Methods for determining the mass of objects in motion using a one-component strain-gauge dynamometer

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Increasing accuracy of weight-in-motion measurements is considered. Mass of moving objects is calculated through the measurement of unsteady force with the help of one-component strain-gauge dynamometers. It is shown that existing methods of dynamic weighing enable the measurement of non-stationary forces with an uncertainty exceeding 10 %. Such high error is related to the fact that, with higher speed, the accuracy of dynamic load measurements becomes more dependent on dynamical characteristics of the one-component strain-gauge dynamometer. New methods of dynamic load measurement eliminating the systematic error related to the dynamometer’s own dynamics have to be developed to increase mass determination accuracy. Two methods for weight-in-motion measurement of the mass of loads moving on the sensitive platform of a one-component strain-gauge dynamometer at high velocities are developed. Mass determination is carried out over a wide frequency range of the dynamometer, including the natural frequency. In order to apply the first method, only the dynamometer readings in the vicinity of the given point of time for calculating first and second time derivatives of the readings and the dynamical parameters of the dynamometer determined in laboratory conditions are required. To use the second method, it is necessary to first determine the natural frequency of the dynamometer with a platform, and then the frequency of the platform with the moving load. Then, measurement data obtained through methods one or two are used for calculating the mass. Average error in determining the mass using the first method was 2.8 %, and using the second method – 4.1 %. At the same time, the error did not exceed 6.0 %. The developed technology for determining the mass of moving objects can be implemented in weighing hardware for the use in many areas of industry, trade, agriculture and other.

About the authors

S. A. Glazkov

Central Aerohydrodynamic Institute

Email: sergey.glazkov@tsagi.ru
ORCID iD: 0000-0003-2266-373X

A. R. Gorbushin

Central Aerohydrodynamic Institute

Email: gorbushin@tsagi.ru
ORCID iD: 0000-0003-4186-588X

A. E. Kozik

Central Aerohydrodynamic Institute

Email: kozik.ae@phystech.edu
ORCID iD: 0000-0002-2955-6219

E. A. Krapivina

Central Aerohydrodynamic Institute

Email: ekaterina.krapivina@tsagi.ru

A. V. Semenov

Central Aerohydrodynamic Institute

Email: aleksandr.semenov@tsagi.ru

V. A. Yakyshev

Central Aerohydrodynamic Institute

Email: vyacheslav.yakushev@tsagi.ru

References

  1. Meymand S. Z., Ahmadian M. Design, development, and calibration of a force-moment measurement system for wheel– rail contact mechanics in roller rigs. Measurement, 81, 113–122 (2016). http://dx.doi.org/10.1016/j.measurement.2015.12.012
  2. Xiaodi Xu, Shanchao Sun, Liubin Niu, Zaitian Ke, Fei Yang, Xin Xiong. An approach for the estimation of vertical wheel/rail force using dynamic signals. Vehicle System Dynamics, 62(4), 1022–1036 (2024). https://doi.org/10.1080/00423114.2023.2214256
  3. Сенянский М. В., Гавриленков С. И. Метод оценки точности автоматических измерений весовых параметров транспортных средств при максимальных скоростях и осевых нагрузках. Приборы, (9(255)), 44–54 (2021). https://www.elibrary.ru/kjjaaq
  4. D. L. Beshears, G. J. Capps, J. K. Jordan, J. V. Laforge, J. D. Muhs, R. N. Nodine, M. B. Scudiere, C. P. White. US Patent no. WO 98/40705 (17 September 1998).
  5. Burnos P., Gajda J., Sroka R., Wasilewska M., Dolega C. High accuracy weigh-in-motion systems for direct enforcement. Sensors, 21, 8046 (2021). https://doi.org/10.3390/s21238046
  6. Socha A., Izydorczyk J. Strain gauge calibration for high speed weight-in-motion station. Sensors, 24, 4845 (2024). https://doi.org/10.3390/s24154845
  7. Солнцев К. Е., Рябцев А. Н. Дозаторы и бункерные весы. Приборы, (10(244)), 35–44 (2020). https://www.elibrary.ru/qcqkmu
  8. Mee D. J. Dynamic calibration of force balances for impulse hypersonic facilities. Shock Waves, 12, 443–455 (2003). https://doi.org/10.1007/s00193-003-0181-6
  9. Quix H., Ann-Katrin Hensch. Dynamic measurements on the NASA CRM model tested in ETW. AIAA 2015-1097. 53rd AIAA Aerospace Sciences Meeting, 5–9 January 2015, Kissimmee, Florida. https://doi.org/10.2514/6.2015-1097
  10. Dontu A. I., Barsanescu P. D., Andrusca L., Danila N. A. Weigh-in-motion sensors and traffic monitoring systems – Sate of the art and development trends. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 997(1), 012113 (2020). https://doi.org/10.1088/1757-899X/997/1/012113
  11. Gorbushin A. R., Bolshakova A. A. Unsteady axial force measurement by the strain gauge balance. Measurement, 152, 107381 (2020). https://doi.org/10.1016/j.measurement.2019.107381
  12. Горбушин А. Р. Способ определения нестационарной силы и устройство для его реализации: пат. RU 2743778 C1. Изобретения. Полезные модели. № 6 (2021).
  13. Лойцянский Л. Г., Лурье А. И. Курс теоретической механики. Наука, Москва (1983).
  14. Горбушин А. Р. Метод учёта влияния веса модели и веса динамометра на показания тензометрических весов. Учёные записки ЦАГИ, XL(4), 63–70 (2009). https://www.elibrary.ru/KWKFMF
  15. Горбачев Н. А., Горбушин А. Р., Крапивина Е. А., Судакова И. А. Применение акселерометров для измерения углов тангажа и крена в аэродинамическом эксперименте. Измерительная техника, (8), 25–28 (2012).
  16. Буров В. В., Волобуев В. С., Глазков С. А., Горбушин А. Р., Чумаченко Е. К. Измерительно-вычислительный комплекс трансзвуковой аэродинамической трубы Т-128. Датчики и системы, (5(132)), 20–24 (2010).
  17. Анохина Е. Н. и др. Способ определения массы движущегося объекта (варианты): пат. RU 2805536 C1. Изобретения. Полезные модели, № 29 (2023).
  18. Анохина Е. Н. и др. Способ определения массы движущегося объекта (варианты): пат. RU 2805127 C1. Изобретения. Полезные модели, № 29 (2023).

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».