專利名稱：一種車輛超載警報裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種車輛超載警報裝置，具體地說是一種對過往高速公路、橋梁等車輛進行實時載荷測試的警報裝置。
背景技術：
目前，隨著公路交通的飛速發(fā)展，公路運輸已成為一種極其重要的運輸方式。但是，由于過往車輛的持續(xù)超載，導致目前國內(nèi)很多正在使用的高速公路以及重大橋梁在使用不久后就出現(xiàn)損壞，有的甚至不得不進行拆除重建。為了解決這類問題，雖然有些高速公路和重大橋梁入口處設置了限制汽車超載的警示牌，但是依然有很多車輛明顯超載，而目前交通部門卻不能在不影響交通的情況下有效地對過往車輛進行載荷實時檢測。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的是為了克服了上述存在的問題，提供了一種結構簡單，成本低，使用方便的車輛超載警報裝置。為了達到上述的目的，本實用新型采取的技術方案是提供一種車輛超載警報裝置，包括基于PZT壓電陶瓷材料的壓電陶瓷傳感器、電荷轉換放大電路和判斷控制電路和警報器，所述的壓電陶瓷傳感器的輸出端與電荷轉換放大電路的輸入端連接，電荷轉換電路的輸出端與判斷控制電路的輸入端U連接，判斷控制電路中的fejb與外部電源連接，判斷控制電路與警報器連接。所述的壓電陶瓷傳感器以陣列式排布安裝在高速公路或重大橋梁的入口處。本實用新型所述的壓電陶瓷傳感器由兩塊長方形的基體，通過環(huán)氧樹脂封裝PZT 壓電陶瓷感應體構成，有兩條輸出信號線分別焊接在所述的PZT壓電陶瓷感應體的上、下表面，兩條輸出信號線另一端分別與電荷轉換放大電路反相和同相輸入端連接。所述的長方形的基體為大理石，花崗巖，混凝土。本實用新型所述的電荷轉換放大電路選擇TL081運算放大器，TL081輸入端第2引腳、第3引腳與基于PZT壓電陶瓷的壓電陶瓷傳感器陣列的電荷信號輸出導線連接，TL081 運算放大器的第2引腳還分別通過反饋電容Cf和反饋電阻Rf與輸出端第6引腳連接； TL081運算放大器的第3引腳接地，第4引腳與-5V的電源連接，第7引腳與+5V的電源連接；TL081運算放大器的第6引腳、第3引腳組成輸出端與判斷控制電路連接。本實用新型所述的判斷控制電路中二極管Dl與電阻Rl接在運算放大器的反相端，二極管D2與電阻R2接在運算放大器的同相端，運算放大器輸出端通過電阻R3連接警報器；運算放大器以fe^b為兩個大小相等極性相反的參考電壓，fe為正電壓通過Rl加在運算放大器的反相輸入端，Ub為負電壓通過R2加在運算放大器同相輸入端。本實用新型的車輛超載警報裝置，在使用前應預先將壓電陶瓷傳感器以陣列式排布安裝在高速公路或重大橋梁的入口處。然后將壓電陶瓷傳感器陣列的電荷信號輸出導線與電荷轉換放大電路的輸入端連接，將電荷轉換放大電路的輸出端與判斷控制電路的輸入端U連接，判斷電路中的Ua、Ub與外部電源連接，從而完成整個系統(tǒng)的搭建工作。本實用新型的工作原理是根據(jù)壓電陶瓷材料的壓電特性，在承受一定的動荷載的作用下，PZT壓電陶瓷感應體輸出的電荷信號幅值與對應的荷載幅值成線性關系。在本裝置中將壓電陶瓷輸出的電荷信號通過轉換電路轉換成電壓信號，再放大的電壓信號值與壓電陶瓷傳感器承受的汽車荷載之間還是線性關系。