[发明专利]用于动态称重传感器的电子电路

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于将安装在行车道中的WIM(动态称重)传感器的电荷信号转换为电压信号的电子电路以及一种包含这种电路的传感器。

背景技术

用于在道路上的车辆驶过时检测车辆重量的力传感器，也就是所谓的WIM(Weight-in-Motion，动态称重)传感器安装在行车道中(例如公路中)，并测量车辆的动态地面反应力，以由此确定车辆的重量。通常为此使用压电传感器。在此将电荷作为信号。通常是借助于电缆将电荷传输到外部的电荷放大器，其将电荷信号换算为电压信号。由于电荷非常小，因此去往电荷放大器的信号路径必须是高度绝缘的，如其在压电传感器的导线中所始终规定的那样。由此将产生较高的成本，因为高绝缘电缆是非常昂贵的。由于在实践中，道路中的传感器和具有电子设备的机柜之间往往相距甚远，因此需要较长的电缆，这使得设备相对昂贵。

传输电压信号相比于电荷信号来说问题更少。如果传感器信号已经在传感器中转换成电压信号，则之后对传感器信号的处理将大大简化，因为例如可以因此使用简单的电缆。

为了将电荷转换成电压信号，有两种已经证明是很好的电路。作为第一选择的是所谓的IEPE电路其优点是只需要为此使用很少的组件。由于这种用于WIM传感器的上述应用的电子装置与传感器一起安装在行车道中，因此在任何情况下都必须避免失效，因为更换传感器是不可能的。在更换传感器时，行车道在一定的时间内是无法通行的并且必须被封闭。由于必须根据安装位置预估较高的温度差异和其他的环境影响，从而再次增加了对质量的要求。较少数量的组件有助于简单并因此而耐久地保持该电子装置。IEPE电路的第二个优点是：如果电荷信号已经在传感器中转换为电压信号，因此标准的同轴电缆就足以实现信号传输和馈电(Speisung)。然而，在所给出的应用中不能使用IEPE电路，因为传感器的较高的电容和内部电阻直接成为了电路的组成部分。而电容在传感器之间会发生变化，这意味着，各个传感器具有不同的信号特性。此外，各个传感器的电阻会随着时间的推移而改变，由此将导致信号的灵敏度也随着时间的推移而改变。因此，利用IEPE电路不能获得具有所需精度的测量结果，特别关于较长的时间间隔的测量结果。

由专利文献US 4009447的图7和图8可知这种根据现有技术的IEPE电路。有鉴于传感器的较高的电容和该电容在温度波动时的变化，信号的灵敏度在各种情况下都会发生变化，从而降低了测量结果的精度。

专利文献US 5792956给出了IEPE电路的另一个例子，其中，传感器的接地输出并不位于与放大器的接地输出相同的电位上，因为在它们之间接入了齐纳二极管。但是，由于在WIM传感器中，传感器接地必须位于输出信号接地的电位上，因此该电路不能用于所述的目的。

作为第二选择的电荷放大器没有这些缺点。为此，需要两芯屏蔽电缆用于信号和馈电，如上所述，该电缆非常长，因而非常昂贵。所以，这与期望的解决方案不符。如果将电荷放大器直接安装在传感器中，为此需要附加的馈电电缆，这将再次增加设备成本。

由专利文献US 4009447的图10和图11可知另一种根据现有技术的电荷放大器。在这种布置中，传感器的电压由齐纳二极管提供，如果绝缘随时间而变差，则会导致电流流过传感器，这是绝对要避免的。

发明内容

本发明的目的在于提出一种电子电路，其能够在传感器的内部实现电荷信号向电压信号的转换，该电路安全、简单，从而能够直接安装在行车道中。而且，该电路可以连接在两个简单的导线上，这种线路不必是高度绝缘的，并且可以为电子装置提供所需要的馈电。此外，该电路不会受到传感器属性(例如电容和电阻)的影响。

本发明的目的通过根据本发明的电子电路来实现。根据本发明的电路包括具有IC1的电荷放大器，该IC1具有第一输入端和第二输入端。这些输入端可以作为传感器元件的输入端，传感器元件反过来又具有两个输出端，即电荷信号输出端和接地输出端。

该电路在相对于两线电缆的输入端上还具有集成的阻抗变换器(IEPE)。根据本发明，在电荷放大器的IC1的第一输入端上，电容器Cc与传感器的信号输出端串联连接，以便使该电路的内部直流电压在传感器上去耦。此外，在传感器的接地输出端和IC1的第二输入端之间设置齐纳二极管D，其可以通过电阻R1与设置在输出端侧的电源一起供电，以调节IC1的第二输入端上的电位。