基于光纤光栅传感器的重量测量系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供一种基于光纤光栅传感器的重量测量系统，其特征在于，所述系统包括：数据采集模块、数据传输模块、光信号接收和发送模块、数据处理模块和客户端模块，其中，所述数据采集模块包括：固定架，所述固定架为L型结构；悬梁臂，所述悬梁臂水平地固定在所述固定架的竖直部分的远离水平部分的一端，与所述固定架的竖直部分垂直，所述悬梁臂为平板结构，并且所述悬梁臂为等强度悬梁臂；传感器元件，所述传感器元件分别布置在所述悬梁臂的上表面和下表面，以及悬挂块，所述悬挂块固定在所述悬梁臂的远离上述固定架的一端。该系统结构简单，数据采集模块具有无源化，支持远距离安放，并且可以排除温度的影响，测量精度高。
【专利说明】基于光纤光栅传感器的重量测量系统
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及重量测量领域，尤其涉及一种基于光纤光栅传感器的重量测量系统。
【背景技术】
[0002]物体重量的测量，从以前的天平到秤，以及到现在常用的电子秤等等，方法和工具及其广泛。随着电子工业和非电量电测技术的不断发展，称重进入了电子测量时代，目前，常用的电子式测量重量技术以电子信息处理为基础，这种称重方式受到有源供电、电磁干扰、信号远程传输不稳定、数据传输容量受限等因素制约，限制了其安全性与可靠性，同时，在一些特定的测量中，环境因素也会影响测量的精度，从而导致测量结果精度不高。
实用新型内容
[0003]本实用新型提供一种基于光纤光栅传感器的重量测量系统，该系统结构简单，数据采集模块具有无源化，支持远距离安放，并且可以消除环境对测量结果的影响，测量精度闻。
[0004]为此目的，本实用新型提出了一种基于光纤光栅传感器的重量测量系统，其特征在于，所述系统包括:数据采集模块、数据传输模块、光信号接收和发送模块、数据处理模块和客户端模块，其中，所述数据采集模块包括:固定架，所述固定架为L型结构，所述固定架的水平部分具有螺孔，用以固定所述固定架；悬梁臂，所述悬梁臂水平地固定在所述固定架的竖直部分的远离水平部分的一端，并与所述固定架的竖直部分垂直，所述悬梁臂为平板结构，并且所述悬梁臂为等强度悬梁臂；传感器元件，所述传感器元件分别布置在所述悬梁臂的上表面和下表面，并且位于所述悬梁臂的上表面和下表面的所述传感器元件布置成对称的形式，所述传感器元件位于所述悬梁臂的水平对称线上，并且所述传感器元件布置成与所述悬梁臂的表面平行，以及悬挂块，所述悬挂块固定在所述悬梁臂的远离所述固定架的一端，用于悬挂被测物体。
[0005]其中，所述悬梁臂制成等腰梯形的结构。
[0006]其中，所述悬梁臂的靠近所述固定架的竖直部分的一端为等腰梯形结构，所述悬梁臂的远离所述固定架的竖直部分的一端为矩形结构，并且所述悬梁臂制成一体化结构。
[0007]其中，所述传感器元件为光纤光栅传感器。
[0008]其中，所示悬挂块为立方体结构，在所述悬挂块上具有第一通孔，被测物体使用连接装置通过第一通孔连接在所述悬挂块上。
[0009]其中，所述悬挂块包括第一挂块、第二挂块和第三挂块，所述第一挂块、第二挂块和第三挂块分别具有第二通孔、第三通孔和第四通孔，其中，所述第一挂块固定在所述悬梁臂的末端，所述第二挂块与所述第一挂块通过所述第二通孔和所述第三通孔连接，所述第三挂块的所述第四通孔用于与所述被测物体连接。
[0010]其中，所述数据采集模块采集的数据包括所述被测物体重量应变和温度干扰的实时数据。
[0011 ] 其中，所述数据传输模块通过OPGW或OPPC光缆进行数据传输。
