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上海大川电子衡器有限公司

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技术文章

便携式汽车衡地磅原理

点击次数:93 发布时间:2015/3/18

  便携式汽车衡地磅原理
  
  超限运输对于公路的损害是很严重的,相对于标准载重几倍的实际负载对路面的损害不是简单的等量倍数换算关系,而是几何数级。原设计可以运行十年的公路刚运行两年就不得不大面积的维护甚至重建。同时,伴随超限运输而来的严重安全隐患也让有关执法部门头痛。超限运输的检测和相关执法也因为许多客观条件的不满足而难以真正实施。要解决这个棘手的问题,需要从多方面出发。从运输者的经济利益出发,改变现行按照车辆类型收费的方式,按照实际承载的重量收费,多拉货多交费,超限运输加倍收费,这样不但合理,也能从市场经济的原则对安全规范运输起到一定的引导作用。
  
  由现行收费系统向计重收费系统转换,从系统完成的功能、功能的实现上,现有技术已经完全可以实现,并在很多公路系统中得到很好的应用。
  
  1.系统设计原理
  
  计重收费系统其工作原理为,车辆分离器把待测车辆通过称重台时按实际情况分离成每一个单车,轴重仪在动态或静态中称量该车每一个单轴轴重,并累计其轴组重,得到该车辆的总重量。轮轴识别系统判断车辆的轮轴类型和车辆类型的同时,得到预先设置的该类型车辆的车载超限限值,比较总重量和超限限值,核定该车是否超限及超限重量。依据总重量和超限重量,按照相关规定计算车辆应收过站费用数量,工作人员凭此收费。
  
  1.1称重仪——轴重衡设计原理
  
  称重仪——轴重衡是通过称量单轴重量并累计整车轴组重量的车辆称重设备。计量的主要原理是称重台同称重传感器相连,称重传感器由弹性体、电阻应变片、引线及外壳等部分组成。当车辆通过称重台时,弹性体承载重力并有一与重力成正比的形变,电阻应变片粘贴在弹性体上,与弹性体有相同的形变,由此产生电阻变量?r,在供桥电路作用下,桥路的输出端产生与重力成正比的电压。根据电压的变化和换算关系,可以知道承载重力的大小,从而完成计量任务。
  
  1.1.1称重台
  
  称重台由型钢和钢板焊接而成,具有足够的强度、钢度和良好的稳定性。底座的作用是支撑称重传感器,有基础预埋板。预埋板预埋在水泥基础之上,作为底座支撑。
  
  称重台具有自复位功能,当称重台受水平外力的作用发生微小摆动时,由于重力的作用会使其很快恢复到原来的位置。当称重台受到过大水平的冲击力而摆动幅度较大时,纵、横向限位装置会限制其摆动幅度,确保稳定与安全。当外力消失时,称重台仍会自动恢复。
  
  1.1.2传感器系统
  
  传感器系统由一组称重传感器和接线盒组成。
  
  1.1.3传感器
  
  称重传感器采用应变式电阻传感器,传感器是称重仪中的关键部件。称重设备安装于室外,传感器暴露在自然环境之中,一般工作条件均很恶劣,如温度年变化量最高可达60℃,有时多雨潮湿,所以要求传感器具有温度范围宽、密封防潮、过载能力强、长期稳定可靠等特点。根据称重台面尺寸和最大称量,选择一个或多个传感器。
  
  1.1.4a/d数据采集系统
  
  由a/d数据采集卡和微型处理器cpu系统组成。汽车通过或停留于称重台时,汽车的重力传递给传感器,传感器把此力值转变成与之成正比的电压信号,各个传感器的信号通过接线盒后送给a/d数据采集卡,a/d数据采集卡把此信号转换为相对应的数字信号并通过通信接口送收费控制中心处理。a/d数据采集系统是计重收费系统的关键部件。
  
  a/d数据采集系统是一套高速度、高分辨率、高灵敏度的模拟数字转换系统,同时它与常规的a/d系统相比又多了供桥电源系统。信号传输通道与计算机分离,信号通过电缆线传输。a/d转换器选用逐次比较型高速转换器,其输出为65536码,a/d转换器启动及定时由计算机完成,转换速度最高可达10000次/秒,a/d数据采集系统采用密闭结构式机壳,可以长期开机运行。
  
