李鵬
摘要:車輛的超載超限運(yùn)輸己經(jīng)成為公路、橋梁和隧道的頭號(hào)“殺手”,嚴(yán)重影響到車輛的行駛安全。車輛在行駛中稱重的問(wèn)題急需解決。壓電傳感器是一種能把動(dòng)能轉(zhuǎn)換為電能的特殊材料,很適合用于檢測(cè)高速行駛過(guò)程中車輛的載重。應(yīng)用壓電傳感器檢測(cè)時(shí)不需要車輛放慢速度,不影響車輛的正常行駛。它可在高速公路車輛超重超限監(jiān)測(cè)和橋梁、隧道的超載警告系統(tǒng)中發(fā)揮著重要的作用。本文主要分析探討了壓電傳感器在車輛行駛稱重中的應(yīng)用情況,以供參閱。
關(guān)鍵詞:壓電傳感器;車輛行駛;稱重;應(yīng)用
當(dāng)今社會(huì)車輛超載現(xiàn)象屢見(jiàn)不鮮,這種違反交通法規(guī)的不當(dāng)行為,影響交通安全,給市政道路橋梁路面帶來(lái)極大壓力,縮減道路使用壽命,降低道路橋梁工程綜合質(zhì)量。然而,相較于發(fā)達(dá)國(guó)家,我國(guó)道路橋梁車輛行駛稱重存在技術(shù)設(shè)備滯后消極現(xiàn)象,車輛超載現(xiàn)象屢見(jiàn)不鮮,為市政道路橋梁帶來(lái)極大壓力?;诖?,為使車輛超載現(xiàn)象得以有效控制,分析在車輛行駛稱重過(guò)程中,壓電傳感器應(yīng)用方略顯得尤為重要。
1壓電傳感器的檢測(cè)原理
在特殊加工狀態(tài)下,可以將動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能的材料稱為壓電材料,壓電材料在機(jī)械沖擊和振動(dòng)時(shí)往往會(huì)產(chǎn)生電荷。處于材料原子層的偶極子,其順序被打亂后會(huì)形成一個(gè)電子流,并具有恢復(fù)到原來(lái)狀態(tài)的意愿。一旦有壓力施加到傳感器上,就會(huì)產(chǎn)生電壓,如果去掉負(fù)載,那么就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)相反極性的信號(hào),它產(chǎn)生的電壓比較高,傳感器產(chǎn)生的電流卻很小。壓電傳感器主要的通過(guò)檢測(cè)車輛輪胎施加到傳感器上的壓力,產(chǎn)生成正比的模擬電壓、信號(hào)等,且保證輸出壓力信號(hào)的時(shí)間與輪胎停留在傳感器時(shí)間相同。如果有輪胎經(jīng)過(guò)傳感器,傳感器就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)電子脈沖,由此可見(jiàn),壓電傳感器對(duì)行駛車輛的檢測(cè)原理是對(duì)其受力產(chǎn)生的信號(hào)進(jìn)行分析。這種檢測(cè)和稱重的技術(shù)與方法,不需要車輛放慢速度,不會(huì)影響車輛的正常形式,且檢測(cè)精度較高,比較適用于中高級(jí)公路中推廣與應(yīng)用,從而實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)、自動(dòng)、實(shí)時(shí)、方便的車輛檢測(cè),并有效地進(jìn)行檢測(cè)信息的分析、處理、打印以及存儲(chǔ),有效地抑制了日益嚴(yán)重的車輛超載超速現(xiàn)象,為廣大司機(jī)朋友營(yíng)造一個(gè)安全的行車環(huán)境。
2壓電傳感器軟件及硬件的應(yīng)用
通過(guò)對(duì)壓電傳感器應(yīng)用原理進(jìn)行分析可知,作為電氣裝置,在車輛行駛稱重領(lǐng)域的應(yīng)用,需要與相關(guān)交通管理系統(tǒng)相融合,數(shù)據(jù)采集、整理、分析均需在相應(yīng)的系統(tǒng)內(nèi)完成,為此壓電傳感器在車輛行駛稱重應(yīng)用過(guò)程中,需軟件及硬件給予該技術(shù)有力支持?;诖?,為使壓電傳感器在車輛行駛稱重過(guò)程中得以有效應(yīng)用,分析壓電傳感器軟件及硬件的應(yīng)用勢(shì)在必行。(1)硬件系統(tǒng)構(gòu)成及應(yīng)用。壓電傳感器硬件系統(tǒng)主要由上位機(jī)、下位機(jī)、全景攝像機(jī)及拍照攝像機(jī)等硬件構(gòu)成,其中上位機(jī)由主控單元(工控機(jī))、通訊設(shè)施(硬盤)、I/O板、圖像采集卡1及卡2構(gòu)成,圖像采集卡1與汽車牌照攝像機(jī)相互連接,用以獲取車輛牌照信息,圖像采集卡2與全景攝像機(jī)相互連接,用以獲取行駛車輛全景信息。下位機(jī)主要由電氣控制系統(tǒng)構(gòu)成,用以控制擴(kuò)展單元,可在車輛經(jīng)過(guò)壓電傳感器時(shí),發(fā)出車輛行駛稱重檢測(cè)信號(hào),為壓電傳感器軟件分析提供依據(jù)。