KR20190072431A - Wim 센서 및 wim 센서를 제조하는 방법 - Google Patents

Wim 센서 및 wim 센서를 제조하는 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 자동차(2a, 2b, 2c, 2d)의 바퀴의 통과 동안 차도 구간(1) 상에서 자동차(2a, 2b, 2c, 2d)의 바퀴 하중을 결정하기 위한 WIM 센서(10)로서; WIM 센서(10)는, 종축(X-X')을 따라 연장하는 신장된 빈 프로파일(11)로서 설계되고; 빈 프로파일(11)은 적어도 제1 스페이스(12)를 에워싸고; 제1 스페이스(12)에는, 복수의 압전 측정 소자(36, 36a, 36b)가 종축(X-X')을 따라 배치되고; 적어도 하나의 지지 소자(30, 30a, 30b, 30c)가 제1 스페이스(12)에 배치되고; 이 지지 소자(30, 30a, 30b, 30c)는 적어도 하나의 압전 측정 소자(36, 36a, 36b)를 고정하고; 적어도 하나의 전자 소자(45)가 제1 스페이스(12)에 배치되고; 이러한 지지 소자(30, 30a, 30b, 30c)는 적어도 하나의 전자 소자(45)를 고정하고; 적어도 하나의 전하 컨덕터(61a, 6b)가 제1 스페이스(12)에 배치되고; 전하 컨덕터(61a, 61b)는 적어도 하나의 힘-수용 표면(15, 15a, 15b)을 전자 소자(45)에 전기적으로 연결하며; 전하 컨덕터(61a, 61b)는 적어도 하나의 힘-수용 표면(15, 15a, 15b, 16, 16a, 16b)으로부터 전자 소자(45)로 전하 신호(201a, 201b)를 전도하는, WIM 센서(10)에 관한 것이다.

Description

WIM 센서 및 WIM 센서를 제조하는 방법{WIM SENSOR AND METHOD FOR PRODUCING THE WIM SENSOR}
본 발명은 WIM 센서 및 WIM 센서를 제조하는 방법에 관한 것이다.
WIM(Weigh-In-Motion: 자동차 중량 측정) 센서는, 예컨대 자동차의 바퀴의 하중 - 간단히 하중으로 지칭됨 - 을 결정하기 위해; 또는 차도 구간 위에서 바퀴의 통과 횟수를 결정하기 위해 교통 분야에서 사용된다. 하중이 의미하는 것은, 중량 힘(weight force) - 간단히 힘으로 지칭됨 - 이며, 이러한 중량 힘은 자동차의 질량으로 인해 바퀴를 통해 차도의 구간 상에 작용한다. 자동차는 자동차 또는 트랙터와 하나 이상의 트레일러로 구성되는 자동차의 조합을 지칭한다.
이런 식으로 결정되는 데이터는, 예컨대 차도 구간에 허용되는 하중보다 큰 하중에 의한 이 차도 구간의 손상을 방지하고, 도로의 사용-의존 유지보수 간격을 결정하고, 하중 또는 자동차의 바퀴 통과 횟수에 의존하는 지불을 결정하며 도로 안전을 높이기 위에 적절한 측정을 개시하는 역할을 할 수도 있다.
WIM 센서는, 차도 구간의 도로 표면에서 그리고 이동 방향에 대한 종방향으로 내장되며, 자동차의 트랙이 여러 WIM 센서에 의해 교차되며, 이들 WIM 센서는 이동 방향을 따라 서로의 옆에서 도로 표면에 삽입되어, 하나의 WIM 센서 각각은 자동차의 바퀴 트랙과 교차하며, WIM 센서는, 차도 구간의 도로 표면과 같은 높이의 차도 구간의 표면에 배치된다. 일반적으로, WIM 센서는 신장된 프로파일로 형성된다.
바퀴 트랙이 의미하는 것은, 자동차가 횡단할 때 도로 표면 상의 자동차의 바퀴의 궤적이다. 트랙이 의미하는 것은, 자동차의 모든 바퀴 트랙 전체이다.
또한, 자동차의 전체 트랙이 단일의 신장된 WIM 센서에 의해 교차되는 실시예가 알려져 있다.
상이한 자동차에 사용되는 상이한 타입의 바퀴가 있다. 그에 따라, 바퀴의 타입은 단일 바퀴, 이중 바퀴 또는 슈퍼 단일 바퀴를 포함한다. 자동차의 교차 동안 바퀴, 이중 바퀴 또는 슈퍼 단일 바퀴 사이를 구별하기 위해, 개별 압전 측정 소자가 WIM 센서의 종축을 따라 서로 적절히 작은 거리로 WIM 센서에서 정렬되어야 하며; 압전 측정 소자는, 이들 소자에 작용하는 힘에 비례하는 신호를 발생시킨다. 이 압전 측정 소자의 신호는 개별적으로 검출되어야 하며, 평가에 개별적으로 포함되어 바퀴 타입을 결정해야 한다.
통상, WIM 센서의 압전 측정 소자는 외표면 상의 압전 소재이며, 압전 소재 상에 작용하는 하중에 비례하는 전하가 이 외표면 상에서 생성된다. 전하 신호는, 적절한 전기 컨덕터에 의해 압전 소재의 표면으로부터 전도되는 전하를 지칭한다. 이 전하 신호는 전하 증폭기에서 증폭되어 전하 증폭기 신호로 변환된다.
그러므로 개별 압전 측정 소자 또는 압전 측정 소자 그룹의 전하 신호를 검출하는 것은 매우 큰 노력을 필요로 한다. 따라서, 전하 증폭기는 각각의 압전 측정 소자 또는 압전 측정 소자의 그룹에 제공되어야 한다. 게다가, 각각의 전하 증폭기 신호가 전자 평가 유닛에 별도로 전도되어야 한다.
교차 바퀴의 바퀴 타입의 명백한 특징화가 WIM 센서의 미래의 응용에 그리고 또한, 바퀴에 속한 자동차의 타입을 결정하는데 필수적이다. 이들 적용은 제한 없이 다음을 포함한다:
o 자동차 타입 검출
o 최대 이동 속도 시의 WIM 측정을 기초로 한 자동차 타입 마다의 허용 가능한 전체 중량에 기반한 과하중 자동차의 직접 처벌
o 최대 이동 속도 시의 WIM 측정을 기초로 한 자동차 타입 마다의 허용 가능한 최대 속도를 기초로 한 속도 제한치를 초과한 자동차의 직접 처벌
o 통행료 시스템에 저장된 자동차의 자동차 타입에 대한 데이터의 일치 체크
o 최대 이동 속도 시 WIM 측정을 기반으로 한 자동차 타입에 의한 하중-의존 통행료 지불
o 산업용 적용(항구, 광산, 그래벌 공장(gravel plant) 등)을 기반으로 한 자동차 타입에 의한 하중-의존 지불.
앞서 언급한 점들을 위해, WIM 시스템의 측정 정확도에 관한 요구가 매우 높다. 따라서, OIML(International Organization of Legal Metrology)의 그 표준 OIML R-134a에서의 권고는 WIM 시스템의 정확도에 대한 이들 시스템의 분류를 포함한다. 앞서 언급한 적용에서, 측정 정확도의 규격과 높은 정확도 등급으로의 분류는 WIM 센서의 사용에 매우 중요하다.
WIM 센서가 US5265481A로부터 알려져 있으며, 이러한 센서는 종방향으로 빈 프로파일에 배치되는 복수의 압전 측정 소자 - 간단히 피에조 소자로 지칭됨 - 를 포함하며, 피에조 소자는 신호 처리 유닛에 연결되어, 개별 피에조 소자나 피에조 소자 그룹과 병렬로 접촉할 수 있으며; 피에조 소자는, 힘 도입 세그먼트 사이에 삽입되는 피에조 디스크로 구성된다. 더 나아가, 장착 공정이 US5265481A로부터 알려져 있으며, 여기서 피에조 소자가 그 위에 장착된 필름과 클램프된 빈 프로파일 내에 삽입되는 신호 컨덕터로 구성되는 탄성 체인이 형성된다. 전치 증폭기와 같은 전자 구성요소가 피에조 소자 다음에 측방향으로 빈 프로파일에 배치될 수도 있다.
앞서 언급된 배치는, 피에조 소자가 멀티피스 구조이며, 이러한 구조에서, 힘 도입 세그먼트, 피에조 디스크, 전기 전도성 필름, 다른 피에조 디스크 및 다른 힘 도입 세그먼트 모두가 접착제에 의해 서로에게 본딩된다라는 단점이 있다. 전기 전도성 필름 상에 배치되는 여러 피에조 소자를 포함하는 스택이 탄성 체인이라고 불린다. 탄성 체인은, 탄성 체인을 빈 프로파일 내로 당김으로써 장착될 수 있다. 접착제의 탄성 특성은 피에조 소자의 신호의 측정 정확도와 선형도에 해롭다. 더 나아가, 피에조 소자 외에 추가 전자 구성요소를 삽입하는 것은 어려우며, 이는 이들 구성요소는 피에조 소자와 전자 구성요소 사이에서 신호 케이블의 파열(tearing)을 방지하도록 동시에 삽입되어야 하기 때문이다. 게다가, 별도의 케이블이 각각의 압전 소자로부터 빈 프로파일 통해 이어져 개별 피에조 소자의 신호를 평가할 수 있어야 한다. 이들 케이블로 인해, 피에조 소자로 구성되는 탄성 체인의 빈 프로파일 내로의 스레딩(threading)은 복잡한 작업이다. 복잡한 설치는 증가한 노력과 고비용을 수반한다.
