DE19649654A1 - Piezoelektrisches Verkehrssensorelement mit verbesserter Gleichmäßigkeit - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Sensor­ element gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und betrifft ein Sensorelement zum Messen dynamischer Be­ lastungen, die durch sich auf einer Fahrbahn bewegende Fahrzeuge auf die Fahrbahn aufgebracht werden.

Verkehrssensorelemente schaffen potentiell nützliche Information zur Verwendung durch verschiedene Regie­ rungsbehörden, die mit der Überwachung des Gebrauchs von Straßen betraut sind. Zu diesem Zweck können diese Sensoren zum Erfassen des Vorhandenseins von Fahr­ zeugen, zum Messen der Geschwindigkeit von Fahrzeugen sowie des Gewichts von sich bewegenden Fahrzeugen ver­ wendet werden, um dadurch die durch die Fahrzeuge auf die Fahrbahnen ausgeübten Kräfte zu bestimmen. Diese Information ist dann für die Polizei sowie für Perso­ nen verwendbar, die mit der Planung und Unterhaltung von Straßen betraut sind. Es ist interessant, sich verständlich zu machen, wie unterschiedliche Beläge und Belagdicken unter verschiedenen Verkehrsbelastun­ gen wirken. Die Straßenplanung sowie die Belagplanung basiert auf der Anzahl von Fahrzeugen, Spitzenver­ kehrsperioden, Fahrzeugtyp oder Klassifizierung (Pkw′s, Lkw′s, Busse, usw.) sowie dem Gewicht der Fahrzeuge. Diese Information läßt sich unter Verwen­ dung piezoelektrischer Sensoren sammeln, die in der Fahrbahn angeordnet sind, um die passierenden Fahrzeu­ ge zu erfassen. Die piezoelektrischen Sensoren spre­ chen auf die Kompression an, die durch die Bewegung eines oder mehrerer Räder eines Fahrzeugs über den Sensor auf die Fahrbahn ausgeübt wird.

Aufgrund ihrer Fähigkeit, eine mechanische Kraft in eine elektrische Ladung umzuwandeln, die proportional zu dem Signal ist, werden piezoelektrische Materialien für Sensoren zur Erfassung und Messung des Fahrzeug­ verkehrs verwendet. In dieser Hinsicht lehrt das US- Patent 4,712,423 die Verwendung eines piezoelektri­ schen Sensors für Fahrzeugerfassungs- und Meßzwecke. Wie in dieser Schrift erläutert wird, läßt sich der zum Messen dynamischer Belastungen verwendete piezo­ elektrische Sensor in verschiedenartiger Weise ausbil­ den.

Erstens läßt sich die dynamische Belastung einfach durch Analyse der Amplitude des von dem Sensor gelie­ ferten Spannungssignals messen. Da die Amplitude des Spannungssignals von dem piezoelektrischen Sensor direkt proportional ist zu der Größe der auf den Sensor ausgeübten Kraft, läßt sich eine grobe Messung der dynamischen Belastung durchführen. Ein solches System könnte ganz klar auch zur Erfassung eines Fahr­ zeugs sowie für die Geschwindigkeitserfassung verwen­ det werden, und da eine Kalibrierung eines solchen Meßsystems möglich ist, können Schwellenwerte zur Re­ duzierung von Fehlern aufgrund von Fehlersignalen ge­ setzt werden. Schließlich kann ein solches System eine grobe Messung der dynamischen Belastung aufgrund der relativen Gewichte von Fahrzeugen auf der Straße vor­ nehmen.

Bei dem zweiten Weg, bei dem gemäß dem vorstehend ge­ nannten Patent eine dynamische Belastung gemessen wer­ den kann, handelt es sich um eine exaktere Technik, bei der der Bereich bzw. die Fläche unter der Kurve der Kontur des Impulses integriert wird. Zu diesem Zweck wird das Produkt aus der Fläche und der Geschwindigkeit im Hinblick auf die Zeit integriert. Wie in der genannten Patentschrift offenbart ist, ist der Wert der Fläche proportional zu der dynamischen Belastung und umgekehrt proportional zu der Fahrzeug­ geschwindigkeit. Schließlich wird die Geschwindigkeit durch die Plazierung von zwei Sensoren in einem be­ kannten Abstand voneinander sowie durch die Messung der Zeit zwischen den von dem Sensor empfangenen Span­ nungsimpulsen bestimmt. Die genannte Patentschrift offenbart die Verwendung von zwei oder mehr Sensoren sowie die anfängliche Kalibrierung derselben und ihr anschließender Gebrauch zur Messung sowohl des Ge­ wichts als auch der Geschwindigkeit des Fahrzeugs. Die Details einer solchen Kalibrierung sowie ihre Verwen­ dung sind in der genannten Schrift erläutert und werden hier nicht weiter wiederholt.

