CN107131938A - 一种车辆动态称重系统及其监控方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种车辆动态称重系统及其监控方法。包括用于提供宽频的光源单元；用于采集动态信号的动态称重传感器；光源单元通过光环行器单元和光开关形成的光学耦合器进入动态称重传感器；用于对动态称重传感器的信号处理单元；信号处理单元与光环行器单元之间设置有探测器阵列模块和阵列光栅波导模块；用于对阵列光栅波导模块中的光栅进行温度控制的温度控制模块。本发明通过阵列光栅波导模块、传导通信光缆、动态称重传感器、光栅信号解调模块、信号处理分析模块获取车辆通过的重量和速度信息以及车轴数量信息；实现车型、车轴个数及车重的检测，具有集成度高，体积小，探测灵敏，可用于公路、铁路交通领域对超载车辆的实时超限检测。

Description

一种车辆动态称重系统及其监控方法

技术领域

本发明属于车辆称重技术领域，特别是涉及一种车辆动态称重系统及其监控方法。

背景技术

车辆动态称重系统是一种测量行驶中车辆重量的检测系统,动态地测量行驶中车辆各轴的轴载，再由称重系统计算出整车重量。与停车静态称重相比具有速度快、效率高、不干扰正常交通等优点，但其主要缺点是精度低。称重过程具有时变性、非线性等，所以对动态称量的控制比对静态称量的控制要复杂困难的多。动态称量精度、车辆的通过速度是其性能指标中最重要的,它标志着公路动态称重系统的技术水平的高低。目前,一些应用各种传感原理的车辆动态称重技术己经出现，但其性能并没有得到多大的改善,便携性、适用性等方面仍存不足；同时,车辆动态称重系统产生的轴重信号受到车辆振动、温度、轮胎特性等多方面的影响，给信号处理带来了难度。

车辆动态称重主要有两种方式：整车测量和轴重测量。称重传感器作为动态称重系统的核心器件，是测量系统的输入端。目前在国内外动态称重系统实际应用中主要采用共聚化合物式压电传感器、电容式传感器、桥式称重平台、石英晶体敏感元件、光纤传感器等。以上传感器由于价格、性能、使用寿命等问题，容易导致动态称重系统精度不高，石英晶体敏感元件惟一的缺点是不能在长时间内进行静态测量。这类传感器最大的缺点就是自身带电，在易燃易爆等特殊环境中应用时存在安全隐患，而且这类传感器寿命短、精度低、稳定性差、调校困难，经常存在误测误报现象。

发明内容

本发明的目的在于提供一种车辆动态称重系统及其监控方法，通过阵列光栅波导模块、传导通信光缆、动态称重传感器、光栅信号解调模块、信号处理分析模块获取车辆通过的重量和速度信息以及车轴数量信息。

为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明为一种车辆动态称重系统及其监控方法，包括用于提供宽频的光源单元；用于采集动态信号的动态称重传感器；其中，所述光源单元通过光环行器单元和光开关进入动态称重传感器；用于对动态称重传感器的信号处理单元；其中，所述信号处理单元与光环行器单元之间设置有探测器阵列模块和阵列光栅波导模块；用于对阵列光栅波导模块中的光栅进行温度控制的温度控制模块。

进一步地，所述动态称重传感器包括若干称重条；所述一称重条上设置有若干光纤光栅振动传感器。

进一步地，所述动态称重传感器中的光纤光栅振动传感器将光源单元的光通过，光环行器单元反射到阵列光栅波导模块；所述阵列光栅波导模块采用AWG光栅解调，由于AWG光栅解调的高灵敏性，以此反应出该称重方式相对较高的检测精度。

进一步地，所述信号处理单元还与一显示单元连接；所述信号处理单元用于计算车辆通过的重量数据信息和速度数据信息；所述显示单元用于显示信号处理单元处理后的车辆信息。

进一步地，所述阵列光栅波导模块由等间距的FBG构成；光谱间距在0.4nm-0.8nm的范围。阵列光波导光谱为洛仑兹线型，具有较窄的光普宽度，较大的斜率变化，保证光纤光栅称重传感器的光谱相乘得到的输出光强变化具有较大的灵敏度。

一种车辆动态称重监控方法，包括如下过程：

SS01宽带光源单元发出的光经过光学耦合器进入动态称重传感器；

SS02动态称重传感器通过若干载有光纤光栅振动传感器的称重条作为载体；光纤光栅振动传感器受振动信号后，光栅受轴向应变拉伸，光谱中心波长移动，在解调该信号时，AWG对应的参考光谱和原光纤光栅振动传感器光谱乘积的强度发生变化，通过AWG解调该振动强度的变化，来反应外界振动信号的大小；

SS03动态称重传感器由若干光纤光栅振动传感器串联构成，宽带光源经过光纤光栅串反射回来的光，通过光环行器进入阵列光栅波导模块；所述阵列光栅波导模块采用AWG光栅解调，使得本车辆动态称重具有高精度测量结果。

