壓電傳感器在車輛行駛稱重中的應(yīng)用

摘 要：隨著我國電氣生產(chǎn)制造水平不斷提升，電氣裝置種類得以豐富，越來越滿足了企業(yè)生產(chǎn)及行業(yè)發(fā)展的客觀需求。本文通過壓電傳感器在車輛行駛稱重中的應(yīng)用方略進(jìn)行分析，以期為我國交通良性發(fā)展，提供行之有效的理論參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：壓電傳感器；車輛行駛；稱重；應(yīng)用

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.14.148

當(dāng)今社會車輛超載現(xiàn)象屢見不鮮，這種違反交通法規(guī)的不當(dāng)行為，影響交通安全，給市政道路橋梁路面帶來極大壓力，縮減道路使用壽命，降低道路橋梁工程綜合質(zhì)量。然而，相較于發(fā)達(dá)國家，我國道路橋梁車輛行駛稱重存在技術(shù)設(shè)備滯后消極現(xiàn)象，車輛超載現(xiàn)象屢見不鮮，為市政道路橋梁帶來極大壓力?；诖?，為使車輛超載現(xiàn)象得以有效控制，分析在車輛行駛稱重過程中，壓電傳感器應(yīng)用方略顯得尤為重要。

1 分析壓電傳感器應(yīng)用原理

壓電傳感器由電壓材料構(gòu)成，通常情況下與市政道路及橋梁呈垂直狀設(shè)置在電感線圈（1m寬×2m長）兩端，以便充分接收車流過載信號，為達(dá)成車輛行駛稱重目的奠定基礎(chǔ)，電壓材料經(jīng)特殊處理可將動能轉(zhuǎn)化為電能，電能可形成波動信號，被壓電傳感器內(nèi)用以分析車輛行駛稱重軟件所接收，繼而達(dá)成車輛超重行駛監(jiān)控目標(biāo)。電壓材料內(nèi)偶極子在壓電傳感器運行過程中形成電子流，一旦加置壓電傳感器路段內(nèi)經(jīng)過車輛，車輛經(jīng)過對該元件所造成的壓力，會變成電壓（電荷），去掉負(fù)載電壓（電荷）會形成相反極性信號（電子脈沖），該信號則為壓電傳感器實現(xiàn)車輛行駛稱重的主要依據(jù)。壓電傳感器在運行過程中會產(chǎn)生極高電壓，電流則相對較小，為此該元件可在車輛行駛稱重過程中得以穩(wěn)定應(yīng)用，絕少出現(xiàn)電氣故障，均具有信號接收精度高，高電壓輸出均勻穩(wěn)定，柔軟性強，方便安裝及耐用等優(yōu)勢，繼而在當(dāng)今車輛行駛稱重過程中得以廣泛應(yīng)用，為交通管理夯實技術(shù)基石[1]。

2 分析壓電傳感器軟件及硬件的應(yīng)用

通過對壓電傳感器應(yīng)用原理進(jìn)行分析可知，作為電氣裝置，在車輛行駛稱重領(lǐng)域的應(yīng)用，需要與相關(guān)交通管理系統(tǒng)相融合，數(shù)據(jù)采集、整理、分析均需在相應(yīng)的系統(tǒng)內(nèi)完成，為此壓電傳感器在車輛行駛稱重應(yīng)用過程中，需軟件及硬件給予該技術(shù)有力支持。基于此，為使壓電傳感器在車輛行駛稱重過程中得以有效應(yīng)用，分析壓電傳感器軟件及硬件的應(yīng)用勢在必行。

（1）硬件系統(tǒng)構(gòu)成及應(yīng)用。壓電傳感器硬件系統(tǒng)主要由上位機、下位機、全景攝像機及拍照攝像機等硬件構(gòu)成，其中上位機由主控單元（工控機）、通訊設(shè)施（硬盤）、I/O板、圖像采集卡1及卡2構(gòu)成，圖像采集卡1與汽車牌照攝像機相互連接，用以獲取車輛牌照信息，圖像采集卡2與全景攝像機相互連接，用以獲取行駛車輛全景信息。下位機主要由電氣控制系統(tǒng)構(gòu)成，用以控制擴展單元，可在車輛經(jīng)過壓電傳感器時，發(fā)出車輛行駛稱重檢測信號，為壓電傳感器軟件分析提供依據(jù)[2]。

