NO761183L - - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører en anordning for i måling av laster, særlig momentant opptredende laster. Oppfinnelsen er særlig anvendbar for måling av akseltrykket til kjøretøyer som passerer over anordningen som er anbrakt på

en kjørebane.

Det er kjent en rekke ulike anordninger for å kunne måle momentant opptredende laster frembrakt av minst ett hjul som er anordnet på en aksel og der hjulet tilhører et passerende kjøre-tøy. Selve anordningen består av en fleksibel matte av et elastisk materiale, og matten er avpasset for åbli påvirket av hjulet. Minst to elektrodeplater som har innbyrdes avstand vertikalt og som inngår i en kapasitans, er innleiret i og løper stort sett over hele den aktive overflate av matten. Dessuten finnes det organer som kopler elektrodene til et apparat for i dette apparat å kunne bestemme variasjoner i elektrodeavstanden som varierer avhengig av den momentant opptredende last. Dessuten finnes det hulrom inne i matten for derved å sikre at mattedeformasjonen blir linjær og proporsjonal med den påførte last. Hulrommene er plassert over hele matten og løper stort sett fra den ene elektrode til den andre.

Det er også tidligere foreslått ulike givere for å måle akseltrykket, men de fleste av disse givere krever en struk-turell tilpasning og bearbeidelse av vegbanen.

Ved utviklingen av mobile vektstasjoner eller vektbrygger som omfatter en bærbar eller i det minste mobilt transporterbar utrustning har det vært nødvendig å utvikle en ny giver som er enkel å fremstille og som fremfor alt må kunne anbringes på vegbanen uten å måtte påvirke vegbanen. Det har også vist seg at disse givere må ha en linjær proporsjonalitet mellom påført last og oppnådd elektrisk informasjon, og dette gjelder særlig det tilfelle hvor momentant opptredende laster skal bestemmes.

Formålet med den foreliggende oppfinnelse er å frembringe en anordning for måling av laster, særlig momentant opptredende laster, hvor de oppnådde resultater har vist seg å være linjært proporsjonal med lastens størrelse.

Formålet med oppfinnelsen er også å frembringe en anordning som på en meget enkel måte kan anbringes på vegbanen uten å behøve å ta noen spesielle forhåndsregler på vegbanen. For at dette skal være mulig er anordningen ifølge oppfinnelsen konstruert med en meget liten høydedimensjon for derved å redus-ere virkningen av dynamiske krefter som kan opptre når kjøre-tøyer passerer over anordningen.

Formålet med oppfinnelsen er også å frembringe en anordning som kan konstrueres til en lav pris og som har en ukom-plisert virkemåte. Dessuten har det vist seg at det ifølge oppfinnelsen er frembrakt en anordning som er motstandsdyktig mot mekanisk påvirkning samtidig som den har vist seg å få lav følsomhet mot ytre elektriske forstyrrelser.

Det som først og fremst må anses være kjennetegnende for en anordning ifølge oppfinnelsen er angitt i det etterfølgende patentkravs 1 kjennetegnende del.

En for tiden foreslått utførelsesform som oppviser de

for oppfinnelsen signifikative kjennetegn vil bli nærmere for-klart i det etterfølgende under henvisning til de medfølgende tegninger, hvori: Fig. 1 viser i perspektivriss en anordning i en ikke montert stilling.

Fig. 2 viser et snitt gjennom den ene del i fig. 1.