(2)壓電傳感器軟件應(yīng)用。負(fù)責(zé)提供壓電傳感器提供電源的軟件為“電氣控制單元”,為獲取更多有關(guān)檢測(cè)車輛的數(shù)據(jù)及相關(guān)信息,由黑白攝像單元負(fù)責(zé)獲取稱重車輛車牌號(hào),由彩色攝像單元負(fù)責(zé)獲取稱重車輛全景信息,為車輛超重追責(zé)提供科學(xué)有效的數(shù)據(jù)支持。負(fù)責(zé)稱重檢測(cè)的軟件為擴(kuò)展控制單元,該單元可及時(shí)獲取車輛行駛所產(chǎn)生的信號(hào),該信號(hào)傳輸至壓電傳感器中進(jìn)行信號(hào)分析,其中分析信號(hào)波的軟件為Atmega116在線編程,通過(guò)分析信號(hào)波變化情況,得出車輛是否在行駛過(guò)程中存在超載現(xiàn)象,具體軟件操控流程在由主程序控制程序內(nèi)踐行,其中CLI//禁全局中斷,保障軟件得以有效運(yùn)行,待堆棧設(shè)置后,汽車行駛稱重?cái)?shù)據(jù)傳輸至I/O端口并進(jìn)行初始化,待初始化后依據(jù)交通管理客觀需求,I/O端數(shù)據(jù)將被清零,以便保障軟件存儲(chǔ)功能穩(wěn)定有效,需繼續(xù)進(jìn)行分析的數(shù)據(jù)進(jìn)入寄存器并進(jìn)行初始化,分析其PD3=1//線圈信號(hào),若無(wú)信號(hào)徐再次將數(shù)據(jù)原路返回,在寄存器內(nèi)進(jìn)行初始化,若有信號(hào)則進(jìn)入SEI//允許全局中斷,隨后由串口輸出數(shù)據(jù),得出車輛行駛稱重結(jié)論。
3壓電傳感器檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展
與眾多的技術(shù)一樣,壓電軸傳感器的應(yīng)用已擴(kuò)展成一門技術(shù),在過(guò)去數(shù)年里取得了長(zhǎng)足的發(fā)展。美國(guó)MSI公司經(jīng)過(guò)多年研究,開(kāi)發(fā)出了一種共聚物壓電軸傳感器,該傳感器被用于檢測(cè)車軸數(shù)、軸距、車速監(jiān)控,車型分類,動(dòng)態(tài)稱重(WIM),收費(fèi)站地磅,闖紅燈拍照,停車區(qū)域監(jiān)控,交通信息采集(道路監(jiān)控)及機(jī)場(chǎng)滑行道。共聚物壓電軸傳感器的長(zhǎng)處是可獲取精確的、具體的數(shù)據(jù),如精確的速度信號(hào)、觸發(fā)信號(hào)和分類信息及長(zhǎng)期反饋交通信息統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。壓電軸傳感器作為闖紅燈照相機(jī)的觸發(fā)器,安裝在紅燈線前,在高密度交通流量時(shí)使用。在美國(guó)的馬里蘭州霍華縣,由于安裝了采用壓電軸傳感器的闖紅燈拍照系統(tǒng),在一年內(nèi)闖紅燈事件減少了53%,只有3.2%提出由法庭審判,90%的法庭審判證明事主違章。巴西、德國(guó)、日本和韓國(guó)在壓電檢測(cè)的車輛行駛中稱重功能方面有大量的應(yīng)用。其主要用途是高速公路車輛超載監(jiān)測(cè)的預(yù)選和橋梁超載警告系統(tǒng),判斷正在行駛中的車輛,尤其是駛過(guò)橋梁的車輛是否超載,由視頻系統(tǒng)拍下車牌號(hào)記錄在案,然后再由執(zhí)法機(jī)構(gòu)用精度較高的低速稱重系統(tǒng)判斷超載量并根據(jù)超載量罰款。
4結(jié)束語(yǔ)
近年來(lái),我國(guó)科學(xué)技術(shù)日新月異,為社會(huì)各領(lǐng)域生產(chǎn)和管理帶來(lái)了便利。面對(duì)日益增加的車輛量,如何為司機(jī)朋友營(yíng)造一個(gè)安全的行車環(huán)境,交通管理部門應(yīng)加大對(duì)這方面技術(shù)和設(shè)備的開(kāi)發(fā),引入壓電傳感器技術(shù),用于車輛行駛稱重和測(cè)速中,將計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和壓力傳感器有機(jī)結(jié)合,減少了人為的干預(yù),大大提高了測(cè)量的精度,有利于幫助交通管理人員掌握所有車輛的行車信息,從而控制車輛超速超載問(wèn)題,實(shí)現(xiàn)車輛稱重智能化和科學(xué)化。
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(作者單位:石家莊工程技術(shù)學(xué)校)