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全面分析虚拟仪器技术的车载电容式称重传感器

2021-06-03 18:23 次阅读

虚拟仪器(Vinual Instrument,简称VI)是日益发展的计算机硬、软件和总线技术在向其他相关技术领域密集渗透的过程中,与测试技术、仪器仪表技术密切结合共同孕育出的一项全新的成果。由于仪器的专业化功能和面板控件都是由软件形成,因此国际上把这类新型的仪器称为“虚拟仪器”。

它是利用微机的数据处理和图形处理功能,将传统物理仪器的专业化功能和面板控件软件化,与检测数据间的接口也通过计算机软件来实现。从虚拟仪器显示面板(如虚拟显示屏、数码显示器指示灯示波器等,其在功能上与各种物理仪器相对应)可了解仪器的状态,读取测试结果进行分析。

1 车辆称重传感器概述

本文根据虚拟仪器的特点,利用电容称重传感器的车辆载荷检测装置,以车辆缓冲减振机构中的板弹簧作为称重传感器的弹性体,可随时随地进行静态或动态检测。在载荷作用下,汽车的缓冲减振机构(板弹簧)产生变形,安装在特定位置电容传感器两极板间的距离发生变化,电容值变化,传感器的输出电压也随之发生变化。

基于虚拟仪器从测试静态性能的参数分析入手,分析在车辆静止时货物变化时电容传感嚣两极板间电压变化的规律,为测试动态性能作参考。对特定的载荷对应的电压值进行分析,用虚拟仪器程序子VI的来进行误差分析和曲线拟合,既方便又直观。电容称重传感器的安装如图1所示。

基于虚拟仪器技术的车载电容式称重传感器分析

电容上极板部件安装在车架下部,左右居中;电容下极板部件安装在轮轴中部的上方,与电容上极板上下对正。车辆的每根轮轴上方均安装一套电容传感器。

车辆称重系统各元素之间的关系如下:

在载荷作用下,汽车的缓冲减震机构(钢板弹簧)产生变形,电容传感器两极板间的距离d发生变化,传感器的电容值也随之变化。预先标定出传感器电路输出电压值与该轮轴载荷值之间的关系,以后就可以根据各轮轴传感器电路的电压值得到该轮轴的载荷质量。将各轮轴的载荷质量相加,可以得到整车载荷质量。

2 试验及数据分析

基于虚拟仪器的电容法检测车辆载荷的静态分析试验是在黑豹SM1010型汽车上进行。该车辆为两轴钢板弹簧结构,额定载荷为500 kg。静态实验过程中保持车辆处于水平状态,两轮分别垂直压在SCS-2蛩电子数字平台秤上。以100 kg砝码作为标准单位载荷,对车辆装载或卸载。试验分为两个行程(每行程又包括正反两个方向),按照如下顺序装载或卸载:

正向1——在车辆自由状态下(无迟滞),自空载逐渐装载,直到传感器输出达到满量程;

反向1——在正向1的基础上,逐渐卸至空载;

正向2——在反向1的基础上(有迟滞),自空载逐渐装载,直到输出再次达到满量程;

反向2——在正向2的基础上,逐渐卸至空载。

根据试验数据,分别求出两个行程正反向传感器输出的算术平均值再求出总进程算术平均值。经虚拟仪器编程软件LabVIEW平台下编程显示,程序框图前面板如下。

基于虚拟仪器技术的车载电容式称重传感器分析

软件编程采用模块化设计,主要包括曲线拟合模块、直线拟合和误差分析模块等。误差分析模块中的最小二乘线性度、迟滞性误差以及重复性误差都采用子VI的形式,这为动态参数的分析编程提供了很大的方便。误差处理模块主要是在分析数据的过程中,对数据的重复性误差、最大标准偏差和迟滞性误差等进行分析处理。

这些数据为后续的数据处理和电容称重传感器补偿系统编程作为依据,如重复性误差编程如图4所示。为了掌握加速度对电容法车辆载荷检测的影响情况,根据预先标定出的载荷质量与电容传感器输出电压之间的对应关系,得到某一加速度(aH)下前、后轮轴以及整车的载荷质量,结果见表1。

