CN103256968A

CN103256968A - 质量剥离方法及其组合装置

Info

Publication number: CN103256968A
Application number: CN 201210036567
Authority: CN
Inventors: 张兴平
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-02-19
Filing date: 2012-02-19
Publication date: 2013-08-21

Abstract

本发明属于称重领域，涉及一种质量剥离方法及其组合装置，其方法为：压电压力传感组件承受测量对象的压力，压电加速度传感器随动态力做运动，压电压力传感组件1获取动态力F，压电加速度传感组件2获取动态加速度a，测量对象质量m=F/a。其装置包括：包括压电压力传感组件1，压电加速度传感器2，物件3和物件4，紧固组件5，其中，在物件3和物件4的平面之间装入压电压力传感器1，物件3和物件4使用紧固组件5预紧，有且仅有压电压力传感器1承受物件3和物件4之间的压力，使物件4承受测量对象，在物件4内固定压电加速度传感器2。本发明不受重力影响，根本上消除动态干扰，为需要动态测量的场所提供传感装置。

Description

质量剥离方法及其组合装置

技术领域

本发明涉及一种获取质量的传感器装置，尤其是能实现实时全动态获取质量的压电传感器装置。

背景技术

称重，实质上是测量被测物体的质量，它不能直接测量，其测量方法是基于牛顿第二定律所描述的所有的物质惯性特性而建立的，即F=ma的特殊形式W=mg，式中g为重力场的重力加速度。目前世界各国所用的机械衡器和电子衡器都离不开两个必需条件：一是重力场；二是静力平衡。因此将这些秤称为静态秤，所用方法称为静态称重法。但在科研、生产中，常常遇到运动中的物件需要称重，在有振动源干扰的条件下需要称重，这时静态质量测量法和静态电子秤就无能为力了。

传统称重方法对物体在运动中进行称重，其由称重传感器等部分组成的动态称重装置不是闭环的自动控制装置，而是一种数据采集装置。即根据动态称重装置给出的信号特征和量值进行处理，从中分离出与质量成正比的直流成分，所以目前的动态称重方法可以说是以信号处理为主的一种方法。其测量值代替实际值时所产生的误差，主要取决于动态称量时的干扰，以及称量装置本身的动态特性，即称重装置的传递函数。目前应用较多的动态称重信号处理方法有数字滤波法、估算法和比较法。近年来取得比较好的研究成果有行车电子秤钢丝绳的软件补偿技术，快速称重和动态称重用新型动态称重传感器及其抗振动、冲击称重模块的研制与应用技术，公路车辆轴重秤的高速称重技术等。

在公路车辆超载预判，桥梁超载报警和轴载动态称重计量中，迫切需要体积小、高度低、重量轻，刚度大，固有频率高，动态范围广，灵敏度高的动态称重传感器和动态公路车辆称重装置。压电石英晶体敏感元件及其组装的压电石英称重传感器就具备上述特点。目前压电式动态称重装置由压电压力传感器作为信号源，采集重量信号，传感器受力由重力决定。当载体通过压电压力传感器时，装置测量出传感器产生的电荷或电压由此计算出动态重量值，然后利用测量出的动态重量值计算出载体的真实重量。以轴重秤为例，如专利CN102230818A提供了一种轴重秤：由石英晶体压电压力传感器组组成信号源，采用部分轮载式来进行称重，车辆轴载荷是通过该动态轴重传感器输出的信号波形的面积来计算的，沿输出信号的路径进行积分；必须考虑车轮和传感器接触区域前后的分离，车辆通过两个按已知距离布置的传感器的时间差，综合各种因素建立数学模型和确定算法。该方法可以得出比较好的准静态重力值，但是只能固定于路面进行称重，必须对车轮和传感器接触情况采用复杂的运算，传感器准确度与车辆振动和跳动有关，与轮胎压在传感器上的面积有关，适用环境具有局限性。

普通车载称重装置应用非压电式传感器不能很好的解决车体在行驶中的动态称重问题，普遍存在误差大，测量数据不稳定，如专利97241410x提供了一种车载称重装置，采用双剪切梁电阻应变式传感器均部在车梁与车箱之间的四个角上，构成一个称重台，使得车在行驶过程中同时进行称重，提高计量效率，但作为传统静态称重传感器不能直接得到物件的重力，实测力附加有动态力，在软件处理中必须消除掉这些动态力，而实际上动态力受路面、车速、车引擎等因素制约，具有很大的不规则性，目前软件只能小范围缩小动态力的影响，不能满足称重需求的准确度和稳定性。

事实上，动态称重在生活、工作、科研中很常见，比如皮带称重、吊秤等，只是考虑到无法从根本上消除动态干扰，很多场所都舍弃了动态称重，降低了效率，不计重力，压电传感器只通过动态力实时获取质量尚未见到报道。