  1.2车辆分离器
  
  车辆分离器是为实现车辆的自动分离而设计的,在计重收费系统中,它保证了车辆检测数据同车辆的一一对应关系的实现,是本系统最基本的功能要求之一。工作的原理是采用红外线车辆分离方式,一对红外光栅收发装置直线发射和接受红外光栅,在无物体遮挡在收发点连线中时,红外接收装置准确接收到信号,反之信号被阻隔。在收费车道中,当有车辆经过车辆分离器时,红外光栅全部(车厢)或部分(拖挂车车厢之间的连接体)被阻隔,光栅被阻隔之始就是一辆被检测的车辆开始检测的起始时间,光栅重新完全无阻隔地收发之时就是被检测车辆结束该次检测的终止时间。考虑到两辆车同时停在称重台面的情况,即当出现前一个车未下秤体或刚下称台,后一辆车尾随其后时,系统利用红外线检测器结合传感器采集秤台的波形进行分析,可以有效地将两个车辆数据进行分离。
  
  1.3轮胎识别器
  
  我们采用多组行程开关对车辆的轮胎宽度和轮胎个数进行识别,当满足“传感器间隙<最小轮胎间隙”时,系统便能有效地测量出汽车的轮宽以及轮胎间隙。其中,最小轮胎间隙根据车辆统计而来。
  
  1.4中央控制器
  
  采用单台面的轴计量方式,在有效的秤台宽度内如何得到更高的精度是我们一直在努力的方向。当车辆匀速通过称重台时,在真正有效测量时间内采样的速率决定了系统计量的精度。同时内存的大小,单片机的速度也是决定计量精度的要素。根据我们的现场经验以及采数精度的要求,选用工业控制方式,采用高速采集卡对a/d转换的数据进行采集,能保证20000/秒的采样速率,在理论上可以达到误差小于千分之一的计量精度。
  
  1.5模拟判别和数据处理
  
  数据采集、预处理、设备自检、数据处理、速度计算、显示、打印、存盘等任务的完成依赖计重收费系统的数据处理单元,该单元为中央控制系统的软件部分,判别方式采用全模拟判别。汽车重量静态称重软件的目的是完成静态标定及汽车的静态称重等工作,静态称重软件包括数据采集、滤波、均值、显示等。动态称重软件是把静态重量加以速度补偿处理,得到车辆和载重的实际应得的称量重量。
  
  该部分是整个系统的核心部件,完成数据的采集、计算和上传功能。控制器结构上采用机箱结构,便于维护和操作;电气上采用了ecb总线结构的多cpu处理器体系结构,并行处理各种信息,大大提高了系统的可靠性和效率。
  
  1.5.1轴重衡
  
  轴重衡含有称重台和称重传感器。称重台面为钢板,还应该增加防滑装置。称重传感器主要用于检测车辆重量,实现对通过轴重衡的车辆的数据检测,完成车辆轴重、总重的测量,同时提供轮轴识别信息。
  
  1.5.2车辆分离器
  
  主要用作车辆检测,完成车辆的行驶速度、车型、轴距等数据的测量,同时也提供车辆开始和结束信息。车辆分离的实现目前有几种方式:地感方式、红外线方式、红外光幕方式,可以是单一方式,也可以是综合多种方式来实现。目前比较可靠的是采用红外光幕,不过其费用也相对较高。
  
  1.5.3轮轴识别器
  
  2.系统布置
  
  系统采用前置式或后置式检测方式,即在收费前(后)进行检测,根据我们国家车辆技术规范,货车的长度应不大于l8米,因而为保证在车辆到达收费亭前完成检测,应适当延长收费岛的长度,同时考虑便于规范驾驶人员通过轴重仪时的车辆控制,建议收费岛前端到收费亭中心线的距离为30米,主要原因如下。
  
  车辆驶入收费车道时,刚完成一系列的拐弯、加减速等动作,车辆不处于平稳状态,较易增加误差因素,因而建议传感器安装在进入收费车道5米的距离处。传感器距离收费亭中心线的距离应不小于l8米。每个车道使用一套称重系统,采取并排放置的方式,在称重板后面装有红外线收发装置,称重处理器机箱装在收费岛上。数据采集和中央控制系统安装在收费岛上,最好在收费亭内。
  
  3.产品发展方向
  
  目前,动态轴重衡可以达到静态Ⅲ级、动态Ⅱ级的标准,基本满足公路收费系统的要求,但是,产品的安装不方便;轮轴识别器作为分离系统,需要另外安装,维护很不方便。从安装、使用和维护上来看,未来的产品在保证称量精度和称量一致性的前提下,一是要向一体化方向发展,衡器和轮轴识别器一体化;轴重衡也要力求超薄和防水,产品安装简易,额外费用少,能适宜多种路桥类型。

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