（2）壓電傳感器軟件應(yīng)用。負(fù)責(zé)提供壓電傳感器提供電源的軟件為“電氣控制單元”，為獲取更多有關(guān)檢測車輛的數(shù)據(jù)及相關(guān)信息，由黑白攝像單元負(fù)責(zé)獲取稱重車輛車牌號，由彩色攝像單元負(fù)責(zé)獲取稱重車輛全景信息，為車輛超重追責(zé)提供科學(xué)有效的數(shù)據(jù)支持。負(fù)責(zé)稱重檢測的軟件為擴展控制單元，該單元可及時獲取車輛行駛所產(chǎn)生的信號，該信號傳輸至壓電傳感器中進(jìn)行信號分析，其中分析信號波的軟件為Atmega116在線編程，通過分析信號波變化情況，得出車輛是否在行駛過程中存在超載現(xiàn)象，具體軟件操控流程在由主程序控制程序內(nèi)踐行，其中CLI//禁全局中斷，保障軟件得以有效運行，待堆棧設(shè)置后，汽車行駛稱重數(shù)據(jù)傳輸至IO端口并進(jìn)行初始化，待初始化后依據(jù)交通管理客觀需求，IO端數(shù)據(jù)將被清零，以便保障軟件存儲功能穩(wěn)定有效，需繼續(xù)進(jìn)行分析的數(shù)據(jù)進(jìn)入寄存器并進(jìn)行初始化，分析其PD3=1//線圈信號，若無信號徐再次將數(shù)據(jù)原路返回，在寄存器內(nèi)進(jìn)行初始化，若有信號則進(jìn)入SEI//允許全局中斷，隨后由串口輸出數(shù)據(jù)，得出車輛行駛稱重結(jié)論。

3 分析壓電傳感器檢測技術(shù)的應(yīng)用前景

伴隨我國科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展，壓電傳感器在原有技術(shù)應(yīng)用基礎(chǔ)上，作為專業(yè)技術(shù)將在動態(tài)稱重領(lǐng)域得以廣泛應(yīng)用，其中共聚物壓電軸傳感器由美國MSI公司研制而成，主要用于車速監(jiān)控、車型分類、檢測車軸數(shù)、軸距等，將共聚物壓電軸傳感器置于需要進(jìn)行車輛動態(tài)稱重的區(qū)域，以便實現(xiàn)對行駛車輛動態(tài)監(jiān)管，對車輛重量信息進(jìn)行動態(tài)采集，成為交通管理人員分析交通綜合信息重要依據(jù)。共聚物壓電軸傳感器可實時捕獲車輛重量信息，同時可獲取車輛速度信號，并將相關(guān)數(shù)據(jù)依照交通管理需求予以分類，形成信號統(tǒng)計表，用以反饋交通信息，賦予交通管理無限活力。在壓電傳感器檢測技術(shù)未來應(yīng)用過程中，該技術(shù)還可與闖紅燈照相系統(tǒng)相融合，提高闖紅燈照相系統(tǒng)靈敏度，同時可判定闖紅燈車輛，是否同時兼具超重行為，為交通出發(fā)提供依據(jù)。在美國、日本、德國等發(fā)達(dá)國家，壓電傳感檢測技術(shù)廣泛應(yīng)用于交通領(lǐng)域，同時設(shè)置超載警告系統(tǒng)，依據(jù)車輛超載情況予以警告及相關(guān)基礎(chǔ)，介于壓電傳感器具有無人監(jiān)管、實時有效、應(yīng)用便捷等優(yōu)勢，在獲知車輛超載行為同時，可聯(lián)動交通視頻管理系統(tǒng)，將存在違規(guī)現(xiàn)象車輛車牌號記錄下來，有利于提升交通執(zhí)法力度，為推動我國交通管理體系朝著智能化方向發(fā)展夯實技術(shù)基石[3]。

4 結(jié)束語

綜上所述，壓電傳感器作為具有靈敏度高、信號接收穩(wěn)定、安裝便利等優(yōu)勢的技術(shù)設(shè)備，加置在市政道路橋梁上，壓電傳感器內(nèi)感應(yīng)線圈可有效獲取車輛稱重信息，通過分析相關(guān)信息，交通管理工作人員可有效分析車輛超重行駛實況，為優(yōu)化交通管理體系奠定基礎(chǔ)。隨著我國科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展，壓電傳感器內(nèi)感應(yīng)線圈獲取信息將越發(fā)豐富，可用于測重車輛分類、速度監(jiān)測等車輛行駛信息分析，為推動我國道路交通管理朝著智能化方向發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

[1]湯佳琛，王銘翔，方超等.一種基于壓電材料的汽車橫擺角加速度傳感器的設(shè)計[J].中國科技縱橫，2015（15）：76.

[2]李習(xí)峰，黃丹，張昱.基于光纖傳感的車輛行駛信息采集系統(tǒng)[J].工業(yè)控制計算機，2014（06）：97，99.

[3]張力.壓電傳感器在車輛行駛稱重中的應(yīng)用探討[J].科技資訊，2014（34）：72.

作者簡介：顧正祥，男，江蘇南通人，研究生，中級教師，研究方向：電氣自動化。