基于虚拟仪器技术的车载电容式称重传感器分析

基于虚拟仪器技术的车载电容式称重传感器分析

从表中敷据可知:制动过程中,加速度aH=4 m/s2与aH=0 时相比,电容传感器检测到的前轴载荷质量增大了122.5%,后轴减小了60.7%,整车载荷质量增大了14.9%;加速过程中,加速度aH=1.78 m/s2与aH=0时相比,前轴载荷质量减小了55.7%,后轴增大了14.6%,整车载荷质量减小了14.4%。

由此可见,加速度对车辆载荷检测的影响很大,为了保证检测结果的准确性,必须利用软件补偿。

根据表1中的数据绘制出的载荷质量与加速度之间的关系曲线见图5。

基于虚拟仪器技术的车载电容式称重传感器分析

由以上分析系统显示结果可知,电容式车辆称重装置静态时具有较好的重复性,但也存在着一定的非线性误差及较大的迟滞性,直接影响着载荷检测结果。引起非线性误差的主要原因是电容相对变化量与极板之间的非线性的关系。而引起迟滞(包括反向行程不归零)的主要有两方面的原因:

1)真实材料都在一定程度上存在迟滞现象;

2)车辆载荷大小不同时,钢板弹簧的高度和长度随载荷而变化,弹簧片之间产生摩擦,弹簧片两端与车架连接处也产生摩擦。采用高弹性材料的钢板弹簧、改进机械设计、减小摩擦等办法可减小迟滞影响。而利用软件方式进行非线性补偿及迟滞性补偿效果十分明显。

3 结束语

基于虚拟仪器的车辆称重分析系统,具有操作方便,用户界面友好,易编程等特点,尽管虚拟仪器没有真正的仪表面板,但在功能上却远胜于传统物理仪器。实践证明基于虚拟仪器的车辆称重系统不仅适合于电容法检测车辆载荷静态测量分析,同时更适合于数据量更大的动态测量分析。本文的创新点在于利用虚拟仪器的软件面板对电容法检测车辆载荷静态测量进行误差分析,不仅摆脱了那种列表统计易出错的缺点,而且结果方便快捷直观。

编辑:jq

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/ KA431SA / KA431SL是在工作温度范围内具有可靠的热稳定性的3端可调式稳压器系列产品。通过两个外部电阻,可将输出电压设置为V REF (约2.5V)与36V之间的任何值这些器件具有0.2Ω的典型动态输出阻抗。有源输出电路提供灵敏的导通特性,使这些器件在许多应用成为齐纳二极管的很好替代品。 特性 可编程输出电压(到36 V) 0.2Ω(典型值)低动态输出阻抗 灌电流能力:1.0 mA至100 mA 50 ppm /°C(典型值)的等效满量程温度系数 为完整额定工作温度范围内的操作进行温度补偿 低输出噪声电压 快速接通响应 应用 此产品是一般用途,适用于许多不同的应用。 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-31 11:02 85次 阅读
KA431S 可调式/2.5V,2%容差分流稳压器

NCV8668 LDO稳压器 150 mA 低压差 低Iq

8是150 mA LDO稳压器,集成了窗口看门狗和复位功能,专用于微处理器应用。其坚固性使NCV8668可用于恶劣的汽车环境。低至0.3μA的低静态电流使其适用于永久连接到需要具有或不具有负载的极低静态电流的电池的应用。 Enable功能可用于进一步降低静态电流,降至1μA。 NCV8668包含保护功能,如电流限制和热关断。 特性 优势 5.0 V,±2%,150 mA 严格的调节限制 非常低的静态电流:Typ 38μA 节省电池寿命 极低压差 维持低输入时的输出电压调节电压(特别是在汽车起动过程中)。 启用功能 对设备的外部控制 重置可调节的上电延迟 禁止微处理器在低电压下执行未请求的任务。 Window Watchdog MPU控制 集成保护功能:电流限制热关机 自我保护 汽车的NCV前缀 符合汽车网站和变更控制& AEC-Q100资格要求。 应用 终端产品 车身控制模块 仪器和群集 乘员保护与舒适 动力总成 汽车 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-30 18:02 66次 阅读
NCV8668 LDO稳压器 150 mA 低压差 低Iq