Bei der genannten Patentschrift besteht ein weiteres erwünschtes Ergebnis darin, daß der Sensor in der Fahrbahn derart angebracht werden sollte, daß Längs­ störungen der Fahrbahn so weit wie möglich reduziert sind. Dabei werden auch die Einflüsse von Querstörun­ gen der Fahrbahn erkannt. Aus diesem Grund lehrt die genannte Patentschrift die Verwendung eines zuvor in einem Mantel untergebrachten Sensors, d. h. ein Sensor­ kabel wird in einem Material angeordnet, das einen Elastizitätsmodul aufweist, der für Schwankungen un­ empfindlich ist. Ein Sensor dieser Art ist in Fig. 8 dargestellt.

Das Ziel der bekannten Lehren besteht in der Schaffung eines Sensors, der am empfindlichsten für solche Kräf­ te ist, die sich rechtwinklig zu der Straßenfläche fortpflanzen, wobei der Sensor gleichzeitig so wenig wie möglich empfindlich für Kräfte sein soll, die ho­ rizontal ausgerichtet sind. Der aus dieser Patent­ schrift bekannte Sensor unterliegt in dieser Hinsicht jedoch Einschränkungen aufgrund der inhärenten Aus­ bildung des Sensorkabels an sich. Bei dem in der ge­ nannten Patentschrift offenbarten Sensor handelt es sich um einen zylindrisch geformten Kabelsensor, bei dem das piezoelektrische Sensorelement um eine innere und eine äußere Elektrode herum angebracht ist, die koaxial angeordnet sind. Dieser Sensor besitzt daher eine Sensoroberfläche, die in der zu der Straßenober­ fläche orthogonalen Richtung sowie der dazu parallelen Richtung symmetrisch ausgerichtet ist. Wenn sich eine Kraft in vertikaler Richtung bewegt, wird diese somit von dem piezoelektrischen Material erfaßt, und es wird ein darauf ansprechender Impuls geliefert. Wenn jedoch eine Kraft auf einen verformbaren Körper, wie eine Fahrbahn aufgebracht wird, entsteht gleichzeitig mit einer Querwelle auch eine Längswelle. Auf dem Gebiet der Verkehrssensoren manifestiert sich dieses Phänomen durch das Vorhandensein einer Längswelle, die durch den piezoelektrischen Sensor in der Längsrichtung gleichermaßen erfaßt wird. Die Aufnahme von Kräften, die orthogonal zu der Fahrbahn orientiert sind (die vertikalen Kräfte) ist erwünscht, während die Aufnahme von Kräften, die parallel zu der Fahrbahn ausgerichtet sind (die horizontalen Kräfte), nicht erwünscht ist. Ein Sensor muß daher so ausgebildet werden, daß die Empfindlichkeit bzw. das Ansprechvermögen des Sensors auf die horizontalen Kräfte reduziert wird. Die in Querrichtung verlaufenden, vertikalen Kräfte, die er­ faßt werden sollen, verlaufen in der Z-Richtung, während die Kräfte in der Ebene der Straßenoberfläche, die nicht erfaßt werden sollen, in den X- und Y-Rich­ tungen verlaufen, wie dies in Fig. 7 gezeigt ist. Ein Sensor der die gleiche Erfassungsfläche in der Ebene der Straßenoberfläche wie in vertikaler Richtung auf­ weist, wie dies bei dem zylindrisch symmetrischen Sensor in der genannten Patentschrift der Fall ist, ist somit ganz klar nicht wünschenswert, da sich mit einem solchen Sensor die Empfindlichkeit für horizon­ tale Kräfte nicht reduzieren läßt.

