CN105509852B - 动态称重传感器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种动态称重传感器，属于质量测量领域，本发明包括固定连接的上基体和下基体，其中：所述上基体和下基体之间设置有石英晶体，所述石英晶体的上表面设置有上电极，所述石英晶体的下表面设置有下电极；所述上电极和下电极内部分别设置有电极接头母端，所述上基体和下基体之间在所述上电极、下电极和石英晶片的外部设置有保护套，所述保护套上预留有与所述电极接头母端对应的缺口，所述电极接头母端通过所述缺口连接有电极接头公端；所述上基体的上部和所述下基体的下部分别设置有上封装层和下封装层，与现有技术相比，本发明具有结构简单、稳定，容易组装，能够减小水平力干扰，能够实现不减速测量的特点。

Description

动态称重传感器

技术领域

本发明涉及质量测量领域，特别是指一种动态称重传感器。

背景技术

公路超载超限服务***已成为当前道路养护、交通安全中十分重要的网络管理***，能够快速预检超载货车的网络终端智能传感器是预判车辆超载的小型电子元件。目前，现有的动态承重传感器为瑞士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。1993年7月在苏黎世的瑞士联邦技术研究所，根据欧洲研究项目“COTS323道路动态称重”的要求，对压电石英称重传感器与传统的动态称重传感器进行了道路比较试验。试验结果表明，在车速较低的情况下，动态称量结果与动态校准结果非常吻合，证明压电石英称重传感器完全可以用于公路车辆轴重计量，而且比传统的动态称重传感器效果更好。

瑞士Kistler(奇石乐)公司研制的石英晶体动态称重传感器的总体结构如同1m长的工字梁，如图1所示，工字梁的腹板为圆形空心截面，其空心是平行于工字梁上下翼缘的两个平面形成的矩形通孔，多个传感单元需要安装于圆形空心中，安装及封装的难度大，并且，由于该石英晶体动态称重传感器为整体结构，当车体经过时，传感器的水平力无法过滤，影响检测结果，同时，石英片受力是不均匀的。因此，不能用于高速路不减速动态监测。该石英晶体动态称重传感器的传感器部分，如图2所示(101.石英晶体片102.电极板103.上压板104.外壳105.信号输出插座)，它是采用2片石英晶片，在石英晶片中间打孔，而石英片为易碎品，中间打孔加工难度高，成本高，损坏率也高，且中间打孔的石英晶片应力集中，使用过程中也容易碎裂。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种结构简单、稳定，容易组装，能够减小水平力干扰，能够实现不减速测量的动态称重传感器。

为解决上述技术问题，本发明提供技术方案如下：

一种动态称重传感器，包括固定连接的上基体和下基体，其中：

所述上基体和下基体之间设置有石英晶体，所述石英晶体的上表面设置有上电极，所述石英晶体的下表面设置有下电极；

所述上电极和下电极内部分别设置有电极接头母端，所述上基体和下基体之间在所述上电极、下电极和石英晶片的外部设置有保护套，所述保护套上预留有与所述电极接头母端对应的缺口，所述电极接头母端通过所述缺口连接有电极接头公端；

所述上基体和下基体之间在所述保护套的外部还设置有屏蔽层，所述上基体和下基体之间在所述屏蔽层的外部设置有密封层；

所述上基体和下基体采用螺栓和螺母固定连接，所述上基体的上部和所述下基体的下部分别设置有安装所述螺栓的上封装层和安装所述螺母的下封装层。

进一步的，所述上电极和下电极上均设置有横向槽口，所述上电极和下电极内部设置的所述电极接头母端均一端位于所述横向槽口内，所述电极接头母端的另一端设置有用于连接所述电极接头公端的横向接口；

所述电极接头母端和电极接头公端的横断面均为横向的Y形。

进一步的，所述密封层的内部设置有围绕所述屏蔽层的屏蔽网。

进一步的，所述下基体的上端设置有凹槽，所述石英晶体、上电极、下电极、电极接头母端和保护套构成的整体结构设置在所述凹槽中，所述凹槽的底部设置有绝缘片。

进一步的，所述凹槽的数量为1个或多个。

进一步的，所述上基体和下基体与所述密封层的接触面上均设置有能够增大摩擦的若干沟槽。

进一步的，所述沟槽的横断面为方形、三角形、半圆形或半椭圆形。

进一步的，所述上基体与所述上封装层的接触面设置有能够增大摩擦的若干沟槽；所述下基体与所述下封装层的接触面设置有能够增大摩擦的若干沟槽。

进一步的，所述上基体的上端和所述下基体的下端还分别设置有能够安装所述螺栓和螺母的槽口。

进一步的，所述上封装层和下封装层采用注塑成型的耐磨抗压材料；

所述屏蔽网为金属网；

所述石英晶体为有一定切型的超精加工产品，表面研磨精度为纳米级。

本发明的实施例具有以下有益效果：

本发明中，采用上下分体式结构，石英晶体置于中间，当汽车高速驶过本发明的动态称重传感器时，本发明能够充分过滤水平力，使垂直力作用于上基体，上基体整体下移，挤压传感单元，产生传感信号，进而与外部的信号处理装置配合计算出汽车的重量。本发明的分体式结构，能够有效减小水平力干扰，保证了动态称量的准确度，实现不减速测量。本发明中采用的石英晶体是单片石英片，中间无孔，结构简单、不易碎、容易组装、易于操作。因此，与现有技术相比，本发明具有结构简单、稳定，容易组装，能够减小水平力干扰，能够实现不减速测量的特点。

