一种压电式车辆动态称重传感器的制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种压电式车辆动态称重传感器，包括：弹性体，横截面呈“工”字梁形，包括平行设置的上、下端板及连接与所述上、下端板之间的连接部，连接部内沿长度方向设置有密闭腔室；上端传力块和下端传力块，上下连为一体后竖直地安装在密闭腔室内壁底部和顶部之间；FPC，固定于所述上端传力块和下端传力块之间的连接处；压电陶瓷，沿长度方向均匀分布于所述FPC上，并通过FPC实现电路并联连接。本实用新型为解决现有压电式车辆动态称重传感器称重敏感元件易因受力不均而破损、制作繁琐、人工成本高等问题，采用用FPC，并将焊有称重敏感元件的FPC置于凹槽内，使称重敏感元件受力更均匀更不易破损，制作工艺大为简化。
【专利说明】
-种压电式车辆动态称重传感器
技术领域
[0001] 本实用新型设及一种压电式车辆动态称重传感器，具体而言是一种使用柔性电路 板(FPC)传输压电信号的易于组装的压电式车辆动态称重传感器。
【背景技术】
[0002] 随着我国高速公路网的逐步形成和运输业的快速发展，车辆超限超载现象日益加 剧，车辆超限超载给我国公路建设、交通安全和综合经济效益带来巨大的影响。而建立有效 的车辆动态称重系统能在不影响车流的情况下对可能超重的车辆进行预警，再对被预警车 辆精确称重，从而可对车辆超限超载现象进行监督。近年来，许多国家都对车辆动态称重技 术进行了研究，并有一些实际的应用。
[0003] 现有的压电式车辆动态称重技术中，传感器中的称重敏感元件(压电陶瓷或石英） 直接承受由传力块传递的循环冲击荷载，在长时间的受压过程中，称重敏感元件可能会由 于受力不均而破损。此外，称重敏感元件通过焊接导线传输压电信号，导线铺设繁琐，人工 成本较高。本实用新型专利所设及的一种压电式车辆动态称重传感器，可W较好地解决上 述问题，为高速公路超重车辆预警提供可靠的保障。 【实用新型内容】
[0004] 本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，设计出一种称重敏感元件受力合理 因而耐久度较高，制作工艺简单，人工成本小的车辆动态称重装置。
[0005] 为实现上述目的，本实用新型的技术方案如下：
[0006] -种压电式车辆动态称重传感器，包括：
[0007] 弹性体，横截面呈"工"字梁形，包括平行设置的上、下端板及连接与所述上、下端 板之间的连接部，所述连接部内沿长度方向设置有密闭腔室；
[000引上端传力块和下端传力块，上下连为一体后竖直地安装在所述密闭腔室内壁底部 和顶部之间；
[0009] FPC，固定于所述上端传力块和下端传力块之间的连接处；
[0010]压电陶瓷，沿长度方向均匀分布于所述FPC上，并通过FPC实现电路并联连接。
[0011] 进一步地，所述的下端传力块上沿长度方向设置有用于容纳FPC和压电陶瓷的凹 槽。
[0012] 进一步地，所述凹槽深度大于FPC与压电陶瓷厚度之和。
[0013] 进一步地，所述凹槽内设置有用于粘结上端传力块和下端传力块的环氧树脂，起 到连接、密封和缓冲作用。
[0014] 进一步地，所述FPC上间隔20~30mm设有用于与压电陶瓷电路焊接的焊点，所有的 焊点用电路并联后通过接线端连接外部电路。
[001引进一步地，所述压电陶瓷为直径5~10mm、厚度0.4~0.6mm的圆柱体，其正、负电极 设置在同一面上，并用粘贴在电极上的铜片引出正负两极，保证压电陶瓷受力均匀。
[0016] 进一步地，所述密闭腔室内壁底部沿长度方向设置有用于安装下端传力块的弹性 体下部凹槽，顶部沿长度方向设置有用于安装上端传力块3的弹性体上部凹槽。
[0017] 进一步地，所述弹性体的上端面沿长度方向均匀分布有间距为40~50mm的螺丝 孔，所述螺丝孔内设置有用于压紧上端传力块的螺钉单元。
[0018] 进一步地，所述弹性体的长为800~1000mm。
[0019] 进一步地，所述密闭腔室的横截面形状为圆形或楠圆形。
[0020] 相比现有技术，本实用新型装置的优点在于：
[0021] 1.传力块的荷载没有直接作用在称重敏感元件上，在冲击荷载作用下称重敏感元 件受力均匀，可W得到很好地保护，不易破坏，提高称重敏感元件的使用寿命。
[0022] 2.用FPC替换传统的导线，W简化传感器的制作工艺。
