CN107255507B - 车载无线无源称重检测系统及其检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种车载无线无源称重检测系统及其检测方法，该系统包括：车载无线无源声表面波称重模块，包含单个或多个无线无源的SAW压力传感器，安装于车辆承载结构的承载结构内，测量车辆载荷重量；射频天线模块，安装于道路旁或道路上方的架杆上，便于查询所有通行车辆的压力传感器的信息；本发明可兼具多普勒测速功能，同时还具有结构简单、监控装置安装布置灵活性高、不影响道路正常通行、恶劣环境耐受能力强等特点，车辆可以保持高速通过监测点，从根本上解决了现有超载检测系统存在的诸多的问题。

Description

车载无线无源称重检测系统及其检测方法

技术领域

本发明涉及一种检测系统及其检测方法，具体地，涉及一种车载无线无源称重检测系统及其检测方法。

背景技术

一直以来，超载车辆都是交通安全和桥梁维护的严重威胁，由于超载车辆碾压，路面极易出现龟裂、坑槽、沉陷、翻浆、车辙、桥梁铺装破碎、板体断裂等病害，每年都要投入巨额资金进行维修，不仅是路政建设的极大负担，还造成了极大的交通安全隐患。重量测量和称重监测系统应用于现代社会生产生活的方方面面，尤其是在交通运输、工业生产线、仓储物流等领域有着不可替代的地位，在控制车辆超载、物流管理、工业生产线自动化运行过程中发挥了极其重要的作用。

目前，大多数车辆载重检测都是通过设立专门的称重站卡，采用静态汽车衡或动态汽车衡进行称重，实现车辆重量检测。实际应用经验表明此类有线称重监测系统存在以下问题：

一、称重仪表与计算机及其他附件之间的连接需要布线，布线的隐蔽性和维护方便性之间难以取舍，且线缆暴露在环境中存在受日晒、车辆碾压等风险，容易老化损坏，造成使用成本高昂。

二、各种接口对线缆长度、传输性能及负载数量都有严格要求。在恶劣的电气、电磁等环境中，布线较长时则容易受到外界干扰，影响系统的精度和可靠性。

三、设立专门站卡对车辆进行称重检测需要车辆停车或减速，会造成道路通行效率降低，易造成交通拥堵。同时也需要专人看守、操作，消耗更多人力，导致检测覆盖的时间、空间受限，不能实现全天候全路段的实时监控。

相较于有线传输系统，采用无线传输的系统在长距离、多负载、环境恶劣的情况下有着安装布置灵活、更换维护方便、易于扩展等优势。现有的无线称重检测系统均是通过常规的测量方案结合无线数传模块实现的，这种方案也存在着如下问题：

四、没有线缆连接导致其供电必须依靠电池实现，称重设备的连续工作时间受到了电池电量的限制，当电池电量过低时就必须中止工作，更换电池或者进行充电，操作过程较为繁琐，而且频繁的更换电池和充放电操作也降低了设备的可靠性。

五、由于称重设备内部有电池设计，设备封装需要具有优良的防水、防尘设计，造成设备成本很高。同样由于电池性能受温度影响较大，设备对工作场合的环境温度要求较高，在极端环境下甚至可能无法正常工作。

六、同样由于常用的无线数传模块通信质量容易受到其他无线信号影响，系统可靠性不高。

无源无线SAW(Surface Acoustic Wave，表面波)传感器具有诸多优良特性：无线、纯无源性(不需要供电)、抗干扰能力强、耐用性高、能忍受恶劣的环境(-200～1000℃)。因此，SAW压力传感器在恶劣环境的传感领域有较为广泛的应用。

SAW压力传感器的压电基片受到外力作用，产生的应变会导致SAW压力传感器的谐振频率发生变化，测量其谐振频率的变化即可测得SAW压力传感器所受外力大小。通过无线称重模块的应变结构上安装无线无源SAW压力传感器，通过射频信号查询SAW压力传感器所处的应变结构压力信息，即可实时测出称重模块的受力情况。

相较于其他有线称重检测系统，基于无线SAW压力传感器实现的称重系统具有更高的灵活性和可靠性，更容易实现模块化；且SAW压力传感器结构更为简单，其维护成本也更为低廉；同样地，相比于传统基于数传方案的无线称重检测系统，无线SAW压力传感器具有纯无源、无需电池供电等优良特性，使其安装后可以长时间使用免维护，维护成本更低，对恶劣环境的耐受能力也更强，系统可靠性更高。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种车载无线无源称重检测系统及其检测方法，其可兼具多普勒测速功能，同时还具有结构简单、监控装置安装布置灵活性高、不影响道路正常通行、恶劣环境耐受能力强等特点，车辆可以保持高速通过监测点，从根本上解决了现有超载检测系统存在的诸多的问题。

