防干扰双增强信号轻型物流车弯矩重量检测装置和方法与流程

本发明涉及防干扰双增强信号轻型物流车弯矩重量检测装置和方法，特别是针对大型物流车辆同步随车动态检测弯矩和重量数据关系的仪表装置和方法。

背景技术：

轻型随车称重物流运输车辆在运行时，当重量变化很小时信号输出要强，才能将微小的重量变化在显示仪表上显示出来，从而要求灵敏度高、精度高、信号要加强的新型传感器。

技术实现要素：

本发明提供了防干扰双增强信号轻型物流车弯矩重量检测装置和方法，较好地解决了轻型随车称重物流运输车辆运行时，由于车身产生左右倾斜角度而形成弯矩，弯矩干扰了该物流运输车辆的正常随车动态称重精度，为了掌握二者相互影响的变化量，需要同一时间同一地点检测出二者变化的数据的问题，为该称重传感器进一步改进，提供有利的数据，设计出带弯矩补偿功能的传感器，保证随车称重的精度。

本发明专利的目的是这样实现的：防干扰双增强信号轻型物流车弯矩重量检测装置和方法，其特征是：检测装置包括：正方形右立板（1）、正方形左立板（2）、粘胶胶板式e型电容应变组件（3）、粘胶胶板式电阻丝应变组件（4）、四通孔连接上块（5）、四通孔连接下块（6）、电容阻抗及相位角调节器（7）、电阻丝阻抗调节器（8）、电阻信号通道（9）、电容信号通道（10）、电容信号通道（11）、电容信号通道（12）、多选开关（13）、滤波器（14）、标准信号转换器（15）、控制器（16）、多选开关控制器（17）、显示仪表（18）；

所述的正方形左立板（2）、粘胶胶板式e型电容应变组件（3）、粘胶胶板式电阻丝应变组件（4）形状相同正方形立板，中心处有通孔，立放在左右两侧，分别被四通孔连接上块（5）和四通孔连接下块（6）上下覆盖且左右外边缘对齐连接，形成正方形右立板（1）左右两侧全对称结构，自然形成一个假想的中心对称截面，正方形左立板（2）通孔内最上方与粘胶胶板式电阻丝应变组件（4）吻合连接且左右对称，粘胶胶板式e型电容应变组件（3）粘在正方形右立板（1）的内侧面上，与正方形右立板（1）的右半圆孔相切且上下对称；

所述的粘胶胶板式e型电容应变组件（3）通过电容式信号导线与电容阻抗及相位角调节器（7）连接，电容阻抗及相位角调节器（7）分别连接电容信号通道（10）、电容信号通道（11）、电容信号通道（12），电容信号通道（10）、电容信号通道（11）、电容信号通道（12）与多选开关（13）连接；正方形左立板（2）通过电阻丝信号导线与电阻丝阻抗调节器（8）连接，电阻丝阻抗调节器（8）与电阻信号通道（9）连接，电阻信号通道（9）与多选开关（13）连接，多选开关（13）和滤波器（14）连接，滤波器（14）连接标准信号转换器（15），标准信号转换器（15）连接控制器（16），控制器（16）连接多选开关控制器（17）和显示仪表（18），多选开关控制器（17）控制多选开关（13）。

其特征是：为了增强输出信号，本设计根据应力集中原理，在正方形左立板（2）和粘胶胶板式e型电容应变组件（3）上开了通孔，使弯矩重力变化都集中在圆孔上，其中重力变化集中在正方形右立板（1）和正方形左立板（2）圆孔内最上方或最下方，如粘胶胶板式电阻丝应变组件（4）的安放位置；弯矩集中在圆孔外，最左边边缘或最右边边缘，如粘胶胶板式e型电容应变组件（3）的安放位置；

又本设计根据弯矩中心截面对称变化原理，将粘胶胶板式e型电容应变组件（3）远离假想左右弯矩中心截面，使粘胶胶板式e型电容应变组件（3）的变化最大信号强度增大；

又本设计为了预防正方形左立板（2）和粘胶胶板式e型电容应变组件（3）的信号增大而产生的信号干扰，使正方形左立板（2）和粘胶胶板式e型电容应变组件（3）分开放置在最左端和右端，将正方形左立板（2）和粘胶胶板式e型电容应变组件（3）间的距离增大而减少相互信号干扰；

