[實用新型]壓電式動態(tài)條形稱重板

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200920185860.1
• 申請日: 2009-07-20
• 公開（公告）號: CN201440092U
• 公開（公告）日: 2010-04-21
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李曉寶;趙立波;梁建強(qiáng);劉小勇;吳偉民;胡瓊清;劉紅生;何耀忠;趙玉龍;張碧波;張良吉;吳典澤;劉旭;彭恢湘
• 申請（專利權(quán)）人: 江西省交通運輸技術(shù)創(chuàng)新中心;西安維納信息測控有限公司
• 主分類號: G01G19/03
• 分類號: G01G19/03;G01G3/13
• 代理公司: 江西省專利事務(wù)所 36100
• 代理人: 李衛(wèi)東

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型涉及一種車輛軸載條形稱重板，特別涉及基于壓電效應(yīng)一種用于車輛動態(tài)稱重的石英稱重板。

背景技術(shù)

動態(tài)稱重(weigh?in?motion，WIM)是智能交通系統(tǒng)的重要組成部分。快速、準(zhǔn)確地測量汽車軸載對于公路的運營、管理、養(yǎng)護(hù)和執(zhí)法等方面都具有重要的意義。特別是進(jìn)入90年代后，隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展，交通運輸中的車輛超載問題也日益嚴(yán)重，而這些問題嚴(yán)重的影響了公路運輸安全和道路系統(tǒng)的使用壽命，使得公路交通設(shè)施維護(hù)費用過度增長。傳統(tǒng)的超載檢測需要車輛停車檢查，這就使得測量的效率大大折扣，為此，迫切需要一種體積小、高度低、重量輕，剛度大，固有頻率高，動態(tài)范圍廣，靈敏度高的動態(tài)稱重傳感器和動態(tài)公路車輛稱重系統(tǒng)。而且在交通工程方面，利用動態(tài)稱重數(shù)據(jù)對改善重交通運輸?shù)男始氨Ｗo(hù)有限載要求的橋梁和道路有極大的作用。另外，動態(tài)稱重數(shù)據(jù)可以用來預(yù)測遠(yuǎn)景交通量，便于制定交通規(guī)劃和交通建設(shè)，交通管理和交通設(shè)施維護(hù)，確定經(jīng)常發(fā)生過載問題的路段或車輛。

國外從20世紀(jì)50起就開始了這方面的研究，并在90年代就有了較為成熟的產(chǎn)品，目前德國PAT、瑞士Kistler、美國Mikros等公司都已研發(fā)出相關(guān)產(chǎn)品，并得到了大范圍的應(yīng)用，使用和測試結(jié)果表明，其具有優(yōu)良的動態(tài)性能，抗疲勞壽命和測試精度。瑞士Kistler(奇石樂)公司開發(fā)出可以埋在路面下的以石英晶體為敏感元件的整體工字梁型動態(tài)稱重傳感器，用于公路車輛軸載超載預(yù)判，橋梁超載報警，隧道保護(hù)和車輛軸載計量，取得了很好的應(yīng)用效果。。但是此系統(tǒng)的造假昂貴，稱重傳感器的制造、裝配工藝比較復(fù)雜。

發(fā)明內(nèi)容

本實用新型專利目的是針對現(xiàn)有的工字梁型稱重傳感器的不足，提供一種結(jié)構(gòu)簡單分離式梁結(jié)構(gòu)，采用壓電石英為敏感元件，將并聯(lián)連接的結(jié)構(gòu)化石英晶組沿梁的橫向布置，來組成條的形稱重板。

本實用新型壓電式動態(tài)條形稱重板主要包括：上蓋板、下蓋板、結(jié)構(gòu)化石英晶組三個部分構(gòu)成。上蓋板和下蓋板通過緊固預(yù)緊螺栓結(jié)合在一起，為了達(dá)到密封的效果，在結(jié)合處采用焊接進(jìn)行密封。上蓋板與下蓋板的截面為工字形，上蓋板與下蓋板結(jié)合處設(shè)有凹形槽，并在凹形槽中安裝結(jié)構(gòu)化石英晶組，其產(chǎn)生的電荷通過電極導(dǎo)出。整個條形稱重板安裝在路面上的截面為矩形的槽內(nèi)部，采用窄條柔軟泡沫圍繞上述條形稱重板周邊，這樣可以減少車輛通過時產(chǎn)生橫向力造成的橫向干擾，并采用75％石英沙和25％環(huán)氧樹脂混合物固定稱重傳感器本體。上蓋板上鋪設(shè)有石英砂環(huán)氧樹脂層與路面連接，石英砂環(huán)氧樹脂層與槽之間設(shè)有擋板，它可以減小車輛通過時產(chǎn)生的橫向力，從而減小橫向力造成的干擾。

本實用新型的結(jié)構(gòu)化石英晶組包括：銀銅合金電極、壓電石英晶體和陶瓷片構(gòu)成。整個晶組在結(jié)構(gòu)化過程中電極，敏感元件石英晶體和陶瓷片得各自結(jié)合面處需要涂覆導(dǎo)電膠，晶組完成固化后，在外表面涂覆高阻絕緣膠，以提高絕緣阻抗。結(jié)構(gòu)化石英晶組4安裝在梁結(jié)構(gòu)的中心處，當(dāng)有載荷作用于上蓋板后，通過力的傳遞使其作用在結(jié)構(gòu)化石英晶組上，然后在其上下表面產(chǎn)生與作用于其表面力大小成比例的正負(fù)電荷量，通過信號電極將電荷信號傳送到電荷放大器等信號處理單元，最后通過處理分析得到車輛載重，軸數(shù)，車速等信息。為了防止電荷信號泄漏，信號輸出線采用的是低噪聲的同軸電纜。

車輛在通過條形稱重板時，植入板中的壓電石英晶組會受到一定得壓力，于是便會產(chǎn)生與壓力大小成本比例的電荷產(chǎn)生，通過晶組之間的電極將電荷導(dǎo)入信號處理單元，便可以得到軸重，軸數(shù)和車輛載重等信息，從而實現(xiàn)動態(tài)稱重。壓電石英晶體元件使用過程中需要對其進(jìn)行預(yù)載，這樣可以消除接觸表面的間隙，增加接觸剛度，提高測量的線性度，靈敏度和動態(tài)響應(yīng)。梁結(jié)構(gòu)設(shè)計為分離式，便于安裝和預(yù)緊力調(diào)試。通過設(shè)計好的螺栓進(jìn)行預(yù)載，改變預(yù)緊力的大小可以對稱重條靈敏度和橫向輸出一致性能進(jìn)行調(diào)解。此結(jié)構(gòu)采用高強(qiáng)度鋁合金，通過有限元優(yōu)化設(shè)計，使其具有與路面撓性匹配的彎曲剛性，從而保證傳感器有較高的線性度和靈敏度。整個結(jié)構(gòu)的設(shè)計要保證載荷盡量傳遞到石英晶體元件上，梁的變形造成的各種干擾較小，所以需要對于梁的剛度進(jìn)行合理的設(shè)計。

本實用新型專利的壓電石英動態(tài)條形稱重板在應(yīng)用時必須埋在路面下，其上蓋板為載荷承載面，下蓋板安放在公路基礎(chǔ)上為支撐面。由于在高速公路上行駛的車輛，在路面上產(chǎn)生的水平力可能與垂直力的大小相當(dāng)。為保證動態(tài)稱量的準(zhǔn)確度，減少水平力造成的干擾，應(yīng)對條形稱重板與路面采取隔離措施，以獲得高質(zhì)量的信號脈沖形狀和可重復(fù)的測量結(jié)果。