本發(fā)明涉及一種檢測系統(tǒng)及其檢測方法，具體地，涉及一種車載無線無源稱重檢測系統(tǒng)及其檢測方法。
背景技術(shù)：
一直以來，超載車輛都是交通安全和橋梁維護(hù)的嚴(yán)重威脅，由于超載車輛碾壓，路面極易出現(xiàn)龜裂、坑槽、沉陷、翻漿、車轍、橋梁鋪裝破碎、板體斷裂等病害，每年都要投入巨額資金進(jìn)行維修，不僅是路政建設(shè)的極大負(fù)擔(dān)，還造成了極大的交通安全隱患。重量測量和稱重監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)用于現(xiàn)代社會生產(chǎn)生活的方方面面，尤其是在交通運(yùn)輸、工業(yè)生產(chǎn)線、倉儲物流等領(lǐng)域有著不可替代的地位，在控制車輛超載、物流管理、工業(yè)生產(chǎn)線自動化運(yùn)行過程中發(fā)揮了極其重要的作用。
目前，大多數(shù)車輛載重檢測都是通過設(shè)立專門的稱重站卡，采用靜態(tài)汽車衡或動態(tài)汽車衡進(jìn)行稱重，實現(xiàn)車輛重量檢測。實際應(yīng)用經(jīng)驗表明此類有線稱重監(jiān)測系統(tǒng)存在以下問題：
一、稱重儀表與計算機(jī)及其他附件之間的連接需要布線，布線的隱蔽性和維護(hù)方便性之間難以取舍，且線纜暴露在環(huán)境中存在受日曬、車輛碾壓等風(fēng)險，容易老化損壞，造成使用成本高昂。
二、各種接口對線纜長度、傳輸性能及負(fù)載數(shù)量都有嚴(yán)格要求。在惡劣的電氣、電磁等環(huán)境中，布線較長時則容易受到外界干擾，影響系統(tǒng)的精度和可靠性。
三、設(shè)立專門站卡對車輛進(jìn)行稱重檢測需要車輛停車或減速，會造成道路通行效率降低，易造成交通擁堵。同時也需要專人看守、操作，消耗更多人力，導(dǎo)致檢測覆蓋的時間、空間受限，不能實現(xiàn)全天候全路段的實時監(jiān)控。
相較于有線傳輸系統(tǒng)，采用無線傳輸?shù)南到y(tǒng)在長距離、多負(fù)載、環(huán)境惡劣的情況下有著安裝布置靈活、更換維護(hù)方便、易于擴(kuò)展等優(yōu)勢?，F(xiàn)有的無線稱重檢測系統(tǒng)均是通過常規(guī)的測量方案結(jié)合無線數(shù)傳模塊實現(xiàn)的，這種方案也存在著如下問題：
十一、沒有線纜連接導(dǎo)致其供電必須依靠電池實現(xiàn)，稱重設(shè)備的連續(xù)工作時間受到了電池電量的限制，當(dāng)電池電量過低時就必須中止工作，更換電池或者進(jìn)行充電，操作過程較為繁瑣，而且頻繁的更換電池和充放電操作也降低了設(shè)備的可靠性。
十二、由于稱重設(shè)備內(nèi)部有電池設(shè)計，設(shè)備封裝需要具有優(yōu)良的防水、防塵設(shè)計，造成設(shè)備成本很高。同樣由于電池性能受溫度影響較大，設(shè)備對工作場合的環(huán)境溫度要求較高，在極端環(huán)境下甚至可能無法正常工作。
十三、同樣由于常用的無線數(shù)傳模塊通信質(zhì)量容易受到其他無線信號影響，系統(tǒng)可靠性不高。
無源無線saw(surfaceacousticwave，表面波)傳感器具有諸多優(yōu)良特性：無線、純無源性(不需要供電)、抗干擾能力強(qiáng)、耐用性高、能忍受惡劣的環(huán)境(-200～1000℃)。因此，saw壓力傳感器在惡劣環(huán)境的傳感領(lǐng)域有較為廣泛的應(yīng)用。
