基于软质电容式称重传感器的车辆动态称重系统

　　1　引　言

　　车辆的负载对于公路、桥梁的设计有着十分重要的意义。调查表明,车辆在运输中普遍存在超载运输现象,而行驶于公路的车辆对路面的破坏与车辆轴重的四次方成正比[1],因此超载运输使得公路维修费用剧增、路面使用寿命缩短。超载运输由于载重量超过了车辆的额定吨位,使得车辆的性能受到影响,严重影响了车辆的安全行驶。而且超载运输对车辆的通行能力也有一定的影响,因此建立公路及桥梁的称重站势在必行[2]。

　　对于车辆的称重,传统的方法都是在静态下进行的,这种整车测量方法准确度虽然很高,但是存在着很大的缺点,如价格较高、不能分别测出轴重等。另外,实际应用中停止汽车运行进行重量测量也是不方便的。因此,近年来许多国家都对车辆动态称重技术进行了研究,并有一些实际的应用。

　　车辆动态称重(vehicle weigh-in-motion)是指车辆在行驶的状态下对其进行称重测量,并计算出其相应的静态车辆重量的过程。目前主要方式有整车计量和轴计量。应用整车计量方式,需要比较大的秤台,这大大增加了工程造价和难度,所以这种方式已越来越少使用。目前较为流行的是轴重测量,即分别测出车辆各轴的轴重,再由称重系统计算出整车重量[3,4]。

　　目前在车辆动态称重系统中比较常用的动态称重传感器主要有弯板、压电传感器、单传感器及光纤传感器[5, 6]。分别简述如下:

　　①弯板

　　弯板动态称重系统是利用在下方粘结有应变传感器的金属板进行测量。当车辆通过弯板时,系统测量出应变传感器产生的应变力由此计算出动态重量值,然后利用测量出的动态重量值预测出车辆的真实轴重。

　　②压电传感器

　　压电动态称重系统利用检测由车辆轴重引起的压电传感器的电压变化,测量出车辆的轴重值。当车辆通过压电传感器,系统测量出传感器产生的电荷,并由此计算出动态重量值,然后利用测量出的动态重量值预测出车辆的真实轴重。

　　③单传感器

　　单传感器动态称重系统利用一个称重传感器测量车辆的轴重值。安装此种汽车衡一般来说需要挖设比较深的基坑。

　　④光纤传感器

　　当车辆通过光纤传感器时,系统测量出光纤内反射光强度的改变,并由此计算出动态重量值,然后利用该动态重量值预测出车辆的真实轴重。基于光纤传感器的动态称重系统正处于研究试验阶段,目前国内外还没有在公路现场测量中使用。通过分析可以看出,目前采用的称重传感器多适于固定式安装,对路面要求较高,并且价格相对昂贵。本文提出并制作了一种新型传感器,该传感器是以导电橡胶为电极、以绝缘橡胶为中间介质制作的电容式称重传感器,此种传感器实现了秤体与称重传感器一体化,减轻了称重设备的质量和体积,并且由于为软质材料,可以随时卷起携带,便于携带测量。下面首先介绍基于此种软质称重传感器的动态称重系统,在此基础上进行了理论分析和实验研究,并且着重对动态信号的处理进行介绍。