广州大学土木工程学院广东广州510006
摘要：动态称重系统是指对车辆通行时间、车道号、车型、轴型、车重、轴重、限重、收费等信息按照其设定程序记录的系统。本文介绍了弯板传感器、压电传感器、单传感器及光纤传感器4种常用的动态称重传感器,阐述了计重收费系统的应用及意义。
关键词：动态称重系统传感器计重收费
一、引言
在工业和商业贸易的持续增长，道路交通产业正成为越来越多的竞争力，超限超载运输的现象越来越多，车辆动态称重技术具有越来越重要的作用。动态称重系统是用于测量移动车辆的重量的装置。这是将一系列与称重相关设备及相关辅助设备对行驶中的车辆轮轴施加于路面的压力和车辆的相关参数进行测量，运用合理的计算方法，从而准确获得行驶中车辆的重量的系统。它是一种先进车辆称重系统，该系统结合了传统的传感器测量技术，计算机技术和数字信息技术与测量速度快，精度高，成本低的优点。在称重过程中，比静态称重节省时间，效率高，对正常的交通状况干扰小甚至微乎其微。
二、车辆动态称重系统结构
（一）弯板动态称重系统
弯板动态称重系统是利用在金属板下方的应变计进行测量。当车轮通过弯板时,附在金属板面下方的应变计也随着弯板发生弯曲变形，系统测量出应变计产生的应变力，由此计算出动态车辆的重量值，并预测出车辆的真实重量。弯板式动态称重系统在我们国家起步较晚，但发展速度非常快，由于其安装方便，抗冲击，免维护，稳定可靠，使用寿命长，并且能满足公路收费系统的高频次使用、测量精度高，维护方便等实际要求，得到了高速公路收费系统用户和验证人员的好评。代表了动态称重系统的未来发展方向。
（二）压电式动态称重系统
压电称重传感器是一种能将动能转化为电能的无源传感器，当有车轮接触传感器时，在受到冲击或振动下产生电荷，可以输出一个宽范围的脉冲信号，经过信号调节与放大后，传输到路测机柜内系统称重模块，当车轮驶离传感器后，称重模块对脉冲信号进行积分处理，并通过内部算法转化成重量信息，进而计算出车辆的真实重量。其具有柔韧度高，可弯曲，安全性高，非接触式设计，传感器对路面的适应性非常强等良好特性，从而使使用寿命比传统接触式大大增加。
（三）单传感器动态称重系统
单传感器动态称重系统由称重台面和称重传感器组成。称重系统利用一条行车车道覆盖的两块称重台面,每个称重台面下方中心处都采用一个单独的称重传感器来测量驶过称重台面的车辆轴重。通常，单独的称重传感器设有桥式传感器、柱式传感器、悬臂梁式传感器或液压式传感器。一般情况下安装此种动态称重传感器需要挖设深基坑以构造混凝土屋顶。此种传感器价格昂贵且初期投资大。
（四）光纤传感器动态称重系统
光纤传感技术是一种新的传感技术，随着光纤和光纤通信技术的发展，以光为载体，光纤作为媒介来感知和传输外部信号，从而迅速发展。当车辆通过光纤传感器时，系统通过测量光纤中反射光强度的变化来计算车辆的动态重量值，然后通过测量的动态重量值来预测车辆的真实轴重。光纤动态称重不仅可应用于高速公路行驶中的汽车称重，也可以用于行驶中火车、飞机的动态称重。与其他类型的传感器相比，光纤传感器具有免受电磁干扰和道路振动的影响，体积小，重量轻，功耗低，寿命长，可在恶劣环境下使用，响应频率相当高等优良特性。因此，光纤传感器是动态测量中比较理想的传感器。
三、车辆动态称重系统结构在计重收费中的应用
（一）车辆动态计重系统工作原理
目前收费车道上设置的动态称重系统通常包括动态称重秤台、轮轴检测器、车辆分离器、检测线圈（可选）和数据控制柜组成，对经过的车辆进行检测计量，能准确地测出车辆通行时间、车道号、车型、轴型、车重、轴重、限重、收费等信息，其称重系统原理如图1所示。
图1动态称重系统原理示意图
行驶车辆的每个轮轴经过设置在路面上的轮轴识别器、红外线光栅车辆分离器、辅助环检线圈、计重平台。当红外线车辆分离器的光幕被车辆阻挡时，系统开始处理相应信息并数据收集检测，包括通过称台时的速度、通过时间、车型信息、轮轴间距还有整车重量等。当车辆分离器的光幕恢复后，称重工作结束的信号立即发送到控制单元，数据由数据采集控制器即室外机箱处理，形成完整的车辆称重信息集。最后，通过主计算机通信接口将信息发送到收费站的计算机，从而实现计算车辆收费的功能并根据获得的信息数据收集其他相关信息。如果过往车辆处于超限状态，系统将自动激活收费车道超限警告灯。
（二）车辆动态计重系统要求
高速公路动态计重收费系统是根据通行车辆的重量是否存在超限超载来收取相应的通行费用，因此整个计重收费系统的核心是动态计重系统，所以动态计重系统须具备以下方面的性能：
1．高测量精度和高稳定性。
2．具备较高的车辆分离能力。
3．能准确判断通行车辆的轮轴类型、轮组和车型类型。
4．可以分别实现轴重和车重以及车辆通行的时间等信息的进行记录。
5．能将车辆称重信息发送至主计算机系统，自行分析通行车辆是否存在过载，并且可对过载标准进行方便的调整。
6．施工简单、维护方便、低故障率，并有较长的使用年限。
四、结论
汽车工业的快速发展，经济总量的不断扩大，重大项目和基础设施的建设，使重型汽车的需求强劲，外加经济的繁荣导致了集装箱运输车辆需求的惊人增长而且车辆超限过载现象日益严重。为了对超限超载现象进行有效的监督与预防,提高道路行驶安全性，车辆动态称重技术越来越受到人们的关注，动态称重系统的精度的要求也越来越高，不仅采用先进的称重技术，提高传感器性能，还需要使用适当的算法处理，精准有效的测量车辆载重。车辆动态称重技术的发展将有助于控制超限超载，减少交通事故，确保道路安全，节省国家公路养护资金等，具有直接和间接的经济效益。动态称重系统已经成为未来的发展趋势。
参考文献
[1]程路.车辆动态称重技术[J].仪器仪表学报，2006.27(8)
[2]程路.车辆动态称重技术研究[D].杭州.浙江大学博士学位论文，2008
[3]周正飞.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.(4)
作者简介：吕金浩（1993-），男，汉族，安徽阜南人，广州大学硕士研究生，研究方向：桥梁可靠度