D2與電阻R2接在運(yùn)算放大器的同相端，運(yùn)算放大器輸出端通過(guò)電阻R3連接警報(bào)器；運(yùn)算放大器以Ua、W3為兩個(gè)大小相等極性相反的參考電壓，fe為正電壓通過(guò)Rl加在運(yùn)算放大器的反相輸入端⑴b為負(fù)電壓通過(guò)R2加在運(yùn)算放大器同相輸入端。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種車輛超載警報(bào)裝置，由基于PZT壓電陶瓷材料的壓電陶瓷傳感器、電荷轉(zhuǎn)換放大電路、判斷控制電路和警報(bào)器組成，壓電陶瓷傳感器的輸出端與電荷轉(zhuǎn)換放大電路的輸入端連接，電荷轉(zhuǎn)換放大電路的輸出端與判斷控制電路的輸入端連接，判斷電路中的Ua、Ub與外部電源連接，判斷控制電路與警報(bào)器連接；壓電陶瓷傳感器以陣列式排布安裝在高速公路或重大橋梁的入口處。本警報(bào)裝置采用電荷轉(zhuǎn)換放大電路將壓電陶瓷傳感器陣列輸出的電荷信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)并傳輸?shù)脚袛嗫刂齐娐分羞M(jìn)行信號(hào)分析處理；判斷控制電路輸出高電平，警報(bào)器發(fā)出車輛超載警報(bào)。本警報(bào)裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、耗能少、價(jià)格低廉、可重復(fù)調(diào)整額定噸位、使用方便和容易維護(hù)。
文檔編號(hào)G01G19/03GK202329775SQ20112043732
公開(kāi)日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2011年11月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月8日
發(fā)明者代菊, 殷蔚明, 許進(jìn), 郁勝 申請(qǐng)人:中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)