基于虛擬儀器的車(chē)輛稱(chēng)重傳感器的分析

摘要：針對車(chē)載式電容傳感器檢測車(chē)輛載荷，通過(guò)單片機將來(lái)自各輪軸傳感器的信號處理后得到整車(chē)的載荷質(zhì)量值，并將該值送給基于LabVIEW編寫(xiě)的程序，通過(guò)虛擬儀器對試驗數據進(jìn)行處理和誤差分析，為開(kāi)發(fā)利用電容傳感器車(chē)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(chē)輛載荷檢測；加速度；傳感器；補償

虛擬儀器(Vinual Instrument，簡(jiǎn)稱(chēng)VI)是日益發(fā)展的計算機硬、軟件和總線(xiàn)技術(shù)在向其他相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域密集滲透的過(guò)程中，與測試技術(shù)、儀器儀表技術(shù)密切結合共同孕育出的一項全新的成果。由于儀器的專(zhuān)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(lèi)新型的儀器稱(chēng)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(zhuān)業(yè)化功能和面板控件軟件化，與檢測數據間的接口也通過(guò)計算機軟件來(lái)實(shí)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(tài)，讀取測試結果進(jìn)行分析。

1 車(chē)輛稱(chēng)重傳感器概述
本文根據虛擬儀器的特點(diǎn)，利用電容稱(chēng)重傳感器的車(chē)輛載荷檢測裝置，以車(chē)輛緩沖減振機構中的板彈簧作為稱(chēng)重傳感器的彈性體，可隨時(shí)隨地進(jìn)行靜態(tài)或動(dòng)態(tài)檢測。在載荷作用下，汽車(chē)的緩沖減振機構(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?；谔摂M儀器從測試靜態(tài)性能的參數分析入手，分析在車(chē)輛靜止時(shí)貨物變化時(shí)電容傳感囂兩極板間電壓變化的規律，為測試動(dòng)態(tài)性能作參考。對特定的載荷對應的電壓值進(jìn)行分析，用虛擬儀器程序子VI的來(lái)進(jìn)行誤差分析和曲線(xiàn)擬合，既方便又直觀(guān)。電容稱(chēng)重傳感器的安裝如圖1所示。

電容上極板部件安裝在車(chē)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(chē)輛的每根輪軸上方均安裝一套電容傳感器。
車(chē)輛稱(chēng)重系統各元素之間的關(guān)系如下：
在載荷作用下，汽車(chē)的緩沖減震機構(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(guān)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(zhì)量。將各輪軸的載荷質(zhì)量相加，可以得到整車(chē)載荷質(zhì)量。

2 試驗及數據分析
基于虛擬儀器的電容法檢測車(chē)輛載荷的靜態(tài)分析試驗是在黑豹SM1010型汽車(chē)上進(jìn)行。該車(chē)輛為兩軸鋼板彈簧結構，額定載荷為500 kg。靜態(tài)實(shí)驗過(guò)程中保持車(chē)輛處于水平狀態(tài)，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(chē)輛裝載或卸載。試驗分為兩個(gè)行程(每行程又包括正反兩個(gè)方向)，按照如下順序裝載或卸載：
正向1——在車(chē)輛自由狀態(tài)下(無(wú)遲滯)，自空載逐漸裝載，直到傳感器輸出達到滿(mǎn)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(mǎn)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(gè)行程正反向傳感器輸出的算術(shù)平均值再求出總進(jìn)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。