[0004] 本发明的目的在于提供一种基于磁致伸缩材料自供能动态称重装置及工作方法。
[0005] 本发明一种基于磁致伸缩材料的压电动态称重装置，包括底座、支撑板、承重柱、导向组件、称重组件和自供能组件。称重组件安装在底座上，用于检测支撑板上承载的重量。导向组件安装在底座上；导向组件内设置有能够上下滑动的横梁。承重柱与横梁固定，底端抵住称重组件，顶端与支撑板固定。所述的横梁上设置有一根或多根供能臂。供能臂采用弹性材料。
[0006] 所述的自供能组件的数量与供能臂的数量对应。自供能组件包括推动板、传动组件、叶轮和磁致伸缩能量收集模块。推动板安装在对应供能臂的外端。推动板随供能臂的运动而运动；推动板运动通过传动组件带动叶轮旋转。磁致伸缩能量收集模块安装在底座上，包括磁致伸缩棒、感应线圈和永磁体。感应线圈和永磁体均设置在磁致伸缩棒的周围。磁致伸缩棒与叶轮的位置对应。当叶轮上叶片将拨动到磁致伸缩棒，使得磁致伸缩棒发生振动。
[0007] 作为优选，所述的导向组件还包括地桩、导向柱、悬架弹簧和定位螺母。两个地桩均固定在底座上，且分别位于称重组件的两侧。两个地桩的顶部均固定有竖直设置的导向柱。横梁呈十字形，其中两根支臂为导向臂，另两根支臂为供能臂。导向臂采用刚性材料；两根导向臂外端开设的导向孔与两根导向柱分别构成滑动副。导向柱的上半段设置有外螺纹，且外螺纹上旋有定位螺母。两根导向臂分别位于两个定位螺母的下侧。两个导向柱上均套置有高弹性系数的悬架弹簧。悬架弹簧的两端分别抵住地桩、导向臂。
[0008] 作为优选，所述的称重组件包括压电传感器和压电片卡座。压电片卡座固定在底座上。压电片卡座的顶部开设有传感器安装槽。传感器安装槽内安装有检测面朝上设置的压电传感器。压电传感器的信号输出线连接到信号处理模块。信号处理模块包括依次连接的电荷放大器、模数转换器和无线传感器模块。无线传感器模块与上位机无线通信。
[0009] 作为优选，所述的传动组件包括齿轮安装板、第一传动轴、第二传动轴、第三传动轴、输出转轴、第一级输入齿轮、第一级输出齿轮、第二级输入齿轮、第二级输出齿轮、第三级输入齿轮、第三级输出齿轮和末级输出齿轮。齿轮安装板与底座固定。第一传动轴、第二传动轴和第三传动轴均支承在齿轮安装板上。第一级输入齿轮和第一级输出齿轮均固定在第一传动轴上。第二级输入齿轮和第二级输出齿轮均固定在第二传动轴上。第三级输入齿轮和第三级输出齿轮均固定在第三传动轴上。末级输出齿轮固定在输出转轴上。第一级输出齿轮与第二级输入齿轮啮合。第二级输出齿轮与第三级输入齿轮啮合。第三级输出齿轮与末级输出齿轮啮合。推动板的外侧边缘设置有轮齿。第一级输入齿轮与推动板外侧的轮齿啮合。末级输出齿轮与输出转轴连接。叶轮与输出转轴固定。
[0010] 作为优选，所述承重柱的底部设置有弹性垫片。所述的承重柱采用高分子尼龙橡胶。弹性垫片采用橡胶垫片。
[0011] 作为优选，所述叶轮上的叶片采用弹性材料。
[0012] 作为优选，感应线圈的输出接口通过稳压模块连接到超级电容。
[0013] 作为优选，所述叶轮的叶片侧面与叶轮的轴线平行。
[0014] 作为优选，所述的末级输出齿轮与输出转轴通过单向轴承连接。
[0015] 该基于磁致伸缩材料自供能动态称重装置的工作方法，具体如下：
[0016] 步骤一、在道路长度方向上布置相隔距离h的两个称重装置组。单个称重装置组包括沿着道路宽度方向依次排开的多个前述的动态称重装置。
[0017] 步骤二、当车辆压上动态称重装置时，压力通过承重柱传递到称重组件和横梁上；称重组件输出压电信号；该压电信号对应车辆的重量。
[0018] 同时，横梁受压后向下移动，具有弹性的供能臂发生弯曲，带动叶轮转动；叶轮在转动的过程中，叶片拨动磁致伸缩棒，致使磁致伸缩棒发生振动，使得感应线圈周围的磁场发生变化；感应线圈中产生电流，实现发电。
[0019] 步骤三、当被检测车辆每对车轮通过第一个称重装置组时，分别记录响应时刻t1,t2,...tn。当被检测车辆每对车轮通过第二个称重装置组时，分别记录响应时刻t′1,t′2,...t′n。n为被检测车辆的轮轴数。
[0020] 对于一个称重装置组，根据相邻两次检测的时间差是否小于时间阈值ts来判定相邻两次检测是否对应同一车辆。其中，时间阈值 Lmax为车辆最大轴距，vmin为车辆行驶最小速度。计算被检测车辆行驶速度 计算被检测车辆的n‑1个轴距
[0021] 本实用新型具有的有益效果是：
[0022] 1、本发明专利利用磁致伸缩材料，将路面产生的振动能量收集，为压电传感器电荷放大电路、电源转换模块、信号采集模块以及数据无线传输模块供能，实现能量完全自供，避免了布线所对路面造成的破坏。
[0023] 2、本发明利用多级齿轮，在受到路面的压力时，带动终端的叶轮转动，从而拨动磁致伸缩材料的振动。这种拨动能够使得磁致伸缩材料的振动时间更长，从而增加整个装置产生的能量。
[0024] 3、本发明采用压电材料作为传感单元，设计的结构小，且内部放置多个压电传感器，具有灵敏度高，稳定性好，安装简易等优点。也避免了对路面开凿大的问题。
[0025] 4、本发明的工作方法中利用检测到各车轮的时间，测算出车辆的车速、轮距、轴数等参数，能够实现道路通行车辆的综合数据采集。
