CN108027273A - 重量测量装置和测量方法 - Google Patents

Abstract

一种重量测量装置，尤其是包含至少两个测量元件(1、2)的用于测量重量并且用所述重量来测量诸如速度、加速度、减速度、左转和右转、移动方向、轴的数量和类型、各个轮胎的状况的过往车辆的其他参数的装置，所述装置包含布置在主体(4)中的至少一个组(3)测量元件(1、2)，所述主体(4)是道路表面(11)的一部分，所述测量元件(1、2)中的至少一个是(主体(4)变形)负载测量元件(1)并且至少另一个测量元件按以下这种方式布置在所述主体(4)中：它是具有零变形负载或具有与所述负载测量元件(1)的变形负载不同的变形负载的测量元件(2)。一种测量方法，尤其是测量过往车辆的各种参数的方法，根据该方法，布置在至少一个组(3)中的至少一个(主体(4)变形)负载测量元件(1)和至少另一个测量元件(2)在所述车辆通过时连续地发送光通过的参数，以便由用于确定这些参数之间的差值的至少一个评价单元执行进一步处理，其中，所述至少另一个测量元件具有零变形负载或具有与所述负载测量元件(1)的变形负载不同的变型负载。

Description

重量测量装置和测量方法

技术领域

本发明涉及用于测量过往车辆的重量和各种其他参数的装置，包括进行此测量的方法。

背景技术

目前，存在用于测量过往车辆的重量的两个基本类型的装置，所述装置便于在车辆以每小时50公里以上的速度行驶时进行此测量。就其设计而言，所述装置使用偏转板来测量重量，其中，由车轮压力引起的偏转被传递到张力测量元件。此外，通过机械轮廓的变形将车轮的压力传递到压电测量元件的重量测量装置是已知的。

从欧洲专利申请EP 2372322中已知一种放置于路面下方的测量过往车辆的重量的系统。该系统由与读出单元连接的多行测量传感器组成。每行包含多个在纵向方向上彼此分开的测量区。测量区在与行车道垂直的方向上的轴向刚度高于中间区的轴向刚度。每个测量区配备至少一个传感器，用于响应实际上垂直于行车道施加的力来测量该测量区的变形。该系统的一个缺点是(还有其他缺点)以下事实：它被放置于行车道表面下方，这意味着由于温度差异或行车道表面的自然老化从而造成传感器上方材料的塑性改变，导致相当大的精度损失。

在美国专利US 5461924中已知的系统具有类似的缺点。系统被安装在行车道或跑道表面，并且用于在行驶期间检测车辆或飞机和/或其剪切分量在表面上的车轮负载。传感器被构造为带压敏压电板的法兰管传感器。该系统的缺点是其结构相对复杂，而且压电板没有抵抗电磁干扰。

专利文献US 2013220709A1中已知了一种对道路上的移动车辆进行称重的另一种装置。该装置是基于测量称重平台的偏转的原理，在该原理中，用称重传感器在垂直方向上进行测量，假定还一直测量水平力。该系统的一个缺点是，称重平台必须被轮子的整个车辙施重以便能够测量某物。然而，这是相当不利的，因为它使得有必要补偿由车轮施加到称重平台的动态力，即，补偿由沿着装置表面的车轮剪切产生的表面载荷的水平分量。为此原因，该装置设置有测量元件，用于测量车轮施加到表面的负载的水平分量。从以上显而易见的是，该装置不能够进行非常准确的重量测量。

从上述现有技术中显而易见的是，本领域的当前状态具有全部一系列缺点。迄今为止已知的设计相对不准确，部分原因是以下事实：它们被放置于道路表面下方，并且测量结果因测量元件上方材料的塑性变化而有偏差。另一个大缺点是以下事实：大多数装置使用与低压电信号一起工作的传感器，然而，这些低压电信号对电磁干扰高度敏感。这造成测量精度进一步降低。甚至会发生干扰会使测量完全不可能的干扰。已知设计的另一个大缺点是以下事实：它们被安装在道路或车道的主体上，这意味着，任何维护工作都不能避免至少部分地破坏车道。

本发明的目标是设计以下这种装置，其测量将更准确的过往车辆的重量，其设计将是简单的，同时将容易进行安装和维修，即，不会任何不必要地破坏行车道。

发明内容

以上提到的弱点将很大程度上被消除，并且通过重量测量装置，尤其是，包含至少两个测量元件的用来测量过往车辆的重量并且用来(根据重量)确定所述过往车辆的其他参数(诸如，速度、加速度、减速度、左转和右转、移动方向、轴的数量和类型、各个轮胎的状况)的装置，尤其是根据本发明的重量测量装置，来实现本发明的目标，该重量测量装置的性质由以下事实组成：它包括布置在其主体中的至少一组测量元件，该主体是道路表面的一部分，测量元件中的至少一个是主体负载变形测量元件并且至少另一个元件按以下这种方式布置在所述主体中：所述另一个元件是具有零变形负载或具有与所述主体负载变形测量元件的变形负载不同的变形负载的元件。主体按以下这种方式布置在行车道表面中：它因通过该主体的车辆的车轮的负载而变形。该布置的优点在于以下事实：测量元件彼此非常靠近地布置，使得在执行相互比较测量时，温度、位置、制作和安装误差被最小化。

