臂中，供 電橋的正極分別串聯(lián)接入彈性模量補(bǔ)償電阻Rpl和靈敏系數(shù)補(bǔ)償電阻Rsl，在供電橋負(fù)極 端分別串聯(lián)接入彈性模量補(bǔ)償電阻Rp2和靈敏系數(shù)補(bǔ)償電阻Rs2,在供電橋的正、負(fù)極間并 入電阻R作為輸入電阻標(biāo)準(zhǔn)化調(diào)整電阻。該電橋電路采用直流電源提供電橋工作電壓。
[0019] 如圖2所示，第二路惠斯登電橋電路構(gòu)造與圖1所示電橋相同，僅在部件編號(hào)上有 所區(qū)別，其中采用了 R9~R16八張相同阻值的應(yīng)變片。
[0020] 在本發(fā)明的惠斯登電橋電路中，通過(guò)相鄰橋臂上的剪切拉片和剪切壓片設(shè)置，形 成一種全差動(dòng)電橋結(jié)構(gòu)，從而有效提高電橋的靈敏度。例如，與現(xiàn)有技術(shù)中采用單一應(yīng)變片 構(gòu)成的電橋結(jié)構(gòu)相比，其靈敏度將提升4倍左右。
[0021] 如圖3和圖4所示，在剪力應(yīng)變盲孔腹板底面處設(shè)置上述2路惠斯登電橋，形成雙 垂直力傳感器結(jié)構(gòu)。所述傳感器的彈性體分為承載區(qū)、應(yīng)變測(cè)量區(qū)及安裝區(qū)三個(gè)區(qū)域，整個(gè) 彈性體用合金鋼材料通過(guò)整體加工制成；應(yīng)變測(cè)量區(qū)為分左右對(duì)稱(chēng)兩個(gè)；測(cè)量區(qū)為盲孔工 字形截面，左側(cè)測(cè)量區(qū)腹板上正面粘貼有All (R1、R2)、B11 (R9、R10)，反面粘貼A12 (R5、 R6)、B12 (R13、R14)各兩組雙剪應(yīng)變片；右側(cè)測(cè)量區(qū)腹板上正面粘貼有A21 (R3、R4)、B21 (R11、R12)，反面粘貼A22 (R7、R8)、B22 (R15、R16)各兩組雙剪應(yīng)變片；各應(yīng)變片的絲柵方 向與水平軸成45度交叉布置，411312321322連接成惠斯通電橋4(圖1所示)，用于靜 態(tài)稱(chēng)重測(cè)量出11、812、821、822連接成惠斯通電橋8(圖2所示)，用于動(dòng)態(tài)稱(chēng)重測(cè)量。
[0022] 在本發(fā)明中，由于各應(yīng)變片粘貼在測(cè)量區(qū)盲孔腹板中央附近，粘貼區(qū)的橫截面為 矩形工字截面，根據(jù)材料力學(xué)理論，工字截面彎矩主要由上下翼板承受，剪力主要由截面腹 板承受，貼片區(qū)的剪應(yīng)力較為均勻，因此不僅可以改善傳感器的線性，同時(shí)也可消除傳感器 安裝面摩擦力、支反力引起的力矩變化對(duì)測(cè)量區(qū)的干擾，提高傳感器的測(cè)量精度。
[0023] 當(dāng)傳感器通過(guò)鐵軌受到作用力W作用時(shí)，傳感器的靜態(tài)測(cè)量電橋A的輸出按式（I) 計(jì)算；傳感器的靜態(tài)測(cè)量電橋B的輸出按式（2)計(jì)算；
其中七、％為標(biāo)定系數(shù)，顯為彈性體材料泊松比，E為彈性體材料彈性模量，B為彈性 體截面尺寸的寬度，H為彈性體截面尺寸的高度，h為盲孔直徑，b為腹板厚度，k為應(yīng)變片 系數(shù)。
[0024] 在本發(fā)明中，同一傳感器彈性體將各自有兩路垂直力信號(hào)輸出，因此，能夠同時(shí)提 供分別專(zhuān)供靜態(tài)軌道衡計(jì)量過(guò)程中數(shù)據(jù)采集使用和專(zhuān)供動(dòng)態(tài)軌道衡計(jì)量過(guò)程中數(shù)據(jù)采集 采用的垂直力信號(hào)源。從而，解決了現(xiàn)有技術(shù)中靜態(tài)軌道衡和動(dòng)態(tài)軌道衡不能合二為一的 問(wèn)題，即單路垂直力傳感器不能從承載的源頭獲取能專(zhuān)門(mén)分別供給靜態(tài)和動(dòng)態(tài)軌道衡計(jì)量 使用的兩組輸出數(shù)據(jù)。
