一種基于電容充放電的動態(tài)稱重方法和系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于電容充放電的動態(tài)稱重方法和系統(tǒng)，該方法包括如下步驟：采集車輛通過壓電傳感器的波形信號；對壓電傳感器采集到的波形信號進(jìn)行信號處理；對處理后的波形信號進(jìn)行特征參數(shù)提取；根據(jù)提取到的特征參數(shù)計算電容放電損失積分和量并根據(jù)得到的電容放電損失積分和量進(jìn)行波形補(bǔ)償；根據(jù)補(bǔ)償后的波形計算車輛重量信息。本發(fā)明通過電容充放電公式的補(bǔ)償，在不增加硬件成本的基礎(chǔ)上，彌補(bǔ)了電荷放大器中的電容通過反饋電阻的放電損失引起的原始信號損失；有效解決了壓電稱重系統(tǒng)的非線性問題，減小了壓電稱重系統(tǒng)的重量損失，改善了稱重控制系統(tǒng)的線性，從而提高了基于壓電效應(yīng)的傳感器系統(tǒng)的稱重精度。
【專利說明】-種基于電容充放電的動態(tài)稱重方法和系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種動態(tài)稱重方法和系統(tǒng)，特別涉及一種基于電容充放電的動態(tài)稱重 方法和系統(tǒng)，屬于車輛稱重【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002] 高速公路車輛超限現(xiàn)象越來越嚴(yán)重。目前，車輛動態(tài)稱重技術(shù)廣泛應(yīng)用于高速預(yù) 檢、交通流量調(diào)查、治理超限超載和計重收費(fèi)系統(tǒng)中，在交通管理、超載治理中起到了重要 的作用。在公路車輛超限預(yù)判、橋梁超限報警和軸載動態(tài)計量中，迫切需要體積小、動態(tài)范 圍廣、靈敏度高、精度高的動態(tài)稱重傳感器和動態(tài)車輛稱重系統(tǒng)。
[0003] 基于壓電效應(yīng)的壓電傳感器廣泛應(yīng)用于高低速稱重領(lǐng)域，其固有的優(yōu)勢在于可稱 量的速度范圍廣，車輛震動小。然而壓電傳感器由于產(chǎn)生的是電荷信號，其信號量極其微 弱，通常需要采用電荷轉(zhuǎn)換放大電路將其電荷信號轉(zhuǎn)換為電壓信號并放大，，從而便于后端 進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。電荷放大電路的弊端在于壓電傳感器受沖擊產(chǎn)生電荷信號給放大電路中的 電容充電的同時，電容上的電荷又通過反饋電阻不斷放電，導(dǎo)致后端接收到的波形信號損 失，最終使稱重的結(jié)果不準(zhǔn)確。在相同速度的情況下，載荷越大的車輛由于其輪胎接地長度 大，作用在壓電傳感器上的時間越長，從而通過反饋電阻放電量越大，導(dǎo)致重量偏輕程度越 大，從而影響了稱重精度。
[0004] 通常情況下，稱量衡器要求稱量重量應(yīng)與載荷的大小呈線性比例關(guān)系。由于上述 電容通過反饋電阻不斷放電，導(dǎo)致載荷越大稱量重量偏輕程度越大，造成了壓電式傳感器 的非線性問題。針對這種電容放電損失導(dǎo)致的傳感器非線性問題，普遍采用的方法就是改 進(jìn)電路設(shè)計，降低電容通過反饋電阻放電損失。然而無論如何改進(jìn)電路設(shè)計，這種信號損失 都會存在，限制了壓電傳感器稱重精度的進(jìn)一步提高，一定程度上也限制了其更好的推廣。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是：提高車輛動態(tài)稱重的精度。
[0006] 為實(shí)現(xiàn)上述的發(fā)明目的，本發(fā)明提供了一種基于電容充放電的動態(tài)稱重方法和系 統(tǒng)。
[0007] -方面本發(fā)明提供一種于電容充放電的動態(tài)稱重方法，包括如下步驟：
[0008] 采集車輛通過壓電傳感器的波形信號；
[0009] 對壓電傳感器采集到的波形信號進(jìn)行信號處理；
[0010] 對處理后的波形信號進(jìn)行特征參數(shù)提??；
[0011] 根據(jù)提取到的特征參數(shù)計算電容放電損失積分和量并進(jìn)行波形補(bǔ)償；
[0012] 根據(jù)補(bǔ)償后的波形計算車輛重量信息。
[0013] 其中較優(yōu)地，所述對壓電傳感器采集到的波形信號進(jìn)行信號處理的步驟具體包 括：
[0014] 壓電傳感器輸出的電荷信號轉(zhuǎn)換成電壓信號；
[0015] 對轉(zhuǎn)換后的電壓信號進(jìn)行濾波處理，濾除電壓信號中的噪聲干擾；
[0016] 對濾波處理后的電壓信號進(jìn)行放大處理；
[0017] 放大后的電壓信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。