다음에서, 측정 정확도는, WIM 센서의 압전 측정 소자 상에 교차하는 자동차의 바퀴가 가하는 바퀴 하중을 결정할 때의 측정 정확도를 지칭한다. 측정 정확도의 증가는 바퀴 하중을 결정할 때 계통 에러를 감소시킴으로써 및/또는 동일 바퀴로부터 반복해서 결정된 바퀴 하중 값의 분산을 감소시킴으로써 달성된다.
본 발명의 제1 목적은 WIM 센서의 빈 프로파일에서 스페이스를 효율적으로 사용하는 것이다. 다른 목적은 WIM 센서의 측정 정확도를 증가시키는 것이다. 다른 목적은 WIM 센서의 간단하고 기능적인 구조와 함께 적어도 하나의 저가 제조 공정을 제안하는 것이다.
이들 목적 중 적어도 하나는 독립항의 특성에 의해 달성된다.
본 발명은, 자동차의 바퀴의 통과 동안 차도 구간 상에서 이 자동차의 바퀴 하중을 결정하기 위한 WIM 센서에 관한 것이며; 이러한 WIM 센서는, 차도 구간의 도로 표면과 같은 높이의 도로 표면에서 차도 구간에 배치되고; 이러한 WIM 센서는, 종축을 따라 연장하는 신장된 형상을 갖는 빈 프로파일로서 형성되고; 이러한 빈 프로파일은 적어도 제1 스페이스를 에워싸고; 복수의 압전 측정 소자가 이 종축을 따라 이 제1 스페이스에 배치되고; 이 압전 측정 소자 각각은 제1 힘-수용 표면과 제2 힘-수용 표면을 갖고; 바퀴 하중은 자동차의 바퀴의 통과 동안 이 압전 측정 소자에 작용하고; 각각의 압전 측정 소자는, 유효 바퀴 하중에 비례하는 제1 힘-수용 표면과 제2 힘-수용 표면 상에서의 전하를 생성하고; 적어도 하나의 지지 소자가 이 제1 스페이스에 배치되고; 지지 소자는 적어도 하나의 압전 측정 소자를 고정하고; 적어도 하나의 전자 소자가 제1 스페이스에 배치되고; 지지 소자는 적어도 하나의 전자 소자를 고정하고; 적어도 하나의 전하 컨덕터가 제1 스페이스에 배치되고; 전하 컨덕터는 적어도 하나의 힘-수용 표면과 전자 소자를 전기적으로 연결하며; 전하 컨덕터는 적어도 하나의 힘-수용 표면으로부터 전자 소자로 전하 신호를 전도한다.
전하 신호는 전하 컨덕터에서 전도되는 전하를 지칭한다.
단일 바퀴, 이중 바퀴 또는 슈퍼 단일 바퀴와 같은 바퀴 타입의 검출을 위한 선제 조건은 WIM 센서의 종방향에서의 개별 압전 측정 소자나 압전 측정 소자 그룹의 70mm 미만, 유리하게는 50mm인 적절하게 짧은 거리와, 개별 압전 측정 소자나 압전 측정 소자 그룹의 신호의 평가이다. 종방향은 WIM 센서의 최대 치수의 방향을 지칭하며; 통상, WIM 센서는, 바퀴의 트랙에 수직인 방향에 대응하는 그 종방향을 갖고 도로에 배치된다. 각각의 압전 측정 소자당 하나씩, 필요로 하는 많은 수의 전하 증폭기가 가능한 많은 스페이스를 절약하는 방식으로 수용되어야 한다. 이를 위해, 개별 압전 측정 소자 사이의 자유 스페이스가 사용되며, 이 스페이스에서, 전자 소자가 유리한 실시예에서 배치된다. 유리한 실시예에서, 빈 프로파일의 스페이스에서 압전 측정 소자와 공동으로 전자 소자의 스페이스-절약 배치가, 지지 소자에 의해 개별 압전 측정 소자 사이에 전자 소자를 고정함으로써 달성된다. 더 나아가, 압전 측정 소자는 또한 지지 소자에 의해 고정된다.
적어도 하나의 전하 증폭기와 적어도 하나의 아날로그-디지털 컨버터, 간단히 A/D 컨버터가 전자 소자 상에 배치된다. 바람직한 실시예에서, 전자 소자 상에 배치되는 전하 증폭기와 A/D 컨버터의 개수는 인접한 압전 측정 소자의 개수에 대응한다.
게다가, 최적 스페이스 활용은, 압전 측정 소자 각각 또는 압전 측정 소자의 각 그룹의 전하 신호가 전하 증폭기에 의해 비례 전압 신호로 변환되며 A/D 컨버터에 의해 디지털 전하 신호로 변환된다는 점에 의해 달성된다. 여기서, 압전 측정 소자의 그룹은, 병렬로 전기적으로 연결되며 하중하에서 단일의 공통 신호를 생성하는 하나 이상의 압전 측정 소자로 구성되는 그룹을 지칭한다.
WIM 센서에 배치되는 평가 소자에서, 각각의 압전 측정 소자당 하나씩 또는 압전 측정 소자의 각 그룹당 하나씩, 다양한 전하 신호가 이용될 수 있어야 한다. 디지털 데이터 송신의 특징으로 인해, 송신에 사용되는 전기 신호 컨덕터의 개수는 개별 압전 측정 소자의 전하 신호의 아날로그 송신과 비교하여 감소하며, 이러한 아날로그 송신은 US5265481A에 기재되어 있다. US5265481A에 사용된 아날로그 신호에 대한 디지털 신호의 특정한 장점은, 상이한 신호가 동일한 전기 신호 컨덕터를 통해 송신될 수 있다는 점이다. 유리하게도, 상이한 압전 측정 소자나 압전 측정 소자의 그룹으로부터 유래한 복수의 디지털 전하 신호가 WIM 센서에 의해 평가 소자에 동일 전기 신호 컨덕터를 통해 송신된다. 이러한 방식으로 달성되는 압전 측정 소자의 직렬 연결은, 압전 측정 소자가 배치되는 부지 인근에서 US5265481A에서 발생하고 있는 것들과 같은 프로파일의 제약을 방지한다. 이런 식으로, WIM 센서의 빈 프로파일에서의 스페이스의 더 양호한 활용이 제공된다.
US5265481A와 비교한 WIM 센서의 측정 정확도의 증가는 WIM 센서의 개별 압전 측정 소자를 캘리브레이트함으로써 달성된다. 이점은 장점이며, 이는, WIM 센서가 전체 WIM 센서에 대해 단 하나의 캘리브레이션 함수로 캘리브레이트된다면, 바퀴가 WIM 센서의 종방향에 대해 동일 지점에서 WIM 센서를 반드시 교차하지는 않을 것이어서, WIM 센서의 종축을 따라 배치되는 개별 압전 측정 소자의 특징적 민감도, 선형도 및 히스테리시스가 측정 결과에 영향을 미칠 수도 있다는 사실로 인해 측정 에러를 겪게 될 것이기 때문이다.
각각의 개별 압전 측정 소자나 압전 측정 소자의 그룹의 디지털 전하 신호는 캘리브레이션 함수에 의해 평가 소자에서 캘리브레이트된다.
추가 실시예에서, WIM 센서에 배열되는 적어도 하나의 센서의 적어도 하나의 디지털 센서 신호가 캘리브레이션에 사용된다.
WIM 센서의 측정 정확도의 증가는, 전하 증폭기를 포함하는 전자 소자의 압전 측정 소자로의 공간 인접성으로 인해 또한 제공된다. 긴 컨덕터는 간섭 신호와 잡음의 발생을 증가시킨다. 그에 따라, 압전 측정 소자의 표면으로부터 전하 증폭기로 이어지는 전하 컨덕터의 길이는 가능한 한 짧게, 유리하게는 20mm보다 짧게 선택되어야 한다. 이점은 간섭 신호의 발생을 감소시키며, 각각의 압전 측정 소자에 가까운 인접성으로 및 그 사이에서 지지 소자 상에 전자 소자를 고정함으로써 달성된다.
유리하게도, A/D 컨버터는 또한 전하 증폭기의 출력에 직접 위치하며; A/D 컨버터는 전하 증폭기의 전압 신호를 디지털 전하 신호로 변환하며, 이 디지털 전하 신호는 외부 잡음에 덜 민감할 수 있다.
