Módulo de adquisición y clasificación de datos
Centro de Procesamiento y Estadística
Instalación de los sensores en la ruta
Sensores Piezoeléctricos
El sensor piezoeléctrico es un cable coaxil flexible, liviano y duro. Sus propiedadescomo transductor incluyen:
La sensibilidad del cable piezoeléctricocomo receptor de esfuerzos mecánicos es excelente.
En el estudio del comportamiento del sensor utilizamos dos coeficientes:
Las propiedades del piezoeléctrico cambian con la temperatura. Éstas son reversibles y repetibles con ciclos térmicos.
Una vez alcanzado el equilibrio térmico, las propiedades del material se mantienen constantes en el tiempo.
Para su instalación en la ruta (figura superior), primero realizamos un corte en el pavimento de aproximadamente 5cmde
ancho y 5 cm de profundidad por la longitud del sensor. Posteriormente se coloca el sensor equidistante a la superficie de la
calzada, obturándose los vacíos restantes con resinas.
Con la finalidad de eliminar o disminuir el ruido y bajar la impedancia de entrada al conversor analógico-digital del
Módulo de Adquisición y Procesamiento de Datos, se conecta la salida del piezoeléctrico a un amplificador de carga.
Características térmicas:
Como la respuesta del sistema piezoeléctrico es netamente dependiente de la temperatura a la cual se encuentra, se
utilizan sensores de temperatura empotrados junto a los piezoeléctricos para realizar las compensaciones de respuestas.






Amplio rango dinámico (10 psi a 10 psi).
Alta salida de voltaje.
Alta rigidez dieléctrica (soportando hasta 75 V/um).
Alta rigidez mecánica y resistencia al impacto (10 - 10 Pascal).
Gran estabilidad (resistente a la humedad, químicos, oxidantes y radiaciones)
Puede ser pegado con adhesivos comerciales
d , y g , que representan la sensibilidad de
carga y de voltaje respectivamente. Éstos llevan 2 subíndices, el primero representa el eje eléctrico, mientras que el segundo
representa el eje mecánico. Debido a que el film piezoeléctrico es delgado, los electrodos sólo se aplican a las superficies
superior e inferior del film. Consecuentemente el eje eléctrico es siempre "3" porque la carga o voltaje siempre se transfiere a
través del espesor (n=3) del film. El eje mecánico puede ser 1, 2 ó 3, ya que el esfuerzo mecánico puede ser aplicado en
cualquiera de estas direcciones.
Bajo condiciones aproximadas a un cortocircuito, la densidad de carga superficial generada:
D= Q/A=d X (n = 1, 2ó 3)
donde:
D= densidad de carga desarrollada
Q= carga desarrollada
A= área del electrodo conductor
d = coeficiente piezoeléctrico apropiado según el valor de n
n= eje sobre el que se aplica el esfuerzo
X = esfuerzo aplicado en la dirección relevante
El eje mecánico (n) en el que se aplica el esfuerzo, por convención, es:
1 = en dirección al largo
2 = en dirección al ancho
3=en dirección al espesor
El voltaje desarrollado en circuito abierto está dado por:
V =g X t (n = 1, 2 ó 3)
donde:
g = coeficiente piezoeléctrico apropiado según el valor de n
X = esfuerzo aplicado en la dirección relevante
t = espesor del film
-8 6
9 10
3n 3n
3n n
3n
n
o 3n n
3n
n
Modo de carga:
Modo de voltaje:
Loops, Sensores Inductivos
El sensor inductivo es una bobina empotrada en la ruta que detecta
la presencia de vehículos que transiten sobre la calzada.
Esta bobina se conecta con un circuito de detección, utilizando a las
espiras como elemento resonante, dando como resultado ante el pasaje
de un vehículo la variación tanto de la amplitud como la frecuencia de la
onda del circuito oscilador. Detectando estas variaciones obtenemos
información necesaria para determinar el inicio y finalización de un
evento.
De esta manera, anteponiendo una bobina al sensor piezoeléctrico,
el microprocesador del Módulo de Adquisición y Procesamiento de Datos
puede prepararse para recibir el evento de pesaje a través de los canales
analógicos conectados a los piezoeléctricos. Igualmente, posponiendo
una bobina al sensor piezoeléctrico, el microprocesador puede
determinar con mayor precisión el fin de un vehículo y discriminar así
vehículos sucesivos.
La bobina se construye de cable conductor, recubierto de material
aislante de alta resistencia mecánica y al ataque de químicos.
Módulo de Adquis ic ión y Procesamiento de datos
El Módulo de Adquisición y Procesamiento de datos es el que recolecta los datos en la ruta y el que realiza la
clasificación de los vehículos según el peso, velocidad, hora del día, etc.
Las exigencias que debe cumplir son:
Capacidad de adquirir y ejecutar programación realizada a distancia
En base a los datos de los sensores, determinar peso por eje, tipo de vehículo pasante, distancia entre ejes,
velocidad del vehículo, etc.
Suministrar una salida de información inmediata para operativos de control de peso en ruta
Proveer un método sencillo de calibración de sensores e informar la necesidad de recalibración
Capacidad para administrar hasta 4 vías de tránsito
Generar automáticamente informes de falla de sensores
Hermeticidad para evitar que el agua ingrese al mismo
Resistencia a condiciones ambientales dificultosas y al vandalismo
Alta capacidad de almacenamiento en memoria
Para el procesamiento electrónico de los datos se utiliza una placa Single Board Computer (SBC) que posee:
Una CPU Am186ES de 16 bits, de AMD con un clock de 40 Mhz
Consumo de 190 mA en funcionamiento normal y 30 mA en modo Power Saving
Flash de 512 KBytes
SRAM de 512 Kbytes con batería de respaldo
2 salidas de modulación de ancho de pulso rápidas
24 Entradas/Salidas del PPI
32 Entradas/Salidas de la CPU
512 Bytes de EEPROM serial
8 entradas de interrupciones externas
3 contadores/timers de 16 bits
3 puertos seriales
8 canales Analógicos-Digitales
4 canales Digitales-Analógicos
Reloj de tiempo real
Watchdog
























