WIM-ДАТЧИК, ИМЕЮЩИЙ УЗЕЛ ДАТЧИКА Российский патент 2021 года по МПК G01G19/02 

Область техники

Изобретение касается WIM-датчика (Weight-in-Motion, англ. взвешивание в движении) для измерения нагрузки колес транспортных средств на дороге при переезде; причем этот WIM-датчик имеет выполненный длинным по продольной оси полый профиль, имеющий внутреннее пространство, и это внутреннее пространство имеет первую и вторую внутреннюю прижимную поверхность, и эти прижимные поверхности расположены друг напротив друга и с обеих сторон соединены друг с другом изогнутыми, предварительно натянутыми краями профиля; при этом во внутреннем пространстве вдоль продольной оси расположено множество пьезоэлектрических измерительных элементов, имеющих каждый первые и вторые поверхности восприятия нагрузки, и эти поверхности восприятия нагрузки обращены к первым или, соответственно, вторым прижимным поверхностям; при этом каждый из измерительных элементов расположен между двумя воспринимающими элементами, и эти два воспринимающих элемента через прижимные поверхности передают предварительный натяг на измерительные элементы; и при этом все первые поверхности восприятия нагрузки измерительных элементов электрически соединены друг с другом электродом и электрически изолированы от первой прижимной поверхности.

Уровень техники

Такие WIM-датчики встраиваются в дороги так, чтобы они пересекали колею по меньшей мере одного колеса, а предпочтительно всю колею дорожных транспортных средств. Известны также более длинные WIM-датчики до 4 м. WIM-датчики способны определять динамические нагрузки переезжающих их колес, которые действуют на WIM-датчик или WIM-датчики при переезде, так что в итоге можно делать заключение о динамической общей нагрузке транспортного средства, во всяком случае, вместе с прицепом, которая действует на WIM-датчик или WIM-датчики при переезде.

Существуют разные модели WIM-датчиков, которые основываются на различных принципах измерения. Для настоящего изобретения имеют значение WIM-датчики вышеописанного рода.

Первый пример такого WIM-датчика описан в US5265481A. Во внутреннем пространстве полого профиля друг над другом расположены по два пьезоэлектрических измерительных элемента. Между ними находится электрод, который соединяет друг с другом все такие пары измерительных элементов и в конце полого профиля электрически соединен со штекером или выходным проводом. С обеих сторон, т.е. выше и ниже измерительных элементов, расположены накладные элементы. Они служат для того, чтобы измерительные элементы ровно лежали между прижимными поверхностями во внутреннем пространстве. Прижимные поверхности с обеих сторон соединены друг с другом по краю профиля и служат для равномерного предварительного натяга измерительных элементов, при этом край профиля находится под натягом.

Для точного измерения важно, чтобы предварительный натяг по всей длине WIM-датчика был равномерно сильным. Чтобы это условие выполнялось, сначала полый профиль должен быть по всей длине выполнен равномерным в отношении толщины стенки краев профиля, расстояния прижимных поверхностей друг до друга и ровности прижимных поверхностей. Кроме того, также весь узел датчика, который вдвигается в полый профиль, у всех измерительных элементов должен иметь одни и те же толщины. Это касается, помимо самих измерительных элементов, в частности накладных элементов и электрода. В US5265481A каждая пара измерительных элементов имеет собственную пару накладных элементов. Сборка такой системы относительно затруднительна, потому что все компоненты узла датчика должны быть точно ориентированы друг относительно друга, а также не могут больше смещаться, пока узел датчика полностью не будет вставлен в зажатый полый профиль.

Дополнительная трудность касается применения стальных электродов, которые были прокатаны для соблюдения допуска толщины. При прокатке полоса временно приобретает дугообразную форму, которая извивается по всей длине полосы. Хотя при этом и соблюдаются допуски толщины и ширины, однако боковые смещения могут варьироваться в пределах, легко превышающих 2 мм на метр. Это приводит к большому браку, так как могут применяться только отрезки полосы, которые проходят прямо, так как иначе могут возникать боковые короткие замыкания.

Из WO2013104080A1 известен WIM-датчик, имеющий тот же самый принцип измерения. Документ решает задачу экономичного изготовления узла датчика с требуемыми допусками. Это достигается с помощью длинных воспринимающих элементов, которые на своих торцевых сторонах соединяются друг с другом соединениями с геометрическим замыканием. Так, с одной стороны, могут применяться воспринимающие элементы, которые значительно короче, чем общая длина WIM-датчика, а с другой стороны, весь узел датчика благодаря соединениям с геометрическим замыканием может просто вдеваться в полый профиль. Точное соблюдение размеров у коротких воспринимающих элементах значительно проще, чем у очень длинных. Так как этот узел датчика в противоположность узлу из US5265481A имеет не по паре измерительных элементов, а только по одному измерительному элемент в одном месте измерения, электрод, который соединяет друг с другом все измерительные элементы, покрыт изоляцией.

Наконец, из EP0654654A1 известен WIM-датчик вышеописанного рода, имеющий изолирующую пластину, на которой лежат два, расположенных рядом друг с другом или друг над другом измерительных элемента разного типа. Эта изолирующая пластина частично снабжена проводящими дорожками.