又本设计采用新型、新性能传感器粘胶胶板式e型电容应变组件（3）和粘胶胶板式电阻丝应变组件（4）。

其特征是：粘胶胶板式e型电容应变组件（3）包括：绝缘体（3-1）、面积为a2的长方形电容极板（3-2）、面积为a3的中轴长方形电容极板（3-3）、面积为a4的长方形电容极板（3-4）、两两电容极板间的电解介质（3-5）、长方体粘胶胶板（3-6），面积为a2的长方形电容极板（3-2）、面积为a3的中轴长方形电容极板（3-3）、面积为a4的长方形电容极板（3-4）分别通过绝缘体（3-1）与长方体粘胶胶板（3-6）连接，面积为a2的长方形电容极板（3-2）、面积为a3的中轴长方形电容极板（3-3）、面积为a4的长方形电容极板（3-4）分别依次连接电容式信号引线，长方体粘胶胶板（3-6）与正方形左立板（2）右侧连接。

其特征是：粘胶胶板式电阻丝应变组件（4）包括：弧形粘胶板（4-1）、鞍型绝缘体（4-2）、栅型电阻丝（4-3）、快干绝缘漆（4-4）；

所述的弧形粘胶板（4-1）分为上弧面、下弧面和假象的中弧面，弧形粘胶板（4-1）的弯曲半径r为中弧面，且弧面的左右两侧轴面对称，下弧面的最低点为b点，弧形粘胶板（1）的左右两侧到b点的距离为l，弧形粘胶板（4-1）的展开或卷起由施加在弧形粘胶板（1）左右边缘外力f1的大小和方向来决定，边缘外力f1的作用引起栅型电阻丝（4-3）上的力f的变化；

所述的鞍型绝缘体（4-2）的下部是弧面体，该弧面体与弧形粘胶板（4-1）的上弧面吻合连接，上部是长方形平面，平面上放置栅型电阻丝（4-3），栅型电阻丝（4-3）与假象轴面垂直，且栅型电阻丝（4-3）到b点的距离为h，且被快干绝缘漆（4-4）覆盖。

防干扰双增强信号轻型物流车弯矩重量检测装置测定方法，其特征是：假想的重量g与四通孔连接上块（5）连接，四通孔连接下块（6）与假想的车桥架连接，当车桥架的倾斜角为零时，粘胶胶板式e型电容应变组件（3）的初始信号显示为零，粘胶胶板式电阻丝应变组件（4）的信号显示为g，当车桥架的倾斜角不等于零时，车桥架向左或者右倾斜，使车桥架产生弯矩同时g也产生向下分滑力，使原本作用在正方形右立板（1）和正方形左立板（2）上的力发生改变包括弯矩和重量的改变，该变化通过正方形右立板（1）和正方形左立板（2）分别传导在粘胶胶板式e型电容应变组件（3）和粘胶胶板式电阻丝应变组件（4）上，使粘胶胶板式e型电容应变组件（3）和粘胶胶板式电阻丝应变组件（4）弯矩和重量变化转化为输出信号变化；

当车桥架右倾时粘胶胶板式e型电容应变组件（3）的信号变化，即面积为a2的长方形电容极板（3-2）、面积为a3的中轴长方形电容极板（3-3）、面积为a4的长方形电容极板（3-4）的信号变化：

dc=│c-c0│=c-c0

c0=εa/h

其中：

dc-长方体粘胶胶板（3-6）受弯矩m作用后的电容变化量；

c-长方体粘胶胶板（3-6）受弯矩m作用后的电容量；

c0-长方体粘胶胶板（3-6）未受弯矩m作用时的电容量；

ε-面积为a2的长方形电容极板（3-2）或面积为a4的长方形电容极板（3-4）与面积为a3的中轴长方形电容极板（3-3）之间电解介质的介电常数；

h-长方体粘胶胶板（3-6）未受弯矩m作用时，面积为a2的长方形电容极板（3-2）或面积为a4的长方形电容极板（3-4）与面积为a3的中轴长方形电容极板（3-3）之间的距离；

a-面积为a2的长方形电容极板（3-2）或面积为a4的长方形电容极板（3-4）与面积为a3的中轴长方形电容极板（3-3）之间的覆盖面积；

长方体粘胶胶板（3-6）在弯矩作用下引起面积为a2的长方形电容极板（3-2）及面积为a3的中轴长方形电容极板（3-3）的位移量dh，

c=εa/(h-dh)