Fig. 3 viser et perspektivriss av en anordning når denne utsettes for en forspenning ved å vikle under strekkspenning et gummibånd om to plater som danner deler av den foreliggende oppfinnelse. Fig. 4 viser et snitt gjennom anordningen ifølge fig. 3. Fig. 5 viser et diagram som viser utgangssignalets størr-else i forhold til utøvet kraft når en anordning ifølge fig. 7 anvendes uten forspenning. Fig. 6 viser et diagram for utgangssignalet i forhold til utøvet kraft når det anvendes en anordning ifølge fig. 8 ved en forspenning på ca 3 kp/cm 2. Fig. 7 viser et frontoppriss av en anordning uten forspenning i montert stilling, men med seks ståltråder. Fig. 8 viser et snitt gjennom anordningen ifølge fig. 7, hvor anordningen er utsatt for en forspenning. Fig. 9 viser et horisontalriss av hele^anordningen i mindre målestokk. Fig. 10 viser et sideriss av en oppkjørselsrampe anvendt av kjøretøyer for å passere opp på en veiestasjon som anvender anordninger ifølge oppfinnelsen. Fig. 11 viser i sideriss en avkjørselsrampe anvendt av kjøretøyer for å forflytte seg fra veiestasjonen. Fig. 12 viser et sideriss av veiestasjonen, omfattende oppkjørings- og avkjørselsramper ifølge fig. 10 og 11. Fig. 13 viser et horisontalriss av veiestasjonen ifølge fig. 12 hvor det anvendes syv anordninger ifølge oppfinnelsen.

Fig. 14 viser et perspektivriss av en utførelsesform

av veiestasjonen hvor det anvendes elektroniske organer for • tolkning av utgangssignaler som er dannet av anordningene og øvrige organer.

Anordningen ifølge oppfinnelsen vises i perspektivriss

i en ikke sammenstilt stilling i fig. 1. Anordningen består av to deler, en første del 1 og en andre del 2. Delen 1 består av en elektrisk ledende plate 10 og et dielektrisk og elastomert eller'elastisk arkmateriale 12. Delen 2 består av en elektrisk ledende plate 11 og et dielektrisk og elastisk arkmateriale 12a. På materialet 12 anbringes det et antall tråder.18. I fig. 1

er antallet tråder fem mens antallet tråder i fig. 7 er seks. Det antall som velges er først og fremst avhengig av anvend-elsesområdet samt materialet i øvrige deler av anordningen.

Fig. 2 viser delen 1 i frontoppriss.

Det er et fremtredende formål med den foreliggende oppfinnelse at de to elektrisk ledende plater 10 og 11 skal være trykket an mot hverandre for derved å være utsatt for en forspenning som virker på det mellomliggende, elastiske materiale. Dette er som vist i fig. 3 bevirket ved å anvende et gummibånd 3. Dette bånd vikles som en spiral om platene 10 og 11 under strekkspenning N i retning som antydet i fig. 3. Det foreslås at spenningen i båndet skal være regulert slik at den forspenning som deretter opptrer skal ligge omkring verdien 3 kp/cm 2.

Fig. 4 viser et frontriss av den komplette anordning ifølge

fig. 3.

På grunn av gummiens molekylære oppbygning oppnås prin- sipielt ved denne utførelsesform en forbindelse mellom elektrisk utgangssignal og deformasjon som ikke er linjær i hele defor-masjonsintervallet. Fig. 5 viser det karakteristiske diagram. Dette diagram begynner med en ikke linjær del "A" etterfulgt

av en linjær del "B". Dersom det anvendte materiale har dimensjoner og egenskaper som nevnes nedenfor, har det vist seg at verdien hvor den ikke linjære del "A" går over i den linjære del "B" ligger omkring 3 kp/cm 2. Dersom platene 10 og 11 trykkes an mot hverandre som antydet i fig. 3 og 4 med en forspenning på 3 kp/cm 2 vil utgangssignalet bli linjært avhengig av påført last. Dette er vist i fig. 6 med en linje "Bl". Dersom anordningen utsettes for et antall belastninger, særlig høye momentane belastninger, har det vist seg at linjen kan få en mindre helling, noe som er vist med en linje "B2".

Fig. 7 viser en anordning i ikke forspent tilstand. Den øvre elektrisk ledende plate 10 og den nedre elektrisk ledende plate 11 er anordnet på hver sin side av et mellomliggende, dielektrisk, homogent materiale 12 og 12a. Materialet 12 eller 12a består i denne utførelsesform av et ark av naturgummi og har en tykkelse på 2 mm. Den elektrisk ledende plate har en tykkelse på 1,5 mm, og gummien har en hårdhet på 40° Shore og en skyvemodul på G = 3,5 kp/cm 2.

