一種基于電容充放電的動(dòng)態(tài)稱重方法和系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種基于電容充放電的動(dòng)態(tài)稱重方法和系統(tǒng)，該方法包括如下步驟：采集車(chē)輛通過(guò)壓電傳感器的波形信號(hào)；對(duì)壓電傳感器采集到的波形信號(hào)進(jìn)行信號(hào)處理；對(duì)處理后的波形信號(hào)進(jìn)行特征參數(shù)提?。桓鶕?jù)提取到的特征參數(shù)計(jì)算電容放電損失積分和量并根據(jù)得到的電容放電損失積分和量進(jìn)行波形補(bǔ)償；根據(jù)補(bǔ)償后的波形計(jì)算車(chē)輛重量信息。本發(fā)明通過(guò)電容充放電公式的補(bǔ)償，在不增加硬件成本的基礎(chǔ)上，彌補(bǔ)了電荷放大器中的電容通過(guò)反饋電阻的放電損失引起的原始信號(hào)損失；有效解決了壓電稱重系統(tǒng)的非線性問(wèn)題，減小了壓電稱重系統(tǒng)的重量損失，改善了稱重控制系統(tǒng)的線性，從而提高了基于壓電效應(yīng)的傳感器系統(tǒng)的稱重精度。
【專利說(shuō)明】-種基于電容充放電的動(dòng)態(tài)稱重方法和系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種動(dòng)態(tài)稱重方法和系統(tǒng)，特別涉及一種基于電容充放電的動(dòng)態(tài)稱重 方法和系統(tǒng)，屬于車(chē)輛稱重【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002] 高速公路車(chē)輛超限現(xiàn)象越來(lái)越嚴(yán)重。目前，車(chē)輛動(dòng)態(tài)稱重技術(shù)廣泛應(yīng)用于高速預(yù) 檢、交通流量調(diào)查、治理超限超載和計(jì)重收費(fèi)系統(tǒng)中，在交通管理、超載治理中起到了重要 的作用。在公路車(chē)輛超限預(yù)判、橋梁超限報(bào)警和軸載動(dòng)態(tài)計(jì)量中，迫切需要體積小、動(dòng)態(tài)范 圍廣、靈敏度高、精度高的動(dòng)態(tài)稱重傳感器和動(dòng)態(tài)車(chē)輛稱重系統(tǒng)。
[0003] 基于壓電效應(yīng)的壓電傳感器廣泛應(yīng)用于高低速稱重領(lǐng)域，其固有的優(yōu)勢(shì)在于可稱 量的速度范圍廣，車(chē)輛震動(dòng)小。然而壓電傳感器由于產(chǎn)生的是電荷信號(hào)，其信號(hào)量極其微 弱，通常需要采用電荷轉(zhuǎn)換放大電路將其電荷信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)并放大，，從而便于后端 進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。電荷放大電路的弊端在于壓電傳感器受沖擊產(chǎn)生電荷信號(hào)給放大電路中的 電容充電的同時(shí)，電容上的電荷又通過(guò)反饋電阻不斷放電，導(dǎo)致后端接收到的波形信號(hào)損 失，最終使稱重的結(jié)果不準(zhǔn)確。在相同速度的情況下，載荷越大的車(chē)輛由于其輪胎接地長(zhǎng)度 大，作用在壓電傳感器上的時(shí)間越長(zhǎng)，從而通過(guò)反饋電阻放電量越大，導(dǎo)致重量偏輕程度越 大，從而影響了稱重精度。
[0004] 通常情況下，稱量衡器要求稱量重量應(yīng)與載荷的大小呈線性比例關(guān)系。由于上述 電容通過(guò)反饋電阻不斷放電，導(dǎo)致載荷越大稱量重量偏輕程度越大，造成了壓電式傳感器 的非線性問(wèn)題。針對(duì)這種電容放電損失導(dǎo)致的傳感器非線性問(wèn)題，普遍采用的方法就是改 進(jìn)電路設(shè)計(jì)，降低電容通過(guò)反饋電阻放電損失。然而無(wú)論如何改進(jìn)電路設(shè)計(jì)，這種信號(hào)損失 都會(huì)存在，限制了壓電傳感器稱重精度的進(jìn)一步提高，一定程度上也限制了其更好的推廣。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是：提高車(chē)輛動(dòng)態(tài)稱重的精度。