saw壓力傳感器的壓電基片受到外力作用，產(chǎn)生的應(yīng)變會導(dǎo)致saw壓力傳感器的諧振頻率發(fā)生變化，測量其諧振頻率的變化即可測得saw壓力傳感器所受外力大小。通過無線稱重模塊的應(yīng)變結(jié)構(gòu)上安裝無線無源saw壓力傳感器，通過射頻信號查詢saw壓力傳感器所處的應(yīng)變結(jié)構(gòu)壓力信息，即可實時測出稱重模塊的受力情況。
相較于其他有線稱重檢測系統(tǒng)，基于無線saw壓力傳感器實現(xiàn)的稱重系統(tǒng)具有更高的靈活性和可靠性，更容易實現(xiàn)模塊化；且saw壓力傳感器結(jié)構(gòu)更為簡單，其維護(hù)成本也更為低廉；同樣地，相比于傳統(tǒng)基于數(shù)傳方案的無線稱重檢測系統(tǒng)，無線saw壓力傳感器具有純無源、無需電池供電等優(yōu)良特性，使其安裝后可以長時間使用免維護(hù)，維護(hù)成本更低，對惡劣環(huán)境的耐受能力也更強(qiáng)，系統(tǒng)可靠性更高。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
針對現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種車載無線無源稱重檢測系統(tǒng)及其檢測方法，其可兼具多普勒測速功能，同時還具有結(jié)構(gòu)簡單、監(jiān)控裝置安裝布置靈活性高、不影響道路正常通行、惡劣環(huán)境耐受能力強(qiáng)等特點，車輛可以保持高速通過監(jiān)測點，從根本上解決了現(xiàn)有超載檢測系統(tǒng)存在的諸多的問題。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種車載無線無源稱重檢測系統(tǒng)，其特征在于，包括：
車載無線無源聲表面波稱重模塊，包含單個或多個無線無源的saw壓力傳感器，安裝于車輛承載結(jié)構(gòu)的承載結(jié)構(gòu)內(nèi)，測量車輛載荷重量，接收由射頻天線模塊發(fā)出的查詢射頻信號，并將含有載重、車輛編碼等信息的射頻信號反射回射頻天線模塊，完成對車輛的編碼和載重的測量；
射頻天線模塊，安裝于道路旁或道路上方的架桿上，便于查詢所有通行車輛的壓力傳感器的信息，與傳感器閱讀模塊連接，發(fā)射由傳感器閱讀模塊產(chǎn)生的saw壓力傳感器查詢射頻信號，接收車輛上saw壓力傳感器反射回來的射頻信號；
傳感器閱讀模塊，安裝于道路旁或道路上方的機(jī)柜內(nèi)，與射頻天線模塊、控制模塊連接，在控制模塊的控制下，完成saw壓力傳感器查詢信號的產(chǎn)生、saw壓力傳感器信號接收處理、saw壓力傳感器信息提取的功能；
控制模塊，安裝于道路旁或道路上方的機(jī)柜內(nèi)，與傳感器閱讀模塊和通信模塊連接，存儲有控制程序，從傳感器閱讀模塊獲取傳感器的信息，完成傳感器信息處理、重量計算、超載判決與記錄、多普勒測速功能，并通過通信模塊完成數(shù)據(jù)收發(fā)、遠(yuǎn)程控制監(jiān)測功能；
通信模塊，安裝于道路旁或道路上方的機(jī)柜內(nèi)，通過網(wǎng)絡(luò)與遠(yuǎn)程控制中心、所述控制模塊連接，完成所述控制模塊與遠(yuǎn)程控制網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)交換的功能；
電源模塊，安裝于道路旁或道路上方的機(jī)柜內(nèi)，為射頻天線模塊、傳感器閱讀模塊、控制模塊、通信模塊、遠(yuǎn)程控制中心供電的設(shè)備；
遠(yuǎn)程控制中心，通過網(wǎng)絡(luò)及通信模塊與所述控制模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的設(shè)施，具備狀態(tài)監(jiān)視、應(yīng)急處置、遠(yuǎn)程控制的功能。