Преимущество, когда изоляция и проводящий слой электрода объединяются в один единственный конструктивный элемент, заключается в том, что они не могут больше смещаться друг относительно друга.

Изложение изобретения

Задачей настоящего изобретения является описать вышеописанный WIM-датчик, который обладает более высокой точностью. Кроме того, WIM-датчик должен удешевляться в изготовлении и упрощаться в сборке.

Задача решается с помощью признаков первого пункта формулы изобретения. В соответствии с изобретением электрод выполнен в виде длинной, полосообразной изолирующей пленки, имеющей нанесенный с одной стороны электропроводящий слой; при этом электрод расположен во внутреннем пространстве между измерительными элементами и первой прижимной поверхностью; и при этом электропроводящий слой направлен к измерительным элементам.

В соответствии с идеей изобретения весь допуск толщины компонентов уменьшается за счет того, что изоляция вместе с электродом выполнена в виде одного единственного конструктивного элемента, в частности в виде изолирующей пленки, имеющей проводящий слой. Так как допуски толщины полимерных материалов составляют, как правило, примерно 10% всей толщины, этот допуск может в сильной степени уменьшаться, когда изоляция выполнена не в виде пластины, а в виде пленки. Если, к тому же, как предусмотрено в предлагаемом изобретением устройстве, электрод в виде электропроводящего слоя нанесен на изолирующую пленку, за счет этого допуск может дополнительно уменьшаться, так как вместо двух конструктивных элементов, а именно, одной изоляции и одного электрода, встраивается только лишь один конструктивный элемент. Так как каждый конструктивный элемент в направлении силового потока на двух своих сторонах имеет определенную неровность, и все неровности вместе уменьшают точность соблюдения размеров толщины всей конструкции, требуемая толщина может лучше соблюдаться при уменьшении количества конструктивных элементов.

Соответственно, улучшение достигается, с одной стороны, за счет уменьшения общей толщины конструктивных элементов, в частности полимерной изоляции, а с другой стороны, за счет уменьшения количества конструктивных элементов. Электропроводящий слой наносится на изолирующую пленку неразъемно, он выполняет техническую функцию электрода. В результате вместо электрода указывается также изолирующая пленка, потому что в соответствии с изобретением на нее в виде слоя нанесен электрод.

В качестве пьезоэлектрических измерительных элементов применяются предпочтительно монокристаллы, в частности из кварца, для получения точных результатов измерения.

Краткое описание чертежей

Ниже изобретение поясняется подробнее с использованием чертежей. Показано:

фиг.1: схематичное изображение дороги, имеющей встроенный в ней WIM-датчик, через который переезжает транспортное средство;

фиг.2: схематичное изображение встроенного в дорогу WIM-датчика по уровню техники в поперечном сечении;

фиг.3: схематичное изображение WIM-датчика с его узлом датчика (a) по уровню техники и (b) в варианте осуществления, предлагаемом изобретением, соответственно в поперечном сечении;

фиг.4: схематичное изображение предлагаемого изобретением узла датчика в поперечном сечении с прилегающими прижимными поверхностями;

фиг.5: схематичное изображение фрагмента краевой области предлагаемого изобретением WIM-датчика в продольном сечении;

фиг.6a: схематичное изображение изолирующей пленки по одному из вариантов осуществления изобретения в поперечном сечении;

фиг.6b: изолирующая пленка в соответствии с фиг.6a в альтернативном варианте осуществления;

фиг.7a: схематичное изображение клетки, которая удерживает в сборе узел датчика, в соответствии с сечением A-A с фиг.5;

фиг.7b: схематичное изображение клетки с фиг.7a в сечении B-B.

Варианты осуществления изобретения

На фиг.1 показана дорога 3, на которой транспортное средство 2 в направлении стрелки пересекает встроенный в дорогу 3 WIM-датчик 1, имеющий продольную ось 4. WIM-датчик 1, имеющий ширину примерно 5 см, уже, чем поверхность контакта колеса транспортного средства 2, его длина распространяется, как правило, по всей колее транспортного средства 2, как изображено на фиг.1, по всей дороге 3. Он измеряет динамические нагрузки, которые действуют на дорогу 3 при его переезде транспортным средством 2.

На фиг.2 в схематичном изображении в поперечном сечении показан WIM-датчик 1 по уровню техники, который встроен в дорогу 3. Он выполнен длинным, при этом его продольная ось 4 проходит перпендикулярно плоскости бумаги. WIM-датчик 1 включает в себя полый профиль 5, имеющий внутреннее пространство 6, в середине которого расположен узел 14 датчика. Полый профиль 5 с узлом 14 датчика изображен также на фиг.3a и при этом подписан. В этом варианте осуществления полый профиль 5 включает в себя два фланца 10 для ввода нагрузки, которые фокусированным образом направляют возникающую нагрузку от колес через узел 14 датчика. Фланцы 10 для ввода нагрузки называются также фланцами 10 для вывода нагрузки. На поверхности верхнего фланца 10 для ввода нагрузки нанесена масса, как правило, заливочная масса 11, которая с обеих сторон окружена мягкой компенсационной стенкой 12. Аналогичной заливочной массой 11 залит также канал в дороге 3, в который вложен WIM-датчик 1. Кроме того, область, которая непосредственно окружает полый профиль 5, окружена мягким наполнителем 13, который препятствует возникновению сил, действующих сбоку на полый профиль 5.

