近年來,我國交通運輸和道路建設(shè)行業(yè)飛速發(fā)展,新改建道路里程不斷增多,營運車輛數(shù)量也不斷增加。為了能夠準(zhǔn)確進(jìn)行交通量和車輛軸載數(shù)據(jù)統(tǒng)計,為路面結(jié)構(gòu)設(shè)計和預(yù)防性養(yǎng)護(hù)提供數(shù)據(jù)支持,本論文基于PVDF壓電膜傳感器研發(fā)了一套聯(lián)網(wǎng)版的車輛軸載動態(tài)稱重系統(tǒng),并搭建道路載荷大數(shù)據(jù)平臺,能夠?qū)崟r獲取道路的交通量及車輛軸載數(shù)據(jù)。本文首先詳細(xì)介紹測試系統(tǒng)的硬件功能組成,分析了 PVDF壓電膜傳感器的工作原理,設(shè)計了信號處理電路對傳感器信號進(jìn)行處理,并通過單片機(jī)實現(xiàn)了信號的高速采集。基于地感線圈設(shè)計了 LC振蕩電路,實現(xiàn)車輛位置的檢測。設(shè)計數(shù)據(jù)存儲及4G無線傳輸電路,實現(xiàn)了測試數(shù)據(jù)的實時存儲和遠(yuǎn)距離傳輸?shù)裙δ�。在此基礎(chǔ)上完成整個系統(tǒng)的集成、封裝與功能測試。其次,利用封裝的系統(tǒng)對車輛位置檢測及車輛參數(shù)計算方法進(jìn)行研究。提出基于地感線圈的車輛位置檢測算法,通過多種抗干擾手段提高檢測的魯棒性,實現(xiàn)高速運行車輛位置的快速檢測。設(shè)計車輛參數(shù)計算軟件實現(xiàn)車輛軸重、車速、軸距及車輛輪跡線等參數(shù)的計算,并提出溫度修正算法提高軸重測量精度。搭建道路載荷大數(shù)據(jù)平臺實現(xiàn)參數(shù)的顯示、查詢、存儲及分析。再次,通過道路試驗對車速及路面溫... 

【文章來源】：山東大學(xué)山東省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：85 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖２－１壓電膜傳感器實物圖??ＰＶＤＦ，，

第２章車輛軸載測試系統(tǒng)硬件電路設(shè)計??＂?￣＂ｉ?｜??Ｋ電膜娜器１?＾壓電膜傳感器龍晉佶鏈?｜??ｆｋ電膜傳感器２?ｃｔｉｔ＞諒號處？埋電路丨’?，丨?—］＜Ｊ＝ｉ實時時鐘電路?｜??壓電膜傳感器３????Ｉ??丨?＜＝＞?數(shù)鋸存儲電路?｜??????ｎ?ｉ?Ｉ?數(shù)據(jù)傳輸攀兒?????１?＿?車輛位賈ｒＺ＾ｌｌｌｘ閉５如ＲＳ丄。艦錯寧?（ＤＴＵ）??丨賴圈Ｉ峨檢釀路１?＞階機(jī)０狀態(tài)指示電路ｉ?￣￣Ｘ???—??１?４Ｇ??＜＝□電壓檢測電路?Ｕ??ＤＳ１８Ｂ２０?１，｜，１?－ｆｆ，｜ｎｎｒｔｌ－；?Ｉ?０?＿?狗幅?丨祕藏??溢度傳感器＆?處理電路?＾???人數(shù)據(jù)＿ｆ臺??伶感器?處琿電路??圖２－２系統(tǒng)功能組成框圖??２．２壓電膜傳感器信號處理電路設(shè)計??２．２．〗壓電膜傳感器的原理??壓電膜傳感器在受到車輛輪胎的壓力后，晶體內(nèi)部產(chǎn)生極化現(xiàn)象，在上下表??面產(chǎn)生極性相反、大小相等的電荷，將外界的力轉(zhuǎn)化為電信號輸出；當(dāng)輪胎壓力??卸掉后，傳感器恢復(fù)到不帶電狀態(tài)。根據(jù)這一現(xiàn)象，壓電膜傳感器滿足第一類壓??電方程：??Ｄ，．?＝ｄ．．＜ｒｙ．＋￡＾Ｅ，?（２－１）??其中，??ｉ?＝１，２，３；＝１，２，３，４，５，６；?ｋ＝＼，２，３?；??Ｄ，．為電位移矩陣；??為壓電應(yīng)變常數(shù)矩陣；??為應(yīng)力矩陣；??４為自由介電常數(shù)矩陣；??為電場強(qiáng)度矩陣。??傳感器經(jīng)過拉伸極化處理之后具有４ｍｍ點群的對稱性，所以其壓電應(yīng)變常??數(shù)矩陣為：??１３??

第２章車輛軸載測試系統(tǒng)硬件電路設(shè)計??２．２．２壓電膜傳感器信號處理電路??ＰＶＤＦ壓電膜傳感器是高阻抗信號產(chǎn)生元件，輸出的是電荷信號，需要通過??電荷放大電路將這種微弱的電荷信號轉(zhuǎn)換為電壓信號。研究表明，電荷放大器的??輸出電壓僅與傳感器產(chǎn)生的電荷量和電路反饋電容有關(guān)，極少受其它干擾影響［５８］。??設(shè)計的電路需要保證運算放大器具有極高的輸入阻抗和極低的偏置電流。因此，??本文考慮選用ＬＭＣ６６０設(shè)計電荷放大電路，如圖２－３所示。器件的正向輸入端接??入一個偏置電壓（［／＜），反向輸入端則接入傳感器信號，通過電荷放大器（＾）將微??弱的電荷信號轉(zhuǎn)換為電壓信號（⑶），根據(jù)式（２－７）計算輸出電壓值。電壓信號（⑶）??通過放大器（ｔ／ｊ？）進(jìn)一步放大為電壓信號計算公式為（２－８）。??ｕ〇＇＝?－?餐?（２＿７）??Ｔ１?－ＪＪ?／?＾４?＊＾５?＾４?＊?＾６?＾６?＼?ｔｊ?＾６?ｐ?〇＼??其中，??Ｇ為反饋電容，／？／、心、尺５和沁圖２－３中的電阻。??電路中主要影響信號輸出的器件主要是反饋電容（Ｃ／）和反饋電阻以７）。反饋??電容可將電荷信號轉(zhuǎn)換為電壓信號，反饋電阻并聯(lián)在反饋電容兩端，可以在電路??開路的時候提供直流反饋，減少零漂，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。最后通過單片機(jī)采集放??大后的模擬量信號，計算得到車輛軸重、車速、軸距和輪跡線等數(shù)據(jù)。??Ｖｒｅｆ??ｌｅｅ??Ｔ?卜Ｔ??ｉｎｐｕｔ?Ｌｃ＝ｄ?１?ｖ〇ｉ??ＰＶＤＦ?ｓ—ｉ?□?ｔ??Ｕｏｊ??丄?ｔ?１??ＧＮＤ?－＝ｂ－?￣??。?ＧＮＤ?Ｇ＞Ｔ＞???１｜?１＝１??１＝１???Ｒｓ?Ｒ６???Ｃ＝

【參考文獻(xiàn)】：
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碩士論文
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本文編號：3219127