優(yōu)選地，所述saw壓力傳感器安裝于車載無線無源聲表面波稱重模塊的至少一個受力應(yīng)變結(jié)構(gòu)內(nèi)。
優(yōu)選地，所述車載無線無源聲表面波稱重模塊的受力應(yīng)變結(jié)構(gòu)采用受壓式稱重結(jié)構(gòu)或采用受拉式稱重結(jié)構(gòu)。
優(yōu)選地，所述saw壓力傳感器既可通過單個稱重模塊完成重量的測量，也可依據(jù)車輛車型特征，通過多個車載無線無源聲表面波稱重模塊以陣列的形式安裝，共同完成重量的稱量，以適配不同尺寸、不同車型的載重稱量。
優(yōu)選地，所述控制模塊從傳感器閱讀模塊得到傳感器信息，測得車載無線無源聲表面波稱重模塊的受力情況，計算得到車輛的載荷重量和車輛的實際重量，并判定車輛是否超載，同時通過通信模塊與遠(yuǎn)程控制中心實時數(shù)據(jù)交換。
優(yōu)選地，所述電源模塊包括將市電轉(zhuǎn)換為直流電的交直流變換模塊、直流電源穩(wěn)壓模塊、ups備用電源模塊。
優(yōu)選地，所述saw壓力傳感器具備編碼性能，反射的射頻信號攜帶編碼信息。
優(yōu)選地，所述saw壓力傳感器采用貼片方式貼于車載無線無源聲表面波稱重模塊的至少一個受力應(yīng)變結(jié)構(gòu)內(nèi)，作為車輛上的稱重模塊，可直接測量應(yīng)變結(jié)構(gòu)受力應(yīng)變情況。
優(yōu)選地，所述saw壓力傳感器是免維護(hù)的純無源無線傳感器。
本發(fā)明還提供一種車載無線無源稱重檢測系統(tǒng)的檢測方法，其特征在于，包括以下步驟：在控制模塊的控制下，傳感器閱讀模塊定時產(chǎn)生saw壓力傳感器查詢信號，查詢信號通過射頻天線模塊發(fā)射出去，saw壓力傳感器受激勵后反射回相應(yīng)的射頻信號，經(jīng)過傳感器閱讀模塊的接收、解調(diào)、處理后，提取出通過車輛的載重、編碼以及車速信息，控制模塊根據(jù)測得的載重信息和車速信息，判決車輛超載、超速情況，記錄并上報至遠(yuǎn)程控制中心。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的有益效果：一，使用saw壓力傳感器進(jìn)行車輛稱重檢測，稱重結(jié)構(gòu)易于模塊化，且能耐受極端惡劣環(huán)境，純無源傳感器無需電池供電，安裝后免維護(hù)，降低了維護(hù)成本。多個saw壓力傳感器還能組成傳感器陣列，可以實現(xiàn)更靈活的配置，進(jìn)而能夠應(yīng)對各種車型以及各種應(yīng)用場合，進(jìn)一步降低了設(shè)計和應(yīng)用成本。二，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，可靠性高。所述一種新型無線超載檢測系統(tǒng)無復(fù)雜布線結(jié)構(gòu)，能夠有效避免長距離線纜帶來的干擾，實現(xiàn)更為靈活的系統(tǒng)安裝設(shè)置。同時也能避免傳統(tǒng)無線數(shù)傳方案中由電池帶來的受環(huán)境影響大，應(yīng)用續(xù)航短等問題。三，抗干擾性強(qiáng)，適用范圍廣。所述系統(tǒng)(裝置)的傳感器元件封閉在稱重模塊內(nèi)部，由于無線聲表面波傳感器的優(yōu)良特性在高低溫環(huán)境下均可正常工作，測得數(shù)據(jù)可靠性高，能夠直接應(yīng)用于多種環(huán)境惡劣的特殊場合。四，狀態(tài)監(jiān)控遠(yuǎn)程化，智能化。監(jiān)測數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)實時傳輸給遠(yuǎn)程監(jiān)控中心，遠(yuǎn)程控制信號也可通過網(wǎng)絡(luò)傳輸給受控設(shè)備。五，車輛無需停車或減速即可完成測量，車輛可以高速通過檢測而不影響檢測結(jié)果，不影響道路通行。六，同時兼具多普勒測速功能，可以與電子警察等設(shè)備一樣靈活安裝，監(jiān)測覆蓋時間、空間范圍廣，可實現(xiàn)全路網(wǎng)的全天候?qū)崟r監(jiān)控。