Вертикальные стрелки описывают силовой поток от колеса, которое пересекает WIM-датчик 1 на дороге 3. Они проходят сфокусированным образом через узел 14 датчика и снова выходят на опорной поверхности нижнего фланца для вывода нагрузки. Боковые стрелки изображают боковые силы, которые воздействуют на WIM-датчик 1. Они воспринимаются наполнителем 13, а также мягкими компенсационными стенками 12.

На фиг.3a показано схематичное изображение WIM-датчика 1 с его узлом 14 датчика в поперечном сечении с тем же самым полым профилем 5. Он имеет внутреннее пространство 6, которое, в свою очередь, имеет первую и вторую внутреннюю прижимную поверхность 7, 8, расположенные друг напротив друга. Они соединены друг с другом с обеих сторон изогнутыми, предварительно натянутыми краями 9 профиля.

Во внутреннем пространстве 6 между этими двумя прижимными поверхностями 7, 8 расположен узел 14 датчика. Он включает в себя множество пьезоэлектрических измерительных элементов 15, которые расположены по продольной оси. Они имеют каждый первые и вторые поверхности 16, 17 восприятия нагрузки, которыми они обращены к первым или, соответственно, вторым прижимным поверхностям 7, 8, при этом каждый из измерительных элементов 15 расположен между двумя воспринимающими элементами 18, которые с помощью прижимных поверхностей 7, 8 передают предварительный натяг на измерительные элементы 15. Все первые поверхности 16 восприятия нагрузки измерительных элементов расположены, будучи, с одной стороны, электрически соединены друг с другом электродом 19, а с другой стороны, электрически изолированы от первой прижимной поверхности 7. В качестве пьезоэлектрических измерительных элементов 15 предпочтительны монокристаллы, в частности кварцы.

Предлагаемый изобретением вариант осуществления в соответствии с фиг.3b и 4-7 по принципиальной конструкции соответствует вариантам осуществления в соответствии с фиг.1-3. Предлагаемый изобретением WIM-датчик 1 имеет предпочтительно общую длину от 0,5 м до 4 м.

На фиг.3a изображен один из вариантов осуществления по уровню техники. Он имеет изоляционную пластину 20, а также электрод 19, которые выполнены в виде двух конструктивных элементов, и которые по уровню техники расположены, примыкая к измерительным элементам 15. Известны также определенные варианты WIM-датчиков, узел датчика которых слегка отличается от варианта в соответствии с фиг.3a. Например, прижимные поверхности 7, 8 в полом профиле, альтернативно этому изображению, где они расположены возле выделенных мест, могут непосредственно переходить в края 9 профиля, как описано в US 5265481.

На фиг.3b, в качестве существенного отличия от варианта осуществления в соответствии с фиг.3a по уровню техники, изображен предлагаемый изобретением узел 14 датчика, конструкция которого на фиг.4 изображена в увеличенном виде.

Предлагаемый изобретением WIM-датчик 1 предназначен для измерения нагрузки колес транспортных средств 2 на дороге 3 при его переезде. Он имеет выполненный длинным по продольной оси 4 полый профиль 5, имеющий внутреннее пространство 6, которое, в свою очередь, имеет первую и вторую внутреннюю прижимную поверхность 7, 8, расположенные друг напротив друга и соединенные друг с другом с обеих сторон изогнутыми, предварительно натянутыми краями 9 профиля.

На фиг.4 изображен предлагаемый изобретением узел 14 датчика в поперечном сечении в таком внутреннем пространстве 6, при этом изображены только те области полого профиля 5, которые имеют первую и вторую внутреннюю прижимную поверхность 7, 8.

На фиг.5 показано такое внутреннее пространство 6 между первой и второй внутренней прижимной поверхностью 7, 8 по продольной оси 4 в области первых двух измерительных элементов 15. Далее изобретение описывается со ссылкой на фиг.3b, 4 и 5.

Во внутреннем пространстве 6 по продольной оси 4 расположено множество пьезоэлектрических измерительных элементов 15, имеющих каждый первые и вторые поверхности 16, 17 восприятия нагрузки, которые обращены к первым или, соответственно, вторым прижимным поверхностям 7, 8, при этом каждый из измерительных элементов 15 расположен между двумя воспринимающими элементами 18. Эти элементы через прижимные поверхности 7, 8 передают предварительный натяг на измерительные элементы 15. Все первые поверхности 16 восприятия нагрузки электрически соединены друг с другом электродом 19 и электрически изолированы от первой прижимной поверхности 7. Пьезоэлектрические измерительные элементы 15 предпочтительно состоят из монокристалла, такого как, например, кварц.

