系統(tǒng)組成

    目前多數(shù)計(jì)重收費(fèi)系統(tǒng)包括以下幾個(gè)部分：1.計(jì)重秤臺(tái)； 2.稱重控制器； 3.輪軸識(shí)別器；4.紅外車輛分離器；5.信息顯示屏；6.收費(fèi)計(jì)算機(jī)。以下分別敘述各部件的選用要點(diǎn)。

    一、計(jì)重秤臺(tái)

    對(duì)衡器廠家來(lái)說(shuō)，計(jì)重秤臺(tái)似乎是簡(jiǎn)單的部分，事實(shí)上這里的問(wèn)題也不少。目前秤臺(tái)主要有二大類型：常規(guī)鋼秤臺(tái)和彎板式秤臺(tái)。其中彎板式秤臺(tái)實(shí)際上是一個(gè)特殊傳感器，國(guó)內(nèi)制造技術(shù)尚不成熟，應(yīng)用也不多，我們這里只討論常規(guī)鋼制秤臺(tái)。
    鋼制秤臺(tái)在結(jié)構(gòu)上有兩種形式：稱重傳感器安裝于高于秤臺(tái)的位置，我們稱之為上翻式秤臺(tái)，另一種則是將傳感器裝在秤臺(tái)下面，與常規(guī)汽車衡一樣。二者對(duì)比，前者由于傳感器安裝在地面以上，不容易受水的浸泡，同時(shí)更換傳感器也比較方便。但這種結(jié)構(gòu)兩頭有突起，必須將突起部分安裝于安全島內(nèi)或另加保護(hù)以免被壓壞。同時(shí)制造成本也高于后者。
    秤臺(tái)制造過(guò)程中的兩個(gè)主要問(wèn)題是秤臺(tái)強(qiáng)度和限位裝置。在動(dòng)態(tài)稱重系統(tǒng)中，秤臺(tái)的自振和變形都會(huì)對(duì)動(dòng)態(tài)精度產(chǎn)生不良影響，高強(qiáng)度的秤臺(tái)不但能減小變形，提高使用壽命，也可大大減小自振的幅度，提高自振頻率，對(duì)動(dòng)態(tài)性能的提高非常有利。
    目前秤臺(tái)限位主要有兩種類型，一種是拉桿式限位，另一種是頂式限位。這兩種方式?jīng)]有本質(zhì)的區(qū)別，只是在設(shè)計(jì)和安裝時(shí)需要特別注意限位機(jī)構(gòu)不能將水平力轉(zhuǎn)化為垂直力，對(duì)拉桿式限位，也就是要確保拉桿的水平，這就需要現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試人員充分認(rèn)識(shí)到其重要性，仔細(xì)調(diào)試，同時(shí)加長(zhǎng)拉桿長(zhǎng)度也有利于調(diào)試。對(duì)頂式限位，一方面要保證被頂?shù)南尬粔K垂直于秤體平面，同時(shí)頂塊采用鋼球等機(jī)構(gòu)也有利于性能改善。為了改善調(diào)試質(zhì)量，我們強(qiáng)烈建議使用一體化秤臺(tái)，在出廠前完整調(diào)試，整體安裝。

二、稱重顯示控制器

這是整個(gè)系統(tǒng)的核心部件，由于技術(shù)難度較大，目前國(guó)內(nèi)可供選擇的用于計(jì)重收費(fèi)系統(tǒng)的儀表不多。稱重顯示器的主要作用是：1、采集秤臺(tái)的重量信息，并據(jù)此計(jì)算出動(dòng)態(tài)重量；2、采集輪軸識(shí)別器上傳的信息，判斷車輛類型；3、判斷車輛的進(jìn)退；4、負(fù)責(zé)與計(jì)算機(jī)的通訊。
    常有客戶詢問(wèn)我們動(dòng)態(tài)儀表的采樣率，以為采樣率越高動(dòng)態(tài)精度越好，實(shí)際上這是一個(gè)誤解。動(dòng)態(tài)稱重時(shí)確實(shí)需要有比靜態(tài)更高的采樣率，但只要采樣率符合Naquest定律的要求（即采樣率不低于信號(hào)有效頻率的二倍即可保證包含信號(hào)的所有信息），更高的采樣率是沒(méi)有任何意義的，事實(shí)上現(xiàn)在高速采樣的轉(zhuǎn)換器多如牛毛，若提高采樣率就可達(dá)到高精度那么動(dòng)態(tài)稱重就沒(méi)有難度了。我們分析了大量采集到的汽車通過(guò)動(dòng)態(tài)汽車衡的波形，在車輛速度不大于30km/h時(shí)，50HZ以上的分量很小，因此采用200HZ以上的采樣率即可。決定儀表動(dòng)態(tài)性能的關(guān)鍵因數(shù)是算法，這里不展開(kāi)討論。
    這里需要著重談?wù)勡囕v進(jìn)退的判別問(wèn)題。在收費(fèi)車道上車輛的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)非常復(fù)雜：正常正向行使、倒退、開(kāi)上秤臺(tái)后又倒退、退上秤臺(tái)又前行……。若不能正確判斷車輛的這些運(yùn)行軌跡，則可能造成車型判斷錯(cuò)誤和收費(fèi)計(jì)算機(jī)隊(duì)列混亂，造成不必要的糾紛。目前判斷行駛方向有兩種方法：一是在秤臺(tái)邊緣加一對(duì)或二對(duì)光電開(kāi)關(guān)，這種方法簡(jiǎn)單、成本低，但是在雨雪天車輪帶起的泥漿會(huì)很容易堵塞光電開(kāi)關(guān)造成工作不正常。另一種方法就是在儀表上設(shè)計(jì)通道，利用秤臺(tái)的稱重傳感器兼做方向判別，這種方法不受干擾，只要能稱重就能判別行使方向，而且任何復(fù)雜的運(yùn)行軌跡都能正確判別，實(shí)踐證明可靠性非常好。