在c0=εa/h中c0与h之间的关系为双曲线，对dc与dh进行线性化处理，可得：

即电容变化量dc与长方体粘胶胶板（3-6）在弯矩作用下引起面积为a2的长方形电容极板（3-2）或面积为a4的长方形电容极板（3-4）与面积为a3的中轴长方形电容极板（3-3）之间的位移量dh成线性关系；

通过以上推导，弯矩m的变化引起dh变化，进而造成电容变化的信号dc线性改变，该信号通过电容式信号引线传输到电容阻抗及相位角调节器（7），再分别传输到电容信号通道（10）（即测量面积为a2的长方形电容极板（3-2）和面积为a3的中轴长方形电容极板（3-3）之间的信号）、电容信号通道（11）（即测量面积为a4的长方形电容极板（3-4）和面积为a3的中轴长方形电容极板（3-3）的信号）、电容信号通道（12）（即测量面积为a2的长方形电容极板（3-2）和面积为a3的中轴长方形电容极板（3-3）、面积为a4的长方形电容极板（3-4）和面积为a3的中轴长方形电容极板（3-3）之间的信号和），进入多选开关（13）。

当车桥架右倾时重力g产生下滑分力，作用在正方形左立板（2）的内孔上，使正方形左立板（2）的内孔发生变化，该变化传导至粘胶胶板式电阻丝应变组件（4）上，使弧形粘胶板（4-1）展开或卷起，将导致电阻丝r发生变化，其变化量与电阻丝的长度l、电阻丝的半径r、以及电阻率ρ有关，因此电阻丝的电阻r=f（l，f，ρ），则电阻丝全微分为：

电阻丝的电阻相对信号变化量为

从上式可知，决定dl/l、dr/r、dρ/ρ的大小最重要、最直接的因素是作用在栅型电阻丝（4-3）上的外力f，所以f是dl/l、dr/r、dρ/ρ的正比函数；

栅型电阻丝（4-3）上的外力f的计算：当弧形粘胶板（1）展开或卷起时，f1与f的单边平衡方式为

则

双边平衡方式为

其中：

f1-弧面展开力；

f-作用在电阻丝上的力；

h-电阻丝到弧面底部b点的高度；

l-f1到弧面底部b点的距离；

因为l/h>>1，所以f>>f1，至少两倍数量级的增加，使电阻丝的信号量成倍增加，因此弧形粘胶板（4-1）结构对栅型电阻丝（4-3）来讲是增力机构，作用在栅型电阻丝（4-3）上的力f是f1的两倍以上数量级增加，实现了该dr/r新增强信号，特别是当外力f1变化很小时仍然有dr/r强信号输出，从而使系统的精度、灵敏度得到了两倍以上数量级的提高；

通过以上推导，该增加的信号量dr/r，通过电阻丝信号引线到电阻丝阻抗调节器（8），经电阻信号通道（9）到滤波器（14），进入多选开关（13）。

多选开关（13）汇集电容和电阻的变化信号，经滤波器（14）和标准信号转换器（15）进入控制器（16），控制器（16）通过多选开关控制器（17）控制多选开关（13）多路信号通断，最终变化数据在显示仪表（18）上显示；同理，车桥架左倾时同上。

优点：当重量变化很小时信号输出要强，才能将微小的重量变化在显示仪表上显示出来，从而需要灵敏度高、精度高、信号要加强的新型传感器。为了增强输出信号，本设计根据应力集中原理、弯矩中心截面对称变化原理、以及正方形左立板（2）和粘胶胶板式e型电容应变组件（3）间的距离增大而减少相互信号干扰、采用新型、新性能传感器粘胶胶板式e型电容应变组件（3）和粘胶胶板式电阻丝应变组件（4），从而实现了防干扰、双增强信号检测，提高精度和灵敏度。

