[发明专利]一种光纤光栅车辆动态称重传感器、装置及方法

权利要求书

1.一种光纤光栅车辆动态称重传感器，其特征在于，包括：上方开口的壳体，和与壳体的上方开口连接的应变片；壳体内壁设置有若干个悬臂梁，悬臂梁的一端与壳体内壁连接，悬臂梁的另一端为自由端，悬臂梁的中段与光纤光栅连接；应变片的顶面的中心设有凸起，底面的中心与传动杆的一端连接，传动杆的另一端与每个悬臂梁的自由端接触；所述壳体内壁与若干个第一、第二悬臂梁的一端连接，第一悬臂梁的自由端与传动杆接触；第二悬臂梁的自由端与重块连接；第一悬臂梁与第一光纤光栅连接，第二悬臂梁与第二光纤光栅连接；沿轴向粘贴在第一悬臂梁表面上的第一应力光纤光栅的反射中心波长漂移量与作用在重心支撑点处的重量的关系可表示为：

其中，λ_B是Λ和n_eff的函数，n_eff为激光在光纤内传播的有效折射率，Λ为布拉格光栅的周期；P_e＝n_eff²[P₂-μ(P₁+P₂)]/2,表示FBG材料的有效弹光系数，其中P₁和P₂为FBG材料的弹光系数；μ为FBG材料的泊松比；r₀为传动杆端面的半径；FBG材料为应变材料；h为膜片的厚度；R为膜片的半径；E为应变片的弹性模量；b₁、b₂、L和d分别为第一悬臂梁的上底宽度、下底宽度、长度和厚度；C是一常数，与第一悬臂梁的上、下底的宽度之比有关；Z为轴距；m为作用在重心支撑点处的重量；g为地球的重力加速度。

2.如权利要求1所述的动态称重传感器，其特征在于，所述凸起具有圆弧形曲面。

3.如权利要求1所述的动态称重传感器，其特征在于，所述悬臂梁为等边梯形梁，所述光纤光栅沿轴向粘贴在悬臂梁表面上。

4.如权利要求1所述的动态称重传感器，其特征在于，所述壳体还与温补光纤光栅连接，温补光纤光栅处于无应力状态通过光纤与第一光纤光栅连接。

5.一种光纤光栅车辆动态称重装置，其特征在于，包括：基座，所述基座上安装若干个如权利要求1-4任一所述的动态称重传感器，所述称重传感器的顶部与称重板配合连接；所述基座包括若干个传感器安装孔，两个传感器安装孔之间具有设定距离；所述称重板的下表面中心设有与应力片的凸起配合的凹槽结构。

6.如权利要求5所述的动态称重装置，其特征在于，还包括光纤光栅解调仪，各个称重传感器的光纤光栅通过光纤与光纤光栅解调仪连接；所述传感器安装孔用于安装动态称重传感器，传感器安装孔底部还设有用于放置光纤跳线的通孔，光纤跳线将各个称重传感器连接起来实现光路连通。

7.如权利要求5所述的动态称重装置，其特征在于，称重传感器和基座的连接处通过密封垫片进行密封处理。

8.一种光纤光栅车辆动态称重方法，其特征在于，采用如权利要求5-7任一所述的动态称重装置进行车辆称重，步骤包括：

通过光纤光栅解调仪实时测量各个光纤光栅反射波长的漂移量，并计算得到各个称重传感器测量的重量值和振动数据；

对测得的重量值和振动数据进行整车分析，并得到动态车辆的轮重、轴重、整车重量、车宽、轴数、轴距、总轴长、行驶速度和重心位置。