NCV8715 LDO稳压器 50 mA 低压差 超低Iq

5是50 mA LDO线性稳压器。它是一种非常稳定和精确的器件,具有超低的接地电流消耗(在整个输出负载范围内为4.7 uA)和宽输入电压范围(高达24 V)。稳压器具有多种保护功能,如热关断和限流。 类似产品: NCV8715 NCV8716 NCV8718 输出电流(A) 0.05 0.08 0.30 PSRR f = 1kHz(dB) 50 50 压差电压(V) 0.230 0.310 0.285 特性 优势 工作输入电压范围:2.5 V至24 V 适合电池供电 1.2 V,1.5 V,1.8 V,2.5 V,3.0 V,3.3 V,5.0 V固定输出电压版本 Design Flexibi lity 低4.7 uA典型静态电流 延长电池寿命 1 kHz时PSRR 54 dB 适用于噪音敏感电路 热关断和当前的Liimit保护 保护产品和系统免受损坏 适用于XDFN6 1.5 x 1.5 mm和SC-70封装 节省空间 应用 信息娱乐,音频 安全系统 通讯系统 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-30 18:02 294次 阅读
NCV8715 LDO稳压器 50 mA 低压差 超低Iq

NCV33275 LDO稳压器 300 mA 高PSRR

5系列是微功率低压差(LDO)线性稳压器,提供各种输出电压以及封装,DPAK,SOT-223和SOP-8表面贴装封装。这些器件具有极低的静态电流,能够提供高达300 mA的输出电流。输出端存在短路,内部热关断电路提供内部电流和热限制保护。 MC33275可作为MC33375使用,包括开/关控制。 由于低输入至输出电压差和偏置电流规格,这些器件非常适用于需要延长有用电池寿命的电池供电的计算机,消费类和工业设备。 特性 低静态电流(125 mA) 低输入到 - 输出电压差为25 mV,I O = 10mA,260 mV,I O = 300 mA 极其严格的线路和负载调节 稳定2.5 V输出电压的输出电容仅为0.33 mF In内部电流和热限制 应用 电池供电的消费品 HandHeld Instruments 摄像机和相机 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-30 14:02 64次 阅读
NCV33275 LDO稳压器 300 mA 高PSRR

NCV8768 LDO稳压器 150 mA 低压差 低Iq

8是150 mA LDO稳压器,集成了窗口看门狗和复位功能,专用于微处理器应用。其坚固性使NCV8768可用于恶劣的汽车环境,典型低至31μA的超低静态电流使其适用于永久连接到需要具有或不具有负载的超低静态电流的电池的应用。 Enable功能可用于进一步降低静态电流,降至1μA。 NCV8768包含保护功能,如电流限制和热关断。 特性 优势 5.0 V,±2%,150 mA 严格的调节限制 超低静态电流:典型值31μA 节省电池寿命 极低压差 维持低输入时的输出电压调节电压(特别是在汽车起动过程中)。 启用功能 对设备的外部控制 重置可调节的上电延迟 禁止微处理器在低电压下执行未请求的任务。 Window Watchdog MPU控制 集成保护功能:电流限制热关机 自我保护 汽车的NCV前缀 符合汽车网站和变更控制& AEC-Q100资格要求。 应用 终端产品 车身控制模块 仪器和群集 乘员保护与舒适 动力总成 汽车 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-30 12:02 57次 阅读
NCV8768 LDO稳压器 150 mA 低压差 低Iq

NCP708 LDO稳压器 1 A 低压差 高PSRR 带使能

是一款超低压降稳压器,可提供高达1 A的负载电流,并保持1.5%的出色输出电压精度,包括线路,负载和温度变化。工作输入电压范围为2.4 V至5.5 V,使该器件适用于锂离子电池供电产品以及后调节应用。该产品提供3.3 V固定输出电压选项。可根据要求提供其他电压选项。 NCP708具有完全的过热保护和输出短路保护。小型6引脚UDFN6 3x3封装使该器件特别适用于空间受限的应用。 特性 优势 2.4 V至5.5 V工作输入电压范围 兼容锂离子电池 固定输出电压选项:3.3 V(其他可根据要求提供) 设计灵活性 Typ的低静态电流。 200μA 延长电池寿命 极低压降:最大250 mV。在Iout = 1 A 扩展电池范围 1 kHz PSRR时高70 dB 好噪声敏感电路 内部软启动 限制浪涌电流 ±1.5 %精度超过负载/线路/温度 高输出电压精度 热关断和电流限制保护 保护产品和系统免受损坏 UDFN6 3x3 mm包中提供 应用 硬盘,固态硬盘 服务器,网络设备 电信设备 电池供电应用 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-30 10:02 175次 阅读
NCP708 LDO稳压器 1 A 低压差 高PSRR 带使能

