一種車輛動態稱重傳感器的製作方法

2023-07-12 03:12:36 2

專利名稱：一種車輛動態稱重傳感器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種車輛動態稱重傳感器，主要用於道路上行駛車輛的動態信息採集。
背景技術：
隨著國民經濟以及公路交通事業的發展，我國的公路交通網日益發達，公路橋梁的數目也日益增多。隨著時間的推移，由於環境的改變、橋梁的老化等原因，橋梁結構的耐久性、可靠性也逐漸衰減。因此，對橋梁結構在全壽命期內進行健康監測，十分必要和意義重大。其中，車輛荷載作為橋梁結構最為重要的荷載之一，車輛信息採集的有效性和準確性對於判斷橋梁結構的可靠度和剩餘壽命期作用十分突出。不僅如此，準確掌握幹線公路上的車輛重量信息對於區域內的公路網的規劃和既有道路的維護也具有十分重要的意義。對於車輛的稱重，傳統的方法都是在靜態下測量，要求車輛處於停止狀態，測試方法對交通的影響很大，不適用於檢測幹線公路上車輛的重量信息。因此，近半個世紀以來， 許多國家都致力於對汽車動態稱重技術進行了研究，取得了一定的成果和相應的產品。然而，傳統的動態稱重傳感器都是基於電學量的測量進行稱重，該類傳感器抗電磁幹擾能力差、重複性低，且車輛重量的傳遞往往依靠機械結構進行，其靈敏度、有效性往往因內力的不均勻以及材料性能的變化產生較大的誤差。近二十年來，隨著光信息技術的發展，光信息產品價格逐漸降低，光纖傳感技術也得到很大的發展。相比於傳統的基於電學量的動態測量技術，光纖傳感器具有靈敏度高、抗電磁幹擾、耐腐蝕、重量輕、耗電少等優點。

發明內容
本發明的目的是提供一種能精確測量行駛中的車輛重量的動態稱重傳感器。為解決上述技術問題，本發明的技術方案是—種車輛動態稱重傳感器，包括光纖微彎-彈性油管傳感器、光纖光柵-液壓傳感器、第一傳輸光纖、第二傳輸光纖、第三傳輸光纖、第四傳輸光纖、光強解調模塊、光波長解調模塊和過流閥；所述光強解調模塊發出的雷射經第一傳輸光纖引入至光纖微彎-彈性油管傳感器，再經第二傳輸光纖將雷射引出至光強解調模塊；所述光波長解調模塊發射的雷射經第三傳輸光纖引入至光纖光柵-液壓傳感器，再經第四傳輸光纖將雷射引出至光波長解調模塊；所述過流閥上設有至少一個過流孔，光纖微彎-彈性油管傳感器通過過流閥與光纖光柵-液壓傳感器連通。所述光纖微彎-彈性油管傳感器包括底板、彈性油管、光纖、粘彈性夾層、蓋板；所述的底板上設有柱形凹槽；所述彈性油管外圍沿縱向螺旋設有光纖，且沿柱形凹槽的長度方向位於柱形凹槽內；所述蓋板設在彈性油管上方；所述底板和蓋板之間設有至少一層粘彈性夾層，以減輕車輛碾壓傳感器時的振動和縮短測試的信號穩定周期。所述蓋板與彈性油管間還設有保護墊片；所述保護墊片的材料優選為發泡聚乙烯或橡膠。所述光纖優選為採用高強度的粘合劑縱向螺旋粘貼在彈性油管外圍。所述柱形凹槽優選為邊緣呈凹凸狀的柱形凹槽。所述底板優選為高強度合金底板；所述油管的材料優選為彈性材料，更優選為彈性橡膠材料。本發明彈性指發生變形後能自行恢復原狀的材料。