간단한 장착은 지지 소자에 의해 달성되고; 이러한 지지 소자는 적어도 하나의 압전 측정 소자를 고정하며; 이 지지 소자는 적어도 하나의 전자 소자를 고정한다. 적어도 2개의 지지 소자가 서로와 연결될 수 있어서 지지부를 형성할 수 있다. 이 지지부에 의해, WIM 센서의 압전 측정 소자와 전자 소자가 일체형으로 빈 프로파일에 쉽게 삽입될 수 있다.
다음에서, 본 발명은 도면을 참조하여 예를 들어 더 상세하게 설명될 것이다.
도 1은, WIM 센서가 그 내에 배치되는 차도 구간의 개략 부분도를 도시한다.
도 2는, 유리한 실시예에서 WIM 센서의 개략 단면도를 도시한다.
도 3은, 제1 실시예에서 지지 소자의 개략 부분도를 도시한다.
도 4는, 제2 실시예에서 지지 소자의 개략 부분도를 도시한다.
도 5는, 제3 실시예에서 지지 소자의 개략 부분도를 도시한다.
도 6은, 명료화하기 위해, 축(Y-Y')에 대한 거리가 개별 소자 사이에 삽입되는 실시예에서 지지 소자의 일부분의 개략 단면도를 도시한다.
도 7은, 명료화하기 위해, 지지 소자가 도시되지 않은 유리한 실시예에서 WIM 센서의 일부분의 개략 단면도를 도시한다.
도 8은, 전기 신호 컨덕터가 평가 소자와, 적어도 하나의 전자 소자와, 적어도 하나의 센서를 전기적으로 연결하는 바람직한 실시예에서의 WIM 센서의 전기 신호 컨덕터와; 전하 컨덕터가 압전 측정 소자를 전자 소자에 전기적으로 연결하는 바람직한 실시예에서의 WIM 센서의 전하 컨덕터의 개략적인 표현을 도시한다.
도 9는, 평가 소자에서 실행되는 공정의 개략적인 표현을 도시한다.
도 10은, 지지부의 개략적인 표현을 도시한다.
도 1은, WIM 센서 위에서 이동하는 자동차(2a, 2b, 2c, 2d)의 바퀴 하중을 결정하기 위해 WIM 센서(10)가 그 내부에 배치되는 차도 구간(1)를 도시한다.
도 2는 유리한 실시예에서의 WIM 센서(10)의 개략 단면도를 도시한다. 축(Y-Y')은 빈 프로파일(11)의 높이에 평행하며 도로 표면에 수직이다. 축(Z-Z')은 빈 프로파일(11)의 폭에 평행하며 프로파일과 교차하는 자동차(2a, 2b, 2c, 2d)의 이동의 법선 방향에 평행하다. Y-Y' 및 Z-Z'에 수직으로 축(X-X')이 연장하며, 이 축(X-X')은 도 2에는 도시하지 않으며 빈 프로파일(11)의 길이에 평행하다. 축(X-X', Y-Y' 및 Z-Z')은 직교 좌표계를 형성한다. 도 2에 도시한 단면 평면은 축(Y-Y' 및 Z-Z')에 의해 규정된다. 유리한 실시예에서, 빈 프로파일(11)은 스페이스(12), 제1 가압 표면(13) 및 제2 가압 표면(14)을 포함하며, 이러한 가압 표면(13, 14)은 반대편, 이격되며 Y-Y'에 수직인 방식으로 배치된다.
바람직한 실시예에서, 빈 프로파일(11)은 금속 또는 금속 합금으로 만든다. 추가 실시예에서, 빈 프로파일(11)은 플라스틱 또는 복합 소재로 만든다.
빈 프로파일(11)의 스페이스(12)는 압전 측정 소자 장치(20)를 더 포함하며, 압전 측정 소자 장치(20)는 압전 측정 소자(36), 제1 힘 도입 소자(34) 및 제2 힘 도입 소자(35)를 포함한다.
압전 측정 소자(36)는 제1 힘-수용 표면(15)과 제2 힘-수용 표면(16)을 포함하며, 이 제1 힘-수용 표면(15)과 제2 힘-수용 표면(16)은 각각 제1 가압 표면(13) 및 제2 가압 표면(14)에 면한다. 유리한 실시예에서, 압전 측정 소자(36)는 단일의 수정, 바람직한 실시예에서는 석영 수정(quartz crystal)이다.
제1 힘 도입 소자(34)는 제1 가입 표면(13)과 제1 힘-수용 표면(15) 사이에 배치된다. 제2 힘 도입 소자(35)는 제2 가입 표면(14)과 제2 힘-수용 표면(16) 사이에 배치된다. 힘 도입 소자(34, 35)는 금속, 금속 합금, 소재 본딩에 의해 그에 도포되는 전기 전도성 층을 가진 수정 또는 세라믹과 같은 전기 전도성 소재로 전체적으로 또는 부분적으로 만든다.
이러한 힘 도입 소자(34, 35)에 의해, 가압 표면(13, 14)으로부터의 힘이 힘-수용 표면(15, 16)에 간접적으로 작용한다.
추가 실시예에서, 압전 측정 소자 장치(20)는 압전 측정 소자(36)만을 포함한다. 이 실시예를 위해 이후에 제공되는 설명은, 힘 도입 소자(34, 35)의 생략에 의해, 각각의 양, 소자 또는 속성이 압전 측정 소자(36)의 힘-수용 표면(15, 16) 상에 직접적으로 작용한다는 점에서 이해될 것이다.
전극 필름(39)이 적어도 하나의 가압 표면(13, 14)과 힘-수용 표면(15, 16) 사이에 배치되며; 전극 필름(39)은, 전기 전도성 층(38)이 그 2개의 표면 중 적어도 하나의 표면 상에 구비되는 전기 비-전도성 소재로 된 스트립 형태의 신장된 절연 필름(37)이다. 유리하게도, 물질 또는 다음의 물질의 조합이 전기 전도성 층(38)으로서 사용된다: 크롬, 구리, 지르코늄, 금, 은, 백금, 강. 유리하게도, 폴리이미드 필름이 절연 필름(37)으로서 사용된다.
전기 전도성 층(38)은 절연 필름(37)에 영구히 기계적으로 연결된다. 이러한 기계적 연결은 여러 방법에 의해 실현될 수도 있다. 그에 따라, 전기 전도성 층(38)은 절연 필름(37)에 적층될 수도 있으며; 이러한 적층은 열 소재-결합 공정을 의미하는 것으로 이해된다. 그에 따라, 전기 전도성 층(38)은 이 층과 절연 필름(37) 사이에 접착제에 의해 절연 필름(37)에 접착식으로 본딩될 수도 있다. 더 나아가, 전기 전도성 층(38)은, 절연 필름(37)을 압력이나 열 공급에 의해 점성 상태로 가져감으로써 절연 필름(37)에 접착식으로 본딩될 수도 있으며, 이 점성 상태에서, 전기 전도성 층(38)은 절연 필름(37)에 접착식으로 본딩된다. 바람직한 실시예에서, 전기 전도성 층(38)은 열 기상 퇴적, 캐소드 스퍼터링 또는 전기 도금에 의해 절연 필름(37)에 도포된다.
절연 필름(37)의 적어도 일 측면 상에서, 전기 전도성 층(38)은 어떤 구조를 가지며, 이 구조는, 서로 전기적으로 절연되는 전기 전도성 층(38)의 여러 전기 전도성 영역(38a, 38b)이 있는 방식으로 형성된다. 전기 전도성 층의 이러한 구조는 절연 필름(37)의 규정된 구역 상에 이 층의 선택적 도포에 의해 달성되거나, 연속 전기 전도성 층(38)이 먼저 절연 필름(37) 상에 도포되며, 이 필름(37)에 이러한 구조가 추가 단계에서 도입된다. 그에 따라, 전기 전도성 층(38)의 전기 전도성 영역(38a, 38b)은 전기 전도성 층(38)의 선택적 에칭 또는 기계적 방법에 의해 제거될 수도 있다.
당업자는 또한 이 방법의 조합을 사용할 수도 있어서 절연 필름(37)과 전기 전도성 층(38) 사이의 포지티브 연결을 달성할 수도 있음을 이해해야 한다.
당업자는 또한 이 방법의 조합을 사용할 수도 있어서 전극 필름(39)의 전기 전도성 층(38)에서 어떤 구조를 형성할 수도 있음을 이해해야 한다.
여러 실시예에서, 빈 프로파일의 스페이스(12)는 지지 소자(30)를 포함한다. 지지 소자(30)의 제1 실시예를 도 3에 개략적으로 도시한다.
지지 소자(30)는 축(X-X')을 따라 신장된 방식으로 형성되고, 축(Z-Z')을 따라 압전 측정 소자 장치(20)보다 유리하게는 더 넓으며, 빈 프로파일(11)의 제1 스페이스(12)에 배치된다.
유리한 실시예에서, 지지 소자(30)는, 축(Y-Y')을 따라 지지 소자(30)를 통과하는 적어도 하나의 리세스(41)를 포함하며; 이 리세스(41)는 홀딩 클램프(42, 43)를 포함하며, 이 홀딩 클램프(42, 43)는 압전 측정 소자 장치(20)를 지지 소자(30)에 대해 고정한다.