Ferner sind im Stand der Technik Sensoren bekannt, die entlang der Seiten eine reduzierte Fläche aufweisen, wie dies in Fig. 9 gezeigt ist. Dieser Stand der Tech­ nik lehrt die Verwendung eines in einer Fahrbahn an­ bringbaren Sensors, der vorgespannt ist, um eine im wesentlichen ovale Querschnittsgestalt zu erzielen. Die Wirkung einer solchen Gestalt besteht darin, daß die Fläche des Sensors und der äußeren Elektrode in der zu der Fahrbahn orthogonalen Richtung größer ist als die Fläche des Sensors und der äußeren Elektrode in der zu der Fahrbahn parallelen Richtung. Dies hat den erwünschten Vorteil der Reduzierung der Empfind­ lichkeit des Sensors für Kräfte, die in Längsrichtung orientiert sind, wie dies vorstehend erläutert wurde. Diese in Fig. 9 gezeigte Ausbildung besitzt jedoch Lücken oder Luftspalte zwischen dem piezoelektrischen Material und der äußeren Elektrode des Sensors. Diese Luftspalte besitzen eine ziemlich wesentliche Einwir­ kung auf die Gleichmäßigkeit des Ansprechens des Sen­ sorelements.

Die sich dadurch ergebende Reduzierung der Gleichmä­ ßigkeit des Ansprechens des Sensors des Standes der Technik ist dadurch bedingt, daß dann, wenn das Sen­ sormaterial, wobei es sich um piezoelektrisches Keramik- oder piezoelektrisches Polymermaterial handelt, beim Herstellungsvorgang zusammengedrückt wird, um die ovale Querschnittsgestalt zu erzielen, die resultierenden Luftspalte kaum gleichmäßig zwischen der inneren und der äußeren Elektrode ver­ teilt sind. Das Ergebnis hiervon ist, daß die Luft­ spalte eine willkürliche Größe aufweisen. Diese Will­ kürlichkeit hinsichtlich Größe und Form bedeutet, daß die auf den Sensor aufgebrachte Belastung nicht gleichmäßig auf den Sensor aufgebracht wird und das Piezoelement somit bei einem Meßvorgang nicht gleich­ mäßig belastet wird. Diese Ungleichmäßigkeit bei der Spannungsbelastung führt zu ungenauen Ablesungen, die für Sensoren zur Erfassung des in Bewegung befindlichen Gewichts (Sensoren der Klasse I, wie sie in der Verkehrssensorindustrie bekannt sind) nicht akzeptabel sind. Für die meisten Verkehrserfassungs­ anwendungen, und insbesondere für Anwendungen zur Er­ fassung des in Bewegung befindlichen Gewichts, bei denen die Größe und die Dauer der Kraft zur Berechnung des Gewicht s und der Geschwindigkeit des Fahrzeugs verwendet werden, muß der Sensor somit derart ausge­ bildet werden, daß er so gleichmäßig wie möglich an­ spricht. Es besteht daher ein Bedarf für einen Ver­ kehrssensor, der ein gleichmäßiges Ansprechen für Mo­ torfahrzeuge aufweist, die sich auf der Fahrbahn über dem Sensor bewegen.

Ein Ziel der vorliegenden Erfindung besteht daher in der Schaffung eines Verkehrssensors, der eine redu­ zierte Empfindlichkeit für parallel zu der Straßen­ oberfläche verlaufende Kräfte in der Fahrbahn sowie eine hohe Ansprechgleichmäßigkeit entlang der Länge des Sensors besitzt.

Ein Merkmal der vorliegenden Erfindung besteht in der Schaffung eines Sensors mit einem Querschnitt, der zwei im wesentlichen parallel zu der Straßenoberfläche verlaufende Oberflächen sowie zwei im wesentlichen rechtwinklig zu der Straßenoberfläche verlaufende Oberflächen besitzt, wobei die parallel verlaufenden Oberflächen wesentlich größer sind als die rechtwink­ lig verlaufenden Oberflächen und wobei ein piezoelek­ trisches Material den Bereich zwischen einer inneren und einer äußeren Elektrode bzw. Leiter im wesentli­ chen ausfüllt.