[0012]其中，所述光信号接收和发送模块包括光纤光栅解调仪，所述光纤光栅解调仪检测所述数据采集模块的光信号，并接收所述光信号。
[0013]本实用新型公开的基于光纤光栅传感器的重量测量系统，所应用的光纤光栅传感器因具有无源化、抗电磁干扰、精度高、体积小质量轻、扰抗腐蚀的特点，并且集信息传感与传输于一身。同时，使用两个光纤光栅传感器进行数据采集，可以对波长变化进行做差处理，这样可以有效地排除光纤光栅传感器对应变及温度交叉敏感的干扰，排除温度对应变的影响，使结果更精确。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]通过参考附图会更加清楚的理解本实用新型的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本实用新型进行任何限制，在附图中:
[0015]图1示出了本实用新型的基于光纤光栅传感器的重量测量系统的结构框图；
[0016]图2示出了本实用新型的基于光纤光栅传感器的重量测量系统的数据采集模块的第一实施例的结构示意图；
[0017]图3示出了本实用新型的基于光纤光栅传感器的重量测量系统的数据采集模块的第二实施例的结构示意图；
[0018]图4示出了本实用新型的基于光纤光栅传感器的重量测量系统的数据采集模块的第三实施例的结构示意图。
【具体实施方式】
[0019]下面将结合附图对本实用新型的实施例进行详细描述。
[0020]图1示出了本实用新型的基于光纤光栅传感器的重量测量系统的结构框图。图2示出了本实用新型的基于光纤光栅传感器的重量测量系统的数据采集模块的第一的实施例的结构示意图。
[0021]参照图1和图2，本实用新型的基于光纤光栅传感器的重量测量系统包括:
[0022]数据采集模块100，用于采集所述被测物体的重量应变和温度干扰的实时数据。数据采集模块100包括:固定架1110、悬梁臂1120、传感器元件1130和悬挂块1140。
[0023]固定架1110为L型结构，固定架1110的水平部分具有螺孔1111，用以固定固定架1110 ；
[0024]悬梁臂1120水平地固定在固定架1110的竖直部分的远离水平部分的一端，并与固定架1110的竖直部分垂直，悬梁臂1120为平板结构，悬梁臂1120的靠近固定架1110的竖直部分的一端为等腰梯形结构，远离固定架1110的竖直部分的一端为矩形结构，并且上述悬梁臂1120制成一体化结构。
[0025]在本实施例中，悬梁臂1120为等强度悬梁臂，该悬梁臂1120的结构随着弯矩的大小相应地改变截面尺寸，使得悬梁臂1120的各个截面保持相同的强度，拥有相同的弯曲应力。
[0026]传感器元件1130分别布置在悬梁臂1120的上表面和下表面，并且位于悬梁臂1120的上表面和下表面的传感器兀件1130布置成对称的形式,传感器兀件1130位于悬梁臂1120的水平对称线上，并且与悬梁臂1120的表面平行。
[0027]悬挂块1140固定在悬梁臂1120的远离固定架1110的一端，用于悬挂被测物体。悬挂块1140为立方体结构，并且在悬挂块1140上具有通孔1141，被测物体可以通过铁链或是其他连接装置通过通孔1141悬挂在悬挂块1140的下方，从而可以对被测物体进行测量。
[0028]数据传输模块200,用于在数据米集模块100和光信号接收和发射模块300之间传输数据或信号。本实用新型的一个实施例中的数据传输模块200使用OPGW或OPPC光缆进行数据传输。