Det øvre materialet 12 er med sin øverste side fast forbundet med undersiden av platen 10 med en forbindelse 13. Det nedre materialet 12a er på sin nedre side fast forbundet med den øvre overflate av platen 11 med en forbindelse 14. Enhver type av vanlig lim kan anvendes for derved å oppnå en fast forbindelse, og som eksempel kan nevnes cyanoakrylat.

Arkmaterialet 12 og 12a har stort sett helt like tverr-snitt og er innrettet til å samvirke med hverandre. Før flater 12' og 12" limes sammen innføres det et antall tråder, særlig ståltråder, til flaten 12". Disse ståltråder kan med fordel være pianotråd med en diameter på 0,25 mm, og den ene del av hver tråd er forbundet ved lodding med en tilkoplingsledning 18a. Denne tilkoplingsledning 18a er forbundet med den sentrale leder i en koaksial kabel 19. Den lim som anvendes for å sammenføye flatene 12' og 12" kan bestå av en konvensjonell lim som bevirker en myk forbindelse.

Platene 10 og 11 er innrettet til å rage utenfor materialets 12, 12a sider 15 og 16 for derved å sikre en enhetlig og fri deformering av gummimaterialet 12 og 12a under den forspenning som forårsakes av gummibåndet 3 samt belastningen. Platene 10 og 11 kan ha samme lengde som materialene 12 og 12a.

Flatene 12' og 12" er anbrakt i et midtplan for anordningen, og hver av trådene 18 er orientert side ved side og med samme innbyrdes avstand. *

Den sentrale leder i koaksialkabelen 19 er koplet til trådene 18, mens kappen er koplet til jordpotensial og til platene 10 og 11. Ved å evaluere variasjonene i kapasitansen avhengig av belastningen, da særlig momentant opptredende laster, er det mulig å oppnå et utgangssignal.

Fig. 8 viser et snitt gjennom anordningen ifølge fig. 7, og her er anordningen utsatt for en forspenning av den type som er nevnt ovenfor.

En utførelsesform av konstruksjonen er vist i planriss

i fig. 9 og er betegnet med henvisningstall 20. pet bør her noteres at fig. 9 vises i større målestokk.

Før anordningen eller et antall anordninger skal beskrives under henvisning til en foreslått utførelsesform av en véie-stasjon vil det mer detaljert bli beskrevet deformasjonsfor-andringens betydning i forhold til kapasitansforandringen. Beskrivelsen er basert på den utførelsesform som er vist i fig. 7, 8 og 9.

Trådene 18 mellom gummiarkene 12 og 12a påvirker ikke deformasjonen. Den formel som benyttes er den samme som benyttes for gummilagre. Dersom det antas at den aktive flate for belastningen har en lengde som er vesentlig større enn dens bredde, dvs. har remseform, kan deformasjonen uttrykkes på følgende måte:

hvor

= deformasjonen,

p = kraft pr. flateenhet

t = strimlenes totale tykkelse

G = skyvemodulen,

b = strimmelens bredde.

Som nevnt ovenfor utøver trådene ikke motstand mot horison-tal deformasjon på tvers av strimlenes lengderetning slik at større deformasjon oppnås enn det som er tilfelle når det anvendes et sammenhengende metallsjikt mellom gummistrimlene. I det aktuelle tilfelle blir deformasjonen fire ganger den deformasjon som ville fås dersom det ble anvendt en metallplate mellom gummistrimlene. Det fremgår av den gitte forbindelse at den forholdsmessige deformasjon forandres kvadratisk med sjikttykkelsen. Idet det anvendes en relativt myk kontaktlim mellom gummistrimlene eller gummiarkene, oppstår det heller ikke skyvkrefter mellom gummi og lim.

Av den angitte forbindelse fremgår det også at deformasjonen er linjær med ytre last eller belastning.

