基于虚拟仪器技术的车载电容式称重传感器

虚拟仪器（Vinual Instrument，简称VI）是日益发展的计算机硬、软件和总线技术在向其他相关技术领域密集渗透的过程中，与测试技术、仪器仪表技术密切结合共同孕育出的一项全新的成果。由于仪器的专业化功能和面板控件都是由软件形成，因此国际上把这类新型的仪器称为“虚拟仪器”。它是利用微机的数据处理和图形处理功能，将传统物理仪器的专业化功能和面板控件软件化，与检测数据间的接口也通过计算机软件来实现。从虚拟仪器显示面板（如虚拟显示屏、数码显示器和指示灯及示波器等，其在功能上与各种物理仪器相对应）可了解仪器的状态，读取测试结果进行分析。
　　1 车辆称重传感器概述
　　本文根据虚拟仪器的特点，利用电容称重传感器的车辆载荷检测装置，以车辆缓冲减振机构中的板弹簧作为称重传感器的弹性体，可随时随地进行静态或动态检测。在载荷作用下，汽车的缓冲减振机构（板弹簧）产生变形，安装在特定位置电容传感器两极板间的距离发生变化，电容值变化，传感器的输出电压也随之发生变化。基于虚拟仪器从测试静态性能的参数分析入手，分析在车辆静止时货物变化时电容传感嚣两极板间电压变化的规律，为测试动态性能作参考。对特定的载荷对应的电压值进行分析，用虚拟仪器程序子VI的来进行误差分析和曲线拟合，既方便又直观。电容称重传感器的安装如图1所示。
　　
　　电容上极板部件安装在车架下部，左右居中；电容下极板部件安装在轮轴中部的上方，与电容上极板上下对正。车辆的每根轮轴上方均安装一套电容传感器。
　　车辆称重系统各元素之间的关系如下：
　　在载荷作用下，汽车的缓冲减震机构（钢板弹簧）产生变形，电容传感器两极板间的距离d发生变化，传感器的电容值也随之变化。预先标定出传感器电路输出电压值与该轮轴载荷值之间的关系，以后就可以根据各轮轴传感器电路的电压值得到该轮轴的载荷质量。将各轮轴的载荷质量相加，可以得到整车载荷质量。
　　
　　2 试验及数据分析
　　基于虚拟仪器的电容法检测车辆载荷的静态分析试验是在黑豹SM1010型汽车上进行。该车辆为两轴钢板弹簧结构，额定载荷为500 kg。静态实验过程中保持车辆处于水平状态，两轮分别垂直压在SCS-2蛩电子数字平台秤上。以100 kg砝码作为标准单位载荷，对车辆装载或卸载。试验分为两个行程（每行程又包括正反两个方向），按照如下顺序装载或卸载：
　　正向1——在车辆自由状态下（无迟滞），自空载逐渐装载，直到传感器输出达到满量程；
　　反向1——在正向1的基础上，逐渐卸至空载；
　　正向2——在反向1的基础上（有迟滞），自空载逐渐装载，直到输出再次达到满量程；
　　反向2——在正向2的基础上，逐渐卸至空载。
　　根据试验数据，分别求出两个行程正反向传感器输出的算术平均值再求出总进程算术平均值。经虚拟仪器编程软件LabVIEW平台下编程显示，程序框图前面板如下。