DE2311928C3 - Meflaufnehmer für dynamische Achslastmessung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Meßaufnehmer für dynamische Achslastmessung in Fahrbahnen, wie Straßen, bei dem als mechanisch-elektrischer Wandler mindestens ein piezoelektrisches Kabel vorgesehen ist und bei dem der Wandler mit Richtung des Kabels bzw. der Kabel quer zur Überfahrrichtung an der Oberfläche der Fahrbahn angeordnet ist.

Es ist bereits ein Druckaufnehmer in Gestalt eines piezoelektrischen Koaxial-Kabels bekannt. Ein solches Kabel weist innen eine metallische Seele auf, die in piezoelektrisches Keramikpulver eingebettet ist und als Hülle einen metallischen Schutzmantel hat (Prospekt »VIBRACOAX« der Philips Elektronik Industrie GmbH).

Mit einem solchen Kabel können hochempfindliche Drücke und Schwingungen erfaßt werden.

Es ist zur Geschwindigkeitsmessung der Geschwindigkeiten, überfahrender Fahrzeuge ein Meßaufnehmer der eingangs beschriebenen Art mit zwei parallel im Abstand frei auf die Fahrbahn aufgelegten piezoelektrischen Kabeln bekannt (DT-OS 16 73 386).

Zur Achslastmessung ist ein Meßaufnehmer mit mindestens zwei Kondensator-Elektroden und einem dazwischen angeordneten elastischen Dielektrikum bekannt(DT-OS19 38 181).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Verwendung des bekannten piezoelektrischen Kabels die von Fahrzeugen auf Fahrbahnen ausgeübten Achslasten zu erfassen. Zur Lösung dieser Aufgabe ist nach der Erfindung vorgesehen, daß der Wandler in einer zwischen zwei Platten aufgenommenen elastischen Bettungsmasse eingebettet ist.

Für die statistische Achslasterfassung auf Straßen mit bekannter Überfahrrichtung und geringen Geschwindigkeitsdifferenzen genügt ein Meßaufnehmer mit einem einzigen piezoelektrischen Kabel zwischen den Platten.

Im Regelfall dürfte jedoch zusätzlich zu der Achslasierfassung eine Geschwindigkeitserfassung und/ oder Richtungsunterscheidung erwünscht sein, um Meßfehler durch überholende Fahrzeuge und aufgrund unterschiedlicher Überfahrgeschwindigkeit auszuschalten. Hierzu ist nach einer bevorzugten Ausführung der Erfindung vorgesehen, daß zwei piezoelektrische Kabel parallel zueinander und quer zur Überfahrrichtung im Abstand angeordnet sind, wobei der Mittelwert der beiden Meßsignalamplituden als Maß für die Achslast und der zeitliche Abstand zwischen den Meßsignalen aus beiden Kabeln zum Erfassen der Überfahrgeschwindigkeit verwendet wird.

Um die Geschwindigkeit in besonders einfacher Weise zu erfassen, wird in Weiterbildung der Erfindung die Eigenart von piezoelektrischen Koaxialkabeln ausgenützt, daß die durch Druck erzeugte elektrische Spannung nach einer Exponentialfunktion abklingt, und zwar dadurch, daß bei oder nach Überfahren des zweiten Kabels gleichzeitig die Spannungswerte in beiden Kabein gemessen und durcheinander dividiert werden. Dadurch erhält man unmittelbar ein Maß für die Geschwindigkeit.

Mit dem zuletzt beschriebenen Meßaufnehmer lassen sich außer der Achslast die Reihenfolge und der zeitliche Abstand der von den beiden piezoelektrischen Kabeln abgegebenen Spannungsimpulse erfassen und zur Richtungstrennung und zur Geschwindigkeitskorrektur der Meßwerte benutzen. Die Anordnung mit den zwei parallelen piezoelektrischen Kabeln bietet darüberhinaus den Vorteil, daß bei Ausfall eines Kabels oder des jedem Kabel nachgeschalteten Verstärkers unter Verzicht auf die Richtungstrennung und Geschwindigkeitskorrektur zur reinen Achslasterfassung weiter gemessen werden kann. Ein weiterer Vorteil liegt in der physikalischen Tatsache begründet, daß der piezoelektrische Effekt umkehrbar ist und ein piezoelektrisches Kabel bei Anregung durch eine Wechselspannung oder einen Spannungsimpuls in mechanische Schwingungen gerät, die auf die Platte übertragen werden und durch das zweite piezoelektrische Kabel gemessen werden können. Dies ermöglicht eine einfache und schnelle Prüfung und Eichung der Empfindlichkeit des Meßaufnehmers.