Vorteilhafterweise schafft die vorliegende Erfindung einen Sensor, der sich mit hoher Herstellungsausbeute und mit äußerst gleichmäßigem Ansprechen entlang der Länge des Sensors sowohl für Stoßtests als auch für hydrostatische Tests herstellen läßt.

Die vorliegende Erfindung schafft einen verbesserten Sensor zur Verwendung bei der Feststellung und Über­ wachung verschiedener Gesichtspunkte des Fahrzeugver­ kehrs. Der erfindungsgemäße Sensor besitzt einen äuße­ ren Leiter, einen inneren Leiter und ein piezoelektri­ sches Material, das zwischen dem äußeren und dem inne­ ren Leiter angeordnet ist. Der äußere Leiter ist vor­ zugsweise aus Metall hergestellt und besitzt eine Formgebung, die im Querschnitt im wesentlichen ellip­ tisch ist und eine obere und eine untere Oberfläche, die im wesentlichen parallel zu der Fahrbahn verlau­ fen, sowie Seitenflächen aufweist, die relativ gesehen viel kleinere Abmessungen besitzen als die obere und die untere Oberfläche. Die Seitenflächen verlaufen im wesentlichen rechtwinklig zu der Fahrbahnoberfläche. Das zwischen dem äußeren und dem inneren Leiter ange­ ordnete piezoelektrische Material füllt vorzugsweise das Volumen zwischen dem inneren und dem äußeren Leiter aus, wodurch eine viel größere Ansprechgleich­ mäßigkeit sowie eine gesteigerte Herstellungsausbeute geschaffen werden. Der erstgenannte Vorteil der vor­ liegenden Erfindung ist insbesondere bei Anwendungen zur Messung eines in Bewegung befindlichen Gewicht s von Interesse. Der zweite Vorteil ist im Vergleich zum Stand der Technik von wesentlicher Bedeutung, da der bekannte Sensor häufig zu einer ungleichmäßigen Ver­ teilung des piezoelektrischen Materials in dem Endpro­ dukt führen würde. Eine solche ungleichmäßige Vertei­ lung des Materials reduziert die Gleichmäßigkeit des Ansprechens, wodurch die sich ergebende Ausbeute ak­ zeptabler Sensoren sinkt.

Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung und Weiterbildungen der Erfindung werden im folgenden anhand der zeichnerischen Darstellungen mehrerer Ausführungsbeispiele noch näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 eine Querschnittsansicht des Verkehrssensors der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 eine Querschnittsansicht des Verkehrssensors der vorliegenden Erfindung, der in ein Materi­ al mit hohem Elastizitätsmodul eingebettet ist, das wiederum in eine Metallhülle einge­ bettet ist, wobei diese wiederum in die Fahr­ bahn eingebettet ist;

Fig. 3 eine Darstellung des Sensors der vorliegenden Erfindung eingebettet in ein Material mit hohem Elastizitätsmodul, das wiederum in die Fahrbahn eingebettet ist;

Fig. 4 ein alternatives Ausführungsbeispiel der vor­ liegenden Erfindung, das ein Metallhüllenele­ ment anderer Ausbildung aufweist;

Fig. 5 eine grafische Darstellung des Ausgangssignals des Sensors, wenn keine Massenwelle vorhanden ist;

Fig. 6 eine grafische Darstellung des Ausgangssignals des Sensors, wenn eine Massenwelle vorhanden ist;

Fig. 7 eine Querschnittsansicht der Fahrbahn und der verschiedenen Ausrichtungen der Elemente des Sensors der vorliegenden Erfindung;

Fig. 8 eine Querschnittsansicht des Verkehrssensors des Standes der Technik, der in einem Kanal angebracht ist, wobei ein Material mit hohem Elastizitätsmodul zwischen dem Sensor und dem Kanal vorhanden ist und ein Material mit nied­ rigem Elastizitätsmodul zwischen den Seiten des Kanals und der Straße vorhanden ist; und

Fig. 9 eine Querschnittsansicht des Sensors des Stan­ des der Technik mit im wesentlichen elypti­ schem Querschnitt und Luftspalten an den Seiten zwischen dem piezoelektrischen Material und der äußeren Elektrode.

