[实用新型]光纤萨格纳克环动态称重传感器

说明书

技术领域

本实用新型涉及光纤动态称重传感器，特别是一种光纤萨格纳克环(以下简称为Sagnac环)动态称重传感器。

背景技术

近年来，我国道路运输车辆超限超载现象极为普遍，在严重的地区，几乎所有的货运车辆都存在不同程度的超限超载行为。车辆超限超载运输对交通安全、运输市场、车辆生产秩序及路桥基础设施造成了极大危害。

目前公路车辆称重主要有两种：静态称重和动态称重。静态称重即路政管理人员让疑似超重车辆进入固定的称重站进行称重，这是整车称重最为精确的方法，但是这种方法测试效率低，易造成交通堵塞，而且由于静态称重机构庞大、引人注意，超载车辆经常采取绕道或提前卸货等方式躲避检查；动态称重即车辆在正常行驶的过程中被安装在路面上的传感机构测定车胎对路面的压力并计算相应的静态重量，这种方法的测试精度虽然没有完全达到静态称重的精度，但是由于较高的测试效率和隐蔽性，越来越受到公路交通管理部门的重视。有关实测结果也证实了动态称重的优越性，在同一条道路上，固定称重站测出的超载车辆仅为0.5％，而采用动态称重测出的超载车辆为30％。

由于动态称重具有优异性能和广阔的市场前景，美国早在50年代就开始了相关的研究，其后法国、德国、英国等发达国家也投入了大量的人力、财力进行研究开发。我国对车辆的动态称重起步较晚，始于80年代初期，研究较早的为重庆公路研究所，目前国内约有二十多家相关单位从事这方面的研究，由于国内所研制的系统都采用传统动态称重技术，所以都存在固有的缺陷：测试响应慢、测试精度低及传感机构庞大等。现有的商业化传感器主要包括：电容式、弯板式、压电式等传感器，其中压电式传感器的技术相对较好，国内市场也有相应的系列产品。由于压电传感器对电磁干扰比较敏感，故在恶劣的路况下，可靠性大为降低。

光纤称重传感器以体积小、适合埋入式结构、安装方便、检测灵敏度高、寿命长、不易受外界干扰、耐高低温、耐腐蚀等诸多优点成为最适合公路称重的技术手段之一。

为了进行公路车辆动态称重，人们已经提出了若干技术方案。在先相关光纤动态称重技术有【参见Shenfang Yuan，Fahard Ansari，Xiaohui Liu，Yang Zhao，Opticfiber-based dynamic pressure sensor for WIM system，Sensors and Actuators A 120(2005)53-58】利用单模光纤的弹光效应，运用迈克尔逊干涉仪解调动态压力引起的双臂位相差，通过对干涉条纹数目和干涉条纹宽度信息的分析获得动态压力信号。这种技术的系统稳定性比较差，主要是迈克尔逊干涉仪受环境的扰动很大，不适合动态车辆称重的恶劣环境。

在先相关光纤动态称重技术还有【Ke Wang，Zhanxiong Wei，Hongtao Zhang，Fiber-Bragg-grating-based weigh-in-motion system using fiber-reinforced composites asthe load-supporting material，Optical Engineering 45(6)，064401(June 2006)】，这篇论文中利用当光纤光栅受压力时，布拉格光纤光栅反射中心波长发生漂移，漂移量与压力大小有关，此技术中使用光纤加强材料对传感头进行封装，使得传感头可以承受很大的动态压力，扩大了测量范围。这种技术的缺点是需要很好的波长解调技术，系统成本较高，还需要尽可能减小布拉格光纤光栅温度灵敏特性对动态压力测量的影响。

发明内容

为了克服上述在先技术的缺点，更好的满足动态称重传感器的实际监测需求，本实用新型提出一种光纤萨格纳克环动态称重传感器，该称重传感器应具有抗环境干扰的能力强、测量精度和准确度高、测量范围宽、成本低的特点。

本实用新型的技术解决方案如下：

一种光纤萨格纳克环动态称重传感器，特点在于其构成是：光源模块的尾纤和光纤环行器的第一端口相连，该光纤环行器的第二端口通过光纤和光纤耦合器的第一端口相连，该光纤耦合器的第三端口和第四端口通过光纤连接成一个环路，并在该环路中串接光纤偏振控制器、光纤保护增强传感头和压电陶瓷促动器，所述的光纤环行器的第三端口与第一光电探测单元的输入端相连，所述的光纤耦合器的第二端口与第二光电探测单元的输入端相连，所述的第一光电探测单元的输出端接数据采集卡的第一端口，第二光电探测单元的输出端接数据采集卡的第二端口，该数据采集卡的第三端口接所述的压电陶瓷促动器输入端形成反馈回路，该数据采集卡的第四端口与信号处理及显示系统相连。