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電子地磅和便攜式汽車衡的原理及使用方法
大家都知道超限運(yùn)輸對(duì)于公路的損害是很嚴(yán)重的，相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)載重幾倍的實(shí)際負(fù)載對(duì)路面的損害不是簡(jiǎn)單的等量倍數(shù)換算關(guān)系，而是幾何數(shù)級(jí)。原設(shè)計(jì)可以運(yùn)行十年的公路剛運(yùn)行兩年就不得不大面積的維護(hù)甚至重建。同時(shí)，伴隨超限運(yùn)輸而來(lái)的嚴(yán)重安全隱患也讓有關(guān)執(zhí)法部門頭痛。超限運(yùn)輸?shù)臋z測(cè)和相關(guān)執(zhí)法也因?yàn)樵S多客觀條件的不滿足而難以真正實(shí)施。要解決這個(gè)棘手的問(wèn)題，需要從多方面出發(fā)。從運(yùn)輸者的經(jīng)濟(jì)利益出發(fā)，改變現(xiàn)行按照車輛類型收費(fèi)的方式，按照實(shí)際承載的重量收費(fèi)，多拉貨多交費(fèi)，超限運(yùn)輸加倍收費(fèi)，這樣不但合理，也能從市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的原則對(duì)安全規(guī)范運(yùn)輸起到一定的引導(dǎo)作用。
由現(xiàn)行收費(fèi)系統(tǒng)向計(jì)重收費(fèi)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換，從系統(tǒng)完成的功能、功能的實(shí)現(xiàn)上，現(xiàn)有技術(shù)已經(jīng)*可以實(shí)現(xiàn)，并在很多公路系統(tǒng)中得到很好的應(yīng)用。
1．系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理
以便攜式汽車衡為主體的計(jì)重收費(fèi)系統(tǒng)其工作原理為，車輛分離器把待測(cè)車輛通過(guò)稱重臺(tái)時(shí)按實(shí)際情況分離成每一個(gè)單車，軸重儀在動(dòng)態(tài)或靜態(tài)中稱量該車每一個(gè)單軸軸重，并累計(jì)其軸組重，得到該車輛的總重量。輪軸識(shí)別系統(tǒng)判斷車輛的輪軸類型和車輛類型的同時(shí)，得到預(yù)先設(shè)置的該類型車輛的車載超限限值，比較總重量和超限限值，核定該車是否超限及超限重量。依據(jù)總重量和超限重量，按照相關(guān)規(guī)定計(jì)算車輛應(yīng)收過(guò)站費(fèi)用數(shù)量，工作人員憑此收費(fèi)。www.bangcheng18.com
1.1 稱重儀——軸重衡（便攜式汽車衡）設(shè)計(jì)原理
稱重儀——軸重衡是通過(guò)稱量單軸重量并累計(jì)整車軸組重量的車輛稱重設(shè)備。計(jì)量的主要原理是稱重臺(tái)同稱重傳感器相連，稱重傳感器由彈性體、電阻應(yīng)變片、引線及外殼等部分組成。當(dāng)車輛通過(guò)稱重臺(tái)時(shí)，彈性體承載重力并有一與重力成正比的形變，電阻應(yīng)變片粘貼在彈性體上，與彈性體有相同的形變，由此產(chǎn)生電阻變量?R，在供橋電路作用下，橋路的輸出端產(chǎn)生與重力成正比的電壓。根據(jù)電壓的變化和換算關(guān)系，可以知道承載重力的大小，從而完成計(jì)量任務(wù)。
1.1.1 稱重臺(tái)
稱重臺(tái)由型鋼和鋼板焊接而成，具有足夠的強(qiáng)度、鋼度和良好的穩(wěn)定性。底座的作用是支撐稱重傳感器，有基礎(chǔ)預(yù)埋板。預(yù)埋板預(yù)埋在水泥基礎(chǔ)之上，作為底座支撐。
稱重臺(tái)具有自復(fù)位功能，當(dāng)稱重臺(tái)受水平外力的作用發(fā)生微小擺動(dòng)時(shí)，由于重力的作用會(huì)使其很快恢復(fù)到原來(lái)的位置。當(dāng)稱重臺(tái)受到過(guò)大水平的沖擊力而擺動(dòng)幅度較大時(shí)，縱、橫向限位裝置會(huì)限制其擺動(dòng)幅度，確保穩(wěn)定與安全。當(dāng)外力消失時(shí)，稱重臺(tái)仍會(huì)自動(dòng)恢復(fù)。
1.1.2 傳感器系統(tǒng)
傳感器系統(tǒng)由一組稱重傳感器和接線盒組成。
1.1.3 傳感器