Det kan antas at b = 35 mm, t = 4 mm, 1 = 2000 mm (strim-meiens lengde) og G = 3,5 kp/cm 2. Den relative volumforandring mellom platene blir derfor (under anvendelse av cm og kp) Mp

Det innses at den elektriske oppbygning av strimmelen

kan betraktes som to kondensatorer med felles spenningsfør-ende elektrode, nemlig trådene. På grunn av at platene 10 og 11 omgir strimlene blir det praktisk talt ingen følsomhet overfor forstyrrelser.

Kapasitansen for hver konsensatorhalvdel kan bestemmes

til C = (dielektrisitetskonstanten for gummi) . *. (arealet)/ (17<*>4 avstanden mellom platene).

Dersom dielektrisitetskonstanten for den anvendte gummi

er lik 2,9 og trådene har en bredde på 6 " 0,55 cm = 3,3 cm, blir middelplatebredden (3,3 + 4,0)/2 = 3,65 cm, og kapasitansen blir 1680 pF.

Det har imidlertid vist seg at en reduksjon av kapasitansen må foretas når plater erstattes med tråder på grunn av kantfenomener. Jo glisnere trådene ligger desto større blir reduksjonen. Målinger har vist at kapasitansen C i det aktuelle tilfelle ligger omkring 800 pF. n

Ved små deformasjoner blir kapasitansforandringen linjær med sammentrykningen & . Den totale kapasitansforandring blir derved proporsjonal med volumforandringen. Således fås pr. ele-ment

Forsøk har vist at med hensiktsmessig elektronikk er det

mulig å måle belastningsforandringer så lave som ned til ca.

20 kp. Dette tilsvarer forandringer av størrelsesorden 0,08

pF i giverelementets totale kapasitans.

Fig. 10-14 viser en komplett, mobil veiestasjon som omfatter en første rampe, selve veiestasjonen samt en andre rampe. Fig. 10 viser oppkjøringsrampen. Fig. 10 viser et sideriss av oppkjøringsrampen anvendt av kjøretøyer for å kunne rulle opp på veiestasjonen. Veiestasjonen er betegnet med henvisningstall 39, oppkjøringsrampen med henvisningstall 38

og avkjørselsrampen med henvisningstall 40 (fig. 12). Veiestasjonen omfatter et antall anordninger 20 som hver er dekket av en plate 21. Platen 21 samvirker med et gummiark 22 som er påført ved hjelp av lim på den nedre flate av platen 21.

Platen 21 er limt til delen 23 som er fremstilt av gummi. Delen 23 er anbrakt slik at den skal kunne samvirke med platens øvre endeflate 21a.

Oppkjøringsrampen 38 omfatter en plate 27 som er limt

til en gummidel 25 og til et gummiark 26. Ved hjelp av skruer 24 som samvirker med platen 27 er endeflaten 21a forbundet med platen 27. Dette gjøres særlig ved å anbringe en mutter (ikke vist) i en utsparing 41 i delen 23.

Platen 27 og gummiarket 26 løper fra delen 23 og samvirker med en rampeseksjon 45 utformet av gummi. Seksjonen 45 er limt til platen 27 i et område 4 2 og til arket 26 i' et område 4 2a.

Når anordningen 20 og delen 23 er forbundet med oppkjør-ingsrampen 38 blir denne holdt fast til en støtte 29 ved hjelp av skruer eller spikrer som er orientert i utsparinger 28 og innrettet til å motstå horisontale krefter. Ytterligere utsparinger og hull 48 løper i et plan parallelt med anordningen 20 og heller mot støttene 29, og disse er innrettet til å oppta skruer eller spikrer som skal motstå vertikale krefter. Denne rampe har samme lengde som anordningen 20. De dimensjoner som danner selve oppkjøringsrampen kan være følgende: Gummiarket 26: 1 mm, platen 27: 1 mm, gummiarkene 45, 23 og 25: 4 mm. Dette gir en total høyde på 11 mm. Platen 21 og gummiarket 2 2 kan ha en tykkelse på 1 mm.

