CN213515951U - 一种窄条弹性板式动态称重*** - Google Patents

Abstract

本专利涉及动态称重***技术领域，具体是一种窄条弹性板式动态称重***，包括控制器、若干窄条称重传感器和信号放大器，窄条称重传感器包括面板、底板、若干焊线片和若干称重应变传感单元，面板下部设有称重逻辑感应区，且若干焊线片固定在面板下端面，若干称重应变传感单元固定在面板下端面称重逻辑感应区内，窄条称重传感器固定在道路上，且窄条称重传感器的长度方向与车辆运动方向垂直。本方案将基本受力转变为扭力，保证结构整体稳定性；可拆卸螺栓便于窄条称重传感器安装调平和后期在不破坏内部应变结构的条件下进行维护，解决了现有应变式高速动态称重***称重准确度和***稳定性低、安装维护成本较高的问题。

Description

一种窄条弹性板式动态称重***

技术领域

本实用新型涉及动态称重***技术领域，具体是一种窄条弹性板式动态称重***。

背景技术

动态称重***广泛应用于超限超载运输管理、计重收费、交通量调查等公路桥梁运营管理环境，高速动态称重***(通常适应车辆通行速度范围1～100km/h)是应用于超限超载治理的核心的必不可少的关键技术之一。

目前，市面上的应变式高速动态称重产品存在诸多问题。

(1)为满足快速、不破坏路面、少排水安装要求，现有的此类应变式传感器大多数由螺钉随意固定，无科学严谨的验算方法，经车辆长期碾压后，传感器与路面接触位置很容易开裂，大大降低称重准确度和***稳定性，甚至对行车安全造成威胁；

(2)由于传感器结构刚板强度不够、应变计简单均匀布设等因素，传感器实际承载能力和使用寿命达不到标称要求，增大***运行风险，降低用户对产品的信任度，维护费用也大幅提高。

实用新型内容

本实用新型意在提供一种窄条弹性板式动态称重***，以解决现有应变式高速动态称重***称重准确度和***稳定性低、安装维护成本较高的问题。

为了达到上述目的，本实用新型的基础方案如下：一种窄条弹性板式动态称重***，包括控制器、若干窄条称重传感器和信号放大器，若干所述窄条称重传感器与信号放大器连接，所述信号放大器与控制器连接，所述窄条称重传感器包括面板、底板、若干焊线片和若干称重应变传感单元，面板下部设有称重逻辑感应区，所述面板固定在底板上方，且若干焊线片固定在面板下端面，若干所述称重应变传感单元固定在面板下端面称重逻辑感应区内，若干所述称重应变传感单元分别与若干焊线片连接，若干所述称重应变传感单元沿面板的长度方向一字排列；所述窄条称重传感器固定在道路上，且所述窄条称重传感器的长度方向与车辆运动方向垂直，所述窄条称重传感器宽度沿行车方向小于100mm。

进一步，还包括检测线圈和车辆检测器，所述检测线圈与车辆检测器连接，所述车辆检测器与控制器连接，所述检测线圈对车辆的进入信号、车辆轴数进行检测，并将数据传输到车辆检测器进行分析，车辆检测器将分析、计算后的车辆信息传输到控制器，所述控制器包括ARM核心主板、A/D数据采集卡、D/A数据转换卡和电源模块，所述A/D数据采集卡、D/A数据转换卡和电源模块均与ARM核心主板连接。

进一步，所述面板与底板两端由若干螺栓、螺母固定连接，所述底板下部设有凹槽，所述面板长度方向上的两侧设有若干并排地脚固定螺栓孔，且若干所述地脚固定螺栓孔距离面板边缘10mm，所述并排地脚固定螺栓孔内螺纹连接有地脚固定螺栓，所述面板为碳素结构钢板，若干所述窄条称重传感器在道路上的布设采用两排平行两排交叉、两排两列、两排三列中任一一种方式。

