专利名称：一种实时动态检测车辆载重量与车辆速度的装置及方法
技术领域：
本发明涉及一种车辆检测设备与方法，尤其是涉及一种实时动态检测车辆载重量与车辆速度的装置及方法。
背景技术：
目前，对车辆的超限超载监测有静态和动态两种方法静态称重虽然精度高，但是称重装置在工作时，需要从正常行驶的车流中拦截和引领少部分车辆到静态称重场地进行称重检查(I、李扬，国外汽车超载治理技术的发展及应用[J]，交通标准化，2004，9 ;2、董敏娥，高速公路动态称重与静态称重的利与弊，科技资讯[J]，2010，32)，其规模较大，引人注目，往往使许多超限超载车辆易于逃避；同时静态称重耗费的时间长，容易造成交通不畅，特别难以发挥高速公路的优越性。
汽车超载与超速引发的交通恶性伤亡事件以及由于超载超速而导致的道路、桥梁损坏，使用寿命直线减短事件频频发生。这些事件既对行驶在公路上的司机形成重大的人身安全威胁，又会对我国的道路桥梁资源造成重大的损失，加重国家财政负担。现有公路汽车检测装置功能单一，不能对行驶的车辆进行载重与车速的同时检测，这让交警部门对道路上行驶的车辆检测只能舍此即彼，难以满足对道路行驶车辆信息的全面监控。动态称重系统能实现超载治理和不停车计重收费系统的完美结合，因此动态称重是现代交通中超限超载运输测量的主要手段和发展方向，是不停车计重收费的基础。但由于影响动态称重精度的因素较多，例如，汽车的振动、路面的不平度、汽车的速度等等，这些因素都会影响测量精度，使测量结果不准确而不具说服力(3、程路，张宏建，曹向辉，车辆动态称重技术[J]，仪器仪表学报，2008，27(8))。为了提高动态称重系统的测量精度，国内外一直在开展动态称重系统的研究，目前，我国所使用的动态称重系统大都是采用重力式传感器(像测重弹簧)和电阻式传感器进行检测(4、丘文末，刘其洪，张庆山，实时智能汽车超载报警系统的研究与设计[J]，技术与应用，2010，23 (6) ;5、中国专利CN 1587927A)，而测速系统大都采用激光射频技术和雷达测速系统，都是分别采用两个不同的系统分别完成测重和测速。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术中监控道路行驶车辆的装置功能单一，并且无法对行驶的车辆进行车速和载重量的同时检测；静态称重法又会大大延误时间，降低公路运输效率，不能满足对车辆信息进行全面、高效、快捷监控的要求等问题，提供一种实时动态检测车辆载重量与车辆速度装置及实时动态检测车辆载重量与车辆速度的方法。所述实时动态检测车辆载重量与车辆速度装置设有第I压电陶瓷传感器、第2压电陶瓷传感器、整流滤波电路、信号放大电路、A/D模数转换与数字分析模块和计算机。其中压电陶瓷传感器设有压电陶瓷和封装保护层，所述第I压电陶瓷传感器与第2压电陶瓷传感器并联铺设在道路上，第I压电陶瓷传感器和第2压电陶瓷传感器的信号输出端接整流滤波电路的输入端，整流滤波电路的输出端接信号放大电路输入端，信号放大电路输出端接A/d模数转换与数字分析模块输入端，A/D模数转换与数字分析模块所得到的数据输出端接计算机输入端口，计算机把通过车辆的载重量与速度记录与存储，为有关部门对行驶在公路的车辆进行快捷、高效的全方面监控。所述第I压电陶瓷传感器和第2压电陶瓷传感器均设有压电陶瓷、第I保护层和 第2保护层，第I保护层包覆压电陶瓷，第I保护层对压电陶瓷进行第I层保护；第2保护层对压电陶瓷进行第2层保护；所述第I保护层可为环氧树脂保护层，所述第2保护层可为金属保护层，再封装后使压电陶瓷传感器能承受大的压力和不被环境侵蚀。包覆封装后的第I压电陶瓷传感器和第2压电陶瓷传感器按6 IOm的间距组成阵列并排铺设在路面上。第I压电陶瓷传感器和第2压电陶瓷传感器产生的信号电压经整流滤波电路与信号放大电路后输入到A/D模数转换与数字分析模块，转化成相应的数字信号输入计算机，计算机把所得的数据记录存储起来，供交警部门进行道路监控。所述实时动态检测车辆载重量与车辆速度的方法，采用所述实时动态检测车辆载重量与车辆速度装置，所述方法包括以下步骤I)将第I压电陶瓷传感器和第2压电陶瓷传感器以相隔6 IOm的距离L平行铺设在道路上；2)将行驶车辆的前后轮依次经过第I压电陶瓷传感器和第2压电陶瓷传感器时分别产生的两个电压信号经过整流滤波电路、信号放大电路、A/D模数转换与数字分析系统进入计算机，计算机把前后轮经过第I压电陶瓷传感器和第2压电陶瓷传感器所产生的信号波形峰值Um和时间间隔t分别记录并求平均值，通过将第I压电陶瓷传感器与第2压电陶瓷传感器的间距L与信号波峰时间间隔t相除即可得到行驶车辆速度值；同时根据信号电压幅值与车辆载荷之间的线性关系函数Um=km+b，计算出驶过车辆的整车重量，其中，k为压电陶瓷的压电系数，m为车辆质量，b为根据模拟测试拟合曲线所得的修正常数。本发明的突出优点是通过两个压电陶瓷传感器构成的传感器阵列，实现了在不停车的情况下了对汽车载重量与车辆速度的双重监控，为道路监控提供了一种高效、快捷、全面的监控手段。