Ein Sensor 300 gemäß der vorliegenden Erfindung ist in Fig. 1 gezeigt. Der äußere Leiter 301 desselben ist vorzugsweise aus Metall gebildet, wie z. B. Messing oder Kupfer. Das piezoelektrische Material, wobei es sich vorzugsweise um ein piezoelektrisches Polymer oder Copolymer (PVDF, PVDC) 302 handelt, ist zwischen dem äußeren Leiter 301 und dem inneren Leiter 303 an­ geordnet und füllt den dazwischen vorhandenen Raum im wesentlichen ohne Luftspalte aus. Während es sich bei dem Material 302 vorzugsweise um ein Polymermaterial handelt, ist es wichtig darauf hinzuweisen, daß auch andere piezoelektrische Materialien, wie z. B. piezo­ keramische Materialien dafür verwendbar sind.

Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel, bei dem ein piezoelektrisches Polymer oder Copolymer als Material 302 verwendet wird, wird der Sensor 300 dadurch herge­ stellt, daß der Bereich zwischen dem äußeren und dem inneren Leiter mit piezoelektrischem Material aus­ gefüllt wird. Danach wird die Anordnung in einer der­ artigen Weise zusammengedrückt, daß die Luftspalte zwischen dem inneren und dem äußeren Leiter im wesent­ lichen eliminiert werden, wodurch ein Sensor oder Koaxialsensor gebildet wird. Genauer gesagt wird der äußere Leiter 301 anfangs aus einer im wesentlichen zylindrischen Formgebung zu einer im wesentlichen elliptischen Formgebung geformt. An diesem Punkt wird das piezoelektrische Polymermaterial 302, in das der innere Leiter 303 eingebettet ist, in den äußeren Leiter 301 eingebracht, und die Anordnung wird dann wieder durch Quetschwalzen bei einem Druck von vor­ zugsweise wenigstens 690 bis 1.380 N/cm² (ca. 1.000 bis 2.000 psi) einem Walzvorgang unterzogen. Danach läßt man den Sensor 300 für etwa 24 Stunden ruhen, um eine bessere Gleichmäßigkeit und Entspannung des poly­ meren Materials der piezoelektrischen Schicht 302 zu erzielen, wonach der Sensor 300 wiederum dem vor­ stehend genannten Walzvorgang unterzogen wird.

Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegen­ den Erfindung, wie es in Fig. 1 gezeigt ist, sind die obere und die untere Wand 304 bzw. 305 des Sensors oder Koaxialsensors in ihrer Abmessung viel größer als die Seitenwände 306. Die Wände 304 und 305 besitzen somit eine größere Fläche zum Aufnehmen der Eingabe von einer mechanischen Welle von einem rechtwinklig zu der Straßenoberfläche ausgerichteten Fahrzeug als von einer Welle, die sich parallel zu der Straße fort­ pflanzt und auf die Seitenwände 306 auftrifft. Der Sensor ist somit empfindlicher für rechtwinklig zu der Straßenoberfläche verlaufende Signale als für parallel zu der Straße verlaufende Signale. Fig. 7 zeigt im Querschnitt die Straßenoberfläche sowie die relativen Ausrichtungen der in Bewegung befindlichen Fahrzeuge sowie der auf den Sensor wirkenden Kräfte. Die Rich­ tung des Motorfahrzeugs verläuft in der durch den Pfeil 901 dargestellten X-Richtung, und die verschie­ denen Schichten der Straßenbelagmaterialien sind bei den Bezugszeichen 902, 903 bzw. 904 dargestellt. Die Kräfte, die aufgenommen werden sollen, verlaufen or­ thogonal zu der Straßenoberfläche in der Z-Richtung, wie dies in Fig. 7 gezeigt ist. Die parallel zu der Straßenoberfläche verlaufenden Kräfte, die in Fig. 7 in X- und Y-Richtung verlaufen, sind unerwünschte Sig­ nale, wobei dies im folgenden noch ausführlicher erläutert wird. Die Vorteile der Aufnahme von Kräften, die rechtwinklig zu der Straßenoberfläche in der Z- Richtung verlaufen, sind eingangs bereits erläutert worden.