进一步，若干所述称重应变传感单元由中间向两边非完全均匀布设，每个位置上的称重应变传感单元应变输出值相同，且各单位荷载影响线上的线性插值和0的相对误差在1％以内。

进一步，所述若干称重应变传感单元和若干焊线片表面设有封胶固化层，所述若干焊线片采用高温线并联，且所述高温线与面板紧贴。

进一步，所述面板满足[σ]_面＞σ_m；

[σ]_面为面板的许用应力，[σ]_面＝σ_s面/n_面，其中σ_s面代表面板材料的屈服极限，n_面为面板材料的安全系数；

σ_m为面板最大弯曲应力，σ_m＝6M/h²＝ql²/2h²，h为面板厚度，l为面板沿行车方向的长度，M为端部力矩，M＝ql²/12，q为面板均布荷载，

为最大轮载下轮胎对路面的最大平均压力，d为最大轮载下轮胎触地宽度。

进一步，所述地脚固定螺栓满足[σ]_螺＞1.3σ_max；

[σ]_螺为地脚固定螺栓的许用应力，[σ]_螺＝σ_s螺/n_螺，其中σ_s螺代表地脚固定螺栓材料的屈服极限，n_螺为地脚固定螺栓材料的安全系数；

σ_max为单个地脚固定螺栓的最大应力，σ_max＝4Q_m/πD²，D为地脚固定螺栓内径，Q_m为单个地脚固定螺栓最大总载荷，

C_e为地脚固定螺栓迭加系数，Q₀为单个地脚固定螺栓预紧力，为保证联接面不分离，窄条称重传感器外缘最小挤压应力应大于0，即ZQ₀/A+R/A-M/W＞0，即Q₀＞M·A/(W·Z)-R/Z，其中M为端部力矩，M＝ql²/12， R为端部反力，R＝ql/2，Z为地脚固定螺栓数，A为联接面面积，W为等效抗弯剖面模数， W＝A²/6。

进一步，所述面板中心的最大挠度f_max和输出最大应变ε_max满足使用需求， f_max＝ql⁴/384EI，ε_max＝6ql²/24Eh²，E为面板材料的弹性模量，E＝2.1*106N/mm²，I为截面惯矩，I＝h³/12，h为面板厚度。

本方案的有益效果：(1)本方案中窄条称重传感器由面板和底板组成，且通过螺栓可拆卸连接，将基本受力转变为扭力，保证结构整体稳定性；可拆卸螺栓还便于窄条称重传感器安装调平和后期在不破坏内部应变结构的条件下进行维护。

(2)本方案中将窄条称重传感器埋设于道路通过其弯曲变形转换为电量输出来测量车轮作用压力，底板刚度较大且紧密埋设于地面，面板为碳素结构钢板，当面板受压力作用时，底板变形很微小而忽略不计。

(3)本方案中窄条称重传感器两侧设有若干地脚固定螺栓孔，确保底板与面板联接面紧固不分离。

(4)本方案中称重应变传感单元沿窄条称重传感器的长度方向一字排列，车轮压在窄条称重传感器任何位置均能保证良好的横向一致性，即每个位置应变输出相同。

附图说明

图1为本实用新型实施例的结构示意图；

图2为本实用新型实施例中窄条称重传感器的正视局剖图；

图3为本实用新型实施例中窄条称重传感器的侧视局剖图；

图4为本实用新型实施例中窄条称重传感器的俯视图；

图5为本实用新型实施例中焊线片和称重应变传感单元的布设示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

说明书附图中的附图标记包括：面板1、底板2、螺栓3、螺母4、地脚固定螺栓孔5、焊线片6、称重应变传感单元7、称重逻辑感应区8。

实施例

基本如附图1所示：一种窄条弹性板式动态称重***，包括控制器、若干窄条称重传感器、信号放大器、检测线圈和车辆检测器，若干窄条称重传感器与信号放大器连接，信号放大器与控制器连接，检测线圈与车辆检测器连接，车辆检测器与控制器连接，检测线圈对车辆的进入信号、车辆轴数进行检测，并将数据传输到车辆检测器进行分析，车辆检测器将分析、计算后的车辆信息传输到控制器。

