DE2311928A1

DE2311928A1 - Messaufnehmer fuer dynamische achslastmessung

Info

Publication number: DE2311928A1
Application number: DE19732311928
Authority: DE
Inventors: Hans-Joachim Eberhard; Peter Dipl Ing Fuchs
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1973-03-09
Filing date: 1973-03-09
Publication date: 1974-09-12
Also published as: DE2311928B2

Description

Meßaufnehmer fU r dynamische Achslastmessung Die Erfindung betrifft einen Meßaufnehmer für dynamische Achslastmessung in Fahrbahnen, wie Straßen.
Es ist bereits ein Druckaufnehmer in Gestalt eines piezoelektrischen Koaxial-Kabels bekannt. Ein solches Kabel weist innen eine metallische Seele auf, die in piezoelektrisches Keramikpulver eingebettet ist und als HUlle einen metallischen Schutzmantel hat.
Mit einem solchen Kabel können hochempfindlich. drucke und Schwingungen erfaßt werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Verwendung solcher piezoelektrischer Kabel die von Fahrzeugen auf Fahrbahnen ausgeübten Achslast zu erfassen. Zur Lösung dieser Aufgabe ist nach der Erfindung vorgesehen, daß mindestens ein piezoelektrisches Kabel in einer zwischen zwei Platten aufgenommenen elastischen Bettungsmasse eingebettet und der so gebildete Meßaufnehmer mit Richtung des Kabels quer zur Überfahrrichtung an der Oberfläche der Fahrbahn angeordnet ist.
Für die statistische Achslasterfassung auf Straßen mit bekannter Überfahrrichtung und geringen Geschwindigkeitsdifferenzen genügt ein Meßaufnehmer mit einem einzigen piezoelektrischen Kabel zwischen den Platten.
Im Regelfall dürfte jedoch zusätzlich zu der Achslasterfassung eine Geschwindigkeitserfassung und/oder Ri chtungsunterscheidung erwünscht sein, um Meßfehler durch Uberholende Fahrzeuge und aufgrund unterschied-Eicher Überfahrgeschwindigkeit auszuschalten. Hierzu ist nach einer bevorzugten Ausführung der Erfindung vorgesehen, daß zwei piezoelektrische Kabel parallel zueinander und quer zur Überfahrrichtung im Abstand angeordnet sind, wobei der Mittelwert der beiden Meßsignalamplifugen als Maß fUr die Achslast und der zeitliche Abstand zwischen den Meßsignalen aus beiden Kabeln zum Erfassen der Uberfahrgeschwindigkeit verwendet wird.
Um die Geschwindigkeit in besonders einfacher Weise zu erfassen, macht sich die Erfindung die Eigenart von piezoelektrischen Koaxialkabeln zunutze, daß die durch Druck erzeugte elektrische Spannung nach einer Exponentialfunktion abklingt, und zwar dadurch, daß bei oder nach Überfahren des zweiten Kabels gleichzeitig die Spannungswerte in beiden Kabeln gemessen und durcheinander dividiert werden. Dadurch erhalt man unmittelbar ein Maß für die Geschwindigkeit.
Mit dem zuletzt beschriebenen Meßaufnehmer lassen sich außer der Achslast -die Reihenfolge und der zeitliche Abstand der von den beiden piezoelektrischen Kabeln abgegebenen Spannungsimpulse erfassen und zur Richtungstrennung und zur Geschwindigkeitskorrektur der Meßwerte benutzen. Die Anordnung mit den zwei parallelen piezoelektrischen Kabeln bietet darüberhinaus den Vorteil, daß bei Ausfall eines Kabels oder des ledem Kabel nachgeschalteten Verstärkers unter Verzicht auf die Richtungstrennung und Geschwindigkeitskorrektur zur reinen Achslasterfassung weiter gemessen werden kann. Ein weiterer Vorteil liegt in der physikalischen Tatsache begründet, daß der piezoelektrische Effekt umkehrbar ist und ein piezoelektrisches Kabel bei Anregung durch eine Wechselspannung oder einen Spannungsimpuls in mechanische Schwingungen gerät, die auf die Platte übertragen werden und durch das zweite piezoelektrische Kabel gemessen werden können. Dies ermöglicht eine einfache und schnelle Prüfung und Eichung der Empfindlichkeit des Meßaufnehmers.
Ein wichtiger Vorteil ist die geringe Höhe des Meßaufnehmers, die in der Praxis Werte zwischen 12 und 15 mm erreichen kann. Der Meßaufnehmer nach der Erfindung ist deshalb besonders für mobilen Einsatz geeignet, bei dem er einfach nur auf die Straßenoberfläche aufgelegt zu werden braucht.
Natürlich kann der Meßaufnehmer auch stationär verwendet und dann-auf oder in der Straßenoberfläche befestigt sein.
Schließlich ist ein Vorteil, daß der Meßaufnehmer nach der Erfindung ohne jede Speisespannung auskommt.
Die Erfindung ist im folgenden anhand von Zeichnungen an mehreren Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 in einer perspektivischen Darstellung eine Ausführung eines Meßaufnehmers nach der Erfindung; Fig. 2 einen anders ausgebildeten Meßaufnehmer nach der Erfindung im Querschnitt; Ftg. 3 eine weitere Ausführung eines Meßaufnehmers nach der Erfindung im Querschnitt und Fig. 4 eine Darstellung der von dem Meßaufnehmer nach einer der Figuren 1 bis 3 abgegebenen Meßsignale.
Der Meßaufnehmer nach Fig. 1 umfaßt zwei Platten 1 und 2, die sich Uber seitlicheStege 3 und 4 an der Platte 1 aneinander abstützen. Zwischen den Stegen 3 und 4 ist in der oberen Platte 1 ein Hohlraum gebildet, in dem parallel zueinander zweiiezoelektrische Kabel 5 und 6 in einer Bettungsmasse 7 aus Polyesterelastomer eingebettet sind. Die piezoelektrischen Kabel 5 und 6 sind aus der Stimseite des Meßaufnehmers herausgeführt und über Koaxialkabel je mit einem hochohmigen Verstärker verbunden. Beim Überfahren des Meßaufnehmers werden in den piezoelektrischen Kabeln 5 und 6 Meßspannungen erzeugt, die nach Verstärkung addiert und in bekannter Weise klassiert und registriert werden können.
Die beiden Platten 1 und 2 sind Uber nur durch Mittellinien 8 angedeutete Schrauben miteinander im Bereich der beiden Stege 3,4 verbunden.
Der gezeigte Meßaufnehmer kann in einer Einfräsung in der Oberfläche einer Straße lose eingelegt oder darin verankert sein oder auch nur auf die Straßenoberfläche aufgelegt sein, was wegen der'geringen Höhe des Meßaufnehmers ohne Schaffung eines unangenehmen Hindernisses für die überfahrenden Fahrzeuge möglich ist.
Bei dem Meßaufnehmer nach Fig. 2 sind die Platten 10,11 beide flach ausgebildet und voneinander durch Befestigungsbleche 12,13 getrennt, die beidseitig den Hohlraum zwischen den beiden Platten 10,11 zur Aufnahme der piezoelektrischen Kabel 5 und 6 in einer Bettungsmasse 7 begrenzen. Die Platten 10, 11 sind miteiander und mit dem Befestigungsblech 12, 13 über nur durch Mittel linien 8 angedeutete Schrauben verbunden. Die Befestigungsbleche 12, 13 haben an ihren freien Enden Abwinkelungen 14, 15, die von Verankerungsstiften 16,17 zum Verankern des Meßaufnehmers im Bett einer Straße durch -setzt sind.
Der Meßaufnehmer nach Fig. 2 ist in einer Ausfräsung in der Straße so eingelassen, daß seine Oberseite bündig mit der Straßenoberfläche 18 ist. Die piezoelektrischen Kabel 5, 6 erstrecken sich dabei quer zur mit dem Pfeil 19 angedeuteten Überfahrrichtung.
Die Ausführung nach Fig. 3 ähnelt derjenigen nach Fig. 1. Jedoch stützen sich dort die Platten 20,21 lediglich über die Bettungsmasse 7 gegeneinander ab. Seitlich sind die beiden Platten 20,21 durch Dichtstreifen 22,23 zwischen Uberkragenden Rändern 24,25 an der oberen Platte 20 und den Seitenflächen der Unterplatte 21 hermetisch nach außen abgedichtet. Dies gibt einen zusdtzlichen Schutz gegen das Eindringen von Schmutz und Feuchtigkeit zu dem schon vorhandenen Schutz durch die Bettungsmasse.
In dem Diagramm nach Fig. 4 ist über der Zeit t die Meßspannung U aufgetragen, die proportional dem Überfahrdruck und damit der Achslast ist. Die erste Kurve 28 stellt das von dem Kabel 5 unter BelastungXabgegebene Signal und die zweite Kurve 29 das von dem Kabel 6 abgegebene Meßsignal dar. Während die Höhe h der Kurven 28, 29 ein Maß für die Größe der Achslast darstellt, ist der Abstand s der beiden Kurven 28,29 parallel zur Zeitachse gemessen ein Maß für die Überfahrgeschwi ndigkeit. Dem Meßprinzip immanente, geschwi ndigkeitsabhängi ge Abweichungen- bei der Achslasterfassung lassen sich mit den gewonnenen Meßdaten kompensieren.
Patentansprtiche:

