常用高速公路计重系统的工作原理探讨

　　摘要：该文主要介绍了三种常用车辆动态称重系统的工作原理，并对其性能进行了对比，指出了车辆动态称重技术的发展方向。
　　关键词：高速公路；动态称重；工作原理
　　中图分类号：TP393文献标识码：A文章编号：1009-3044(2011)21-5253-02
　　随着我国高速公路建设的不断发展，高速公路路网也日渐成型，货车计重收费的快速、高效性等也越来越受到关注。车辆动态称重系统（weight-in-motion，WIM），具有适应范围广、占地面积小、车辆称重效果明显等优点，广泛使用于各高速公路出口收费车道。
　　1 常用计重系统及工作原理
　　1.1秤台式动态称重系统
　　1.1.1 工作原理
　　车辆进入安装有秤台式动态称重系统的收费车道的车辆，其汽车车轴依次压过铺设在车道路面中的称重平台，称重平台传感器内由电阻应变计构成的多组电桥失去平衡，从而产生瞬间的不平衡输出信号，通过信号线缆传向数字接线盒，利用一组高速A/D转换器将其转换成数字信号，再经线缆传向室外控制柜内的数据采集器，经专门的程序处理，计算出其轴重、轴组重和速度，并依次累加出车辆总重。当车辆完全通过后，将称重信息传输到车道收费计算机。车道收费计算机依据计重收费费率对车辆实行计重收费。
　　1.1.2 系统构成
　　秤台式计重收费系统是由称重平台、红外光栅车辆分离器、数据采集器、轮轴识别器、收尾线圈、相应的软件和必要的辅助材料等组成的独立系统。
　　1.2 弯板式动态称重系统
　　1.2.1 工作原理
　　进入安装有弯板式称重系统的收费车道的车辆，其汽车车轴依次压过铺设在车道路面中的称重弯板，弯板式计重传感器内由电阻应变计构成的多组电桥失去平衡，从而产生瞬间的不平衡输出信号，通过信号线缆传向数字接线盒，利用一组高速A/D转换器将其转换成数字信号，再经线缆传向控制器，经专门的程序处理，计算出其轴重、轴组重和速度，并依次累加出车辆总重。轮胎识别器可检测出胎型，安装在路侧的红外线车辆分离器可准确判别车辆是否完全通过。同时通过独特的逻辑分车装置判断是否有不同形式的倒车、溜车等现象，当车辆完全通过后，将称重结果、车型判别结果、车速等信息传输到车道收费计算机。车道收费计算机依据计重收费费率对车辆实行计重收费。在称重系统部件出现故障时，称重系统可向操作软件发送错误信息，便于维护。
　　1.2.2 系统构成
　　弯板式动态称重系统构成如图2所示。
　　1.3 石英式动态称重系统
　　1.3.1 工作原理
　　石英式动态称重仪的基本原理是：汽车轮胎经过埋设在公路上的压电传感器时（如图3），将施加一个压力给传感器。与其它传感器不同，石英式称重传感器受压后，将产生一个电信号，经过电荷放大器捕捉并放大后，通过测量其输出的电压或电荷，便可推知该轮胎作用于传感器上的压力，把所有轮胎作用于传感器的压力累加起来，即可获得汽车的总重量。
　　1.3.2 系统构成
　　石英式动态称重系统构成如图4所示。
　　2 对比
　　2.1 性能对比
　　称台式、弯板式和石英式的性能对比如表1所示。
　　从表1对比我们可以看出，弯板式和石英式称重系统在动态称重时稳定性较好，更加适合于高速公路快速通行的要求，当车俩通行速度＞40 km/h时，石英式动态称重系统的优势更加明显。另外，石英式动态称重系统的工作稳定性非常强，几乎不受外界条件的干扰。
　　2.2 价格对比
　　称台式、弯板式和石英式的价格对比如表2所示。
　　从长远角度考虑，石英式动态称重系统的总体耗费成本最低。但是在相当长的一段时间内，秤台式与弯板式以其初期投入少的优势，将占有相当大的一部分市场。
　　2.3 防范异常过秤能力
　　称台式、弯板式和石英式防异常过秤能力对比如表3所示。
　　从表3对比可以看出，秤台式动态称重系统的防异常过秤能力较差，弯板式与石英式各有其优缺点。在实际应用时，应充分发挥其各自的特长。例如，在高低速超限预检系统中，高速称重部分采用石英式称重传感器，低速复秤部分采用弯板式或秤台式，取长补短，使其各自的优势得到充分发挥。
　　3 结束语
　　随着科技进步的日新月异，动态称重技术也在不断发展，以上所述的三种常用动态称重系统及其算法也在不断改进，新型的压电缆式、光纤式称重技术也正处于实验室阶段。我们有理由相信，车辆动态称重技术正在朝着低成本、免维护、综合适应范围广的方向发展。
　　注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文