[发明专利]压电式动态条形称重板

说明书

技术领域

本发明涉及一种车辆轴载条形称重板，特别涉及基于压电效应一种用于车 辆动态称重的石英称重板。

背景技术

动态称重(weigh in motion，WIM)是智能交通系统的重要组成部分。快速、 准确地测量汽车轴载对于公路的运营、管理、养护和执法等方面都具有重要的 意义。特别是进入90年代后，随着经济发展，交通运输中的车辆超载问题也日 益严重，而这些问题严重的影响了公路运输安全和道路系统的使用寿命，使得 公路交通设施维护费用过度增长。传统的超载检测需要车辆停车检查，这就使 得测量的效率大大折扣，为此，迫切需要一种体积小、高度低、重量轻，刚度 大，固有频率高，动态范围广，灵敏度高的动态称重传感器和动态公路车辆称 重系统。而且在交通工程方面，利用动态称重数据对改善重交通运输的效率及 保护有限载要求的桥梁和道路有极大的作用。另外，动态称重数据可以用来预 测远景交通量，便于制定交通规划和交通建设，交通管理和交通设施维护，确 定经常发生过载问题的路段或车辆。

国外从20世纪50起就开始了这方面的研究，并在90年代就有了较为成熟 的产品，目前德国PAT、瑞士Kistler、美国Mikros等公司都已研发出相关产品， 并得到了大范围的应用，使用和测试结果表明，其具有优良的动态性能，抗疲 劳寿命和测试精度。瑞士Kistler(奇石乐)公司开发出可以埋在路面下的以 石英晶体为敏感元件的整体工字梁型动态称重传感器，用于公路车辆轴载超载 预判，桥梁超载报警，隧道保护和车辆轴载计量，取得了很好的应用效果。。 但是此系统的造假昂贵，称重传感器的制造、装配工艺比较复杂。

发明内容

本发明专利目的是针对现有的工字梁型称重传感器的不足，提供一种结构 简单分离式梁结构，采用压电石英为敏感元件，将并联连接的结构化石英晶组 沿梁的横向布置，来组成条的形称重板。

本发明压电式动态条形称重板主要包括：包括：上盖板、下盖板、结构化 石英晶组，上盖板和下盖板通过紧固预紧螺栓结合在一起，上盖板与下盖板的 截面为工字形，上盖板与下盖板结合处设有凹形槽，并在凹形槽中安装结构 化石英晶组，结构化石英晶组上设有导出电极，其产生的电荷通过电极导出。 整个条形称重板安装在路面上的截面为矩形的槽内部，采用窄条柔软泡沫围绕 上述条形称重板周边，这样可以减少车辆通过时产生横向力造成的横向干扰， 并采用75％石英沙和25％环氧树脂混合物固定称重传感器。上盖板上铺设有与 路面连接的石英砂环氧树脂层，石英砂环氧树脂层与槽之间设有挡板，它可以 减小车辆通过时产生的横向力，从而减小横向力造成的干扰。

所述结构化石英晶组包括：银铜合金导出电极、压电石英晶体和陶瓷片， 整个结构化石英晶组在结构化过程中导出电极6，压电石英晶体7和陶瓷片8 各结合面处涂覆导电胶，结构化石英晶组完成固化后，在外表面涂覆高阻绝缘 胶，通过导出电极6将电荷信号传送到电荷放大器等信号处理单元。结构化石 英晶组4安装在梁结构的中心处，当有载荷作用于上盖板后，通过力的传递使 其作用在结构化石英晶组上，然后在其上下表面产生与作用于其表面力大小成 比例的正负电荷量，通过信号电极将电荷信号传送到电荷放大器等信号处理单 元，最后通过处理分析得到车辆载重，轴数，车速等信息。为了防止电荷信号 泄漏，信号输出线采用的是低噪声的同轴电缆。

车辆在通过条形称重板时，植入板中的压电石英晶组会受到一定得压力， 于是便会产生与压力大小成本比例的电荷产生，通过晶组之间的电极将电荷导 入信号处理单元，便可以得到轴重，轴数和车辆载重等信息，从而实现动态称 重。压电石英晶体元件使用过程中需要对其进行预载，这样可以消除接触表面 的间隙，增加接触刚度，提高测量的线性度，灵敏度和动态响应。梁结构设计 为分离式，便于安装和预紧力调试。通过设计好的螺栓进行预载，改变预紧力 的大小可以对称重条灵敏度和横向输出一致性能进行调解。此结构采用高强度 铝合金，通过有限元优化设计，使其具有与路面挠性匹配的弯曲刚性，从而保 证传感器有较高的线性度和灵敏度。整个结构的设计要保证载荷尽量传递到石 英晶体元件上，梁的变形造成的各种干扰较小，所以需要对于梁的刚度进行合 理的设计。