[发明专利]一种光纤光栅车辆动态称重传感器、装置及方法

说明书

本发明提供了一种光纤光栅车辆动态称重传感器、装置及方法，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；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，传动杆的另一端与悬臂梁的自由端接触；悬臂梁与光纤光栅连接。还提供了一种光纤光栅车辆动态称重装置，包括：基座，所述基座上安装若干个动态称重传感器，所述称重传感器的顶部与称重板配合连接；解决了光纤称重传感结构的重心偏移问题，可对传感器组进行单个称重传感器的更换，方便后期维护。

技术领域

本发明属于光电子测量器件技术领域，具体涉及一种光纤光栅车辆动态称重装置及方法，主要应用于类似城市道路、高架桥、高速路口等安全要求高的场所。

背景技术

随着国民经济的发展、物流行业的兴起与繁荣、以及客运行业的振兴，公路运输在各种运输行业中占据着重要位置，其事关人民财产和生命安全。尤其是公路超重、超员等超载行为，严重影响了公路寿命、车辆和乘客安全。目前，汽车荷载标准是进行公路桥梁设计、承载能力检测评估的重要依据，而实际公路桥梁上的汽车荷载状况与现行规范标准的差异较大，由此引发桥梁的各种病害十分多见。因此，公路超载的监管工作一直是交通行业的重点。至于超载监测分为静态监测和动态监测，静态监测需要车辆减速甚至是停车才能称重，因此静态监测不利于交通的顺畅和监管手段的隐蔽，因此动态监测是目前最受欢迎的监测技术。

动态称重系统能对运动中车辆进行称重，而被测量车辆无需在测量中停止。动态称重系统在道路铺设、桥梁设计和监控、交通管理中有重要的作用。动态称重系统还能提高静态称重的效率，减少违章车辆，为交通管理者提供准确的道路流量等统计数据。

对于压电陶瓷动态称重传感器，压电材料的内在特性，如滞后效应，蠕变效应和温度敏感性大大限制了它的应用。由于这些缺点，传感器的零点漂移可能随机发生，并不能完全去除。因此，这种方法不能达到高精度，需要经常进行校准。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。

目前，光纤光栅动态称重系统如光纤光栅高速动态的汽车动态称重方法、光纤光栅的齿条动态称重传感器、便携式光纤动态称重系统和基于光纤光栅传感技术的动态称重系统通过将光纤光栅串粘贴到应力板上进行动态车辆重量测量；如强度解调型光纤啁啾光栅称重传感器通过悬臂梁进行动态车辆重量测量。

目前，光纤光栅动态称重系统如一种基于光纤光栅高速动态的汽车动态称重方法(CN201410091018)、一种基于光纤光栅的齿条动态称重传感器(CN201721192342)等存在重心偏移引起测量误差的问题，即重力点与测量光纤光栅位置的偏差导致测量的应变量不同，引起测量上的误差；如便携式光纤动态称重系统(CN201410654078)、强度解调型光纤啁啾光栅称重传感器(CN200910097187)和一种基于光纤光栅传感技术的动态称重系统(201620564898.X)存在密封性差的问题，传感结构和传感光栅容易受到恶劣环境侵蚀的问题。更重要的是目前这些光纤光栅称重传感器都缺少可更换维护的功能，通常情况下，弯曲梁大又重而且传感器探头必须嵌入到砾石，混凝土或装入土壤或路面(沥青或混凝土)，若光纤光栅串中若一处出现问题，则整个传感器只能作废，更需要大量的人力物力来更换安装传感器；目前这些光纤光栅称重传感器缺少整车辆识别功能，需要通过其他技术手段(如感应线圈、红外感应)等手段进行辅助；所有这些弊端将限制动态称重系统的应用。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明很好地实现了光纤光栅动态车辆重量传感器的密封，使传感器的内部传感结构与外界完全隔开。同时通过将传统的应力板根据光纤光栅分成独立的各个小块，并且增加重心支撑点，解决传统传感器的重心偏差问题。而且本发明通过基座将各个光纤光栅称重传感器进行连接，实现光纤光栅称重传感器的可更换，大大地方便称重系统的可维护性。本发明还增加了高灵敏度的光纤光栅加速度传感器，实现了整车识别功能。