[0029]光信号接收和发送模块300，用于接收数据传输模块200传输的光信号，并将光信号转换成数字信号，并发送出去。本实用新型的实施例中，光信号接收和发送模块300包括光纤光栅解调仪，数据传输模块200将光信号发送到光纤光栅解调仪中，光纤光栅解调仪将光信号解调成以波长编码的数字信号。
[0030]数据处理模块400，对接收的数字信号进行处理。数据处理模块400将接收的数字信号经过建模及数据处理，从上述接收到的光纤光栅传感器的反射波长获取监测点的实时温度值、质量变化，进而计算出被测物体的重量变化值，以及可以监测被测物体的重量的实时变化，并将上述数据进行保存。
[0031]客户端模块500接收到上述收处理后的数据，以便于操作人员进行电子地理显示、电网参量监测、日志查询和帮助中的任意操作等。
[0032]图3示出了本实用新型的基于光纤光栅传感器的重量测量系统的数据采集模块的第二实施例的结构示意图。
[0033]如图3所示，在本实用新型的第二实施例中，悬挂块1240包括第一挂块1241、第二挂块1242和第三挂块1243，第一挂块1241、第二挂块1242和第三挂块1243分别具有第二通孔1244、1245和1246，其中，第一挂块1241固定在系悬梁臂1220的末端，第二挂块1242与第一挂块1241通过第二通孔1244和第三通孔1245连接，第三挂块1243的第四通孔1246用于与被测物体连接。
[0034]在本实施例中，第一挂块1241和第二挂块1242通过铁链1247连接，第二挂块1242和第三挂块1243通过直杆1248连接。第一挂块1241与第二挂块1242的连接，以及第二挂块1242和第三挂块1243的连接方式并不限于上述连接方式，其他合适的连接方式均适用于此。
[0035]本实施例中的数据采集模块的其他部分的结构与前述的实施例的结构相同，在此不再重复描述。
[0036]图4示出了本实用新型的基于光纤光栅传感器的重量测量系统的数据采集模块的第三实施例的结构示意图。
[0037]如图4所示，在本实用新型的第三实施例中，悬梁臂1320制成等腰梯形结构，其他结构与第一实施例的数据采集模块相同，同时，第三实施例的悬挂块1340也可以采用第二实施例中的结构，为了描述简单，在此不再详述。
[0038]下面结合具体的实施例详细描述本实用新型所述的基于光纤光栅传感器的重量测量系统进行测量的过程。
[0039]在本实施例中，将本实用新型的基于光纤光栅传感器的重量测量系统应用于测量架空线的覆冰厚度。在本实施例中使用图3所示的数据采集模块进行数据的采集，将被测的架空线通过数据采集模块100的第三挂块1243的第四通孔1246，从而可以通过架空线的重量的变化对第三挂块1243的压力变化来测量架空线的重量，进而计算架空线的覆冰厚度。
[0040]数据采集模块100中的悬臂梁1220上的光纤光栅传感器1230实时采集架空线的温度、架空线的重量应变等数据，同时监测架空线的温度、重量的变化。
[0041 ] 数据传输模块200采用OPGW或OPPC光缆来进行数据传输。将数据采集模块100中的光纤光栅传感器1230通过OPGW或OPPC接续盒与其中的光纤串接。其中，OPGff或OPPC是把光纤放置在架空线的地线/相线中，用以构成输电线路上的光纤通信网，这种结构形式兼具地线/相线与通信双重功能。
[0042]将光缆的另一端连接到光信号接收和发射模块300中，光信号接收和发射模块300中的光纤光栅解调仪产生窄带扫频光并通过光缆发射到光纤光栅传感器1230，当探测到扫频光的波长与光纤光栅传感器1230的中心波长匹配时，光纤光栅解调仪可以接收到反射回的光信号，该光信号携带了架空线的实时温度、应变变化的相关信息。
[0043]然后光纤光栅解调仪将光信号解调成波长编码的数字信号。
