Piezoelektrické snímače v systémech pro kontrolu přetížení silničních vozidel v provozu

Stávající systémy kontroly přetížení silničních vozidel v provozu dálnic a rychlostních silnic je třeba zdokonalovat vyšší účinností, protože provoz na těchto našich vozovkách se po vstupu do Evropské unie podstatně zvýšil. Dosud probíhají kontroly přetížených vozidel na dálnicích a rychlostních silnicích ve dvou alternativách. V té první náhodný výběr vozidel policistou zahrnuje jen část vozidel z provozu určených nejprve k přibližnému vážení a posléze k přesnému vážení přetížení. V té druhé nahrazuje policistu provádějícího náhodný výběr přetížených vozidel systém s piezoelektrickými snímači, který určí všechna přetížená vozidla v provozu s informací on-line pro stanoviště policie. JAK VYUŽÍT SNÍMAČŮ K MĚŘENÍ OSOVÝCH ZATÍŽENÍ U VŠECH JEDOUCÍCH VOZIDEL Rychlost a správnost výběru přetížených vozidel z celkového počtu vozidel na vozovce k průkaznému měření má rozhodující význam pro efektivnost celého systému kontroly přetížení. Dosud podle náhodného výběru policisty je odkloněno za hodinu 150 až 200 vozidel, u 10 až 20 % z nich vzniká po předběžném měření oprávněné podezření na překročení osových hmotností. Tato vozidla jsou odkloněna k přesné váze na změření skutečného zatížení. Piezoelektrické snímače vestavěné do vozovky měří ve všech vyznačených proudech vozovky tlaky způsobené osovými hmotnostmi všech jedoucích vozidel i do rychlosti např. vyšší než 100 km.h-1. Současně s tím probíhá jejich identifikace a záznam překročení osových hmotností. Protože přesnost je omezena, je třeba všechna vozidla s naměřeným přetížením větším např. než 10 % identifikovat a výsledky vyslat na stanoviště policistů vzdálené od místa měření několik set metrů až několik km. Policisté pak odesílají podezřelá vozidla k přesné váze až do vzdálenosti několika km. Evidentní je rozdíl v počtu vozidel vybraných policistou a počtem všech podezřelých vozidel jedoucích v hustém provozu dálnic a rychlostních silnic, která zaznamenají piezoelektrické snímače vestavěné ve vozovce. PIEZOELEKTRICKÉ SNÍMAČE se v současné době nejčastěji používají ve strojírenském výzkumu a vývoji k měření zrychlení kmitavého pohybu a k měření časově proměnných tlaků. Měří v širokém frekvenčním rozsahu a vyznačují se definovanou linearitou ve stanovených mezích, vysokou spolehlivostí a dlouhodobou stabilitou. Jejich velkou výhodou je, že patří k aktivním snímačům generujícím měřicí elektrický signál, a tudíž nepotřebují vnější napájecí zdroje. Piezoelektrické snímače nemají pohyblivé části citlivé k opotřebení. Jejich základním měřicím prvkem je element z piezoelektrického materiálu, nejčastěji křemene nebo keramik titaničitanu barnatého (Ba Ti203). Fungují jako nabitý kondenzátor, takže uvnitř i vně snímače musí být zajištěn vysoký izolační i vysoký vstupní odpor připojené elektroniky. Nemohou měřit statické tlaky, ale tlaky od frekvencí 3 až 5 Hz. Generují měřicí signál s chybou kolem 1 %, mají miniaturní rozměry a umožňují měřit v širokém frekvenčním rozsahu, např. do 100 kHz. PIEZOELEKTRICKÉ SNÍMAČE ZATĚŽOVÁNÍ JSOU INSTALOVÁNY V POVRCHOVÉ DRÁŽCE VOZOVKY K docílení vyhovující přesnosti měření sil vyvolaných přejezdem snímače záleží vedle jeho metrologické charakteristiky i na dokonalosti jeho dlouhodobé instalace ve vozovce za provozu. Snímače WIM jsou moduly o délce 1 m a jsou vyrobeny z vysoce pevnostní oceli. V nich jsou ve vzdálenostech 50 mm uloženy měřicí křemíkové elementy. Ohybová tuhost modulů je přizpůsobena deformacím vozovky, brání únavovému poškození a stlačování měřicích elementů nezatížené vozovky. Moduly jsou propojovány do požadované délky podle šířky vozovky. Kabely připojující křemíkové elementy k elektronice pro zpracování měřicích signálů jsou vedeny společně jedním kanálkem. Pohybující se vozidlo vyvolává ve vozovce nezanedbatelné horizontální síly. Jejich vliv na snímače je vyloučen uložením modulů s křemíkovými elementy do měkkého materiálu. Praktické zkoušky po instalaci snímačů WIM ve vozovce prokázaly: nejvhodnějším materiálem pro ukládání snímačů zamezujícím boční síly je směs tvořená 75 % křemenného písku a 25 % epoxy, citlivost po celé délce snímače se mění o méně než 2 %. Maximální chyba byla zjištěna při tříletém měření menší než 7 %. Identifikaci vozidla, u kterého je právě měřeno zatížení, zajišťuje počítačový systém vybavený optikou, který vedle naměřených hodnot klasifikuje popisy měřených vozidel ve 27 třídách. Je-li u vozidla zjištěno hmotové přetížení os, je jeho identifikace on-line zaslána na stanoviště policistů odkud je posláno k přesné váze. Používání piezoelektrických snímačů v systémech pro měření přetížení silničních vozidel v provozu bylo zahájeno ve Spojených státech. Nyní je běžným i v řadě států Evropské unie. V České republice je zavedeno na dvou místech: na jedné rychlostní silnici v okolí Brna a na dálnici D1. Výrobce snímačů WIM u nás zastupuje společnost Preditest. ING. JIŘÍ ČERNOHORSKÝ, DRSC.