一种基于光纤光栅传感技术的动态称重系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及的一种基于光纤光栅传感技术的动态称重系统主要由机械光栅传感装置、光纤光栅解调设备、系统信息平台三部分组成，其中机械光栅传感装置用于承载车辆的载重，将车辆的有关信息转化为光纤光栅传感器波长偏移；光纤光栅解调设备通过内部算法将波长偏移量解调为车辆的相关信息；系统信息平台实现车辆相关信息的显示、存储和管理。该系统结构简单可靠，检测精度高，能够实时检测不同车辆的相关信息，辅助道路管理人员完成车辆的超载预判、桥梁的超载报警以及隧道保护。
【专利说明】
一种基于光纤光栅传感技术的动态称重系统
技术领域
[0001]本实用新型属于公路管理技术领域，具体涉及一种基于光纤光栅传感技术的动态称重系统，是一种主要用于检测车辆轴重、轮距、轴距、车速以及实现车型识别的系统，属于自动检测装置。
【背景技术】
[0002]近年来，经济的快速发展，使得交通运输呈现出“大流量、重载和渠化交通”的特点。车辆载荷增大以及超载问题的大量存在致使公路路面严重损毁，桥梁寿命加快缩短，交通事故频发。按照汽车轴载质量与路面之间关系的“四次方原则”可知轴载增大2倍，路面的损坏将增大到原来的16倍左右，致使每年公路桥梁的维护费用增加。虽然引起公路桥梁损坏的原因有很多，但重载以及超载问题是引起损坏的最主要原因。
[0003]针对重载和超载问题采取的主要手段有高速公路进出口的计重收费和超限监测站，在这些治超站通常利用电阻应变片技术制成称重台、弯板等测量设备进行车辆计重。由于应变片等传感器属于有源器件，易受路面环境、电磁干扰、外界气候等的影响，造成称重结构工作环境恶劣，精度下降，很容易造成系统的失效。而光纤光栅传感器具有抗电磁干扰强、电绝缘性好、耐腐蚀能力强、性能稳定、安全性能好等优点，近年来在各个领域中的应用逐渐增多，因此发明一种基于光纤光栅传感技术的动态称重系统是非常有必要的。
【实用新型内容】
[0004]鉴于此，本实用新型的目的是为了克服现有技术存在的缺点和不足，发明了一种基于光纤光栅传感技术的动态称重系统，它能实时动态测量车辆的轴重、轮距、车速、车型等信息。该系统机械结构简单可靠，光纤光栅传感器灵敏度高，光栅解调仪解调精度高，整机稳定性强、实时性好、抗干扰性强。
[0005]本实用新型请求保护一种基于光纤光栅传感技术的动态称重系统，该系统主要由机械光栅传感装置、光纤光栅解调设备和系统信息平台三部分依次连接组成:
[0006]机械光栅传感装置，用于承载车辆的载重，将车辆的有关信息转化为光纤光栅传感阵列的波长偏移；
[0007]光纤光栅解调设备，用于通过内置解调算法将波长偏移量解调为车辆的相关信息;
[0008]系统软件平台，用于实现车辆相关信息的显示、存储和管理。
[0009]进一步的，所述机械光栅传感装置由承载板、限位装置、等强度悬臂梁、光纤光栅阵列、外箱组成。
[0010]进一步的，所述光纤光栅解调设备由宽带光源、光隔离器、耦合器、F-P滤波器、光电转化器、A/D转换器、ARM、D/A转换器、FC/APC接头组成。
[0011 ]与现有的技术相比，基于光纤光栅传感技术的动态称重系统的优点在于:
[0012]该系统机械结构简单可靠，光纤光栅传感器灵敏度高，光栅解调仪解调精度高，整机稳定性强、实时性好、抗干扰性强。该系统不仅可以用于公路上所有车辆的超载预判、桥梁的超载报警以及隧道保护，还可以收集、统计在公路上行驶车辆的资料(包括车流量、车速、轴距、轴数等)以及车辆类型的分布比例，为公路桥梁的设计、加固、养护以及智能交通的开发提供数据和技术支持，具有重大的意义。
【附图说明】
[0013]图1为本发明所涉及的系统整体流程示意图。
[0014]图2为本发明所涉及的系统机械光栅传感装置内部布置图。
[0015]图3为本发明所涉及的系统光纤光栅解调设备内部流程示意图。
【具体实施方式】
[0016]下面通过具体实施例对本实用新型作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本实用新型的保护范围。