根据本发明的一个方面，提供一种车载无线无源称重检测系统，其特征在于，包括：

车载无线无源声表面波称重模块，包含单个或多个无线无源的SAW压力传感器，安装于车辆的承载结构内，测量车辆载荷重量，接收由射频天线模块发出的查询射频信号，并将含有载重、车辆编码等信息的射频信号反射回射频天线模块，完成对车辆的编码和载重的测量；

射频天线模块，安装于道路旁或道路上方的架杆上，便于查询所有通行车辆的压力传感器的信息，与传感器阅读模块连接，发射由传感器阅读模块产生的SAW压力传感器查询射频信号，接收车辆上SAW压力传感器反射回来的射频信号；

传感器阅读模块，安装于道路旁或道路上方的机柜内，与射频天线模块、控制模块连接，在控制模块的控制下，完成SAW压力传感器查询信号的产生、SAW压力传感器信号接收处理、SAW压力传感器信息提取的功能；

控制模块，安装于道路旁或道路上方的机柜内，与传感器阅读模块和通信模块连接，存储有控制程序，从传感器阅读模块获取传感器的信息，完成传感器信息处理、重量计算、超载判决与记录、多普勒测速功能，并通过通信模块完成数据收发、远程控制监测功能；

通信模块，安装于道路旁或道路上方的机柜内，通过网络与远程控制中心、所述控制模块连接，完成所述控制模块与远程控制网络数据交换的功能；

电源模块，安装于道路旁或道路上方的机柜内，为射频天线模块、传感器阅读模块、控制模块、通信模块、远程控制中心供电的设备；

远程控制中心，通过网络及通信模块与所述控制模块进行数据交换的设施，具备状态监视、应急处置、远程控制的功能。

优选地，所述SAW压力传感器安装于车载无线无源声表面波称重模块的至少一个受力应变结构内。

优选地，所述车载无线无源声表面波称重模块的受力应变结构采用受压式称重结构或采用受拉式称重结构。

优选地，所述SAW压力传感器既可通过单个称重模块完成重量的测量，也可依据车辆车型特征，通过多个车载无线无源声表面波称重模块以阵列的形式安装，共同完成重量的称量，以适配不同尺寸、不同车型的载重称量。

优选地，所述控制模块从传感器阅读模块得到传感器信息，测得车载无线无源声表面波称重模块的受力情况，计算得到车辆的载荷重量和车辆的实际重量，并判定车辆是否超载，同时通过通信模块与远程控制中心实时数据交换。

优选地，所述电源模块包括将市电转换为直流电的交直流变换模块、直流电源稳压模块、UPS备用电源模块。

优选地，所述SAW压力传感器具备编码性能，反射的射频信号携带编码信息。

优选地，所述SAW压力传感器采用贴片方式贴于车载无线无源声表面波称重模块的至少一个受力应变结构内，作为车辆上的称重模块，可直接测量应变结构受力应变情况。

优选地，所述SAW压力传感器是免维护的纯无源无线传感器。

本发明还提供一种车载无线无源称重检测系统的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：在控制模块的控制下，传感器阅读模块定时产生SAW压力传感器查询信号，查询信号通过射频天线模块发射出去，SAW压力传感器受激励后反射回相应的射频信号，经过传感器阅读模块的接收、解调、处理后，提取出通过车辆的载重、编码以及车速信息，控制模块根据测得的载重信息和车速信息，判决车辆超载、超速情况，记录并上报至远程控制中心。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：一，使用SAW压力传感器进行车辆称重检测，称重结构易于模块化，且能耐受极端恶劣环境，纯无源传感器无需电池供电，安装后免维护，降低了维护成本。多个SAW压力传感器还能组成传感器阵列，可以实现更灵活的配置，进而能够应对各种车型以及各种应用场合，进一步降低了设计和应用成本。二，系统结构简单，可靠性高。所述一种新型无线超载检测系统无复杂布线结构，能够有效避免长距离线缆带来的干扰，实现更为灵活的系统安装设置。同时也能避免传统无线数传方案中由电池带来的受环境影响大，应用续航短等问题。三，抗干扰性强，适用范围广。所述系统(装置)的传感器元件封闭在称重模块内部，由于无线声表面波传感器的优良特性在高低温环境下均可正常工作，测得数据可靠性高，能够直接应用于多种环境恶劣的特殊场合。四，状态监控远程化，智能化。监测数据通过网络实时传输给远程监控中心，远程控制信号也可通过网络传输给受控设备。五，车辆无需停车或减速即可完成测量，车辆可以高速通过检测而不影响检测结果，不影响道路通行。六，同时兼具多普勒测速功能，可以与电子警察等设备一样灵活安装，监测覆盖时间、空间范围广，可实现全路网的全天候实时监控。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明车载无线无源称重检测系统的原理框图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