假設其線性關系為U=K · F + b，公式中，U為電荷轉換放大電路輸出的電壓信號，K為壓電陶瓷材料的靈敏度系數(shù)，F(xiàn)為傳感器陣列承受的汽車后輪的沖擊荷載，b為與壓電陶瓷材料有關的系數(shù)，K、b可通過對相應的壓電陶瓷進行動態(tài)標定試驗獲得。根據(jù)高速公路或者橋梁的設計承載噸位，在判斷控制電路中設定額定電壓fe，根據(jù)額定電壓Ua,在電荷轉換放大電路中設置合適的電容Cf。當汽車碾過壓電陶瓷傳感器陣列的時候，電荷轉換放大電路輸出的電壓信號U就會傳入判斷控制電路。當|u|彡fe時，警報器會立即啟動，繼而開始發(fā)出警報；當|u| < fe時，警報器不啟動，因而不會發(fā)出警報。本實用新型的車輛超載警報裝置具有如下優(yōu)點本實用新型的車輛超載警報裝置具有結構簡單、耗能少、價格低廉、可重復調整額定噸位，使用方便和易維護，可對在高速公路或橋梁上過往的車輛進行實時測試和超載警報。

圖1為本實用新型車輛超載警報裝置的整體結構框圖。圖2為本實用新型壓電陶瓷傳感器內(nèi)部示意圖。圖3為本實用新型中的電荷轉換放大電路結構示意圖。圖4為本實用新型中的判斷控制電路結構示意圖。上述圖中1為基體、2為環(huán)氧樹脂、3為PZT壓電陶瓷、4為正電荷信號輸出導線、 5為負電荷信號輸出導線。
具體實施方式
以下結合附圖和實施例對本實用新型作進一步詳述。實施例1 本實用新型一種車輛超載警報裝置的結構如圖1所示，包括基于PZT壓電陶瓷材料的壓電陶瓷傳感器、電荷轉換放大電路、判斷控制電路和警報器，所述的壓電陶瓷傳感器的輸出端與電荷轉換放大電路的輸入端連接，電荷轉換放大電路的輸出端與判斷控制電路的輸入端U連接，判斷電路中的Ua』b與外部電源連接，判斷控制電路與警報器連接。所述的壓電陶瓷傳感器以陣列式排布安裝在高速公路或重大橋梁的入口處。壓電陶瓷傳感器的結構參見圖2，壓電陶瓷傳感器由兩塊長方體花崗巖作為基體1，通過環(huán)氧樹脂2封裝PZT壓電陶瓷3的感應體，有正電荷信號輸出導線4與負電荷信號輸出導線5，其一端分別焊接在所述的PZT壓電陶瓷感應體3的上、下表面，另一端分別與電荷轉換放大電路反相和同相輸入端連接，即接在電荷轉換放大電路TL081的第2、3引腳。本實用新型所述的電荷轉換放大電路參見圖3，電荷轉換放大電路選擇TL081運算放大器，TL081輸入端第2引腳、第3引腳分別與基于PZT壓電陶瓷的壓電陶瓷傳感器陣列的信號輸出導線連接，TL081的第2引腳還分別通過反饋電容Cf和反饋電阻Rf與輸出端第6引腳連接；TL081的第3引腳接地，第4引腳與-5V的電源連接，第7引腳與+5V的電源連接；TL081運算放大器的第6引腳、第3引腳組成輸出端與判斷控制電路連接。本實用新型所述的判斷控制電路參見圖4，判斷控制電路的工作原理是根據(jù)集成運放非線性運用的特性，當同相端與反相端電位不等時，輸出只有兩種狀態(tài)，高電平或低電平。當同相端電位U+高于反相端電位u-，即u+>u-，則輸出高電平；當反相端電壓高于同相端電位，即u+<u-時，則輸出低電平。以fejb為兩個大小相等極性相反的參考電壓，fe為正電壓通過Rl加在運放的反相輸入端，Ub為負電壓通過R2加在運算放大器同相輸入端。 當U>Ua時二極管Dl截止、D2導通。正電壓以fe加到運算放大器同相輸入端，使U+>U_，則輸出為高電平，警報器會立即啟動，發(fā)出警報，表明該車已經(jīng)超載。當U<W3時，二極管Dl導通、D2截止，負電壓Ub加到運放反相輸入端，使U+>U-，輸出為高電平，此時，警報器會立即啟動，發(fā)出警報，說明該車已經(jīng)超載。當證<沢版時，二極管Dl，D2均導通，此時U+<U-，則輸出為低電平，警報器不啟動，說明該車沒有超載。本實用新型的車輛超載警報裝置，結構簡單、耗能少、價格低廉、可重復調整額定噸位，使用方便和易維護，可對高速公路或橋梁上過往的車輛進行實時測試和超載警報。