SS04当轮胎通过动态称重传感器时，车辆的应变会导致光纤光栅串中的每一个光栅受到轴向的拉伸，而产生峰值波长的偏移，此时阵列光栅波导模块中的光栅峰值波长和光谱形状均不变化，每个光纤光栅输出的强度信号发生变化；

SS05通过探测器阵列探测输出光强度的变化；

SS06通过对SS05输出的光强度变化进行信号处理，计算出车辆通过的重量和速度信息，通过显示设备进行信息的显示

进一步地，所述SS06通过对SS05输出的光强度变化进行信号处理，计算出车辆通过的重量和速度信息，通过显示设备进行信息的显示，具体包括如下：

步骤一，采集动态称重传感器信号，通过SS01-SS05过程进行采集动态称重传感器信号；

步骤二，将步骤一采集动态称重传感器信号通过光谱洛仑兹拟合，得到每个光纤光栅输出值取最大值；

步骤三，将步骤二得到每个光纤光栅输出值取最大值通过多通道累加平均，得到每通道动态称重传感器平均；

步骤四，通过显示设备显示车辆通过的重量和速度信息以及车轴数量信息。

本发明具有以下有益效果：

本发明通过阵列光栅波导模块、传导通信光缆、动态称重传感器、光栅信号解调模块、信号处理分析模块获取车辆通过的重量和速度信息以及车轴数量信息；实现车型、车轴个数及车重的检测，具有集成度高，体积小，探测灵敏，可用于公路、铁路交通领域对超载车辆的实时超限检测。

当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的车辆动态称重系统图；

图2为称重条与AWG调节仪示意图；

图3为信号处理的流程图；

图4为光纤光栅串和阵列光栅波导的光谱图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

FBG FiberBragg Grating，即为光纤光栅，又称光纤布拉格光栅。

AWGArrayedWaveguide Grating，即阵列波导光栅。

光纤光栅传感器Fiber Grating Sensor属于光纤传感器的一种，基于光纤光栅的传感过程是通过外界物理参量对光纤布拉格Bragg波长的调制来获取传感信息，是一种波长调制型光纤传感器。光纤光栅传感器可以实现对温度、应变等物理量的直接测量。由于光纤光栅波长对温度与应变同时敏感，即温度与应变同时引起光纤光栅耦合波长移动，使得通过测量光纤光栅耦合波长移动无法对温度与应变加以区分。

请参阅图1所示，本发明为一种车辆动态称重系统及其监控方法，包括用于提供宽频的光源单元；光源频谱宽度80nm，采用连续光。

用于采集动态信号的动态称重传感器；动态信号为当轮胎通过动态称重传感器时，车辆的应变会导致光纤光栅串中的每一个光栅受到轴向的拉伸，而产生峰值波长的偏移，此时阵列光栅波导模块中的光栅峰值波长和光谱形状均不变化，每个光纤光栅输出的强度信号发生变化信号。

其中，光源单元通过光环行器单元和光开关进入动态称重传感器；

用于对动态称重传感器的信号处理单元；信号处理单元采用AWG调节仪进行处理。

其中，信号处理单元与光环行器单元之间设置有探测器阵列模块和阵列光栅波导模块；

用于对阵列光栅波导模块中的光栅进行温度控制的温度控制模块。

其中，动态称重传感器包括若干称重条；一称重条上设置有若干光纤光栅振动传感器，这些光纤光栅串通过光开关切换，分成1-10路，根据需要，可以最大扩展到32路。

其中，动态称重传感器中的光纤光栅振动传感器将光源单元的光通过，光环行器单元反射到阵列光栅波导模块。

其中，信号处理单元还与一显示单元连接；信号处理单元用于计算车辆通过的重量数据信息和速度数据信息；显示单元用于显示信号处理单元处理后的车辆信息。

其中，阵列光栅波导模块由等间距的FBG构成；光谱间距为0.6nm，阵列光波导光谱为洛仑兹线型，具有较窄的光普宽度，较大的斜率变化，保证光纤光栅称重传感器的光谱相乘得到的输出光强变化具有较大的灵敏度。

一种车辆动态称重监控方法，包括如下过程：

SS01宽带光源单元发出的光经过光学耦合器进入动态称重传感器；

SS02如图2所示，动态称重传感器通过若干载有光纤光栅振动传感器的称重条作为载体；光纤光栅振动传感器受振动信号后，光栅受轴向应变拉伸，光谱中心波长移动，在解调该信号时，AWG对应的参考光谱和原光纤光栅振动传感器光谱乘积的强度发生变化，通过AWG解调该振动强度的变化，来反应外界振动信号的大小；

