压电式车辆动态称重传感器的设计与研究

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1、硕士学位论文题目:压电式车辆动态称重传感器的设计与研究研究生何海浪专业机械制造及其自动化指导教师王云副教授完成日期2015年12月杭州电子科技大学硕士学位论文压电式车辆动态称重传感器的设计与研究研究生：何海浪指导教师：王云副教授2015年12月DissertationSubmittedtoHangzhouDianziUniversityfortheDegreeofMasterDesignandstudyofpiezoelectricsensorsinWIMsystemsCandidate:HeHailangSupervisor:AssoProf.WangYu

2、nDecember,2015杭州电子科技大学学位论文原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过，均已在文中明确方式标明的作品或成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体。一。申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担切相关责任《论文作者签名：＾呵凌凌＾曰撕年？月少曰学位论文使用授权说明目Ｐ本人完全了解杭州电子科技大学关于保留和使用学位论文的规定；，研究生在校攻读学位期间论文

3、工作的知识产权单位属杭州电子科技大学。本人保证毕业离校后，发表论文或使用论文工作成果时署名单位仍然为杭州电子科技大学。学校有权保留送交论文的复印件，允许查阅和借阅论文；学校可公布论文的全部或部分内容，可允许采用影印、缩印或其它复制手段保存论文。（保密论文在解密后遵守此规定）＾（｜￣＾论文作者签名／：＾曰：曰期：＞年月指导教师签名：主是日期：＂年Ｊ月０日杭州电子科技大学硕士学位论文摘要超限超载对交通运输安全的威胁和对道路设施的破坏带来了巨大的损失，而车辆动态称重技术正是限制超限超载的重要技术手段。该技术在我国依然处于发展阶段，尽管获

4、得了一些成果，但因工艺技术相对不足、核心技术缺失等问题，使得动态称重系统在各方面性能上与国外依然存在差距，尤其是系统中的关键元件——前端动态称重传感器。为此，本文以压电式车辆动态称重传感器为研究对象，进行结构设计和数值仿真，探讨影响车辆动态称重系统工作性能的各种因素。主要工作包括：第一章：介绍了国内道路桥梁建设的现状与趋势并阐述了超限超载的危害，阐明动态称重技术的重要性。然后回顾了该技术在国内外的发展历程，并着重介绍动态称重的主要技术标准ASTME1318和目前几种典型的传感器及其主要原理，分析其优缺点及动态称重系统的性能要求。指出了国内对此研究与应用方面的

5、不足，并提出了本文的主要研究内容。第二章：首先从压电传感的原理、传感相关参数及材料方面对本文应用的压电传感技术进行阐述。之后按照各项标准从性能要求出发，并参考国外先进产品设计了一种基于PVDF压电薄膜的车辆动态称重传感器。利用有限元软件ANSYS对其进行结构分析，在综合考虑性能、加工等要求选择材料，进行传感器的设计和布置方式，以获取车辆的详细信息。第三章：为了确定所设计传感器的结构性能和传感性能，利用车轮与路面接触面积的等效计算与等比例的简化原则，基于动力学分析与力电耦合分析，通过有限元软件ANSYS对动态称重传感器整体模型进行仿真分析。分别模拟了不同载荷和

6、不同速度的车辆压过传感器时传感器的结构响应和电压响应。各组结果显示，整体结构满足强度要求，而电压响应与车辆载荷和车辆速度有关，因而经过信号处理可获得车辆轴重和车辆速度等信息。最后还对出现应力集中的局部位置进行了参数优化。第四章：本章通过建立车轮与路面的相互作用模型，并利用Matlab编写公式计算获得不同车重和车速下车轮与路面之间接触力随时间的变化，确定了路面不平度对车路相互作用力造成的误差范围，从而确定了路面不平度对动态称重传感器精度的影响。关键词：动态称重，PVDF压电薄膜，瞬态分析，力电耦合，车轮路面相互作用I杭州电子科技大学硕士学位论文ABSTRACT

7、Thethreatstothetransportationsafetyandthedamagetothepavementsinducedbytheoversizedandoverloadedvehiclesledtohugelosses.Theweigh-in-motion(WIM)technologyisthekeytopreventsuchthreats.However,thedomesticWIMtechnologyisstilldevelopingandnotmaturesenoughforusageinpracticalalthoughsevera

8、lproductionshavebeenachiev