专利名称：用于机动车辆轮轴识别的一体化点阵式压敏传感器装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种点阵式压敏传感器装置，特别是涉及一种用于机动车辆轮轴识别的一体化点阵式压敏传感器装置。主要用于机动车辆轮轴识别和轮胎数量(单/双胎) 的检测，包括收费道路自动车型识别系统、超限运输管理系统、车型自动分类系统、计重收费系统以及交通调查和交通量统计等。
背景技术：
对于各级公路来说，为了实现对过往车辆的计重收费、超限检测，需要准确掌握每辆过往车辆的轮胎数量，以便计算。通常根据车辆的轮轴和轮胎数量，实现高精度的自动车型分类。所谓的轮轴识别系统是指通过车辆对其碾压而判断车辆的每一轴单侧轮胎数量， 同时与秤台联合判断轴型为双轴或三联轴。现有的机动车辆轮轴检测主要采用轴传感器和轮轴识别器两类。常用轴传感器包括光纤传感器、压电轴传感器、压敏橡胶轴传感器或压气管轴传感器等，它由两根平行的与车行方向成约45°角的轴传感器构成；当车轮碾过轴传感器时，传感器的输出变化一次， 则判断为单轮，变化两次则为双轮；或根据两根平行轴传感器是否同时被压判断是否为双轮。然而由于轮胎的大小或宽窄有别，双轮的轮距不同，以及车辆在收费车道行驶时的横向位置又有较大的随机性，故双轮精确检测仍是轮轴识别中的一个难题，而且在国内，由于车辆超载十分普遍，光纤轴传感器、压敏橡胶棒轴传感器或压气管传感器极易损坏。前计重收费和超载检测系统所用的轮轴检测主要采用线阵式压力开关型或称重传感器轮轴识别装置，主要用于货车单双轮判定，由于该类传感器部分直接裸露在轮轴识别装置表面，易受电磁干扰，在恶劣的使用环境中易受到水、泥沙、灰尘、油污、高低温度、高低湿度等因素损坏，同时也易受到车辆的震动冲击，被超载车辆压坏而失效，因此存在着可靠性低、使用寿命短、故障率高、对小车轮胎的检测率低等缺点。此外，轮轴识别器存在的共同缺陷是结构复杂、故障率高、使用寿命短、检测准确率低，并且缺乏统一的操作标准；同时往往因为一个传感器的损坏，需要对其进行重新安装，使用维护保养费用高。
发明内容本实用新型的目的是克服现有机动车辆轮轴识别装置存在的不足，提供一种可进行轮宽、轮距、轮数、轮轴、轴数的检测，高精度、高可靠性、长寿命、灵敏度高的用于机动车辆轮轴识别的一体化点阵式压敏传感器装置，防护等级达到IP67。本实用新型的目的通过下述技术方案实现—种用于机动车辆轮轴识别的一体化点阵式压敏传感器装置，由集成电路板1、橡胶棒2和线槽式安装支架3组成压敏传感器装置；所述集成电路板1由呈点阵式分布的压敏传感器4集成在一狭长型的电路板5上构成，相邻的压敏传感器4之间的距离为6 8mm ； 所述集成电路板1位于一橡胶棒2内；所述橡胶棒2的中间凿空，两端封闭，其横截面为梯形，侧面为锯齿形；所述橡胶棒2位于线槽式安装支架3内，所述线槽式安装支架3为上端开口的框形结构，开口的横截面为上小下大的等腰梯形；所述集成电路板1与处理器通过导线6连接，所述导线6由橡胶棒2的一端穿出。本实用新型所述的压敏传感器为压力传感器、光电开关传感器、触点开光传感器或接近开关传感器。本实用新型所述的橡胶棒与线槽式安装支架的固定方式为通过橡胶棒侧面的锯齿与线槽式安装支架之间的摩擦力连接。本实用新型所述的压敏传感器的个数为16 59个。本实用新型所述的压敏传感器的个数优选为M个。本实用新型所述的线槽安装支架为金属支架或非金属支架。