Устройство для взвешивания транспортных средств во время движения Советский патент 1981 года по МПК G01G19/03 

I

Изобретение относится к области весоизмерительной техники, в частности к устройствам для .взвешивания транспортных средств, например автомобилей во время их движения.

Известно устройство для измерения веса и скорости транспортных единиц, суммарной нагрузки на дорожное покрытие и дпя счета числа транспортных единиц, содержащее, грузоприемный узел, вихретоковый преобразователь, измерительный блок с генерат9ром синусоидальных колебаний, усилителем, выпрямителем и фазовращателем и счетно-решающий блок с дифференциатором, сумматором и логическими элементами U 1

В этом устройстве грузоприемный

узел выполнен в виде металлической плиты, шарнирно вмонтированной в дорожное покрытие, т.е. является стационарным. Ближайшим по технической сущности является устройство для взвешивания ,

транспортных средств во время движения, содержащее датчик веса, подключенный к входу генератора пилообразного напряжения, сглаживающий фильтр, дифференциатор и блок регистрации| 2 |.

Это устройство не обеспечивает требуемую точность взвешивания, поскольку в нем не учитывается дополнительная составляющая нагрузки, зависящая от скорости движения транс10портного средства.

Цель изобретения - повышение точности взвешивания.

Указанная цель достигается тем, что в устройство введены преобразоISватель время-амплитуда, амплитудный детектор, квадратор, множитель сигПч налов и блок вычитания сиг; алов, причем к выходу генератора пилообразного напряжения подключены последова-.