В соответствии с изобретением электрод 19 выполнен в виде длинной, полосообразной изолирующей пленки 21, имеющей нанесенный с одной стороны электропроводящий слой 22, и расположен во внутреннем пространстве 6 между измерительными элементами 15 и первой прижимной поверхностью 16, при этом электропроводящий слой 22 направлен к измерительным элементам 15. В качестве электропроводящего материала электропроводящего слоя 22 пригоден, в частности, хром и/или медь и/или цирконий и/или золото и сплавы, которые содержат такие металлы. По всей его длине его толщина должна составлять 0,005 мм-0,05 мм, предпочтительно 0,009 мм-0,036 мм, с допуском толщины по большей мере 10%, и предпочтительно по большей мере 0,002 мм.

Такой электрод изображен на фиг.6a. Изолирующая пленка 21 предпочтительно представляет собой полимерную пленку, в частности полиимидную пленку, и имеет толщину 0,02 мм-0,2 мм, предпочтительно 0,05 мм, при этом допуск толщины изолирующей пленки по всей ее длине составляет по большей мере 10% и по большей мере 0,01 мм.

Так как полимерные материалы имеют, как правило, высокий допуск толщины, в частности, 10% или больше, границы точности соблюдения размеров узла 14 датчика могут сужаться благодаря тому, что вместо изолирующей пластины 20 применяется изолирующая пленка 21. Кроме того, выяснилось, что допуск толщины может еще уменьшаться при выполнении электропроводящего слоя 22 и изолирующей пленки 21 в виде одного общего конструктивного элемента 19, который здесь в соответствии с его функцией называется электродом 19.

Несколько известных способов нанесения покрытия пригодны для механически долговечного соединения электропроводящего слоя 22 с изолирующей пленкой 21. Так, электропроводящий слой 22 может быть соединен с изолирующей пленкой 21 ламинированием. Под ламинированием понимается способ термического соединения со сцеплением посредством материала. Ламинирование может осуществляться при помощи или без промежуточного клеящего средства. Электропроводящий слой 22 при помощи промежуточного клеящего средства может соединяться с изолирующей пленкой 21 со сцеплением посредством материала. Но электропроводящий слой 22 может быть также соединен с изолирующей пленкой 21 со сцеплением посредством материала без промежуточного клеящего средства, например, когда изолирующая пленка 21 состоит из полимерного материала и при повышенной температуре и/или повышенном давлении становится вязкой, и в этом вязком состоянии без промежуточного клеящего средства неразрывно соединяется с электропроводящим слоем 22.

Другими известными способы нанесения покрытия являются термическое напыление или нанесение покрытия путем ионного распыления или гальваническое нанесение покрытия. При термическом напылении электропроводящий материал нагревается, при этом атомы или молекулы отрываются и конденсируются на изолирующей пленке 21 с получением электропроводящего слоя 22. При ионном распылении электропроводящий материал бомбардируется энергетическими ионами, при этом атомы или молекулы электропроводящего материала снимаются и осаждаются на изолирующей пленке 21 с получением электропроводящего слоя 22. При гальваническом нанесении покрытия прочно прилипающий электропроводящий слой 22 из бесформенного электропроводящего материала наносится на изолирующую пленку 21. При термическом напылении или нанесении покрытия путем ионного распыления или гальваническом нанесении покрытия поверхность изолирующей пленки 21 с высокой равномерностью и чистотой покрывается электропроводящим материалом с получением электропроводящего слоя 22. Таким образом, этими способами нанесения покрытия может достигаться дальнейшее уменьшение допуска толщины, так как при этом технологически обусловленным образом возможно очень точное изготовление толщин слоя. При этом проводящим слоем 22 компенсируются также небольшие неровности на поверхности изолирующей пленки 21. При знании настоящего изобретения специалист может применять также комбинации названных способов нанесения покрытия. Так, при ламинировании или при гальваническом нанесении покрытия он может применять металлический адгезив. Такой металлический адгезив из хрома или циркония или другого пригодного материала перед ламинированием или гальваническим нанесением покрытия наносится на изолирующую пленку 21 путем термического напыления или ионного распыления. После этого осуществляется собственно ламинирование или собственно гальваническое нанесение покрытия.

Для предотвращения коррозии электропроводящего слоя 22 этот слой может быть покрыт антикоррозионной защитой 23, которая, например, может содержать серебро. Толщина антикоррозионной защиты 23 составляет предпочтительно от 0,0001 мм до 0,0005 мм. Альтернативно электропроводящий слой 22 может также содержать благородный металл, в частности золото вместо меди. Тем самым предотвращается коррозия.

В одном из предпочтительных вариантов осуществления изобретения изолирующая пленка 21 с обеих сторон рядом с электропроводящим слоем 22 имеет изолирующие краевые области 24. Тем самым могут предотвращаться короткие замыкания, которые могут возникать, когда применяются тонкие изолирующие пленки 21, и электропроводящий слой проходит до края. Эти электрически изолирующие краевые области 24 имеют предпочтительно ширину по меньшей мере 0,5 мм. Так как электропроводящий слой 22 должен был бы иметь равномерную ширину, и должен был бы иметь по меньшей мере ту же самую ширину, что и примыкающий воспринимающий элемент 18, или по меньшей мере ту же самую ширину, что и измерительные элементы 15, изолирующая пленка 21 соответственно шире, чем каждый из измерительных элементов 15 и примыкающие к изолирующей пленке 21 воспринимающие элементы 18, как видно на фиг.4. Так обеспечена хорошая изоляция между полым профилем 5 и измерительными элементами 15.

