[实用新型]一种压电智能路面车辆动态称重装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种称重装置和方法，具体涉及一种车辆动态称重的装置和方法。 

背景技术

随着我国高速公路网的逐步形成和汽车运输业市场竞争的日益加剧，高速公路上重型载重货车所占比例逐渐增加，且为追求眼前利益，相当数量的货车超限超载运输。车辆超限超载对交通安全、运输市场、路桥基础设施等形成严重危害。目前公路车辆称重主要有两种：静态称重和动态称重。静态称重一般是让疑似超重车辆进入固定称重站进行整车称重，这种称重方法最为精准，但测试效率低，易造成交通堵塞。而动态称重是在车辆正常行驶过程中，通过安装在路面的传感器测定车辆轴重并计算相应的整车静态重量。动态称重较静态称重来说，称重传感器体积小，工程造价和难度低，具有一定的隐蔽性，测试效率高。动态称重正逐步取代静态称重对交通管理起到越来越重要的作用。 

国外在20世纪50年代就开始了在车辆动态称重方面的研究，并在90年代有了较成熟的产品。目前，在市场上，技术相对成熟且应用广泛的车辆动态传感器主要有压电石英传感器、弯板传感器、单力传感器。这些传感器具有优良的动态性能，准确度较高，耐久性较好，但造价及维护费用昂贵，安装方式复杂，嵌入路面时易形成缝隙，引起车辆振动，影响传感器的长期稳定性和测量精度。因而，这些动态称重系统无法在我国公路网中普遍推广，尤其是在较低等级的公路中。 

实用新型内容

本实用新型提供了一种价格低廉、易于实施、可较为准确测量行驶中车辆重量的动态称重装置和方法。 

本实用新型将基于压电陶瓷PZT为敏感元件的压应力传感器阵列埋入路面面层中形成压电智能路面，通过现场试验建立车辆荷载与压应力传感器响应的关系， 实现车辆动态称重。具体技术方案如下： 

压电智能路面装置、电荷放大器和数据采集系统，压电智能路面装置包括花岗岩保护壳、厚度变形模式的PZT片、耐高温环氧树脂、耐高温屏蔽导线和屏蔽接头。 

压应力传感器采用厚度变形模式的PZT片（锆钛酸铅，压电陶瓷的一种）作为敏感元件，采用花岗岩块体作为保护壳。因沥青路面拌合料的初始温度为165-175℃，为防止传感器的导线和粘结材料环氧树脂因高温受损，使用可耐175℃高温的耐高温环氧树脂将PZT与花岗岩保护壳粘结为一体，PZT片与可耐175℃高温的耐高温屏蔽导线的一端通过焊接连接，耐高温屏蔽导线的另一端与屏蔽接头连接，最终形成传感器的尺寸为25×25×25mm³，传感器的外形如图1a所示。压应力传感器布置为1行24列，通过耐高温环氧树脂将压应力传感器固定在1200×75mm的长方形钢丝网孔中，各列相邻压应力传感器的间距为25mm，如图2所示。将钢丝网水平布置在路面面层中部，通过铺装碾压与路面面层形成整体，形成压电智能路面装置。阵列中的每个压应力传感器产生的电荷信号通过电荷放大器转换为电压信号，最后由数据采集系统采集存储，实现车辆动态称重。 

考虑到容易发生超载的二级、三级公路以及城市道路的单向车道宽度最大为3.5m，易超载的重型卡车轮距与轮胎宽度的总和约为2.3m，为了保证重型卡车的一侧车轮能通过压应力传感器阵列，设置传感器阵列宽度等于3.5m减去2.3m，确定为1.2m。 

本实用新型的突出优点： 

1.通过埋入式布置，形成一体化压电智能路面，对路面无损伤，智能路面易于保养，不仅可以准确的测量车辆重量，而且可以更加精细的得出轮胎与路面接触面的压应力分布轮廓。 

2.本实用新型构造原理简单、施工便捷、性能稳定、成本低廉，适于在车辆动态称重方面的广泛推广。 

附图说明

图1a是压应力传感器的结构示意图。 

图1b是压电智能路面的结构示意图。 

图2是压应力传感器阵列结构示意图。 

图3是压电智能路面单车道安装位置及信号采集示意图。 

图中：1——压应力传感器；2——钢丝网；3——面层；4——基层；5——底基层；6——土基；7——轮胎；8——压电智能路面；9——行车轮胎轨迹；10——行车方向；11——电荷放大器；12——数据采集系统； 

1-1——花岗岩保护壳；1-2——厚度变形模式的PZT片；1-3——耐高温环氧树脂；1-4——耐高温屏蔽导线；1-5——屏蔽接头。 

具体实施方式

以下结合技术方案和附图详细叙述本实用新型的具体实施过程。 

本实用新型的结构如图1b所示，其结构主要包括压应力传感器1、钢丝网2、面层3、基层4、底基层5和土基6。