[0025] 在動(dòng)態(tài)軌道衡計(jì)量過(guò)程中，其計(jì)量值的準(zhǔn)確獲取相比于靜態(tài)軌道衡計(jì)量過(guò)程而言 更為復(fù)雜，其測(cè)量精度往往不及靜態(tài)計(jì)量模式，因?yàn)槌藴囟鹊拳h(huán)境條件外，還需要考慮列 車(chē)通過(guò)軌道衡的速度等因素對(duì)計(jì)量值的影響，而如何準(zhǔn)確考慮這些動(dòng)態(tài)參數(shù)的影響，也是 長(zhǎng)期困擾本領(lǐng)域技術(shù)人員的問(wèn)題之一。
[0026] 在本發(fā)明中，提出了一種簡(jiǎn)單有效的在動(dòng)態(tài)下準(zhǔn)確獲取待測(cè)列車(chē)荷載的方法。
[0027] 發(fā)明人注意到，目前電氣機(jī)車(chē)已經(jīng)普遍用于在電氣化的鐵路主干線上承擔(dān)對(duì)貨運(yùn) 列車(chē)的牽引任務(wù)，而在這種貨運(yùn)列車(chē)中，電氣機(jī)車(chē)的重量通常是穩(wěn)定不變的。同時(shí)，目前廣 泛用于牽引貨運(yùn)列車(chē)的機(jī)車(chē)型號(hào)有限，且這些機(jī)車(chē)型號(hào)的性能參數(shù)(諸如轉(zhuǎn)向架車(chē)軸數(shù)量、 車(chē)重等)是公開(kāi)且基本確定的。基于這些特性，本發(fā)明提出了一種新的在動(dòng)態(tài)模式下完成列 車(chē)荷載計(jì)量工作，其基本原理如下。
[0028] 首先，建立機(jī)車(chē)的重量隊(duì)與傳感器測(cè)量電橋B的輸出V _之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系C (下 稱(chēng)"測(cè)量系數(shù)"）：
其中，由于機(jī)車(chē)重量隊(duì)是已知的(例如通過(guò)識(shí)別機(jī)車(chē)類(lèi)型來(lái)獲取)，因此很容易確定當(dāng) 前環(huán)境下的測(cè)量系數(shù)C。
[0029] 在借助機(jī)車(chē)確定當(dāng)前環(huán)境下的測(cè)量系數(shù)C之后，則可以通過(guò)由貨運(yùn)車(chē)廂產(chǎn)生的傳 感器測(cè)量電橋B的輸出Vbw。，基于下列公式（4)得到對(duì)應(yīng)貨運(yùn)車(chē)廂的重量Mw:
由公式（3)和（4)可以發(fā)現(xiàn)，由于測(cè)量系數(shù)C采用上述確定方式，巧妙地將諸如溫度等 環(huán)境條件及諸如機(jī)車(chē)速度等動(dòng)態(tài)參數(shù)的影響包括在測(cè)量系數(shù)中，而無(wú)需現(xiàn)有技術(shù)中復(fù)雜的 模擬計(jì)算和修正過(guò)程。實(shí)際上，在不同天氣條件下或者不同行駛條件下，測(cè)量系數(shù)C可能會(huì) 有所不同。
[0030] 此外，發(fā)明人還發(fā)現(xiàn)，機(jī)車(chē)與其牽引的貨運(yùn)車(chē)廂在轉(zhuǎn)向架車(chē)軸數(shù)量上可能會(huì)有所 不同，例如單軸、二軸、三軸或多軸轉(zhuǎn)向架。而轉(zhuǎn)向架車(chē)軸數(shù)量的不同會(huì)形成不同的負(fù)載分 布，即，對(duì)于相同荷載的車(chē)廂，在轉(zhuǎn)向架車(chē)軸數(shù)量不同的情況下，當(dāng)其經(jīng)過(guò)軌道衡時(shí)傳感器 測(cè)量電橋B的輸出Vbw將會(huì)不同。由此可以意識(shí)到，在牽引機(jī)車(chē)的轉(zhuǎn)向架車(chē)軸的數(shù)量與貨車(chē) 車(chē)廂的轉(zhuǎn)向架車(chē)軸的數(shù)量存在差異的情況下，應(yīng)用公式（3)和（4)計(jì)算得到的待測(cè)貨車(chē)車(chē) 廂的重量將是不準(zhǔn)確的。舉例而言，如果牽引機(jī)車(chē)的轉(zhuǎn)向架車(chē)軸的數(shù)量要大于貨車(chē)車(chē)廂的 轉(zhuǎn)向架車(chē)軸的數(shù)量，則由公式（3)和（4)計(jì)算得到的待測(cè)貨車(chē)車(chē)廂的重量將可能要比實(shí)際 值大。因此，在這種情況下，有必要在公式（4)中引入有關(guān)轉(zhuǎn)向架車(chē)軸數(shù)量的修正項(xiàng)X(n)， 其中η為轉(zhuǎn)向架車(chē)軸的數(shù)量，從而得到下列公式（5):