Fig. 11 viser i sideriss en avkjørselsrampe 40 som er anvendbar for et kjøretøy for forflytning fra veiestasjonen. Denne avkjørselsrampe 40 er. lik oppk jøringsrampen 38, og samme deler er derfor gitt samme henvisningsbetegnelser, dog med den forandring at et primmerke er tilføyet. Denne rampe er utstyrt med et gummiark eller en gummiduk 25', en metallplate 27' samt en gummiduk 26'. Delene til høyre og delene til venstre i fig.

11 er lik den rampe som allerede er beskrevet.

I den mellomliggende del 4 0a i rampen 4 0 finnes det en sidestillingsgiver. Denne anordning omfatter, et gummibånd 4 3 som er orientert vinkelrett på kjøreretningen. (Disse bånd er plassert mellom platen 27' og gummiarket eller gummiduken 4 5') og metallbånd 44 som er orientert i kjøreretningen. Det er bare vist et bånd 44, men det forutsettes selvfølgelig at et antall slike bånd 44 er orientert ved siden av hverandre.

Hvert metallbånd 44 er tilkoplet til en elektrisk utgangs-ledning 37.

Funksjonen for sidestillingsgiveren er følgende: Ett eller flere metallbånd 44 av samtlige metallbånd trykkes som følge av belastningens virkning på gummiduken 45' av gummibåndet 43' i elektrisk kontakt med metallplaten 27' og slutter derved en elektrisk krets. Ved å avføle og behandle dette signal er det mulig å evaluere hvor belastningen virket.

På grunn av det forhold at veiestasjonen omfatter syv anordninger 20 vist i fig. 12 og hver av disse er innrettet til å kunne avføle momentant opptredende krefter, er det mulig å bestemme kjøretøyets hastighet. Avstanden mellom en avfølt anordning 20 og indikeringsanordningen 43', '44 er -kjent, og den tid det tar mellom aktiveringen av de to anordninger kan evalueres i en elektronisk måler.

I fig. 12 viser pilen bevegelsesretningen for kjøretøyet.

Fig. 13 viser et horisontalriss av veiestasjonen og til-hørende oppkjørings- og avkjørselsramper og viser kabler 19-19f. Hver kabel er tilkoplet til sin anordning 20. Dessuten vises

en kabel 37 som omfatter en leder for hvert bånd 44. Lengden av anordningen kan også være halvdelen av vegbredden eller noe mindre, men kan selvfølgelig også være større.

Fig. 14 viser i perspektivriss en anbringelse av veiestasjonen med tilhørende ramper under anvendelse av elektroniske måleinstrumenter for evaluering av de utgangssignaler som frem-bringes av anordningene'og de øvrige organer.

Det elektroniske måleinstrument som anvendes for å mot-ta og bearbeide signalene fra anordningene utgjør ikke noen del av den foreliggende oppfinnelse, men vil bli beskrevet når

det gjelder deres funksjon.

Hver anordning er matet med en firkant puls som har en frekvens på 20 kHz. På grunn av belastning vil kapasitansen i anordningen forandres, og derved vil også utladningstiden for en kapasitans over en resistans forandres. Ved å evaluere den tid som utladningen tar er det mulig å oppnå et analogt signal. Dette signal er forsterket og evaluert i en analog/digital-omformer.

Registreringen kan være kontinuerlig eller basert på maksimalverdi. Ved hjelp av det elektroniske måleinstrument er det mulig å sette en grenseverdi under hvilken registrering ikke foregår. Dette blir da en måte til å kunne skille person-biler fra lastebiler. Ved å anvende sidestillingsgiveren er det som tidligere nevnt mulig å bestemme kjøretøyets hastighet. Det er også mulig å korrigere og forandre resultatet på grunn

av dynamiske krefter som kan opptre.

Fig.. 14 viser en DTC-anordning (discharge to time con-verter) en SCU-anordning (signalconditioning and control unit) samt en DCU-anordning hvor signalene samles.

Ledningene 19-19f er tilkoplet til DTC-anordningen hvor signalene behandles. Resultatet mates til SCU-anordningen via en ledning 141. En ledning 14 2 er beregnet for kraftforsørgning. Kabelen 37 er koplet direkte til SCU-anordningen. En kabel 143

er innrettet til å mate informasjon fra SCU-anordningen til DCU-anordningen.