附圖說明
通過閱讀參照以下附圖對非限制性實施例所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點將會變得更明顯：
圖1為本發(fā)明車載無線無源稱重檢測系統(tǒng)的原理框圖。
具體實施方式
下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。以下實施例將有助于本領(lǐng)域的技術(shù)人員進(jìn)一步理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)指出的是，對本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)。這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
如圖1所示，本發(fā)明車載無線無源稱重檢測系統(tǒng)包括以下模塊：
車載無線無源聲表面波(surfaceacousticwave,saw)稱重模塊，包含單個或多個無線無源的saw壓力傳感器，安裝于車輛承載結(jié)構(gòu)的承載結(jié)構(gòu)內(nèi)，測量車輛載荷重量，接收由射頻天線模塊發(fā)出的查詢射頻信號，并將含有載重、車輛編碼等信息的射頻信號反射回射頻天線模塊，完成對車輛的編碼和載重的測量；
射頻天線模塊，安裝于道路旁或道路上方的架桿上，便于查詢所有通行車輛的壓力傳感器的信息，與傳感器閱讀模塊連接，發(fā)射由傳感器閱讀模塊產(chǎn)生的saw壓力傳感器查詢射頻信號，接收車輛上saw壓力傳感器反射回來的射頻信號；
傳感器閱讀模塊，安裝于道路旁或道路上方的機(jī)柜內(nèi)，與射頻天線模塊、控制模塊連接，在控制模塊的控制下，完成saw壓力傳感器查詢信號的產(chǎn)生、saw壓力傳感器信號接收處理、saw壓力傳感器信息提取的功能；
控制模塊，安裝于道路旁或道路上方的機(jī)柜內(nèi)，與傳感器閱讀模塊和通信模塊連接，存儲有控制程序，從傳感器閱讀模塊獲取傳感器的信息，完成傳感器信息處理、重量計算、超載判決與記錄、多普勒測速功能，并通過通信模塊完成數(shù)據(jù)收發(fā)、遠(yuǎn)程控制監(jiān)測功能；
通信模塊，安裝于道路旁或道路上方的機(jī)柜內(nèi)，通過網(wǎng)絡(luò)與遠(yuǎn)程控制中心、所述控制模塊連接，完成所述控制模塊與遠(yuǎn)程控制網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)交換的功能；
電源模塊，安裝于道路旁或道路上方的機(jī)柜內(nèi)，為系統(tǒng)內(nèi)各有源模塊(除車載無線無源聲表面波稱重模塊)供電的設(shè)備；
遠(yuǎn)程控制中心，通過網(wǎng)絡(luò)及通信模塊與所述控制模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的設(shè)施，具備狀態(tài)監(jiān)視、應(yīng)急處置、遠(yuǎn)程控制的功能。
車載無線無源聲表面波(surfaceacousticwave,saw)稱重模塊是基于saw壓力傳感器實現(xiàn)的，具有免維護(hù)、純無源無線的特點。所述saw壓力傳感器安裝于車載無線無源聲表面波稱重模塊的至少一個受力應(yīng)變結(jié)構(gòu)內(nèi)。車載無線無源聲表面波稱重模塊安裝于車輛的承載結(jié)構(gòu)上，對車輛載重變化敏感，可在車輛高速運(yùn)行時實現(xiàn)車輛載重稱量。