NCP603 LDO稳压器 300 mA 高性能 具有使能和增强型ESD保护

低压差(LDO)线性稳压器可在固定电压选项下提供300 mA输出电流,或从5.0 V至1.250 V的可调输出电压。它专为便携式电池供电应用而设计,并提供高性能功能例如低功耗操作,快速启用响应时间和低压差。该器件设计用于低成本陶瓷电容器,采用TSOP-5 / SOT23-5封装。 特性 优势 低压差电压 延长电池使用时间。保持更长的监管 3.0%输出电压容差 高性能应用的严格公差 增强型ESD范围(HBM 3.5 kV,MM 400 V) 增强部件抗ESD事件的稳健性 外部电阻可调输出从5.0 V降至1.250 V 快速启用15 us的开启时间 优秀的线路和负载调节 没有旁路电容的50 uVrms的典型噪声电压 摄像机 应用 终端产品 消费者 通讯设备 SMPS后监管 手持式仪器 便携式计算 相机 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-30 09:02 116次 阅读
NCP603 LDO稳压器 300 mA 高性能 具有使能和增强型ESD保护

NCP605 LDO稳压器 低熔断器 具有增强的ESD保护

/ NCP606低压降(LDO)线性稳压器在固定电压选项下提供超过500 mA的输出电流,或者在5.0 V至1.25 V范围内提供可调输出电压。这些器件专为空间受限和便携而设计电池供电的应用,并提供额外的功能,如高PSRR,低噪音操作,短路和热保护。这些器件设计用于低成本陶瓷电容器,采用DFN6 3x3.3封装。 NCP605的设计没有使能引脚,NCP606设计有使能引脚。 特性 输出电压选项:可调,1.5 V,1.8 V,2.5 V,2.8 V, 3.0 V,3.3 V,5.0 V 外部电阻可调输出,从5.0 V降至1.25 V 电流限制675 mA 低I GND (独立于负载) ±1.5%输出电压容差,适用于所有工作条件(可调) ±2%输出电压容差操作条件(固定) NCP605已修复直接替换LP8345 没有旁路电容的50μVrms的典型噪声电压 增强型ESD额定值:4 kV人体模式(HBM) 400 V Ma中文模型(MM) 这些是无铅设备 应用 终端产品 电池电力电子设备 便携式仪器 硬盘驱动程序 笔记本电脑 电路图、引脚图和封装图...
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NCP605 LDO稳压器 低熔断器 具有增强的ESD保护

NCP571 LDO稳压器 150 mA 超低Iq 低输出

固定低压差(LDO)线性稳压器专为需要1.2 V或更低电压轨的应用而设计。这款LDO非常适用于需要低静态电流的手持通信设备和便携式电池供电应用,因为NCP571系列具有4.0 uA的超低静态电流。该器件集成了电流限制和过温保护电路。 NCP571设计用于低成本陶瓷电容器,需要0.1 uF的最小输出电容。该器件采用TSOP 5或2x2.2mm DFN封装。标准电压版本为0.8 V,0.9V,1.0 V和1.2 V.其他电压选项可根据需要提供。 特性 优势 低静态电流4.0 uA(典型值) 适用于低功率应用和电池供电产品。 最大工作电压12 V Robuse技术制造该器件适用于各种应用。 低输出电压选项低至0.8 V 可为低压处理器和应用提供低于1.2V的电压轨。 应用 终端产品 电池供电仪器 应用ns要求电压轨低于1.2V 摄像机,相机,GPS设备 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-30 08:02 187次 阅读
NCP571 LDO稳压器 150 mA 超低Iq 低输出