本实用新型与现有技术相比，具有如下优点和有益效果1.使用寿命长、可靠性高内嵌有集成压敏传感器的电路线板的橡胶棒安装在高强度材料制造的上端开口的框形结构安装支架内，多个压敏传感器呈点阵式分布，并集成在一电路板上，从而实现橡胶棒和集成点阵式压敏传感器的一体化；安装支架顶面与路面齐平，橡胶棒通过其侧面锯齿与线槽式支架连接，当车胎压上橡胶棒时，橡胶棒产生较小形变后主要由路面与安装支架一起可靠承担轴重和车轮的冲击力，起到保护点阵压敏传感器的作用；2.所用橡胶棒具有高耐磨、防老化和防油、较好的柔软性等特性，可以较为容易压入到线槽式支架中和拔出，因而易于安装、维护和更换；3.压敏传感器和橡胶棒集成在一起，且橡胶棒的两端是封闭，导线由橡胶棒的一端穿出并接到处理器，装置防护等级达到IP67，避免了因恶劣使用环境中的水、泥沙、灰尘、 油污、高低温度、高湿度和车辆的震动冲击等因素损坏压敏传感器；4.轮轴检测灵敏度高由于橡胶棒硬度较低，多个点阵式压敏传感器集成在一个狭长的电路板上后，轮轴检测灵敏度极高；5.测量精度高由于压敏传感器采用点阵式排列，在一条直线上间隔连接，使得压敏装置可以高精度测量车轮宽度(测量误差由压敏传感器密布程度决定)、轮宽、轮距和轮数。
图1为本实用新型实施例1的用于机动车轮轴识别的一体化点阵式压敏传感器装置结构示意图。图2为本实用新型实施例1的集成点阵式压敏传感器结构示意图。图3为本实用新型的实施例2 —体化点阵式压敏传感器的橡胶棒的截面示意图。图4为本实用新型的实施例3轮数和轮距检测示意图。图5为本实用新型的实施例3轴数和轴距检测示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的具体实施方式
作进一步详细的说明，但实施方式不限于此。实施例1[0026]如图1、2所示，用于机动车辆轮轴识别的一体化点阵式压敏传感器装置，由集成电路板1、橡胶棒2和线槽式安装支架3组成压敏传感器装置；集成电路板1由呈点阵式分布的压敏传感器4集成在一狭长型的电路板5上构成，相邻的压敏传感器4之间的距离为 6、mm ；集成电路板1位于一橡胶棒2内；橡胶棒2为高耐磨、防老化的橡胶棒，中间凿空，两端封闭，其横截面为梯形，侧面为锯齿形；橡胶棒2位于线槽式安装支架3内，线槽式安装支架3为球墨铸铁支架，其为上端开口的框形结构，开口的横截面为上小下大的等腰梯形；集成电路板1与处理器通过导线6连接，导线6由橡胶棒2的一端穿出，从而实现本实用新型的点阵式压敏传感器装置的一体化。实施例2使用时，在地面上挖凿一个空坑，将线槽式支架放在空坑里面，可以用水泥、环氧树脂、混泥土或者直接用螺栓对线槽式支架进行固定。由于该装置将压敏传感器集成安装在橡胶棒内，橡胶棒与线槽式安装支架通过橡胶棒侧面的锯齿与安装支架间的摩擦力连接固定，因此多个压敏传感器装置单元在一块狭长的电路板上间隔连接，组成一体化点阵式压敏传感器装置。由于小车轮胎宽度一般都大于15cm，收费车道路面宽度为3飞m，实际车辆可行路面宽度为2. 7^4. 7m，为保证轮胎能压在点阵式压敏传感器装置上，压敏传感器装置中心距为12mm，需要压敏传感器装置的数目为M 39个；为保证每次至少压住两个压敏传感器装置，以达到可靠检测的目的，需要压敏传感器装置的数目为48 78个；如每次每轮至少压三个压敏传感器装置，需要压敏传感器装置的数目为72 118个；另外，由于车辆两端轮数是对称分布，优选的压敏传感器装置为对飞9个。