所述光纖光柵-液壓傳感器包括液壓油缸、活塞圓盤、活塞杆、光纖光柵應變傳感器，所述液壓油缸一端通過過流閥與彈性油管連通，另一端設有第一圓孔和第二圓孔；所述活塞圓盤置於液壓油缸內，並通過活塞杆與液壓油缸設有圓孔的一端固連，活塞圓盤、液壓油缸、過流閥和彈性油管間形成密閉連通空間，並充滿液壓油；所述光纖光柵應變傳感器設在活塞杆側面，並由第三傳輸光纖、第四傳輸光纖分別通過第一圓孔和第二圓孔引出、引入光波長解調模塊。為了保證活塞圓盤、液壓油缸、過流孔和彈性油管間形成密閉空間的氣密性，所述壓油缸與過流閥間還設有第一密封墊圈；活塞圓盤與液壓油缸間還設有第二密封墊圈。所述液壓油缸與過流閥間優選為螺紋連接。為減少液壓傳遞過程中的壓強損失，所述液壓油優選為液壓矽油。本發明在安裝時，將底板安裝至監測車道路面上，其餘部件按照上述實現方式進行安裝就位。本發明可以利用車輛經過時光纖發生微彎曲，光纖芯層內的雷射由於光纖微彎曲進入包層，由光功率的損失和車輛重量的線性關係，測得車輛的重量。G = α .Vep (1)式中，G-汽車重量；Vep-返回光強解調模塊光功率；α -標定常數，由現場標定得到。汽車經過後，彈性油管恢復原來形狀，光纖也隨之恢復原形。本發明還可以通過在車輛重量下彈性油管發生變形，液壓油壓強增加，由液體壓強和車輛重量之間的線性關係，得到車輛的重量。由於本發明所選用的液壓油在不同點所形成的壓強差相對於液壓油自身的壓強可忽略不計，所以活塞圓盤、液壓油缸、過流閥和彈性油管間形成的密閉連通空腔內液壓油壓強值處處相等，即光纖微彎-彈性油管傳感器和光纖光柵-液壓傳感器內的液壓油的壓強處處相等，由活塞杆應變與液體壓強之間的線性關係，得到液體壓強值，進而得到車輛的重量。具體原理如下根據模耦合理論，光纖光柵中心波長與光纖光柵柵距的關係為λ β = 2η · Λ (2)其中，λ Β是光纖光柵的反射波長；η是光纖光柵纖芯的有效折射率；Λ是光纖光柵的柵距。光纖光柵溫度、應力改變都會導致反射光的中心波長發生變化，由光纖光柵的中心波長漂移Δ λ Β與溫度變化Δ T和應變變化Δ ε的關係^ = (α/ + ξ)ΑΤ + (\-Ρβ)Αε⑶
λΒ其中，《為光纖的熱膨脹係數乂 = 為光纖材料的熱光係數，
Λ αΤηαΤ
懇=-if為光纖材料的彈光係數。 η αε
光纖光柵應變傳感器由應變傳感光纖光柵和溫度補償光纖光柵組成，設應變傳感器光纖光柵的中心波長漂移為Δ λ Β, Ε，溫度補償光纖光柵的中心波長漂移為Δ λΒ,τ，則兩個光纖光柵的(3)式分別為
權利要求
1.一種車輛動態稱重傳感器，其特徵在於包括光纖微彎-彈性油管傳感器(1)、光纖光柵-液壓傳感器O)、第一傳輸光纖(3)、第二傳輸光纖G)、第三傳輸光纖(5)、第四傳輸光纖(6)、光強解調模塊(7)、光波長解調模塊(8)和過流閥(9)；所述光強解調模塊(7)發出的雷射經第一傳輸光纖C3)引入至光纖微彎-彈性油管傳感器(1)，再經第二傳輸光纖(4) 將雷射引出至光強解調模塊(7)；所述光波長解調模塊(8)發射的雷射經第三傳輸光纖(5) 引入至光纖光柵-液壓傳感器0)，再經第四傳輸光纖(6)將雷射引出至光波長解調模塊 (8)；所述過流閥(9)上設有至少一個過流孔(9-1)，光纖微彎-彈性油管傳感器(1)通過過流閥⑶)與光纖光柵-液壓傳感器( 連通。
