CN106525206A - 一种轮辐式光纤称重系统 - Google Patents

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何弼
许春雷
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Abstract

一种轮辐式光纤称重系统，可实现光纤称重较高精度的压力测量，并且保证测量过程的较高的稳定性；另一方面采用圆柱形橡胶减震技术，降低轮辐式弹性基体由于外界干扰造成的振动。包括基座、支柱、基体和托盘，其中基体固定在基座上，支柱设置在基体上，托盘设置在支柱的顶部，所述基体为轮辐式弹性对称结构，所述基体的对称结构上均设置光纤光栅一。本发明的轮辐式光纤称重系统一方面采用光纤光栅传感技术，其中光纤属于无源器件，本质安全、无电气老化和抗干扰等优点；另一方面采用了轮辐式弹性基体结构，提高了压力测量的稳定性和实时测量的精度。

Description

一种轮辐式光纤称重系统
技术领域
本发明涉及压力监测系统，具体涉及一种轮辐式光纤称重系统。
背景技术
随着现代通信技术的快速发展，通信速率也越来越快，传统的电缆通信技术已满足不了市场的应用需求，因此，光纤通信技术作为信号传输手段也越来越多地被认可。检测的目的是利用传感器通过物理、化学或生物的方法，获取被检测对象运动或变化的信息，通过信息转换和处理，使其成为易于人们阅读和识别表达的量化形式，物质的质量是人类最早关注的重要参数之一，是物质的最基本特性，而称重测力技术一直以来就被人们所重视。
目前，在国、内外新一代安保技术普遍采用电传感器产品进行安防，如周界报警设备使用红外对射报警探测器、振动电缆、微波墙和感应电缆等产品；空间报警使用微波探测器、被动红外探测器、玻璃破碎探测器等电气产品。这些传感信号都是通过电缆供电和传输至中心机房，供电线路也存在老化问题，带来火灾隐患。
现有的电缆称重系统所采用的结构大多是悬臂梁结构，或是电传感技术，由于悬臂梁结构若要实现高精度的测量，根据其应变公式必须增大其有效长度或减小其厚度，最终造成悬臂梁的挠度增加，稳定性下降，产生较大的测量误差；电传感技术不可避免地带来供电线路老化、短路和频繁维护等问题。
现代信息技术的三大基础是信息的采集、传输和处理技术，即传感技术、通信技术和计算机技术，他们分别构成了信息技术系统的“感官”、“神经”和“大脑”。信息采集系统的首要部件是传感器，且置于系统的最前端。在一个现代自动检测系统中，如果没有传感器，就无法监测与控制表征生产过程中各个环节的各种参量，也就无法实现自动控制。在现代技术中，传感器实际上是现代测试技术和自动化技术的基础。
称重传感器被称为电子衡器中的心脏部件。随着科学技术的飞速发展，由称重传感器制作的电子衡器也已广泛地应用到各行各业，实现了对物料的快速、准确的称量。特别是随着微处理机的出现，工业生产过程自动化程度化的不断提高。
称重传感器已成为过程控制中的一种必需的装置。目前，称重传感器几乎运用到了各行各业。积极研究开发新型动态称重系统，降低其购置、安装、维护使用和寿命周期折旧费用；进一步提高动态称重系统克服环境影响和抗干扰能力，保证其在恶劣的环境下的称量结果的准确、可靠是十分必要的。
发明内容
本发明提出的一种轮辐式光纤称重系统，可实现光纤称重较高精度的压力测量，并且保证测量过程的较高的稳定性；另一方面采用圆柱形橡胶减震技术，降低轮辐式弹性基体由于外界干扰造成的振动。
为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：
一种轮辐式光纤称重系统，包括基座、支柱、基体和托盘，其中基体固定在基座上，支柱设置在基体上，托盘设置在支柱的顶部，所述基体为轮辐式弹性对称结构，所述基体的对称结构上均设置光纤光栅一。
进一步的，还包括减震器，所述减震器固定在基体的中心下方。