由于收费车道宽度一般为3. 2m,需要压敏传感器装置的数目进一步优选为M个。如仅用于货车单双轮检测，需要压敏传感器装置的数目为至少为8个。本实用新型的压敏传感器为测量橡胶棒内腔顶部压力大小的压力传感器，或测量橡胶棒内腔形变的阻断式光电开关、触点开关、接近开关传感器。如若为测量橡胶棒内腔顶部所受压力大小，可采用压力传感器，其会将压力传感器所受压力的变化值转换为电信号， 计算机上的转换电路将来自压力传感器的电信号转换为数字信号，当变化值超过设定的阈值时，则认为有车轮通过。如若为测量橡胶棒内腔顶部向下移位大小，可采用因橡胶棒内腔顶部向下移位挡住光线的光电开关传感器，还可采用因橡胶棒内腔顶部向下移位使触电开关传感器，也可采用接近开关传感器，这些传感器会根据橡胶棒内腔顶部向下移位的大小达到某个值后直接产生开关信号并传给计算机采样电路来判断是否有车轮通过。集成了点阵式压敏传感器的电路板内嵌在橡胶棒中，可避免因恶劣使用环境中的水、泥沙、灰尘、油污、高低温度、高湿度和车辆的震动冲击等因素损坏压敏传感器，并将机动车辆轮胎每个位置的碾压力传递给相应位置的压敏传感器。使用时，用于机动车辆轮轴识别的一体化点阵式压敏传感器装置嵌入安装在道路上，线槽式安装支架顶面与路面齐平，使得路面能够与线槽式安装支架一起可靠承担车轮压力的冲击。同时点阵式压敏传感器装置的凸台高于线槽式安装支架2 10mm，可达到提高压敏传感器灵敏度和避免损坏压敏传感器的目的，同时也可减少车轮对橡胶的磨损，延长橡胶棒的使用寿命。实施例3用于机动车辆轮轴识别的一体化点阵式压敏传感器装置嵌入安装在道路上，横跨整个车道且与车辆通行方向垂直。其中线槽式安装支架顶面于路面齐平，安装支架的线槽宽度一般不大于60mm，使得当橡胶棒凸台部分产生较小变形后主要由路面与安装支架一起可靠承担轴重和车轮的冲击力。压敏传感器通过模数转换器与计算机连接，车轮压上压敏传感器装置时，压敏传感器根据橡胶棒不同程度的形变和其所受压力大小及位置，将其变化值转换为电信号，同时，计算机上的转换电路将来自压敏传感器的电信号转换为数字信号，当变化值超过设定的阈值时，则认为有车轮通过压敏传感器装置。同时根据各压敏传感器信号情况判断车轮行驶位置、轮数、轮宽、轮距和轴数。轮距和行车方向可以通过前后线阵压敏传感器装置来测定，轴距划分的范围由车型分类标准或其它标准来确定。具体的检测情况如下(1)轮数和轮距检测点阵式压敏传感器装置包括多个压敏传感器4，相邻压敏传感器4间隔连接。如图4所示，点阵式压敏传感器装置由20个压敏传感器装置单元组成，相邻压敏传感器中心距为60mm。当压敏传感器装置单元之一 7被轮胎9压住，压敏传感器装置单元之二 8没有被轮胎9压住，两个轮胎之间存在间隔而使部分压敏传感器没有被轧过，将被轮胎轧过的连续的几个压敏传感器装置单元之一 7作为压住组，如果当车辆一个轴通过线阵压敏传感器装置时，共轧过L组压住组，则可以判断该轴的轮数为L。如当车辆通过点阵式压敏传感器装置时，一个轮胎轧过M个压敏传感器装置单元，则其轮胎宽度为轮胎宽度=相邻压敏传感器中心距XM。如当两轮胎之间有N个压敏传感器未被触发，则轮距为轮距=相邻压敏传感器中心距X N。如此，可很容易检测出该车轴的车轮数、以及轮宽值和轮距值。(2)轴距与轴数检测轴距检测可以通过前后两个点阵式压敏传感器装置来测定，但这种轴距的检测不是真正测出轴距的实际尺寸，而是检测轴距属于哪个范围。