专利名称：一种车辆动态称重传感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种车辆动态称重传感器，主要用于道路上行驶车辆的动态信息采集。
背景技术：
随着国民经济以及公路交通事业的发展，我国的公路交通网日益发达，公路桥梁的数目也日益增多。随着时间的推移，由于环境的改变、桥梁的老化等原因，桥梁结构的耐久性、可靠性也逐渐衰减。因此，对桥梁结构在全寿命期内进行健康监测，十分必要和意义重大。其中，车辆荷载作为桥梁结构最为重要的荷载之一，车辆信息采集的有效性和准确性对于判断桥梁结构的可靠度和剩余寿命期作用十分突出。不仅如此，准确掌握干线公路上的车辆重量信息对于区域内的公路网的规划和既有道路的维护也具有十分重要的意义。对于车辆的称重，传统的方法都是在静态下测量，要求车辆处于停止状态，测试方法对交通的影响很大，不适用于检测干线公路上车辆的重量信息。因此，近半个世纪以来， 许多国家都致力于对汽车动态称重技术进行了研究，取得了一定的成果和相应的产品。然而，传统的动态称重传感器都是基于电学量的测量进行称重，该类传感器抗电磁干扰能力差、重复性低，且车辆重量的传递往往依靠机械结构进行，其灵敏度、有效性往往因内力的不均勻以及材料性能的变化产生较大的误差。近二十年来，随着光信息技术的发展，光信息产品价格逐渐降低，光纤传感技术也得到很大的发展。相比于传统的基于电学量的动态测量技术，光纤传感器具有灵敏度高、抗电磁干扰、耐腐蚀、重量轻、耗电少等优点。
发明内容
本发明的目的是提供一种能精确测量行驶中的车辆重量的动态称重传感器。为解决上述技术问题，本发明的技术方案是—种车辆动态称重传感器，包括光纤微弯-弹性油管传感器、光纤光栅-液压传感器、第一传输光纤、第二传输光纤、第三传输光纤、第四传输光纤、光强解调模块、光波长解调模块和过流阀；所述光强解调模块发出的激光经第一传输光纤引入至光纤微弯-弹性油管传感器，再经第二传输光纤将激光引出至光强解调模块；所述光波长解调模块发射的激光经第三传输光纤引入至光纤光栅-液压传感器，再经第四传输光纤将激光引出至光波长解调模块；所述过流阀上设有至少一个过流孔，光纤微弯-弹性油管传感器通过过流阀与光纤光栅-液压传感器连通。所述光纤微弯-弹性油管传感器包括底板、弹性油管、光纤、粘弹性夹层、盖板；所述的底板上设有柱形凹槽；所述弹性油管外围沿纵向螺旋设有光纤，且沿柱形凹槽的长度方向位于柱形凹槽内；所述盖板设在弹性油管上方；所述底板和盖板之间设有至少一层粘弹性夹层，以减轻车辆碾压传感器时的振动和缩短测试的信号稳定周期。所述盖板与弹性油管间还设有保护垫片；所述保护垫片的材料优选为发泡聚乙烯或橡胶。所述光纤优选为采用高强度的粘合剂纵向螺旋粘贴在弹性油管外围。所述柱形凹槽优选为边缘呈凹凸状的柱形凹槽。所述底板优选为高强度合金底板；所述油管的材料优选为弹性材料，更优选为弹性橡胶材料。本发明弹性指发生变形后能自行恢复原状的材料。所述光纤光栅-液压传感器包括液压油缸、活塞圆盘、活塞杆、光纤光栅应变传感器，所述液压油缸一端通过过流阀与弹性油管连通，另一端设有第一圆孔和第二圆孔；所述活塞圆盘置于液压油缸内，并通过活塞杆与液压油缸设有圆孔的一端固连，活塞圆盘、液压油缸、过流阀和弹性油管间形成密闭连通空间，并充满液压油；所述光纤光栅应变传感器设在活塞杆侧面，并由第三传输光纤、第四传输光纤分别通过第一圆孔和第二圆孔引出、引入光波长解调模块。为了保证活塞圆盘、液压油缸、过流孔和弹性油管间形成密闭空间的气密性，所述压油缸与过流阀间还设有第一密封垫圈；活塞圆盘与液压油缸间还设有第二密封垫圈。所述液压油缸与过流阀间优选为螺纹连接。为减少液压传递过程中的压强损失，所述液压油优选为液压硅油。本发明在安装时，将底板安装至监测车道路面上，其余部件按照上述实现方式进行安装就位。本发明可以利用车辆经过时光纤发生微弯曲，光纤芯层内的激光由于光纤微弯曲进入包层，由光功率的损失和车辆重量的线性关系，测得车辆的重量。G = α .Vep (1)式中，G-汽车重量；Vep-返回光强解调模块光功率；α -标定常数，由现场标定得到。汽车经过后，弹性油管恢复原来形状，光纤也随之恢复原形。本发明还可以通过在车辆重量下弹性油管发生变形，液压油压强增加，由液体压强和车辆重量之间的线性关系，得到车辆的重量。由于本发明所选用的液压油在不同点所形成的压强差相对于液压油自身的压强可忽略不计，所以活塞圆盘、液压油缸、过流阀和弹性油管间形成的密闭连通空腔内液压油压强值处处相等，即光纤微弯-弹性油管传感器和光纤光栅-液压传感器内的液压油的压强处处相等，由活塞杆应变与液体压强之间的线性关系，得到液体压强值，进而得到车辆的重量。具体原理如下根据模耦合理论，光纤光栅中心波长与光纤光栅栅距的关系为λ β = 2η · Λ (2)其中，λ Β是光纤光栅的反射波长；η是光纤光栅纤芯的有效折射率；Λ是光纤光栅的栅距。光纤光栅温度、应力改变都会导致反射光的中心波长发生变化，由光纤光栅的中心波长漂移Δ λ Β与温度变化Δ T和应变变化Δ ε的关系^ = (α/ + ξ)ΑΤ + (\-Ρβ)Αε⑶