[0006] 為實(shí)現(xiàn)上述的發(fā)明目的，本發(fā)明提供了一種基于電容充放電的動(dòng)態(tài)稱重方法和系 統(tǒng)。
[0007] -方面本發(fā)明提供一種于電容充放電的動(dòng)態(tài)稱重方法，包括如下步驟：
[0008] 采集車(chē)輛通過(guò)壓電傳感器的波形信號(hào)；
[0009] 對(duì)壓電傳感器采集到的波形信號(hào)進(jìn)行信號(hào)處理；
[0010] 對(duì)處理后的波形信號(hào)進(jìn)行特征參數(shù)提取；
[0011] 根據(jù)提取到的特征參數(shù)計(jì)算電容放電損失積分和量并進(jìn)行波形補(bǔ)償；
[0012] 根據(jù)補(bǔ)償后的波形計(jì)算車(chē)輛重量信息。
[0013] 其中較優(yōu)地，所述對(duì)壓電傳感器采集到的波形信號(hào)進(jìn)行信號(hào)處理的步驟具體包 括：
[0014] 壓電傳感器輸出的電荷信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)；
[0015] 對(duì)轉(zhuǎn)換后的電壓信號(hào)進(jìn)行濾波處理，濾除電壓信號(hào)中的噪聲干擾；
[0016] 對(duì)濾波處理后的電壓信號(hào)進(jìn)行放大處理；
[0017] 放大后的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。
[0018] 其中較優(yōu)地，所述特征參數(shù)包括：上稱時(shí)刻、下稱時(shí)刻、積分和、輪速度。
[0019] 其中較優(yōu)地，其特征在于，所述電容放電損失積分和量是按下式計(jì)算的：

【權(quán)利要求】
1. 一種基于電容充放電的動(dòng)態(tài)稱重方法，其特征在于，包括如下步驟： 采集車(chē)輛通過(guò)壓電傳感器的波形信號(hào)； 對(duì)壓電傳感器采集到的波形信號(hào)進(jìn)行信號(hào)處理； 對(duì)處理后的波形信號(hào)進(jìn)行特征參數(shù)提??； 根據(jù)提取到的特征參數(shù)計(jì)算電容放電損失積分和量并進(jìn)行波形補(bǔ)償； 根據(jù)補(bǔ)償后的波形計(jì)算車(chē)輛重量信息。
2. 如權(quán)利要求1所述的動(dòng)態(tài)稱重方法，其特征在于，所述對(duì)壓電傳感器采集到的波形 信號(hào)進(jìn)行信號(hào)處理的步驟具體包括： 壓電傳感器輸出的電荷信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)； 對(duì)轉(zhuǎn)換后的電壓信號(hào)進(jìn)行濾波處理，濾除電壓信號(hào)中的噪聲干擾； 對(duì)濾波處理后的電壓信號(hào)進(jìn)行放大處理； 放大后的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。
3. 如權(quán)利要求1所述的動(dòng)態(tài)稱重方法，其特征在于，所述特征參數(shù)包括：上稱時(shí)刻、下 稱時(shí)刻、積分和、輪速度。
4. 如權(quán)利要求1所述的動(dòng)態(tài)稱重方法，其特征在于，所述電容放電損失積分和量是按 下式計(jì)算的：
其中，
Z表示電容放電損失積分和量，w表示采集波形的頻率，R表示反饋電阻阻值，C表示 電容容值，T表示上稱時(shí)刻至下稱時(shí)刻間的波形寬度，A表示波形幅值，K表示電路常系數(shù)。