Предпочтительно изолирующая пленка 21 расположена, примыкая к первой прижимной поверхности 7. Это имеет то преимущество, что возможна сборка измерительных элементов 15 вместе с воспринимающими элементами 18 в виде узла, на который потом кладется снабженная покрытием изолирующая пленка 21. Так упрощается сборка, в частности в отношении центрирования измерительных элементов 15, когда воспринимающие элементы 18, а также измерительные элементы 15 выполнены в виде таблеток. Другое преимущество этой системы заключается в том, что измерительный элемент 15, в частности монокристалл, дает лучшие результаты, когда он расположен между металлическими пластинами, такими как воспринимающие элементы 18, а не примыкая к полимерному материалу, такому как изолирующая пленка 21 или изолирующая пластина 20, так как полимерный материал во много раз мягче, чем, например, кварц или любой другой пьезоэлектрический монокристалл. При этом жесткая поверхность наложения измерительного элемента предотвращает подвижность.

Для дополнительного улучшения точности измерения изолирующая пленка 21 напротив электропроводящего слоя 22 может быть снабжена электропроводящим ответным слоем 25, как изображено на фиг.6b. Тем самым предотвращается возможность образования емкости между электропроводящим слоем 22 и первой внутренней прижимной поверхностью 7, когда изолирующая пленка 21 местами удалена от него. Изолирующая краевая область 24 должна здесь также соблюдаться во избежание коротких замыканий.

Кроме того, в одном из предпочтительных вариантов осуществления предлагаемого изобретением WIM-датчика 1 между измерительными элементами 15 и второй прижимной поверхностью 8 расположена дополнительная изолирующая пленка 26, имеющая электропроводящий слой 22, который обращен к измерительным элементам 15. Это может предотвращать обусловленное заземлением нарушение измерения, когда, например, не вполне обеспечено заземление WIM-датчика 1. В частности, дополнительная изолирующая пленка 26 может быть выполнена идентично изолирующей пленке 21, они могут быть также расположены симметрично друг другу относительно продольной оси 4.

В одном из предпочтительных вариантов осуществления в предлагаемом изобретением WIM-датчике 1 во внутреннем пространстве 6 расположены одна или несколько клеток 27, в которых, в качестве монтажного приспособления, зафиксированы измерительные элементы 15 и воспринимающие элементы 18. На фиг.7a и 7b показана такая клетка 27 в качестве примера на виде сверху или, соответственно, на виде сбоку. Клетка 27 включает в себя выемки 28, имеющие скобы 29, которые удерживают измерительные элементы 15 и воспринимающие элементы 18, изображенные на фиг.5, в их положении. Кроме того, клетка 27 включает в себя с одной стороны вкладную шину 30, в которую может вкладываться снабженная покрытием изолирующая пленка 21. Другая вкладная шина 30' напротив первой может применяться в качестве монтажного приспособления, для смещения узла 14 датчика по второй внутренней прижимной поверхности 8. Между ними может также вкладываться дополнительная изолирующая пленка 26, как изображено также на фиг.7ab.

Для монтажа края 9 профиля сжимаются вместе, вследствие чего внутренние прижимные поверхности 7, 8 удаляются друг от друга, так что может вдвигаться узел 14 датчика. Как только края 9 профиля перестают сжиматься вместе, прижимные поверхности 7, 8 передают предварительный натяг на узел 14 датчика, который имеет для этого соответствующую общую высоту. Эта общая высота больше расстояния между двумя внутренними прижимными поверхностями 7, 8 в пустом и ненапряженном состоянии.

В соответствии с изобретением ширина первой прижимной поверхности 7 уже, чем ширина вкладной шины 30 и ширина электрода 19, который находится в этой вкладной шине 30. В этом случае изолирующая пленка 21 может быть по всей поверхности снабжена электропроводящим слоем 22. Даже если бы электропроводящий слой 22 по обрезной кромке изолирующей пленки 21 переходил на край ее задней стороны, все еще было бы обеспечено расстояние от электропроводящего слоя 22 до первой прижимной поверхности 7. Тем самым исключено короткое замыкание. Благодаря тому, что так можно отказаться от изолирующей краевой области 24, электрод 19 может изготавливаться намного экономичнее.

Качество WIM-датчика 1, в частности, точность измерения и/или стабильность процесса, зависит большей частью от точности соблюдения размеров заданных допусков толщины. Как уже пояснялось, тем самым уравнивается предварительный натяг, действующий на все измерительные элементы.