유리한 실시예에서, 지지 소자(30)는 적어도 하나의 홀딩 소자(44)를 포함하며; 홀딩 소자(44)는 전기 소자(45)를 지지 소자(30)에 기계적으로 연결하며; 이 연결은 형태(form) 또는 힘 폐쇄(force closure)에 의해 달성된다. 그에 따라, 일 실시예에서, 전자 소자(45)는 탄력성 후크 형태로 홀딩 소자(44)에 의해 지지 소자(30)에 기계적으로 단단히 고정된다. 추가 실시예에서, 전자 소자(45)는 나사, 지지 소자(30)의 나사 구멍 및 너트의 형태로 또는 나사와 지지 소자(30)의 나사산 구멍의 형태로 홀딩 소자(44)에 의해 지지 소자(30)에 기계적으로 단단히 고정된다.
추가 실시예에서, 전자 소자(45)는 예컨대 적절한 접착제를 사용한 소재 본딩에 의해 지지 소자(30)에 연결되며, 그러한 경우 홀딩 소자(44)는 필요하지 않다.
도 4에 개략적으로 도시한 제2 실시예에서, 지지 소자(30a)는 적어도 2개의 부품으로서 형성되며, 지지 소자(30a)의 개별 부품은 홀딩 소자(44)에 의해 전자 소자(45)에 기계적으로 연결된다. 유리한 실시예에서, 전자 소자(45)는 예컨대 회로 기판과 같은 기계적 강성 구조를 포함한다. 지지 소자(30a)의 이 실시예에서, 전자 소자(45)는 지지 소자(30a)의 구조적 구성요소이다.
도 5에 도시한 바와 같이, 제3 실시예에서, 지지 소자(30b)의 주요 부분은, 적어도 하나의 리세스(41)를 갖는, 예컨대 회로 기판과 같은 전자 소자(45)에 의해 형성된다. 전자 소자(45)에서의 리세스(41)는, 소재 본딩, 형태 또는 힘 폐쇄에 의해 전자 소자(45)에 연결되는 홀딩 클램프(42, 43)를 포함한다. 홀딩 클램프(42, 43)는 압전 측정 소자 장치(20)를 지지 소자(30b)에 대해 고정한다.
도 3, 도 4 및 도 5에 도시한 유리한 실시예에서, 지지 소자(30, 30a, 30b)는 축(X-X')에 대한 지지 소자(30, 30a, 30b)의 각 단부에서 연결 소자(46, 47)를 포함하며; 도시한 실시예에서, 연결 소자(46, 47)는 핀-형상 연결 소자(47)와 슬롯-형태의 연결 소자(46)의 형태로 되어 있으며; 연결 소자(46, 47)는 지지 소자(30, 30a, 30b)를 형태 폐쇄(form closure)에 의해 연결한다.
추가 실시예에서, 지지 소자(30, 30a, 30b)는 힘 폐쇄에 의해 지지 소자(30, 30a, 30b)를 연결하기 위한 연결 소자를 포함한다. 힘 폐쇄에 의한 지지 소자의 연결은 예컨대 나사 연결에 의해 달성된다.
추가 실시예에서, 지지 소자(30c)가 복수의 지지 소자 부품(91)으로부터 조립되며, 복수의 지지 소자 부품(91)의 연결은 형태 폐쇄, 힘 폐쇄 또는 소재 본딩에 의해 달성된다. 그에 따라, 도 6은, 예컨대 2개의 지지 소자 부품(91)으로 구성되는 지지 소자(30c)를 개략적으로 도시하며; 지지 소자 부품(91)은 부품 연결 소자(32, 33)에 의해 힘 또는 형태 폐쇄에 의해 연결된다. 도시한 실시예에서, 부품 연결 소자(32, 33)는 핀(32)과 슬롯(33)의 형태로 되어 있으며, 핀과 슬롯은 형태 폐쇄에 의해 서로에게 연결될 수도 있다.
추가 실시예에서, 부품 연결 소자(32, 33)는 또한 나사 연결로서 형성될 수도 있다.
지지 소자 부품(91)이 소재 본딩에 의해 연결되는 실시예를 생각해 볼 수도 있다. 이 경우에, 각각의 부품 연결 소자(32, 33)를 생략한다.
다음에서, 빈 프로파일에서 힘 폐쇄, 형태 폐쇄 또는 소재 본딩에 의해 연결되는 전체 지지 소자(30)가 지지부(90)로서 지칭되며, 이러한 지지부를 도 10에 예시한다.
또한, 지지 소자(30)의 다른 실시예를 생각해 볼 수도 있음을 이해해야 한다. 당업자는 예컨대 도 3 내지 도 5에 도시한 실시예의 조합을 사용할 수도 있거나, 지지 소자(30)의 안정성을 증가시키기 위해 추가 소자를 도입할 수 있거나, 상이한 위치에 소자를 배치할 수도 있다. 그에 따라, 전자 소자(45)는 지지 소자(30) 상에서 측방향으로 X-X', Z-Z'에 의해 규정되는 평면에서뿐만 아니라 X-X', Y-Y'에 의해 규정되는 평면에서 기재된 바와 같이 배치될 수도 있다.
유리한 실시예에서, 도 2에 예시한 바와 같이, 지지 소자(30, 30a, 30b, 30c)는, 지지부의 장착을 용이하게 하는 안내 소자(31)를 포함한다.
지지부(90)는, WIM 센서(10)를 장착하는 공정을 상당히 용이하게 한다. WIM 센서(10)는 이하에 기재된 방법에 따라 유리하게도 장착되며: 연결 가능한 지지 소자(30, 30a, 30b, 30c)로 구성되는 각각의 지지부(90)는 빈 프로파일(11) 외부에서 적어도 하나의 전자 소자(45)와 적어도 하나의 압전 측정 소자 장치(20, 20a, 20b)와 사전에 조립된다. 게다가, 이러한 사전 조립은 연결 소자(52)와 전기 신호 컨덕터(60)에 의한 WIM 센서(11)의 모든 전자 소자(45)의 전기 연결을 포함한다.
더 나아가, 전극 필름(39)은, 전극 필름(39)이 축(Z-Z')에 대해 옆으로 미끄러지지 않도록 지지부의 적절한 소자에 삽입된다. 예컨대, 안내 소자(31)가 이 기능 역할을 한다.
사전 조립된 지지부(90)는 적어도 하나의 전극 필름(39)과 함께 클램프된 빈 프로파일(11)에 삽입되며; 빈 프로파일(11)의 가압 표면(13, 14)의 거리는 빈 프로파일(11) 상에 축(Z-Z')을 따라 측방향으로 작용하는 힘에 의해 증가한다. 안내 소자(31)는 빈 프로파일에서 지지부의 간단한 삽입을 가능케 하며, 빈 프로파일 내에서 지지부와 전극 필름(39)의 정밀한 위치지정을 보장한다.
유리하게도, 지지 소자(30, 30a, 30b, 30c)는 100mm와 1000mm 사이, 특히 유리한 실시예에서 100mm와 300mm 사이의 축(X-X')을 따른 길이를 갖는다. 특히 유리한 실시예에서, 지지 소자(30, 30a, 30b, 30c)는 그러므로 여러 길이의 소자(90)를 장착하는데, 그에 따라 WIM 센서(10)의 길이에 관한 여러 설계에 사용될 수 있다. 이것은 WIM 센서(10)의 제조비를 감소시킨다.
도 7은, 명료화하기 위해, 지지 소자(30, 30a, 30b, 30c)가 도시되지 않은 완전히 조립된 WIM 센서(10)의 일부분의 개략 단면도를 도시한다. 유리한 실시예에서, 전자 소자(45)는, 축(Y-Y')에 대해 그 바닥 측 상에 적어도 하나의 스프링 접촉(48a, 48b)을 포함하며; 스프링 접촉(48a, 48b)은 전자 소자(45)에 단단히 고정되며, WIM 센서(10)의 장착된 상태에서, 규정된 스프링 력으로, 표면, 예컨대 구조화된 전극 필름(39)의 전기 전도성 영역(38a, 38b)에 대해 스프링 접촉 표면(49a, 49b)을 가압한다.
유리한 실시예에서, 전자 소자(45)는, 축(Y-Y')에 대해 그 상부 측 상에 적어도 하나의 스프링 접촉(50a, 50b)을 더 포함하며, 스프링 접촉(50a, 50b)은 전자 소자(45)에 단단히 고정되며, WIM 센서(10)의 장착된 상태에서, 규정된 스프링 력으로, 표면, 예컨대 빈 프로필(11)의 가압 표면(13)에 대해 스프링 접촉 표면(51a, 51b)을 가압한다.