附图说明

图1为现有技术的压电石英承重传感器的整体结构图；

图2为现有技术的压电石英承重传感器的传感器部分的结构图；

图3为本发明的动态称重传感器的实施例的正面剖视图；

图4为本发明的动态称重传感器的实施例的侧面剖视图。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

本发明实施例提供一种动态称重传感器，如图3-4所示，包括固定连接的上基体1和下基体2，其中：

上基体1和下基体2之间设置有石英晶体3，石英晶体3的上表面设置有上电极4，石英晶体3的下表面设置有下电极5；

上电极4和下电极5内部分别设置有电极接头母端6，上基体1和下基体2之间在上电极4、下电极5和石英晶片的外部设置有保护套8，保护套8上预留有与电极接头母端6对应的缺口，电极接头母端6通过缺口连接有电极接头公端7；

上基体1和下基体2之间在保护套8的外部还设置有屏蔽层9，上基体1和下基体2之间在屏蔽层9的外部设置有密封层10；

上基体1和下基体2采用螺栓15和螺母16固定连接，上基体1的上部和下基体2的下部分别设置有安装螺栓15的上封装层11和安装螺母16的下封装层12。

本实施例的动态称重传感器，采用上下分体式结构，石英晶体3置于中间，当汽车高速驶过本实施例的动态称重传感器时，本实施例能够充分过滤水平力，使垂直力作用于上基体1，上基体1整体下移，挤压传感单元，产生传感信号，进而与外部的信号处理装置配合计算出汽车的重量。本实施例的分体式结构，能够有效减小水平力干扰，保证了动态称量的准确度，实现不减速测量。另外，本实施例中采用的石英晶体3是单片石英片，中间无孔，结构简单、不易碎、容易组装、易于操作。因此，与现有技术相比，本实施例具有结构简单、稳定，容易组装，能够减小水平力干扰，能够实现不减速测量的特点。

除了上述有益效果外，本实施例中，密封层10位于上基体1与下基体2装配好后的中间空隙，采用压力注入，它能够充满上基体1与下基体2装配好后的中间空隙，其具有无死角、绝缘、密封防潮，以及保护石英晶体3、上电极4和下电极5等中间组件的作用。

作为上述实施例的一种改进，如图3-4所示，上电极4和下电极5上均设置有横向槽口，上电极4和下电极5内部设置的电极接头母端6均一端位于横向槽口内，电极接头母端6的另一端设置有用于连接电极接头公端7的横向接口；

电极接头母端6和电极接头公端7的横断面均为横向的Y形。

本实施例中，电极接头母端6和电极接头公端7横向设置，当汽车高速驶过时，本实施例能够对来自横向侧力(垂直向下以外的力)的不敏感，因此即使汽车刹车、加速、变向等行为仍然不会影响本实施例的测量精度，进一步减小了水平力的干扰。

作为本实施例的进一步改进，如图3-4所示，密封层10的内部设置有围绕屏蔽层9的屏蔽网13。

本实施例中，屏蔽网13能够屏蔽外界干扰，同时避免石英晶片在外力作用下，导致上、下电极5的电荷泄露。

作为本实施例的更进一步改进，如图3所示，下基体2的上端设置有凹槽，石英晶体3、上电极4、下电极5、电极接头母端6和保护套8构成的整体结构设置在凹槽中，凹槽的底部设置有绝缘片14。

本实施例中，把石英晶体3、上电极4、下电极5和电极接头母端6通过保护套8组装固定在一起，装配成一个基本的传感器组件，并将该传感器组件设置在凹槽中。本实施例能够将传感器组件固定在凹槽中，当汽车驶过本实施例时，传感器组件不会因为汽车产生的水平摩擦力与上、下基体2产生相对滑动，保证了本实施例的结构稳定性。同时，凹槽的底部设置的绝缘片14也具有防止电荷泄露的作用。

作为上一种实施例的一种改进，凹槽的数量为1个或多个。

本实施例中，凹槽的数量可以为1个或多个，所以传感器组件也可以设置为与凹槽的数量相同。本实施例在具体应用时，可以采用多个本实施例中的动态称重传感器进行串、并联的方式，对行驶的汽车进行检测，并结合本领域技术人员公知的微积分等数学运算，即可实现对行驶汽车的不减速测量。

