УСТРОЙСТВО ВЗВЕШИВАНИЯ ЗАГРУЗКИ АВТОСАМОСВАЛА Российский патент 1995 года по МПК G01G19/12 

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано в автомобилестроении.

До настоящего времени в автотранспорте автомобили не оборудованы автономными устройствами взвешивания груза, из-за чего в народном хозяйстве затруднен точный учет объема перевозимых грузов.

Известно устройство для загрузки автосамосвала, содержащее весовоcпринимающий узел и сумматор, выход которого соединен с входом индикации, отличающееся тем, что, с целью повышения точности, в него введен датчик положения кузова, датчик начала движения, шифратор, пороговый блок, регистратор начальной и фактической загрузки, коммутатор, весовоспринимающий узел выполнен в виде датчика перемещений, который расположен между рамой и задним мостом автосамосвала, причем выход датчика перемещений соединен с входом шифратора, первый выход которого соединен с управляющим входом коммутатора, входы коммутации которого соединены соответственно с выходами датчиков начала движения и положения кузова, первый и второй выходы коммутатора соединены соответственно с первым входом регистраторов фактической и начальной загрузки, вторые входы которых соединены с вторыми выходами шифратора, а выходы регистраторов фактической и начальной загрузки соединены с первым и вторым входами сумматора.

Основным недостатком этого устройства, принятого за прототип, является функциональная сложность, а следовательно, и большая стоимость, вызванная наличием нескольких электромеханических датчиков перемещений, положений и сложной радиоэлектронной схемы с коммутаторами, шифраторами, регистраторами и т.д.

Вторым недостатком является относительно невысокая точность за счет использования электромеханических датчиков положения и перемещения.

Целью изобретения является упрощение и повышение точности устройства для взвешивания.

Для достижения цели предлагается устройство взвешивания загрузки автосамосвала, содержащее датчик перемещений, расположенный между рамой и задним мостом, блок отсчета и индикации, в котором датчик перемещений выполнен в виде отрезка волновода, оба конца которого снабжены короткозамыкателями, один подвижным, а другой неподвижным, которые шарнирно закреплены один на раме, а другой на заднем мосту, причем на расстоянии четверти длины волны от неподвижного короткозамыкателя в волноводе установлен генератор (усилитель) сверхвы- соких частот отражательного типа, катод которого соединен с волноводом, а к аноду подключен блок отсчета и индикации, выполненный из последовательно соединенных фильтра низких частот и частотомера. Генератор СВЧ выполнен на лавинно-пролетном диоде либо диоде Ганна.

В известных технических решениях не обнаружены признаки и свойства, сходные с признаками и свойствами, которыми обладает заявленное устройство, поэтому оно имеет новизну и изобретательский уровень.

На фиг. 1 приведена схема устройства; на фиг. 2 приведены результаты измерений датчика перемещений.

Предлагаемое устройство содержит радиоволновый датчик перемещений, в состав которого входит отрезок волновода 1 длиной l, оба конца которого снабжены короткозамыкателями, один подвижный 2, а другой неподвижный 3. На удалении четверти длины волны λ/4 от неподвижного короткозамыкателя 3 в волноводе установлен генератор 4 (усилитель) сверхвысоких частот (СВЧ) отражательного типа например, на лавинопролетном диоде либо диоде Ганна. (Двойственность записи генератор (усилитель) СВЧ означает, что может быть установлен как генератор, так и усилитель СВЧ отражательного типа, понимая, что генератор это усилитель с обратной связью).

Катод диода генератора СВЧ 4 замкнут на волновод 1, а к аноду подключен блок отсчета и индикации, выполненный из последовательно соединенных фильтра 5 низких частот и частотомера 6.

Конструктивно короткозамыкатели 2 и 3 через шарнирные соединения 7 и 8 соединены с рамой и задним мостом автосамосвала. Генератор (усилитель) СВЧ 4, размещенный в отрезке волновода 1, который представляет собой длинный волноводный резонатор, образует с последним автогенератор с задержанной обратной связью (3ОС). Теория систем с 3ОС показывает, что они обладают многочастотностью ("гребенчатый фильтр"), и автогенераторы на 3ОС способны генерировать на частотах, эквидистантно расположенных через частотные интервалы Ω_x 1/Т_х, где Т_х величина запаздывания волны в резонаторе длиной l_x.

При изменении положения подвижного короткозамыкателя 2 изменяется длина резонатора l_x, а следовательно, и Т_х. Автогенератор с 3ОС на диоде Ганна генерирует периодическую последовательность очень коротких радиоимпульсов с периодом повторения Т_х, соответствующим текущей длине l_x резонатора. Таким образом, измерение Ω_x эквивалентно измерению длины резонатора lx.

Зная длину l_o и частоту Ω_o при пустом кузове и l_x и Ω_x при заполненном кузове самосвала, можно вычислить вес груза. Теоретически величина задержки Т_х в волноводе определяется следующей формулой:
T_x= где U_гр= C групповая скоро- сть волны в волноводе (волна Н₁₀), имеющей ширину стенки а.

Из этого следует, что, зная а, l_o, Т_о и измерив Ω_x, можно вычислить l_x, а также величину
Δ l_x l_o l_x, пропорциональную проседанию рамы при загрузке кузова весом Δ Р_х.

Экспериментально авторами подтверждено, что генерация периодической последовательности радиоимпульсов сопровож- дается детектированием этой последовательности диодом генератора СВЧ 4. Это позволяет относительно просто выделить фильтром 5 низких частот и измерить частотомером 6 частоту Ω_x детектированной низкочастотной видеопоследовательности, а затем пересчетом вычислить Т_х, l_x, Р_х и Δ Р_х.