三、輪軸識(shí)別器

    輪軸識(shí)別器的作用是正確判別通過(guò)的車軸每側(cè)是單輪還是雙輪，同時(shí)與秤臺(tái)一起判別軸型是單軸還是雙聯(lián)軸或三聯(lián)軸。目前常見(jiàn)的輪軸識(shí)別器大體上有兩大類：一是采用多個(gè)傳感器，通過(guò)檢測(cè)車輪壓到傳感器的數(shù)目來(lái)判斷單/雙輪，另一種是采用壓電元件來(lái)識(shí)別，后者使用不多，我們只討論前者。
    一個(gè)輪軸識(shí)別器包括一排傳感器和一個(gè)控制器，12個(gè)傳感器（視車道寬度不同可有增減）裝在一個(gè)框架內(nèi)，車輪壓在輪軸識(shí)別器上時(shí)，控制器識(shí)別被壓到的傳感器數(shù)目和位置，當(dāng)有三個(gè)以上傳感器被壓到或二個(gè)不連續(xù)的傳感器壓到則判為雙輪，否則為單輪。有少量輕型的雙輪軸，由于其車輪特別窄，某些輪胎正好從傳感器之間穿過(guò)，可能會(huì)出現(xiàn)誤判，但這些車輛的軸載均不可能超限，一般不在超限檢測(cè)的范圍。輪軸識(shí)別器上使用的傳感器通常有稱重傳感器和非接觸式開(kāi)關(guān)兩大類，目前都有應(yīng)用。相對(duì)來(lái)說(shuō)，開(kāi)關(guān)式的由于有機(jī)械運(yùn)動(dòng)，對(duì)防水要求特別高，也容易出現(xiàn)磨損問(wèn)題，但控制電路較為簡(jiǎn)單，無(wú)傳感器漂移等問(wèn)題。稱重傳感器方式?jīng)]有機(jī)械運(yùn)動(dòng)，因而機(jī)械磨損要小得多，但防水性能仍是決定輪軸識(shí)別器可靠性的主要因數(shù)。同時(shí)稱重傳感器方式的控制電路較為復(fù)雜,傳感器在使用中容易產(chǎn)生零位漂移，需要在控制器中加以補(bǔ)償，否則會(huì)產(chǎn)生很高的故障率。我們研制了一種用稱重傳感器的控制器，不但能自動(dòng)補(bǔ)償零點(diǎn)漂移，還能自動(dòng)指示并且屏蔽故障的傳感器，大大延長(zhǎng)了輪軸識(shí)別器的維修周期。

四、紅外車輛分離器

    紅外車輛分離器的作用是檢測(cè)車輛是否已*通過(guò)秤臺(tái)，由一組紅外發(fā)射/接收對(duì)管組成。考慮到拖掛車的檢測(cè)，相臨紅外管之間的間距不大于40mm，為能檢測(cè)各種車型，紅外管離地高度不大于50cm，點(diǎn)離地高度不小于160cm，高速公路上行駛的車輛比普通公路單純一些，一般可適當(dāng)放寬高度要求。目前一般選用120cm的紅外分離器，高速公路也可用90cm規(guī)格。
    除高度要求外，選用紅外分離器主要是要考慮足夠的檢測(cè)距離，要確保在惡劣氣候如濃霧、雨雪等條件下正常工作，為此在北方寒冷地區(qū)還需要加上電除霜裝置。有些紅外車輛分離器（如美國(guó)STI等）還能自動(dòng)屏蔽粘在玻璃上的泥巴、小蟲等的影響，工作可靠性甚好。
    有些業(yè)主要求配置地感線圈作為紅外分離器的備份。地感線圈是利用車輛經(jīng)過(guò)埋有線圈的路面時(shí)引起線圈電感量變化來(lái)檢測(cè)車輛的，它不能可靠分離二輛靠得很近的車輛，也會(huì)將拖掛貨車誤判為二個(gè)車，因此準(zhǔn)確率較低。由于紅外分離器故障率不高，且多數(shù)收費(fèi)站都有冗余車道，本身已有全套備份，因此筆者認(rèn)為實(shí)際意義不大。