专利名称：汽车车速车载测量装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及的是一种汽车车速车载测量装置。特别是一种基于压电智能材 料的公路车辆车速车载测量装置。
背景技术：
大型桥梁是一个国家的经济命脉，它们的巨大投资及在国民经济中的重要作用 使得大跨度桥梁的安全性、耐久性和正常使用功能越来越受到重视，桥梁健康监测 的研究和开发应用也因此成为了当前世界范围的研究热点。桥梁健康监测主要通过 测量、分析和比较结构的激励信号与反应信号来判定桥梁结构的安全状态。 一般的 来说，在较短的时间内汽车荷载(轴重和位置)是桥梁结构的主要激励，所以对汽 车荷载的监测是桥梁健康监测的主要内容。目前常用的汽车荷载监测技术有地秤， 但是地秤有着自身不可克服的缺点，如价格昂贵、破坏路面面积大、不能测量汽车 车速等。为了给桥梁健康监测提供完整的荷载激励信息，给出任意时刻桥梁结构上 的汽车荷载的数量、大小和位置，因此，发展测量精度高、构造简单、价格低廉、 功能完善的汽车车速车载测量装置对桥梁监测与管理具有重要的意义。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种具有方便简单、价格低廉、功能完善的公路桥 梁汽车车速车载测量装置。
本实用新型的目的是这样实现的；
一种汽车车速车载测量装置，包括桥梁主梁和设置在桥梁主梁上的铺装层，
所述的铺装层内设有数个车载测量装置，所述的测量装置由u型底座、传力横梁和
水泥基压电传感器组成；所述的U型底座将传力横梁和桥面铺装层隔离，所述的水 泥基压电传感器设置在U型底座和传力横梁之间。
前述的水泥基压电传感器由水泥和压电材料组成，其中水泥材料和压电材料的连通维数为二，水泥基压电传感器间通过外接电路并联后再与放大器和釆集设备连接。
前述的u型底座固定安装在桥梁主梁的顶面，且u型底梁的高度与铺装层厚度
相同，长度为单车道宽度。
前述的传力横梁为矩形钢管混凝土结构；传力横梁的外轮廓宽度与U型底座内 轮廓宽度相等，且传力横梁的上顶面同桥面(或路基)铺装层等高，长度与车道宽 度相同；传力横梁与U型底座连接，并对水泥基压电传感器进行预压。
本实用新型是由两个固定在桥面(或路基)铺装层内的车载测量装置、外接放 大电路及采集系统组成。每个荷载测量装置包括通过固定螺栓安装在桥梁主梁顶面 的U型底座、通过安装螺栓固定在U型底座内的传力横梁和布置在U型底座和传 力横梁之间的水泥基压电传感器。
本实用新型还可以包含这样一些结构特征
安装螺栓将传力横梁和U型底座连接在一起，并对水泥基压电传感器一定的预 压力，以保证多个水泥基压电传感器能够协同工作。
两个车载测量装置以固定的间距平行布置于铺装层中，通过测量同一汽车荷载 通过两车载测量装置的时间来计算该汽车荷载的车速。
本实用新型一种汽车车速车载测量装置，与现有技术相比，具有以下明显的优 势和有益效果
本实用新型将水泥基压电传感器置于传力横梁下，利用水泥基压电传感器测量 传力横梁各支点的反力，进而间接获得作用于传力横梁上的汽车荷载的轴重。汽车 荷载通过传力横梁分配到各个水泥基压电感器支座上，在竖向汽车荷载始终等于各 支座受力的总和，通过外接电路将压电传感器的电压总和来计算作用在传力横梁上 的汽车荷载轴重。通过同一汽车荷载通过两个固定距离的传力横梁的反应时间来计 算出汽车荷载经过桥梁结构的速度，给出每一汽车荷载的上桥、下桥的时间，进而 推断出每一时刻桥梁结构上的汽车荷载数量、大小(包括汽车冲击效应)及其位置， 为桥梁结构健康监测提供必要和完整的荷载信息。根据控制截面的影响线可以得到 任意时刻该控制截面的应力(变形)的理论值，在与该时刻的实测值进行比较后， 进而判断桥梁结构的工作状况。汽车车速车载传感器装置同地称相比具有耐久性好、造价低、实施简单、维护方便、破坏路面面积少等优点。
图1是本实用新型原理示意图； ' 图2是A大样图3是B-B断面图4是某斜拉索桥安装本装置后的示意图5是C大样图。
具体实施方式
本实用新型的产品可以采用这样的方法来制作首先，根据桥梁的结构形式和 荷载监测的需求，通过力学分析，设计好汽车车速车载传感器装置各部件的尺寸。 安装在桥梁结构上前，需要在实验室对本产品进行动力标定，给出监测仪器的系统 参数、测量精度等，编制与之对应的监测软件。现场安装、调试后，启用汽车荷载 监测软件。
以下结合本实用新型以某一具体桥梁为对象，进一步描述本实用新型的实施步骤。
请参阅图1、图2、图3所示，为本实用新型原理及断面示意图；从图中可以
看出，8为汽车负荷，7为桥面铺装层，4为固定螺栓，6为桥梁主梁，2为安装在 桥梁主梁6顶面的U型底座，l为传力横梁，3为安装在传力横梁1和布置在U型 底座2和传力横梁1之间的基压电传感器3， 5为固定螺栓。