Указанная последовательность пересчета может быть реализована однократной градуировкой шкалы частотомера 6 непосредственно в значениях веса (кг, т), чему способствует линейная зависимость изменяемой длины l_x от измеряемой частоты Ω_x, полученная в экспериментальных исследованиях авторов (см. фиг. 2). Исходя из этой линейной зависимости, на заводе-изготовителе автомобиля осуществляется калибровка предлагаемого устройства взвешивания эталонным весом Р₁, при котором определяется соответствующее ему значение l₁ и строится зависимость веса от измеряемой частоты. В указанных измерениях точность измерения определяется точностью измерения частоты Ω_x.

При реальных значениях точности измерения частота 10^-3-10^-4 простейших (некварцованных) частотомеров точность измерения веса будет соответствовать указанной величине.

Устройство работает следующим образом.

Допустим, что первоначально кузов автомобиля пустой, а длина резонатора 1 равна l_o. При этой длине диод генератора (усилителя) СВЧ 4 генерирует периодическую последовательность радиоимпульсов периодом Т_о. С анода диода снимается продетектированная видеопоследовательность импульсов периодом Т_о, из которой ФНЧ 5 выделяется первая гармоника этой последовательности Ω₁=Ω_o, а с помощью частотомера 6 измеряется с отмеченной точностью частота Ω_o, после чего пересчетом определяется Т_о и l_o, соответствующие пустому кузову Δ Р_о 0.

При загрузке кузова весом Δ Р_х подвижный короткозамыкатель 2 перемещается по волноводу и тем самым изменяется его длина до l_x, а следовательно, и измеряемая частотомером частота Ω_x, по которой аналогичным пересчетом определяются Т_х, l_х, а следовательно, и Δ Р_х.

Предлагаемое устройство по сравнению с прототипом имеет следующие технико-экономические преимущества: имеет существенно более простую конструкцию, следовательно, меньшую стоимость. Так, в предложении имеется один датчик перемещений с одним активным элементом генератором СВЧ 4, в то время как в прототипе имеются как минимум два менее точных электромеханических датчика положения и перемещения.

В прототипе имеется сложный узел отсчета и индикации, включающий шифраторы, пороговые блоки, регистраторы начальной и фактической загрузки, коммутатор, в то время как подобную функцию в предложении выполняет один простейший частотомер.

Устройство обеспечивает более высокую (на два порядка) точность измерения благодаря использованию более точного радиоволнового датчика перемещений.

В Ростовском НИИ радиосвязи разработано техническое предложение и создан принципиальный макет датчика перемещений с использованием волноводного резонатора длиной l=170 мм и сечением в волноводе 7,2х3,2 мм (диапазон 36,5 ГГц) с диодом Ганна и использованием стандартного частотомера и источника питания.

На указанном макете при длине l=170 мм получена точность измерения перемещения Δ l= 0,2 мм (см. фиг. 2), что соответствует точности от массы взвешивания меньше, чем ± 0,1% или 1 кг, что значительно лучше, чем у прототипа.

Это макетирование показало, что волноводный датчик перемещений предельно прост, дешев и приемлем для решения задачи взвешивания.

Выбор построения частотомера пока окончательно не осуществлен из-за возможного многообразия выбора, от простейшего, когда взвешивается только минимальный вес и когда вместо частотомера возможно установить узкополосный фильтр на поверхностно-акустических волнах (ПАВ) с амплитудным регистратором (лампочкой), до более сложных многоканальных, причем окончательный выбор может быть осуществлен в ходе совместной работы с потребителем, исходя из стоимости и сложности.

Наряду с упомянутым макетом, авторами испытан частотомер на одну частоту, соответствующий максимальной загрузке на ПАВ-фильтре.

Использование: изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано в автостроении и направлено на повышение потребительских характеристик автосамосвалов путем оборудования их автономными взвешивающими устройствами. Сущность изобретения: устройство взвешивания загрузки автосамосвала, содержащее датчик перемещений, расположенный между рамой и задним мостом, блок отсчета и индикации, в котором датчик перемещений выполнен в виде отрезка волновода, оба конца которого снабжены короткозамыкателями, один неподвижным, а другой подвижным, которые шарнирно закреплены, один на раме, другой на заднем мосту, причем на расстоянии четверти длины волны от неподвижного короткозамыкателя в волноводе установлен генератор (усилитель) сверхвысоких частот отражательного типа, а к анодной цепи подключен блок отсчета и индикации, выполненный из последовательно соединенного фильтра низких частот и частотомера. Генератор (усилитель) СВЧ выполнен на лавинопролетном диоде либо диоде Ганна. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. УСТРОЙСТВО ВЗВЕШИВАНИЯ ЗАГРУЗКИ АВТОСАМОСВАЛА, содержащее датчик перемещений, расположенный между рамой и задним мостом, блок отсчета и индикации, отличающееся тем, что датчик перемещений выполнен в виде отрезка волновода, один конец которого снабжен неподвижным короткозамыкателем, а другой подвижным, короткозамыкатели шарнирно закреплены один на раме, а другой на заднем мосту, причем на расстоянии четверти длины волны от неподвижного короткозамыкателя в волноводе установлен генератор сверхвысоких частот отражательного типа, катод которого соединен с волноводом, а к анодной цепи подключен блок отсчета и индикации, выполненный из последовательно соединенных фильтра низких частот и частотомера. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что генератор или усилитель сверхвысоких частот выполнен на лавинопролетном диоде или диоде Ганна.