СПИСОК ССЫЛОЧНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

1 WIM-датчик

2 Транспортное средство

3 Дорога

4 Продольная ось

5 Полый профиль

6 Внутреннее пространство

7 Первая внутренняя прижимная поверхность

8 Вторая внутренняя прижимная поверхность

9 Край профиля

10 Фланец для ввода нагрузки или, соответственно, фланец для вывода нагрузки

11 Заливочная масса

12 Компенсационная стенка

13 Наполнитель

14 Узел датчика

15 Пьезоэлектрический измерительный элемент

16 Первая поверхность восприятия нагрузки

17 Вторая поверхность восприятия нагрузки

18 Воспринимающий элемент

19 Электрод

20 Изолирующая пластина

21 Изолирующая пленка

22 Электропроводящий слой

23 Антикоррозионная защита

24 Изолирующая краевая область

25 Электропроводящий ответный слой

26 Дополнительная изолирующая пленка

27 Клетка

28 Выемка

29 Скоба

30, 30' Вкладная шина

В целом, настоящая заявка относится к WIM-датчику (1) для измерения нагрузки колес транспортных средств (2) на дороге (3) при переезде, причем этот WIM-датчик (1) имеет выполненный длинным по продольной оси (4) полый профиль (5), имеющий внутреннее пространство (6), и это внутреннее пространство (6) имеет первую и вторую внутреннюю прижимную поверхность (7, 8), и эти прижимные поверхности (7, 8) расположены друг напротив друга и с обеих сторон соединены друг с другом изогнутыми, предварительно натянутыми краями (9) профиля; при этом во внутреннем пространстве (6) по продольной оси (4) расположено множество пьезоэлектрических измерительных элементов (15), имеющих каждый первые и вторые поверхности (16, 17) восприятия нагрузки, и эти поверхности (16, 17) восприятия нагрузки обращены к первым или, соответственно, вторым прижимным поверхностям (7, 8); при этом каждый из измерительных элементов (15) расположен между двумя воспринимающими элементами (18), и эти два воспринимающих элемента (18) через прижимные поверхности (7, 8) передают предварительный натяг на измерительные элементы (15), при этом все первые поверхности (16) восприятия нагрузки измерительных элементов (15) электрически соединены друг с другом электродом (19) и электрически изолированы от первой прижимной поверхности (7), причем электрод (19) выполнен в виде длинной, полосообразной изолирующей пленки (21), имеющей нанесенный с одной стороны электропроводящий слой (22); электрод (19) расположен во внутреннем пространстве (6) между измерительными элементами (15) и первой прижимной поверхностью (7), а электропроводящий слой (22) направлен к измерительным элементам (15).

Также, WIM-датчик (1), характеризуется тем, что изолирующая пленка (21) представляет собой полимерную пленку, в частности полиимидную пленку, причем изолирующая пленка (21) имеет толщину 0,02 мм-0,2 мм, предпочтительно 0,05 мм.

В другом варианте WIM-датчик (1), характеризуется тем, что допуск толщины изолирующей пленки (21) по всей ее длине составляет по большей мере 10% и по большей мере 0,01 мм.

Предпочтительно, если WIM-датчик характеризуется тем, что электропроводящий слой (22) ламинирован на изолирующую пленку (21) или термически напылен или нанесен в виде покрытия путем ионного распыления или гальванически нанесен в виде покрытия.

Целесообразно, если WIM-датчик (1) характеризуется тем, что электропроводящий слой (22) имеет толщину 0,005 мм-0,05 мм, предпочтительно 0,009 мм-0,036 мм.

Также предпочтительно, что WIM-датчик (1) характеризуется тем, что у электропроводящего слоя (22) по всей его длине допуск толщины составляет по большей мере 10% и предпочтительно по большей мере 0,002 мм.

В другом варианте WIM-датчик (1) характеризуется тем, что электропроводящий слой (22) покрыт антикоррозионной защитой.

WIM-датчик (1), предпочтительно, характеризуется тем, что антикоррозионная защита (23) имеет толщину 0,0001 мм-0,0005 мм.

Предпочтительно, если WIM-датчик, характеризуется тем, что изолирующая пленка (21) с обеих сторон рядом с электропроводящим слоем (22) имеет изолирующие краевые области (24).

WIM-датчик (1) также характеризуется тем, что эти электрически изолирующие краевые области имеют ширину по меньшей мере 0,5 мм, причем изолирующая пленка (21) шире, чем ширина примыкающего воспринимающего элемента (18).

Целесообразно, если WIM-датчик (1) характеризуется тем, что электропроводящий слой (22) имеет равномерную ширину, которая по меньшей мере равна ширине измерительных элементов (15).

WIM-датчик (1) может характеризоваться тем, что изолирующая пленка (21) расположена, примыкая к первой прижимной поверхности (7).

Предпочтительно, если WIM-датчик (1), характеризуется тем, что между измерительными элементами (15) и второй прижимной поверхностью (8) расположена дополнительная изолирующая пленка (26), имеющая электропроводящий слой (22), который обращен к измерительным элементам (15), причем эта дополнительная изолирующая пленка (26) выполнена идентично изолирующей пленке (21).

Также целесообразно, если WIM-датчик (1) характеризуется тем, что дополнительная изолирующая пленка (26) расположена симметрично изолирующей пленке (19) относительно продольной оси (4).