通過(guò)建立數(shù)字模型進(jìn)行分析及對(duì)照試驗(yàn)驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)，Χ(η)并非與η形成一個(gè)線性關(guān)系， 以常見(jiàn)的二軸轉(zhuǎn)向架與三軸轉(zhuǎn)向架為例，Χ(2)與Χ(3)之間通常滿足1:1. 15的關(guān)系；而對(duì) 于單軸轉(zhuǎn)向架與二軸轉(zhuǎn)向架而言，X(I)與X (2)之間通常滿足1:1. 10的關(guān)系。
[0031] 下面將進(jìn)一步舉例來(lái)說(shuō)明上述公式（3)至（5)。
[0032] 假設(shè)牽引機(jī)車(chē)的轉(zhuǎn)向架車(chē)軸數(shù)量與貨運(yùn)車(chē)廂的轉(zhuǎn)向架車(chē)軸數(shù)量相同(例如均為 3)，則可以利用公式（3)和公式（4)根據(jù)已知機(jī)車(chē)的重量來(lái)在動(dòng)態(tài)條件下計(jì)算各貨運(yùn)車(chē)廂 的荷載。
[0033] 如果牽引機(jī)車(chē)的轉(zhuǎn)向架車(chē)軸數(shù)量為3,貨運(yùn)車(chē)廂的轉(zhuǎn)向架車(chē)軸數(shù)量為2,如前所 述，直接用公式（3)和（4)根據(jù)已知機(jī)車(chē)的重量得到的貨運(yùn)車(chē)廂的重量將偏大，此時(shí)應(yīng)利用 公式（3)和（5)來(lái)進(jìn)行計(jì)算，其中以牽引機(jī)車(chē)為基準(zhǔn)值，有關(guān)貨運(yùn)車(chē)廂時(shí)引入的修正項(xiàng)Χ(2) 約為1/1. 15，即：
[0034] 綜上可見(jiàn)，根據(jù)本發(fā)明的動(dòng)態(tài)軌道衡計(jì)量方法能夠以對(duì)環(huán)境因素及車(chē)輛行駛條件 不敏感的方式方便地在動(dòng)態(tài)條件下取得列車(chē)的荷載情況。
[0035] 更進(jìn)一步地，牽引機(jī)車(chē)的重量或者轉(zhuǎn)向架車(chē)軸數(shù)量、貨運(yùn)車(chē)廂的轉(zhuǎn)向架車(chē)軸數(shù)量 等參數(shù)可以通過(guò)例如借助射頻標(biāo)識(shí)器或者圖像分析等各種已知方式提前自動(dòng)識(shí)別機(jī)車(chē)或 貨運(yùn)車(chē)廂類(lèi)型，并在預(yù)先建立的列車(chē)數(shù)據(jù)庫(kù)中查找相關(guān)數(shù)據(jù)來(lái)提供。此外，轉(zhuǎn)向架車(chē)軸的數(shù) 量情況還可以通過(guò)對(duì)測(cè)量電橋輸出的信號(hào)波形的分析來(lái)實(shí)現(xiàn)，例如通過(guò)信號(hào)的周期性分析 等等，但本發(fā)明并不局限于此。
[0036] 圖5是根據(jù)本發(fā)明的靜動(dòng)態(tài)軌道衡中單個(gè)雙垂直力輸出電阻應(yīng)變式傳感器對(duì)應(yīng) 的電路硬件模塊示意圖。
[0037] 雙垂直力輸出電阻應(yīng)變式傳感器包括如前所述的惠斯登電橋電路A和電橋電路 Β。其中電橋A輸出的信號(hào)經(jīng)放大器AU濾波器Α2及模數(shù)變換器A3處理后發(fā)送至上位機(jī) PC的靜態(tài)數(shù)據(jù)處理單元DSP-A處理，形成靜態(tài)軌道衡計(jì)量模塊Module-A ;電橋B輸出的信 號(hào)經(jīng)放大器Bl、濾波器B2及模數(shù)變換器B3處理后發(fā)送至上位機(jī)PC的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)處理單元 DSP-B處理，形成動(dòng)態(tài)軌道衡計(jì)量模塊Module-B。
[0038] 此外，根據(jù)本發(fā)明的軌道衡中還包括傳感器電源模塊、速率檢測(cè)模塊、識(shí)別模塊及 數(shù)據(jù)庫(kù)模塊。傳感器電源模塊可以