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高速公路动态称重传感器的分类与选择!

文字:[大][中][小] 2021-4-8    浏览次数:1386    


一、动态称重模块系统的组成和原理

  1.称重系统主要由称重传感器、车辆分离器、轮胎识别器、接地回路和控制柜组成。

  称重传感器:主要完成车轴称重、速度检测和车轴类型判断。

  车辆分离器:用于分离车辆并提供开始和结束信号。

  轮胎识别器:主要用于检测通过车辆各轴的轮胎数量。

  地面回路:主要用于完成测速和倒车检测,与红外分离器一起判断车辆以外的物体或人的经过,以减少误差。

  控制柜:对动态称重传感器和线圈发送的信息进行处理,经过分析处理后获得车辆的载重信息。

  2.系统的工作原理

  当车辆进入收费车道时,其车轴依次压在车道路面上的地面环路、称重传感器、车辆分离器和车轴识别器上。称重传感器将检测每个车轴的车轴重量和车轴类型(单轴和耦合轴),轮胎识别器将检测轮胎类型(单胎和双胎)。车辆分离器可以准确确定车辆是否完全通过。当车辆完全离开时,控制处理器将称重结果、车辆类型判别结果和其他信息传输到车道收费计算机。车道收费计算机根据计重收费率按重量向车辆收费,并在重量显示屏上显示车辆的载重信息和应付金额。从整个工作原理可以看出,动态称重传感器是称重收费系统的关键设备,称重传感器的称重精度和稳定性将直接影响称重收费系统的称重精度。
            
  二、称重传感器的引入

  经过30多年的发展,不同的制造商开发了不同的动态称重技术,因此也有各种各样的传感器,根据不同的原理可以分为以下几类:

  1.弯板传感器:

  弯板传感器是一种应变传感器,根据称重板受压后变形的原理,利用内置的应变计网络进行测量。弯板传感器由内部集成有应变计网的金属板组成。为了防止长期湿气渗透和腐蚀,传感器表面覆盖了一层高温硫化橡胶。它能完整记录胎压信号,真实测量车轮载荷值。目前广泛应用于高速公路的高速和低速称重。

  2、根据桌面传感器:

  台式传感器(由称重平台和压力传感器组成,本文简称“台式传感器”)是一种带有独立压力传感器或剪切式压力传感器的平台,通过称重平台将轴向载荷压力传递给压力传感器进行称重。这种称重平台广泛应用于传统的地磅。但由于机械结构太多,车辆动态行驶产生的不均匀交变冲击,在动态称重过程中容易损坏平台,目前广泛应用于高速公路的低速称重。3.共聚物压电传感器:

  共聚物型压电传感器用于测量共聚物的压电效应。这种传感器是一种动态传感器,只对压力的变化产生电位信号。共聚物压电传感器由金属管和置于其中的压电电缆组成。有效长度通常为1830mm,可延伸至3600mm,宽度为20 mm,为条形传感器,无法一次性测量车轮载荷。通过在测量期间累积信号,可以通过积分算法计算负载。传感器直接嵌入路面,路面(尤其是沥青混凝土路面)的变形对其影响很大。混凝土路面和沥青路面的温度效应不同,难以补偿。由于传感器设计简单,其产品价格相对较低。用于车辆分类时,其性能令人满意,但在动态称重中的应用非常有限。条形传感器的使用寿命相对较短,受公路和安装质量的影响较大。近年来,共聚物传感器的开发取得了很大的成就,性能得到了进一步的提高,其开发研究工作一直在进行。
          
  4.应时压电传感器;

  应时型传感器利用应时的压电效应进行测量。压力改变了应时晶体,从而产生了与压力相对应的电势。石英传感器是一种新型传感器。近年来,它的性能有了很大的提高,在一定程度上得到了应用。石英传感器也属于条形传感器的范畴,长度为1米和0.75米,宽度为50毫米,高度为44毫米,与共聚物传感器一样,石英传感器不能一次性完全测量车轮载荷,但可以通过积分和累积来计算。但与共聚物传感器相比,石英传感器温漂小,无鬼轴现象,可低速高速称重。同时,应时的物理特征相对稳定,其敏感性随时间变化不大。石英传感器也直接嵌入路面,不可避免地受到路面变形的影响。同时需要进行路面施工进行更换。

  5.电容式传感器:

  目前,电容式传感器有两种类型,一种是条形传感器,另一种是电容式网格传感器。它的主要原理是利用电容效应。当压力压在传感器上时,两个极板之间的距离减小,其电容发生变化。测量通过电路转换进行。

  条形电容传感器在尺寸和安装形式上与压杆一致。它的基本特征是相似的,但主要问题是寿命短。精度为3% rms。电容网络传感器是一种新型传感器,结构扁平,目前主要用于便携式称重设备。其他传感器:目前除了上述主流传感器外,一些公司也开发了一些动态称重传感器,主要采用应变仪技术,目前处于研发阶段,无法进一步说明。三、主流传感器比较

  目前,在我国实行计重收费的省份,主要使用两种称重传感器,即弯板式和平板式,而其他传感器很少用于高速公路计重收费。下面从八个方面对这两种称重传感器进行对比分析。

  1.发展史

  据说台式传感器已经从传统的汽车衡,从传统的地磅称重,发展到对称重要求不高,对设备体积和长度要求较高的场合,变成了轴重秤,即称出车辆的每一个轴,通过数据积累得到整车的重量,从静态称重发展到低速动态称重。

  弯板传感器是一种应变传感器,根据称重板受压后变形的原理,利用内置的应变计网络进行测量。起初,它是一种用于汽车超载预检测的高速动态称重设备。后来为了适应高速公路称重收费的情况,对计算系统进行了开发和改进,重点改进了低速区间的称重检测,从高速动态称重发展到低速动态称重。

  2.安装模式

  据说台式传感器对路面的水平度要求很高,对路面造成很大的损坏。必须在路面上开挖深坑(70-80厘米深),并加固地基。车架用混凝土固定在路面上后,混凝土需要固化养护后才能安装称重平台。称重系统的建设周期约为20天,对已经通车的收费车道影响很大。

  弯板传感器可沿地面安装,施工周期短,对路面损伤小。安装过程中,不需要重做基础。只在路面上切出宽60cm、深5-6cm的基坑,用专用胶水将支撑底板和路面浇成一体。12小时后,专用胶水完全固化,弯板即可安装在支撑板上。一套称重系统的安装周期为5-7天,特别适合已通车收费的车道。

  3.排水要求

  据说深基坑充水时,称重精度会受到影响。由于称重设备排水管的出口一般低于收费广场排水沟的底部,因此需要增加排水井和自动潜水泵,以确保及时排水或人工拆除。弯板传感器由于防水设计,安装较浅,排水要求较低。

  4.湿度和尾气对设备寿命的影响

  据说桌面传感器主要由钢结构组成。虽然经过了一定的防腐处理,但仍然很难完全解决湿度和汽车尾气对设备的腐蚀。由于集成的传感器技术,特殊的硫化橡胶表面密封和防腐处理,弯板传感器是所有传感器中唯一一个可以完全防腐,连续浸泡300小时后仍能正常工作的传感器。

  5.使用寿命

  由于弯板传感器没有运动部件,不维修的话,它的使用寿命会长达十年。桌面传感器被称为机械运动部件。在没有维护的情况下,其称重压力传感器在使用1-2年后必须更换。6.设备价格

  据说台式传感器均价低,用在卡车日流量小的收费站性价比高。弯板传感器价格昂贵。

  7.使用性能

  由于机械运动结构,平台重量传感器抗冲击性差,运行一段时间后会导致平台变形。当称重平台与称重架之间存在摩擦现象时,会影响称重精度。这种影响主要体现在测量相同质量时,前后行程的测量值不一致。更重要的是,摩擦现象的存在会改变动态校正功能,降低称重设备的动态称重性能,需要重新进行维修和校准。弯板传感器采用特殊超硬金属板制成,无运动部件,可有效解决车辆经过时剪切力对称重精度的影响。它可以测量完整的轴重信号,是一种动态称重装置。称重测量速度范围宽,抗冲击性强,重复性好。
          
  8、运行维护成本分析

  如果平台传感器中有移动部件,主平台和基础之间必须有未密封的间隙。当车道内的杂物、淤泥、砾石从缺口落入基坑时,平台下会产生淤泥,影响称重精度。但是,在吊装称重平台清理基坑后,称重精度必须由法定机构重新校准,称重平台的传感器必须每1-2年更换一次,因此每年的维护成本很高。

  弯板传感器采用免维护结构,日常运行无需清洗维护;当路面需要维修时,称重传感器可以方便地拆卸下来,然后重新安装进行校准,每年的维护成本较低。

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