结合图2、图3、图4所示，窄条称重传感器包括面板1、底板2、若干焊线片6和若干称重应变传感单元7，面板1为碳素结构钢板，面板1固定在底板2上方，面板1与底板 2两端分别由两对螺栓3、螺母4固定连接，底板2下部设有凹槽，面板1长度方向上的两侧设有若干并排地脚固定螺栓孔5，且若干地脚固定螺栓孔5距离面板1边缘10mm，并排地脚固定螺栓孔5内螺纹连接有地脚固定螺栓3。面板1下部设有称重逻辑感应区8，且若干焊线片6固定在面板1下端面，若干称重应变传感单元7固定在面板1下端面称重逻辑感应区8内，若干称重应变传感单元7分别与若干焊线片6连接，若干称重应变传感单元7和若干焊线片6表面设有封胶固化层，若干焊线片6采用高温线并联，且高温线与面板1紧贴。结合图5所示，若干称重应变传感单元7沿面板1的长度方向一字排列；若干称重应变传感单元7由中间向两边非完全均匀布设，每个位置上的称重应变传感单元7应变输出值相同，且各单位荷载影响线上的线性插值和0的相对误差在1％以内。窄条称重传感器固定在道路上，且窄条称重传感器的长度方向与车辆运动方向垂直，窄条称重传感器宽度沿行车方向小于100mm。若干窄条称重传感器在道路上的布设采用两排平行两排交叉、两排两列、两排三列中任一一种方式。

面板1满足[σ]_面＞σ_m；[σ]_面为面板1的许用应力，[σ]_面＝σ_s面/n_面，其中σ_s面代表面板1材料的屈服极限，n_面为面板1材料的安全系数；σ_m为面板1最大弯曲应力，σ_m＝6M/h²＝ql²/2h²，h为面板1厚度，l为面板1沿行车方向的长度，M为端部力矩， M＝ql²/12，q为面板1均布荷载，

为最大轮载下轮胎对路面的最大平均压力， d为最大轮载下轮胎触地宽度。面板1中心的最大挠度f_max和输出最大应变ε_max满足使用需求，f_max＝ql⁴/384EI，ε_max＝6ql²/24Eh²，E为面板1材料的弹性模量，E＝2.1*106N/mm²，I 为截面惯矩，I＝h³/12，h为面板1厚度。

地脚固定螺栓满足[σ]_螺＞1.3σ_max；[σ]_螺为地脚固定螺栓的许用应力，[σ]_螺＝σ_s螺/n_螺，其中σ_s螺代表地脚固定螺栓材料的屈服极限，n_螺为地脚固定螺栓材料的安全系数；σ_max为单个地脚固定螺栓的最大应力，σ_max＝4Q_m/πD²，D为地脚固定螺栓内径，Q_m为单个地脚固定螺栓最大总载荷，

C_e为地脚固定螺栓迭加系数，Q₀为单个地脚固定螺栓预紧力，为保证联接面不分离，窄条称重传感器外缘最小挤压应力应大于0，即 ZQ₀/A+R/A-M/W＞0，即Q₀＞M·A/(W·Z)-R/Z，其中M为端部力矩，M＝ql²/12， R为端部反力，R＝ql/2，Z为地脚固定螺栓数，A为联接面面积，W为等效抗弯剖面模数， W＝A²/6。

控制器为车辆动态称重提供硬件处理平台,搭建了嵌入式Linux操作***。控制器包括 ARM核心主板、A/D数据采集卡、D/A数据转换卡和电源模块，A/D数据采集卡、D/A数据转换卡和电源模块均与ARM核心主板连接，A/D数据采集卡用于动态称重信号高速采样，采样频率至少可达64KHz，输入输出精度均为12位，具备单端16路以上模拟量输入要求。D/A转换卡用于数字信号到模拟信号的转换，其精度同样满足12位。通过AD卡实时高速采集来自多个通道的窄条称重传感器离散数据，并将这些离散数据组织封装为有序排列的采样点结构链表SampleList。除主要工作外，该模块还需要对AD卡进行初始化，设置AD采样频率、数据缓冲区。由于窄条称重传感器受温漂等影响，在数据采集同时还需控制DA卡调零时间，实现调零过程。从波形结构链表中依次读入单个波形，一定数量如果满足车辆判断条件则计算车辆轴重、总重、速度、轴型等，计算过程中若出现漏波现象时，采用补轴算法重新准确计算称重特征数据。同样的，涵盖多种称重信息的车辆数据结构以车辆链表VehicleList依次存放。从车辆链表读出车辆信息(VehList)存入仪器数据库，并将详细车辆信息显示于动态称重***软件界面。