[0044]光信号发射与接收模块300将编码后的数字信号发送到数据处理模块400，数字信号在进入数据处理模块400后，对数据进行计算处理。
[0045]从携带温度信息的波长信号中计算出架空线的温度，并且根据上述传感器测得的波长数据在通过做差的 方式补偿光纤光栅应变传感器由于对应变及温度交叉敏感引起的信号波长的误差。架空线的实时质量变化通过以下公式计算:
[0046]m=k.[ ( λ εη_ λ EJ - α ( λ tn- λ tJ ]
[0047]其中，λ ε m为应变光栅的初始波长，λ tm为温度光栅初始波长，λ ε η为应变光栅实时波长，λ tn为温度光栅实时波长，k为波长-质量转换系数。
[0048]因此，架空线的对应的覆冰厚度通过以下公式得出:
【权利要求】
1.一种基于光纤光栅传感器的重量测量系统，其特征在于，所述系统包括:数据采集模块、数据传输模块、光信号接收和发送模块、数据处理模块和客户端模块，其中，所述数据采集模块包括: 固定架，所述固定架为L型结构，所述固定架的水平部分具有螺孔，用以固定所述固定架； 悬梁臂，所述悬梁臂水平地固定在所述固定架的竖直部分的远离水平部分的一端，与所述固定架的竖直部分垂直，所述悬梁臂为平板结构，并且所述悬梁臂为等强度悬梁臂； 传感器元件，所述传感器元件分别布置在所述悬梁臂的上表面和下表面，并且位于所述悬梁臂的上表面和下表面的所述传感器元件布置成对称的形式，所述传感器元件位于所述悬梁臂的水平对称线上，并且所述传感器元件布置成与所述悬梁臂的表面平行，以及悬挂块，所述悬挂块固定在所述悬梁臂的远离所述固定架的一端，用于悬挂被测物体。
2.根据权利要求1所述的基于光纤光栅传感器的重量测量系统，其特征在于，所述悬梁臂制成等腰梯形的结构。
3.根据权利要求1所述的基于光纤光栅传感器的重量测量系统，其特征在于，所述悬梁臂的靠近所述固定架的竖直部分的一端为等腰梯形结构，所述悬梁臂的远离所述固定架的竖直部分的一端为矩形结构，并且所述悬梁臂制成一体化结构。
4.根据权利要求1所述的基于光纤光栅传感器的重量测量系统，其特征在于，所述传感器元件为光纤光栅传感器。
5.根据权利要求1所述的基于光纤光栅传感器的重量测量系统，其特征在于，所示悬挂块为立方体结构，在所述悬挂块上具有第一通孔，被测物体使用连接装置通过第一通孔连接在所述悬挂块上。
6.根据权利要求1所述的基于光纤光栅传感器的重量测量系统，其特征在于，所述悬挂块包括第一挂块、第二挂块和第三挂块，所述第一挂块、第二挂块和第三挂块分别具有第二通孔、第三通孔和第四通孔，其中，所述第一挂块固定在所述悬梁臂的末端，所述第二挂块与所述第一挂块通过所述第二通孔和所述第三通孔连接，所述第三挂块的所述第四通孔用于与所述被测物体连接。
7.根据权利要求1所述的基于光纤光栅传感器的重量测量系统，其特征在于，所述数据采集模块采集的数据包括所述被测物体重量应变和温度干扰的实时数据。
8.根据权利要求1所述的基于光纤光栅传感器的重量测量系统，其特征在于，所述数据传输模块通过OPGW或OPPC光缆进行数据传输。
9.根据权利要求1所述的基于光纤光栅传感器的重量测量系统，其特征在于，所述光信号接收和发送模块包括光纤光栅解调仪，所述光纤光栅解调仪检测所述数据采集模块的光信号，并接收所述光信号。
【文档编号】G01G9/00GK203798427SQ201420047286
【公开日】2014年8月27日 申请日期:2014年1月24日 优先权日:2014年1月24日
【发明者】李路明, 张治国, 刘志明, 孙艳飞, 刘赐麟, 胡彬 申请人:国网江西省电力公司信息通信分公司, 国家电网公司, 北京邮电大学