作为本实施例的另一种改进，如图3-4所示，上基体1和下基体2与密封层10的接触面上均设置有能够增大摩擦的若干沟槽。

本实施例中，增大了上基体1和下基体2与密封层10的接触面积，从而增加附着力，使上基体1和下基体2与密封层10的接触更加牢固。

优选的，沟槽的横断面为方形、三角形、半圆形或半椭圆形，沟槽的横断面除了上述几种形状外，还可以为其它形状的规则或不规则的凹凸结构。均能够增加上基体1和下基体2与密封层10的接触面积，增加牢固性。

作为本实施例的又一种改进，如图3-4所示，上基体1与上封装层11的接触面设置有能够增大摩擦的若干沟槽；下基体2与下封装层12的接触面也设置有能够增大摩擦的若干沟槽。

本实施例中，上基体1的上端设置有多条沟槽，增大了上基体1与上封装层11的接触面积，从而增加了上基体1与上封装层11附着力；下基体2与上基体1相同，此处不再赘述。

为了使上述的所有实施例组装更方便，上基体1的上端和下基体2的下端还分别对应地设置有能够方便安装螺栓15和螺母16的槽口。

上述实施例中，优选的：

上封装层11和下封装层12可以采用注塑成型的耐磨抗压材料，保证了本实施例能够与路面结合达到一定的强度和韧度，达到其预期寿命；

屏蔽网13可以为金属网，具体的，可以采用紫铜网、红铜网、磷铜(网铜锡合金)、黄铜网(铜锌合金)或者其他铜合金等。屏蔽网13可以屏蔽电子、电磁等信号的干扰；

石英晶体3为有一定切型的超精加工产品，表面研磨精度为纳米级，石英晶体3对晶体坐标轴某种方位的切割称为石英晶体3的切型，由于石英晶体3的各向异性，不同切型的石英晶体3，因其弹性性质、压电性质、温度性质不同，其电特性和热特性也不同，应用时，可以根据具体的需要把石英晶体3设计为一定切型的超精加工产品，另外，石英晶体3最重要的参数就是它的频率值，石英晶体3的表面质量很大程度上决定了频率的大小，采用的石英晶体3的表面研磨精度为纳米级，较大程度地提高了石英晶体3的频率值。

本发明的实施例均减小了水平力的干扰，能够实现汽车的不减速测量，同时，本发明的实施例还具有屏蔽性好、抗干扰能力强，防水、抗磨的作用。适用于高速公路和普通公路上的超限检测站、交通流量调查站及新建大桥和危桥的轴重轴载监测等领域。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种动态称重传感器，其特征在于，包括固定连接的上基体和下基体，其中：

所述上基体和下基体之间设置有石英晶体，所述石英晶体的上表面设置有上电极，所述石英晶体的下表面设置有下电极；

所述上电极和下电极内部分别设置有电极接头母端，所述上基体和下基体之间在所述上电极、下电极和石英晶片的外部设置有保护套，所述保护套上预留有与所述电极接头母端对应的缺口，所述电极接头母端通过所述缺口连接有电极接头公端；

所述上基体和下基体之间在所述保护套的外部还设置有屏蔽层，所述上基体和下基体之间在所述屏蔽层的外部设置有密封层；

所述上基体和下基体采用螺栓和螺母固定连接，所述上基体的上部和所述下基体的下部分别设置有安装所述螺栓的上封装层和安装所述螺母的下封装层。

2.根据权利要求1所述的动态称重传感器，其特征在于，所述上电极和下电极上均设置有横向槽口，所述上电极和下电极内部设置的所述电极接头母端均一端位于所述横向槽口内，所述电极接头母端的另一端设置有用于连接所述电极接头公端的横向接口；

所述电极接头母端和电极接头公端的横断面均为横向的Y形。

3.根据权利要求2所述的动态称重传感器，其特征在于，所述密封层的内部设置有围绕所述屏蔽层的屏蔽网。

4.根据权利要求3所述的动态称重传感器，其特征在于，所述下基体的上端设置有凹槽，所述石英晶体、上电极、下电极、电极接头母端和保护套构成的整体结构设置在所述凹槽中，所述凹槽的底部设置有绝缘片。

5.根据权利要求4所述的动态称重传感器，其特征在于，所述凹槽的数量为1个或多个。

6.根据权利要求3所述的动态称重传感器，其特征在于，所述上基体和下基体与所述密封层的接触面上均设置有能够增大摩擦的若干沟槽。

7.根据权利要求6所述的动态称重传感器，其特征在于，所述沟槽的横断面为方形、三角形、半圆形或半椭圆形。

8.根据权利要求3所述的动态称重传感器，其特征在于，所述上基体与所述上封装层的接触面设置有能够增大摩擦的若干沟槽；所述下基体与所述下封装层的接触面设置有能够增大摩擦的若干沟槽。

9.根据权利要求3-8中任一所述的动态称重传感器，其特征在于，所述上基体的上端和所述下基体的下端还分别设置有能够安装所述螺栓和螺母的槽口。

10.根据权利要求9所述的动态称重传感器，其特征在于，所述上封装层和下封装层采用注塑成型的耐磨抗压材料；

所述屏蔽网为金属网；

所述石英晶体为有一定切型的超精加工产品，表面研磨精度为纳米级。