附图说明

附图1为本发明的结构图；

附图2为本发明中粘胶胶板式e型电容应变组件（3）的结构图；

附图3为本发明中粘胶胶板式电阻丝应变组件（4）的结构图；

图中：1、正方形右立板；2、正方形左立板；3、粘胶胶板式e型电容应变组件；4、粘胶胶板式电阻丝应变组件；5、四通孔连接上块；6、四通孔连接下块；7、电容阻抗及相位角调节器；8、电阻丝阻抗调节器；9、电阻信号通道；10、电容信号通道；11、电容信号通道；12、电容信号通道；13、多选开关；14、滤波器；15、标准信号转换器；16、控制器；17、多选开关控制器；18、显示仪表；3-1、绝缘体；3-2、面积为a2的长方形电容极板；3-3、面积为a3的中轴长方形电容极板；3-4、面积为a4的长方形电容极板；3-5、两两电容极板间的电解介质；3-6、长方体粘胶胶板；4-1、弧形粘胶板；4-2、鞍型绝缘体；4-3、栅型电阻丝；4-4、快干绝缘漆。

具体实施方式

实施例1：防干扰双增强信号轻型物流车弯矩重量检测装置和方法，其特征是：检测装置包括：防干扰双增强信号轻型物流车弯矩重量检测装置和方法，检测装置包括：正方形右立板（1）、正方形左立板（2）、粘胶胶板式e型电容应变组件（3）、粘胶胶板式电阻丝应变组件（4）、四通孔连接上块（5）、四通孔连接下块（6）、电容阻抗及相位角调节器（7）、电阻丝阻抗调节器（8）、电阻信号通道（9）、电容信号通道（10）、电容信号通道（11）、电容信号通道（12）、多选开关（13）、滤波器（14）、标准信号转换器（15）、控制器（16）、多选开关控制器（17）、显示仪表（18）；

所述的正方形左立板（2）、粘胶胶板式e型电容应变组件（3）、粘胶胶板式电阻丝应变组件（4）形状相同正方形立板，中心处有通孔，立放在左右两侧，分别被四通孔连接上块（5）和四通孔连接下块（6）上下覆盖且左右外边缘对齐连接，形成正方形右立板（1）左右两侧全对称结构，自然形成一个假想的中心对称截面，正方形左立板（2）通孔内最上方与粘胶胶板式电阻丝应变组件（4）吻合连接且左右对称，粘胶胶板式e型电容应变组件（3）粘在正方形右立板（1）的内侧面上，与正方形右立板（1）的右半圆孔相切且上下对称；

所述的粘胶胶板式e型电容应变组件（3）通过电容式信号导线与电容阻抗及相位角调节器（7）连接，电容阻抗及相位角调节器（7）分别连接电容信号通道（10）、电容信号通道（11）、电容信号通道（12），电容信号通道（10）、电容信号通道（11）、电容信号通道（12）与多选开关（13）连接；正方形左立板（2）通过电阻丝信号导线与电阻丝阻抗调节器（8）连接，电阻丝阻抗调节器（8）与电阻信号通道（9）连接，电阻信号通道（9）与多选开关（13）连接，多选开关（13）和滤波器（14）连接，滤波器（14）连接标准信号转换器（15），标准信号转换器（15）连接控制器（16），控制器（16）连接多选开关控制器（17）和显示仪表（18），多选开关控制器（17）控制多选开关（13）。

其特征是：为了增强输出信号，本设计根据应力集中原理，在正方形左立板（2）和粘胶胶板式e型电容应变组件（3）上开了通孔，使弯矩重力变化都集中在圆孔上，其中重力变化集中在正方形右立板（1）和正方形左立板（2）圆孔内最上方或最下方，如粘胶胶板式电阻丝应变组件（4）的安放位置；弯矩集中在圆孔外，最左边边缘或最右边边缘，如粘胶胶板式e型电容应变组件（3）的安放位置；

