弯板式称重传感器在计重收费系统中的应用

　　随着市场经济的发展, 交通运输行业也得到迅猛发展, 高速公路超载问题日益突出, 超载车辆对国有资产造成巨大经济损失。因此, 治理超限超载运输已刻不容缓。高速公路计重收费系统是解决货车超载运输的一个行之有效的技术手段。

　　计重收费是通过对车辆的轴/轴组重量进行精确称量, 并依据交通部的超限车辆管理办法计算出车辆实际应该缴纳的费用, 但其在实施过程中又有以下几个技术难点。

　　1.动态称重设备的准确度。由于根据车辆的轴重/轴组重及总重进行收费, 所以设备必须要有较高的准确度才能体现公平的原则。国内动态称重技术起步较晚, 目前基本都是采用传统机械式机构称重平台, 很难有较高的准确度。

　　2.收费站的车流量较大, 对称重设备有的要求较高。在一个车流量较大的收费站, 一个车道一天最多可通过上千辆车。这样, 一年该车道最多可通过上百万辆车。以一套设备预计使用 8 年计算, 需要抵抗千万辆汽车的冲击。这对称重设备提出了极高的要求, 机械结构称重传感装置一般在反复冲击下很难保证这么长的使用寿命。同时限位装置也经常损坏。

　　3.收费站的车辆行驶情况极为复杂, 车辆排队、高速通过、刹车、打方向、加速等现象极为普遍。这些现象给称重设备带来了两个技术难点: 一是车辆行驶状态对称重结果有较大的影响。国内设备一般是采用低速称重设备( 速度范围为 0～30km/h) , 在车辆速度较高或有加减速时无法获得准确的称量结果。很多驾驶员经常高速通过秤台, 认为可以减轻重量。二是车辆行驶时的加减速会对称重设备造成较大的冲击力, 机械式结构的称重设备在这些冲击力的影响下寿命会急剧缩短。

　　4.收费站的环境比较恶劣。称重设备一般安装在收费大棚以外, 因此, 车辆尾气、风、霜、雨、雾、污物、杂物等都会加速称重设备的腐蚀。机械式结构称重设备一般采用钢材为主要原材料, 对其防腐措施必须加强, 需要经常进行表面的防腐处理, 这会对交通造成较大的影响。

　　5.在雨水较多的地区使用时, 灰尘和雨水混合形成的淤泥有可能对称重设备的使用造成较大的影响。机械式结构称重设备主秤台和基础之间无法采取密封措施, 雨水较多的使用环境下, 很快就会在秤台下面留存较多的淤泥, 这对称重设备的影响极大, 必须定期进行清理工作。一般机械式称重设备体积重量都较大, 清理工作必须有大型吊装设备配合, 这会影响收费站的正常工作, 还大大增加了维护的资金投入。

　　由于以上的技术难点, 造成了我国现有动态汽车衡的整体质量水平较差, 也给我们的检定工作带来很多麻烦。常常一台动态汽车衡要经过多次反复的调试才能符合国家检定规程的要求, 费时费力,效率低下。安徽的计重收费系统是从 2004 年底开始实行的, 至今已 3 年, 动态汽车衡从最初的 300台发展到现在的 600 余台, 生产厂家虽有 5、6 家,但使用的都是秤台式称重系统。直到今年的 11 月底, 在合六叶高速公路上才有了型号为 DAW100 弯板式称重的计重收费系统。经我们反复多次检测,发现该系统具有较高的稳定性和准确度。该系统采用弯板式动态称重传感器, 能有效的解决收费车道中出现的各种复杂的车辆情况, 如刹车、加减速以及车辆停在称重传感器上的情况, 特别是在曲率半径较小的边道仍能保持较高的称重准确度。弯板传感器是用特殊金属板材作成, 内部集成了应变片网的金属板, 为防止长期潮湿渗透和腐蚀, 传感器表面覆盖一层高温硫化橡胶。弯板传感器的长度为508mm( 在行驶方向) , 宽度有 1250mm 和 1750mm两种规格, 可以完整的纪录轮胎的压力信号, 真实的测量轮载值。通常一个车道铺设两个传感器, 用于测量车轴载荷。整个传感器厚度不大于 25mm, 安装在钢制支架中, 整个支架是用环氧树脂浇入路面的浅槽中, 并采取一定的措施确保弯板的高可靠性和长寿命。该传感器的工作原理如下: 压电材料在受到机械冲击或振动时产生电荷, 在原子层, 偶极子( 氢- 氟偶对) 的排列顺序被打乱, 并试图使其恢复原来的状态。这个偶极子被打乱的结果就是有一个电子流形成。就像海绵中的水, 当你挤压一块湿海绵时, 水就会流出来, 当你松开手时, 水又被吸回去, 这同压电传感器十分相似。当有压力施加到传感器上时, 就产生了电荷( 电压) 而当去掉负载时,就会产生一个相反极性的信号。它产生的电压可以相当高, 但传感器产生的电流却比较小。压电薄膜交通传感器检测经过传感器的轮胎, 产生一个与施加到传感器上的压力成正比的模拟信号, 并且输出的周期与轮胎停留在传感器上的时间相同。每当一个轮胎经过传感器时, 传感器就会产生一个新的电子脉冲。压电薄膜交通传感器在行驶中称量的检测原理是对受力产生的脉冲信号, 由高速数据采集器积分处理成数字信号送工控机进行数据处理, 显示打印存储, 并传至控制室。弯板式称重系统是由 2块动态弯板式传感器、1 个线圈、1 套红外线车辆分离器、1 个轮胎识别器和 1 个中心处理器构成。弯板式称重系统与称台式构成基本相同, 只是由称台式的称重传感器变为了弯板式传感器。该系统工作原理如下: 当系统进入工作状态, 开启岛前栏杆机, 车辆依次进入。当车头遮挡住红外线车辆分离器时,启动称重和单双轮检测装置, 对通过的车轴进行检测, 称量重量、判断单双轮、轴型、速度、轴距, 当车辆尾部离开红外线车辆分离器后, 一次工作结束,经设在收费岛上的中心处理器处理计算, 形成收费系统所需的完整的车辆称重信息, 包括车辆的轴重、轴组重、整车重、轴型、车型、车速、车辆超限标志、时间等信息数据, 经通讯线路上传给收费计算机。