PL227582B1 - Sonda drogowa - Google Patents

Abstract

Sonda jest wyposażona w czujnik piezoelektryczny (5) umieszczony pomiędzy elementem nośnym (2) stanowiącym część wierzchniej warstwy drogi a podstawą (7) sondy, przy czym podstawa (7) stanowi oddzielny względem elementu nośnego (2) podzespół sondy umieszczony poniżej warstwy drogi podlegającej odkształceniom sprężystym, czujnik piezoelektryczny (5) jest podparty na wsporniku (6) zamocowanym do podstawy (7), a między czujnikiem a elementem nośnym (2) jest zamocowany sztywny element pośredni (4). Ponadto pomiędzy podstawą (7) a elementem nośnym (2) jest umieszczona elastyczna osłona (9).

Description

Przedmiotem wynalazku jest sonda drogowa przeznaczona do pomiaru nacisku koła przejeżdżającego pojazdu na podłoże, a także do stosowania w systemach identyfikacji klasy i wagi przejeżdżającego pojazdu.

Znane są różne urządzenia drogowe i wagi najazdowe umożliwiające pomiar nacisku koła lub wagi poruszającego się pojazdu.

Z opisu patentowego PL 179009 znane jest urządzenie do pomiaru nacisku koła pojazdu na podłoże, posiadające ruchomy element nośny przymocowany do dwóch pionowych kolumn usytuowanych wzdłuż kierunku jazdy pojazdu i ułożyskowanych w skrzynkowym korpusie. Do podstawy korpusu zamocowany jest słupek na którym opiera się czujnik siły przymocowany za pomocą wsporn ika do ruchomego elementu nośnego. Urządzenie służy do pomiaru nacisku pojedynczego koła pojazdu na podstawie wielkości przesunięcia elementu nośnego względem korpusu. Do pomiaru wielkości przesunięcia służy czujnik siły. Dwa urządzenia ustawione obok siebie w odpowiedniej odległości m ogą służyć do pomiaru obciążenia całej osi. Innym rozwiązaniem jest ustawienie dwóch urządzeń obok siebie i przyłączenie do komputera podającego obciążenie każdego urządzenia osobno i obu razem. Ze względu na konstrukcję i konieczność dokładnego ustawienia względem kół pojazdu, urządzenie to nie nadaje się do pomiaru wagi przejeżdżającego pojazdu w zwykłych warunkach ruchu drogowego. Ponadto tego typu urządzenia wymagają wykonania ławy fundamentowej, na której umieszczone jest urządzenie.

Z opisu patentowego EP 0654654 znany jest czujnik piezoelektryczny do pomiaru nacisku koła pojazdu na podłoże, instalowany w płytkich rowkach wykonanych w nawierzchni drogowej. Czujnik ma budowę modułową. Element piezoelektryczny jest umieszczony w elastycznej osłonie rurowej łączącej płytę pomiarową z podstawą, ułożonej równolegle do nawierzchni drogi. W rozwiązaniu tym całe urządzenie jest umieszczone w warstwie wierzchniej podlegającej odkształceniom sprężystym, co wpływa na dokładność pomiaru.

Sonda drogowa, wyposażona w czujnik piezoelektryczny umieszczony pomiędzy elementem nośnym stanowiącym część wierzchniej warstwy drogi a podstawą sondy, według wynalazku wyróżnia się tym, że podstawa stanowi oddzielny względem elementu nośnego podzespół sondy umieszczony poniżej warstwy drogi podlegającej odkształceniom sprężystym, przy czym czujnik piezoelektryczny jest podparty na wsporniku zamocowanym do podstawy, między czujnikiem a elementem nośnym jest zamocowany sztywny element pośredni, a pomiędzy podstawą a elementem nośnym jest umieszczona elastyczna osłona.

Korzystnym jest, jeżeli w podstawie sondy poniżej wspornika jest wydzielony obszar roboczy, w którym jest umieszczone kontroler elektroniczny połączony z czujnikiem piezoelektrycznym.

Korzystnym jest, jeżeli że w podstawie sondy poniżej wspornika jest wydzielony obszar roboczy, w którym jest umieszczony akumulator połączony z czujnikiem piezoelektrycznym za pośrednictwem kontrolera elektronicznego.

W korzystnym wykonaniu sondy, kontroler elektroniczny jest połączony z jednostką centralną rejestrującą i przetwarzająca dane. Połączenie między jednostką centralną a kontrolerem może być zrealizowane za pośrednictwem nadajników wbudowanych w górną część elementu nośnego.

Sonda według wynalazku umożliwia pomiaru nacisku koła przejeżdżającego pojazdu na podłoże a także wykonanie systemu identyfikacji klasy i wagi przejeżdżającego pojazdu, złożonego z wielu sond drogowych i jednostki centralnej, przeznaczonej do zbierania informacje z sond i analizy otrzymanych sygnałów. Sondy mogą być rozmieszczone na drodze w układzie szachownicy w pasie drogi na odcinku zbliżonym do rozstawu osi przejeżdżających pojazdów, na przykład około 20 m. Wykorz ystanie wielu sond na powierzchni drogi umożliwia zarówno pomiar prędkości pojazdu jak i pomiar wagi przejeżdżającego pojazdu poprzez pomiar odkształcenia całego odcinka drogi z odpowiedni rozmieszczonymi sondami. Dodatkowo możliwe jest klasyfikowanie pojazdów ze względu na możliwość wykrycia ilości osi przejeżdżającego przez pomiarowy odcinek drogi pojazdu. Taki system może być zasilany na bazie efektu piezoelektrycznego powstającego w elementach piezoelektrycznych. Ponadto wykonanie odcinka pomiarowego z zastosowanie sond według wynalazku, o pionowym układzie jej podzespołów, nie wymaga takich nakładów jak przy wagach najazdowych związanych z górnymi warstwami nawierzchni drogi.

