基于虛擬儀器的車輛稱重傳感器的分析

摘要：針對車載式電容傳感器檢測車輛載荷，通過單片機將來自各輪軸傳感器的信號處理后得到整車的載荷質量值，并將該值送給基于LabVIEW編寫的程序，通過虛擬儀器對試驗數據進行處理和誤差分析，為開發利用電容傳感器車輛限載裝置提供良好的參考。
關鍵詞：虛擬儀器；電容傳感器；車輛載荷檢測；加速度；傳感器；補償

虛擬儀器(Vinual Instrument，簡稱VI)是日益發展的計算機硬、軟件和總線技術在向其他相關技術領域密集滲透的過程中，與測試技術、儀器儀表技術密切結合共同孕育出的一項全新的成果。由于儀器的專業化功能和面板控件都是由軟件形成，因此國際上把這類新型的儀器稱為“虛擬儀器”。它是利用微機的數據處理和圖形處理功能，將傳統物理儀器的專業化功能和面板控件軟件化，與檢測數據間的接口也通過計算機軟件來實現。從虛擬儀器顯示面板(如虛擬顯示屏、數碼顯示器和指示燈及示波器等，其在功能上與各種物理儀器相對應)可了解儀器的狀態，讀取測試結果進行分析。

1 車輛稱重傳感器概述
本文根據虛擬儀器的特點，利用電容稱重傳感器的車輛載荷檢測裝置，以車輛緩沖減振機構中的板彈簧作為稱重傳感器的彈性體，可隨時隨地進行靜態或動態檢測。在載荷作用下，汽車的緩沖減振機構(板彈簧)產生變形，安裝在特定位置電容傳感器兩極板間的距離發生變化，電容值變化，傳感器的輸出電壓也隨之發生變化。基于虛擬儀器從測試靜態性能的參數分析入手，分析在車輛靜止時貨物變化時電容傳感囂兩極板間電壓變化的規律，為測試動態性能作參考。對特定的載荷對應的電壓值進行分析，用虛擬儀器程序子VI的來進行誤差分析和曲線擬合，既方便又直觀。電容稱重傳感器的安裝如圖1所示。

電容上極板部件安裝在車架下部，左右居中；電容下極板部件安裝在輪軸中部的上方，與電容上極板上下對正。車輛的每根輪軸上方均安裝一套電容傳感器。
車輛稱重系統各元素之間的關系如下：
在載荷作用下，汽車的緩沖減震機構(鋼板彈簧)產生變形，電容傳感器兩極板間的距離d發生變化，傳感器的電容值也隨之變化。預先標定出傳感器電路輸出電壓值與該輪軸載荷值之間的關系，以后就可以根據各輪軸傳感器電路的電壓值得到該輪軸的載荷質量。將各輪軸的載荷質量相加，可以得到整車載荷質量。

2 試驗及數據分析
基于虛擬儀器的電容法檢測車輛載荷的靜態分析試驗是在黑豹SM1010型汽車上進行。該車輛為兩軸鋼板彈簧結構，額定載荷為500 kg。靜態實驗過程中保持車輛處于水平狀態，兩輪分別垂直壓在SCS-2蛩電子數字平臺秤上。以100 kg砝碼作為標準單位載荷，對車輛裝載或卸載。試驗分為兩個行程(每行程又包括正反兩個方向)，按照如下順序裝載或卸載：
正向1——在車輛自由狀態下(無遲滯)，自空載逐漸裝載，直到傳感器輸出達到滿量程；
反向1——在正向1的基礎上，逐漸卸至空載；
正向2——在反向1的基礎上(有遲滯)，自空載逐漸裝載，直到輸出再次達到滿量程；
反向2——在正向2的基礎上，逐漸卸至空載。
根據試驗數據，分別求出兩個行程正反向傳感器輸出的算術平均值再求出總進程算術平均值。經虛擬儀器編程軟件LabVIEW平臺下編程顯示，程序框圖前面板如下。