便攜式汽車衡的結構原理與技術參數(shù)
伴隨超限運輸而來的嚴重安全隱患也讓有關執(zhí)法部門頭痛。超限運輸?shù)臋z測和相關執(zhí)法也因為許多客觀條件的不滿足而難以真正實施。要解決這個棘手的問題，需要從多方面出發(fā)。從運輸者的經(jīng)濟利益出發(fā)，改變現(xiàn)行按照車輛類型收費的方式，按照實際承載的重量收費，多拉貨多交費，超限運輸加倍收費，這樣不但合理，也能從市場經(jīng)濟的原則對安全規(guī)范運輸起到一定的引導作用。
由現(xiàn)行收費系統(tǒng)向計重收費系統(tǒng)轉換，從系統(tǒng)完成的功能、功能的實現(xiàn)上，現(xiàn)有技術已經(jīng)*可以實現(xiàn)，并在很多公路系統(tǒng)中得到很好的應用。
系統(tǒng)設計原理
一、 計重收費系統(tǒng)其工作原理為，車輛分離器把待測車輛通過稱重臺時按實際情況分離成每一個單車，軸重儀在動態(tài)或靜態(tài)中稱量該車每一個單軸軸重，并累計其軸組重，得到該車輛的總重量。輪軸識別系統(tǒng)判斷車輛的輪軸類型和車輛類型的同時，得到預先設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，按照相關規(guī)定計算車輛應收過站費用數(shù)量，工作人員憑此收費。
1 .稱重儀——軸重衡設計原理
稱重儀——軸重衡是通過稱量單軸重量并累計整車軸組重量的車輛稱重設備。計量的主要原理是稱重臺同稱重傳感器相連，稱重傳感器由彈性體、電阻應變片、引線及外殼等部分組成。當車輛通過稱重臺時，彈性體承載重力并有一與重力成正比的形變，電阻應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系，可以知道承載重力的大小，從而完成計量任務。
2.稱重臺
稱重臺由型鋼和鋼板焊接而成，具有足夠的強度、鋼度和良好的穩(wěn)定性。底座的作用是支撐稱重傳感器，有基礎預埋板。預埋板預埋在水泥基礎之上，作為底座支撐。
稱重臺具有自復位功能，當稱重臺受水平外力的作用發(fā)生微小擺動時，由于重力的作用會使其很快恢復到原來的位置。當稱重臺受到過大水平的沖擊力而擺動幅度較大時，縱、橫向限位裝置會限制其擺動幅度，確保穩(wěn)定與安全。當外力消失時，稱重臺仍會自動恢復。
3.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。
4.傳感器
稱重傳感器采用應變式電阻傳感器，傳感器是稱重儀中的關鍵部件。稱重設備安裝于室外，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60℃,有時多雨潮濕，所以要求傳感器具有溫度范圍寬、密封防潮、過載能力強、長期穩(wěn)定可靠等特點。根據(jù)稱重臺面尺寸和zui大稱量，選擇一個或多個傳感器。
5. 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。汽車通過或停留于稱重臺時，汽車的重力傳遞給傳感器，傳感器把此力值轉變成與之成正比的電壓信號，各個傳感器的信號通過接線盒后送給A/D數(shù)據(jù)采集卡，A/D數(shù)據(jù)采集卡把此信號轉換為相對應的數(shù)字信號并通過通信接口送收費控制中心處理。A/D數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是計重收費系統(tǒng)的關鍵部件。
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)字轉換系統(tǒng)，同時它與常規(guī)的A/D系統(tǒng)相比又多了供橋電源系統(tǒng)。信號傳輸通道與計算機分離，信號通過電纜線傳輸。A/D轉換器選用逐次比較型高速轉換器，其輸出為65536碼，A/D轉換器啟動及定時由計算機完成，轉換速度zui高可達10000次/秒，A/D數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采用密閉結構式機殼，可以長期開機運行。
6. 車輛分離器