进一步的，所述光纤光栅一设置在靠近基体的中心位置。
进一步的，所述基座的底面也设置光纤光栅二。
进一步的，所述光纤光栅二设置在靠近基座的中心位置。
进一步的，所述减震器为圆柱形橡胶结构。
进一步的，还包括盖板，所述盖板与基座固定连接。
进一步的，所述基体与基座、支柱与基体、盖板与基座之间均通过螺纹连接。
进一步的，所述基座、支柱、托盘和盖板均采用铝合金材料制作。
进一步的，所述基体采用钛合金材料制作。
由上述技术方案可知，本发明的光纤称重系统采用轮辐式弹性基体结构，主要是依据圆形托盘上承受的压力与光栅反射波长间的线性关系，以此实现压力的测量，由于轮辐式结构稳定性高，并且采用对称式进行光纤光栅的黏贴，光纤光栅配合解调设备对温度和压力两个光栅信号数据处理，达到了温度补偿的目的，提高了压力实时监测的灵敏度和精度；光纤称重系统中利用圆柱形橡胶减震器来降低轮辐式弹性基体由于外界干扰造成的振动，提高了光纤称重系统的稳定性和高效性。
本发明的轮辐式光纤称重系统一方面采用光纤光栅传感技术，其中光纤属于无源器件，本质安全、无电气老化和抗干扰等优点；另一方面采用了轮辐式弹性基体结构，提高了压力测量的稳定性和实时测量的精度。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明基体的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明：
如图1和图2所示，本实施例一所述的轮辐式光纤称重系统，包括基座1、支柱2、基体4、托盘3及盖板6，其中基体4设置在基座1上，支柱2设置在基体4上，托盘3设置在支柱2的顶部，所述盖板6与基座1固定连接，所述基体4为轮辐式弹性对称结构，所述基体4的对称结构上均黏贴光纤光栅一。
还包括减震器5，所述减震器5固定在基体4的中心下方，所述减震器5为圆柱形橡胶结构，与弹性基体4通过螺纹连接，采用了圆柱形橡胶减震器5，实现对外界干扰的最大化屏蔽。
所述光纤光栅一设置在靠近基体4的中心位置，所述基座1的底面黏贴光纤光栅二，所述光纤光栅二设置在靠近基座1的中心位置。由于弹性基体4中心位置产生的应变较大，因此光栅黏贴的位置尽量靠近中心；在基座1底面适当位置同样黏贴光纤光栅。在封装技术方面，必须给光纤光栅一定量的预应力，然后用环氧胶进行固定光纤光栅，从而满足称重系统的高精度测量要求。
所述基体4的外径为190mm，厚度为3mm，采用的加工材料为钛合金，型号为TA8，弹性基体4与基座1通过螺纹连接，与支柱2的连接也是螺纹连接；在弹性基体4对称的支架上均布黏贴光纤光栅，以便提高压力测量的准确性和稳定性。
所述基座1、支柱2、托盘3和盖板6均采用铝合金材料制作，加工误差按照GB/T1804-2000中等公差等级，表面进行发黑处理，以便增强其抗氧化性能；支柱2与托盘3、盖板6与基座1均通过螺纹连接。
基体4主要是承受外界重物的作用，引起自身垂直方向上的形变，然后将形变直接传递给光纤光栅，实现压力的实时测量；减震器5采用圆柱形橡胶式，降低轮辐式弹性基体4由于外界干扰造成的振动，与弹性基体4通过螺纹连接；支柱2主要是用来支撑托盘3，与托盘3之间通过一定角度的锥形面进行连接配合，从而保持结构的稳定；托盘3主要是用来承载重物，方便重物的放置。
本实施例的轮辐式光纤称重系统采用光纤传输技术，以光导纤维为介质的数据、信号传输。光导纤维可以用来传输模拟信号和数字信号，还可以满足视频传输的需求。光纤是传输讯号极为方便的一种工具，缆线其中一根纤细的光蕊，就可以取代上千条的实体的通讯线路，完成大量以及较长距离的通讯功能。
本实施例中所涉及的光纤传输技术主要是以光导纤维为介质的数据、信号传输。光纤的传输原理：光传输系统由三个部分组成，包含光源、传输介质和检测器。传输介质是极细的玻璃纤维。当光照到检测器上时，它就会产生一个电脉冲。在光纤的一端放上光源，另一端放上检测器，那么就有了一个单向传输系统，它接收一个电信号，转换成光脉冲并传输出去，然后接收端再把光脉冲转换为电信号。
