目前国内的动态称重系统主要应用在道路交通调查、超限运输管理和计重收费方面。2001年以来,国内部分省市尝试采用计重收费这一经济手段治理超限运输。实践证明,采取以计重收费与行政手段相结合的办法,能有效治理超限运输。虽然目前计重收费取得了一定的成就,但暴露的问题已严重制约动态称重系统在全国的普及和推广。
可以通过改进称重系统设计有效解决,抛弃了传统的弯板式称重平台设计方法,采用了压电石英传感器作为动态称重系统的称重传感器,此系统由于设备简单、规模小,减少了安装施工难度,并提高了该系统的称重精度和效率。动态称重系统硬件采用基于TMS3 20C6416的DSP核心变频传感器件设计,实测表明所设计的动态称重系统运行良好,可应用于公路运输车辆超限检测等相关行业。
车辆动态称重主要有两种方式:整车测量和轴重测量。本设计的动态称重系统采用轴重测量,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。
称重传感器作为动态称重系统的核心器件,是测量系统的输入端。目前在国内外动态称重系统实际应用中主要采用共聚化合物式压电传感器、电容式传感器、桥式称重平台、光纤变频传感器等。以上传感器由于价格、性能、使用寿命等问题,容易导致动态称重系统精度不高。
本文选用压电石英式传感器,它是一种新型的传感器,近几年由于其性能得到较大的提高,目前得到一定的应用。石英传感器的温漂极小,低速、高速状态下都可进行称量,同时石英的物理特性比较稳定,其灵敏度随时间变化较小。
压电石英称重传感器是利用石英晶体的纵向压电效应将重量信号转换成电信号的装置。与其他采用的传感器相比较有以下优点:
(1)量程范围广,结构紧凑、体积小、重量轻;
(2)灵敏度高,测量值可到上百吨载荷,又能分辨出小至几公斤的动态力;
(3)刚度大,固有频率高(几十千赫以上),是同尺寸应变式称重传感器的8倍,动态响应快;
(4)时间老化率低,无热释电现象,工作可靠性高,寿命长;
(5)对温度的敏感性低,灵敏度变化极小,长期稳定性好;
(6)在使用时不用事先调整平衡,操作方便。
石英晶体敏感元件惟一的缺点是不能在长时间内进行静态测量。综上所述,完全可以选择压电石英称重传感器作为动态称重系统的轴重称重传感器。
设计的动态称重系统主要特点是节省时间、效率高,使得称重时不至于造成对正常交通的干扰,这对公路建设与管理有着极为重要的应用,尤其解决了目前高速公路所采用的称重系统存在的动态称重时间长、精度差、对路面破坏严重且维修困难的问题。具体体现在:
(1)动态称重平台的设计上抛弃了传统的平板式称重平台设计方法,采用了压电石英传感器作为动态称重系统的称重传感器,提高了该系统的称重精度和效率。
(2)设计基于TMS320C6416的动态称重系统, 并利用Delphi完成动态称重系统的软件设计,并能够完成称重数据的采集、存储、收费等功能,系统运行稳定。
通过实验表明,该系统软硬件运行良好,车重结果变频传感器数据可靠,完全达到实际应用要求。
称重传感器设计检测所需时间短、准确度高的车辆动态称重系统,对公路交通部门有效地实施治理超限,保证行车安全、延长公路的使用寿命、降低公路养护的成本等方面起着至关重要的作用,具有显著的社会效益和经济价值。
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