專利名稱：汽車車速車載測(cè)量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種汽車車速車載測(cè)量裝置。特別是一種基于壓電智能材料的 公路車輛車速車載測(cè)量裝置。
背景技術(shù)：
大型橋梁是一個(gè)國(guó)家的經(jīng)濟(jì)命脈，它們的巨大投資及在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的重要作用 使得大跨度橋梁的安全性、耐久性和正常使用功能越來(lái)越受到重視，橋梁健康監(jiān)測(cè) 的研究和開(kāi)發(fā)應(yīng)用也因此成為了當(dāng)前世界范圍的研究熱點(diǎn)。橋梁健康監(jiān)測(cè)主要通過(guò) 測(cè)量、分析和比較結(jié)構(gòu)的激勵(lì)信號(hào)與反應(yīng)信號(hào)來(lái)判定橋梁結(jié)構(gòu)的安全狀態(tài)。 一般的 來(lái)說(shuō)，在較短的時(shí)間內(nèi)汽車荷載(軸重和位置)是橋梁結(jié)構(gòu)的主要激勵(lì)，所以對(duì)汽 車荷載的監(jiān)測(cè)是橋梁健康監(jiān)測(cè)的主要內(nèi)容。目前常用的汽車荷載監(jiān)測(cè)技術(shù)有地秤， 但是地秤有著自身不可克服的缺點(diǎn)，如價(jià)格昂貴、破壞路面面積大、不能測(cè)量汽車 車速等。為了給橋梁健康監(jiān)測(cè)提供完整的荷載激勵(lì)信息，給出任意時(shí)刻橋梁結(jié)構(gòu)上 的汽車荷載的數(shù)量、大小和位置，因此，發(fā)展測(cè)量精度高、構(gòu)造簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉、 功能完善的汽車車速車載測(cè)量裝置對(duì)橋梁監(jiān)測(cè)與管理具有重要的意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種具有方便簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉、功能完善的公路橋梁汽 車車速車載測(cè)量裝置。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的；
一種汽車車速車載測(cè)量裝置，包括橋梁主梁和設(shè)置在橋梁主梁上的鋪裝層， 所述的鋪裝層內(nèi)設(shè)有數(shù)個(gè)車載測(cè)量裝置，所述的測(cè)量裝置由U型底座、傳力橫梁和 水泥基壓電傳感器組成；所述的U型底座將傳力橫梁和橋面鋪裝層隔離，所述的水 泥基壓電傳感器設(shè)置在U型底座和傳力橫梁之間。
前述的水泥基壓電傳感器由水泥和壓電材料組成，其中水泥材料和壓電材料的連通維數(shù)為二，水泥基壓電傳感器間通過(guò)外接電路并聯(lián)后再與放大器和采集設(shè)備連接。
前述的U型底座固定安裝在橋梁主梁的頂面，且U型底梁的高度與鋪裝層厚度 相同，長(zhǎng)度為單車道寬度。
前述的傳力橫梁為矩形鋼管混凝土結(jié)構(gòu)；傳力橫梁的外輪廓寬度與U型底座內(nèi) 輪廓寬度相等，且傳力橫梁的上頂面同橋面(或路基)鋪裝層等高，長(zhǎng)度與車道寬 度相同；傳力橫梁與U型底座連接，并對(duì)水泥基壓電傳感器進(jìn)行預(yù)壓。
本發(fā)明是由兩個(gè)固定在橋面(或路基)鋪裝層內(nèi)的車載測(cè)量裝置、外接放大電 路及采集系統(tǒng)組成。每個(gè)荷載測(cè)量裝置包括通過(guò)固定螺栓安裝在橋梁主梁頂面的U 型底座、通過(guò)安裝螺栓固定在U型底座內(nèi)的傳力橫梁和布置在U型底座和傳力橫梁 之間的水泥基壓電傳感器。
本發(fā)明還可以包含這樣一些結(jié)構(gòu)特征
安裝螺栓將傳力橫梁和U型底座連接在一起，并對(duì)水泥基壓電傳感器一定的預(yù) 壓力，以保證多個(gè)水泥基壓電傳感器能夠協(xié)同工作。
兩個(gè)車載測(cè)量裝置以固定的間距平行布置于鋪裝層中，通過(guò)測(cè)量同一汽車荷載
通過(guò)兩車載測(cè)量裝置的時(shí)間來(lái)計(jì)算該汽車荷載的車速。
本發(fā)明一種汽車車速車載測(cè)量裝置，與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下明顯的優(yōu)勢(shì)和 有益效果