權利要求1.一種車輛超載警報裝置，其特征在于包括基于PZT壓電陶瓷材料的壓電陶瓷傳感器、電荷轉換放大電路和判斷控制電路和警報器，所述的壓電陶瓷傳感器的輸出端與電荷轉換放大電路的輸入端連接，電荷轉換電路的輸出端與判斷控制電路的輸入端U連接，判斷控制電路中的Ua、W3與外部電源連接，判斷控制電路與警報器連接。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種車輛超載警報裝置，其特征在于所述的壓電陶瓷傳感器以陣列式排布安裝在高速公路或重大橋梁的入口處。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種車輛超載警報裝置，其特征在于所述的壓電陶瓷傳感器由兩塊長方形的基體，通過環(huán)氧樹脂封裝PZT壓電陶瓷感應體構成，有兩條輸出信號線分別焊接在所述的PZT壓電陶瓷感應體的上、下表面，兩條輸出信號線另一端分別與電荷轉換放大電路反相和同相輸入端連接。
4.根據(jù)權利要求1所述的一種車輛超載警報裝置，其特征在于所述的電荷轉換放大電路選擇TL081運算放大器，TL081輸入端第2引腳、第3引腳與基于PZT壓電陶瓷的壓電陶瓷傳感器陣列的電荷信號輸出導線連接，TL081運算放大器的第2引腳還分別通過反饋電容Cf和反饋電阻Rf與輸出端第6引腳連接；TL081運算放大器的第3引腳接地，第4引腳與-5V的電源連接，第7引腳與+5V的電源連接；TL081運算放大器的第6引腳、第3引腳組成輸出端與判斷控制電路連接。
5.根據(jù)權利要求1所述的一種車輛超載警報裝置，其特征在于所述的判斷控制電路中二極管Dl與電阻Rl接在運算放大器的反相端，二極管D2與電阻R2接在運算放大器的同相端，運算放大器輸出端通過電阻R3連接警報器；運算放大器以Ua、W3為兩個大小相等極性相反的參考電壓，fe為正電壓通過Rl加在運算放大器的反相輸入端⑴b為負電壓通過R2加在運算放大器同相輸入端。
專利摘要本實用新型涉及一種車輛超載警報裝置，由基于PZT壓電陶瓷材料的壓電陶瓷傳感器、電荷轉換放大電路、判斷控制電路和警報器組成，壓電陶瓷傳感器的輸出端與電荷轉換放大電路的輸入端連接，電荷轉換放大電路的輸出端與判斷控制電路的輸入端連接，判斷電路中的Ua、Ub與外部電源連接，判斷控制電路與警報器連接；壓電陶瓷傳感器以陣列式排布安裝在高速公路或重大橋梁的入口處。本警報裝置采用電荷轉換放大電路將壓電陶瓷傳感器陣列輸出的電荷信號轉換成電壓信號并傳輸?shù)脚袛嗫刂齐娐分羞M行信號分析處理；判斷控制電路輸出高電平，警報器發(fā)出車輛超載警報。本警報裝置結構簡單、耗能少、價格低廉、可重復調整額定噸位、使用方便和容易維護。
文檔編號G01G19/03GK202329775SQ20112043732
公開日2012年7月11日 申請日期2011年11月8日 優(yōu)先權日2011年11月8日
發(fā)明者代菊, 殷蔚明, 許進, 郁勝 申請人:中國地質大學(武漢)