【附图说明】
[0023] 图1是本实用新型实施例的横截面示意图。
[0024] 图2是图1中A处放大示意图。
[0025] 图3是本实用新型实施例的俯视示意图。
[0026] 图4是本实用新型实施例的FPC和压电陶瓷在下端传力块凹槽中的布置位置示意 图。
[0027] 图5是本实用新型实施例的压电陶瓷结构示意图。
[0028] 图6是本实用新型实施例在单车道安装位置俯视示意图。
[0029] 图7是本实用新型实施例在单车道安装位置剖视示意图。
[0030] 图8是本实用新型实施例的信号采集示意图。
[0031] 图中：1--弹性体;1-1--弹性体下部凹槽;1-2--弹性体上部凹槽;2--下 端传力块；3--上端传力块；4--螺钉单元；5--FPC; 5-1--焊点；5-2--电路；5- 3--接线端;6--压电陶瓷;7--环氧树脂;8--动态称重传感器;9--行车轮胎轨 迹;10--行车方向；11--轮胎;12--电荷放大器;13--数据义集系统。
【具体实施方式】
[0032] 下面通过具体实施例对本实用新型的目的作进一步详细地描述，实施例不能在此 一一寶述，但本实用新型的实施方式并不因此限定于W下实施例。
[0033] 如图1所示，一种压电式车辆动态称重传感器，包括弹性体1、下端传力块2、上端传 力块3、螺钉单元4、FP巧、压电陶瓷6、环氧树脂7。
[0034] 所述弹性体1的长为800~1000mm(保证其长度大于任何车型轮胎宽度），横截面呈 "工"字梁形，包括平行设置的上、下端板及连接与所述上、下端板之间的连接部，所述连接 部内沿长度方向设置有横截面形状为圆形或楠圆形的密闭腔室，本实施例为圆形。所述密 闭腔室内壁底部沿长度方向设置有用于安装下端传力块2的弹性体下部凹槽1-1，顶部沿长 度方向设置有用于安装上端传力块3的弹性体上部凹槽1-2。
[0035] 如图2所示，所述下端传力块2与上端传力块3和弹性体1等长，同时，下端传力块2 上沿长度方向设置有用于容纳FP巧和压电陶瓷6的凹槽，所述凹槽深度为0.8~1mm，大于 FP巧与压电陶瓷6厚度之和，所述上端传力块3和下端传力块2上下连为一体后竖直地安装 在所述密闭腔室内壁的弹性体下部凹槽1-1和弹性体上部凹槽1-2之间。
[0036] 所述凹槽内设置有用于粘结上端传力块3和下端传力块2的环氧树脂7。
[0037] 所述FP巧固定于所述上端传力块和下端传力块之间的连接处，宽度20mm，长度比 下端传力块2略长。所述压电陶瓷6沿长度方向均匀分布于所述FP巧上，所述FP巧上间隔20 ~30mm设有用于与压电陶瓷6电路焊接的焊点5-1，所有的焊点5-1用电路5-2并联后通过接 线端5-3连接外部电路。
[003引如图5所示，所述压电陶瓷6为直径5~10mm、厚度0.4~0.6mm的圆柱体，其正、负电 极设置在同一面上，并用粘贴在电极上的铜片引出正负两极。
[0039] 如图1和图3所示，所述弹性体1的上端面沿长度方向均匀分布有间距为50mm的螺 丝孔，所述螺丝孔内设置有用于压紧上端传力块(3)的螺钉单元4。
[0040] 如图4所示，本实施例的组装过程如下包括：
[0041 ]将FP巧用AB胶粘贴在下端传力块2凹槽中并留出接线端5-3; AB胶产生一定强度 后，把压电陶瓷6粘贴在FP巧的焊点5-1附近适当的位置，使压电陶瓷6上的正负铜片电极能 够与焊点5-1焊接;把环氧树脂4饱满涂覆在下端传力块2的凹槽中，将上端传力块3与下端 传力块2通过环氧树脂7粘接为一个整体;待环氧树脂7硬化后，把粘接在一起的下端传力 块2和上端传力块3置于弹性体1的空腔中内壁的弹性体下部凹槽1-1和弹性体上部凹槽1-2 中；再把粘有螺丝胶的螺钉单元4梓入弹性体1的螺丝孔中并压紧上端传力块3,使压电陶瓷 6产生一定的预紧力;最后，把FP巧的接线端5-3与数据采集系统用导线相连。
