專利名稱：汽車車速車載測量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及的是一種汽車車速車載測量裝置。特別是一種基于壓電智能材 料的公路車輛車速車載測量裝置。
背景技術(shù)：
大型橋梁是一個國家的經(jīng)濟命脈，它們的巨大投資及在國民經(jīng)濟中的重要作用 使得大跨度橋梁的安全性、耐久性和正常使用功能越來越受到重視，橋梁健康監(jiān)測 的研究和開發(fā)應(yīng)用也因此成為了當(dāng)前世界范圍的研究熱點。橋梁健康監(jiān)測主要通過 測量、分析和比較結(jié)構(gòu)的激勵信號與反應(yīng)信號來判定橋梁結(jié)構(gòu)的安全狀態(tài)。 一般的 來說，在較短的時間內(nèi)汽車荷載(軸重和位置)是橋梁結(jié)構(gòu)的主要激勵，所以對汽 車荷載的監(jiān)測是橋梁健康監(jiān)測的主要內(nèi)容。目前常用的汽車荷載監(jiān)測技術(shù)有地秤， 但是地秤有著自身不可克服的缺點，如價格昂貴、破壞路面面積大、不能測量汽車 車速等。為了給橋梁健康監(jiān)測提供完整的荷載激勵信息，給出任意時刻橋梁結(jié)構(gòu)上 的汽車荷載的數(shù)量、大小和位置，因此，發(fā)展測量精度高、構(gòu)造簡單、價格低廉、 功能完善的汽車車速車載測量裝置對橋梁監(jiān)測與管理具有重要的意義。

實用新型內(nèi)容
本實用新型的目的在于提供一種具有方便簡單、價格低廉、功能完善的公路橋 梁汽車車速車載測量裝置。
本實用新型的目的是這樣實現(xiàn)的；
一種汽車車速車載測量裝置，包括橋梁主梁和設(shè)置在橋梁主梁上的鋪裝層，
所述的鋪裝層內(nèi)設(shè)有數(shù)個車載測量裝置，所述的測量裝置由u型底座、傳力橫梁和
水泥基壓電傳感器組成；所述的U型底座將傳力橫梁和橋面鋪裝層隔離，所述的水 泥基壓電傳感器設(shè)置在U型底座和傳力橫梁之間。
前述的水泥基壓電傳感器由水泥和壓電材料組成，其中水泥材料和壓電材料的連通維數(shù)為二，水泥基壓電傳感器間通過外接電路并聯(lián)后再與放大器和釆集設(shè)備連接。
前述的u型底座固定安裝在橋梁主梁的頂面，且u型底梁的高度與鋪裝層厚度
相同，長度為單車道寬度。
前述的傳力橫梁為矩形鋼管混凝土結(jié)構(gòu)；傳力橫梁的外輪廓寬度與U型底座內(nèi) 輪廓寬度相等，且傳力橫梁的上頂面同橋面(或路基)鋪裝層等高，長度與車道寬 度相同；傳力橫梁與U型底座連接，并對水泥基壓電傳感器進行預(yù)壓。
本實用新型是由兩個固定在橋面(或路基)鋪裝層內(nèi)的車載測量裝置、外接放 大電路及采集系統(tǒng)組成。每個荷載測量裝置包括通過固定螺栓安裝在橋梁主梁頂面 的U型底座、通過安裝螺栓固定在U型底座內(nèi)的傳力橫梁和布置在U型底座和傳 力橫梁之間的水泥基壓電傳感器。
本實用新型還可以包含這樣一些結(jié)構(gòu)特征
安裝螺栓將傳力橫梁和U型底座連接在一起，并對水泥基壓電傳感器一定的預(yù) 壓力，以保證多個水泥基壓電傳感器能夠協(xié)同工作。
兩個車載測量裝置以固定的間距平行布置于鋪裝層中，通過測量同一汽車荷載 通過兩車載測量裝置的時間來計算該汽車荷載的車速。
本實用新型一種汽車車速車載測量裝置，與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下明顯的優(yōu) 勢和有益效果