NCP5504 LDO稳压器 250 mA 双输出 低噪声

4是一款双输出低压差(LDO)线性稳压器,在工作温度范围内具有+/- 2.0%的精度。它具有3.3 V的固定输出电压(适用于其他固定输出电压选项的工厂触点)和可调节输出,范围为1.25 V至5.0 V.它采用5引脚DPAK无铅封装。 NCP5504 LDO线性稳压器提供低噪声工作,无需旁路电容用于固定输出。该器件的纹波抑制为75 dB,250 mA时的压差为250 mV。 NCP5504适用于后调节和功率敏感的电池供电应用。 特性 一个固定输出和一个可调节输出 可调输出电压从1.25 V到5.0 V 低压差250 mV典型值250 mA 低静态电流370μA 75 dB的纹波抑制 温度范围-25°C至+ 85°C 温度2.0%的准确度 热保护和电流限制 应用 视听设备 电池供电的消费类产品 仪器仪表 计算与网络国王申请 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-30 07:02 210次 阅读
NCP5504 LDO稳压器 250 mA 双输出 低噪声

NCP1117LP LDO稳压器 1 A 固定和可调 正

7LP低压降(LDO)线性稳压器是流行的NCP1117系列低压差稳压器的低功耗版本,具有降低的静态电流。它主要用于0到125度温度范围内的大批量消费应用。该系列产品能够提供超过1 A的输出电流,在1 A全电流负载下具有1.3 V的压差,该系列包括1.5 V,1.8 V,2.5 V,3.3 V的可调和五种固定电压版本, 5.0 V。 特性 优势 输出电流超过1.0 A 1A输出电流 应用 终端产品 电视和监视器 电视和监视器 设置顶盒和娱乐设备 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-30 07:02 94次 阅读
NCP1117LP LDO稳压器 1 A 固定和可调 正

MC79L 线性稳压器 100 mA 5 V 负极

0负线性稳压器是一款价格低廉,易于使用的器件,适用于需要高达100 mA电流的众多应用。与功率更高的MC7900系列负调节器一样,该线性稳压器具有热关断和电流限制功能,使其非常坚固耐用。在大多数应用中,无需外部元件即可运行。 MC79L00线性稳压器适用于卡上调节或需要适度电流水平的稳压负电压的任何其他应用。与常见的电阻/齐纳二极管方法相比,该稳压器具有明显的优势。 规格: MC79L00AB MC79L00AC 容差 4% 4% 温度范围 -40°C到+ 125°C 0°C至+ 125°C 封装 SOIC-8,TO-92 SOIC-8,TO-92 特性 无需外部组件 内部短路电流限制 内部热过载保护 低成本 提供的互补正稳压器(MC78L00系列) 无铅封装是Av ailable 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-30 06:02 188次 阅读
MC79L 线性稳压器 100 mA 5 V 负极

NCP1594A 同步DC-DC降压转换器 集成 2.9至5.5 V 4A 开关频率高达2 MHz

4A提供了极大的灵活性,可以进行设计优化。该部件能够优化尺寸与效率之间的权衡和可调节性,以满足各种POL应用。可调功能包括软启动时序,开关频率,输出电压和工作模式(固定CCM模式或DCM / CCM操作)。附加功能包括REFIN输入,允许使用外部参考,可用于DDR终端应用。可通过两个输入选择九个输出电压,或者可通过两个外部电阻在外部调节该部件.NCP1594A具有过流,欠压和热故障保护功能。该部件在-40C至85C之间完全指定。 特性 优势 2.9 V至5.5V的操作 允许从3.3V或5V总线轨操作 可调频率从500 kHz到2 MHz 优化总体规模与效率的权衡 9固定输出电压或外部可调低至0.6V 节省外部电阻和/或提供设计灵活性 欠压,过流和过温保护 保护IC免受故障 可调节软启动 设置受控输出斜坡上升时间 安全启动到prebias输出 防止来自输出电容器的反向电流 外部参考输入 允许更改输出并可用于DDR终止应用程序 逐周期过流 防止过流情况 可调开关频率从500kHz到2MHz 在规模和效率方面优化设计 REFIN输入 允许在...
发表于 07-30 04:02 230次 阅读
NCP1594A 同步DC-DC降压转换器 集成 2.9至5.5 V 4A 开关频率高达2 MHz

LV5762QA 降压型开关稳压器

QA是一个1ch降压电压开关稳压器。 特性 1ch降压开关稳压控制器 与负载无关的软启动电路 频率折返功能 开/关功能 内置逐脉冲OCP电路。通过使用外部MOS的导通电阻进行检测。 电路图、引脚图和封装图
发表于 07-29 21:02 197次 阅读
LV5762QA 降压型开关稳压器