又本设计根据弯矩中心截面对称变化原理，将粘胶胶板式e型电容应变组件（3）远离假想左右弯矩中心截面，使粘胶胶板式e型电容应变组件（3）的变化最大信号强度增大；

又本设计为了预防正方形左立板（2）和粘胶胶板式e型电容应变组件（3）的信号增大而产生的信号干扰，使正方形左立板（2）和粘胶胶板式e型电容应变组件（3）分开放置在最左端和右端，将正方形左立板（2）和粘胶胶板式e型电容应变组件（3）间的距离增大而减少相互信号干扰；

又本设计采用新型、新性能传感器粘胶胶板式e型电容应变组件（3）和粘胶胶板式电阻丝应变组件（4）。

其特征是：粘胶胶板式e型电容应变组件（3）包括：绝缘体（3-1）、面积为a2的长方形电容极板（3-2）、面积为a3的中轴长方形电容极板（3-3）、面积为a4的长方形电容极板（3-4）、两两电容极板间的电解介质（3-5）、长方体粘胶胶板（3-6），面积为a2的长方形电容极板（3-2）、面积为a3的中轴长方形电容极板（3-3）、面积为a4的长方形电容极板（3-4）分别通过绝缘体（3-1）与长方体粘胶胶板（3-6）连接，面积为a2的长方形电容极板（3-2）、面积为a3的中轴长方形电容极板（3-3）、面积为a4的长方形电容极板（3-4）分别依次连接电容式信号引线，长方体粘胶胶板（3-6）与正方形左立板（2）右侧连接。

其特征是：粘胶胶板式电阻丝应变组件（4）包括：弧形粘胶板（4-1）、鞍型绝缘体（4-2）、栅型电阻丝（4-3）、快干绝缘漆（4-4）；

所述的弧形粘胶板（4-1）分为上弧面、下弧面和假象的中弧面，弧形粘胶板（4-1）的弯曲半径r为中弧面，且弧面的左右两侧轴面对称，下弧面的最低点为b点，弧形粘胶板（1）的左右两侧到b点的距离为l，弧形粘胶板（4-1）的展开或卷起由施加在弧形粘胶板（1）左右边缘外力f1的大小和方向来决定，边缘外力f1的作用引起栅型电阻丝（4-3）上的力f的变化；

所述的鞍型绝缘体（4-2）的下部是弧面体，该弧面体与弧形粘胶板（4-1）的上弧面吻合连接，上部是长方形平面，平面上放置栅型电阻丝（4-3），栅型电阻丝（4-3）与假象轴面垂直，且栅型电阻丝（4-3）到b点的距离为h，且被快干绝缘漆（4-4）覆盖。

防干扰双增强信号轻型物流车弯矩重量检测装置测定方法，其特征是：假想的重量g与四通孔连接上块（5）连接，四通孔连接下块（6）与假想的车桥架连接，当车桥架的倾斜角为零时，粘胶胶板式e型电容应变组件（3）的初始信号显示为零，粘胶胶板式电阻丝应变组件（4）的信号显示为g，当车桥架的倾斜角不等于零时，车桥架向左或者右倾斜，使车桥架产生弯矩同时g也产生向下分滑力，使原本作用在正方形右立板（1）和正方形左立板（2）上的力发生改变包括弯矩和重量的改变，该变化通过正方形右立板（1）和正方形左立板（2）分别传导在粘胶胶板式e型电容应变组件（3）和粘胶胶板式电阻丝应变组件（4）上，使粘胶胶板式e型电容应变组件（3）和粘胶胶板式电阻丝应变组件（4）弯矩和重量变化转化为输出信号变化；

