CN113063517B - 一种胎体监测装置和胎体监测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例提供了一种胎体监测装置和胎体监测方法。本发明实施例提供技术方案中，胎体检测装置包括：外壳和设置于外壳内部的悬臂梁、第一光纤光栅传感器、第二光纤光栅传感器、光检测模块和中央控制电路，且第一光纤光栅传感器和第二光纤光栅传感器相对于悬臂梁的中轴线轴对称设置。采用光纤光栅传感器进行传感，相对于电子传感器，光纤光栅传感器更具耐高温性，可以在高温环境中进行传感，避免了因胎体内部的高温导致传感器自身损坏的问题。由于第一光纤光栅传感器和第二光纤光栅传感器相对于悬臂梁的中轴线对称设置，因此消除了温度在检测胎体的转速和温度变化量的过程中的干扰，使得本发明实施例中的胎体监测装置具有温度补偿功能。
Description
【技术领域】
本发明涉及自动化检测技术领域，尤其涉及一种胎体监测装置和胎体监测方法。
【背景技术】
现有的胎体监测装置，由于胎体在监测时常常需要转动，可能导致监测到的信号难以通过有线的传输方式传送到后台信号处理设备；此外，在胎体中安装电子传感器及物联网通信模块可能导致胎体内温度过高，而胎体内温度过高会造成电子传感器和集成电路无法工作。
目前电子传感器的耐温性较差，温度对电子传感器的正常工作的干扰较为严重；另外，胎体内部的高温容易导致传感器损坏。
【发明内容】
有鉴于此，本发明实施例提供了一种胎体监测装置和胎体监测方法，用于在监测胎体性能指标的同时避免胎体内部高温对胎体内部元件的影响。
一方面，本发明实施例提供了一种胎体监测装置，胎体监测装置设置于胎体的内表面，胎体监测装置包括：外壳和设置于外壳内部的悬臂梁、第一光纤光栅传感器、第二光纤光栅传感器、光检测模块和中央控制电路，其中，第一光纤光栅传感器和第二光纤光栅传感器与光检测模块连接，中央控制电路与光检测模块连接；
第一光纤光栅传感器和第二光纤光栅传感器均位于悬臂梁的表面，且第一光纤光栅传感器和第二光纤光栅传感器相对于悬臂梁的中轴线轴对称设置；
光检测模块，用于向第一光纤光栅传感器和第二光纤光栅传感器发送特定波长的检测光信号；接收第一光纤光栅传感器反射的第一反射光信号和第二光纤光栅传感器反射的第二反射光信号，并检测第一反射光信号和第二反射光信号的波长；
中央控制电路，用于根据特定波长、第一反射光信号的波长、第二反射光信号的波长，生成胎体的转速和胎体的温度变化量。
可选地，胎体监测装置还包括：设置于外壳内部的第三光纤光栅传感器；
光检测模块还用于向第三光纤光栅传感器发送特定波长的检测光信号；接收第三光纤光栅传感器反射的第三反射光信号，并检测第三反射光信号的波长；
中央控制电路还用于根据温度变化量、特定波长和第三反射光信号的波长，生成胎体内部压强值。
可选地，外壳内部设置有第一腔室和第二腔室；
光检测模块和中央控制电路位于第一腔室内；
悬臂梁、第一光纤光栅传感器、第二光纤光栅传感器和第三光纤光栅传感器位于第二腔室内；
第一腔室和第二腔室之间设置有第一侧壁，悬臂梁位于第二腔室的第二侧壁上，第二侧壁与第一侧壁对应位置设置。
可选地，外壳的指定部分为第二腔室的第三侧壁，第三侧壁与第二侧壁相邻设置。
可选地，外壳内部还设置有第三腔室，第二腔室位于第一腔室和第三腔室之间；
第二侧壁位于第二腔室和第三腔室之间；
第三腔室内设置有电池，第一腔室内设置有电源，电源与电池和中央控制电路连接，
电池，用于向电源供电；
电源，用于向中央控制电路供电。
可选地，第三光纤光栅传感器位于外壳的指定部分上，指定部分的厚度小于其它部分的厚度。