스프링 접촉 표면(49a, 51a)에 대해 가압함으로써, 스프링 접촉(48a, 50a)은 전자 소자(45)와 압전 측정 소자 장치(20a) 사이에 전기 연결을 구축한다. 유리한 실시예에서, 힘이 압전 측정 소자(36a) 상에 작용할 때, 제2 힘-수용 표면(16a) 상에서 생성된 전하가 힘 도입 소자(35a), 전극 필름의 전기 전도성 영역(38a) 및 스프링 소자(48a)를 통해 전자 소자(45)에 전달된다. 그에 따라, 힘 도입 소자(35a), 전극 필름의 전기 전도성 영역(38a) 및 스프링 소자(48a)는 전하 컨덕터(61a)를 형성한다. 제1 힘-수용 표면(15a) 상에 생성되는 전하는, 힘이 압전 측정 소자(36a) 상에 작용할 때, 힘 도입 소자(34a), 가압 표면(13) 및 스프링 소자(50a)를 통해 전자 소자(45)에 전달된다. 그에 따라, 힘 도입 소자(34a), 가압 표면(13) 및 스프링 소자(50a)는 전하 컨덕터(61a)를 형성한다.
유사하게, 스프링 접촉 표면(49b, 51b)에 대해 가압함으로써, 스프링 접촉(48b, 50b)은 전자 소자(45)와 압전 측정 소자 장치(20b) 사이에 전기 연결을 구축한다. 유리한 실시예에서, 힘이 압전 측정 소자(36b) 상에 작용할 때, 제2 힘-수용 표면(16b) 상에서 생성된 전하가 힘 도입 소자(35b), 전극 필름의 전기 전도성 영역(38b) 및 스프링 소자(48b)를 통해 전자 소자(45)에 전달된다. 그에 따라, 힘 도입 소자(35b), 전극 필름의 전기 전도성 영역(38b) 및 스프링 소자(48b)는 전하 컨덕터(61b)를 형성한다. 제1 힘-수용 표면(15b) 상에 생성되는 전하는, 힘이 압전 측정 소자(36b)에 적용될 때, 힘 도입 소자(34b), 가압 표면(13) 및 스프링 소자(50b)를 통해 전자 소자(45)에 전달된다. 그에 따라, 힘 도입 소자(34b), 가압 표면(13) 및 스프링 소자(50b)는 전하 컨덕터(61b)를 형성한다.
도 7에 도시한 유리한 실시예에서, 전극 필름(39)의 전기 전도성 영역(38a, 38b)은, 전기 비-전도성 코팅으로 코팅되는 절연 필름(37)의 영역에 의해 서로로부터 전기적으로 절연된다. 이로 인해, 압전 측정 소자(36a, 36b)의 선택적 접촉이 가능하게 되며, 그에 따라, 힘이 각각의 압전 측정 소자(36a, 36b) 상에 작용할 때 압전 측정 소자(36a, 36b)의 개별 전하 신호의 개별적인 평가가 가능하게 된다.
추가 실시예에서, 적어도 2개의 압전 측정 소자(36)는, 전극 필름의 전기 전도성 층의 영역에 의해 평행하게 접촉된다. 다음에서, 압전 측정 소자 그룹은, 평행하게 접촉되는 적어도 2개의 압전 측정 소자 장치(20)를 지칭한다.
다른 실시예(미도시)에서, 추가 전극 필름이 힘 도입 소자(34a, 34b)와 가압 표면(13) 사이에 배치되며; 전극 필름은 가압 표면(13)을 힘 도입 소자(34)에 대해 전기적으로 절연하며; 전기 전도성 층이, 그 자체로 알려져 있는 방식으로 힘 도입 소자(34a, 34b)에 면하는 절연 필름의 측 상에 도포되며; 제1 힘-수용 표면(15a, 15b) 상에서 생성되는 전하는, 힘이 압전 측정 소자(36a, 36b)에 적용될 때, 힘 도입 소자(34a, 34b), 추가 전극 필름의 전기 전도성 층 및 스프링 소자(50a, 50b)를 통해 전자 소자(45)에 전달된다.
추가 전극 필름은 그 적어도 하나의 측 상에 전극 필름(39)에 유사한 구조화된 전기 전도성 층이나 연속 전기 전도성 층을 포함한다.
바람직한 실시예에서, 지지 소자(30, 30a, 30b, 30c)는, 도 3, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 2개의 압전 측정 소자 조립체(20a, 20b) 사이에 각각 개삽되는 전자 소자(45)를 포함한다. 유리한 실시예에서, 도 8에 도시한 바와 같이, 적어도 하나의 전하 증폭기(21)가 전자 소자(45) 상에 배치되어 압전 측정 소자 장치(20a, 20b) 또는 압전 측정 소자의 그룹의 전하 신호(201a, 201b)를 전하 신호(201a, 201b)에 비례하는 전압으로 변환하거나, 전하 신호(201a, 201b)에 비례하는 전류로 변환한다. 이후, 전하 신호(201a, 201b)에 비례하는 전압이나 전하 신호(201a, 201b)에 비례하는 전류는 전하 증폭기 신호(202a, 202b)로 지칭될 것이다. 게다가, 유리한 실시예에서, 적어도 하나의 A/D 컨버터(22)가 전자 소자(45) 상에 배치되어 전하 증폭기 신호(202a, 202b)를 디지털 전하 신호(203)로 변환하여 이 신호를 제공한다.
다음에서, 신호를 제공하는 것은, 제공된 신호가 추가 사용을 목적으로 이용 가능하게 됨을 의미하는 것으로 이해될 것이다. 그러므로 신호를 제공하는 것은, 전자 메모리에 신호를 저장하는 것과, 이 메모리로부터 신호를 회수하는 것을 또한 포함한다. 신호를 제공하는 것은 신호를 디스플레이 상에 디스플레이하는 것을 또한 포함한다.
A/D 컨버터(22)는 정확히 하나의 신호 입력과 정확히 하나의 신호 출력을 갖는 전자 구성요소로 제한되지는 않음을 이해해야 한다. 당업자는, 복수의 입력 신호를 복수의 디지털 출력 신호로 변환하는 복수의 신호 입력과 복수의 신호 출력을 포함하는 전자 구성요소에 익숙하다. 그에 따라, A/D 컨버터(22)는, 여러 신호 입력과 여러 신호 출력이 배열되는 전자 구성요소의 신호 입력과 신호 출력으로 구성되는 쌍을 또한 지칭한다.
A/D 컨버터(22)와 전하 증폭기(21)와 같이, 상이한 기능을 갖는 전자 구성요소가 예컨대 주문형 집적 회로, 간략히 ASIC의 형태로 하나의 전자 구성요소에서 함께 포함될 수도 있음을 이해해야 한다. 간략화하기 위해, 다음의 기재는 A/D 컨버터 및 전하 컨버터를, 이들이 ASIC의 형태로 존재해야 하더라도, 여전히 지칭할 것이다.
전자 소자(45)는, 도 3 내지 도 5에 도시한 바와 같이, 전기 신호 컨덕터(60)를 위한 적어도 하나의 연결 소자(52)를 포함한다. 도 8은 전기 신호 컨덕터(60)를 개략적으로 도시한다. 연결 소자(52)에 의해, 전기 신호 컨덕터(60)를 통해 적어도 2개의 전자 소자(45) 사이에 전기 연결을 구축하는 것이 가능하다. 전기 신호 컨덕터(60)는 연결 소자(52)에 의해 지지 소자(30, 30a, 30b, 30c) 또는 상이한 지지 소자(30, 30a, 30b, 30c)의 전자 소자(45)를 연결한다.
유리한 실시예에서, WIM 센서(10)는 평가 소자(80)를 포함한다. 평가 소자(80)는 빈 프로파일(11)의 스페이스(12)에 배치된다. 압전 측정 소자 장치(20, 20a, 20b) 또는 압전 측정 소자의 그룹의 디지털 전하 신호(203)가 평가 소자(80)에서 평가를 위해 액세스 가능하다.
유리하게도, 적어도 하나의 마이크로프로세서(82)와, 적어도 하나의 비휘발성 메모리 소자(81)와, 전기 신호 컨덕터(60)를 위한 적어도 하나의 연결 소자(52)가 평가 소자(80) 상에 배치된다. 더 나아가, 전기 신호 컨덕터(60)가 전자 소자(45)의 적어도 하나의 연결 소자(52)를 평가 소자(80)에 연결한다.
유리하게도, 디지털 신호를 사용함으로써, 이용 가능한 신호보다 더 소수의 전기 컨덕터가 전기 신호 컨덕터(60)에서 필요할 것이다.
WIM 센서(10)의 전자 소자(45)의 디지털 전하 신호(203)는 연결 소자(52)와 전기 신호 컨덕터(60)에 의해 평가 소자(80)에서의 평가를 위해 액세스 가능하다.
추가 실시예에서, 연결 소자(52)는 전자 소자(45)의 전원을 위해 역할을 한다.
다른 실시예에서, 적어도 하나의 센서(70)가 빈 프로파일(11)의 스페이스(12)에 배치되며, 이 센서(70)는, 이것이 센서 신호(207)로서 출력하는 물리적 파라미터를 측정한다. A/D 컨버터(22)는 센서 신호(207)를 디지털 센서 신호(204)로 변환하여, 디지털 센서 신호(204)를 연결 유닛(502)에 제공한다. 센서(70)는 다음의 물리적 파라미터: 온도, 음파, 가속도 중 하나를 측정한다.