从图中还可以看出，通U型底座2将传力横梁1和桥面铺装层7隔离开，使传 力横梁1能够将汽车荷载8明确的传递给水泥基压电传感器3。所述传力横梁1为 矩形钢管混凝土，以保证传力横梁l自身的受力安全。所述水泥基压电传感器由水 泥和压电材料组成，其中水泥材料的连通维数为二，压电材料的连通维数也为二。
安装螺栓4将传力横梁1和U型底座2连接在一起，并对水泥基压电传感器3 一定的预压力，以保证多个水泥基压电传感器能够协同工作。两个车载测量装置以固定的间距平行布置于铺装层7中，通过测量同一汽车荷载8通过两车载测量装置
的时间来计算该汽车荷载8的车速。
本实用新型将水泥基压电传感3器置于传力横梁下1，利用水泥基压电传感器 3测量传力横梁1各支点的反力，进而间接获得作用于传力横梁1上的汽车荷载8 的轴重。汽车荷载通过传力横梁1分配到各个水泥基压电感器3支座上，在竖向汽 车荷载8始终等于各支座受力的总和，通过外接电路将压电传感器的电压总和来计 算作用在传力横梁1上的汽车荷载轴重8。通过同一汽车荷载8通过两个固定距离 的传力横梁的反应时间来计算出汽车荷载8经过桥梁结构的速度。
外接电路与放大器和采集设备采用现有技术，在此不予详细叙述。
国内某一斜拉桥(如图4所示)，桥面铺装为20厘米，上层为4厘米细粒式沥 青混凝土， 6厘米粗粒式沥青混凝土，下层为IO厘米厚桥面混凝土。桥面跨度布置 为1.5米(防撞墩)+4.75米(行车道)+4.75米(行车道)+1.5米(防撞墩) =12.5米。根据业主要求，该桥在运营期间需要对汽车荷载进行实时监测。设计出 汽车车速车载传感器装置各部件的尺寸，如图5所示。
传力横梁长1为4米，宽为25厘米，高为IO厘米的方钢管混凝土梁。钢管壁 厚为1厘米，管内浇筑C50混凝土。每个车道布置2个，全桥共用4个。
U型底座2长为4米，宽为28厘米，高为20厘米，U型底座由三块钢板焊接 而成。两块腹板尺寸相同，长为4米，高为18厘米，厚为1厘米；底板长4米， 宽50厘米，厚1厘米。每个车道布置2个，全桥共用4个。
水泥基压电传感器3长IO厘米，宽10厘米，高为IO厘米，每个传力横梁下 共设置两排水泥基压电传感器，每排布置8个水泥基压电传感器。全桥共用72个 水泥基压电传感器。
固定螺栓4直径为2.5厘米，每个U型底座需要10个，全桥共用40个。
安装螺栓5直径为3.2厘米，每个传力横梁需要4个，全桥共用16个。
权利要求1、一种汽车车速车载测量装置，包括桥梁主梁(6)和设置在桥梁主梁(6)上的铺装层(7)，其特征在于所述的铺装层(7)内设有数个车载测量装置，所述的测量装置由U型底座(2)、传力横梁(1)和水泥基压电传感器(3)组成；所述的U型底座(2)将传力横梁(1)和桥面铺装层(7)隔离，所述的水泥基压电传感器(3)设置在U型底座(2)和传力横梁(1)之间。
2、 根据权利要求l所述的汽车车速车载测量装置，其特征在于水泥基压电传感器(3)由水泥和压电材料组成，其中水泥材料和压电材料的连通维数为二，水泥基压 电传感器间通过外接电路并联后再与放大器和采集设备连接。
3、 根据权利要求1所述的汽车车速车载测量装置，其特征在于所述的U型底座(2)固定安装在桥梁主梁(6)的顶面，且U型底梁的高度与铺装层厚度相同，长 度为单车道宽度。
4、 根据权利要求l所述的汽车车速车载测量装置，其特征在丁.所述的传力横梁 (1)为矩形钢管混凝土结构；传力横梁(1)的外轮廓宽度与U型底座(2)内轮廓宽度相等，且传力横梁(1)的上顶面同桥面铺装层等高，长度与车道宽度相同传力 横梁(1)与U型底座(2)连接，并对水泥基压电传感器(3)进行预压。
专利摘要本实用新型公开了一种汽车车速车载测量装置，包括桥梁主梁(6)和设置在桥梁主梁(6)上的铺装层(7)，铺装层(7)内设有数个车载测量装置，测量装置由U型底座(2)、传力横梁(1)和水泥基压电传感器(3)组成；U型底座(2)将传力横梁(1)和桥面铺装层(7)隔离，水泥基压电传感器(3)设置在U型底座(2)和传力横梁(1)之间。水泥基压电传感器由水泥和压电材料组成，本实用新型可以方便地用来测量公路桥梁汽车的车速和车载，进而判断任意时刻桥梁结构所承受的汽车荷载的数量及其位置，为桥梁结构的管理提供必要的荷载信息。本仪器具有精度高、耐久性好、造价低、实施简单、维护方便等优点。
文档编号G01P3/66GK201378172SQ20092010614
公开日2010年1月6日 申请日期2009年3月13日 优先权日2009年3月13日
发明者何浩祥, 杨小森, 闫维明, 陈彦江 申请人:北京工业大学