Ein wichtiger Vorteil ist die geringe Höhe des Meßaufnehmers, die in der Praxis Werte zwischen 12 und 15 mm erreichen kann. Der Meßaufnehmer nach der Erfindung ist deshalb besonders für mobilen Einsatz geeignet, bei dem er einfach nur auf die Straßenoberfläche aufgelegt zu werden braucht. Natürlich kann der

Meßaufnehmer auch stationär verwendet und dann auf oder in der Straßenoberfläche befestigt sein.

Schließlich ist ein Vorteil, daß der Meßaufnehmer nach der Erfindung ohne jede Speisespannung auskommt.

Die Erfindung ist im folgenden anhand von Zeichnungen an mehreren Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 in einer perspektivischen Darstellung eine Ausführungeines Meßaufnehmers;

F i g. 2 einen anders ausgebildeten Meßaufnehmer im Querschnitt;

Fig.3 eine weitere Ausführung eines Meßaufnehmers im Querschnitt und

Fig.4 eine Darstellung der von dem Meßaufnehmer nach einer der F i g. 1 bis 3 abgegebenen Meßsignale.

Der Meßaufnehmer nach Fig. 1 umfaßt zwei Platten i und 2, die sich über seitliche Stege 3 und 4 an der Platte 1 aneinander abstützen. Zwischen den Stegen 3 und 4 ist in der oberen Platte 1 ein Hohlraum gebildet, in dem parallel zueinander zwei piezoelektrische Kabel 5 und 6 in einer Bettungsmasse 7 aus Polyesterelastomer eingebettet sind. Die piezoelektrischen Kabel 5 und 6 sind aus der Stirnseite des Meßaufnehmers herausgeführt und über Koaxialkabel je mit einem hochohmigen Verstärker verbunden. Beim Überfahren des Meßaufnehmers werden in den piezoelektrischen Kabeln 5 und 6 Meßspannungen erzeugt, die nach Verstärkung addiert und in bekannter Weise klassiert und registriert werden können.

Die beiden Platten 1 und 2 sind über nur durch Mittellinien 8 angedeutete Schrauben miteinander im Bereich der beiden Stege 3,4 verbunden.

Der gezeigte Meßaufnehmer kann in einer Einfräsung in der Oberfläche einer Straße lose eingelegt oder darin verankert sein oder auch nur auf die Straßenoberfläche aufgelegt sein, was wegen der geringen Höhe des Meßaufnehmers ohne Schaffung eines unangenehmen Hindernisses für die überfahrenden Fahrzeuge möglich ist.

Bei dem Meßaufnehmer nach F i g. 2 sind die Platten 10, ti beide flach ausgebildet und voneinander durch Befestigungsbleche 12, 13 getrennt, die beidseitig den Hohlraum zwischen den beiden Platten 10, Il zur s Aufnahme der piezoelektrischen Kabel 5 und 6 in einer Bettungsmasse 7 begrenzen. Die Platten 10, 11 sind miteinander und mit dem Befestigungsblech 12, 13 über nur durch Mittellinien 8 angedeutete Schrauben verbunden. Die Bcfestigungsbleche 12, 13 haben an

ίο ihren freien Enden Abwinkelungen 14, 15, die von Verankerungsstiften 16,17 zum Verankern des Meüaufnehmcrs im Bett einer Straße durchsetzt sind.