Bajo consumo para una autonomía de hasta 7 días
Software de Estadística y Control
Los datos recolectados por los Módulos de Adquisición y Procesamiento se transfieren a una
computadora en la Oficina Central a través de computadoras portátiles de relevamiento o mediante
transferencia inalámbrica a través de una red de tipo estrella. El sistema permite programación y relevamiento
de datos a distancia, disminuyendo notablemente el costo operativo, además de ejecutar rutinas de
autodiagnóstico, permitiendo al operador tener información constante del estado operativo de cada uno de los
equipos.
En esta computadora se analizan los datos en forma estadística para estudios de desgaste de rutas,
planificación de construcciones a partir del peso promedio de los vehículos, ejes equivalentes, etc.
El estudio entregado por el sistema contempla:
Clasificación por hora y día
Clasificación por velocidad
Clasificación por peso total
Medición del exceso de carga total
Medición del peso y tipo de cada eje
Medición del exceso de peso en cada eje
Medición de la distancia entre ejes extremos
Medición de la distancia entre ejes consecutivos
El software se implementa en Visual C, incorporando tecnología ActiveX para el almacenamiento y
muestra de datos. La base de datos de pesaje y clasificación se realiza en Microsoft Access, dejando abierta la
información para futuros cambios en el estudio estadístico.
De esta manera, los archivos generados por el programa pueden ser integrados a otros sistemas de
análisis e importar análisis anteriores.








Placa del Módulo de Adquisición y
Procesamiento de Datos
Circuito de detección conectado a las bobinas
Introducción
El deterioro de las rutas es debido principalmente al transporte de
cargas, siendo de primordial importancia el estudio de conteo clasificado y
pesaje dinámico de ejes que circulan por la misma. Tales estudios
estadísticos permiten predecir el deterioro que tendrán las vías de
transporte y planificar en forma precisa su mantenimiento preventivo.
Estos estudios estadísticos permiten al ingeniero vial realizar los cálculos
de cintas de transporte en base a la carga real transportada en la zona, de
trascendente importancia para la vida útil calculada.
El sistema de clasificación y pesaje dinámico propuesto como un
trabajo a terceros, es un conjunto de equipos que facilitan el estudio de
deterioro de rutas por el transporte de cargas y permiten programar su
mantenimiento.
Este sistema consta de 2 loops que detectan la presencia del
vehículo y su longitud. Entre éstos se colocan 2 sensores piezoeléctricos
que son los que transforman el peso del vehículo en señal eléctrica y
permiten obtener la distancia entre ejes con precisión.
El módulo de adquisición y procesamiento reconstruye el vehículo
con el peso de cada eje utilizando 2 canales analógicos para las señales de
los sensores piezoeléctricos y 2 canales digitales para las señales de los
loops.
El sistema de clasificación y pesaje dinámico almacena y transfiere la
información en dosmodos diferentes:
ConexiónRS232auna computadora portátil
Conexión amodeminalámbrico
El primer tipo de conexión se utiliza para realizar una inspección in-
situ, además de verificar el correcto funcionamiento del sistema.
El segundo tipo de conexión se utiliza para manejo y transferencia de
programaciones y datos a distancia, normalmente desde una oficina de
Relevamiento y PlanificaciónVial.
Por último, una computadora en la oficina de procesamiento de datos
permite, mediente un software que forma parte del sistema, realizar el
análisis y evaluación de la información para el mantenimiento de rutas,
predicción de desgaste de las mismas y planificación de mantenimientos
programados.


Sistema de clasificación y pesaje
dinámicos
Ing. Roberto Muñoz, munoz@inti.gov.ar
Ing. César Reale, creale@com.uncor.edu
Ing. José Amado, jamado@com.uncor.edu
Sr. Guillermo Colsani, gcolsani@com.uncor.edu
Centro Regional
CórdobaCEMCOR
Mediciones realizadas en campo
La imagen muestra el oscilograma de las señales entregadas por los sensores piezoeléctricos al
pasar un camióncomoel de la imagen principal.
La onda superior es entregada por el piezoeléctrico 1 y la onda inferior por el piezoeléctrico 2.
Podemos apreciar 5 picos de la onda que son provocados por los 5 ejes del camión. En función de la
altura y forma de cada pico se calcula el peso del eje.
Los eventos señalados en la figura representan:
1- La rueda delantera del camión sobre el piezoeléctrico 1
2- La rueda trasera del camión sobre el piezoeléctrico 1
3- La rueda delantera del trailer sobre el piezoeléctrico 1
4- L a primer rueda del eje tándem
5- La segunda rueda del tándem sobreel piezoeléctrico 1
Los picos de mayor amplitud corresponden a los ejes de ruedas duales, que son los que llevan el
mayor peso del camión.
Podemos ver que sobre el piezoeléctrico 2 se producen los mismos impulsos, pero con un
desplazamiento que corresponde al tiempo que demora el vehículo en transitar por los 2 sensores.
Para lograr una precisión adecuada en el cálculo del peso se realizan aproximadamente 100
muestreos por cada impulso de la onda.
sobre el piezoeléctrico 1
1
2 3 4
5Piezoeléctrico 1
Piezoeléctrico 2
Variación de los coeficientes del sensor
piezoeléctrico con la temperatura
-70 -50 -20 0 20 50
Temperatura, ºC
d
g