非常有利的是，(主体变形)负载测量元件布置在主体中这样的点处：在该点处，所述负载引起变形最厉害，并且具有零变形负载或具有与(主体变形)负载测量元件不同的变型负载的元件布置在主体中这样的点处：在该点处，所述负载引起变形为零或与布置有(主体变形)负载测量元件的点处的负载引起变形不同。对于达到所得测量精度而言，该布置是最有利的，因为测量是基于评价这两个测量元件测得的值之间的相对差值改变。另一个优点是基于比较测量进行工作的明显更快、更简单和更便宜的评价单元。

在一个有利的变型中，(主体变形)负载测量元件与主体的底部和其内部突起直接接触，并且突起有利地布置在因车辆通过它而引起的主体变形最厉害的点处。一个优点是以这种方式确保两个测量值之间的可能最高差值，从而导致更高的测量精度。

有利的是，测量装置包括沿着主体布置的至少两组测量元件。测量元件可按这种方式相对于特定应用规则或不规则地布置。一个优点是不仅测量精度更高，而且有可能确定过往车辆的其他参数，诸如轴的数量和类型、各个轮胎的状况(诸如轮胎错误充气)。

为了获得高精度的测量值，将主体布置在道路表面中是有利的。主体可直接嵌入道路表面中，使得它与过往车辆的车轮间接接触。特定缺点是在进行维修或更换的情况下必须在道路表面中进行破坏性干预。主体也可布置在道路表面下方，但是该选择使测量精度大幅降低。主体按以下这种方式嵌入道路表面中：它直接地(即，没有任何中间层地)暴露于过往车辆的车轮负载。

测量元件有利地按以下这种方式布置：它们可测量负载的垂直分量，并且它们最有利地垂直于主体表面即垂直于道路表面布置。

非常有利的是，主体的宽度小于车辆的车辙的长度。因此，不再需要过往车辆的动态力的补偿，因为这些力被保持在主体附近，或者更精确地，它们被仍然被车辆车轮的较大部分触摸的道路表面传输并保持。

此外，还非常有利的是，主体被制成闭合梁。这有助于非常准确地测量主体变形本身，从而获得最有可能的最终结果。

从后续维护的角度来看，最有利的是，主体被放置在布置/嵌入道路表面中的床中。这有助于在道路表面没有遭受任何破坏的情况下以简单方式维护或维修出现缺陷的主体，这是相当有利的。床有助于将必要的电缆从各个测量元件组以简单方式引出到评价单元。

如果考虑设计的简单性，则有利的是，主体利用至少一个长条件被固定在床中，至少一个长条件使用至少一个紧固装置与床连接。

还有利的是，床设置有至少一个电缆导管，以便进行安装和维护。

还有利的是，测量元件包含至少一根光纤。

此外，有利的是，测量元件的光纤与评价单元连接，评价单元有利地包含具有高采样率的光电转换器和中央处理单元。高采样率使得能够提供高测量精度，因为这有助于形成负载的行动方向的最平滑可能曲线，然后，用该曲线来确定特定负载。

以上提到的弱点将很大程度上被进一步消除，并且通过一种测量方法，尤其是由根据本发明的上述装置执行的测量过往车辆的各种参数的方法来实现本发明的目标，其性质在于以下事实：布置在至少一组中的至少一个(主体变形)负载测量元件和至少另一个测量单元在车辆通过时连续地将光通过的参数，以便由用于确定这些参数之间的差值的至少一个评价单元执行进一步处理，其中，所述至少另一个测量单元具有零变形负载或具有与(主体变形)负载测量元件不同的变形负载。一个优点是测量是以比较方式进行的，并且是基于比率的，从而简化了评价方法。