Der Meßaufnehmer nach Fig. 2 ist in einer Ausfräsung in der Straße so eingelassen, daß seine Oberseite bündig mit der .Straßenoberfläche 18 ist. Die piezoelektrischen Kabel 5, 6 erstrecken sich dabei quer zur mit dem Pfeil 19 angedeuteten Überfahrrichtung.

Die Ausführung nach Fig. 3 ähnelt derjenigen nach Fig. 1. Jedoch stützen sich dort die Platten 20, 21 lediglich über die Bettungsmasse 7 gegeneinander ab. Seitlich sind die beiden Platten 20, 21 durch Dichtstreifen 22, 23 zwischen überkragenden Rändern 24, 25 an der oberen Platte 20 und den Seitenflächen der Unterhatte 21 hermetisch nach außen abgedichtet. Dies

2<; gibt einen zusätzlichen Schutz gegen das Eindringen von Schmutz und Feuchtigkeit zu dem schon vorhandenen Schutz durch die Bettungsmasse.

In dem Diagramm nach F i g. 4 ist über der Zeit / die Meßspannung U aufgetragen, die proportional dem

_v, Überfahrdruck und damit der Achslast ist. Die erste Kurve 28 stellt das von dem Kabel 5 unter Belastung abgegebene Signal und die zweite Kurve 29 das von dem Kabel 6 abgegebene Meßsignal dar. Während die Höhe Λ der Kurven 28, 29 ein Maß für die Größe der Achslast darstellt, ist der Abstand .ϊ der beiden Kurven 28, 29 parallel zur Zeitachse gemessen ein Maß für die Überfahrgeschwindigkeit. Dem Meßprinzip immanente, geschwindigkeitsabhängige Abweichungen bei der Achslasterfassung lassen sich mit den gewonnenen Meßdaten kompensieren.

Hierzu 1 Blau Zeichnungen

Claims (1)

1. 23 Ii

   Patentansprüche:

   1. Meßaufnehmer für dynamische Achslastmessung in Fahrbahnen, wie Straßen, bei dem als mechanisch-elektrischer Wandler mindestens ein piezoelektrisches Kabel vorgesehen ist und bei dem der Wandler mit Richtung des Kabels bzw. der Kabel quer zur Überfahrrichtung an der Oberfläche der Fahrbahn angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Wandler (5, 6) in einer zwischen zwei Platten (I₁ 2; 10, II; 20, 21) aufgenommenen elastischen Bettungsmasse (7) eingebettet ist.

   2. Meßaufnehmer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei piezoelektrische Kabel (5,

   6) parallel zueinander und quer zur Überfahrrichtiing im Abstand angeordnet sind.

   3. Meßaufnehmer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur zusätzlichen Geschwindigkeitsbestimmung Mittel vorgesehen sind, um den zeitlichen Abstand zwischen den beiden Meßsignalen (28,29) zu ermitteln.

   4. Meßaufnehmer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, damit zum zusätzlichen Erfassen der Überfahrgeschwindigkeit bei oder nach Überfahren des zweiten Kabels (6) gleichzeitig die Spannungswerte in beiden Kabeln (5,6) gemessen und dividiert werden können.

   5. Meßaufnehmer nach einem der Ansprüche 1 bis

   4, dadurch gekennzeichnet, daß die Platten (10, 11) zwischen ihren Rändern Befestigungsbleche (12,13) zum Verankern des Meßaufnehmers in einer Straßenoberfläche (18) einfassen.

   6. Meßaufnehmer nach einem der Ansprüche 1 bis

   5, dadurch gekennzeichnet, daß die Platten (20, 21) gegeneinander durch die Dichtungen (22, 23) zwischen überkragenden Rändern (24, 25) einer Platte (20) und den Seitenkanten der anderen Platte (21) abgedichtet sind. ,,o

   7. Meßaufnehmer nach einem der Ansprüche 1 bis

   6, dadurch gekennzeichnet, daß die Platten (1,2; 10, 11; 20,21) mittels Schrauben (bei 8) verbunden sind.

   8. Meßaufnehmer nach einem der Ansprüche 1 bis

   7, dadurch gekennzeichnet, daß die Bettungsmasse aus einem vergießbaren Elastomer besteht.