Предпочтительно, если WIM-датчик (1) характеризуется тем, что во внутреннем пространстве (6) расположена по меньшей мере одна клетка (27), и в этой клетке (27), в качестве монтажного приспособления, зафиксированы измерительные элементы (15) и воспринимающие элементы (18), причем клетка (27) включает в себя по меньшей мере одну вкладную шину (30), и в эту вкладную шину (30) вложена изолирующая пленка (21).

Заявленное изобретение относится к весоизмерительной технике и может быть использовано для измерения нагрузки колес транспортных средств на дороге при переезде. Сущность изобретения заключается в том, что WIM-датчик имеет выполненный длинным по продольной оси полый профиль, имеющий внутреннее пространство, причем внутреннее пространство имеет первую и вторую внутреннюю прижимную поверхность, при этом прижимные поверхности расположены друг напротив друга и с обеих сторон соединены друг с другом изогнутыми, предварительно натянутыми краями профиля. Причем во внутреннем пространстве по продольной оси расположено множество пьезоэлектрических измерительных элементов, имеющих каждый первые и вторые поверхности восприятия нагрузки, при этом поверхности восприятия нагрузки обращены к первым или, соответственно, вторым прижимным поверхностям. При этом все первые поверхности восприятия нагрузки измерительных элементов электрически соединены друг с другом электродом и электрически изолированы от первой прижимной поверхности. Для удешевления и упрощения сборки WIM-датчик предлагается, что электрод выполнен в виде длинной, полосообразной изолирующей пленки, имеющей нанесенный с одной стороны электропроводящий слой, причем электрод расположен во внутреннем пространстве между измерительными элементами и первой прижимной поверхностью. При этом электропроводящий слой направлен к измерительным элементам, причем изолирующая пленка напротив электропроводящего слоя снабжена электропроводящим ответным слоем. Также предлагается способ монтажа WIM-датчика. Технический результат заключается в обеспечении возможности повышения точности измерения нагрузки колес транспортных средств на дороге при переезде. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. WIM-датчик (1) для измерения нагрузки колес транспортных средств (2) на дороге (3) при переезде, причем этот WIM-датчик (1) имеет выполненный длинным по продольной оси (4) полый профиль (5), имеющий внутреннее пространство (6), причем внутреннее пространство (6) имеет первую и вторую внутреннюю прижимную поверхность (7, 8), при этом прижимные поверхности (7, 8) расположены друг напротив друга и с обеих сторон соединены друг с другом изогнутыми, предварительно натянутыми краями (9) профиля, причем во внутреннем пространстве (6) по продольной оси (4) расположено множество пьезоэлектрических измерительных элементов (15), имеющих каждый первые и вторые поверхности (16, 17) восприятия нагрузки, при этом поверхности (16, 17) восприятия нагрузки обращены к первым или, соответственно, вторым прижимным поверхностям (7, 8), при этом все первые поверхности (16) восприятия нагрузки измерительных элементов (15) электрически соединены друг с другом электродом (19) и электрически изолированы от первой прижимной поверхности (7), отличающийся тем, что

электрод (19) выполнен в виде длинной, полосообразной изолирующей пленки (21), имеющей нанесенный с одной стороны электропроводящий слой (22), причем электрод (19) расположен во внутреннем пространстве (6) между измерительными элементами (15) и первой прижимной поверхностью (7), при этом электропроводящий слой (22) направлен к измерительным элементам (15), причем изолирующая пленка (21) напротив электропроводящего слоя (22) снабжена электропроводящим ответным слоем (25).

2. WIM-датчик (1) по п.1, отличающийся тем, что изолирующая пленка (21) расположена, примыкая к первой прижимной поверхности (7).

3. WIM-датчик (1) по п.1 или 2, отличающийся тем, что изолирующая пленка (21) с обеих сторон по меньшей мере рядом с электропроводящим слоем (22) или электропроводящим ответным слоем (25) имеет изолирующие краевые области (24).

4. WIM-датчик (1) по п.3, отличающийся тем, что электрически изолирующие краевые области имеют ширину по меньшей мере 0,5 мм, при этом изолирующая пленка (21) шире, чем ширина каждого из измерительных элементов (15).

5. WIM-датчик (1) по любому из пп. 1-4, отличающийся тем, что изолирующая пленка (21) представляет собой полимерную пленку, в частности полиамидную пленку, и имеет толщину 0,02-0,2 мм, предпочтительно 0,05 мм.

6. WIM-датчик (1) по любому из пп. 1-5, отличающийся тем, что допуск толщины изолирующей пленки по всей ее длине составляет по большей мере 10% и по большей мере 0,01 мм.

7. WIM-датчик (1) по любому из пп. 1-6, отличающийся тем, что электропроводящий слой (22) соединен с изолирующей пленкой (21) ламинированием, или термическим напылением, или нанесением покрытия путем распыления или гальванического нанесения покрытия.

8. WIM-датчик (1) по любому из пп. 1-7, отличающийся тем, что электропроводящий слой (22) имеет толщину 0,005-0,05 мм, предпочтительно 0,009-0,036 мм, причем электропроводящий слой (22) по всей длине имеет допуск толщины по большей мере 10%, и предпочтительно по большей мере 0,002 мм.

