ニュース - WIMシステム向け石英計量センサー信頼性試験技術

高速道路における車両の過積載および制限超過は、路面に重大な損傷を与え、安全事故のリスクを高めます。特に我が国では深刻な問題となっており、道路安全事故の70%は車両の過積載および制限超過に起因しています。これにより、直接的な経済損失は30億人民元近くに達し、高速道路における車両の過積載および制限超過による損失は年間300億人民元を超えています。そのため、高速道路における過積載車両の監視と監督は極めて重要です。

交通を妨げずに車両の過積載を規制するため、走行中重量測定（WIM）高速道路動態計量方式が考案されました。このシステムは、圧電水晶センサーを用いて、車両が高速（時速120km未満）で路面を通過する際に車両重量を迅速に計測し、監視カメラで撮影します。

Envikoのクォーツセンサーは、高速道路の動態計測や橋梁保護など、低コストで高性能な圧電クォーツセンサーとして特別に設計されています。高強度の航空宇宙用アルミニウム合金と精密機械加工を採用したこれらのセンサーは、高い圧縮、引張、曲げ、せん断、疲労荷重耐性を備えています。エイジング処理を施すことで、センサーの感度は数十年にわたって安定した状態を維持します。

Enviko クォーツセンサーは、内部に特殊な弾性絶縁ペーストを充填しており、安定した内部圧力を維持し、湿気を効果的に遮断します。標準的な絶縁インピーダンス値は 200GΩ です。

路面に埋め込まれたセンサは、車両が通過する際に車輪がセンサの支持面を押し下げ、センサ内部の水晶振動子が圧電効果により電荷を発生します。この電荷は外部のチャージアンプによって増幅され、センサに加えられた圧力に正比例する電圧信号に変換されます。この圧力信号を演算することで、各車輪の重量、ひいては車両の総重量を求めることができます。

圧電型水晶センサの圧力-電荷比特性は、温度、時間、荷重の大きさ、荷重速度に関わらず一定です。そのため、車両が測定面を高速で通過した場合でも、水晶センサは高い測定精度を維持できます。

WIM センサーは路面に埋め込まれた後、日光、雨、車輪の圧力にさらされるため、信頼性テストが重要になります。

温度湿度サイクルテスト：

ベアリング面を備えたセンサーは、環境試験室に設置され、-40℃～85℃の温度・湿度サイクル試験を500時間実施します。試験中、センサーの絶縁インピーダンスは100GΩを下回ってはなりません。温度・湿度サイクル試験後、センサーは絶縁保護試験および疲労荷重試験を受けます。

疲労荷重試験：

荷重疲労試験では、幅50mm×50mmの鋼製圧力ヘッドを用いて、センサーの両端と中央の3箇所に6000Nの周期的な圧力を加えます。この圧力は1秒あたり1回の負荷と除荷を繰り返し、合計100万回の疲労荷重を負荷試験で繰り返します。負荷試験位置における感度変動は0.5%未満でなければならず、また、軸受面の損傷や剥離があってはなりません。