λΒ其中，《为光纤的热膨胀系数乂 = 为光纤材料的热光系数，
Λ αΤηαΤ
恳=-if为光纤材料的弹光系数。 η αε
光纤光栅应变传感器由应变传感光纤光栅和温度补偿光纤光栅组成，设应变传感器光纤光栅的中心波长漂移为Δ λ Β, Ε，温度补偿光纤光栅的中心波长漂移为Δ λΒ,τ，则两个光纤光栅的(3)式分别为
权利要求
1.一种车辆动态称重传感器，其特征在于包括光纤微弯-弹性油管传感器(1)、光纤光栅-液压传感器O)、第一传输光纤(3)、第二传输光纤G)、第三传输光纤(5)、第四传输光纤(6)、光强解调模块(7)、光波长解调模块(8)和过流阀(9)；所述光强解调模块(7)发出的激光经第一传输光纤C3)引入至光纤微弯-弹性油管传感器(1)，再经第二传输光纤(4) 将激光引出至光强解调模块(7)；所述光波长解调模块(8)发射的激光经第三传输光纤(5) 引入至光纤光栅-液压传感器0)，再经第四传输光纤(6)将激光引出至光波长解调模块 (8)；所述过流阀(9)上设有至少一个过流孔(9-1)，光纤微弯-弹性油管传感器(1)通过过流阀⑶)与光纤光栅-液压传感器( 连通。
2.如权利要求1所述的一种车辆动态称重传感器，其特征在于所述光纤微弯-弹性油管传感器(1)包括底板(1-1)、弹性油管(1-2)、光纤(1-3)、粘弹性夹层(1-4)、盖板(1-5)； 所述的底板(1-1)上设有柱形凹槽(1-1-1)；所述弹性油管(1-2)外围沿纵向螺旋设有光纤(1-3)，并位于柱形凹槽(1-1-1)内；所述盖板(1-5)设在弹性油管(1-2)上方；所述底板(1-1)和盖板(1-5)之间设有至少一层粘弹性夹层(1-4)。
3.如权利要求2所述的一种车辆动态称重传感器，其特征在于所述盖板(1-5)与弹性油管(1-2)间还设有保护垫片(1-6)。
4.如权利要求2或3所述的一种车辆动态称重传感器，其特征在于所述柱形凹槽 (1-1-1)为边缘呈凹凸状的柱形凹槽。
5.如权利要求2或3所述的一种车辆动态称重传感器，其特征在于光纤(1-3)纵向螺旋粘贴在弹性油管(1-2)外围。
6.如权利要求2或3所述的一种车辆动态称重传感器，其特征在于所述光纤光栅-液压传感器( 包括液压油缸0-1)、活塞圆盘(2-2)、活塞杆0-3)、光纤光栅应变传感器 0-4)，所述液压油缸—端通过过流阀(9)与弹性油管(1- 连通，另一端设有第一圆孔(2-1-1)和第二圆孔0-1-2)；所述活塞圆盘(2-2)置于液压油缸内，并通过活塞杆(2- 与液压油缸(2-1)设有圆孔的一端固连，活塞圆盘0-2)、液压油缸0-1)、过流阀(9)和弹性油管(1-2)间形成密闭连通空间，并充满液压油(1-2-1)；所述光纤光栅应变传感器(2-4)设在活塞杆(2- 侧面，并由第三传输光纤(5)、第四传输光纤(6)分别通过第一圆孔0-1-1)和第二圆孔0-1-2)引出、引入光波长解调模块(8)。
7.如权利要求6所述的一种车辆动态称重传感器，其特征在于液压油缸与过流阀(9)间设有第一密封垫圈0-5)；活塞圆盘(2- 与液压油缸间设有第二密封垫圈 0-6)。
8.如权利要求6所述的一种车辆动态称重传感器，其特征在于液压油缸与过流阀(9)间为螺纹连接。
9.如权利要求7所述的一种车辆动态称重传感器，其特征在于液压油缸与过流阀(9)间为螺纹连接。
全文摘要
本发明公开了一种车辆动态称重传感器，包括光纤微弯-弹性油管传感器、光纤光栅-液压传感器、第一传输光纤、第二传输光纤、第三传输光纤、第四传输光纤、光强解调模块、光波长解调模块和过流阀；所述光强解调模块发出的激光经第一传输光纤引入至光纤微弯-弹性油管传感器，再经第二传输光纤将激光引出至光强解调模块；所述光波长解调模块发射的激光经第三传输光纤引入至光纤光栅-液压传感器，再经第四传输光纤将激光引出至光波长解调模块；所述过流阀上设有至少一个过流孔，光纤微弯-弹性油管传感器通过过流阀与光纤光栅-液压传感器连通。本发明抗电磁干扰能力强、测量准确、耐久性好、携带方便，且易于实现远程监控。
文档编号G01G3/12GK102252740SQ20111009981
公开日2011年11月23日 申请日期2011年4月20日 优先权日2011年4月20日
发明者丁幼亮, 周广东, 宋永生, 李爱群 申请人:东南大学