如图1所示，本发明车载无线无源称重检测系统包括以下模块：

车载无线无源声表面波(Surface Acoustic Wave,SAW)称重模块，包含单个或多个无线无源的SAW压力传感器，安装于车辆的承载结构内，测量车辆载荷重量，接收由射频天线模块发出的查询射频信号，并将含有载重、车辆编码等信息的射频信号反射回射频天线模块，完成对车辆的编码和载重的测量；

射频天线模块，安装于道路旁或道路上方的架杆上，便于查询所有通行车辆的压力传感器的信息，与传感器阅读模块连接，发射由传感器阅读模块产生的SAW压力传感器查询射频信号，接收车辆上SAW压力传感器反射回来的射频信号；

传感器阅读模块，安装于道路旁或道路上方的机柜内，与射频天线模块、控制模块连接，在控制模块的控制下，完成SAW压力传感器查询信号的产生、SAW压力传感器信号接收处理、SAW压力传感器信息提取的功能；

控制模块，安装于道路旁或道路上方的机柜内，与传感器阅读模块和通信模块连接，存储有控制程序，从传感器阅读模块获取传感器的信息，完成传感器信息处理、重量计算、超载判决与记录、多普勒测速功能，并通过通信模块完成数据收发、远程控制监测功能；

通信模块，安装于道路旁或道路上方的机柜内，通过网络与远程控制中心、所述控制模块连接，完成所述控制模块与远程控制网络数据交换的功能；

电源模块，安装于道路旁或道路上方的机柜内，为系统内各有源模块(除车载无线无源声表面波称重模块)供电的设备；

远程控制中心，通过网络及通信模块与所述控制模块进行数据交换的设施，具备状态监视、应急处置、远程控制的功能。

车载无线无源声表面波(Surface Acoustic Wave,SAW)称重模块是基于SAW压力传感器实现的，具有免维护、纯无源无线的特点。所述SAW压力传感器安装于车载无线无源声表面波称重模块的至少一个受力应变结构内。车载无线无源声表面波称重模块安装于车辆的承载结构上，对车辆载重变化敏感，可在车辆高速运行时实现车辆载重称量。

车载无线无源声表面波称重模块的受力应变结构包括多种形式，根据量程、灵敏度等需求进行选择，既可采用受压式称重结构(如桥式、悬臂梁式、柱式等)，也可采用受拉式称重结构。

SAW压力传感器既可通过单个称重模块完成重量的测量，也可依据车辆车型特征，通过多个车载无线无源声表面波称重模块以阵列的形式安装，共同完成重量的称量，以适配不同尺寸、不同车型的载重称量。

射频天线模块以合适的角度安装于便于维护管理的合适位置，也可根据需要设计成可移动式小型天线便于系统灵活设置，其发射的射频信号能覆盖所有通行车辆。

传感器阅读模块在控制模块的控制下合成无线SAW压力传感器查询信号，接收并处理无线声表面波传感器反射信号，提取SAW压力传感器的信息。

控制模块从传感器阅读模块得到传感器信息，测得车载无线无源声表面波称重模块的受力情况，计算得到车辆的载荷重量和车辆的实际重量，并判定车辆是否超载，同时通过通信模块与远程控制中心实时数据交换。

电源模块包括将市电转换为直流电的交直流变换模块、直流电源稳压模块、UPS备用电源模块，这样保证实时供电。

车载无线无源声表面波称重模块是纯无源设备，不需外接电源供电。

车载无线无源声表面波称重模块是安装于待测车辆上的，随车辆移动，其余设备(模块)可以采用道路架杆的方式安装，对通行车辆实行定点监测，也可作为手持式或车载式方式进行安装，实现流动监测；

系统根据SAW压力传感器反射回波信号的多普勒效应，可在完成载重检测的同时，对经过车辆实现测速功能。

SAW压力传感器可以具备编码性能，反射的射频信号携带编码信息，这样提高安全性。所述SAW压力传感器工作在ISM频段，有433MHz、915MHz两个频段可选。SAW压力传感器采用贴片方式贴于车载无线无源声表面波称重模块的至少一个受力应变结构内，作为车辆上的称重模块，可直接测量应变结构受力应变情况。SAW压力传感器是免维护的纯无源无线传感器，这样不需要电源模块进行供电。