[0018] 其中較優(yōu)地，所述特征參數(shù)包括：上稱時刻、下稱時刻、積分和、輪速度。
[0019] 其中較優(yōu)地，其特征在于，所述電容放電損失積分和量是按下式計算的：

【權(quán)利要求】
1. 一種基于電容充放電的動態(tài)稱重方法，其特征在于，包括如下步驟： 采集車輛通過壓電傳感器的波形信號； 對壓電傳感器采集到的波形信號進(jìn)行信號處理； 對處理后的波形信號進(jìn)行特征參數(shù)提??； 根據(jù)提取到的特征參數(shù)計算電容放電損失積分和量并進(jìn)行波形補(bǔ)償； 根據(jù)補(bǔ)償后的波形計算車輛重量信息。
2. 如權(quán)利要求1所述的動態(tài)稱重方法，其特征在于，所述對壓電傳感器采集到的波形 信號進(jìn)行信號處理的步驟具體包括： 壓電傳感器輸出的電荷信號轉(zhuǎn)換成電壓信號； 對轉(zhuǎn)換后的電壓信號進(jìn)行濾波處理，濾除電壓信號中的噪聲干擾； 對濾波處理后的電壓信號進(jìn)行放大處理； 放大后的電壓信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。
3. 如權(quán)利要求1所述的動態(tài)稱重方法，其特征在于，所述特征參數(shù)包括：上稱時刻、下 稱時刻、積分和、輪速度。
4. 如權(quán)利要求1所述的動態(tài)稱重方法，其特征在于，所述電容放電損失積分和量是按 下式計算的：
其中，
Z表示電容放電損失積分和量，w表示采集波形的頻率，R表示反饋電阻阻值，C表示 電容容值，T表示上稱時刻至下稱時刻間的波形寬度，A表示波形幅值，K表示電路常系數(shù)。
5. 如權(quán)利要求1所述的動態(tài)稱重方法，其特征在于，所述車輛重量信息是按下式計算 的： G=K:X(sum+Z)Xspeed 其中，G表示計算所得重量，&表示等效系數(shù)，sum表示車輛上稱時刻點(diǎn)、下稱時刻點(diǎn)選 取的波形的積分和，speed表不輪速度，Z表不電容放電損失積分和量。
6. -種基于電容充放電的動態(tài)稱重系統(tǒng)，其特征在于，應(yīng)用權(quán)利要求1-5任意一項所 述的方法，包括： 信號獲取模塊、信號處理模塊，特征參數(shù)提取模塊、電容放電損失補(bǔ)償模塊和車輛重量 計算模塊； 所述信號獲取模塊采集車輛通過信號獲取模塊時的波形信號并轉(zhuǎn)換成電荷信號輸出 至所述信號處理模塊；所述信號處理模塊對電荷信號處理并轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號傳輸至所述特 征參數(shù)提取模塊；所述特征參數(shù)提取模塊提取數(shù)字信號中相應(yīng)的特征參數(shù)；所述電容放電 損失補(bǔ)償模塊根據(jù)特征參數(shù)計算電容放電損失積分和量并對原始波形信號進(jìn)行補(bǔ)償，所述 車輛重量計算模塊根據(jù)補(bǔ)償后的波形信號計算車輛的重量信息。
7. 如權(quán)利要求6所述的動態(tài)稱重系統(tǒng)，其特征在于，所述信號獲取模塊是兩條或者兩 條以上的基于壓電效應(yīng)的傳感器陣列排列。
8. 如權(quán)利要求6所述的動態(tài)稱重系統(tǒng)，其特征在于，所述信號獲取處理模塊包括依序 連接的電荷轉(zhuǎn)換單元、信號濾波單元、信號放大單元、信號A/D轉(zhuǎn)換單元； 所述電荷轉(zhuǎn)換單元將壓電傳感器輸出的電荷信號轉(zhuǎn)換成電壓信號傳輸至所述信號濾 波單元，所述信號濾波單元對轉(zhuǎn)換后的電壓信號濾波處理，濾除電壓信號中的噪聲干擾并 傳輸至所述信號放大單元，所述信號放大單元對濾波處理后的電壓信號放大處理后傳輸至 所述信號A/D轉(zhuǎn)換單元；所述信號A/D轉(zhuǎn)換單元將放大后的電壓信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。
9. 如權(quán)利要求6-8任意一項所述的動態(tài)稱重系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括： 車輛分離檢測模塊，用于提取車輛的收尾信號并根據(jù)收尾信號上傳車輛信息。
10. 如權(quán)利要求9所述的動態(tài)稱重系統(tǒng)，其特征在于，所述車輛分離檢測模塊是地感線 圈、光柵、激光中的任意一種。
【文檔編號】G01G19/03GK104406670SQ201410699790
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2014年11月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月27日
【發(fā)明者】方睿, 陳忠元, 羅國春, 周行, 王平, 陳琦 申請人:北京萬集科技股份有限公司