2.如權利要求1所述的一種車輛動態稱重傳感器，其特徵在於所述光纖微彎-彈性油管傳感器(1)包括底板(1-1)、彈性油管(1-2)、光纖(1-3)、粘彈性夾層(1-4)、蓋板(1-5)； 所述的底板(1-1)上設有柱形凹槽(1-1-1)；所述彈性油管(1-2)外圍沿縱向螺旋設有光纖(1-3)，並位於柱形凹槽(1-1-1)內；所述蓋板(1-5)設在彈性油管(1-2)上方；所述底板(1-1)和蓋板(1-5)之間設有至少一層粘彈性夾層(1-4)。
3.如權利要求2所述的一種車輛動態稱重傳感器，其特徵在於所述蓋板(1-5)與彈性油管(1-2)間還設有保護墊片(1-6)。
4.如權利要求2或3所述的一種車輛動態稱重傳感器，其特徵在於所述柱形凹槽 (1-1-1)為邊緣呈凹凸狀的柱形凹槽。
5.如權利要求2或3所述的一種車輛動態稱重傳感器，其特徵在於光纖(1-3)縱向螺旋粘貼在彈性油管(1-2)外圍。
6.如權利要求2或3所述的一種車輛動態稱重傳感器，其特徵在於所述光纖光柵-液壓傳感器( 包括液壓油缸0-1)、活塞圓盤(2-2)、活塞杆0-3)、光纖光柵應變傳感器 0-4)，所述液壓油缸—端通過過流閥(9)與彈性油管(1- 連通，另一端設有第一圓孔(2-1-1)和第二圓孔0-1-2)；所述活塞圓盤(2-2)置於液壓油缸內，並通過活塞杆(2- 與液壓油缸(2-1)設有圓孔的一端固連，活塞圓盤0-2)、液壓油缸0-1)、過流閥(9)和彈性油管(1-2)間形成密閉連通空間，並充滿液壓油(1-2-1)；所述光纖光柵應變傳感器(2-4)設在活塞杆(2- 側面，並由第三傳輸光纖(5)、第四傳輸光纖(6)分別通過第一圓孔0-1-1)和第二圓孔0-1-2)引出、引入光波長解調模塊(8)。
7.如權利要求6所述的一種車輛動態稱重傳感器，其特徵在於液壓油缸與過流閥(9)間設有第一密封墊圈0-5)；活塞圓盤(2- 與液壓油缸間設有第二密封墊圈 0-6)。
8.如權利要求6所述的一種車輛動態稱重傳感器，其特徵在於液壓油缸與過流閥(9)間為螺紋連接。
9.如權利要求7所述的一種車輛動態稱重傳感器，其特徵在於液壓油缸與過流閥(9)間為螺紋連接。
全文摘要
本發明公開了一種車輛動態稱重傳感器，包括光纖微彎-彈性油管傳感器、光纖光柵-液壓傳感器、第一傳輸光纖、第二傳輸光纖、第三傳輸光纖、第四傳輸光纖、光強解調模塊、光波長解調模塊和過流閥；所述光強解調模塊發出的雷射經第一傳輸光纖引入至光纖微彎-彈性油管傳感器，再經第二傳輸光纖將雷射引出至光強解調模塊；所述光波長解調模塊發射的雷射經第三傳輸光纖引入至光纖光柵-液壓傳感器，再經第四傳輸光纖將雷射引出至光波長解調模塊；所述過流閥上設有至少一個過流孔，光纖微彎-彈性油管傳感器通過過流閥與光纖光柵-液壓傳感器連通。本發明抗電磁幹擾能力強、測量準確、耐久性好、攜帶方便，且易於實現遠程監控。
文檔編號G01G3/12GK102252740SQ20111009981
公開日2011年11月23日 申請日期2011年4月20日 優先權日2011年4月20日
發明者丁幼亮, 周廣東, 宋永生, 李愛群 申請人:東南大學