本實用新型將水泥基壓電傳感器置于傳力橫梁下，利用水泥基壓電傳感器測量 傳力橫梁各支點的反力，進而間接獲得作用于傳力橫梁上的汽車荷載的軸重。汽車 荷載通過傳力橫梁分配到各個水泥基壓電感器支座上，在豎向汽車荷載始終等于各 支座受力的總和，通過外接電路將壓電傳感器的電壓總和來計算作用在傳力橫梁上 的汽車荷載軸重。通過同一汽車荷載通過兩個固定距離的傳力橫梁的反應(yīng)時間來計 算出汽車荷載經(jīng)過橋梁結(jié)構(gòu)的速度，給出每一汽車荷載的上橋、下橋的時間，進而 推斷出每一時刻橋梁結(jié)構(gòu)上的汽車荷載數(shù)量、大小(包括汽車沖擊效應(yīng))及其位置， 為橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測提供必要和完整的荷載信息。根據(jù)控制截面的影響線可以得到 任意時刻該控制截面的應(yīng)力(變形)的理論值，在與該時刻的實測值進行比較后， 進而判斷橋梁結(jié)構(gòu)的工作狀況。汽車車速車載傳感器裝置同地稱相比具有耐久性好、造價低、實施簡單、維護方便、破壞路面面積少等優(yōu)點。

圖1是本實用新型原理示意圖； ' 圖2是A大樣圖3是B-B斷面圖4是某斜拉索橋安裝本裝置后的示意圖5是C大樣圖。
具體實施方式
本實用新型的產(chǎn)品可以采用這樣的方法來制作首先，根據(jù)橋梁的結(jié)構(gòu)形式和 荷載監(jiān)測的需求，通過力學(xué)分析，設(shè)計好汽車車速車載傳感器裝置各部件的尺寸。 安裝在橋梁結(jié)構(gòu)上前，需要在實驗室對本產(chǎn)品進行動力標(biāo)定，給出監(jiān)測儀器的系統(tǒng) 參數(shù)、測量精度等，編制與之對應(yīng)的監(jiān)測軟件?，F(xiàn)場安裝、調(diào)試后，啟用汽車荷載 監(jiān)測軟件。
以下結(jié)合本實用新型以某一具體橋梁為對象，進一步描述本實用新型的實施步驟。
請參閱圖1、圖2、圖3所示，為本實用新型原理及斷面示意圖；從圖中可以
看出，8為汽車負荷，7為橋面鋪裝層，4為固定螺栓，6為橋梁主梁，2為安裝在 橋梁主梁6頂面的U型底座，l為傳力橫梁，3為安裝在傳力橫梁1和布置在U型 底座2和傳力橫梁1之間的基壓電傳感器3， 5為固定螺栓。
從圖中還可以看出，通U型底座2將傳力橫梁1和橋面鋪裝層7隔離開，使傳 力橫梁1能夠?qū)⑵嚭奢d8明確的傳遞給水泥基壓電傳感器3。所述傳力橫梁1為 矩形鋼管混凝土，以保證傳力橫梁l自身的受力安全。所述水泥基壓電傳感器由水 泥和壓電材料組成，其中水泥材料的連通維數(shù)為二，壓電材料的連通維數(shù)也為二。
安裝螺栓4將傳力橫梁1和U型底座2連接在一起，并對水泥基壓電傳感器3 一定的預(yù)壓力，以保證多個水泥基壓電傳感器能夠協(xié)同工作。兩個車載測量裝置以固定的間距平行布置于鋪裝層7中，通過測量同一汽車荷載8通過兩車載測量裝置
的時間來計算該汽車荷載8的車速。
本實用新型將水泥基壓電傳感3器置于傳力橫梁下1，利用水泥基壓電傳感器 3測量傳力橫梁1各支點的反力，進而間接獲得作用于傳力橫梁1上的汽車荷載8 的軸重。汽車荷載通過傳力橫梁1分配到各個水泥基壓電感器3支座上，在豎向汽 車荷載8始終等于各支座受力的總和，通過外接電路將壓電傳感器的電壓總和來計 算作用在傳力橫梁1上的汽車荷載軸重8。通過同一汽車荷載8通過兩個固定距離 的傳力橫梁的反應(yīng)時間來計算出汽車荷載8經(jīng)過橋梁結(jié)構(gòu)的速度。
外接電路與放大器和采集設(shè)備采用現(xiàn)有技術(shù)，在此不予詳細敘述。
國內(nèi)某一斜拉橋(如圖4所示)，橋面鋪裝為20厘米，上層為4厘米細粒式瀝 青混凝土， 6厘米粗粒式瀝青混凝土，下層為IO厘米厚橋面混凝土。橋面跨度布置 為1.5米(防撞墩)+4.75米(行車道)+4.75米(行車道)+1.5米(防撞墩) =12.5米。根據(jù)業(yè)主要求，該橋在運營期間需要對汽車荷載進行實時監(jiān)測。設(shè)計出 汽車車速車載傳感器裝置各部件的尺寸，如圖5所示。