Ein Hauptvorteil des Ausfüllens des Innenraums mit piezoelektrischem Material besteht darin, daß der innere Leiter in bezug auf den äußeren Leiter zen­ triert wird. Das heißt, es gibt Symmetrieachsen, die den Querschnitt des Sensors unterteilen. Diese Achsen kreuzen das geometrische Zentrum des Querschnitt s in zueinander orthogonalen Richtungen. Eine finite Ele­ mentanalyse des Querschnitts eines Sensors zeigt, daß der Bereich der größten Auslenkung des Sensors im Zen­ trum des Querschnitt s stärker ist und daß die Auslen­ kung an den Rändern schwächer ist. Die Ausbildung des Standes der Technik, bei dem sich eine asymmetrische Positionierung des inneren Leiters in bezug auf den äußeren Leiter ergibt, führt somit zu einer nicht gleichmäßigen Aufbringung der zu messenden Belastun­ gen. Dies stellt ein unerwünschtes Resultat dar, das durch die vorstehend offenbarte Erfindung überwunden wird, da diese sicherstellt, daß der innere Leiter symmetrisch angeordnet ist, wodurch sich eine gleich­ mäßige Aufbringung der zu messenden Belastung und somit eine exaktere Messung ergeben.

Ein weiterer Vorteil der gleichmäßigen Anordnung des piezoelektrischen Materials 302 zwischen der inneren und der äußeren Elektrode des Sensors oder Koaxialsen­ sors macht sich dann bemerkbar, wenn die Kräfte von verformbaren Straßenoberflächen den Sensor oder Koaxialsensor beeinflussen. In dieser Hinsicht haben die Eigenschaften der Straße eine große Auswirkung auf die Sensorleistung. Die Straßenoberflächen variieren hinsichtlich ihrer Elastizität, und aus diesem Grund variieren die auf den Sensor wirkenden Kräfte aufgrund der Verformung der Straßenoberfläche je nach Art der Straßenoberfläche. Es ist wichtig, daß der Sensor bei allen Straßenarten exakte Messungen ergibt. Die vor­ liegende ergibt aufgrund des gleichmäßig angeordneten Sensormaterials keine ungenauen Ablesewerte. Das heißt, die Ungleichmäßigkeit der Luftspalte der Aus­ bildung des Standes der Technik, wie sie vorstehend im Hinblick auf die Kompression des Sensors während der Herstellung beschrieben wurde, manifestiert sich in dem Sensor, wenn dieser den Kräften der sich verfor­ menden Straße ausgesetzt wird. Aus denselben Gründen, die in Verbindung mit der Kompression des Sensors während der Herstellung desselben erörtert wurden, führt das Verfüllen des im wesentlichen gesamten Volu­ mens zwischen dem inneren und dem äußeren Leiter zur Bildung eines Sensors, der selbst dann gleichmäßig arbeitet, wenn er den Kräften der Straße ausgesetzt wird.

Eine mögliche Verwendung des Sensors besteht in der Messung des Gewichts von sich auf der Fahrbahn bewe­ genden Fahrzeugen. Bevorzugte Ausführungsformen eines Sensors, der für diese Anwendung geeignet ist, sind in den Fig. 2 und 3 dargestellt. In beiden Fällen ist dabei der Sensor 300 identisch mit dem vorstehend be­ schriebenen Sensor. In Fig. 2 ist der Sensor 300 in einer Materialzusammensetzung 401 angeordnet, die einen Elastizitätsmodul besitzt, der unempfindlich für Temperaturen ist. Bei dem Material handelt es sich vorzugsweise um ein Verbundmaterial aus Siliziumoxid und Epoxy, wie es auch bei der eingangs genannten Schrift verwendet wird, obwohl auch andere Materialien mit hohem Elastizitätsmodul geeignet sind. Die Sili­ ziumoxidmörtel-Zusammensetzung, in der der Sensor 300 angeordnet ist, ist in einer Metallträgerkonstruktion 402 angeordnet, die eine Basisfläche 405 aufweist, die bei den Bezugszeichen 406 konisch nach außen erweitert ist, um die Konstruktion in angemessener Weise zu haltern. Diese Basis verhindert eine Rotation des Sensors in der Fahrbahn 403. Der in Fig. 3 gezeigte Sensor ist mit dem in Fig. 2 gezeigten Sensor iden­ tisch, wobei der Sensor 300 in einem Siliziumoxid- Epoxy-Mörtel 501 angebracht ist und letzterer dann in der Fahrbahn 502 angeordnet wird. Das in Verbindung mit dem Sensor der Fig. 2 beschriebene Metallträger­ element wird bei dieser Ausführungsform nicht verwen­ det.