稱重傳感器采用應(yīng)變式電阻傳感器，傳感器是稱重儀中的關(guān)鍵部件。稱重設(shè)備安裝于室外，傳感器暴露在自然環(huán)境之中，一般工作條件均很惡劣，如溫度年變化量zui高可達(dá)60℃，有時(shí)多雨潮濕，所以要求傳感器具有溫度范圍寬、密封防潮、過(guò)載能力強(qiáng)、長(zhǎng)期穩(wěn)定可靠等特點(diǎn)。根據(jù)稱重臺(tái)面尺寸和zui大稱量，選擇一個(gè)或多個(gè)傳感器。
1.1.4 A/D數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)
由A/D數(shù)據(jù)采集卡和微型處理器CPU系統(tǒng)組成。汽車通過(guò)或停留于稱重臺(tái)時(shí)，汽車的重力傳遞給傳感器，傳感器把此力值轉(zhuǎn)變成與之成正比的電壓信號(hào)，各個(gè)傳感器的信號(hào)通過(guò)接線盒后送給A/D數(shù)據(jù)采集卡，A/D數(shù)據(jù)采集卡把此信號(hào)轉(zhuǎn)換為相對(duì)應(yīng)的數(shù)字信號(hào)并通過(guò)通信接口送收費(fèi)控制中心處理。A/D數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是計(jì)重收費(fèi)系統(tǒng)的關(guān)鍵部件。
A/D數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是一套高速度、高分辨率、高靈敏度的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，同時(shí)它與常規(guī)的A/D系統(tǒng)相比又多了供橋電源系統(tǒng)。信號(hào)傳輸通道與計(jì)算機(jī)分離，信號(hào)通過(guò)電纜線傳輸。A/D轉(zhuǎn)換器選用逐次比較型高速轉(zhuǎn)換器，其輸出為65536碼，A/D轉(zhuǎn)換器啟動(dòng)及定時(shí)由計(jì)算機(jī)完成，轉(zhuǎn)換速度zui高可達(dá)10000次/秒，A/D數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采用密閉結(jié)構(gòu)式機(jī)殼，可以長(zhǎng)期開機(jī)運(yùn)行。
1.2 車輛分離器
車輛分離器是為實(shí)現(xiàn)車輛的自動(dòng)分離而設(shè)計(jì)的，在計(jì)重收費(fèi)系統(tǒng)中，它保證了車輛檢測(cè)數(shù)據(jù)同車輛的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系的實(shí)現(xiàn)，是本系統(tǒng)zui基本的功能要求之一。工作的原理是采用紅外線車輛分離方式，一對(duì)紅外光柵收發(fā)裝置直線發(fā)射和接受紅外光柵，在無(wú)物體遮擋在收發(fā)點(diǎn)連線中時(shí)，紅外接收裝置準(zhǔn)確接收到信號(hào)，反之信號(hào)被阻隔。在收費(fèi)車道中，當(dāng)有車輛經(jīng)過(guò)車輛分離器時(shí)，紅外光柵全部（車廂）或部分（拖掛車車廂之間的連接體）被阻隔，光柵被阻隔之始就是一輛被檢測(cè)的車輛開始檢測(cè)的起始時(shí)間，光柵重新*無(wú)阻隔地收發(fā)之時(shí)就是被檢測(cè)車輛結(jié)束該次檢測(cè)的終止時(shí)間?？紤]到兩輛車同時(shí)停在稱重臺(tái)面的情況，即當(dāng)出現(xiàn)前一個(gè)車未下秤體或剛下稱臺(tái)，后一輛車尾隨其后時(shí)，系統(tǒng)利用紅外線檢測(cè)器結(jié)合傳感器采集秤臺(tái)的波形進(jìn)行分析，可以有效地將兩個(gè)車輛數(shù)據(jù)進(jìn)行分離。
1.3 輪胎識(shí)別器
我們采用多組行程開關(guān)對(duì)車輛的輪胎寬度和輪胎個(gè)數(shù)進(jìn)行識(shí)別，當(dāng)滿足“傳感器間隙<zui小輪胎間隙”時(shí)，系統(tǒng)便能有效地測(cè)量出汽車的輪寬以及輪胎間隙。其中，zui小輪胎間隙根據(jù)車輛統(tǒng)計(jì)而來(lái)。
1.4 中央控制器
采用單臺(tái)面的軸計(jì)量方式，在有效的秤臺(tái)寬度內(nèi)如何得到更高的精度是我們一直在努力的方向。當(dāng)車輛勻速通過(guò)稱重臺(tái)時(shí)，在真正有效測(cè)量時(shí)間內(nèi)采樣的速率決定了系統(tǒng)計(jì)量的精度。同時(shí)內(nèi)存的大小，單片機(jī)的速度也是決定計(jì)量精度的要素。根據(jù)我們的現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)以及采數(shù)精度的要求，選用工業(yè)控制方式，采用高速采集卡對(duì)A/D轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，能保證20000/秒的采樣速率，在理論上可以達(dá)到誤差小于千分之一的計(jì)量精度。
