专利名称：一种车辆超载警报装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种车辆超载警报装置，具体地说是一种对过往高速公路、桥梁等车辆进行实时载荷测试的警报装置。
背景技术：
目前，随着公路交通的飞速发展，公路运输已成为一种极其重要的运输方式。但是，由于过往车辆的持续超载，导致目前国内很多正在使用的高速公路以及重大桥梁在使用不久后就出现损坏，有的甚至不得不进行拆除重建。为了解决这类问题，虽然有些高速公路和重大桥梁入口处设置了限制汽车超载的警示牌，但是依然有很多车辆明显超载，而目前交通部门却不能在不影响交通的情况下有效地对过往车辆进行载荷实时检测。
发明内容本实用新型的目的是为了克服了上述存在的问题，提供了一种结构简单，成本低，使用方便的车辆超载警报装置。为了达到上述的目的，本实用新型采取的技术方案是提供一种车辆超载警报装置，包括基于PZT压电陶瓷材料的压电陶瓷传感器、电荷转换放大电路和判断控制电路和警报器，所述的压电陶瓷传感器的输出端与电荷转换放大电路的输入端连接，电荷转换电路的输出端与判断控制电路的输入端U连接，判断控制电路中的fejb与外部电源连接，判断控制电路与警报器连接。所述的压电陶瓷传感器以阵列式排布安装在高速公路或重大桥梁的入口处。本实用新型所述的压电陶瓷传感器由两块长方形的基体，通过环氧树脂封装PZT 压电陶瓷感应体构成，有两条输出信号线分别焊接在所述的PZT压电陶瓷感应体的上、下表面，两条输出信号线另一端分别与电荷转换放大电路反相和同相输入端连接。所述的长方形的基体为大理石，花岗岩，混凝土。本实用新型所述的电荷转换放大电路选择TL081运算放大器，TL081输入端第2引脚、第3引脚与基于PZT压电陶瓷的压电陶瓷传感器阵列的电荷信号输出导线连接，TL081 运算放大器的第2引脚还分别通过反馈电容Cf和反馈电阻Rf与输出端第6引脚连接； TL081运算放大器的第3引脚接地，第4引脚与-5V的电源连接，第7引脚与+5V的电源连接；TL081运算放大器的第6引脚、第3引脚组成输出端与判断控制电路连接。本实用新型所述的判断控制电路中二极管Dl与电阻Rl接在运算放大器的反相端，二极管D2与电阻R2接在运算放大器的同相端，运算放大器输出端通过电阻R3连接警报器；运算放大器以fe^b为两个大小相等极性相反的参考电压，fe为正电压通过Rl加在运算放大器的反相输入端，Ub为负电压通过R2加在运算放大器同相输入端。本实用新型的车辆超载警报装置，在使用前应预先将压电陶瓷传感器以阵列式排布安装在高速公路或重大桥梁的入口处。然后将压电陶瓷传感器阵列的电荷信号输出导线与电荷转换放大电路的输入端连接，将电荷转换放大电路的输出端与判断控制电路的输入端U连接，判断电路中的Ua、Ub与外部电源连接，从而完成整个系统的搭建工作。本实用新型的工作原理是根据压电陶瓷材料的压电特性，在承受一定的动荷载的作用下，PZT压电陶瓷感应体输出的电荷信号幅值与对应的荷载幅值成线性关系。在本装置中将压电陶瓷输出的电荷信号通过转换电路转换成电压信号，再放大的电压信号值与压电陶瓷传感器承受的汽车荷载之间还是线性关系。假设其线性关系为U=K · F + b，公式中，U为电荷转换放大电路输出的电压信号，K为压电陶瓷材料的灵敏度系数，F为传感器阵列承受的汽车后轮的冲击荷载，b为与压电陶瓷材料有关的系数，K、b可通过对相应的压电陶瓷进行动态标定试验获得。根据高速公路或者桥梁的设计承载吨位，在判断控制电路中设定额定电压fe，根据额定电压Ua,在电荷转换放大电路中设置合适的电容Cf。当汽车碾过压电陶瓷传感器阵列的时候，电荷转换放大电路输出的电压信号U就会传入判断控制电路。当|u|彡fe时，警报器会立即启动，继而开始发出警报；当|u| < fe时，警报器不启动，因而不会发出警报。本实用新型的车辆超载警报装置具有如下优点本实用新型的车辆超载警报装置具有结构简单、耗能少、价格低廉、可重复调整额定吨位，使用方便和易维护，可对在高速公路或桥梁上过往的车辆进行实时测试和超载警报。

图1为本实用新型车辆超载警报装置的整体结构框图。图2为本实用新型压电陶瓷传感器内部示意图。图3为本实用新型中的电荷转换放大电路结构示意图。图4为本实用新型中的判断控制电路结构示意图。上述图中1为基体、2为环氧树脂、3为PZT压电陶瓷、4为正电荷信号输出导线、 5为负电荷信号输出导线。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步详述。实施例1 本实用新型一种车辆超载警报装置的结构如图1所示，包括基于PZT压电陶瓷材料的压电陶瓷传感器、电荷转换放大电路、判断控制电路和警报器，所述的压电陶瓷传感器的输出端与电荷转换放大电路的输入端连接，电荷转换放大电路的输出端与判断控制电路的输入端U连接，判断电路中的Ua』b与外部电源连接，判断控制电路与警报器连接。