轴距划分的范围由车型分类标准及其它标准来确定。如图5所示，在检测区设置两个用于机动车辆轮轴识别的点阵式压敏传感器装置，分别标记为点阵式压敏传感器装置A和点阵式压敏传感器装置B，行车方向为由A到B，A在前，B在后，装置A和装置B之间的距离为L。当车辆沿行车方向第一根轴通过点阵式压敏传感器装置A后，再压住装置B时，计算机检测装置A被压的次数，如果被压一次，则轴距> L，否则轴距< L ；当车辆驶离轴距检测区后，计算装置A被压过的总次数即为轴数N。本实用新型可高精度测量车轮宽度(测量误差由压敏传感器密布程度决定)、轮数和轮距以及轴距和轴数，解决了目前用光纤、压电、压阻、电容式等轮轴传感器检测轮数的精度低和不易测量轮距的困难。采用使用寿命大于1000万次的压敏传感器，而且对压敏传感器采用了橡胶棒和线槽式安装支架的联合保护，点阵式压敏传感器装置的平均寿命大于 1000万/轴，在提高系统性能上具有很大的优势。
权利要求1.一种用于机动车辆轮轴识别的一体化点阵式压敏传感器装置，其特征在于，由集成电路板(1)、橡胶棒(2 )和线槽式安装支架(3 )组成压敏传感器装置；所述集成电路板(1)由呈点阵式分布的压敏传感器(4)集成在一狭长型的电路板(5)上构成，相邻的压敏传感器 (4)之间的距离为fTSmm;所述集成电路板(1)位于一橡胶棒(2)内；所述橡胶棒(2)的中间凿空，两端封闭，其横截面为梯形，侧面为锯齿形；所述橡胶棒(2)位于线槽式安装支架 (3)内，所述线槽式安装支架(3)为上端开口的框形结构，开口的横截面为上小下大的等腰梯形；所述集成电路板(1)与处理器通过导线(6)连接，所述导线(6)由橡胶棒(2)的一端穿出。
2.根据权利要求1所述的用于机动车辆轮轴识别的一体化点阵式压敏传感器装置，其特征在于，所述的压敏传感器为压力传感器、阻断式光电开关传感器、阻断式触点开光传感器或阻断式接近开关传感器。
3.根据权利要求1所述的用于机动车辆轮轴识别的一体化点阵式压敏传感器装置，其特征在于，所述的橡胶棒与线槽式安装支架的固定方式为通过橡胶棒侧面的锯齿与线槽式安装支架之间的摩擦力连接。
4.根据权利要求1所述的用于机动车辆轮轴识别的一体化点阵式压敏传感器装置，其特征在于，所述的压敏传感器的个数为16 59个。
5.根据权利要求1所述的用于机动车辆轮轴识别的一体化点阵式压敏传感器装置，其特征在于，所述的压敏传感器的个数优选为M个。
6.根据权利要求1所述的用于机动车辆轮轴识别的一体化点阵式压敏传感器装置，其特征在于，所述的线槽安装支架为金属支架或非金属支架。
专利摘要本实用新型公开了一种用于机动车辆轮轴识别的一体化点阵式压敏传感器装置，由集成电路板、橡胶棒和线槽式安装支架组成；集成电路板由呈点阵式分布的压敏传感器集成在一狭长型的电路板上构成，并位于一中间凿空、两端封闭的橡胶棒内；橡胶棒位于线槽式安装支架内，集成电路板与处理器通过导线连接，导线由橡胶棒的一端穿出。该装置具有微小型化，低功耗和可靠性等优点；压敏传感器嵌入橡胶棒中，避免了恶劣的使用环境对压敏传感器的损坏，延长了装置的使用寿命；另外，由于橡胶棒的柔软特性，加之与之形状对应的线槽式安装支架，容易在线槽式支架中安装和拔出，因而易于安装、维护和更换。
文档编号G08G1/02GK202090301SQ201120130620
公开日2011年12月28日 申请日期2011年4月28日 优先权日2011年4月28日
发明者刘伟铭 申请人:华南理工大学