一、传感器的原理和特点

　　新型实用剪切应变式重量传感器属电阻应变式传感器范畴，弹性体为标准钢轨，即把电阻应变片粘贴在标准钢轨腹板上。该传感器利用剪切应变力学原理工作，当标准钢轨受外力（重量）作用后，可测量由剪切力引起的切应力，我们暂且称之为“标准钢轨剪切应变式重量传感器”。该传感器专用于铁路货车称重，与其他几种铁路货车重量传感器相比有如下特点：

　　⒈ 与GG型钢轨传感器相比，钢轨尺寸满足铁路安全要求和较高车速动态计量要求，且机加工方便；

　　⒉ 与椎型塞入式传感器相比，解决了难以配合的剪力传递界面的影响；

　　⒊ 与现场贴片式传感器相比，精度高、室内标定方便、工作寿命长。

　　二．传感器主要技术指标

　　⒈ 灵敏度：1.39±0.1%mV/V⒉ 额定载荷：28T

　　⒊ 非线性：<0.5%F.S⒋ 测量范围：2~22T

　　⒌ 滞后误差：<0.5%F.S.⒍ 重复性误差：<0.5%F.S.

　　⒎ 零点温漂：<0.5%F.S./℃⒏ 供桥电压：+12V

　　⒐ 工作温度：-40℃~+60℃⒑ 使用寿命：>500万次

　　三．传感器的生产工艺

　　1、选材：根据用户实际情况，选用43kg/m或50kg/m标准钢轨，取长度3.60m~7.50m，并用超声波探伤法对钢轨进行质量检测；

　　2、加工及处理：对钢轨进行精细机加工，用铣床铣、磨贴面，并用砂纸打磨成45o交叉网纹，然后清洗；

　　3、贴片：把经过自然时效处理和测试的应变片粘贴到钢轨上。方法是将四个应变片分别贴在钢轨腹板的两面，并与中心轴线成45o的互相垂直的位置上，这四个应变片组成一个全桥；四个全桥组成一根传感轨。

　　4、传感器处理：将传感轨放入自制的高温固化炉中进行高温固化。待自然冷却后，对每个电桥进行零点补偿和温度补偿。然后涂防潮胶处理，最后用标准砝码进行标定。

　　四．传感器在火车动态电子轨道衡中的应用

　　1．火车动态电子轨道衡工作原理

　　当一列货车匀速或滑行通过测重段时，先到达速度传感器，计算机先测出速度并判断出货车运行方向。同时计算机系统由零点调待车状态，进入数据采集程序，并做好称重的准备工作。当货车车轮到达重量传感器时，传感器输出与轮重成比例的剪切应变信号，经过电桥盒组桥，由电缆传送到机房，再经放大、滤波后送A/D板采集、转换、存储。计算机实时修正某些变量函数，并发出各种控制命令实现多通道的连续采集。当一列货车采集完成后，程序转入数据处理状态，根据机头类型、机头轴数，判别出车头、煤水车、守车与车厢，计算出单个车厢与整列车的毛重、自重、净重。最后显示、打印测量结果，包括每节车厢的车号、物质类别、毛重、自重、净重、车速和整个车列的总重量（不包括机头和煤水车、守车）等。

　　2．火车动态电子轨道衡硬件组成原理框图（图1）

　　测控平台的组成: 选用研华工控机为测控平台，其主要配置如下：

　　(1)IPC-610型工业标准机箱；

　　(2)PCA-6157工业级CPU卡；

　　(3)PCL-812PG数据采集卡；

　　(4)PCL-720数字I/O卡；

　　(5)PHILIPS 15C1320W／89H型15"数码自动扫描彩色显示器；

　　(6)2.1G硬盘、1.44M软驱、键盘、Epson LQ-150K打印机等。

　　由于传感器输出信号较弱，而且现场还有较强的工频、静电、电磁藕合等共模干扰，因此放大器采用美国AD公司的测量放大器AD521，并组成程控放大器，其增益由I/O板的输出信号自动控制。滤波器采用有源带通滤波器。

　　3．火车动态电子轨道衡主程序流程图（图2）

　　计算机程序采用C++语言编写。在WINDOWS98环境下运行。程序设计具有良好的人机界面，采用下拉式菜单操作，设有帮助功能，操作简单，工人稍加培训即可上岗。设有自检自校功能，以保证仪器的测量精度和测量结果的可靠性。此外程序采用模块化设计，便于用户修改与扩展。

　　4．火车动态电子轨道衡现场安装示意图（图3）

　　火车动态电子轨道衡由4根传感轨组成，每根传感轨又由4个传感器组成。传感轨之间及传感轨与引轨之间采用鱼尾板连接。两只速度传感器安装在引轨上，用于测速和判别火车行驶方向。重量传感器之间距离及速度传感器与邻近称重传感器之间距离都有具体要求。电桥补偿电路置于水泥池内的防水桥盒内，通过屏蔽电缆与主机连接。

　　5.几点使用经验：

　　(1). 4根传感轨应处在自由状态，轨缝不能顶死，也不能太大，线路应有可靠防爬措施。

　　(2). 水泥枕之间的距离，应保持在701±10 mm 之内，两边的4根传感轨注意用方尺进行方正检查，保持两边4根传感轨对称，防止错位。

　　(3). 当两个速度传感器上吸有过多的铁磁物时，应及时清除。

　　(4). 广泛使用防潮设计、容错设计、抗干扰设计、接地与屏蔽设计技术，以提高称重准确度。

　　五、结论

　　由新型剪切应变(标准钢轨)重量传感器构成的火车动态电子轨道衡已小批量生产。用户反映良好。它具有如下优点：

　　1、在老铁路线上（铁路专线上）安装、调试、维修时，不影响机车正常运行；

　　2、首次路基改造，线路停止运输时间小于6小时。

　　3、真正实现了无基坑和普通石渣道床。

　　4、无过渡器，仍用鱼尾板连接，运行安全可靠。

　　5、适合于铁路上的各种车型， 不受轨距1435 mm 的限制，可宽可窄。

　　6、能对铁路四轴货车进行不摘钩连续动态称重，适合于内燃机车、蒸汽机车、电力机车的各种牵引方式。