壓電傳感器在車輛行駛稱重中的應用

李鵬

摘要：車輛的超載超限運輸己經成為公路、橋梁和隧道的頭號“殺手”，嚴重影響到車輛的行駛安全。車輛在行駛中稱重的問題急需解決。壓電傳感器是一種能把動能轉換為電能的特殊材料，很適合用于檢測高速行駛過程中車輛的載重。應用壓電傳感器檢測時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用情況，以供參閱。

關鍵詞：壓電傳感器；車輛行駛；稱重；應用

當今社會車輛超載現象屢見不鮮，這種違反交通法規(guī)的不當行為，影響交通安全，給市政道路橋梁路面帶來極大壓力，縮減道路使用壽命，降低道路橋梁工程綜合質量。然而，相較于發(fā)達國家，我國道路橋梁車輛行駛稱重存在技術設備滯后消極現象，車輛超載現象屢見不鮮，為市政道路橋梁帶來極大壓力?；诖耍瑸槭管囕v超載現象得以有效控制，分析在車輛行駛稱重過程中，壓電傳感器應用方略顯得尤為重要。

1壓電傳感器的檢測原理

在特殊加工狀態(tài)下，可以將動能轉化為電能的材料稱為壓電材料，壓電材料在機械沖擊和振動時往往會產生電荷。處于材料原子層的偶極子，其順序被打亂后會形成一個電子流，并具有恢復到原來狀態(tài)的意愿。一旦有壓力施加到傳感器上，就會產生電壓，如果去掉負載，那么就會產生一個相反極性的信號，它產生的電壓比較高，傳感器產生的電流卻很小。壓電傳感器主要的通過檢測車輛輪胎施加到傳感器上的壓力，產生成正比的模擬電壓、信號等，且保證輸出壓力信號的時間與輪胎停留在傳感器時間相同。如果有輪胎經過傳感器，傳感器就會產生一個電子脈沖，由此可見，壓電傳感器對行駛車輛的檢測原理是對其受力產生的信號進行分析。這種檢測和稱重的技術與方法，不需要車輛放慢速度，不會影響車輛的正常形式，且檢測精度較高，比較適用于中高級公路中推廣與應用，從而實現動態(tài)、自動、實時、方便的車輛檢測，并有效地進行檢測信息的分析、處理、打印以及存儲，有效地抑制了日益嚴重的車輛超載超速現象，為廣大司機朋友營造一個安全的行車環(huán)境。

2壓電傳感器軟件及硬件的應用

通過對壓電傳感器應用原理進行分析可知，作為電氣裝置，在車輛行駛稱重領域的應用，需要與相關交通管理系統(tǒng)相融合，數據采集、整理、分析均需在相應的系統(tǒng)內完成，為此壓電傳感器在車輛行駛稱重應用過程中，需軟件及硬件給予該技術有力支持?；诖?，為使壓電傳感器在車輛行駛稱重過程中得以有效應用，分析壓電傳感器軟件及硬件的應用勢在必行。（1）硬件系統(tǒng)構成及應用。壓電傳感器硬件系統(tǒng)主要由上位機、下位機、全景攝像機及拍照攝像機等硬件構成，其中上位機由主控單元（工控機）、通訊設施（硬盤）、I/O板、圖像采集卡1及卡2構成，圖像采集卡1與汽車牌照攝像機相互連接，用以獲取車輛牌照信息，圖像采集卡2與全景攝像機相互連接，用以獲取行駛車輛全景信息。下位機主要由電氣控制系統(tǒng)構成，用以控制擴展單元，可在車輛經過壓電傳感器時，發(fā)出車輛行駛稱重檢測信號，為壓電傳感器軟件分析提供依據。（2）壓電傳感器軟件應用。負責提供壓電傳感器提供電源的軟件為“電氣控制單元”，為獲取更多有關檢測車輛的數據及相關信息，由黑白攝像單元負責獲取稱重車輛車牌號，由彩色攝像單元負責獲取稱重車輛全景信息，為車輛超重追責提供科學有效的數據支持。負責稱重檢測的軟件為擴展控制單元，該單元可及時獲取車輛行駛所產生的信號，該信號傳輸至壓電傳感器中進行信號分析，其中分析信號波的軟件為Atmega116在線編程，通過分析信號波變化情況，得出車輛是否在行駛過程中存在超載現象，具體軟件操控流程在由主程序控制程序內踐行，其中CLI//禁全局中斷，保障軟件得以有效運行，待堆棧設置后，汽車行駛稱重數據傳輸至I/O端口并進行初始化，待初始化后依據交通管理客觀需求，I/O端數據將被清零，以便保障軟件存儲功能穩(wěn)定有效，需繼續(xù)進行分析的數據進入寄存器并進行初始化，分析其PD3=1//線圈信號，若無信號徐再次將數據原路返回，在寄存器內進行初始化，若有信號則進入SEI//允許全局中斷，隨后由串口輸出數據，得出車輛行駛稱重結論。

3壓電傳感器檢測技術的應用和發(fā)展

與眾多的技術一樣，壓電軸傳感器的應用已擴展成一門技術，在過去數年里取得了長足的發(fā)展。美國MSI公司經過多年研究，開發(fā)出了一種共聚物壓電軸傳感器，該傳感器被用于檢測車軸數、軸距、車速監(jiān)控，車型分類，動態(tài)稱重（WIM），收費站地磅，闖紅燈拍照，停車區(qū)域監(jiān)控，交通信息采集（道路監(jiān)控）及機場滑行道。共聚物壓電軸傳感器的長處是可獲取精確的、具體的數據，如精確的速度信號、觸發(fā)信號和分類信息及長期反饋交通信息統(tǒng)計數據。壓電軸傳感器作為闖紅燈照相機的觸發(fā)器，安裝在紅燈線前，在高密度交通流量時使用。在美國的馬里蘭州霍華縣，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、日本和韓國在壓電檢測的車輛行駛中稱重功能方面有大量的應用。其主要用途是高速公路車輛超載監(jiān)測的預選和橋梁超載警告系統(tǒng)，判斷正在行駛中的車輛，尤其是駛過橋梁的車輛是否超載，由視頻系統(tǒng)拍下車牌號記錄在案，然后再由執(zhí)法機構用精度較高的低速稱重系統(tǒng)判斷超載量并根據超載量罰款。

4結束語

近年來，我國科學技術日新月異，為社會各領域生產和管理帶來了便利。面對日益增加的車輛量，如何為司機朋友營造一個安全的行車環(huán)境，交通管理部門應加大對這方面技術和設備的開發(fā)，引入壓電傳感器技術，用于車輛行駛稱重和測速中，將計算機網絡技術和壓力傳感器有機結合，減少了人為的干預，大大提高了測量的精度，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題，實現車輛稱重智能化和科學化。

參考文獻：

[1]顧正祥.壓電傳感器在車輛行駛稱重中的應用[J].山東工業(yè)技術.2018（04）.

[2]張力.壓電傳感器在車輛行駛稱重中的應用探討[J].科技資訊.2014（05）.

[3]李曉寶，簡水珍，彭恢湘.壓電石英稱重傳感器在公路動態(tài)稱重中的應用[J].公路與汽運.2012（03）.

（作者單位：石家莊工程技術學校）