Sonda według wynalazku jest uwidoczniona w przykładzie wykonania na rysunku przedstawi ającym sondę w przekroju wzdłużnym.

PL 227 582 B1

Sonda drogowa składa się z elementu nośnego 2, którego górna część jest związana z nawierzchnią drogi. Cały element nośny 2 jest osadzony w nawierzchni drogi podlegającej odkształceniom sprężystym. Do elementu nośnego 2 jest przymocowane sztywne mocowanie 3 służące do montażu jednego końca podłużnego sztywnego elementu pośredniego 4 usytuowanego pionowo. Na drugim końcu elementu pośredniego 4 jest zamocowany czujnik piezoelektryczny 5 podparty na wsporniku 6 połączonym z podstawą 7. Podstawa 7 jest związana z nieodkształcalnymi warstwami podbudowy drogi. Na skutek powstawania różnicy odkształceń pomiędzy wierzchnią warstwą drogi związaną z elementem nośnym 2 a podbudową drogi związaną z podstawą 7 możliwy jest pomiar odkształcenia względnego za pomocą czujnika piezoelektrycznego 5. Przestrzeń pomiędzy elementem nośnym 2 i podstawą 7 jest osłonięta za pomocą elastycznej osłony 9 łatwo deformującej się, ale zabezpieczającej wnętrze sondy przez wpływem czynników zewnętrznych. W podstawie 7 sondy poniżej wspornika 6 jest wydzielony obszar roboczy 8, w którym może być umieszczony kontroler elektroniczny odpowiedzialny na współpracę z elementem piezoelektrycznym. Kontroler ma dwojaką funkcję ponieważ jest odpowiedzialny za zbieranie sygnału napięciowego z czujnika piezoelektrycznego 5 i magazyn owanie energii niezbędnej do działania sondy w akumulatorze umieszczonym w obszarze roboczym 8. Drugim zadaniem kontrolera jest zebranie sygnału pomiarowego oraz wysłanie go do jednostki centralnej rejestrującej i przetwarzająca dane zbierane z układu sond drogowych oraz zarządzającej poszczególnymi sondami. Wysłanie informacji może odbywać się na drodze przewodowej lub bezprzewodowej. Połączenie bezprzewodowe może być zrealizowane za pomocą zestawu nadajników 1 wbudowanych w górną część elementu nośnego 2.

Działanie sondy i systemu opiera się na pomiarze różnicy odkształceń pomiędzy różnymi warstwami drogi i podbudowy drogi. Odkształcenia wierzchniej warstwy drogi na skutek ciężaru przejeżdżających pojazdów pozostają w zakresie odkształceń sprężystych. Naprężenia powstające na skutek odkształcenia drogi w głąb nawierzchni drogi maleją. Dlatego możliwe jest wykorzystywanie głębokich warstw nawierzchni drogi, jako warstw nie podlegających odkształceniom i wygenerowanie sygnału pomiarowego przez czujnik piezoelektryczny 5. Na skutek odkształcenia czujnika piezoelektrycznego 5 generowany jest prąd o napięciu osiągającym wartość do kilkudziesięciu woltów. Umożliwia to m agazynowanie nadmiaru energii w akumulatorach poszczególnych sond lub akumulatorze zewnętrznym. Dzięki temu system pomiarowy może być stosowany w dużych odległościach od miejsc występowania instalacji elektrycznych. Sondy drogowe mogą być rozmieszczone na odcinku pomiarowy w dowolnym układzie pól szachownicy. Sygnały pomiarowe przekazywane do jednostki centralnej służą do wyznaczania wartości obciążeń kół na drogę. Na podstawie tych sygnałów jest także możliwe określenie długości i kierunku ruchu pojazdu a także manewrów wykonywanych na odcinku pomiarowym.

Claims (3)

1. Sonda drogowa, wyposażona w czujnik piezoelektryczny umieszczony pomiędzy elementem nośnym stanowiącym część wierzchniej warstwy drogi a podstawą sondy, znamienna tym, że podstawa (7) stanowi oddzielny względem elementu nośnego (2) podzespół sondy umieszczony poniżej wierzchniej warstwy drogi podlegającej odkształceniom sprężystym, przy czym czujnik piezoelektryczny (5) jest podparty na wsporniku (6) zamocowanym do podstawy (7) związanej z nieodkształcalną warstwą podbudowy drogi, między czujnikiem a elementem nośnym (2) jest zamocowany sztywny element pośredni (4), a pomiędzy podstawą (7) a elementem nośnym (2) jest umieszczona elastyczna osłona (9), przy czym w podstawie (7) sondy poniżej wspornika (6) jest wydzielony obszar roboczy (8), w którym jest umieszczone kontroler elektroniczny połączony z czujnikiem piezoelektrycznym (5), a kontroler elektroniczny jest połączony z jednostką centralną rejestrującą i przetwarzająca dane.

2. Sonda według zastrz. 1, znamienna tym, że czujnik piezoelektryczny (5) jest połączony z akumulatorem za pośrednictwem kontrolera elektronicznego.

3. Sonda według zastrz. 2, znamienna tym, że kontroler elektroniczny jest połączony z jednostką centralną za pośrednictwem nadajników (1) wbudowanych w górną część elementu