另一方面，本发明实施例提供了一种胎体监测方法，方法基于胎体监测装置，胎体监测装置设置于胎体的内表面；胎体监测装置包括：外壳和设置于外壳内部的悬臂梁、第一光纤光栅传感器、第二光纤光栅传感器、光检测模块和中央控制电路，其中，第一光纤光栅传感器和第二光纤光栅传感器与光检测模块连接，中央控制电路与光检测模块连接；第一光纤光栅传感器和第二光纤光栅传感器均位于悬臂梁的表面，且第一光纤光栅传感器和第二光纤光栅传感器相对于悬臂梁的中轴线轴对称设置；
方法包括：
光检测模块向第一光纤光栅传感器和第二光纤光栅传感器发送特定波长的检测光信号；接收第一光纤光栅传感器反射的第一反射光信号和第二光纤光栅传感器反射的第二反射光信号，并检测第一反射光信号和第二反射光信号的波长；
中央控制电路根据特定波长、第一反射光信号的波长、第二反射光信号的波长，生成胎体的转速和胎体的温度变化量。
可选地，胎体监测装置还包括：设置于外壳内部的第三光纤光栅传感器；第三光纤光栅传感器位于外壳的指定部分上，指定部分的厚度小于其它部分的厚度；
方法还包括：
光检测模块向第三光纤光栅传感器发送特定波长的检测光信号；接收第三光纤光栅传感器反射的第三反射光信号，并检测第三反射光信号的波长；
中央控制电路根据温度变化量、特定波长和第三反射光信号的波长，生成胎体内部压强值。
可选地，中央控制电路根据特定波长、第一反射光信号的波长、第二反射光信号的波长，生成胎体的转速和胎体的温度变化量，包括：
将第一反射光信号的波长减去特定波长，生成第一波长变化量；
将第二反射光信号的波长减去特定波长，生成第二波长变化量；
将第一波长变化量和第二波长变化量分别代入公式
和公式
计算出悬臂梁表面的应变和胎体的温度变化量，其中，α为光纤的热膨胀系数，ξ为光纤的热光系数，Pe为光纤材料的弹光系数，λ为检测光信号的特定波长，Δλ1为第一波长变化量，Δλ2为第二波长变化量，ΔT为胎体的温度变化量，ε为悬臂梁表面的应变；将悬臂梁表面的应变代入公式
计算出悬臂梁头部的向心力，其中，ε为悬臂梁表面的应变，h为悬臂梁的厚度，b为悬臂梁的宽度，L为第一光纤光栅传感器或第二光纤光栅传感器粘贴点到悬臂梁头部的距离，F为悬臂梁头部的向心力，E为悬臂梁材料弹性系数材料；
将悬臂梁头部的向心力代入公式
计算出胎体线速度，其中，F为悬臂梁头部的向心力，m为悬臂梁头部的配重体的质量，v为胎体线速度，r为胎体半径；
将胎体线速度除以胎体半径，计算出胎体的转速。
可选地，中央控制电路根据温度变化量、特定波长和第三反射光信号的波长，生成胎体内部压强值，包括：
将第三反射光信号的波长减去特定波长，生成第三波长变化量；
将温度变化量和第三波长变化量代入公式
计算出第三侧壁的应变，其中，α为光纤的热膨胀系数，ξ为光纤的热光系数，Pe为光纤材料的弹光系数，λ为检测光信号的特定波长，Δλ3为第三波长变化量，ΔT为胎体的温度变化量，此时的ε为第三侧壁的应变；
将第三侧壁的应变带入公式
计算出胎体内部压强值，其中，ε1为第三侧壁的应变，μ为第三侧壁的泊松系数，E1为第三侧壁材料弹性系数材料，δ为第三侧壁的厚度，R0为第三侧壁半径，p为胎体内部压强值。
本发明实施例提供的一种胎体监测装置和胎体监测方法的技术方案中，胎体检测装置包括：外壳和设置于外壳内部的悬臂梁、第一光纤光栅传感器、第二光纤光栅传感器、光检测模块和中央控制电路，且第一光纤光栅传感器和第二光纤光栅传感器相对于悬臂梁的中轴线轴对称设置。采用光纤光栅传感器进行传感，相对于电子传感器，光纤光栅传感器更具耐高温性，可以在高温环境中进行传感，避免了因胎体内部的高温导致传感器自身损坏的问题。由于第一光纤光栅传感器和第二光纤光栅传感器相对于悬臂梁的中轴线对称设置，因此消除了温度在检测胎体的转速和温度变化量的过程中的干扰，使得本发明实施例中的胎体监测装置具有温度补偿功能。