所述的压电陶瓷传感器以阵列式排布安装在高速公路或重大桥梁的入口处。压电陶瓷传感器的结构参见图2，压电陶瓷传感器由两块长方体花岗岩作为基体1，通过环氧树脂2封装PZT压电陶瓷3的感应体，有正电荷信号输出导线4与负电荷信号输出导线5，其一端分别焊接在所述的PZT压电陶瓷感应体3的上、下表面，另一端分别与电荷转换放大电路反相和同相输入端连接，即接在电荷转换放大电路TL081的第2、3引脚。本实用新型所述的电荷转换放大电路参见图3，电荷转换放大电路选择TL081运算放大器，TL081输入端第2引脚、第3引脚分别与基于PZT压电陶瓷的压电陶瓷传感器阵列的信号输出导线连接，TL081的第2引脚还分别通过反馈电容Cf和反馈电阻Rf与输出端第6引脚连接；TL081的第3引脚接地，第4引脚与-5V的电源连接，第7引脚与+5V的电源连接；TL081运算放大器的第6引脚、第3引脚组成输出端与判断控制电路连接。本实用新型所述的判断控制电路参见图4，判断控制电路的工作原理是根据集成运放非线性运用的特性，当同相端与反相端电位不等时，输出只有两种状态，高电平或低电平。当同相端电位U+高于反相端电位u-，即u+>u-，则输出高电平；当反相端电压高于同相端电位，即u+<u-时，则输出低电平。以fejb为两个大小相等极性相反的参考电压，fe为正电压通过Rl加在运放的反相输入端，Ub为负电压通过R2加在运算放大器同相输入端。 当U>Ua时二极管Dl截止、D2导通。正电压以fe加到运算放大器同相输入端，使U+>U_，则输出为高电平，警报器会立即启动，发出警报，表明该车已经超载。当U<W3时，二极管Dl导通、D2截止，负电压Ub加到运放反相输入端，使U+>U-，输出为高电平，此时，警报器会立即启动，发出警报，说明该车已经超载。当证<沢版时，二极管Dl，D2均导通，此时U+<U-，则输出为低电平，警报器不启动，说明该车没有超载。本实用新型的车辆超载警报装置，结构简单、耗能少、价格低廉、可重复调整额定吨位，使用方便和易维护，可对高速公路或桥梁上过往的车辆进行实时测试和超载警报。
权利要求1.一种车辆超载警报装置，其特征在于包括基于PZT压电陶瓷材料的压电陶瓷传感器、电荷转换放大电路和判断控制电路和警报器，所述的压电陶瓷传感器的输出端与电荷转换放大电路的输入端连接，电荷转换电路的输出端与判断控制电路的输入端U连接，判断控制电路中的Ua、W3与外部电源连接，判断控制电路与警报器连接。
2.根据权利要求1所述的一种车辆超载警报装置，其特征在于所述的压电陶瓷传感器以阵列式排布安装在高速公路或重大桥梁的入口处。
3.根据权利要求1所述的一种车辆超载警报装置，其特征在于所述的压电陶瓷传感器由两块长方形的基体，通过环氧树脂封装PZT压电陶瓷感应体构成，有两条输出信号线分别焊接在所述的PZT压电陶瓷感应体的上、下表面，两条输出信号线另一端分别与电荷转换放大电路反相和同相输入端连接。
4.根据权利要求1所述的一种车辆超载警报装置，其特征在于所述的电荷转换放大电路选择TL081运算放大器，TL081输入端第2引脚、第3引脚与基于PZT压电陶瓷的压电陶瓷传感器阵列的电荷信号输出导线连接，TL081运算放大器的第2引脚还分别通过反馈电容Cf和反馈电阻Rf与输出端第6引脚连接；TL081运算放大器的第3引脚接地，第4引脚与-5V的电源连接，第7引脚与+5V的电源连接；TL081运算放大器的第6引脚、第3引脚组成输出端与判断控制电路连接。
5.根据权利要求1所述的一种车辆超载警报装置，其特征在于所述的判断控制电路中二极管Dl与电阻Rl接在运算放大器的反相端，二极管D2与电阻R2接在运算放大器的同相端，运算放大器输出端通过电阻R3连接警报器；运算放大器以Ua、W3为两个大小相等极性相反的参考电压，fe为正电压通过Rl加在运算放大器的反相输入端⑴b为负电压通过R2加在运算放大器同相输入端。
专利摘要本实用新型涉及一种车辆超载警报装置，由基于PZT压电陶瓷材料的压电陶瓷传感器、电荷转换放大电路、判断控制电路和警报器组成，压电陶瓷传感器的输出端与电荷转换放大电路的输入端连接，电荷转换放大电路的输出端与判断控制电路的输入端连接，判断电路中的Ua、Ub与外部电源连接，判断控制电路与警报器连接；压电陶瓷传感器以阵列式排布安装在高速公路或重大桥梁的入口处。本警报装置采用电荷转换放大电路将压电陶瓷传感器阵列输出的电荷信号转换成电压信号并传输到判断控制电路中进行信号分析处理；判断控制电路输出高电平，警报器发出车辆超载警报。本警报装置结构简单、耗能少、价格低廉、可重复调整额定吨位、使用方便和容易维护。
文档编号G01G19/03GK202329775SQ20112043732
公开日2012年7月11日 申请日期2011年11月8日 优先权日2011年11月8日
发明者代菊, 殷蔚明, 许进, 郁胜 申请人:中国地质大学(武汉)