壓電傳感器在車輛行駛稱重中的應用

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

關鍵詞：壓電傳感器；車輛行駛；稱重；應用

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

當今社會車輛超載現象屢見不鮮，這種違反交通法規的不當行為，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量。然而，相較于發達國家，我國道路橋梁車輛行駛稱重存在技術設備滯后消極現象，車輛超載現象屢見不鮮，為市政道路橋梁帶來極大壓力。基于此，為使車輛超載現象得以有效控制，分析在車輛行駛稱重過程中，壓電傳感器應用方略顯得尤為重要。

1 分析壓電傳感器應用原理

壓電傳感器由電壓材料構成，通常情況下與市政道路及橋梁呈垂直狀設置在電感線圈（1m寬×2m長）兩端，以便充分接收車流過載信號，為達成車輛行駛稱重目的奠定基礎，電壓材料經特殊處理可將動能轉化為電能，電能可形成波動信號，被壓電傳感器內用以分析車輛行駛稱重軟件所接收，繼而達成車輛超重行駛監控目標。電壓材料內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經過車輛，車輛經過對該元件所造成的壓力，會變成電壓（電荷），去掉負載電壓（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車輛行駛稱重的主要依據。壓電傳感器在運行過程中會產生極高電壓，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定應用，絕少出現電氣故障，均具有信號接收精度高，高電壓輸出均勻穩定，柔軟性強，方便安裝及耐用等優勢，繼而在當今車輛行駛稱重過程中得以廣泛應用，為交通管理夯實技術基石[1]。

2 分析壓電傳感器軟件及硬件的應用

通過對壓電傳感器應用原理進行分析可知，作為電氣裝置，在車輛行駛稱重領域的應用，需要與相關交通管理系統相融合，數據采集、整理、分析均需在相應的系統內完成，為此壓電傳感器在車輛行駛稱重應用過程中，需軟件及硬件給予該技術有力支持。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用，分析壓電傳感器軟件及硬件的應用勢在必行。

（1）硬件系統構成及應用。壓電傳感器硬件系統主要由上位機、下位機、全景攝像機及拍照攝像機等硬件構成，其中上位機由主控單元（工控機）、通訊設施（硬盤）、I/O板、圖像采集卡1及卡2構成，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構成，用以控制擴展單元，可在車輛經過壓電傳感器時，發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[2]。

（2）壓電傳感器軟件應用。負責提供壓電傳感器提供電源的軟件為“電氣控制單元”，為獲取更多有關檢測車輛的數據及相關信息，由黑白攝像單元負責獲取稱重車輛車牌號，由彩色攝像單元負責獲取稱重車輛全景信息，為車輛超重追責提供科學有效的數據支持。負責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生的信號，該信號傳輸至壓電傳感器中進行信號分析，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象，具體軟件操控流程在由主程序控制程序內踐行，其中CLI//禁全局中斷，保障軟件得以有效運行，待堆棧設置后，汽車行駛稱重數據傳輸至IO端口并進行初始化，待初始化后依據交通管理客觀需求，IO端數據將被清零，以便保障軟件存儲功能穩定有效，需繼續進行分析的數據進入寄存器并進行初始化，分析其PD3=1//線圈信號，若無信號徐再次將數據原路返回，在寄存器內進行初始化，若有信號則進入SEI//允許全局中斷，隨后由串口輸出數據，得出車輛行駛稱重結論。

3 分析壓電傳感器檢測技術的應用前景

伴隨我國科學技術不斷發展，壓電傳感器在原有技術應用基礎上，作為專業技術將在動態稱重領域得以廣泛應用，其中共聚物壓電軸傳感器由美國MSI公司研制而成，主要用于車速監控、車型分類、檢測車軸數、軸距等，將共聚物壓電軸傳感器置于需要進行車輛動態稱重的區域，以便實現對行駛車輛動態監管，對車輛重量信息進行動態采集，成為交通管理人員分析交通綜合信息重要依據。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，并將相關數據依照交通管理需求予以分類，形成信號統計表，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未來應用過程中，該技術還可與闖紅燈照相系統相融合，提高闖紅燈照相系統靈敏度，同時可判定闖紅燈車輛，是否同時兼具超重行為，為交通出發提供依據。在美國、日本、德國等發達國家，壓電傳感檢測技術廣泛應用于交通領域，同時設置超載警告系統，依據車輛超載情況予以警告及相關基礎，介于壓電傳感器具有無人監管、實時有效、應用便捷等優勢，在獲知車輛超載行為同時，可聯動交通視頻管理系統，將存在違規現象車輛車牌號記錄下來，有利于提升交通執法力度，為推動我國交通管理體系朝著智能化方向發展夯實技術基石[3]。

4 結束語

綜上所述，壓電傳感器作為具有靈敏度高、信號接收穩定、安裝便利等優勢的技術設備，加置在市政道路橋梁上，壓電傳感器內感應線圈可有效獲取車輛稱重信息，通過分析相關信息，交通管理工作人員可有效分析車輛超重行駛實況，為優化交通管理體系奠定基礎。隨著我國科學技術不斷發展，壓電傳感器內感應線圈獲取信息將越發豐富，可用于測重車輛分類、速度監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展奠定基礎。

參考文獻：

[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計[J].中國科技縱橫，2015（15）：76.

[2]李習峰，黃丹，張昱.基于光纖傳感的車輛行駛信息采集系統[J].工業控制計算機，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。