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(zhì)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(shù)據(jù)進行處理和誤差分析，為開發(fā)利用電容傳感器車輛限載裝置提供良好的參考。
關(guān)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(fā)展的計算機硬、軟件和總線技術(shù)在向其他相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域密集滲透的過程中，與測試技術(shù)、儀器儀表技術(shù)密切結(jié)合共同孕育出的一項全新的成果。由于儀器的專業(yè)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(shù)據(jù)處理和圖形處理功能，將傳統(tǒng)物理儀器的專業(yè)化功能和面板控件軟件化，與檢測數(shù)據(jù)間的接口也通過計算機軟件來實現(xiàn)。從虛擬儀器顯示面板(如虛擬顯示屏、數(shù)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(yīng))可了解儀器的狀態(tài)，讀取測試結(jié)果進行分析。

1 車輛稱重傳感器概述
本文根據(jù)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(gòu)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(tài)或動態(tài)檢測。在載荷作用下，汽車的緩沖減振機構(gòu)(板彈簧)產(chǎn)生變形，安裝在特定位置電容傳感器兩極板間的距離發(fā)生變化，電容值變化，傳感器的輸出電壓也隨之發(fā)生變化。基于虛擬儀器從測試靜態(tài)性能的參數(shù)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(guī)律，為測試動態(tài)性能作參考。對特定的載荷對應(yīng)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(tǒng)各元素之間的關(guān)系如下：
在載荷作用下，汽車的緩沖減震機構(gòu)(鋼板彈簧)產(chǎn)生變形，電容傳感器兩極板間的距離d發(fā)生變化，傳感器的電容值也隨之變化。預(yù)先標(biāo)定出傳感器電路輸出電壓值與該輪軸載荷值之間的關(guān)系，以后就可以根據(jù)各輪軸傳感器電路的電壓值得到該輪軸的載荷質(zhì)量。將各輪軸的載荷質(zhì)量相加，可以得到整車載荷質(zhì)量。

2 試驗及數(shù)據(jù)分析
基于虛擬儀器的電容法檢測車輛載荷的靜態(tài)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(jié)構(gòu)，額定載荷為500 kg。靜態(tài)實驗過程中保持車輛處于水平狀態(tài)，兩輪分別垂直壓在SCS-2蛩電子數(shù)字平臺秤上。以100 kg砝碼作為標(biāo)準(zhǔn)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(tài)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(chǔ)上，逐漸卸至空載；
正向2——在反向1的基礎(chǔ)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(chǔ)上，逐漸卸至空載。
根據(jù)試驗數(shù)據(jù)，分別求出兩個行程正反向傳感器輸出的算術(shù)平均值再求出總進程算術(shù)平均值。經(jīng)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。