图I为本发明所述实时动态检测车辆载重量与车辆速度装置实施例的结构组成框图。图2为本发明所述实时动态检测车辆载重量与车辆速度装置实施例的第I压电陶瓷传感器和第2压电陶瓷传感器的结构示意图。图3为本发明所述实时动态检测车辆载重量与车辆速度装置实施例的整流滤波电路组成原理图。图4为本发明所述实时动态检测车辆载重量与车辆速度装置实施例的信号放大电路组成原理图。
具体实施例方式以下实施例将结合附图对本发明作进一步说明。
实施例I参见图I 4，所述实时动态检测车辆载重量与车辆速度装置实施例设有第I压电陶瓷传感器I、第2压电陶瓷传感器2、整流滤波电路3、信号放大电路4、A/D模数转换与数字分析模块5、计算机6。所述第I压电陶瓷传感器I与第2压电陶瓷传感器2并联铺设在道路上，第I压电陶瓷传感器I和第2压电陶瓷传感器2的信号输出端接整流滤波电路3的输入端，整流滤波电路3的输出端接信号放大电路4输入端，信号放大电路4输出端接A/D模数转换与数字分析模块5输入端，A/D模数转换与数字分析模块5所得到的数据输出端接计算机6输入端口，计算机6把通过车辆的载重量与速度记录与存储，为有关部门对行驶在公路的车辆进行快捷、高效的全方面监控。所述第I压电陶瓷传感器I和第2压电陶瓷传感器2均设有压电陶瓷7、第I保护层8和第2保护层9，第I保护层8包覆压电陶瓷7，第I保护层8对压电陶瓷7进行第I层保护；第2保护层9对压电陶瓷7进行第2层保护；所述第I保护层8可为环氧树脂保护层，所述第2保护层9可为金属保护层，再封装后使压电陶瓷传感器能承受大的压力和不 被环境侵蚀。包覆封装后的第I压电陶瓷传感器I和第2压电陶瓷传感器2按6m的间距组成阵列并排铺设在路面上。第I压电陶瓷传感器I和第2压电陶瓷传感器2产生的信号电压经整流滤波电路3与信号放大电路4后输入到A/D模数转换与数字分析模块5，转化成相应的数字信号输入计算机6，计算机6把所得的数据记录存储起来，供交警部门进行道路监控。参见图3和4，所述整流滤波电路由整流器10、定值电阻11和电容12构成，整流器10的输出端接电容11，电容11与定值电值12并联，整流滤波电路所得信号与信号放大电路相连。信号放大电路由输入电阻13、接地电阻14、反馈电阻15和运算放大器16构成，输入电阻13和接地电阻14分别与运算放大器16的输入端连接，反馈电阻15的两端分别与运算放大器16的输出端和输入电组13的一端连接。信号经放大后输入A/D模数转换与数字分析模块，经A/D模数转换与数字分析模块处理的数据进入计算机，计算机显示出相应的载重量与速度。所述实时动态检测车辆载重量与车辆速度的方法，采用所述实时动态检测车辆载重量与车辆速度装置，所述方法包括以下步骤I)将第I压电陶瓷传感器I和第2压电陶瓷传感器2以相隔6m的距离L平行铺设在道路上；2)将行驶车辆的前后轮依次经过第I压电陶瓷传感器I和第2压电陶瓷传感器2时分别产生的两个电压信号经过整流滤波电路3、信号放大电路4、A/D模数转换与数字分析模块5进入计算机6，计算机6把前后轮经过第I压电陶瓷传感器I和第2压电陶瓷传感器2所产生的信号波形峰值Um和时间间隔t分别记录并求平均值，通过将第I压电陶瓷传感器I与第2压电陶瓷传感器2的间距L与信号波峰时间间隔t相除即可得到行驶车辆速度值；同时根据信号电压幅值与车辆载荷之间的线性关系函数Um=km+b，计算出驶过车辆的整车重量，其中，k为压电陶瓷的压电系数，m为车辆质量，b为根据模拟测试拟合曲线所得的修正常数。实施例2