[0042] 如图6至图8所示，在使用过程中，将本实施例提供的动态称重传感器8垂直行车方 向埋设于单侧的行车轮胎轨迹9路面下，在当行驶车辆的轮胎11通过动态称重传感器別寸， 车轮荷载通过路面面层传递到动态称重传感器8上，即车辆轮胎上的压力作用于动态称重 传感器8并通过螺钉单元4将力传递到下端传力块2与上端传力块3,传力块产生应变；当动 态称重传感器8内的压电陶瓷6受到外部动力荷载作用时，根据正压电效应，厚度变形模式 的压电陶瓷6上下表面会产生等量且电性相反的电荷，电荷量与外力成正比，通过FP巧上的 电路5-2、接线端5-3将此电荷通过电荷放大器12转化为电压信号，最后通过数据采集系统 13将荷载信号采集存储，通过现场试验建立动态称重传感器8输出与车轮荷载之间的关系， 确定动态称重传感器8荷载的灵敏度系数，从而确定行驶中车辆的单侧所有轮重，可W认为 车辆两侧所有车轮重量之和相等，将单侧所有轮重乘W2即为各轮重之和，进而得到整车重 量，实现动态称重。具体的车重计算方法如下：
[0043]
(1)
[0044] 其中，WgrDss表示车重，V表示车速;συ表示第j个轮胎通过时，第i个压电陶瓷测得 的应力，相应的压电陶瓷输出的电荷量为化表示车轮下受压的所有动态称重传感器的数 量，η表示车辆一侧的所有车轮数量;S表示动态称重传感器的灵敏度系数，即单位应力作用 时压电陶瓷的输出电荷量，可通过现场试验得到。巧
，U表示经过电荷放大 器之后动态称重传感器的名义输出电压值，k为电荷放大系数，则车重可W表示为
[0045]
口）
[0046] 其中，车速可W很容易通过传统的测量手段得到，且动态称重传感器的灵敏度系 数不随车速的变化而改变，设动态称重传感器的灵敏度系数为&=^^，公式(2)可W写成
[0047] Wgross = kU (3)
[004引通过公式(3)，可W直接计算出车重。
[0049] W上实施例仅用W说明本实用新型的技术方案而非对其限制。对于本领域的技术 人员来说，本实用新型可W有各种变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，对实用新型所 作的任何修改、等同替换等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
【主权项】
1. 一种压电式车辆动态称重传感器，其特征在于，包括： 弹性体（1)，横截面呈"工"字梁形，包括平行设置的上、下端板及连接与所述上、下端板 之间的连接部，所述连接部内沿长度方向设置有密闭腔室； 上端传力块(3)和下端传力块(2)，上下连为一体后竖直地安装在所述密闭腔室内壁底 部和顶部之间； FPC(5)，固定于所述上端传力块和下端传力块之间的连接处； 压电陶瓷（6)，沿长度方向均匀分布于所述FPC(5)上，并通过FPC(5)实现电路并联连 接。2. 根据权利要求1所述的压电式车辆动态称重传感器，其特征在于:所述的下端传力块 (2)上沿长度方向设置有用于容纳FPC(5)和压电陶瓷(6)的凹槽。3. 根据权利要求2所述的压电式车辆动态称重传感器，其特征在于:所述凹槽深度大于 FPC(5)与压电陶瓷(6)厚度之和。4. 据权利要求2所述的压电式车辆动态称重传感器，其特征在于:所述凹槽内设置有用 于粘结上端传力块(3)和下端传力块(2)的环氧树脂(7)。5. 据权利要求1所述的压电式车辆动态称重传感器，其特征在于:所述FPC(5)上间隔20 ~30_设有用于与压电陶瓷(6)电路焊接的焊点（5-1)，所有的焊点（5-1)用电路(5-2)并联 后通过接线端(5-3)连接外部电路。6. 据权利要求1所述的压电式车辆动态称重传感器，其特征在于:所述压电陶瓷(6)为 直径5~10mm、厚度0.4~0.6mm的圆柱体，其正、负电极设置在同一面上，并用粘贴在电极上 的铜片引出正负两极。7. 据权利要求1所述的压电式车辆动态称重传感器，其特征在于:所述密闭腔室内壁底 部沿长度方向设置有用于安装下端传力块(2)的弹性体下部凹槽(1-1)，顶部沿长度方向设 置有用于安装上端传力块(3)的弹性体上部凹槽(1-2)。8. 据权利要求1或7所述的压电式车辆动态称重传感器，其特征在于:所述弹性体（1)的 上端面沿长度方向均匀分布有间距为40~50mm的螺丝孔，所述螺丝孔内设置有用于压紧上 端传力块(3)的螺钉单元(4)。9. 据权利要求1所述的压电式车辆动态称重传感器，其特征在于:所述弹性体（1)的长 为800~1000mm。10. 据权利要求1所述的压电式车辆动态称重传感器，其特征在于:所述密闭腔室的横 截面形状为圆形或椭圆形。
【文档编号】G01G19/03GK205620011SQ201620233255
【公开日】2016年10月5日
【申请日】2016年3月23日
【发明人】侯爽, 田野
【申请人】华南理工大学