当车桥架右倾时粘胶胶板式e型电容应变组件（3）的信号变化，即面积为a2的长方形电容极板（3-2）、面积为a3的中轴长方形电容极板（3-3）、面积为a4的长方形电容极板（3-4）的信号变化：

dc=│c-c0│=c-c0

c0=εa/h

其中：

dc-长方体粘胶胶板（3-6）受弯矩m作用后的电容变化量；

c-长方体粘胶胶板（3-6）受弯矩m作用后的电容量；

c0-长方体粘胶胶板（3-6）未受弯矩m作用时的电容量；

ε-面积为a2的长方形电容极板（3-2）或面积为a4的长方形电容极板（3-4）与面积为a3的中轴长方形电容极板（3-3）之间电解介质的介电常数；

h-长方体粘胶胶板（3-6）未受弯矩m作用时，面积为a2的长方形电容极板（3-2）或面积为a4的长方形电容极板（3-4）与面积为a3的中轴长方形电容极板（3-3）之间的距离；

a-面积为a2的长方形电容极板（3-2）或面积为a4的长方形电容极板（3-4）与面积为a3的中轴长方形电容极板（3-3）之间的覆盖面积；

长方体粘胶胶板（3-6）在弯矩作用下引起面积为a2的长方形电容极板（3-2）及面积为a3的中轴长方形电容极板（3-3）的位移量dh，

c=εa/(h-dh)

在c0=εa/h中c0与h之间的关系为双曲线，对dc与dh进行线性化处理，可得：

即电容变化量dc与长方体粘胶胶板（3-6）在弯矩作用下引起面积为a2的长方形电容极板（3-2）或面积为a4的长方形电容极板（3-4）与面积为a3的中轴长方形电容极板（3-3）之间的位移量dh成线性关系；

通过以上推导，弯矩m的变化引起dh变化，进而造成电容变化的信号dc线性改变，该信号通过电容式信号引线传输到电容阻抗及相位角调节器（7），再分别传输到电容信号通道（10）（即测量面积为a2的长方形电容极板（3-2）和面积为a3的中轴长方形电容极板（3-3）之间的信号）、电容信号通道（11）（即测量面积为a4的长方形电容极板（3-4）和面积为a3的中轴长方形电容极板（3-3）的信号）、电容信号通道（12）（即测量面积为a2的长方形电容极板（3-2）和面积为a3的中轴长方形电容极板（3-3）、面积为a4的长方形电容极板（3-4）和面积为a3的中轴长方形电容极板（3-3）之间的信号和），进入多选开关（13）。

当车桥架右倾时重力g产生下滑分力，作用在正方形左立板（2）的内孔上，使正方形左立板（2）的内孔发生变化，该变化传导至粘胶胶板式电阻丝应变组件（4）上，使弧形粘胶板（4-1）展开或卷起，将导致电阻丝r发生变化，其变化量与电阻丝的长度l、电阻丝的半径r、以及电阻率ρ有关，因此电阻丝的电阻r=f（l，f，ρ），则电阻丝全微分为：

电阻丝的电阻相对信号变化量为

从上式可知，决定dl/l、dr/r、dρ/ρ的大小最重要、最直接的因素是作用在栅型电阻丝（4-3）上的外力f，所以f是dl/l、dr/r、dρ/ρ的正比函数；

栅型电阻丝（4-3）上的外力f的计算：当弧形粘胶板（1）展开或卷起时，f1与f的单边平衡方式为

则

双边平衡方式为

其中：

f1-弧面展开力；

f-作用在电阻丝上的力；

h-电阻丝到弧面底部b点的高度；

l-f1到弧面底部b点的距离；

因为l/h>>1，所以f>>f1，至少两倍数量级的增加，使电阻丝的信号量成倍增加，因此弧形粘胶板（4-1）结构对栅型电阻丝（4-3）来讲是增力机构，作用在栅型电阻丝（4-3）上的力f是f1的两倍以上数量级增加，实现了该dr/r新增强信号，特别是当外力f1变化很小时仍然有dr/r强信号输出，从而使系统的精度、灵敏度得到了两倍以上数量级的提高；

通过以上推导，该增加的信号量dr/r，通过电阻丝信号引线到电阻丝阻抗调节器（8），经电阻信号通道（9）到滤波器（14），进入多选开关（13）。

多选开关（13）汇集电容和电阻的变化信号，经滤波器（14）和标准信号转换器（15）进入控制器（16），控制器（16）通过多选开关控制器（17）控制多选开关（13）多路信号通断，最终变化数据在显示仪表（18）上显示；同理，车桥架左倾时同上。