30 тельно соединенные преобразовад-ель время-амплитуда и сглаживающий фильтр, is выходу которого параллельно подключены первые входы амплитудного детектора и дифференциатора, выход которо го через квадратор соединен с первым входом умножителя сигналов, /.второй вход которого соединен с выходом амплитудного детектора, а выход - с первым входом блока вычитания сигналов, второй вход которого подключен к выходу амплитудного детектора, а выход соединен с входом блока регист рации, к выходу которого параллельно подключены вторые входы амплитудного детектора и дифференциатора. На фиг.1 приведена блок -схема устройства} ila фиг.2,3,4,5 и 6 эпюры сигналов на выходах основных элементов устройства. Устройство (фиг.О содержит емкостный датчик веса 1, подключенный к входу генератора пилообразного напряжения 2, к выходу которого подключены последовательно соединенные преобразователь время-амплитуда 3 и сглаживающий фильтр 4, к выходу которого параллельно подключены первые входы амплитудного детектора 5 и дифференциатора 6, выход которого через квадратор 7 соединен с первым входом умножителя сигналов 8, а к его выходу присоединен первый вход блока вычиаания сигналов 9. К выходу амплитудного детектора 5 параллельно подключены вторые входы умножителя 8 и блока вычитания сигналов 9, выход которого подключен к входу блока регистрации 10, к выходу которого па раллельно подсоединены вторые входы амплитудного детектора 5 и дифферен.циатора 6. Устройство работает следующим образом. Емкостный датчик йеса 1 включен в времязаданную цепь генератора пилообразного напряжения 2, который вырабатывает пилообразный сигнал с постоянной амплитудой. При переезде датчика 1 колесами автомобиля изменя ется его емкость, что вызывает соответствующее изменение длительности периода пилообразных колебаний, вырабатываемых генератором 2. ЕмкостНой датчик 1 может .быть вьтолнен, например, в виде многослойного коври ка и обеапечивает линейное изменение емкости датчика как функцию от деист вующего на датчик веса, т.е. Характер этой зависимости не меняется от нагрузки в широких пределах, т.е. от величины площади поверхности датчика I, покрываемрй действующим на него весом. Реально датчик 1 накладывается на полотно дороги поперек направлению движения транспорта и его геометрические размеры таковы, что длина соответствует ширине полосы движения, а пшрина датчика 1 меньше средних размеров контактной площади шины автомобиля с дорогой. Толщина емкостного датчика I не превьцпает 10-15 мм. Такая конструкция датчика 1 не требует строгого определения места переезда его колесами автомобиля и, кроме того, до минимума уменьшает влияние на результирующее изменение емкости датчика непостоянства величины площади контакта линз с дорогой. Результирующее изменение емкости датчика 1 при переезде его колесами автомобиля определяется как изменение емкости эквивалентного плоского конденсатора eSAd 41са(а-м) где S - площадь контакта шины соответствующей оси автомобиля с датчиком, т.е. часть площади поверхности датчика I, на которую действует нагрузка;d - расстояние между токопроводящими слоям датчика 1 в исходном состоянииJ ud - изменение расстояния между токопроводящими слоями датчика 1 в той его части, на которую действует нагрузка} - проницаемость диэлектрика емкостного датчика 1. Однако конструктивные особенности емкостного датчика 1 делают изменение его емкости ЛС инвариантной по отношению нагрузки, действующей на датчик, т.е. ,) p-cowst при 5 var,. -Iнагрузка на емкостный датчик 1 часть веса автомобиля, которая приходится на соответствующую ось. транспортного средства. Из вьпцеприведенных соотношений следует, что .M-V Г V Р d/sd 5 и, следовательно, где масштабньй коэффициент. Как видно из этого вьфажения изменение емкости датчика I не зависит от величины контактной площади шин автомобиля с дорогой, т.е. не зависит от размеров (или ширины) шин транспортного средства, но ДС определяется только весом, действую щим .на датчик Г. Период колебаний релаксационного генератора пилообразного сигнала 2 имеет линейную зависимость от параметров его хронирующей RC -цепи. (Следовательно, изменение периода этих колебаний ДТ является линейной функцией С-изменения емкости датчик 1 и нагрузки на ось автомобиля, т.е. М K,iP, Сигнал с выхода генератора 2 поступа ет на вход преобразователя времяамплитуда 3, который формирует импульсы напряжения с амплитудой, прямо пропорциональной длительности периода колебаний генератора 2, учитывая, что Трр ТдррИл следовательно,, Т Т р+ТлТррДля колебания генератора Z, где Т - период повторения пилообразных импульсов на выходе генератора 2, Тцри соответственно прямой и обратнь1Й ход пилообразного сигнала на выходе генератора 2. С выхода преобразователя 3 пилообраз ный сигнал подается на вход фильтра 4, который осуществляет сглаживание пульсаций сигнала, и на его выходе формируется аналоговое напряжение, величина которого соответствует амплитуде импульсов на выходе преобра-зователя 3. Таки|1 образом,, при переезде емкостного датчика 1 колесами автомобиля изменению периода колебаний генератора 2 соответствует изменение амплитудыпилообразных импуль сов на вьгходе преобразователя времяамплитуда 3 и на выходе фильтра 4 появляется импульс напряжения (см. фиг.2). Амплитуда этого импульса ДЦ прямо пропорциональна весу, т.е. нагрузке, действующей на соответствующую ось автомобиля 626 fikU K-iP; где масштабный коэффициент. Это условие полностью вьшолйяется только в стационарном состоянии, т.е. когда колеса неподвижного транспортного средства находятся над датчиком 1. Если транспортное средство находится в движении, то определение нагрузки на его ось подобным ббразом приводит к значительным погрейностям, так как не учтено динамическое воздействие на датчик 1 нормальной составляющей силы, обусловленной кинетической энергией движущегося транспортного средства, т.е. уя V v/,m-, где m - масса транспортного средства: V - скорость автомобипя. В описываемом устройстве при определении веса автомобиля вводится коррекция в зависимости от скорости движения автомобиля таким образомj что из и вычитается составляющая, про-, . порциональная Р V , и вес определяется следующим выражением: Р- U-K,V),: где К,и К. - масщтабные коэффициенАмплитудное значение импульса на выходе фильтра 4, соответствующего переезду датчика 1 колесами автомобиля, фиксируется и на некоторое время запоминается амплитудным детектором 5 (см.фиг.З). Дифференциатор 6 осуществляет определение максимального значения производной переднего фронта импульса напряжения на выходе . ,,| dAUl фильтра, т.е.Ди -%-| которое пропорционально скорости V движущегося автомобиля, т.е. V, ибо скорость нарастания или крутизна переднего фронта этого импульса однозначно соответствует скорости движения автомобиля, где At - время полного наезда колеса автомобиля на датчик (фиг.4 и 5)...Кроме того, значение иДд|.запоминается схемой дифференциатора 6, которая выполнена на трех операционных усилителях: первый включен в режиме дифференцирования, два последних используются в каестве фиксатора максимального значеия ди и действуют подобно схеме мплитудного детектора. Квадратор 7 выполняет операцию ( М/ ) т.е воз водит в квадрат значение ли на пряжение на его выходе пропо нал но квадрату скорости автомобиля пе реезжающего датчик 1, т.е. и -k W Квадратор 7 схематически мо ; тбы ь вьшолнен на микросхеме балансного модулятора. Сигналы с выходов ампли тудного детектора 5 и квадратора 7 поступают на входы умножителя сигна лов 8, который осуществляет операцию перемножения сигналов О,.... uu и IL -K.V.e. U,,. таль. 8 аналогично квадратору 7 выпол нен на типовой микросхеме балансного модулятора, предназначенный для перемиожекия сигналов и воэведе тя их в квадрат. Сигналы с выходов умножителя 8 и амплитудного детектора 5 поступают на входы блока вычитания «4AV/jvci JSDIHJHl 1с1НИЯ 9, который выполняет операцию О, Ч1ff fH/ r f v% Ф,. .-. -им. -км.« . и(1-к™)7и .-.v сигнал с его выхода поступает на вход блока регистрации 10, в котором результат может быть зафиксирован в цифровом виде на бумажной ленте, на перфоленте или записан в память. По истечении интервала времени, необходимого для регистрации результа та, с выхода блока регистрации 10 на вторые входы амплитудного дйтектора 5 и дифференциатора 6 поступает сигнал, по которому в этих блоках осуществляется сброс информации, т.е. разряд накопителышх запоминающих емкостей, и схема предлагаемого устройства тем самым приводится в исходное состояние. Экономическая эффективность устройства заключается в повышении точности взвешивания транспортных 62 средств при их движении в широких пределах скоростей. формула изобретения Устройство для взвешивания транспортных средств во время движения, содержащее веса, подк™ ченньш к входу генератора пилообразного напряжения, сглаживающий фильтр, дийгФеренциатор и блок регистрации, отличающееся тем, что, с целью повышения точности, в него введе Ш преобразователь время-амплитуда, амплитудный детектор, квадратор, умножитель сигналов и блок вычитания сигналов, причем к выходу генератора пилообразного напряжения подклтючены последовательно соединенные преобразователь время-амплитуда и сглаживаюВДй фильтр, к выходу которого параллельно подключены первые входы амплитудного детектора и дифференциатора, выход которого через квадратор соединен с первым входом умножителя сигналов, второй вход которого соединен с выходом амплитудного детектора, а выход - с первым входом блока вычитания сигналов, второй вход которого одключен к выходу амплитудного детектора, а выход соединен с входом лока регистрации, к выходу которого араллельно подключены вторые- входы мплитудного детектора и дифференциаИсточники информации, ринятые во вниматае при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР 430288, кл. G 01 G 19/02, 1971. 2.Патент США № 3565195 л. G 01 G 3/12, опублик. 1975 (проотип). лаfCueMMlL ffflocaJ Ф1Л.6 Конец p ucmpatfua результата