发明内容

为了克服现有称重传感器以软件补偿去除干扰为主和环境与条件限制问题，本发明提供这样一种传感器装置，运用牛顿第二定律的普遍法则，能够完全动态实时的获得负载质量，通过物理方法根本上消除动态干扰，不受重力影响，而且可以方便的改变结构适应不同的受力条件和环境。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：包括压电压力传感组件1，压电加速度传感器2，物件3和物件4，紧固组件5，其中，在物件3和物件4的平面之间装入压电压力传感器1，物件3和物件4使用紧固组件5预紧，有且仅有压电压力传感器1承受物件3和物件4之间的压力，使物件4承受测量对象，在物件4内固定压电加速度传感器2。

压电压力传感组件1包括压电压力传感器或压电材料组件，其中压电压力传感器包括市场上能买到的类似传感器，压电材料组件一般是直接由压电材料、电极、导电胶、绝缘片组成的传感器核心部件；物件3和物件4分别为负载容器和动态基面，采用高强度合金；压电加速度传感器2为市场上能买到的类似产品；紧固组件5包括市场上能买到或自制的连接件和紧固件；压电压力组件1、压电加速度传感器2与物件3、物件4接触面为光滑平面。

当所述传感器装置处于运动时，运动方向与传感器受力方向有一个不为n ×180°的夹角，n为整数，压电压力传感组件1承受测量对象的压力，压电加速度传感器2随动态力做运动。每个压电压力传感组件1就是一个理想的弹性体，与压电加速度传感器2具有想同的力学模型，从测量结果来看，两者获取的分别是作用力的变化量和加速度的变化量，但测量对象的质量是恒定不变的，压电压力传感组件1获取动态力F，压电加速度传感组件2获取动态加速度a，故根据牛顿第二定律,每一个压点压力组件获得的测量对象质量m=F/a，测量对象的质量为每个压电压力组件获得质量的总和。

本发明的有益效果是：动态力和动态加速度是动态源作用的结果，与传统利用常量重力加速度g和只测量重力比较，完整的利用了牛顿第二定律，具有普遍的适用范围，适用于大多数振动源和运动引起的质量测量，无需软件去除动态干扰；由于动态力和动态加速度都是实时测得值，测量对象的质量也是实时值，不存在接触延时测量问题；主动获取质量，在特殊场合可以通过主动对物件3或测量台施加动态力获得测量对象的质量。

附图说明

图1-1为本发明实施例一正面图。

图1-2为本发明实施例一俯视图。

图2为本发明实施例二。

下面结合附图通过具体实施例进一步说明本发明的特点和进步：

实施例一：

如图1-1所示，本发明实施例一的结构图：动态质量秤台，在板4中间上开大槽，在大槽里均匀开四个小槽，分别置入4个压电压力传感组件1，小槽和大槽的深度合起来底于压电压力传感组件1；在板3上均匀开4个小槽，分别装入4个压电加速度传感器2，小槽深度高于压电加速度传感器2；用螺钉6旋紧密封，在板3和板4上对应开孔，其中板3为直孔，出孔加粗使能放下螺帽，加粗部分高度使螺帽低于板3表面，板4为螺纹半孔；将板3和板4对应贴合起来，使压电加速度传感器2在处于压电材料组件1面中心区域，上下螺孔位置重合，用螺钉将板3和板4预紧，这样可以使螺钉不承受测量对象的压力，有且仅有压电压传感组件1承受板3压力，压力板4下表面有两个凸出的螺孔，将螺钉9旋进这两个螺孔并扭紧，把弹簧7套到螺钉9上，再将螺钉9插入固定台8，旋紧螺帽10。

