压电式车辆动态称重传感器的设计与研究

发布时间：2017-11-20 04:07

本文关键词：压电式车辆动态称重传感器的设计与研究

【摘要】：超限超载对交通运输安全的威胁和对道路设施的破坏带来了巨大的损失,而车辆动态称重技术正是限制超限超载的重要技术手段。该技术在我国依然处于发展阶段,尽管获得了一些成果,但因工艺技术相对不足、核心技术缺失等问题,使得动态称重系统在各方面性能上与国外依然存在差距,尤其是系统中的关键元件——前端动态称重传感器。为此,本文以压电式车辆动态称重传感器为研究对象,进行结构设计和数值仿真,探讨影响车辆动态称重系统工作性能的各种因素。主要工作包括:第一章:介绍了国内道路桥梁建设的现状与趋势并阐述了超限超载的危害,阐明动态称重技术的重要性。然后回顾了该技术在国内外的发展历程,并着重介绍动态称重的主要技术标准ASTM E1318和目前几种典型的传感器及其主要原理,分析其优缺点及动态称重系统的性能要求。指出了国内对此研究与应用方面的不足,并提出了本文的主要研究内容。第二章:首先从压电传感的原理、传感相关参数及材料方面对本文应用的压电传感技术进行阐述。之后按照各项标准从性能要求出发,并参考国外先进产品设计了一种基于PVDF压电薄膜的车辆动态称重传感器。利用有限元软件ANSYS对其进行结构分析,在综合考虑性能、加工等要求选择材料,进行传感器的设计和布置方式,以获取车辆的详细信息。第三章:为了确定所设计传感器的结构性能和传感性能,利用车轮与路面接触面积的等效计算与等比例的简化原则,基于动力学分析与力电耦合分析,通过有限元软件ANSYS对动态称重传感器整体模型进行仿真分析。分别模拟了不同载荷和不同速度的车辆压过传感器时传感器的结构响应和电压响应。各组结果显示,整体结构满足强度要求,而电压响应与车辆载荷和车辆速度有关,因而经过信号处理可获得车辆轴重和车辆速度等信息。最后还对出现应力集中的局部位置进行了参数优化。第四章:本章通过建立车轮与路面的相互作用模型,并利用Matlab编写公式计算获得不同车重和车速下车轮与路面之间接触力随时间的变化,确定了路面不平度对车路相互作用力造成的误差范围,从而确定了路面不平度对动态称重传感器精度的影响。
【学位授予单位】：杭州电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP212

【参考文献】

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1 周正飞;鲁雄文;谭永营;;基于压电石英传感器的动态称重系统的设计[J];汽车实用技术;2015年04期

2 张彩利;王海燕;陈晗;李宁利;;地下道路复合式路面温度场观测与分析[J];广西大学学报(自然科学版);2015年02期

3 宋海龙;汪勇;李昊东;金丹;;压电材料及压电效应的应用[J];硅谷;2014年23期

4 马建;孙守增;杨琦;赵文义;王磊;马勇;刘辉;张伟伟;陈红燕;陈磊;康军;;中国桥梁工程学术研究综述·2014[J];中国公路学报;2014年05期

5 马殙;毛雪松;刘保健;张洪亮;杨宏志;陈仁朋;陈昌富;季节;俞建霖;郝培文;徐进;谈至明;崔新壮;曹文贵;章定文;黄卫东;傅鹤林;程建川;蒋应军;韩森;;中国道路工程学术研究综述·2013[J];中国公路学报;2013年03期

6 杨双收;魏秀珍;闫平;;光纤压力传感器在称重领域应用的研究进展[J];压电与声光;2012年05期

7 李晓宝;简水珍;彭恢湘;;压电石英称重传感器在公路动态称重中的应用[J];公路与汽运;2012年02期

8 于晓光;卢满怀;;电容式汽车荷载传感器敏感元件研究[J];电测与仪表;2012年01期

9 孙立萍;王添;;探究电介质的极化对电容的影响[J];中学物理;2011年05期

10 阎瑾瑜;;压电效应及其在材料方面的应用[J];数字技术与应用;2011年01期