基于压电石英称重传感器的动态称重系统设计研究.doc

基于压电石英称重传感器的动态称重系统设计研究 张铁异1,2，王明霞1，周晓蓉1,2，宋孟天1 (1.广西大学机械工程学院, 广西 南宁 530004；2.广西制造系统与先进制造技术重点实验室, 广西 南宁 530004) 摘 要:针对高速公路动态称重系统中测量精度和车辆通行速度之间的矛盾，分析了汽车动态称重系统中影响测量精度的各种因素，进行了动态称重系统的硬件部分分析设计。然后对动态称重系统的数据做进一步的处理，并采用奇异谱分析(Singular Spectrum Analysis,简记为SSA)算法进行最后的计算，提高最终结果的精度。研究结果有助于保证动态称重系统的长时间正常高效运行，使公路运输的管理有序和交通流畅。 关键词：压电石英；传感器；动态称重；SSA算法 Vehicle Vibration Signal Analysis Scheme and Choose of Hardware Based on Virtual Instrument ZHANG Tie-yi1,2, WANG Ming-xia1, ZHOU Xiao-rong1,2, SONG Meng-tian1 (1. School of Mechanical Engineering, Guangxi University, Nanning 530004 , China; 2. Guangxi key Laboratory of Manufacturing System and Advanced Manufacturing Technology, Nanning 530004,China) Abstract：According to contradiction between the measuring accuracy of the Highway Weigh-in-Motion systems and the vehicle traffic speed, various factors affecting the measuring accuracy of the Highway Weigh-in-Motion systems are analyzed. The hardware of Weigh-in-Motion systems are emphatically analyzed and designed, then the data of Weigh-in-Motion systems are disposed. Finally, the Singular Spectrum Analysis are applied to do the final calculation, and the accuracy of final results are improved. The results are helpful to guarantee the long-time normal and efficient operation of Weigh-in-Motion systems, which makes highway transportation system orderly and smooth. Keywords: Piezoelectric Quartz ; Sensor; Weigh-in-Motion; Singular Spectrum Analysis 1引言 车辆在运动过程中伴随着随机载荷和冲击载荷，导致了汽车运动的复杂性。诸多外界因素的影响，也增加了汽车运动的复杂程度，同时也给动态称重带来了诸多问题。影响汽车动态称重精度的主要动态因素[1]为: 汽车的振动:引起汽车振动的原因是多种多样的，最重要的是汽车自身造成的，如:发动机偏心转动引起的周期性振动，由轮胎花纹引起的周期性振动，由油料燃烧不均匀引起的随机振动以及驾驶员操纵不稳定引起的不均匀振动。 路面的不平整度或称重平台造成的不平度:汽车振动还有强迫振动形式，比如因路面不平整度导致的振动。地面表面的崎岖不平在公路和机场工程中被称为不平整度。当车轮与路面接触时，由于轮胎的弹性碾平作用，使得路面不平整度的高频成份对汽车的振动影响甚微，因而低频信号在汽车的振动中起着主导作用。 汽车的行驶速度:随着速度增加，随机载荷增多，且由于地面与车辆的祸合振动增大，故速度是一个影响动态精度的因素。加速度:当车辆加速或者减速时，弹性元件就会储存或释放一定能量，使车辆自身产生震动或震荡[2]，将伴随两类干扰运动。 因此需要选择恰当的称重传感器，设计能够减少或消除干扰的称重平台结构，同时选择恰当的放大器将采样信号放大处理，并采取SSA算法进行出具计算，最终将误差控制在规定以内。