图1-2为本实施例的俯视图，包括板4以及板4上放置的4个压电压力传感组件1、板3以及固定在板3上的4个压电加速度传感器2和紧固螺钉5。

所诉板4和板3采用高强度铝合金，确保设计满足环境可靠性和受力平均分布。

所述压电压力组件1、压电加速度传感器2与板3、板4接触面为光滑平面，符合受力均匀的要求。

所述弹簧7的作用是主动给予秤台动态力，使加速度传感器2发挥作用。

所述螺钉9为活动件与弹簧7共同给予秤台动态力。

所述固定台8为工字梁，上下两个板的距离为螺钉9提供活动空间。

所述螺帽10限制螺钉9的最大活动范围。

所述压电压力传感组件1为电材料组件，压电材料为单一性良好的X切石英晶体。

所述压电材料组件结构包括压电材料、电极片、导电胶、绝缘片，在压电材料两个受力面上覆盖导电胶，放上电极片，热压压紧电极片，电极片上放上绝缘片。

所述压电材料为X切石英晶体圆片。

所述丝印电极为银炭浆。

所述导电胶为各向异性导电胶。

所述电极片为银铜片。

所述绝缘片采用高阻绝缘陶瓷材料，如氧化锆陶瓷。

所述压电加速度传感器2的选择和安装方式由环境震动频率和幅度决定，可直接在市场上买到。

需要测量质量时，只需将测量对象置于板3上，由于弹簧7的作用，会使秤台产生一个振动，振动的大小由弹簧7的性能决定；可以用于皮带称重，将所述动态质量秤台作为皮带的一个承载台，当测量对象随皮带运行到秤台上时会使秤台产生振动；所述动态质量秤台通过压电压力组件1获取动态力，通过压电加速度传感器2获取动态加速度，测量对象质量m=F/a。

船、飞机、车等交通工具在行使中需要进行称量的，通过这些交通工具引擎和运动中产生的动态力，所述动态质量秤台同样可以获得测量对象的质量。

所述动态质量秤台利用振动力获取质量，从本质上消除了动态干扰。适用于生活和小质量测量。

实施例二：

如图2所示，本发明实施例二的结构图。货车获取车载质量的传感器装置，在车厢下部和车梁之间均部四个压电压力传感器2，在车厢底部对应的四个压电压力传感器接触面中心区域开孔，各装入一个压电加速度传感器3。为了保证车厢在货车行驶过程中的稳固性，加装紧固组件6，紧固方式根据不同的车辆结构确定，保证车厢的压力有且仅有压电压力传感器2承受。

所述压电压力传感器2为承载梁式压电压力传感器，承载梁上下板之间为理想弹性件，可线性伸缩，这种压电压力传感器将作用到压电材料上的力按一定比例大大缩小，可以适应大质量测量。

所述压电压力传感器2接触面应小与车梁的横截面，与车厢底部完全接触，使压电压力传感器2均匀的受力。

所述车厢底部为厚实钢板，可以作为理想刚体，在均匀动态力作用下，车厢各点的加速度相同。

所述压电加速度传感器3、压电压力传感器2与车梁、车厢底部之间的接触面为光滑面，满足受力均匀要求。

所述压电加速度传感器2可以在市场上选2KHZ、磁力吸座安装，可以保证良好的信号输出准确度。

当货车在静止状态下发动引擎时，在垂直于路面方向产生一个微震动，行驶在平滑路面上时，也会产生与路面垂直的均匀冲击力，产生抖动，微震动和抖动构成了车辆行驶过程的振动源，本传感器装置通过压电压力传感器获取动态力，通过压电加速度传感器获取动态加速度，车厢整体质量m=F/a。

本发明决非仅局限于以上实施例，任何本领域的工作人员通过阅读本说明书作出的等效变换，都属于所属权利要求项保护的范围。

Claims

1.一种质量剥离方法，包括：

1）测量对象处于运动状态改变中，或主动改变测量对象运动状态；

2）用压电压力传感组件获取测量对象动态力F，用压电加速度传感器获取测量对象动态加速度a；

3）测量对象的运动状态改变方向与压电压力组件受力方向有一个不为n ×180°的夹角，n为整数；

4）利用牛顿第二定律的普遍形式：m=F/a,得到测量对象的质量。

2.一种质量剥离组合装置，其特征是：包括压电压力传感组件1，压电加速度传感器2，物件3和物件4，紧固组件5，其中，在物件3和物件4的平面之间装入压电压力传感器1，物件3和物件4使用紧固组件5预紧，有且仅有压电压力传感器1承受物件3和物件4之间的压力，使物件4承受测量对象，在物件4内固定压电加速度传感器2。

3. 根据权利要求2所述的质量剥离组合装置，其特征是：所述物件3和物件4分别为负载容器和动态基面，采用刚体材料，包括高强度合金。

4.根据权利要求2所述的质量剥离组合装置，其特征是：所述压电压力传感组件1包括压电压力传感器或压电材料组件。

5.根据权利要求2、4所述的质量组合装置，其特征是：所述压电材料组件包括压电材料、电极片、导电胶、绝缘片，其中，所述压电材料两个受力面上覆盖导电胶，放上电极片，热压压紧电极片，电极片上放上绝缘片。

6.根据权利要求2、5所述的质量剥离组合装置，其特征是：所述压电压力传感器，为市场上能买到的压电压力传感器，包括承载粱式压电压力传感器。

7.根据权利要求2、3、4、5、6所述的质量剥离组合装置，其特征是：所述压电加速度传感器2的位置处于压电压力传感组件1接触面的受力中心区域；在均匀动态力作用下，所述压电加速度传感器2的位置不限。