[发明专利]一种压电阵列监测车辆车速和载重的方法

说明书

本发明公开了一种压电阵列监测车辆车速和载重的方法，在公路路面沿汽车行驶方向间隔埋置两列平行的压电阵列，两列压电阵列中设有数量相同的压电骨料单元，两列压电阵列中压电骨料单元之间均匀间隔布置且具有相同的间隔距离，所述压电阵列中所有的压电骨料单元分别与信号采集系统并联连接，信号采集系统通过数据线导入处理系统；处理系统根据时间参数获得车辆的行驶车速；根据车辆驶过压电阵列上方产生的电压大小，获得车辆的载重。本发明用于监测车辆对路面的压应力和车辆车速。相比现有压电传感器，传感性能更加灵敏和稳定。

技术领域

本发明涉及智能交通系统监测技术领域，尤其涉及一种压电阵列监测车辆车速和载重的装置和方法。

背景技术

随着我国汽车保有量的快速持续增长，对道路交通管理提出了更高的要求，智能交通公路应运而生。车辆超速是造成交通事故重要原因，而车辆超载往往会对公路造成严重损坏，因而车速、车辆载重的实时监测是交通系统中的最为重要内容。目前，国内外常用的车速检测技术有雷达、激光、红外、超声波等，车辆动态称重系统包括应变式、电容式等。上述技术设备价格昂贵，且车速和车辆载重不能同时测量。

2008年，休斯顿大学宋钢兵教授系统总结了压电骨料单元在混凝土健康监测领域的成功应用。压电材料可以将受到的应力以电压的形式输出信号，且电压大小正比于所受应力。论文总结了压电骨料单元可以成功监测混凝土内部应力应变、裂纹损伤、早期强度等方面。骨料封装材料与混凝土性能高度匹配，因而埋置入混凝土内部不会导致任何损伤。同时指出埋置在混凝土内部的压电骨料单元电压输出，正比于该点处所受应力。(Song G,GuH,Mo Y L.TOPICAL REVIEW:Smart aggregates:multi-functional sensors forconcrete structures—a tutorial and a review[J].Smart Materials&Structures,2008,17(3):033001.)

目前应用在压电骨料单元中的压电材料主要为PZT陶瓷材料和PVDF压电薄膜。

PZT压电陶瓷压电性能优异，但含铅、质地易碎限制了其在智能骨料中的应用。

PVDF压电薄膜巨大的压电电压常数g₃₃使得PVDF压电薄膜在压电骨料单元中成功应用，但是PVDF压电薄膜存在压电常数d₃₃较小的缺点，仅有25pC/N，远小于压电陶瓷450pC/N,综合压电性能不佳。作为压电薄膜家族另一重要材料复合压电薄膜在混凝土的健康监测领域还没有被提到，且压电薄膜的型号极多，性能不断提高甚至优于PVDF薄膜。

发明内容

本发明的目的在于提供了一种压电骨料单元压电阵列监测车辆车速和载重的方法，一并提出一种性能优异的锆钛酸铅/碳纳米管/聚二甲基硅氧烷压电复合薄膜，用于监测车辆对路面的压应力和车辆车速。相比现有压电传感器，传感性能更加灵敏和稳定。

为实现上述技术目的，本发明采用的技术方案为：

一种压电阵列监测车辆车速和载重的方法，在公路路面沿汽车行驶方向间隔埋置两列平行的压电阵列，两列压电阵列中设有数量相同的压电骨料单元，两列压电阵列中压电骨料单元之间均匀间隔布置且具有相同的间隔距离，包括前置压电阵列和后置压电阵列，其中，

前置压电阵列中包括Q₁、……、Q_i、……、Q_NN个压电骨料单元；

后置压电阵列中包括H₁、……、H_j、……、H_NN个压电骨料单元，

其中，1≤i≤N、1≤j≤N，i、j、N均为正整数，序列号Q_i的前置压电骨料单元与序列号为H_i的后置压电骨料单元之间连线与公路汽车行驶方向平行；