추가 실시예에서, 적어도 하나의 디지털 센서 신호(204)가, 연결 유닛(52)과 전기 신호 컨덕터(60)에 의한 평가 소자(80)에서의 평가를 위해 추가로 이용 가능하게 된다.
유리한 실시예에서, 평가 소자(80)에서의 적어도 하나의 디지털 전하 신호(203)가 캘리브레이션 함수(301)에 의해 캘리브레이트된다. 캘리브레이션 함수(301)는 적어도 하나의 변수를 포함하는 수학 함수이다.
추가 실시예에서, 캘리브레이션 함수(301)는 비휘발성 메모리 소자(81) 상에 저장되어 마이크로프로세서(82)에 로딩된다.
캘리브레이션 함수(301)는 복수의 파라미터(302)를 활용하며, 파라미터(302)는 압전 측정 소자(36, 36a, 36b)의 특징적 속성에 대응한다. 이들 특징적 속성은 적어도 다음: 압전 측정 소자(36, 36a, 36b)의 민감도 및 선형도를 포함한다. 이런 점에서, 파라미터(302)는 하나 이상의 수치를 가지며, 특정 압전 측정 소자(36, 36a, 36b)에 명백하게 할당될 수 있다. 선형도 및 민감도는 이 압전 측정 소자(36, 36a, 36b)에 대해 이전에 결정되었다.
바람직하게도, 캘리브레이션 함수는 유한 차수의 다항식이다. 다항식은 변수의 멱수의 배수를 합한다. 변수의 각 멱수의 경우, 배수는, 변수의 멱수에 의해 곱한 계수로 주어진다. 계수는 파라미터(302)를 나타낸다.
압전 측정 소자(36, 36a, 36b)의 디지털 전하 신호(203)를 변수로서 사용하여, 캘리브레이션 함수(301)는 도 9에 개략적으로 예시한 바와 같이 캘리브레이트된 디지털 전하 신호(203)를 생성한다. 캘리브레이션 함수(301)는, 캘리브레이트된 디지털 전하 신호(205)와 압전 측정 소자(36, 36a, 36b)에 작용하는 바퀴 하중 사이에 선형 관계가 있도록 선택된다. 이것은, WIM 센서(10)의 압전 측정 소자(36, 36a, 36b)에 작용하는 교차하는 자동차의 바퀴로부터의 바퀴 하중을 결정할 때 측정 정확도를 증가시키는 역할을 한다.
바람직하게도, 캘리브레이션 함수(301)와 파라미터(302)는, 상이한 양의 규정된 힘이 하나씩 압전 측정 소자(36, 36a, 36b) 상에 가해지며 디지털 전하 신호(203)가 기록되는 방법에 의해 결정된다. 이 방법에서, 알고리즘은 먼저, 수치 수학으로부터 알려져 있는 다항식 보간에 의해 실행되는 변수로서 디지털 전하 신호(203)를 사용하여 이 방법에서 적용된 힘을 결국 얻게 하는 보간 다항식을 결정한다. 이 보간 다항식은, 변수로서 디지털 전하 신호(203)를 갖고 캘리브레이트된 디지털 전하 신호(205)를 생성하는 캘리브레이션 함수(301)이다. 민감도는 다항식의 1차항의 계수에 의해 직접 주어진다. 선형도는 다항식의 추가 계수에 의해 주어진다.
당업자는, 그러나 캘리브레이션 함수를 결정하기 위해 캘리브레이션 함수(301)의 다른 수학적 형태를 선택할 수 있으며 상이한 방법을 선택할 수도 있다.
바람직한 실시예에서, 캘리브레이션 함수(301)는 타임 스탬프(208)와 관련되는 비휘발성 메모리 소자(81) 상에 저장되며, 타임 스탬프(208)는 일자로 구성되며 마이크로프로세서(82)에서 알고리즘에 의해 제공된다.
저장된 캘리브레이션 함수(301)는 앞서 기재한 방법에 의해 캘리브레이션 함수(301)의 새로운 결정 코스에서 조정되어, 비휘발성 메모리 소자(81) 상에 이전에 저장된 캘리브레이션 함수(301)를 교체한다. 그러나 이전 캘리브레이션 함수(301)는 여전히 비휘발성 메모리 소자(81) 상에 보관된다.
압전 측정 소자(36, 36a, 36b) 각각에 대한 캘리브레이션 함수(301)가 비휘발성 메모리 소자(81) 상에 저장된다.
타임 스탬프(208)와 함께 보관된 캘리브레이션 함수(301)의 시간 코스로부터, WIM 센서(10)의 성과, 압전 측정 소자(36, 36a, 36b)에 대한 노화 효과 또는 차도 구간(1)의 도로 표면(2)의 상태가 유리하게 결정된다.
WIM 센서(10)의 압전 측정 소자(36, 36a, 36b) 상에 교차하는 자동차(2, 2', 2'', 2''')의 바퀴가 가하는 바퀴 하중을 결정할 때의 측정 정확도의 증가는 또한 캘리브레이션 함수(301)의 다른 실시예를 사용하여 상이한 방식으로 보관될 수 있다. 앞서 기재한 캘리브레이션 함수(301)의 실시예와 대조적으로, 이하에서 기재될 실시예에서의 캘리브레이션 함수(301)는, 변수로서 압전 측정 소자(36, 36a, 36b)의 온도를 검출하는 센서(70)의 디지털 센서 신호(204)로부터 그리고 압전 측정 소자(36, 36a, 36b)의 디지털 전하 신호(203)로부터 캘리브레이트된 디지털 전하 신호(205)를 생성한다. 그에 따라, 센서(70)는 캘리브레이션 함수(301)의 이 실시예에 필요하다. 캘리브레이션 함수(301)의 파라미터(302)는 적어도 압전 측정 소자(36, 36a, 36b)의 민감도와, 선형도와, 온도 관계이며, 선형도와, 민감도와, 온도 관계는 압전 측정 소자(36, 36a, 36b)에 대해 앞서 이미 결정되었다. 디지털 센서 신호(204)와 디지털 전하 신호(203)로부터, 캘리브레이션 함수(301)는 캘리브레이트된 디지털 전하 신호(205)를 생성하며, 이상적으로, 캘리브레이트된 디지털 전하 신호(205)와 압전 측정 소자(36, 36a, 36b) 상에 작용하는 바퀴 하중 사이에는 선형 관계가 있으며, 캘리브레이트된 디지털 전하 신호(205)는 압전 측정 소자(36, 36a, 36b)의 온도와 독립적이다.
바람직한 실시예에서, 캘리브레이션 함수(301)가 WIM 센서(10)의 평가 소자의 마이크로프로세서(82)에서 각각의 압전 측정 소자(36, 36a, 36b)에 할당된다. 캘리브레이션 함수(301)를 사용하여, 압전 측정 소자(36, 36a, 36b)의 캘리브레이트된 디지털 전하 신호(205)는 압전 측정 소자(36, 36a, 36b)의 디지털 전하 신호(203)로부터 생성된다.
유리한 실시예에서, 전체 힘 함수(303)가 비휘발성 메모리 소자(81)에 저장된다. 전체 힘 함수(303)는 수학적 알고리즘이며, 마이크로프로세서(82)에 로딩되어 모든 캘리브레이트된 디지털 전하 신호(205)에 적용된다. 전체 힘 함수(303)를 기초로 하여, 마이크로프로세서(82)는, WIM 센서(10) 위를 교차하는 자동차(2a, 2b, 2c, 2d)의 바퀴에 의해 차도 구간(1) 상에 가해진 전체 힘(206)을 계산한다.
