[发明专利]基于光纤环形腔衰荡技术的车辆动态测量传感装置及方法

说明书

本发明公开了一种基于光纤环形腔衰荡技术的车辆动态测量传感装置及方法，属于光纤传感和车辆动态测量领域。该装置包括脉冲光源、导入光纤、耦合器、传感头、传输光纤、导出光纤、光电探测器、示波器以及用于数据处理的计算机；耦合器包括一号耦合器和二号耦合器，传感头包括一号传感头和二号传感头；一号耦合器、一号传感头、二号传感头、二号耦合器通过传输光纤组成环形谐振腔，本发明结构简单，方法新颖，测量精度高，重复性好，并且能够同时实现车辆动态称重和速度监测，在公路交通实时监测领域具有广泛的应用前途。

技术领域

本发明涉及一种光纤环形腔衰荡光谱技术和车辆动态称重及速度监测的动态测量传感装置，具体涉及一种基于光纤环形腔衰荡技术的车辆动态测量传感装置及方法，属于光纤传感和车辆动态测量领域；本发明的装置是基于光纤环形腔衰荡光谱技术、车辆动态称重技术和速度监测技术相结合的动态测量传感装置。

背景技术

公路作为一个国家重要的经济命脉，交通运输行业的信息化目前正处于高速发展阶段。实现对机动车的自动检测和实时监测是实现交通信息化的必不可少的手段。而对于车辆的称重，传统的方法都是在静态下进行的，这种整车测量方法精度虽然很高，但是存在很大的缺陷，如价格高，不能分别测出轴重等。且公路交通正朝着高速化和信息化发展，这种耗时长、价格昂贵的传统方法将会渐渐被淘汰。

压电薄膜传感器是目前一种较新的车辆综合信息采集传感器，是国内外研究应用的一个热点。压电薄膜利用压电效应(piezoelectric effect)的原理，当汽车轮胎经过压电薄膜时，传感器受冲击产生电荷信号，通过解调冲击电荷信号，可获取车辆的速度、重量、车型等信号，也能很容易的得到车流量信息。虽然这种技术能够实现车速、车重、车流量、车型的测量，但也存在明显缺点，例如压电信号可直接传输的距离短，因此信号处理中心距离传感器不能太远，系统一致性较差，并且目前产品技术主要为进口，所用压电薄膜材料价格昂贵，不适于推广应用。

光纤车辆信息传感器在交通中尚未获得实际应用，且目前研究最热的莫过于光纤布拉格光栅传感器。光纤Bragg光栅传感器的基本原理是：当光栅周围的温度、应变、应力或其他待测物理量发生变化时，将导致光栅周期或者纤芯折射率的变化，从而产生光栅Bragg信号的波长漂移Δλ，通过检测Bragg波长的漂移情况，即可获得待测物理量的变化情况。光栅Bragg传感器最显著的优势就是有相当高的灵敏度，能探测微小信号的变化。同时，又由于对微弱信号的过于敏感，从而对一些外界变化不能够明显区分，给实验设备提出了更高的要求。因此，光纤光栅传感器价格比较昂贵，离实用化和产业化还有相当长的一段距离。

除此之外，近年来，基于干涉原理的光纤压力传感器也应运而生，例如：F-P(法布里珀罗)干涉、迈克尔逊干涉、马赫增得干涉等，其原理都是通过采集干涉图案从而分析得到外界信号。但是，由于基于干涉原理的传感器要求的应用环境比较苛刻，很难在室外推广和应用。

发明内容

本发明针对现有技术存在的缺点和不足，提出一种基于光纤环形腔衰荡技术的车辆动态测量传感装置及方法。该装置构思新颖，设计简单，成本较低，适用于公路交通车辆动态测量。

为解决以上技术问题，本发明给出以下技术方案：

一种基于光纤环形腔衰荡技术的车辆动态测量传感装置，其特殊之处在于：包括脉冲光源1、导入光纤2、耦合器、传感头、传输光纤5、导出光纤6、光电探测器7、示波器8以及用于数据处理的计算机9；

耦合器包括一号耦合器3a和二号耦合器3b，传感头包括一号传感头4a和二号传感头4b；

所述传感头包括光纤和两个缓冲板，光纤设置在两个缓冲板之间，缓冲板与光纤接触面为波纹面(即传感头可采用微弯结构的传感头)；

一号耦合器3a、一号传感头4a、二号耦合器3b和二号传感头4b通过传输光纤连接构成环形谐振腔；