具体实施过程如下：首先选取重车进行标定，车辆匀速标定，可以根据车辆实际重量和测量重量标定出系数K；称重时，车辆从窄条称重传感器上压过，判断信号是否完整，设车辆实际产生的信号脉冲数为m，根据已获取信号脉冲的时间差判断车辆实际轴数n；

如果m＝n，表明信号完整，则跳出信号完整性分析，进行信号截取，将n+m个信号“脉冲”，以峰值时刻t_i为中心，左右各拖延T/2截取信号，获取数据段，窄条称重传感器A会出现n个波形，记为X_p[i]，其中i＝l～n；窄条称重传感器B会出现m个波形，记为X_q[j]，其中j＝1～m；

如果m<n，表明有轴信号丢失，进行补轴处理，在某个S时刻两个数据段的互相关系数为

分别计算窄条称重传感器B的第i个信号与窄条称重传感器A每个信号的相关性，标记窄条称重传感器A与之相关性最大的信号,最终，窄条称重传感器A剩余的信号X_p ^*即为窄条称重传感器B所对应丢失的信号，以各时间差为基准将窄条称重传感器A的“脉冲”信号X_p ^*补充到窄条称重传感器B原始信号X_q得到窄条称重传感器B补轴信号X’_q，X’_q＝X_p ^*+X_q。

当车辆轮胎没有长时间压窄条称重传感器时，此时认为整个轮胎是匀速通行的，根据整个波形数据，计算出车辆通过时间即轮胎压窄条称重传感器时间t、采样峰值P和采样积分值I；车辆匀速通过窄条称重传感器时的动态重量W计算公式为：W＝K/d*I*V，d为窄条称重传感器感应宽度，V为轮胎通过窄条称重传感器时的速度，l+d＝V*t，其中l表示轮胎着地长度；

根据传感器测量压力原理，当l≥d时，故W*d/l＝K*P，即W＝(K*P*I)/(P*t-I),V＝(P*d) /(P*t-I)；

当l＜d时，由于窄条称重传感器比较窄，只有很轻的小车才会出现此种情况，故 W＝K*P，V＝(P*d)/I；

当车辆轮胎长时间压窄条称重传感器时，此时认为轮胎是一个匀速、减速、加速、匀速的过程，根据波形特征，选择其中匀速过半个窄条称重传感器的波形，然后扩展为一个完整波形，并用该完整波形按照匀速通过窄条称重传感器的方式计算。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

以上所述的仅是本实用新型的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述，所属领域普通技术人员知晓申请日或者优先权日之前实用新型所属技术领域所有的普通技术知识，能够获知该领域中所有的现有技术，并且具有应用该日期之前常规实验手段的能力，所属领域普通技术人员可以在本申请给出的启示下，结合自身能力完善并实施本方案，一些典型的公知结构或者公知方法不应当成为所属领域普通技术人员实施本申请的障碍。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本实用新型结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本实用新型的保护范围，这些都不会影响本实用新型实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (8)

1.一种窄条弹性板式动态称重***，其特征在于：包括控制器、若干窄条称重传感器和信号放大器，若干所述窄条称重传感器与信号放大器连接，所述信号放大器与控制器连接，所述窄条称重传感器包括面板、底板、若干焊线片和若干称重应变传感单元，面板下部设有称重逻辑感应区，所述面板固定在底板上方，且若干焊线片固定在面板下端面，若干所述称重应变传感单元固定在面板下端面称重逻辑感应区内，若干所述称重应变传感单元分别与若干焊线片连接，若干所述称重应变传感单元沿面板的长度方向一字排列；所述窄条称重传感器固定在道路上，且所述窄条称重传感器的长度方向与车辆运动方向垂直，所述窄条称重传感器宽度沿行车方向小于100mm。