有利的是，评价单元(根据差值的基于时间的形式)确定过往车辆的至少一个参数。

本发明的主要优点在于以下事实：通过测量装置以布置在测量点中的不止一个光学测量元件的组中的元件之间进行比较(基于比率)的方式执行测量。测量元件同时测量各种方向上和/或横截面方向上的测量光束的变形。给定组中的光学测量元件中的一些测量因过往车辆的车轮引起的光束变形，而其他光学测量元件找出不受(或极少受)车轮所引起变形的影响的光束的横截面的参考尺寸，其中，光学测量元件尽可能近得彼此靠近布置。关于负载的初始信息来自车辆车轮所施加的压力引起的光纤的长度或相互位置的改变，该改变是通过嵌入道路表面中的测量光束的横向变形而获得的。该改变是在具有高采样率因此具有高测量精度和时间分辨率的光电转换器中进行光电评价的。另外，在负载作用下的光学测量元件的光纤的机械变化与没有(或极少)暴露于负载的那些光学测量元件进行光电比较。

另一个大优点是以下事实：一组中的光学测量元件被暴露于相同的环境/介质，使得消除了温度、位置、制作和安装误差。

与领域的现有状态相比，一个大优点是所述重量测量装置抗干扰非常强，因为它使用光进行测量，这意味着它不受例如位于过往车辆中的装置的电磁辐射的影响。

附图说明

将更详细地在附图中说明本发明，其中：图1示出(用横截面)具有(主体变形)负载测量元件和含零变形负载的元件的主体的布置；图2示出(用横截面)床中的主体的布置；图3示出(用横截面)主体的布置，该主体具有(主体变形)负载测量元件和含与具有(主体变形)负载测量元件相比的不同负载的元件；图4示出布置有测量元件的个体组的主体的一个部分的3D视图；并且图5示出在测量装置的主体上行进的车辆的车辙。

具体实施方式

重量测量装置和(同时)能够用所测得重量来确定过往车辆的其他参数(诸如，速度、加速度、减速度、右转和左转、移动方向、轴的数量和种类、各个轮胎的状况)的装置由主体4(图4)组成，在主体4中，测量元件1、2的多个组3沿着其整个长度规则地布置。作为行车道的道路表面11的一部分的主体4(图1，图3)包含与道路表面11完全齐平的磨料层18。主体4按以下这样的方式布置在道路表面11中：当车辆在主体上经过时，由于车辆的车轮的负载，主体发生变形。

根据第一变型(图1)，每个组3包括一个(主体4变形)负载测量元件1和一个测量元件2，测量元件2具有用于补偿的零变形负载，负载测量元件1和测量元件2布置在由泡沫材料制成的壳体(未示出)中。(主体变形)负载测量元件1布置在主体4的变形最厉害的点5处。具有零负载的测量元件2布置在主体4的负载引发变形为零这样的点中。在该变型中，(主体变形)负载测量元件1在主体4的底部8的点7和主体4的内部突起9的点5处与主体4直接接触。具有零负载的测量元件2只在主体4的底部8的点6处触摸主体4。

根据第二变型(图3)，每个组3包括一个(主体4变形)负载测量元件1和具有用于补偿的与负载测量元件1不同的变形负载的一个测量元件2。测量元件1、2二者布置在由泡沫材料制成的壳体(未示出)中。(主体变形)负载测量元件1布置在主体4的变形最厉害的点5处。具有与负载测量元件1不同的负载的测量元件2布置在主体4的这样的点处，在该点处，主体4的负载引发的变形与主体4的布置有负载测量元件1的点相比是不同的。另外，在该变型中，(主体变形)负载测量元件1在主体4的底部8的点7和主体4的内部突起9的点5处与主体4直接接触。具有与负载测量元件1的负载不同的负载的测量元件2只在主体4的底部8的点6处触摸主体4，并且除此之外，它靠着布置在主体4的内壁14中的凸缘15。

主体4被制成闭合梁。

根据以上提到的这两个变型的具有测量元件1、2的组3的主体4可直接布置在(嵌入)道路表面11中，这是通过将主体4铺放在预置间隙中并且用材料将其填满进行的，该材料在硬化之后将主体牢固地固定在道路表面11中。

用于测量负载的垂直分量的测量元件1、2被垂直于道路表面11布置。然而，有可能将它们相对于道路表面11倾斜布置，但是接着必须另外计算负载的垂直分量的值。

主体4(图5)的宽度19小于车辆的车辙21的长度20。

根据另一个更有利的变型(图2)，主体4被放置在布置在(嵌入)道路表面11中并且以类似方式固定的床10中。使用利用紧固装置13(紧固螺栓)与床10连接的一对长条件12将主体4固定在床10中。床包含四个电缆管道17。

测量元件1、2中的每个包含一根光纤(未示出)。

测量元件1、2的光纤利用光学电缆16与评价单元(未示出)连接。评价单元包括具有高采样速率的光电转换器和中央处理单元。

整个行车道宽度通常被一组更多个体主体4覆盖，其中，测量元件1、2的组3布置在一个床中或更多个床10中，床10同时用于引导源自测量元件1、2的个体组3的光学电缆16。一个主体中的测量元件1、2的组3之间的光学连接通常由一根光学电缆16执行。