1: 차도 구간
2a, 2b, 2c, 2d: 자동차, 트레일러를 가진 자동차, 자동차 조합
10: WIM 센서 11: 빈 프로파일
12: 스페이스 13: 가압 표면
14: 가압 표면 15: 힘-수용 표면
16: 힘-수용 표면
20, 20a, 20b: 압전 측정 소자 장치
21: 전하 증폭기 22: A/D 컨버터
30: 지지 소자 30a: 지지 소자
30b: 지지 소자 30c: 지지 소자
31: 안내 소자 32: 부품 연결 소자, 핀
33: 부품 연결 소자, 슬롯
34, 34a, 34b: 힘 도입 소자 35, 35a, 35b: 힘 도입 소자
36, 36a, 36b: 압전 측정 소자 37: 절연 필름
38: 전기 전도성 층 38a, 38b: 전기 전도성 영역
39: 전극 필름 41: 리세스
42: 홀딩 클립 43: 홀딩 클립
44: 홀딩 소자 45: 전자 소자
46: 연결 소자, 슬롯 47: 연결 소자, 핀
48a, 48b: 스프링 접촉 49a, 49b: 스프링 접촉 표면
50a, 50b: 스프링 접촉 51a, 51b: 스프링 접촉 표면
52: 연결 소자 60: 전기 신호 컨덕터
61a, 61b: 전하 컨덕터 70: 센서
80: 평가 소자 81: 비휘발성 메모리 소자
82: 마이크로프로세서 90: 지지부
91: 지지 소자 부품 201a, 201b: 전하 신호
202a, 202b: 전하 증폭기 신호 203: 디지털 전하 신호
204: 디지털 센서 신호 205: 캘리브레이트된 디지털 전하 신호
206: 전체 힘 207: 센서 신호
208: 타임 스탬프 301: 캘리브레이션 함수
302: 파라미터 303: 전체 힘 함수

Claims (15)

  1. 자동차(2a, 2b, 2c, 2d)의 바퀴의 통과 동안 차도 구간(1) 상에서 상기 자동차(2a, 2b, 2c, 2d)의 바퀴 하중들을 결정하기 위한 WIM 센서(10)로서; 상기 WIM 센서(10)는, 상기 차도 구간(1)의 도로 표면과 같은 높이의 도로 표면에서 상기 차도 구간(1)에 배치되고; 상기 WIM 센서(10)는, 그 종축(X-X')을 따라 연장하는 신장된 빈 프로파일(11)로서 설계되고; 상기 빈 프로파일(11)은 적어도 제1 스페이스(12)를 에워싸고; 상기 제1 스페이스(12)에는, 복수의 압전 측정 소자(36, 36a, 36b)가 상기 종축(X-X')을 따라 배치되고; 상기 압전 측정 소자(36, 36a, 36b) 각각은 제1 힘-수용 표면(15, 15a, 15b)과 제2 힘-수용 표면(16, 16a, 16b)을 갖고; 상기 자동차(2a, 2b, 2c, 2d)의 바퀴의 교차 동안, 바퀴 하중들이 상기 압전 측정 소자들(36, 36a, 36b)에 작용하고; 상기 제1 힘-수용 표면(15, 15a, 15b) 상에서 그리고 상기 제2 힘-수용 표면(16, 16a, 16b) 상에서의 각각의 압전 측정 소자(36, 36a, 36b)는 가해진 상기 바퀴 하중에 비례하는 전하들을 생성하는, 상기 WIM 센서(10)에 있어서,
    상기 제1 스페이스(12)에는 적어도 하나의 지지 소자(30, 30a, 30b, 30c)가 배치되고; 상기 지지 소자(30, 30a, 30b, 30c)는 적어도 하나의 압전 측정 소자(36, 36a, 36b)를 고정하고; 상기 제1 스페이스(12)에는 적어도 하나의 전자 소자(45)가 배치되고; 상기 지지 소자(30, 30a, 30b, 30c)는 적어도 하나의 전자 소자(45)를 고정하고; 상기 제1 스페이스(12)에는 적어도 하나의 전하 컨덕터(61a, 61b)가 배치되고; 상기 전하 컨덕터(61a, 61b)는 적어도 하나의 힘-수용 표면(15, 15a, 15b)과 상기 전자 소자(45)를 전기적으로 연결하며; 상기 전하 컨덕터(61a, 61b)는 적어도 하나의 힘-수용 표면(15, 15a, 15b, 16, 16a, 16b)으로부터 상기 전자 소자(45)로 전하 신호(201a, 201b)를 전도하는 것을 특징으로 하는, WIM 센서.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 스페이스(12)에는 제1 가압 표면(13)과 제2 가압 표면(14)이 배치되며, 상기 가압 표면들(13, 14)은 서로 반대편에 배치되고; 상기 제1 힘-수용 표면(15, 15a, 15b)과 상기 제2 힘-수용 표면(16, 16a, 16b) 각각은 상기 가압 표면들(13, 14) 중 하나에 면하고, 상기 가압 표면들(13, 14)은 상기 힘-수용 표면들(15, 15a, 15b, 16, 16a, 16b) 상에 직접적으로 또는 간접적으로 작용하고; 상기 힘-수용 표면들(15, 15a, 15b, 16, 16a, 16b) 상에의 상기 가압 표면들(13, 14)의 상기 간접 작용은 적어도 하나의 제1 힘 도입 소자(34, 34a, 34b)와 제2 힘 도입 소자(35, 35a, 35b)에 의해 발생하고, 상기 힘 도입 소자들(34, 34a, 34b, 35, 35a, 35b)은 가압 표면(13, 14)과 힘-수용 표면(15, 15a, 15b, 16, 16a, 16b) 사이에 배치되고; 전극 필름(39)이 상기 제2 힘-수용 표면(16, 16a, 16b)과 상기 제2 가압 표면(14) 사이에 배치되고; 상기 전극 필름(39)은 절연 필름(37)을 포함하고; 상기 절연 필름(37)은 전기 절연 소재로 구성되고; 상기 절연 필름(37)은 상기 제2 힘-수용 표면(16, 16a, 16b)을 상기 제2 가압 표면(14)으로부터 전기적으로 절연하고; 상기 전극 필름(39)은, 상기 제2 힘-수용 표면(16, 16a, 16b)에 면하는 상기 절연 필름(37)의 적어도 일 측 상에 전기 전도성 층(38)을 포함하고; 상기 제2 힘-수용 표면(16, 16a, 16b)에 면하는 상기 절연 필름(37)의 측 상의 전기 전도성 층(38)은 적어도 2개의 전기 전도성 영역(38a, 38b)으로 세분되며; 상기 전극 필름(39)은 상기 전기 전도성 층(38)의 상기 전기 전도성 영역들(38a, 38b) 사이에 전기 절연을 포함하는 것을 특징으로 하는, WIM 센서.
  3. 제2항에 있어서, 상기 전극 필름(39)의 적어도 하나의 전기 전도성 영역(38a, 38b)은 힘 폐쇄에 의해 상기 제2 힘 도입 소자(35, 35a, 35b)에 연결되고; 상기 제2 힘 도입 소자(35, 35a, 35b)와 상기 전극 필름(39)의 상기 전기 전도성 영역(38a, 38b)의 힘 폐쇄는 상기 제2 힘 도입 소자(35, 35a, 35b)와 상기 전극 필름(39)의 상기 전기 전도성 영역(38a, 38b) 사이에 전기 접촉을 생성하고; 상기 제2 힘 도입 소자(35, 35a, 35b)에 의해, 전기 접촉이 상기 제2 힘-수용 표면(16, 16a, 16b)과 상기 전기 전도성 영역(38a, 38b) 사이에 형성되고; 전기 전도성 영역들(38a, 38b) 사이의 전기 절연으로 인해, 상이한 압전 측정 소자들(36, 36a, 36b)의 제2 힘-수용 표면들(16, 16a, 16b)이 서로로부터 전기적으로 절연되는 것을 특징으로 하는, WIM 센서.
  4. 제3항에 있어서, 상기 지지 소자(30, 30a, 30b, 30c)에 고정되는 전자 소자(45)가 적어도 하나의 스프링 접촉(48a, 48b, 50a, 50b)을 포함하고; 상기 스프링 접촉(48a, 48b, 50a, 50b)은 탄성적으로 만들어지고; 상기 스프링 접촉(48a, 48b, 50a, 50b)은 전기 전도성으로 만들어지고; 상기 스프링 접촉(48a, 48b, 50a, 50b)은 전기 전도성 방식으로 상기 전자 소자에 연결되고; 상기 스프링 접촉(48a, 48b, 50a, 50b)은 스프링 접촉 표면(49a, 49b, 51a, 51b)을 포함하고; 장착 상태에서, 상기 스프링 접촉(48a, 48b, 50a, 50b)은 상기 전자 소자(45)와 접촉 표면 사이의 상기 빈 프로파일(11)에서 압축 응력을 받고; 압축 응력을 받은 상기 스프링 접촉(48a, 48b, 50a, 50b)은 스프링 접촉 표면(49a, 49b, 51a, 51b)에 의해 상기 접촉 표면 상에 규정된 기계적 스프링 력을 가하고; 상기 스프링 접촉 표면(49a, 49b, 51a, 51b)은 힘 폐쇄에 의해 상기 접촉 표면에 연결되고; 상기 전자 소자(45)는 상기 스프링 접촉(48a, 48b, 50a, 50b)에 의해 그리고 상기 접촉 표면과 상기 스프링 접촉 표면(49a, 49b, 51a, 51b) 사이의 힘 폐쇄에 의한 연결에 의해 상기 접촉 표면에 전기 전도성 방식으로 연결되며; 상기 접촉 표면은 전극 필름(39) 또는 상기 빈 프로파일(11)의 가압 표면(13, 14)인 것을 특징으로 하는, WIM 센서.