9. WIM-датчик (1) по любому из пп. 1-8, отличающийся тем, что изолирующая пленка (21), снабженная электропроводящим ответным слоем (25) напротив электропроводящего слоя (22), предотвращает возможность образования емкости между электропроводящим слоем (22) и первой внутренней прижимной поверхностью (7), когда изолирующая пленка (21) местами удалена от прижимной поверхности (7).

10. WIM-датчик (1) по любому из пп. 1-9, отличающийся тем, что между измерительными элементами (15) и второй прижимной поверхностью (8) расположена дополнительная изолирующая пленка (26), имеющая электропроводящий слой (22), который обращен к измерительным элементам (15), причем дополнительная изолирующая пленка (26) выполнена идентично изолирующей пленке (21).

11. WIM-датчик (1) по любому из пп. 1-10, отличающийся тем, что каждый из измерительных элементов (15) расположен между двумя воспринимающими элементами (18), которые с помощью прижимных поверхностей (7, 8) передают предварительный натяг на измерительные элементы (15).

12. WIM-датчик (1) по п. 11, отличающийся тем, что измерительные элементы (15) вместе с воспринимающими элементами (18) собраны в виде узла (15, 18), причем во внутреннем пространстве (6) расположена по меньшей мере одна клетка (27), в которой в качестве монтажного приспособления зафиксированы измерительные элементы (15) и воспринимающие элементы (18), причем клетка (27) включает в себя выемки (28), имеющие скобы (29), которые удерживают измерительные элементы (15) и воспринимающие элементы (18) в их положении, причем измерительные элементы (15) вместе с воспринимающими элементами (18) и электродом (19) образуют узел (14) датчика.

13. WIM-датчик (1) по п. 12, отличающийся тем, что клетка (27) дополнительно включает в себя с одной стороны вкладную шину (30), и клетка (27) содержит другую вкладную шину (30') напротив первой.

14. Способ монтажа WIM-датчика (1), отличающийся тем, что содержит этапы

обеспечения полого профиля (5), выполненного длинным по продольной оси (4), имеющего внутреннее пространство (6),

причем внутреннее пространство (6) имеет первую и вторую внутреннюю прижимную поверхность (7, 8), при этом прижимные поверхности (7, 8) расположены друг напротив друга и с обеих сторон соединены друг с другом изогнутыми, предварительно натянутыми краями (9) профиля,

причем в упомянутом внутреннем пространстве (6) располагают вдоль продольной оси (4) множество пьезоэлектрических измерительных элементов (15), имеющих каждый первые и вторые поверхности (16, 17) восприятия нагрузки,

при этом упомянутые поверхности (16, 17) восприятия нагрузки обращены к первым или, соответственно, вторым прижимным поверхностям (7, 8),

при этом каждый из измерительных элементов (15) располагают между двумя воспринимающими элементами (18), причем упомянутые два воспринимающих элемента (18) с помощью прижимных поверхностей (7, 8) передают предварительный натяг на измерительные элементы (15),

причем измерительные элементы (15) вместе с воспринимающими элементами (18) собирают в виде узла (15, 18), причем во внутреннем пространстве (6) располагают по меньшей мере одну клетку (27), служащую в качестве монтажного приспособления, в котором зафиксированы измерительные элементы (15) и воспринимающие элементы (18),

причем клетка (27) включает в себя выемки (28), имеющие скобы (29), которые удерживают измерительные элементы (15) и воспринимающие элементы (18) в их положении,

причем клетка (27) включает в себя по меньшей мере одну вкладную шину (30), выполненную с возможностью вкладывания в нее изолирующей пленки (21), при этом клетка (27) содержит другую вкладную шину (30') напротив первой,

образования узла (14) датчика из измерительных элементов (15) воспринимающих элементов (18) и электрода (19),

сжатия вместе краев (9) профиля, вследствие чего внутренние прижимные поверхности (7, 8) удаляются друг от друга,

нанесения на узел (15, 18) изолирующей пленки (21),

при этом все первые поверхности (16) восприятия нагрузки измерительных элементов (15) электрически соединены друг с другом электродом (19), причем упомянутый электрод выполнен в виде длинной, полосообразной изолирующей пленки (21), имеющей нанесенный с одной стороны электропроводящий слой (22),

при этом все первые поверхности (16) восприятия нагрузки измерительных элементов (15) электрически изолированы от первой прижимной поверхности (7),

причем электрод (19) располагают во внутреннем пространстве (6) между измерительными элементами (15) и первой прижимной поверхностью (7), при этом электропроводящий слой (22) направлен к измерительным элементам (15), причем изолирующая пленка (21) напротив электропроводящего слоя (22) снабжена электропроводящим ответным слоем (25).

15. Способ по п. 14, отличающийся тем, что снабженная покрытием изолирующая пленка (21) вкладывается во вкладную шину (30), причем посредством другой вкладной шины (30') смещают узел (14) датчика по второй внутренней прижимной поверхности (8).