2.根据权利要求1所述的一种窄条弹性板式动态称重***，其特征在于：还包括检测线圈和车辆检测器，所述检测线圈与车辆检测器连接，所述车辆检测器与控制器连接，所述检测线圈对车辆的进入信号、车辆轴数进行检测，并将数据传输到车辆检测器进行分析，车辆检测器将分析、计算后的车辆信息传输到控制器，所述控制器包括ARM核心主板、A/D数据采集卡、D/A数据转换卡和电源模块，所述A/D数据采集卡、D/A数据转换卡和电源模块均与ARM核心主板连接。

3.根据权利要求1所述的一种窄条弹性板式动态称重***，其特征在于：所述面板与底板两端由若干螺栓、螺母固定连接，所述底板下部设有凹槽，所述面板长度方向上的两侧设有若干并排地脚固定螺栓孔，且若干所述地脚固定螺栓孔距离面板边缘10mm，所述并排地脚固定螺栓孔内螺纹连接有地脚固定螺栓，所述面板为碳素结构钢板，若干所述窄条称重传感器在道路上的布设采用两排平行两排交叉、两排两列、两排三列中任一一种方式。

4.根据权利要求3所述的一种窄条弹性板式动态称重***，其特征在于：若干所述称重应变传感单元由中间向两边非完全均匀布设，每个位置上的称重应变传感单元应变输出值相同，且各单位荷载影响线上的线性插值和0的相对误差在1％以内。

5.根据权利要求4所述的一种窄条弹性板式动态称重***，其特征在于：所述若干称重应变传感单元和若干焊线片表面设有封胶固化层，所述若干焊线片采用高温线并联，且所述高温线与面板紧贴。

6.根据权利要求5所述的一种窄条弹性板式动态称重***，其特征在于：所述面板满足[σ]_面＞σ_m；

[σ]_面为面板的许用应力，[σ]_面＝σ_s面/n_面，其中σ_s面代表面板材料的屈服极限，n_面为面板材料的安全系数；

σ_m为面板最大弯曲应力，σ_m＝6M/h²＝ql²/2h²，h为面板厚度，l为面板沿行车方向的长度，M为端部力矩，M＝ql²/12，q为面板均布荷载，

为最大轮载下轮胎对路面的最大平均压力，d为最大轮载下轮胎触地宽度。

7.根据权利要求6所述的一种窄条弹性板式动态称重***，其特征在于：所述地脚固定螺栓满足[σ]_螺＞1.3σ_max；

[σ]_螺为地脚固定螺栓的许用应力，[σ]_螺＝σ_s螺/n_螺，其中σ_s螺代表地脚固定螺栓材料的屈服极限，n_螺为地脚固定螺栓材料的安全系数；

σ_max为单个地脚固定螺栓的最大应力，σ_max＝4Q_m/πD²，D为地脚固定螺栓内径，Q_m为单个地脚固定螺栓最大总载荷，

C_e为地脚固定螺栓迭加系数，Q₀为单个地脚固定螺栓预紧力，为保证联接面不分离，窄条称重传感器外缘最小挤压应力应大于0，即ZQ₀/A+R/A-M/W＞0，即Q₀＞M·A/(W·Z)-R/Z，其中M为端部力矩，M＝ql²/12，R为端部反力，R＝ql/2，Z为地脚固定螺栓数，A为联接面面积，W为等效抗弯剖面模数，W＝A²/6。

8.根据权利要求7所述的一种窄条弹性板式动态称重***，其特征在于：所述面板中心的最大挠度f_max和输出最大应变ε_max满足使用需求，f_max＝ql⁴/384EI，ε_max＝6ql²/24Eh²，E为面板材料的弹性模量，E＝2.1*106N/mm²，I为截面惯矩，I＝h³/12，h为面板厚度。

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