傳力橫梁長1為4米，寬為25厘米，高為IO厘米的方鋼管混凝土梁。鋼管壁 厚為1厘米，管內(nèi)澆筑C50混凝土。每個車道布置2個，全橋共用4個。
U型底座2長為4米，寬為28厘米，高為20厘米，U型底座由三塊鋼板焊接 而成。兩塊腹板尺寸相同，長為4米，高為18厘米，厚為1厘米；底板長4米， 寬50厘米，厚1厘米。每個車道布置2個，全橋共用4個。
水泥基壓電傳感器3長IO厘米，寬10厘米，高為IO厘米，每個傳力橫梁下 共設(shè)置兩排水泥基壓電傳感器，每排布置8個水泥基壓電傳感器。全橋共用72個 水泥基壓電傳感器。
固定螺栓4直徑為2.5厘米，每個U型底座需要10個，全橋共用40個。
安裝螺栓5直徑為3.2厘米，每個傳力橫梁需要4個，全橋共用16個。
權(quán)利要求1、一種汽車車速車載測量裝置，包括橋梁主梁(6)和設(shè)置在橋梁主梁(6)上的鋪裝層(7)，其特征在于所述的鋪裝層(7)內(nèi)設(shè)有數(shù)個車載測量裝置，所述的測量裝置由U型底座(2)、傳力橫梁(1)和水泥基壓電傳感器(3)組成；所述的U型底座(2)將傳力橫梁(1)和橋面鋪裝層(7)隔離，所述的水泥基壓電傳感器(3)設(shè)置在U型底座(2)和傳力橫梁(1)之間。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的汽車車速車載測量裝置，其特征在于水泥基壓電傳感器(3)由水泥和壓電材料組成，其中水泥材料和壓電材料的連通維數(shù)為二，水泥基壓 電傳感器間通過外接電路并聯(lián)后再與放大器和采集設(shè)備連接。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的汽車車速車載測量裝置，其特征在于所述的U型底座(2)固定安裝在橋梁主梁(6)的頂面，且U型底梁的高度與鋪裝層厚度相同，長 度為單車道寬度。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的汽車車速車載測量裝置，其特征在丁.所述的傳力橫梁 (1)為矩形鋼管混凝土結(jié)構(gòu)；傳力橫梁(1)的外輪廓寬度與U型底座(2)內(nèi)輪廓寬度相等，且傳力橫梁(1)的上頂面同橋面鋪裝層等高，長度與車道寬度相同傳力 橫梁(1)與U型底座(2)連接，并對水泥基壓電傳感器(3)進行預(yù)壓。
專利摘要本實用新型公開了一種汽車車速車載測量裝置，包括橋梁主梁(6)和設(shè)置在橋梁主梁(6)上的鋪裝層(7)，鋪裝層(7)內(nèi)設(shè)有數(shù)個車載測量裝置，測量裝置由U型底座(2)、傳力橫梁(1)和水泥基壓電傳感器(3)組成；U型底座(2)將傳力橫梁(1)和橋面鋪裝層(7)隔離，水泥基壓電傳感器(3)設(shè)置在U型底座(2)和傳力橫梁(1)之間。水泥基壓電傳感器由水泥和壓電材料組成，本實用新型可以方便地用來測量公路橋梁汽車的車速和車載，進而判斷任意時刻橋梁結(jié)構(gòu)所承受的汽車荷載的數(shù)量及其位置，為橋梁結(jié)構(gòu)的管理提供必要的荷載信息。本儀器具有精度高、耐久性好、造價低、實施簡單、維護方便等優(yōu)點。
文檔編號G01P3/66GK201378172SQ20092010614
公開日2010年1月6日 申請日期2009年3月13日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月13日
發(fā)明者何浩祥, 楊小森, 閆維明, 陳彥江 申請人:北京工業(yè)大學(xué)