电源模块将220V市电转换为直流电，通过直流稳压电源后给各个模块供电；发生断电时，将自动启用UPS备用电源，维持系统正常工作。

控制模块用于从传感器阅读模块获得相应车载称重模块的受力信息和回波信号的多普勒信息，进而计算出相应车辆的载重信息和车速信息。

本发明车载无线无源称重检测系统的检测方法包括以下步骤：在控制模块的控制下，传感器阅读模块定时产生SAW压力传感器查询信号，查询信号通过射频天线模块发射出去，SAW压力传感器受激励后反射回相应的射频信号，经过传感器阅读模块的接收、解调、处理后，提取出通过车辆的载重、编码以及车速信息，控制模块根据测得的载重信息和车速信息，判决车辆超载、超速情况，记录并上报至远程控制中心。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (2)

1.一种车载无线无源称重检测系统，其特征在于，包括：

车载无线无源声表面波称重模块，包含单个或多个无线无源的SAW压力传感器，安装于车辆的承载结构内，测量车辆载荷重量，接收由射频天线模块发出的查询射频信号，并将含有载重、车辆编码信息的射频信号反射回射频天线模块，完成对车辆的编码和载重的测量；

射频天线模块，安装于道路旁或道路上方的架杆上，便于查询所有通行车辆的压力传感器的信息，与传感器阅读模块连接，发射由传感器阅读模块产生的SAW压力传感器查询射频信号，接收车辆上SAW压力传感器反射回来的射频信号；

传感器阅读模块，安装于道路旁或道路上方的机柜内，与射频天线模块、控制模块连接，在控制模块的控制下，完成SAW压力传感器查询信号的产生、SAW压力传感器信号接收处理、SAW压力传感器信息提取的功能；

控制模块，安装于道路旁或道路上方的机柜内，与传感器阅读模块和通信模块连接，存储有控制程序，从传感器阅读模块获取传感器的信息，完成传感器信息处理、重量计算、超载判决与记录、多普勒测速功能，并通过通信模块完成数据收发、远程控制监测功能；

通信模块，安装于道路旁或道路上方的机柜内，通过网络与远程控制中心、所述控制模块连接，完成所述控制模块与远程控制网络数据交换的功能；

电源模块，安装于道路旁或道路上方的机柜内，为射频天线模块、传感器阅读模块、控制模块、通信模块、远程控制中心供电的设备；

远程控制中心，通过网络及通信模块与所述控制模块进行数据交换的设施，具备状态监视、应急处置、远程控制的功能；

所述SAW压力传感器安装于车载无线无源声表面波称重模块的至少一个受力应变结构内；

所述车载无线无源声表面波称重模块的受力应变结构采用受压式称重结构或采用受拉式称重结构；

所述SAW压力传感器既可通过单个称重模块完成重量的测量，也可依据车辆车型特征，通过多个车载无线无源声表面波称重模块以阵列的形式安装，共同完成重量的称量，以适配不同尺寸、不同车型的载重称量；

所述控制模块从传感器阅读模块得到传感器信息，测得车载无线无源声表面波称重模块的受力情况，计算得到车辆的载荷重量和车辆的实际重量，并判定车辆是否超载，同时通过通信模块与远程控制中心实时数据交换；

所述电源模块包括将市电转换为直流电的交直流变换模块、直流电源稳压模块、UPS备用电源模块；

所述SAW压力传感器具备编码性能，反射的射频信号携带编码信息；

所述SAW压力传感器采用贴片方式贴于车载无线无源声表面波称重模块的至少一个受力应变结构内，作为车辆上的称重模块，可直接测量应变结构受力应变情况；

所述SAW压力传感器是免维护的纯无源无线传感器。

2.一种车载无线无源称重检测系统的检测方法，其特征在于，所述检测方法采用如权利要求1所述的车载无线无源称重检测系统，包括以下步骤：在控制模块的控制下，传感器阅读模块定时产生SAW压力传感器查询信号，查询信号通过射频天线模块发射出去，SAW压力传感器受激励后反射回相应的射频信号，经过传感器阅读模块的接收、解调、处理后，提取出通过车辆的载重、编码以及车速信息，控制模块根据测得的载重信息和车速信息，判决车辆超载、超速情况，记录并上报至远程控制中心。