[發(fā)明專利]用于動(dòng)態(tài)稱重傳感器的電子電路

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201380011612.4
• 申請(qǐng)日: 2013-03-26
• 公開（公告）號(hào): CN104145176A
• 公開（公告）日: 2014-11-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 萊奧·阿姆斯特茨;羅曼·斯特雷貝爾·昌恩;克勞迪奧·卡瓦洛尼;安德里安·霍夫曼;大衛(wèi)·科爾尼
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 基斯特勒控股公司
• 主分類號(hào): G01G3/13
• 分類號(hào): G01G3/13;G01G19/02;G01L1/16
• 代理公司: 隆天國(guó)際知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 72003
• 代理人: 時(shí)永紅;黃艷

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種用于將安裝在行車道中的WIM(動(dòng)態(tài)稱重)傳感器的電荷信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)的電子電路以及一種包含這種電路的傳感器。

背景技術(shù)

用于在道路上的車輛駛過時(shí)檢測(cè)車輛重量的力傳感器，也就是所謂的WIM(Weight-in-Motion，動(dòng)態(tài)稱重)傳感器安裝在行車道中(例如公路中)，并測(cè)量車輛的動(dòng)態(tài)地面反應(yīng)力，以由此確定車輛的重量。通常為此使用壓電傳感器。在此將電荷作為信號(hào)。通常是借助于電纜將電荷傳輸?shù)酵獠康碾姾煞糯笃?，其將電荷信?hào)換算為電壓信號(hào)。由于電荷非常小，因此去往電荷放大器的信號(hào)路徑必須是高度絕緣的，如其在壓電傳感器的導(dǎo)線中所始終規(guī)定的那樣。由此將產(chǎn)生較高的成本，因?yàn)楦呓^緣電纜是非常昂貴的。由于在實(shí)踐中，道路中的傳感器和具有電子設(shè)備的機(jī)柜之間往往相距甚遠(yuǎn)，因此需要較長(zhǎng)的電纜，這使得設(shè)備相對(duì)昂貴。

傳輸電壓信號(hào)相比于電荷信號(hào)來說問題更少。如果傳感器信號(hào)已經(jīng)在傳感器中轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，則之后對(duì)傳感器信號(hào)的處理將大大簡(jiǎn)化，因?yàn)槔缈梢砸虼耸褂煤?jiǎn)單的電纜。

為了將電荷轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，有兩種已經(jīng)證明是很好的電路。作為第一選擇的是所謂的IEPE電路其優(yōu)點(diǎn)是只需要為此使用很少的組件。由于這種用于WIM傳感器的上述應(yīng)用的電子裝置與傳感器一起安裝在行車道中，因此在任何情況下都必須避免失效，因?yàn)楦鼡Q傳感器是不可能的。在更換傳感器時(shí)，行車道在一定的時(shí)間內(nèi)是無(wú)法通行的并且必須被封閉。由于必須根據(jù)安裝位置預(yù)估較高的溫度差異和其他的環(huán)境影響，從而再次增加了對(duì)質(zhì)量的要求。較少數(shù)量的組件有助于簡(jiǎn)單并因此而耐久地保持該電子裝置。IEPE電路的第二個(gè)優(yōu)點(diǎn)是：如果電荷信號(hào)已經(jīng)在傳感器中轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，因此標(biāo)準(zhǔn)的同軸電纜就足以實(shí)現(xiàn)信號(hào)傳輸和饋電(Speisung)。然而，在所給出的應(yīng)用中不能使用IEPE電路，因?yàn)閭鞲衅鞯妮^高的電容和內(nèi)部電阻直接成為了電路的組成部分。而電容在傳感器之間會(huì)發(fā)生變化，這意味著，各個(gè)傳感器具有不同的信號(hào)特性。此外，各個(gè)傳感器的電阻會(huì)隨著時(shí)間的推移而改變，由此將導(dǎo)致信號(hào)的靈敏度也隨著時(shí)間的推移而改變。因此，利用IEPE電路不能獲得具有所需精度的測(cè)量結(jié)果，特別關(guān)于較長(zhǎng)的時(shí)間間隔的測(cè)量結(jié)果。

由專利文獻(xiàn)US?4009447的圖7和圖8可知這種根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的IEPE電路。有鑒于傳感器的較高的電容和該電容在溫度波動(dòng)時(shí)的變化，信號(hào)的靈敏度在各種情況下都會(huì)發(fā)生變化，從而降低了測(cè)量結(jié)果的精度。

專利文獻(xiàn)US?5792956給出了IEPE電路的另一個(gè)例子，其中，傳感器的接地輸出并不位于與放大器的接地輸出相同的電位上，因?yàn)樵谒鼈冎g接入了齊納二極管。但是，由于在WIM傳感器中，傳感器接地必須位于輸出信號(hào)接地的電位上，因此該電路不能用于所述的目的。

作為第二選擇的電荷放大器沒有這些缺點(diǎn)。為此，需要兩芯屏蔽電纜用于信號(hào)和饋電，如上所述，該電纜非常長(zhǎng)，因而非常昂貴。所以，這與期望的解決方案不符。如果將電荷放大器直接安裝在傳感器中，為此需要附加的饋電電纜，這將再次增加設(shè)備成本。

由專利文獻(xiàn)US?4009447的圖10和圖11可知另一種根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的電荷放大器。在這種布置中，傳感器的電壓由齊納二極管提供，如果絕緣隨時(shí)間而變差，則會(huì)導(dǎo)致電流流過傳感器，這是絕對(duì)要避免的。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提出一種電子電路，其能夠在傳感器的內(nèi)部實(shí)現(xiàn)電荷信號(hào)向電壓信號(hào)的轉(zhuǎn)換，該電路安全、簡(jiǎn)單，從而能夠直接安裝在行車道中。而且，該電路可以連接在兩個(gè)簡(jiǎn)單的導(dǎo)線上，這種線路不必是高度絕緣的，并且可以為電子裝置提供所需要的饋電。此外，該電路不會(huì)受到傳感器屬性(例如電容和電阻)的影響。

本發(fā)明的目的通過根據(jù)本發(fā)明的電子電路來實(shí)現(xiàn)。根據(jù)本發(fā)明的電路包括具有IC1的電荷放大器，該IC1具有第一輸入端和第二輸入端。這些輸入端可以作為傳感器元件的輸入端，傳感器元件反過來又具有兩個(gè)輸出端，即電荷信號(hào)輸出端和接地輸出端。

該電路在相對(duì)于兩線電纜的輸入端上還具有集成的阻抗變換器(IEPE)。根據(jù)本發(fā)明，在電荷放大器的IC1的第一輸入端上，電容器Cc與傳感器的信號(hào)輸出端串聯(lián)連接，以便使該電路的內(nèi)部直流電壓在傳感器上去耦。此外，在傳感器的接地輸出端和IC1的第二輸入端之間設(shè)置齊納二極管D，其可以通過電阻R1與設(shè)置在輸出端側(cè)的電源一起供電，以調(diào)節(jié)IC1的第二輸入端上的電位。