压电传感器在车辆行驶称重中的应用

李鹏

摘要：车辆的超载超限运输己经成为公路、桥梁和隧道的头号“杀手”，严重影响到车辆的行驶安全。车辆在行驶中称重的问题急需解决。压电传感器是一种能把动能转换为电能的特殊材料，很适合用于检测高速行驶过程中车辆的载重。应用压电传感器检测时不需要车辆放慢速度，不影响车辆的正常行驶。它可在高速公路车辆超重超限监测和桥梁、隧道的超载警告系统中发挥着重要的作用。本文主要分析探讨了压电传感器在车辆行驶称重中的应用情况，以供参阅。

关键词：压电传感器；车辆行驶；称重；应用

当今社会车辆超载现象屡见不鲜，这种违反交通法规的不当行为，影响交通安全，给市政道路桥梁路面带来极大压力，缩减道路使用寿命，降低道路桥梁工程综合质量。然而，相较于发达国家，我国道路桥梁车辆行驶称重存在技术设备滞后消极现象，车辆超载现象屡见不鲜，为市政道路桥梁带来极大压力。基于此，为使车辆超载现象得以有效控制，分析在车辆行驶称重过程中，压电传感器应用方略显得尤为重要。

1压电传感器的检测原理

在特殊加工状态下，可以将动能转化为电能的材料称为压电材料，压电材料在机械冲击和振动时往往会产生电荷。处于材料原子层的偶极子，其顺序被打乱后会形成一个电子流，并具有恢复到原来状态的意愿。一旦有压力施加到传感器上，就会产生电压，如果去掉负载，那么就会产生一个相反极性的信号，它产生的电压比较高，传感器产生的电流却很小。压电传感器主要的通过检测车辆轮胎施加到传感器上的压力，产生成正比的模拟电压、信号等，且保证输出压力信号的时间与轮胎停留在传感器时间相同。如果有轮胎经过传感器，传感器就会产生一个电子脉冲，由此可见，压电传感器对行驶车辆的检测原理是对其受力产生的信号进行分析。这种检测和称重的技术与方法，不需要车辆放慢速度，不会影响车辆的正常形式，且检测精度较高，比较适用于中高级公路中推广与应用，从而实现动态、自动、实时、方便的车辆检测，并有效地进行检测信息的分析、处理、打印以及存储，有效地抑制了日益严重的车辆超载超速现象，为广大司机朋友营造一个安全的行车环境。

2压电传感器软件及硬件的应用

通过对压电传感器应用原理进行分析可知，作为电气装置，在车辆行驶称重领域的应用，需要与相关交通管理系统相融合，数据采集、整理、分析均需在相应的系统内完成，为此压电传感器在车辆行驶称重应用过程中，需软件及硬件给予该技术有力支持。基于此，为使压电传感器在车辆行驶称重过程中得以有效应用，分析压电传感器软件及硬件的应用势在必行。（1）硬件系统构成及应用。压电传感器硬件系统主要由上位机、下位机、全景摄像机及拍照摄像机等硬件构成，其中上位机由主控单元（工控机）、通讯设施（硬盘）、I/O板、图像采集卡1及卡2构成，图像采集卡1与汽车牌照摄像机相互连接，用以获取车辆牌照信息，图像采集卡2与全景摄像机相互连接，用以获取行驶车辆全景信息。下位机主要由电气控制系统构成，用以控制扩展单元，可在车辆经过压电传感器时，发出车辆行驶称重检测信号，为压电传感器软件分析提供依据。（2）压电传感器软件应用。负责提供压电传感器提供电源的软件为“电气控制单元”，为获取更多有关检测车辆的数据及相关信息，由黑白摄像单元负责获取称重车辆车牌号，由彩色摄像单元负责获取称重车辆全景信息，为车辆超重追责提供科学有效的数据支持。负责称重检测的软件为扩展控制单元，该单元可及时获取车辆行驶所产生的信号，该信号传输至压电传感器中进行信号分析，其中分析信号波的软件为Atmega116在线编程，通过分析信号波变化情况，得出车辆是否在行驶过程中存在超载现象，具体软件操控流程在由主程序控制程序内践行，其中CLI//禁全局中断，保障软件得以有效运行，待堆栈设置后，汽车行驶称重数据传输至I/O端口并进行初始化，待初始化后依据交通管理客观需求，I/O端数据将被清零，以便保障软件存储功能稳定有效，需继续进行分析的数据进入寄存器并进行初始化，分析其PD3=1//线圈信号，若无信号徐再次将数据原路返回，在寄存器内进行初始化，若有信号则进入SEI//允许全局中断，随后由串口输出数据，得出车辆行驶称重结论。

3压电传感器检测技术的应用和发展

与众多的技术一样，压电轴传感器的应用已扩展成一门技术，在过去数年里取得了长足的发展。美国MSI公司经过多年研究，开发出了一种共聚物压电轴传感器，该传感器被用于检测车轴数、轴距、车速监控，车型分类，动态称重（WIM），收费站地磅，闯红灯拍照，停车区域监控，交通信息采集（道路监控）及机场滑行道。共聚物压电轴传感器的长处是可获取精确的、具體的数据，如精确的速度信号、触发信号和分类信息及长期反馈交通信息统计数据。压电轴传感器作为闯红灯照相机的触发器，安装在红灯线前，在高密度交通流量时使用。在美国的马里兰州霍华县，由于安装了采用压电轴传感器的闯红灯拍照系统，在一年内闯红灯事件减少了53%，只有3.2%提出由法庭审判，90%的法庭审判证明事主违章。巴西、德国、日本和韩国在压电检测的车辆行驶中称重功能方面有大量的应用。其主要用途是高速公路车辆超载监测的预选和桥梁超载警告系统，判断正在行驶中的车辆，尤其是驶过桥梁的车辆是否超载，由视频系统拍下车牌号记录在案，然后再由执法机构用精度较高的低速称重系统判断超载量并根据超载量罚款。

4结束语

近年来，我国科学技术日新月异，为社会各领域生产和管理带来了便利。面对日益增加的车辆量，如何为司机朋友营造一个安全的行车环境，交通管理部门应加大对这方面技术和设备的开发，引入压电传感器技术，用于车辆行驶称重和测速中，将计算机网络技术和压力传感器有机结合，减少了人为的干预，大大提高了测量的精度，有利于帮助交通管理人员掌握所有车辆的行车信息，从而控制车辆超速超载问题，实现车辆称重智能化和科学化。

参考文献：

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[3]李晓宝，简水珍，彭恢湘.压电石英称重传感器在公路动态称重中的应用[J].公路与汽运.2012（03）.

（作者单位：石家庄工程技术学校）