  5. 제4항에 있어서, 상기 압전 측정 소자(36, 36a, 36b)의 제1 힘-수용 표면(15, 15a, 15b)과 상기 전자 소자(45)를 전기적으로 연결하는 제1 전하 컨덕터(61a, 61b)가 상기 제1 스프링 접촉(50a, 50b), 상기 제1 스프링 접촉(50a, 50b)과 상기 빈 프로파일(11)의 상기 제1 가압 표면(13) 사이의 전기 접촉, 상기 빈 프로파일(11), 상기 빈 프로파일(11)과 상기 제1 힘 도입 소자(34, 34a, 34b) 사이의 전기 접촉, 및 상기 제1 힘 도입 소자(34, 34a, 34b)에 의해 형성되고; 상기 제1 전하 컨덕터(61a, 61b)는 제1 전하 신호(201a)를 전도하고; 상기 압전 측정 소자(36, 36a, 36b)의 제2 힘-수용 표면(16, 16a, 16b)과 상기 전자 소자(45)를 전기적으로 연결하는 제2 전하 컨덕터(61a, 61b)가 상기 제2 스프링 접촉(48a, 48b), 상기 제2 스프링 접촉(48a, 48b)과 상기 전극 필름(39) 사이의 전기 접촉, 상기 전극 필름(39), 상기 전극 필름(39)과 상기 제2 힘 도입 소자(35, 35a, 35b) 사이의 전기 접촉, 및 상기 제2 힘 도입 소자에 의해 형성되고; 상기 제2 전하 컨덕터(61a, 61b)는 제2 전하 신호(201b)를 전도하는 것을 특징으로 하는, WIM 센서.
  6. 제5항에 있어서, 상기 지지 소자(30, 30a, 30b, 30c)에 고정되는 상기 전자 소자(45) 상에는 적어도 하나의 전하 증폭기(21)와 적어도 하나의 A/D 컨버터(22)가 배치되고; 상기 전하 증폭기(21)는 압전 측정 소자(36, 36a, 36b)의 전하 신호(201a, 201b)를 전하 증폭기 신호(202a, 202b)로 변환하고; 상기 A/D 컨버터(22)는 상기 전하 증폭기 신호(202a, 202b)를 디지털 전하 신호(203)로 변환하며; 상기 A/D 컨버터(22)는 상기 디지털 전하 신호(203)를 상기 출력 신호로서 제공하는 것을 특징으로 하는, WIM 센서.
  7. 제6항에 있어서, 상기 압전 측정 소자(20, 20a, 20b)의 제1 힘-수용 표면(15, 15a, 15b) 또는 제2 힘-수용 표면(16, 16a, 16b)과 상기 전자 소자(45)의 전하 증폭기(21) 사이에서 전하가 이동하는 거리가 최대 20mm이며; 최대 20mm인 상기 거리는 상기 전하 신호(201)에서 간섭 신호 및 잡음의 발생을 최소화하는 것을 특징으로 하는, WIM 센서.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 지지 소자(30c)가 복수의 지지 소자 부품(91)을 포함하며; 상기 지지 소자 부품들(91)은 힘 폐쇄에 의해 또는 소재 본딩에 의해 지지 소자(30c)에 연결되는 것을 특징으로 하는, WIM 센서.
  9. 제6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 하나의 평가 소자(80)가 상기 WIM 센서(10)의 스페이스(12)에 배치되고; 전기 신호 컨덕터(60)를 위한 연결 소자(52)가 상기 평가 소자(80) 상에 배치되고; 상기 전기 신호 컨덕터(60)를 위한 연결 소자(52)가 상기 전자 소자(45) 상에 배치되고; 상기 전기 신호 컨덕터(60)는 상기 평가 소자(80)의 연결 소자(52)와 적어도 2개의 전자 소자들(45)의 연결 소자들(52)을 직렬로 전기적으로 연결하며; 상기 전자 소자들(45)은 상기 전기 신호 컨덕터(60)를 통해 제공되는 디지털 전하 신호들(203)을 상기 평가 소자(80)에 전달하는 것을 특징으로 하는, WIM 센서.
  10. 제9항에 있어서, 적어도 하나의 센서(70)가 상기 WIM 센서(10)의 스페이스(12)에 배치되고; 상기 센서(70)는 상기 센서 신호(207)로서 물리적 파라미터를 측정하고; 상기 A/D 컨버터(22)는 상기 센서 신호(207)를 디지털 센서 신호(204)로 변환하여, 이를 단자(52)에서 제공하며; 제공된 상기 디지털 센서 신호(204)는 상기 전자 신호 컨덕터(60)를 통해 상기 평가 소자(80)에서 이용 가능한 것을 특징으로 하는, WIM 센서.
  11. 제6항 내지 제9항 중 어느 한 항에 기재된 WIM 센서(10)를 캘리브레이트하는 방법으로서,
    유한 차수의 다항식의 수학 함수인 캘리브레이션 함수(301)가 사용되고, 상기 다항식은 계수들을 포함하고, 상기 계수들은 파라미터들(302)을 나타내고, 상기 파라미터들(302)은 압전 측정 소자(36, 36a, 36b)에 명백하게 할당될 수 있고; 하나 이상의 수치가 파라미터들(302)로서 사용되고, 상기 파라미터들(302)은 관련된 상기 압전 측정 소자(36, 36a, 36b)의 적어도 하나의 이전에 결정된 민감도 및 적어도 하나의 이전에 결정된 선형도이고; 상기 캘리브레이션 함수(301)는 변수로서 압전 측정 소자(36, 36a, 36b)의 디지털 전하 신호(203)를 사용하여 캘리브레이트된 디지털 전하 신호(205)를 생성하고; 상기 캘리브레이션 함수(301)는 상기 압전 측정 소자(36, 36a, 36b)에 작용하는 바퀴 하중과 상기 캘리브레이트된 디지털 전하 신호(205)의 양 사이의 선형 관계를 생성하여, 상기 바퀴 하중을 결정할 때의 측정 정확도가 증가하는 것을 특징으로 하는, 캘리브레이트 방법.
  12. 제10항에 기재된 WIM 센서(10)를 캘리브레이트하는 방법으로서,
    다항식 계수들을 포함하는 유한 차수의 다항식의 수학 함수인 캘리브레이션 함수(301)가 사용되고, 상기 계수들은 파라미터들(302)을 나타내고, 상기 파라미터들(302)은 압전 측정 소자(36, 36a, 36b)에 명백하게 할당될 수 있고; 하나 이상의 수치가 파라미터들(302)로서 사용되고, 상기 파라미터들(302)은 관련된 상기 압전 측정 소자(36, 36a, 36b)의 적어도 하나의 이전에 결정된 민감도, 적어도 하나의 이전에 결정된 선형도 및 적어도 하나의 이전에 결정된 온도 의존도이고; 상기 캘리브레이션 함수(301)는 변수로서 압전 측정 소자(36, 36a, 36b)의 디지털 전하 신호(203)와 디지털 센서 신호 (204)를 사용하여 캘리브레이트된 디지털 전하 신호(205)를 생성하고; 상기 디지털 센서 신호(204)의 센서(70)는 상기 압전 측정 소자(36, 36a, 36b)의 온도를 검출하는 온도 센서이고; 상기 캘리브레이션 함수(301)는 상기 압전 측정 소자(36, 36a, 36b)에 작용하는 힘과 상기 캘리브레이트된 디지털 전하 신호(205)의 양 사이의 선형 관계를 생성하여, 상기 압전 측정 소자(36, 36a, 36b)의 온도로부터의 상기 캘리브레이트된 디지털 전하 신호(205)의 의존도를 최소화하며, 상기 바퀴 하중을 결정 시의 측정 정확도를 증가시키는 것을 특징으로 하는, 캘리브레이트 방법.
  13. 제11항 또는 제12항에 있어서, 알고리즘이 상기 캘리브레이션 함수를 결정하고, 상이한 양들의 규정된 힘들이 상기 압전 측정 소자(36, 36a, 36b) 상에 하나씩 적용되고 상기 알고리즘은 상기 규정된 힘에 대응하는 상기 디지털 전하 신호(203)를 기록하고; 수치 수학으로부터 알려져 있는 다항식 보간에 의해, 상기 알고리즘은, 변수로서 상기 디지털 전하 신호(203)를 사용하여 상기 힘들을 결국 얻게 하는 보간 다항식을 결정하고; 상기 보간 다항식은, 변수로서 상기 디지털 전하 신호(203)를 사용하여 상기 캘리브레이트된 디지털 전하 신호(205)를 생성하는 캘리브레이션 함수(301)이며; 상기 알고리즘은 결정된 상기 캘리브레이션 함수(301)를 타임 스탬프(208)와 함께 비휘발성 메모리 소자(81)에 저장하는 것을 특징으로 하는, 캘리브레이트 방법.
  14. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 기재된 WIM 센서(10)를 제조하는 방법으로서,
    2개의 지지 소자(30, 30a, 30b, 30c)가 적어도 2개의 연결 소자(46, 47)에 의한 형태 또는 힘 폐쇄에 의해 연결되어 지지부(90)를 형성하고, 상기 연결 소자들(46, 47)은 그 적어도 하나의 단부에서 상기 지지 소자들(30, 30a, 30b, 30c)을 포함하고; 상기 지지부(90)는 서로에게 연결되는 적어도 2개의 지지 소자들(30, 30a, 30b, 30c)로 구성되며; 상기 지지부(90)는 WIM 센서(10)의 클램프된 빈 프로파일(11)에 용이하게 삽입되는 것을 특징으로 하는, 제조 방법.
  15. 청구항 14에 있어서, 적어도 하나의 전극 필름(39)이 상기 지지부(90)와 함께 클램프된 상기 빈 프로파일(11)에 삽입되는 것을 특징으로 하는, 제조 방법.
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