5. 如權(quán)利要求1所述的動(dòng)態(tài)稱重方法，其特征在于，所述車(chē)輛重量信息是按下式計(jì)算 的： G=K:X(sum+Z)Xspeed 其中，G表示計(jì)算所得重量，&表示等效系數(shù)，sum表示車(chē)輛上稱時(shí)刻點(diǎn)、下稱時(shí)刻點(diǎn)選 取的波形的積分和，speed表不輪速度，Z表不電容放電損失積分和量。
6. -種基于電容充放電的動(dòng)態(tài)稱重系統(tǒng)，其特征在于，應(yīng)用權(quán)利要求1-5任意一項(xiàng)所 述的方法，包括： 信號(hào)獲取模塊、信號(hào)處理模塊，特征參數(shù)提取模塊、電容放電損失補(bǔ)償模塊和車(chē)輛重量 計(jì)算模塊； 所述信號(hào)獲取模塊采集車(chē)輛通過(guò)信號(hào)獲取模塊時(shí)的波形信號(hào)并轉(zhuǎn)換成電荷信號(hào)輸出 至所述信號(hào)處理模塊；所述信號(hào)處理模塊對(duì)電荷信號(hào)處理并轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)傳輸至所述特 征參數(shù)提取模塊；所述特征參數(shù)提取模塊提取數(shù)字信號(hào)中相應(yīng)的特征參數(shù)；所述電容放電 損失補(bǔ)償模塊根據(jù)特征參數(shù)計(jì)算電容放電損失積分和量并對(duì)原始波形信號(hào)進(jìn)行補(bǔ)償，所述 車(chē)輛重量計(jì)算模塊根據(jù)補(bǔ)償后的波形信號(hào)計(jì)算車(chē)輛的重量信息。
7. 如權(quán)利要求6所述的動(dòng)態(tài)稱重系統(tǒng)，其特征在于，所述信號(hào)獲取模塊是兩條或者兩 條以上的基于壓電效應(yīng)的傳感器陣列排列。
8. 如權(quán)利要求6所述的動(dòng)態(tài)稱重系統(tǒng)，其特征在于，所述信號(hào)獲取處理模塊包括依序 連接的電荷轉(zhuǎn)換單元、信號(hào)濾波單元、信號(hào)放大單元、信號(hào)A/D轉(zhuǎn)換單元； 所述電荷轉(zhuǎn)換單元將壓電傳感器輸出的電荷信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)傳輸至所述信號(hào)濾 波單元，所述信號(hào)濾波單元對(duì)轉(zhuǎn)換后的電壓信號(hào)濾波處理，濾除電壓信號(hào)中的噪聲干擾并 傳輸至所述信號(hào)放大單元，所述信號(hào)放大單元對(duì)濾波處理后的電壓信號(hào)放大處理后傳輸至 所述信號(hào)A/D轉(zhuǎn)換單元；所述信號(hào)A/D轉(zhuǎn)換單元將放大后的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。
9. 如權(quán)利要求6-8任意一項(xiàng)所述的動(dòng)態(tài)稱重系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括： 車(chē)輛分離檢測(cè)模塊，用于提取車(chē)輛的收尾信號(hào)并根據(jù)收尾信號(hào)上傳車(chē)輛信息。
10. 如權(quán)利要求9所述的動(dòng)態(tài)稱重系統(tǒng)，其特征在于，所述車(chē)輛分離檢測(cè)模塊是地感線 圈、光柵、激光中的任意一種。
【文檔編號(hào)】G01G19/03GK104406670SQ201410699790
【公開(kāi)日】2015年3月11日 申請(qǐng)日期:2014年11月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月27日
【發(fā)明者】方睿, 陳忠元, 羅國(guó)春, 周行, 王平, 陳琦 申請(qǐng)人:北京萬(wàn)集科技股份有限公司