SS03动态称重传感器由若干光纤光栅振动传感器串联构成，宽带光源经过光纤光栅串反射回来的光，通过光环行器进入阵列光栅波导模块；

SS04当轮胎通过动态称重传感器时，车辆的应变会导致光纤光栅串中的每一个光栅受到轴向的拉伸，而产生峰值波长的偏移，此时阵列光栅波导模块中的光栅峰值波长和光谱形状均不变化，每个光纤光栅输出的强度信号发生变化；

SS05通过探测器阵列探测输出光强度的变化；

SS06通过对SS05输出的光强度变化进行信号处理，计算出车辆通过的重量和速度信息，通过显示设备进行信息的显示；

其中如图3所示，SS06通过对SS05输出的光强度变化进行信号处理，计算出车辆通过的重量和速度信息，通过显示设备进行信息的显示，具体包括如下：

步骤一，采集动态称重传感器信号，通过SS01-SS05过程进行采集动态称重传感器信号；

步骤二，将步骤一采集动态称重传感器信号通过光谱洛仑兹拟合，得到每个光纤光栅输出值取最大值；

步骤三，将步骤二得到每个光纤光栅输出值取最大值通过多通道累加平均，得到每通道动态称重传感器平均；

步骤四，通过显示设备显示车辆通过的重量和速度信息以及车轴数量信息。

如图4所示，光纤光栅振动传感器受振动信号后光谱中心波长移动，与AWG对应的参考光谱处的强度发生变化，通过AWG解调该振动强度的变化，来反应外界振动信号的大小；当轮胎通过动态称重传感器时，车辆的应变会导致光纤光栅串中的每一个光栅受到轴向的拉伸，而产生峰值波长的偏移，此时阵列光栅波导模块中的光栅峰值波长和光谱形状均不变化，每个光纤光栅输出的强度信号发生变化。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (7)

1.一种车辆动态称重系统，其特征在于：包括：

用于提供宽频的光源单元；

用于采集动态信号的动态称重传感器；

其中，所述光源单元通过光环行器单元和光开关进入动态称重传感器；

用于对动态称重传感器的信号处理单元；

其中，所述信号处理单元与光环行器单元之间设置有探测器阵列模块和阵列光栅波导模块；

用于对阵列光栅波导模块中的光栅进行温度控制的温度控制模块。

2.根据权利要求1所述的一种车辆动态称重系统，其特征在于，所述动态称重传感器包括若干称重条；所述一称重条上设置有若干光纤光栅振动传感器。

3.根据权利要求1或2所述的一种车辆动态称重系统，其特征在于，所述动态称重传感器中的光纤光栅振动传感器将光源单元的光通过光环行器单元反射到阵列光栅波导模块；所述阵列光栅波导模块采用AWG光栅解调。

4.根据权利要求1所述的一种车辆动态称重系统，其特征在于，所述信号处理单元还与一显示单元连接；所述信号处理单元用于计算车辆通过的重量数据信息和速度数据信息；所述显示单元用于显示信号处理单元处理后的车辆信息。

5.根据权利要求1所述的一种车辆动态称重系统，其特征在于，所述阵列光栅波导模块由等间距的FBG构成；光谱间距在0.4nm-0.8nm的范围。

6.如权利要求1-5任意一所述的一种车辆动态称重监控方法，其特征在于，包括如下过程：

SS01宽带光源单元发出的光经过光学耦合器进入动态称重传感器；

SS02动态称重传感器通过若干载有光纤光栅振动传感器的称重条作为载体；光纤光栅振动传感器受振动信号后，光栅受轴向应变拉伸，光谱中心波长移动，在解调该信号时，AWG对应的参考光谱和原光纤光栅振动传感器光谱乘积的强度发生变化，通过AWG解调该振动强度的变化，来反应外界振动信号的大小；

SS03动态称重传感器由若干光纤光栅振动传感器串联构成，宽带光源经过光纤光栅串反射回来的光，通过光环行器进入阵列光栅波导模块；

SS04当轮胎通过动态称重传感器时，车辆的应变会导致光纤光栅串中的每一个光栅受到轴向的拉伸，而产生峰值波长的偏移，此时阵列光栅波导模块中的光栅峰值波长和光谱形状均不变化，每个光纤光栅输出的强度信号发生变化；

SS05通过探测器阵列探测输出光强度的变化；

SS06通过对SS05输出的光强度变化进行信号处理，计算出车辆通过的重量和速度信息，通过显示设备进行信息的显示。

7.根据权利要求6所述的一种车辆动态称重监控方法，其特征在于，所述SS06通过对SS05输出的光强度变化进行信号处理，计算出车辆通过的重量和速度信息，通过显示设备进行信息的显示，具体包括如下：

步骤一，采集动态称重传感器信号；

步骤二，将步骤一采集动态称重传感器信号通过光谱洛仑兹拟合，得到每个光纤光栅输出值取最大值；

步骤三，将步骤二得到每个光纤光栅输出值取最大值通过多通道累加平均，得到每通道动态称重传感器平均；

步骤四，通过显示设备显示车辆通过的重量和速度信息以及车轴数量信息。