Wie vorstehend erwähnt wurde, besitzt die vorliegende Erfindung eine Vielzahl von Anwendungsmöglichkeiten bei der Erfassung von Kraftfahrzeugen, die sich auf der Fahrbahn bewegen, sowie bei der anschließenden Klassifizierung dieser Fahrzeuge aufgrund von Informa­ tionen, wie dies dem Durchschnittsfachmann allgemein bekannt ist. Dies gilt insbesondere für die Klassifi­ zierung von Fahrzeugen, die sich auf der Fahrbahn be­ wegen. Insbesondere wenn ein mehrere Achsen aufweisen­ des Fahrzeug sich über den Sensor bewegt, ist es mög­ lich, die Anzahl der Achsen sowie den Achsabstand und somit die Klasse des Fahrzeugs zu bestimmen, das den Sensor überquert hat. Zu diesem Zweck gibt es allge­ mein bekannte Klassen von Kraftfahrzeugen, die sich auf Straßen bewegen, und mit diesem Wissen kann das von dem Sensor empfangene Signal den Benutzer in ein­ facher Weise in die Lage versetzen, eine Bestimmung vorzunehmen, welches Fahrzeug den Sensor sowie, falls gewünscht, mit welcher Geschwindigkeit überquert hat. Eine weitere wichtige Anwendungsmöglichkeit besteht in der Feststellung des in Bewegung befindlichen Ge­ wichts, bzw. des Gewichts des in Bewegung befindlichen Fahrzeugs. Dieser Vorgang ist komplizierter als eine Klassifizierung von Kraftfahrzeugen und erfordert Sensoren mit gleichmäßiger Empfindlichkeit sowie eine kompliziertere Elektronik.

Bei Anwendungen zur Feststellung des in Bewegung be­ findlichen Gewichts wird das Spannungssignal im Hin­ blick auf die Zeit integriert, und das Ausgangssignal gibt das Gewicht des Fahrzeugs wieder. Einzelheiten des Verfahrens zum Integrieren des Spannungsausgangs des Sensors sind in der eingangs genannten Schrift beschrieben, die hiermit zu einem Bestandteil der vor­ liegenden Beschreibung gemacht wird. Bei solchen An­ wendungen ist es wichtig, daß die volle und gleichmä­ ßige Auflagefläche des Reifens des Fahrzeugs auf den Sensor aufgebracht wird, wobei der Sensor die Vorder­ kante der von dem Reifen stammenden Kraft erfaßt. Wenn der Sensor, wie beim Stand der Technik, Ungleichmäßig­ keiten aufgrund von Luftspalten sowie Asymmetrien auf­ grund der Lage des inneren Leiters in bezug auf den äußeren Leiter aufweist, wird das piezoelektrische Material nicht gleichmäßig belastet, und daraus erge­ ben sich ungenaue Ausgangsspannungen für die externen elektronischen Meßgeräte. Die Ungenauigkeit bei den Kraftmessungen des Sensors resultieren in ungenauen Gewichtsmessungen.

Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung wird in der Messung von Mehrachsenfahrzeugen realisiert. Die Volumen- bzw. Massenwelle eines Fahrzeugs geht dem Fahrzeug voraus, wenn sich dieses dem Sensor annähert. Diese Welle wird in rechtwinkliger Richtung auf die Oberfläche der Straße übertragen, d. h. in der in Fig. 7 gezeigten Z-Richtung. Es wäre zwar wünschenswert, die Empfindlichkeit für diese Massenwelle, die zu Fehlersignalen führt, zu eliminieren, jedoch wird dies nicht erreicht. Eine mögliche Alternative besteht jedoch darin, den Sensor in einer gleichmäßigen und vorhersehbaren Weise auf die Massenwelle ansprechen zu lassen. Insbesondere läßt sich die vorliegende Erfin­ dung zur Erfassung des in Bewegung befindlichen Ge­ wichts von Mehrachsenfahrzeugen, wie z. B. Lastkraft­ wagen, verwenden, wo zwei Achsen nahe beieinander an­ geordnet sind. Da bei der vorliegenden Erfindung das Volumen in dem Sensor oder Koaxialsensor mit Piezopo­ lymer- oder Copolymermaterial gefüllt ist, erfolgt das Ansprechen des Sensors in gleichmäßiger und vorherseh­ barer Weise. Die Massenwelle für ein Tandemachsenfahr­ zeug kann tatsächlich dem erwünschten Signal überla­ gert sein, da bei sich mit hoher Geschwindigkeit bewe­ genden Lastkraftwagen mit eng voneinander beabstande­ ten Tandemachsen die Zeit zwischen dem Signal der ersten Achse und der zweiten Achse relativ kurz ist. Fig. 5 zeigt das Ansprechen eines Sensors auf ein Tan­ demachsenfahrzeug, wobei keine Massenwelle vorhanden ist. Fig. 6 dagegen zeigt das Vorhandensein einer Mas­ senwelle sowie die zerstörerischen Aufhebungseffekte der zweiten Welle auf die erste Welle. Wie in Fig. 6 zu sehen ist, führt die Interferenz zwischen der ersten Welle, die sich ansprechend auf die erste Achse ergibt, und der zweiten Welle, die sich ansprechend auf die zweite Achse ergibt, zur Aufhebung eines Teils der ersten Welle bzw. des ersten Signals. In der Elek­ tronik des Systems kann die Massenwelle kompensiert werden, wenn das Ansprechen bekannt und vorhersehbar ist und eine relativ geringe Größe im Vergleich zu dem echten Signal der Fahrzeugachsen besitzt. Die vorlie­ gende Erfindung schafft somit einen Sensor mit einem gleichmäßigen und vorhersehbaren Ansprechen, in dem das in dem Wellenleiter vorhandene Volumen mit Piezo­ polymermaterial ausgefüllt ist.

Vorstehend sind die bevorzugten Ausführungsbeispiele ausführlich beschrieben worden, jedoch versteht es sich, daß verschiedene Veränderungen und Modifikatio­ nen daran im Rahmen der Erfindung möglich sind, so daß sich ein Verkehrssensor bilden läßt, der einen inneren Leiter aufweist, der von einem äußeren Leiter umgeben ist, wobei der Bereich zwischen dem inneren Leiter und dem äußeren Leiter ein im wesentlichen darin angeord­ netes Piezosensormaterial aufweist, das im wesentli­ chen keine Luftspalte besitzt.

Claims (5)

1. Sensor zur Anbringung in einer Fahrbahn zu Detek­ tion von Fahrzeugverkehr, mit einem äußeren Leiter (301) und einem inneren Leiter (303) sowie mit piezoelektrischem Material (302), das in dem Be­ reich zwischen dem äußeren Leiter (301) und dem inneren Leiter (303) angeordnet ist, wobei der äußere Leiter (301) einen im wesentlichen ellipti­ schen Querschnitt aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß das piezoelektrische Material den Bereich zwischen dem äußeren Leiter (301) und dem inneren Leiter (303) im wesentlichen ausfüllt.

2. Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem piezo­ elektrischen Material um ein piezoelektrisches Polymer oder Copolymer handelt.

3. Sensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der äußere Leiter (301) eine obere Oberfläche (304) und eine untere Oberfläche (305) mit einer vorbestimmten Fläche sowie Seitenflächen (303) mit einer vorbestimmten Fläche aufweist, wobei die Flächen der oberen und der unteren Oberfläche (304, 305) wesentlich größer sind als die Fläche der Seitenflächen (306).

4. Sensor nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die obere und die un­ tere Oberfläche (304, 305) im wesentlichen paral­ lel zu der Fahrbahn angeordnet sind.

5. Sensor nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem piezo­ elektrischen Material um ein piezokeramisches Material handelt.