[0017]如图1所示，为本实用新型请求保护的基于光纤光栅传感技术的动态称重系统，该系统主要由机械光栅传感装置1、光纤光栅解调设备2和系统信息平台17三部分依次连接组成；
[0018]机械光栅传感装置I，用于承载车辆的载重，将车辆的有关信息转化为光纤光栅传感阵列的波长偏移；
[0019]光纤光栅解调设备2通过内置解调算法将波长偏移量解调为车辆的相关信息(如轴重、轮距、车速、车型等)；
[0020]系统软件平台17实现车辆相关信息的显示、存储和管理。
[0021]图2为系统机械光栅传感装置I内部结构图，机械光栅传感装置I主要包括承载板
3、限位装置4、等强度悬臂梁5、光纤光栅阵列6、外箱7。承载板3—侧和外箱7通过铆接形式相连，承载板3另外一侧搭建在等强度悬臂梁5上。光纤光栅阵列6分别布置在承载板3轴向表面和等强度悬臂梁5根部表面，用于感知承载板3和等强度悬臂梁5的应变。光纤光栅阵列6与光纤光栅解调设备2相连。限位装置4与外箱7底板相连，用于防止承载板3和等强度悬臂梁5过度弯曲变形。
[0022]图3为系统光纤光栅解调设备2内部结构示意图，该设备主要包括宽带光源8、光隔离器9、耦合器10、F-P滤波器11、光电转化器12、A/D转换器13、ARM14、D/A转换器15、FC/APC接头16。宽带光源8与光隔离器9相连，光隔离器9与耦合器10相连，耦合器10分别与FC/APC接头16和F-P滤波器11相连，FC/APC接头16与光纤光栅阵列6相连，F-P滤波器11分别与D/A转换器15和光电转化器12相连，光电转化器12和A/D转换器13相连，ARM14分别与A/D转换器13、D/A转换器15和系统软件平台17相连。
[0023]本实用新型涉及的基于光纤光栅传感技术的动态称重系统的工作流程为:
[0024]车辆行驶通过承载板3时，引起承载板3和等强度悬臂梁5的变形。承载板3和等强度悬臂梁5的变形导致光纤光栅阵列6的变形，进一步引起光纤光栅阵列6的波长偏移。宽带光源8发出的入射光经过光隔离器9和耦合器10进入光纤光栅阵列6。当入射光遇到光纤光栅阵列6后就会发生反射，携带波长偏移信息的反射光依次进入可调谐窄带光纤F-P滤波器11ARM14控制D/A转化器15输出锯齿形波扫描电压来控制F-P滤波器11的腔长，腔长的改变引起F-P滤波器11导通中心波长的改变。当F-P滤波器11的导通中心波长与某一光纤光栅的反射波长相等时，有且仅有一个反射光会通过F-P滤波器11进入光电转化器12，再经过A/D转化器13进入ARM14JRM14内置的解调算法解调出不同光纤光栅传感器的波长。通过波长变化量与车辆信息的对应关系可以计算出车辆的轴重、轴长、车型等参数，最终将解调出来的车辆信息通过串口或网口形式发送到系统信息平台进行显示、存储和管理。
[0025]本实用新型中应用具体实施例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想，对于本领域的一般技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型的保护的范围。
【主权项】
1.一种基于光纤光栅传感技术的动态称重系统，该系统主要由机械光栅传感装置、光纤光栅解调设备和系统信息平台三部分依次连接组成，其特征在于: 机械光栅传感装置，用于承载车辆的载重，将车辆的有关信息转化为光纤光栅传感阵列的波长偏移； 光纤光栅解调设备，用于通过内置解调算法将波长偏移量解调为车辆的相关信息； 系统软件平台，用于实现车辆相关信息的显示、存储和管理。2.如权利要求1所述的系统，所述机械光栅传感装置由承载板、限位装置、等强度悬臂梁、光纤光栅阵列、外箱组成。3.如权利要求1所述的系统，所述光纤光栅解调设备由宽带光源、光隔离器、耦合器、F-P滤波器、光电转化器、A/D转换器、ARM、D/A转换器、FC/APC接头组成。
【文档编号】G01G19/03GK205664921SQ201620564898
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年6月13日
【发明人】张佳鹏, 贾磊, 周晓旭, 白磊, 杨莹, 曹桂芳, 缑龙, 邵利军, 郭晓澎, 刘志英
【申请人】山西省交通科学研究院, 山西省交通建设工程质量检测中心（有限公司）