2个压电陶瓷传感器采用锆钛酸铅压电材料，当车辆压过锆钛酸铅压电陶瓷传感器时，2个压电陶瓷传感器产生与锆钛酸铅相应关系的电压信号，信号经整流滤波电路、信号放大电路与A/D模数转换与数字分析模块进入计算机，记录其相应载重量。实施例3与实施例2类似，其区别在于2个压电陶瓷传感器采用钛酸钡压电材料，当车辆压过钛酸钡压电陶瓷传感器时，传感器产生与钛酸钡相应关系的电压信号，信号经整流滤波电路、信号放大电路与A/D模数转换与数字分析模块进入计算机，记录其相应载重量。实施例42个压电陶瓷传感器之间的间距为Sm，当车辆前轮(或后)驶过压电陶瓷传感器阵列产生信号的时间分别为^和t2，计算机通过设定程序V=SA^t1即可显示出其行驶速度。 实施例5与实施例4类似，其区别在于2个压电陶瓷传感器之间的间距为10m，当汽车前(或后)轮驶过压电陶瓷传感器阵列产生信号的时间分别为tdPt2，计算机通过设定程序V=IO/Vt1即可显示出其行驶速度。实施例6当一辆轻型小车超速在公路上行驶时，测重系统测出其载重量并未超载，但并不意味着车辆就可以通过此检测站，车速检测系统马上测出其超速行驶，把其资料记录下来，供公路检测部门对道路进行监控。实施例7与实施例6类似，其区别在于当一辆重型货车缓慢在公路上行驶时，测速系统测出其速度并未超速，但并不意味着车辆就可以通过此检测站，载重检测系统马上测出其超载行驶，把其资料记录下来，供公路检测部门对道路进行监。这样此系统就可同时发挥着两个检测系统的作用，为高效、便捷、有效的道路监控提供了有力的手段。
权利要求
1.一种实时动态检测车辆载重量与车辆速度装置，其特征在于设有第I压电陶瓷传感器、第2压电陶瓷传感器、整流滤波电路、信号放大电路、A/D模数转换与数字分析模块和计算机，其中压电陶瓷传感器设有压电陶瓷和封装保护层，所述第I压电陶瓷传感器与第2压电陶瓷传感器并联铺设在道路上，第I压电陶瓷传感器和第2压电陶瓷传感器的信号输出端接整流滤波电路的输入端，整流滤波电路的输出端接信号放大电路输入端，信号放大电路输出端接A/D模数转换与数字分析模块输入端，A/D模数转换与数字分析模块所得到的数据输出端接计算机输入端口，计算机把通过车辆的载重量与速度记录与存储。
2.如权利要求I所述的一种实时动态检测车辆载重量与车辆速度装置，其特征在于所述第I压电陶瓷传感器和第2压电陶瓷传感器均设有压电陶瓷、第I保护层和第2保护层，第I保护层包覆压电陶瓷，第I保护层对压电陶瓷进行第I层保护；第2保护层对压电陶瓷进行第2层保护。
3.如权利要求2所述的一种实时动态检测车辆载重量与车辆速度装置，其特征在于所述第I保护层为环氧树脂保护层。
4.如权利要求2所述的一种实时动态检测车辆载重量与车辆速度装置，其特征在于所述第2保护层为金属保护层。
5.如权利要求I所述的一种实时动态检测车辆载重量与车辆速度装置，其特征在于所述第I压电陶瓷传感器与第2压电陶瓷传感器按6 IOm的间距组成阵列并排铺设在路面上。
6.一种实时动态检测车辆载重量与车辆速度的方法，其特征在于采用所述实时动态检测车辆载重量与车辆速度装置，所述方法包括以下步骤 1)将第I压电陶瓷传感器和第2压电陶瓷传感器以相隔6 IOm的距离L平行铺设在道路上； 2)将行驶车辆的前后轮依次经过第I压电陶瓷传感器和第2压电陶瓷传感器时分别产生的两个电压信号经过整流滤波电路、信号放大电路、A/D模数转换与数字分析系统进入计算机，计算机把前后轮经过第I压电陶瓷传感器和第2压电陶瓷传感器所产生的信号波形峰值Um和时间间隔t分别记录并求平均值，通过将第I压电陶瓷传感器与第2压电陶瓷传感器的间距L与信号波峰时间间隔t相除即可得到行驶车辆速度值；同时根据信号电压幅值与车辆载荷之间的线性关系函数Um=km+b，计算出驶过车辆的整车重量，其中，k为压电陶瓷的压电系数，m为车辆质量，b为根据模拟测试拟合曲线所得的修正常数。
全文摘要
一种实时动态检测车辆载重量与车辆速度的装置及方法，涉及一种车辆检测设备与方法。装置设有第1、第2压电陶瓷传感器、信号整流滤波电路、信号放大电路、A/D模数转换器与数字分析系统、计算机。2个压电陶瓷传感器产生的信号经整流滤波放大后输入A/D模数转换器与数字分析系统进行分析，A/D模数转换器与数字分析系统把分析所得数据传输给计算机进行显示和储存。本发明结构简练、设计合理、成本低廉且易于安装、能同时检测出车辆载重量和车辆速度两项数据，为解决公路运输车辆超载和超速难以治理的问题提供了有力的技术方法，从而为道路养护和行车安全提供更可靠的技术保障。
文档编号G01G19/03GK102706420SQ20121020718
公开日2012年10月3日 申请日期2012年6月21日 优先权日2012年6月21日
发明者叶何兰, 张国锋, 熊兆贤, 肖小朋, 胡鹏, 薛昊, 陈拉, 鲁青君 申请人:厦门大学