本發(fā)明將水泥基壓電傳感器置于傳力橫梁下，利用水泥基壓電傳感器測(cè)量傳力 橫梁各支點(diǎn)的反力，進(jìn)而間接獲得作用于傳力橫梁上的汽車荷載的軸重。汽車荷載 通過(guò)傳力橫梁分配到各個(gè)水泥基壓電感器支座上，在豎向汽車荷載始終等于各支座 受力的總和，通過(guò)外接電路將壓電傳感器的電壓總和來(lái)計(jì)算作用在傳力橫梁上的汽 車荷載軸重。通過(guò)同一汽車荷載通過(guò)兩個(gè)固定距離的傳力橫梁的反應(yīng)時(shí)間來(lái)計(jì)算出 汽車荷載經(jīng)過(guò)橋梁結(jié)構(gòu)的速度，給出每一汽車荷載的上橋、下橋的時(shí)間，進(jìn)而推斷 出每一時(shí)刻橋梁結(jié)構(gòu)上的汽車荷載數(shù)量、大小(包括汽車沖擊效應(yīng))及其位置，為 橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)提供必要和完整的荷載信息。根據(jù)控制截面的影響線可以得到任 意時(shí)刻該控制截面的應(yīng)力(變形)的理論值，在與該時(shí)刻的實(shí)測(cè)值進(jìn)行比較后，進(jìn) 而判斷橋梁結(jié)構(gòu)的工作狀況。汽車車速車載傳感器裝置同地稱相比具有耐久性好、造價(jià)低、實(shí)施簡(jiǎn)單、維護(hù)方便、破壞路面面積少等優(yōu)點(diǎn)。


圖1是本發(fā)明原理示意圖2是A大樣圖3是B-B斷面圖4是某斜拉索橋安裝本裝置后的示意圖； 圖5是C大樣圖。
具體實(shí)施方案
本發(fā)明的產(chǎn)品可以采用這樣的方法來(lái)制作首先，根據(jù)橋梁的結(jié)構(gòu)形式和荷載 監(jiān)測(cè)的需求，通過(guò)力學(xué)分析，設(shè)計(jì)好汽車車速車載傳感器裝置各部件的尺寸。安裝 在橋梁結(jié)構(gòu)上前，需要在實(shí)驗(yàn)室對(duì)本產(chǎn)品進(jìn)行動(dòng)力標(biāo)定，給出監(jiān)測(cè)儀器的系統(tǒng)參數(shù)、 測(cè)量精度等，編制與之對(duì)應(yīng)的監(jiān)測(cè)軟件。現(xiàn)場(chǎng)安裝、調(diào)試后，啟用汽車荷載監(jiān)測(cè)軟件。
以下結(jié)合本發(fā)明以某一具體橋梁為對(duì)象，進(jìn)一步描述本發(fā)明的實(shí)施步驟。
請(qǐng)參閱圖l、圖2、圖3所示，為本發(fā)明原理及斷面示意圖；從圖中可以看出， 8為汽車負(fù)荷，7為橋面鋪裝層，4為固定螺栓，6為橋梁主梁，2為安裝在橋梁主 梁6頂面的U型底座，l為傳力橫梁，3為安裝在傳力橫梁1和布置在U型底座2 和傳力橫梁1之間的基壓電傳感器3， 5為固定螺栓。
從圖中還可以看出，通U型底座2將傳力橫梁1和橋面鋪裝層7隔離開(kāi)，使傳 力橫梁1能夠?qū)⑵嚭奢d8明確的傳遞給水泥基壓電傳感器3。所述傳力橫梁1為 矩形鋼管混凝土，以保證傳力橫梁l自身的受力安全。所述水泥基壓電傳感器由水 泥和壓電材料組成，其中水泥材料的連通維數(shù)為二，壓電材料的連通維數(shù)也為二。
安裝螺栓4將傳力橫梁1和U型底座2連接在一起，并對(duì)水泥基壓電傳感器3 一定的預(yù)壓力，以保證多個(gè)水泥基壓電傳感器能夠協(xié)同工作。兩個(gè)車載測(cè)量裝置以 固定的間距平行布置于鋪裝層7中，通過(guò)測(cè)量同一汽車荷載8通過(guò)兩車載測(cè)量裝置的時(shí)間來(lái)計(jì)算該汽車荷載8的車速。
本發(fā)明將水泥基壓電傳感3器置于傳力橫梁下1，利用水泥基壓電傳感器3測(cè) 量傳力橫梁1各支點(diǎn)的反力，進(jìn)而間接獲得作用于傳力橫梁1上的汽車荷載8的軸 重。汽車荷載通過(guò)傳力橫梁1分配到各個(gè)水泥基壓電感器3支座上，在豎向汽車荷 載8始終等于各支座受力的總和，通過(guò)外接電路將壓電傳感器的電壓總和來(lái)計(jì)算作 用在傳力橫梁1上的汽車荷載軸重8。通過(guò)同一汽車荷載8通過(guò)兩個(gè)固定距離的傳 力橫梁的反應(yīng)時(shí)間來(lái)計(jì)算出汽車荷載8經(jīng)過(guò)橋梁結(jié)構(gòu)的速度。
外接電路與放大器和采集設(shè)備采用現(xiàn)有技術(shù)，在此不予詳細(xì)敘述。 國(guó)內(nèi)某一斜拉橋(如圖4所示)，橋面鋪裝為20厘米，上層為4厘米細(xì)粒式瀝 青混凝土， 6厘米粗粒式瀝青混凝土，下層為IO厘米厚橋面混凝土。橋面跨度布置 為1.5米(防撞墩)+4.75米(行車道)+4.75米(行車道)+1.5米(防撞墩) =12.5米。根據(jù)業(yè)主要求，該橋在運(yùn)營(yíng)期間需要對(duì)汽車荷載進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。設(shè)計(jì)出 汽車車速車載傳感器裝置各部件的尺寸，如圖5所示。
傳力橫梁長(zhǎng)1為4米，寬為25厘米，高為IO厘米的方鋼管混凝土梁。鋼管壁 厚為1厘米，管內(nèi)澆筑C50混凝土。每個(gè)車道布置2個(gè)，全橋共用4個(gè)。