車輛分離器是為實現(xiàn)車輛的自動分離而設計的，在計重收費系統(tǒng)中，它保證了車輛檢測數(shù)據(jù)同車輛的一一對應關系的實現(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，一對紅外光柵收發(fā)裝置直線發(fā)射和接受紅外光柵，在無物體遮擋在收發(fā)點連線中時，紅外接收裝置準確接收到信號，反之信號被阻隔。在收費車道中，當有車輛經(jīng)過車輛分離器時，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的車輛開始檢測的起始時間，光柵重新*無阻隔地收發(fā)之時就是被檢測車輛結束該次檢測的終止時間?？紤]到兩輛車同時停在稱重臺面的情況，即當出現(xiàn)前一個車未下秤體或剛下稱臺，后一輛車尾隨其后時，系統(tǒng)利用紅外線檢測器結合傳感器采集秤臺的波形進行分析,可以有效地將兩個車輛數(shù)據(jù)進行分離。
7.輪胎識別器
我們采用多組行程開關對車輛的輪胎寬度和輪胎個數(shù)進行識別，當滿足“傳感器間隙<zui小輪胎間隙”時，系統(tǒng)便能有效地測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)計而來。
8. 中央控制器
采用單臺面的軸計量方式，在有效的秤臺寬度內(nèi)如何得到更高的精度是我們一直在努力的方向。當車輛勻速通過稱重臺時，在真正有效測量時間內(nèi)采樣的速率決定了系統(tǒng)計量的精度。同時內(nèi)存的大小，單片機的速度也是決定計量精度的要素。根據(jù)我們的現(xiàn)場經(jīng)驗以及采數(shù)精度的要求，選用工業(yè)控制方式，采用高速采集卡對A/D轉換的數(shù)據(jù)進行采集，能保證20000/秒的采樣速率，在理論上可以達到誤差小于千分之一的計量精度。
9. 模擬判別和數(shù)據(jù)處理
數(shù)據(jù)采集、預處理、設備自檢、數(shù)據(jù)處理、速度計算、顯示、打印、存盤等任務的完成依賴計重收費系統(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。動態(tài)稱重軟件是把靜態(tài)重量加以速度補償處理，得到車輛和載重的實際應得的稱量重量。
該部分是整個系統(tǒng)的核心部件，完成數(shù)據(jù)的采集、計算和上傳功能。控制器結構上采用機箱結構，便于維護和操作；電氣上采用了ECB總線結構的多CPU處理器體系結構，并行處理各種信息，大大提高了系統(tǒng)的可靠性和效率。
11.軸重衡
軸重衡含有稱重臺和稱重傳感器。稱重臺面為鋼板，還應該增加防滑裝置。稱重傳感器主要用于檢測車輛重量，實現(xiàn)對通過軸重衡的車輛的數(shù)據(jù)檢測，完成車輛軸重、總重的測量，同時提供輪軸識別信息。
12. 車輛分離器
主要用作車輛檢測，完成車輛的行駛速度、車型、軸距等數(shù)據(jù)的測量，同時也提供車輛開始和結束信息。車輛分離的實現(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實現(xiàn)。目前比較可靠的是采用紅外光幕，不過其費用也相對較高。
*輪軸識別器
二、便攜式汽車衡 系統(tǒng)布置
系統(tǒng)采用前置式或后置式檢測方式，即在收費前（后）進行檢測，根據(jù)我們車輛技術規(guī)范，貨車的長度應不大于l8米，因而為保證在車輛到達收費亭前完成檢測，應適當延長收費島的長度，同時考慮便于規(guī)范駕駛人員通過軸重儀時的車輛控制，建議收費島前端到收費亭中心線的距離為30米，主要原因如下。
車輛駛入收費車道時，剛完成一系列的拐彎、加減速等動作，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入收費車道5米的距離處。傳感器距離收費亭中心線的距離應不小于l8米。每個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，稱重處理器機箱裝在收費島上。數(shù)據(jù)采集和中央控制系統(tǒng)安裝在收費島上，在收費亭內(nèi)。
三、便攜式汽車衡產(chǎn)品發(fā)展方向
目前，動態(tài)軸重衡可以達到靜態(tài)Ⅲ級、動態(tài)Ⅱ級的標準，基本滿足公路收費系統(tǒng)的要求，但是，產(chǎn)品的安裝不方便；輪軸識別器作為分離系統(tǒng)，需要另外安裝，維護很不方便。從安裝、使用和維護上來看，未來的產(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，衡器和輪軸識別器一體化；軸重衡也要力求超薄和防水，產(chǎn)品安裝簡易，額外費用少，能適宜多種路橋類型。
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