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　　本文提出了一種電容式車輛載荷檢測系統(tǒng)，該系統(tǒng)中載荷檢測傳感器采用差動式結(jié)構(gòu)，大大提高了測量的靈敏度和非線性，電容測量線路采用差動脈沖寬度調(diào)制集成測量電路，數(shù)據(jù)的采集和處理采用自帶A/D轉(zhuǎn)換器的STC89LE516AD單片機芯片，數(shù)據(jù)通信采用無線通信模式。這種載荷檢測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉，安裝方便，差動式電容載荷傳感器抗干擾能力強、動態(tài)響應(yīng)好、測量范圍寬、靈敏度高、穩(wěn)定性能好。

　　1 差動式電容車輛載荷檢測系統(tǒng)

　　差動式電容車輛載荷檢測系統(tǒng)如圖1所示。

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　　車輛載荷檢測裝置為便攜式，使用時鋪設(shè)在路面上。手持裝置為測量系統(tǒng)控制單元，通過無線通信方式對檢測裝置發(fā)出指令和接收數(shù)據(jù)。載荷檢測傳感器采用差動式電容載荷傳感器，傳感器將載荷的變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡娙葜档淖兓?。電容測量電路采用獨特的差動脈沖寬度調(diào)制集成電路，將來自于差動式電容載荷傳感器的極其微弱的電容信號采集出來，并轉(zhuǎn)化成易于檢測的電壓信號。數(shù)據(jù)處理模塊采用內(nèi)部自帶8路8位A/D轉(zhuǎn)換器的電壓輸入型STC89LE516AD單片機芯片。數(shù)據(jù)處理模塊對信號進行A/D轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理，之后，將處理后的載荷結(jié)果輸出。為了減少線路鋪設(shè)的麻煩，增加工作人員的安全性，檢測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信采用無線通信裝置。

　　2 差動式電容載荷傳感器結(jié)構(gòu)及工作原理

　　差動式電容載荷傳感器結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。它主要由測量頭、外殼、敏感元件(彈性體)、定極柱、動極柱、電極、等位環(huán)、引出線等構(gòu)成。其特點為：測量范圍寬;靈敏度高，便于拾取信號;極板間不接觸、不變形、不磨損，機械損失小、壽命長;電容傳感器受溫度影響小;動態(tài)性能好;結(jié)構(gòu)簡單、適應(yīng)各種惡劣環(huán)境和場合。

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　　傳感器的測量頭和殼體為間隙配合，兩者之間可相對滑動，并有定位螺釘定位測量頭的初始位置，定位螺釘同時也起到測量頭滑動時的定向作用，還可使施力物體保持相對穩(wěn)定。測量頭由敏感元件(彈性體)支撐，它受外力作用后把該力傳給敏感元件。敏感元件(彈性體)位于測量頭和殼體之間，起感受外力并按一定關(guān)系轉(zhuǎn)化為機械位移量的作用。動、定極柱為中空圓柱型，其表面鍍有電極。動極柱與測量頭粘接為一體，隨測量頭一起滑動。定極柱與殼體粘接為一體，相對固定不動。在動、定極柱電極的兩端均設(shè)有等位環(huán)，以減小電容邊緣效應(yīng)，提高測量精度。

　　當(dāng)差動式電容載荷傳感器受外力F作用時，測量頭把該力傳給敏感元件，敏感元件是彈性系數(shù)為k的彈性體，在該力作用下發(fā)生彈性變形，其變形量d與作用的外力成正比。敏感元件的變形使得測量頭以及動極柱上的電極移動同樣的距離d。此時，差動電容載荷傳感器的電容值將產(chǎn)生相應(yīng)的變化，其變化量為△c，測量頭移動的距離d與傳感器輸出電容的變化量△c成正比。由此可知，被測物體所受外力F與差動式電容載荷傳感器的輸出電容變化量△c成正比，即：

(式中，k為敏感元件的彈性系數(shù);L為動極柱與定極柱初始覆蓋部分長度;c0為單個電容電極間的初始電容)。只要由測量電路檢測出電容的變化量△c，就可知物體所受的外力F。

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