Устройство для взвешивания транспортных средств во время движения

 

< >870962

Союз Советсннк

Соцнапнстнчесннк

Республик

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 10.01 80 (21) 2867708/18-10 с присоединением заявки гй (23) Прморитет—

Опубликовано07. 10. 81. Бюллетень Ме 37 (53)N. Кл.

G 01 6 19/03

Гооудврстаеккый комитет ав делан кзооретеккй к открытий (53) УДК 681 269 (088. 8) Дата опубликования описания 10. 10.81 (72) Авторы изобретения

Я,Я. Берзиньш, Х.Х. Свикис, В.Т. Браилко и А.О ° Озолс (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЗВЕШИВАНИЯ ТРАНСПОРТНЫХ

СРЕДСТВ ВО ВРЕМЯ ДВИЖЕНИЯ

Изобретение относится к области несоизмерительной 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 для счета числа транспортных единиц, содержащее. грузоприемный узел, вихретоковый преобразователь, измерительный блок с генератором синусоидальных колебаний, усилителем, выпрямителем и фазовращателем и счетно-решающий блок с дифференциатором, сумматором и логическими элементами Pl ).

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

2 транспортных средств во время движе.ния, содержащее датчик веса, подклю- ченный к входу генератора пилообразного напряжения, сглаживающий фильтр, дифференциатор и блок регистрации(2 ).

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

Цель изобретения - повышение точности взвешивания.

Указанная цель достигается тем, что в устройство введены преобразователь время-амплитуда, амплитудный детектор, квадратор, множитель сиги. налов и блок вычитания сиг: алов, причем к выходу генератора пилообразного напряжения подключены последова-. тельно соединенные преобразователь время-амплитуда и сглаживающий фильтр, к выходу которого параллельно подключены первые входы амплитудного детек25

Однако конструктивные особенности емкостного датчика 1 делают изменение его емкости ЬС инвариантной по отношению нагрузки, действующей на датчик, т.е.

3 87096 тора 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 подключен к выходу амплитудного детектора, а выход соединен с входом блока регистрации, к выходу которого параллельно подключены вторые входы амплитудного детектора и дифференциатора.

На .фиг.l приведена блок -схема устройства па фиг.2,3,4,5 и 6— эпюры сигналов на выходах основных элементов устройства.

Устройство (фиг.l) 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 вычитания 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 па35 раллельно подсоединены вторые входы амплитудного детектора 5 и дифференциатора 6.

Устройство работает следующим образом.

Емкостный датчик веса 1 включен в времязаданную цепь генератора пилообразного напряжения 2, который вырабатывает пилообразный сигнал с постоянной амплитудой. При переезде датчика 1 колесами автомобиля изменяс.

45 ется его емкость, что вызывает соответствующее изменение длительности периода пилообразных колебаний, вырабатываемых генератором 2. Емкостной датчик I может .быть выполнен, 50 например, в виде многослойного коврика и обеапечивает линейное изменение емкости датчика как функцию от дейст вующего на датчик веса, т.е.ЬС= K hP

Характер этой зависимости не меняется от нагрузки в широких пределах, т.е. от величины площади поверхности датчика l, покрываемой действующим

2 4 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 ширина датчика меньше средних размеров контактной площади шины автомобиля с дорогой. Толщина емкостного датчика l не превышает 10-15 мм. Такая конструкция датчика 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

6, бед

4жа(а-ю где S — - площадь контакта шины соответствующей оси автомобиля с датчиком, т.е. часть площади поверхности датчика

1, на которую действует нагрузка

d — - расстояние между токопроводящими слоям датчика I в исходном состоянии

bd — изменение расстояния между токопроводящими слоями датчика в той его части, на которую действует нагрузка! — проницаемость диэлектрика емкостного датчика I. ьС 11 ®) = const при

<С =СОЬSt 5= gaг .

Р где G = — — нагрузка иа емкостный бр датчик 1

9 — часть веса автомобиля, которая приходится на соответствующую ось. транспортного средства.

Из вышеприведенных соотношений следует, что

Дд Р

-К„б =К„ и, следовательно, E С= К1Р, где - масштабный коэффициент.

Как видно из этого выражения из) ме кение емко сти Д С датчика 1 не зависит от величины контактной площади шин автомобиля с дорогой, т.е. не зависит от размеров (или ширины) шин транспортного средства, íî b C определяется только весом, действующим . на датчик 1 .

Период колебаний релаксационного генератора пилообразного сигнала 2 имеет линейную зависимость от параметров его хронирующей RC -цепи. Следовательно, изменение периода этих колебаний ЬТ является линейной функцией С-изменения емкости датчика

1 и нагрузки на ось автомобиля, т.е.

ОТ=К Р, Сигнал с выхода генератора 2 поступает на вход преобразователя времяамплитуда 3, который формирует импульсы напряжения с амплитудой, прямо пропорциональной длительности периода колебаний генератора 2, учитывая что Т - >Т и, следовательно, Э пР 06/

Т = Т +Т Т для колебания генера, обр пР тора.7 где Т вЂ” период повторения пилообразных импульсов на выходе генератора 2, Т 1Р и Тов соответственно прямой и обратный ход пилообразного сигнала на выходе генератора 2.