光纤的传输损耗特性是决定光网络传输距离、传输稳定性和可靠性的最重要因素之一。光纤传输损耗的产生原因是多方面的，在光纤通信网络的建设和维护中，光纤使用中引起传输损耗的原因和如何减少损耗是极为重要的。当光纤光栅受外界载荷作用时，波长变换与对应应变之间的关系：
其中，αf是光纤的热膨胀系数，ξ是光纤材料的热膨胀系数，ΔT是温度变化值，Pe为光纤材料的弹光系数。
因而，将光纤光栅封装在轮辐式弹性基体结构上，光纤光栅的波长漂移与外界载荷之间的关系：
其中，F为弹性基体承受的外界载荷，E为弹性基体的弹性模量，A为弹性基体承受外界载荷下的有效面积。
本实施例的轮辐式弹性基体4结构的对称支架上均黏贴光纤光栅，实现了压力和温度的同时测量，再在基座1底面上黏贴一根光纤光栅，由于没有外界载荷的作用，波长变化只与温度有关，实现了温度的测量；取两者波长变化量差值来消除温度变化的影响，波长变化只与压力有关，实现了压力的测量。
采用本实施例的光纤称重系统组装完成后应进行压力测量试验，温度设定为20℃，量程设定为0～10kg，在试验的过程中每隔5g进行一个标定点，在量程范围内进行曲线拟合公式标定。由拟合的曲线可以看出，每变化5g时，波长有2～3pm左右的变化量，可以通过解调设备进行识别处理。最后记录试验结果，可以为后期的现场测量提供一定的参考依据。
本实施例中的轮辐式弹性基体结构设计，一方面结构设计简单便于加工，且满足了光纤传输的稳定性与可行性；另一方面采用轮辐式结构可以满足测量过程中承受压力的均匀分布，减小测量的误差。采用的圆柱形橡胶减震器，不但可以降低外界环境对系统的干扰，而且提高了称重系统中压力的测量准确度。
现有的称重系统对测量精度要求越来越高，同时也为了满足压力测量的稳定性和准确性要求，本实施例研究了高精度轮辐式光纤称重系统，主要是基于轮辐式弹性基体结构和圆柱形橡胶减震器结构相互结合技术，使得光纤称重系统的应用范围更加的广泛。
以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种轮辐式光纤称重系统，包括基座(1)、支柱(2)、基体(4)和托盘(3)，其中基体(4)固定在基座(1)上，支柱(2)设置在基体(4)上，托盘(3)设置在支柱(2)的顶部，其特征在于：所述基体(4)为轮辐式弹性对称结构，所述基体(4)的对称结构上均设置光纤光栅一。
2.根据权利要求1所述的轮辐式光纤称重系统，其特征在于：还包括减震器(5)，所述减震器(5)固定在基体(4)的中心下方。
3.根据权利要求1或2所述的轮辐式光纤称重系统，其特征在于：所述光纤光栅一设置在靠近基体(4)的中心位置。
4.根据权利要求3所述的轮辐式光纤称重系统，其特征在于：所述基座(1)的底面也设置光纤光栅二。
5.根据权利要求4所述的轮辐式光纤称重系统，其特征在于：所述光纤光栅二设置在靠近基座(1)的中心位置。
6.根据权利要求4或5所述的轮辐式光纤称重系统，其特征在于：所述减震器(5)为圆柱形橡胶结构。
7.根据权利要求6所述的轮辐式光纤称重系统，其特征在于：还包括盖板(6)，所述盖板(6)与基座(1)固定连接。
8.根据权利要求7所述的轮辐式光纤称重系统，其特征在于：所述基体(4)与基座(1)、支柱(2)与基体(4)、盖板(6)与基座(1)之间均通过螺纹连接。
9.根据权利要求8所述的轮辐式光纤称重系统，其特征在于：所述基座(1)、支柱(2)、托盘(3)和盖板(6)均采用铝合金材料制作。
10.根据权利要求9所述的轮辐式光纤称重系统，其特征在于：所述基体(4)采用钛合金材料制作。
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