Selv om det er tatt spesielt hensyn til anordningen 20

og dennes anvendelse i en veiestasjon 39 for bestemmelse av akseltrykk for kjøretøyer som passerer over, bør det frem-

holdes at oppfinnelsen ikke er begrenset til denne utførelse,

men kan benyttes for ulike typer av belastninger, momentant opptredende såvel som statisk opptredende.

De tråder som er vist kan gjerne byttes ut mot bånd og skulle selvfølgelig også kunne ha form av et arkmateriale. Også andre organer ville kunne anvendes for å frembringe forspenningen.

Claims (18)

1. Anordning for måling av en belastning, særlig momentant opptredende belastning, omfattende to elektrisk ledende plater og et elastisk, dielektrisk materiale anbrakt mellom platene,karakterisert vedat det er anordnet et organ for sammentrykking av de to plater mot hverandre, og at elektrisk ledende tråder, bånd eller ark er innleiret i det dielek-triske materialet, samt at en første elektrode for anordningen er tilkoplet til trådene etc. mens en andre elektrode for anordningen er tilkoplet til en eller begge plater.

2. Anordning i samsvar med krav 1,karakterisertved at en stiv forbindelse er anordnet mellom platen og materialet.

3. Anordning i samsvar med krav 1,karakterisertved at trådene er orientert i et midtplan i materialet.

4. Anordning i samsvar med krav 1,karakterisertved at organet bevirker en slik forspenning til materialet at kapasitansvariasjoner blir en linjær funksjon av den utøvete belastning.

5. Anordning i samsvar med krav 1,karakterisertved at trådene er orientert langs materialet og er anbrakt med samme avstand fra hverandre.

6. Anordning i samsvar med krav 1,karakterisertved at organet består av et elastisk bånd.

7. Anordning i samsvar med krav 1,karakterisertved at platene har større bredde enn materialets bredde.

8. Anordning i samsvar med krav 1,karakterisertved at materialet består av to deler.

9. Anordning i samsvar med krav 8,karakterisertved at de to deler er forbundet med hverandre via en myk adhesjon.

10. Veiestasjon som anvender et antall anordninger ifølge krav 1,karakterisert vedat hver anordning hviler på vegbanen, at ramper er anordnet på begge sider av anordningene, samt at en beskyttelsesinnretning er anordnet over anordningene.

11. Veiestasjon i samsvar med krav 10,karakterisert vedat beskyttelsesinnretningen består av en plate som er innrettet til å dekke anordningene.

12. Veiestasjon i samsvar med krav 11,karakterisert vedat det på platens (21) underside er påført en elastisk duk (22).

13. Veiestasjon i samsvar med krav 11,karakterisert vedat platen ved sin ene kantflate bærer en av gummi utformet del (23) og ved denne del er festet til en oppkjøringsrampe (38).

14. Veiestasjon i samsvar med krav 11,karakterisert vedat platen ved sin andre kantflate bærer en av gummi utformet del og ved denne del er festet til en av-kjørselsrampe som funksjonerer som sidestillingsindikator.

15. Veiestasjon i samsvar med krav 14,karakterisert vedat sidestillingsindikatoren består av et antall parallelt orienterte, elektrisk ledende bånd (44) og en på tvers av båndene orientert kontaktflate (27') for elektrisk kontakt med flaten (27<1>).

16. Veiestasjon i samsvar med krav 11,karakterisert vedat rampene består av et metallsjikt med gummibelegg på begge sider.

17. Veiestasjon i samsvar med krav 11,karakterisert vedat organer som er innrettet til å samvirke med vegbanen er anordnet gjennom rampene.

18. Fremgangsmåte .til fremstilling av en anordning ifølge krav 1,karakterisert vedat det på en første metallplate anbringes et første dielektrisk lag, at det på en andre metallplate anbringes et andre dielektrisk lag, at et antall tråder, bånd eller ark anbringes mellom lagene og at lagene festes til hverandre samt at platene bringes til å trykkes an mot hverandre til en forutbestemt verdi.