С выхода преобразователя 3 пилообразный 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. Таккы образом,, при переезде емкостного датчика I колесами автомобиля изменению периода колебаний генератора 2 соответствует из менение амплитудыпилообраэных импульcos на выходе преобразователя время- амплитуда 3 и на выходе фильтра 4 появляется импульс напряжения (см. фиг.2). Амплитуда этого импульса ЬО прямо пропорциональна весу, т.е. нагрузке, действующей на соответствующую ось автомобиля

870962

0 Р где К Э- масштабный коэффициент.

Это условие полностью выполняет" ся только в стационарном состоянии, 5 т.е. когда колеса неподвижного транспортного средства находятся над датчиком 1.

Если транспортное средство находится в движении, то определение

1а нагрузки на его ось подобным ОбраI зом приводит к значительным погреш ностям, так как не учтено динамичес" кое воздействие на датчик I нормальной составляющей силы, обусловлен15 нои кинетической энергией движущегося транспортного средства, т.е.

VA Ч 1К= —, где m — масса транспортного средства:

V — - скорость автомобиля.

В описываемом устройстве при определении веса автомобиля вводится коррекция в зависимости от скорости движения автомобиля таким образом, что из U вычитается составляющая, пропорциональная Р Ч, и вес определяетеЯ ся следующим выражением:

p= — (<-k

Ку где К и К вЂ” масштабные коэффициенЭ 4.

Амплитудное значение ДО импульса на выходе фильтра 4, соответствующего переезду датчика 1 колесами автомобиля, фиксируется и на некоторое время запоминается амплитудным детектором 5 (см.фиг.3). Дифференциатор

6 осуществляет определение максималь- ного значения производной переднего

40 фронта импульса напряжения на выходе ..Р

*V фильтра, т.е. 50 = (которое макс Ж (мокс пропорционально скорости Ч движущегося автомоб я т.е Vì àêÃÊ Ч. Ибо скорость нарастания йли крутизна переднего фронта 5- этого импульса однозначно соответствует скорости движения автомобиля, где 5t - время полного наезда колеса автомобиля на датчик (фиг.4 и 5). -Кроме того, эна%eHHe b U „oea 0MHHeeTe схеМоА ( дифференциатора 6, которая выполиеиа на трех операционных усилителях: первый включен в режиме дифференцирования, два последних используются а качестве фиксатора максимального значения ДО и действуют. подобно схеме амплитудного детектора. Квадратор 7

8709 выполняет операцию (g g ) е в водит в квадрат значение ц мОкс" пряжение Hà его выходе пропорционально квадрату скорости автомобиля пе У реезжающего датчик 1, т.е. =К Ч.

"ВИХ7 4Квадратор 7 схематически может быть выполнен на микросхеме балансного модулятора. Сигналы с выходов амплитудного детектора 5 и квадратора 7 поступают на входы умножителя сигна- 10 лов 8, который осуществляет операцию перемножения сигналов 0- =hU и

2 -ьыхр " рХ1

К4 V, т.е. 0 1,1Х8=ЕЛ К„1 V. Умножитель 8 аналогично квадратору 7 выполнен на типовой микросхеме балансного

15 модулятора, предназначенный для перемножения сигналов и возведения их в квадрат. Сигналы с выходов умножителя 8 и амплитудного детектора 5 поступают на входы блока вычитания

9, который выполняет операцию 1 „

-Ц -ьО -Ьи-К„,V = ь11(1-К„Ч ), сигнал с его выхода поступает на вход блока регистрации 10, в котором результат может быть зафиксирован

25 в цифровом виде на бумажной ленте, на перфоленте или записан в память.

По истечении интервала времени, необходимого для регистрации результата, с выхода блока регистрации 10

30 на вторые входы амплитудного дйчектора 5 и дифференциатора 6 поступает сигнал, по которому в этих блоках осуществляется сброс информации, т.е. разряд накопительных запоминающих емкостеи„ и схема предлагаемого уст35 ройства тем самым приводится в исходное состояние.

Экономическая эффективность устройства заключается в повышении точности взвешивания транспортных

62 В средств при их движении в широких преелах скоростей.

ФОрмула изобретения

Устройство для взвешивания транспортных средств во время движения, содержащее датчик веса, подключенный к входу генератора пилообразного напряжения, сглаживающий фильтр, дифференциатор и блок регистрации, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности, в него sseде ы преобразователь время-амплитуда

t амплитудный детектор, квадратор, умножитель сигналов и блок вычитания е сигналов, причем к выходу генератора пилообразного напряжения подключены последовательно соединенные преобразователь время-амплитуда и сглаживающий фильтр, к выходу которого параллельно подключены первые входы амнлитудного детектора и дифференциатора, выход которого через квадратор соединен с первым входом умножителя сигналов, второй вход которого соединен с выходом амплитудного детектора а

У выход — с первым входом блока вычитания сигналов, второй вход которого подключен к выходу амплитудного детектора, а выход соединен с входом блока регистрации, к выходу которого

t параллельно подключены вторые входы амплитудного детектора и дифференциатора. о

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

Р 430288, кл. G 01 G 19/02, 1971.

2. Патент США В 3565195, кл. G 01 С 3/12, опублик. 1975 (прототип).

8709б2 е, ие.

Фие.

Мжц раея ииж ,фФЗЩЩМЖВ/Фй

Составитель В. )))иршов

Редактор О. Филиппова Техред M.Ðåéâåñ Корректор Г. Решетник

Заказ 84)8/)1 Тираж 705 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент r. Ужгород, ул. Проектная, 4