U型底座2長(zhǎng)為4米，寬為28厘米，高為20厘米，U型底座由三塊鋼板焊接 而成。兩塊腹板尺寸相同，長(zhǎng)為4米，高為18厘米，厚為1厘米；底板長(zhǎng)4米， 寬50厘米，厚1厘米。每個(gè)車道布置2個(gè)，全橋共用4個(gè)。
水泥基壓電傳感器3長(zhǎng)IO厘米，寬10厘米，高為IO厘米，每個(gè)傳力橫梁下 共設(shè)置兩排水泥基壓電傳感器，每排布置8個(gè)水泥基壓電傳感器。全橋共用72個(gè) 水泥基壓電傳感器。
固定螺栓4直徑為2.5厘米，每個(gè)U型底座需要10個(gè)，全橋共用40個(gè)。 安裝螺栓5直徑為3.2厘米，每個(gè)傳力橫梁需要4個(gè)，全橋共用16個(gè)。 最后應(yīng)說(shuō)明的是以上實(shí)施例僅說(shuō)明本發(fā)明而并非限制本發(fā)明所描述的技術(shù)方 案；因此，盡管本說(shuō)明書(shū)參照上述的各個(gè)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明已進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，但 是，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，仍然可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行修改或等同替換；而 一切不脫離發(fā)明的精神和范圍的技術(shù)方案及其改進(jìn)，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要 求范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求
1、一種汽車車速車載測(cè)量裝置，包括橋梁主梁(6)和設(shè)置在橋梁主梁(6)上的鋪裝層(7)，其特征在于所述的鋪裝層(7)內(nèi)設(shè)有數(shù)個(gè)車載測(cè)量裝置，所述的測(cè)量裝置由U型底座(2)、傳力橫梁(1)和水泥基壓電傳感器(3)組成；所述的U型底座(2)將傳力橫梁(1)和橋面鋪裝層(7)隔離，所述的水泥基壓電傳感器(3)設(shè)置在U型底座(2)和傳力橫梁(1)之間。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的汽車車速車載測(cè)量裝置，其特征在于水泥基壓電傳感器(3)由水泥和壓電材料組成，其中水泥材料和壓電材料的連通維數(shù)為二，水泥基壓 電傳感器間通過(guò)外接電路并聯(lián)后再與放大器和采集設(shè)備連接。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的汽車車速車載測(cè)量裝置，其特征在于所述的U型底座(2)固定安裝在橋梁主梁(6)的頂面，且U型底梁的高度與鋪裝層厚度相同，長(zhǎng) 度為單車道寬度。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的汽車車速車載測(cè)量裝置，其特征在于所述的傳力橫梁 (1)為矩形鋼管混凝土結(jié)構(gòu)；傳力橫梁(1)的外輪廓寬度與U型底座(2)內(nèi)輪廓寬度相等，且傳力橫梁(1)的上頂面同橋面鋪裝層等高，長(zhǎng)度與車道寬度相同；傳力 橫梁(1)與U型底座(2)連接，并對(duì)水泥基壓電傳感器(3)進(jìn)行預(yù)壓。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種汽車車速車載測(cè)量裝置，包括橋梁主梁(6)和設(shè)置在橋梁主梁(6)上的鋪裝層(7)，鋪裝層(7)內(nèi)設(shè)有數(shù)個(gè)車載測(cè)量裝置，測(cè)量裝置由U型底座(2)、傳力橫梁(1)和水泥基壓電傳感器(3)組成；U型底座(2)將傳力橫梁(1)和橋面鋪裝層(7)隔離，水泥基壓電傳感器(3)設(shè)置在U型底座(2)和傳力橫梁(1)之間。水泥基壓電傳感器由水泥和壓電材料組成，本發(fā)明可以方便地用來(lái)測(cè)量公路橋梁汽車的車速和車載，進(jìn)而判斷任意時(shí)刻橋梁結(jié)構(gòu)所承受的汽車荷載的數(shù)量及其位置，為橋梁結(jié)構(gòu)的管理提供必要的荷載信息。本儀器具有精度高、耐久性好、造價(jià)低、實(shí)施簡(jiǎn)單、維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)G01G19/03GK101504306SQ20091007949
公開(kāi)日2009年8月12日 申請(qǐng)日期2009年3月13日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月13日
發(fā)明者何浩祥, 楊小森, 閆維明, 陳彥江 申請(qǐng)人:北京工業(yè)大學(xué)