車載無線無源聲表面波稱重模塊的受力應(yīng)變結(jié)構(gòu)包括多種形式，根據(jù)量程、靈敏度等需求進(jìn)行選擇，既可采用受壓式稱重結(jié)構(gòu)(如橋式、懸臂梁式、柱式等)，也可采用受拉式稱重結(jié)構(gòu)。
saw壓力傳感器既可通過單個稱重模塊完成重量的測量，也可依據(jù)車輛車型特征，通過多個車載無線無源聲表面波稱重模塊以陣列的形式安裝，共同完成重量的稱量，以適配不同尺寸、不同車型的載重稱量。
射頻天線模塊以合適的角度安裝于便于維護(hù)管理的合適位置，也可根據(jù)需要設(shè)計成可移動式小型天線便于系統(tǒng)靈活設(shè)置，其發(fā)射的射頻信號能覆蓋所有通行車輛。
傳感器閱讀模塊在控制模塊的控制下合成無線saw壓力傳感器查詢信號，接收并處理無線聲表面波傳感器反射信號，提取saw壓力傳感器的信息。
控制模塊從傳感器閱讀模塊得到傳感器信息，測得車載無線無源聲表面波稱重模塊的受力情況，計算得到車輛的載荷重量和車輛的實際重量，并判定車輛是否超載，同時通過通信模塊與遠(yuǎn)程控制中心實時數(shù)據(jù)交換。
電源模塊包括將市電轉(zhuǎn)換為直流電的交直流變換模塊、直流電源穩(wěn)壓模塊、ups備用電源模塊，這樣保證實時供電。
車載無線無源聲表面波稱重模塊是純無源設(shè)備，不需外接電源供電。
車載無線無源聲表面波稱重模塊是安裝于待測車輛上的，隨車輛移動，其余設(shè)備(模塊)可以采用道路架桿的方式安裝，對通行車輛實行定點監(jiān)測，也可作為手持式或車載式方式進(jìn)行安裝，實現(xiàn)流動監(jiān)測；
系統(tǒng)根據(jù)saw壓力傳感器反射回波信號的多普勒效應(yīng)，可在完成載重檢測的同時，對經(jīng)過車輛實現(xiàn)測速功能。
saw壓力傳感器可以具備編碼性能，反射的射頻信號攜帶編碼信息，這樣提高安全性。所述saw壓力傳感器工作在ism頻段，有433mhz、915mhz兩個頻段可選。saw壓力傳感器采用貼片方式貼于車載無線無源聲表面波稱重模塊的至少一個受力應(yīng)變結(jié)構(gòu)內(nèi)，作為車輛上的稱重模塊，可直接測量應(yīng)變結(jié)構(gòu)受力應(yīng)變情況。saw壓力傳感器是免維護(hù)的純無源無線傳感器，這樣不需要電源模塊進(jìn)行供電。
電源模塊將220v市電轉(zhuǎn)換為直流電，通過直流穩(wěn)壓電源后給各個模塊供電；發(fā)生斷電時，將自動啟用ups備用電源，維持系統(tǒng)正常工作。
控制模塊用于從傳感器閱讀模塊獲得相應(yīng)車載稱重模塊的受力信息和回波信號的多普勒信息，進(jìn)而計算出相應(yīng)車輛的載重信息和車速信息。
本發(fā)明車載無線無源稱重檢測系統(tǒng)的檢測方法包括以下步驟：在控制模塊的控制下，傳感器閱讀模塊定時產(chǎn)生saw壓力傳感器查詢信號，查詢信號通過射頻天線模塊發(fā)射出去，saw壓力傳感器受激勵后反射回相應(yīng)的射頻信號，經(jīng)過傳感器閱讀模塊的接收、解調(diào)、處理后，提取出通過車輛的載重、編碼以及車速信息，控制模塊根據(jù)測得的載重信息和車速信息，判決車輛超載、超速情況，記錄并上報至遠(yuǎn)程控制中心。
以上對本發(fā)明的具體實施例進(jìn)行了描述。需要理解的是，本發(fā)明并不局限于上述特定實施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在權(quán)利要求的范圍內(nèi)做出各種變形或修改，這并不影響本發(fā)明的實質(zhì)內(nèi)容。