1.5 模擬判別和數(shù)據(jù)處理
數(shù)據(jù)采集、預(yù)處理、設(shè)備自檢、數(shù)據(jù)處理、速度計(jì)算、顯示、打印、存盤等任務(wù)的完成依賴計(jì)重收費(fèi)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理單元，該單元為中央控制系統(tǒng)的軟件部分，判別方式采用全模擬判別。汽車重量靜態(tài)稱重軟件的目的是完成靜態(tài)標(biāo)定及汽車的靜態(tài)稱重等工作，靜態(tài)稱重軟件包括數(shù)據(jù)采集、濾波、均值、顯示等。動(dòng)態(tài)稱重軟件是把靜態(tài)重量加以速度補(bǔ)償處理，得到車輛和載重的實(shí)際應(yīng)得的稱量重量。
該部分是整個(gè)上海沃申便攜式汽車衡稱重系統(tǒng)的核心部件，完成數(shù)據(jù)的采集、計(jì)算和上傳功能?？刂破鹘Y(jié)構(gòu)上采用機(jī)箱結(jié)構(gòu)，便于維護(hù)和操作；電氣上采用了ECB總線結(jié)構(gòu)的多CPU處理器體系結(jié)構(gòu)，并行處理各種信息，大大提高了系統(tǒng)的可靠性和效率。
1.5.1 軸重衡
軸重衡含有稱重臺(tái)和稱重傳感器。稱重臺(tái)面為鋼板，還應(yīng)該增加防滑裝置。稱重傳感器www.bangcheng18.com主要用于檢測(cè)車輛重量，實(shí)現(xiàn)對(duì)通過(guò)軸重衡的車輛的數(shù)據(jù)檢測(cè)，完成車輛軸重、總重的測(cè)量，同時(shí)提供輪軸識(shí)別信息。
1.5.2 車輛分離器
主要用作車輛檢測(cè)，完成車輛的行駛速度、車型、軸距等數(shù)據(jù)的測(cè)量，同時(shí)也提供車輛開始和結(jié)束信息。車輛分離的實(shí)現(xiàn)目前有幾種方式：地感方式、紅外線方式、紅外光幕方式，可以是單一方式，也可以是綜合多種方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。目前比較可靠的是采用紅外光幕，不過(guò)其費(fèi)用也相對(duì)較高。
1.5.3 輪軸識(shí)別器
2．系統(tǒng)布置
系統(tǒng)采用前置式或后置式檢測(cè)方式，即在收費(fèi)前（后）進(jìn)行檢測(cè)，根據(jù)我們國(guó)家車輛技術(shù)規(guī)范，貨車的長(zhǎng)度應(yīng)不大于l8米，因而為保證在車輛到達(dá)收費(fèi)亭前完成檢測(cè)，應(yīng)適當(dāng)延長(zhǎng)收費(fèi)島的長(zhǎng)度，同時(shí)考慮便于規(guī)范駕駛?cè)藛T通過(guò)軸重儀時(shí)的車輛控制，建議收費(fèi)島前端到收費(fèi)亭中心線的距離為30米，主要原因如下。
車輛駛?cè)胧召M(fèi)車道時(shí)，剛完成一系列的拐彎、加減速等動(dòng)作，車輛不處于平穩(wěn)狀態(tài)，較易增加誤差因素，因而建議傳感器安裝在進(jìn)入收費(fèi)車道5米的距離處。傳感器距離收費(fèi)亭中心線的距離應(yīng)不小于l8米。每個(gè)車道使用一套稱重系統(tǒng)，采取并排放置的方式，在稱重板后面裝有紅外線收發(fā)裝置，稱重處理器機(jī)箱裝在收費(fèi)島上。數(shù)據(jù)采集和中央控制系統(tǒng)安裝在收費(fèi)島上，在收費(fèi)亭內(nèi)。
3． 便攜式汽車衡發(fā)展方向
目前，動(dòng)態(tài)軸重衡可以達(dá)到靜態(tài)Ⅲ級(jí)、動(dòng)態(tài)Ⅱ級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)，基本滿足公路收費(fèi)系統(tǒng)的要求，但是，產(chǎn)品的安裝不方便；輪軸識(shí)別器作為分離系統(tǒng)，需要另外安裝，維護(hù)很不方便。從安裝、使用和維護(hù)上來(lái)看，未來(lái)的產(chǎn)品在保證稱量精度和稱量一致性的前提下，一是要向一體化方向發(fā)展，衡器和輪軸識(shí)別器一體化；軸重衡也要力求超薄和防水，產(chǎn)品安裝簡(jiǎn)易，額外費(fèi)用少，能適宜多種路橋類型。
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