测量装置如下进行工作：布置在一个组3中的(主体4变形)负载测量元1和具有零变形负载或具有与负载测量元件1的负载不同的负载的测量元件2在车辆通过时连续地发送光通过的参数，以便由用于确定这些参数之间的差值的至少一个评价单元执行进一步处理这些参数。然后，将该差值转换成数字或模拟信号，并且中央处理单元可(从个体差异的基于时间的形式)确定过往车辆的参数(例如，其重量)。

工业应用性

可利用根据本发明的重量测量装置和测量方法来测量过往车辆的各种参数，尤其是为了用于确定车辆的重量。

参考符号的列表

1测量元件I

2测量元件II

3组

4主体

5点I

6点II

7点III

8底部

9内部突起

10床

11道路表面

12长条件

13紧固装置

14侧壁

15凸缘

16光学电缆

17电缆管道

18磨料层

19宽度

20车辆车辙的长度

21车辆车辙

Claims (15)

1.一种重量测量装置，尤其是，一种用来测量重量并且用所述重量来测量过往车辆的其他参数的装置，所述其他参数诸如为速度、加速度、减速度、左转和右转、移动方向、轴的数量和类型、各个轮胎的状况，所述装置包含至少两个测量元件(1、2)，其特征在于，所述装置包含布置在主体(4)中的至少一组(3)测量元件(1、2)，所述主体(4)是道路表面(11)的一部分，所述测量元件(1、2)中的至少一个测量元件是主体(4)负载变形测量元件(1)，并且至少另一个测量元件按以下这种方式布置在所述主体(4)中：所述另一个测量元件是具有零变形负载或具有与所述负载测量元件(1)的变形负载不同的变形负载的测量元件(2)。

2.根据权利要求1所述的重量测量装置，其特征在于，所述负载测量元件(1)布置在所述主体(4)中这样的点(5)处：在该点(5)处，所述主体(4)的负载引起变形最厉害，并且具有零负载或具有与所述负载测量元件(1)的负载不同的负载的所述测量元件(2)布置在所述主体(4)中这样的点处：在该点处，所述主体(4)的负载引起变形为零或与所述主体(4)的布置有所述负载测量元件(1)的点处的负载引起变形不同。

3.根据前述权利要求中的一些所述的重量测量装置，其特征在于，所述负载测量元件(1)在所述主体(4)的底部(8)处的点(7)和所述主体(4)的内部突起(9)的点(5)处与所述主体(4)直接接触。

4.根据前述权利要求中的一些所述的重量测量装置，其特征在于，所述重量测量装置包含沿着所述主体(4)的纵向布置的至少两组(3)测量元件(1、2)。

5.根据前述权利要求中的一些所述的重量测量装置，其特征在于，所述测量元件(1、2)被布置用于测量所述负载的垂直分量。

6.根据前述权利要求中的一些所述的重量测量装置，其特征在于，所述主体(4)的宽度(19)小于所述车辆的车辙(21)的长度(20)。

7.根据前述权利要求中的一些所述的重量测量装置，其特征在于，所述主体(4)被制成闭合梁。

8.根据前述权利要求中的一些所述的重量测量装置，其特征在于，所述主体(4)被放置在布置在所述道路表面(11)中的所述床(10)中。

9.根据权利要求8所述的重量测量装置，其特征在于，所述主体(4)利用至少一个长条件(12)被固定在所述床(10)中，所述至少一个长条件(12)使用至少一个紧固装置(13)与所述床连接。

10.根据权利要求8和9中的一些所述的重量测量装置，其特征在于，所述床(10)包含至少一个电缆管道(17)。

11.根据前述权利要求中的一些所述的重量测量装置，其特征在于，所述测量元件(1、2)包含至少一根光纤。

12.根据权利要求11所述的重量测量装置，其特征在于，所述测量元件(1、2)的所述光纤与评价单元连接。

13.根据权利要求12所述的重量测量装置，其特征在于，所述评价单元包含具有高采样率的光电转换器。

14.一种测量方法，尤其是由根据前述权利要求中的一些所述的测量装置执行的测量过往车辆的多种参数的方法，其特征在于，布置在至少一组(3)中的至少一个主体(4)负载变形测量元件(1)和至少另一个测量元件(2)在所述车辆通过时连续地将光通过的参数发送到至少一个评价单元以供进一步处理，所述至少一个评价单元用于确定这些参数之间的差值，其中，所述另一个测量元件(2)具有零变形负载或具有与所述负载测量元件的负载不同的负载。

15.根据权利要求14所述的测量方法，其特征在于，所述评价单元随后根据所述差值的基于时间的形式来确定所述过往车辆的至少一个参数。