Claims

Patentanspruche aeßaufnehmer f:ur dynamisch. Achslastmessung in Fahrbahnen, wie Straßen, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein piezoelektrisches Kabel (5,6) in einer zwischen zwei Platten (1,2;10,11; 20,211,) aufgenommenen elastischen Bettungsmasse (7) eingebettet und der so gebildete Meßaufnehmer mit Richtung des Kabels quer zur Überfahrrichtung an der Oberfläche (18) der Fahrbahn angeordnet ist.
2. Meßaufnehmer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei piezoelektrische Kabel (5,6) parallel zueinander und quer zur Uberfahrrichtung im Abstand angeordnet sind.
3. Meßaufnehmer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Amplituden der Meßsignale aus den beiden piezoelektrischen Kabeln (5,6) als Maß ftlr die Achslast und der zeitliche Abstand zwischen den beiden Meßsignalen als Maß fUr die Überfahrgeschwindig keit dient.
4. Meßaufnehmer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zum Erfassen der Überfahrgeschwindigkeit bei oder nach Überfahren des zweiten Kabels (6) gleichzeitig die Spannungswerte in beiden Kabeln (5,6) gemessen und dividiert werden.
5. Meßaufnehmer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Platten (10,11) zwischen ihren Rändern Befestigungsbleche (12,13) zum Verankern des Meßaufnehmers in einer Straßenoberfläche (18) einfassen.
6. Meßaufnehmer nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Platten (20,21) gegeneinander durch die Dichtungen (22,23) zwischen Uberkragenden Rändern -(24,25) einer Platte (20) und den Seitenkanten der anderen Platte (21) abgedichtet sind.
7. Meßaufnehmer nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Platten (1,2;10,11;20,21) mittels Schrauben (bei 8) verbunden sind.
8. Meßaufnehmer nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Bettungsmasse aus einem vergießbaren Elastomer besteht.