【附图说明】
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中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它的附图。
图1为本发明实施例提供的一种胎体监测装置的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种胎体监测方法的流程图。
【具体实施方式】
为了更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。
应当明确，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。
在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。
应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
图1为本发明实施例提供的一种胎体监测装置的结构示意图，如图1所示，该胎体监测装置100设置于胎体的内表面；该胎体监测装置100包括：外壳1和设置于外壳1内部的悬臂梁2、第一光纤光栅传感器3、第二光纤光栅传感器4、光检测模块5和中央控制电路6，其中，第一光纤光栅传感器3和第二光纤光栅传感器4与光检测模块5连接，中央控制电路6与光检测模块5连接；
第一光纤光栅传感器3和第二光纤光栅传感器4均位于悬臂梁2的表面，且第一光纤光栅传感器3和第二光纤光栅传感器4相对于悬臂梁2的中轴线轴对称设置；
光检测模块5用于向第一光纤光栅传感器3和第二光纤光栅传感器4发送特定波长的检测光信号，并接收第一光纤光栅传感器3反射的第一反射光信号和第二光纤光栅传感器4反射的第二反射光信号；
中央控制电路6用于根据特定波长、第一反射光信号的波长、第二反射光信号的波长，生成胎体的转速和胎体的温度变化量。
本发明实施例中，胎体可包括轮胎、气垫船或者管道。若胎体为轮胎，可以将胎体监测装置100的粘贴面7粘贴于轮胎内表面，粘贴面与轮胎转轴平行；若胎体为气垫船或管道，可以将胎体监测装置100的底部7直接粘贴于气垫船或管道的内表面。其中，由于该胎体监测装置100的尺寸较小，因此若胎体的内表面存在弧度，粘贴时粘贴面的弧度可忽略不计。
本发明实施例中，外壳1的材料为玄武岩纤维与橡胶复合材料，玄武岩纤维具有极强的耐热性，可以对内部的各个结构起到较好的隔热与耐温保护作用，解决胎体内部温度过高导致传感器无法传感的问题，同时，由于玄武岩纤维电导率低、极化率低，因此可以避免腔室结构阻碍无线信号传输。另外，外壳1与胎体的材料一致，有利于胎体监测装置100与胎体本身融合。
本发明实施例中，悬臂梁2的头部还设置有配重体8，配重体8的作用是提高悬臂梁2的惯性，从而增大悬臂梁2头部的挠度，增强传感效果，起到增敏的作用。
本发明实施例中，胎体监测装置100采用光纤光栅传感器进行传感，相对于电子传感器，光纤光栅传感器更具耐高温性，可以在高温环境中进行传感，避免了因胎体内部的高温导致传感器自身损坏的问题。
本发明实施例中，光检测模块5会向第一光纤光栅传感器3和第二光纤光栅传感器4实时发送特定波长的检测光信号，第一光纤光栅传感器3接收特定波长的检测光信号，并向光检测模块5反射第一反射光信号；第二光纤光栅传感器4接收特定波长的检测光信号，并向光检测模块5反射第二反射光信号光检测模块5检测出第一反射光信号和第二反射光信号的波长。由于胎体在转动或者运行过程中，胎体内部温度会升高，胎体内部的压强会产生变化，胎体监测装置100内部的悬臂梁2的表面会产生应变，第一光纤光栅传感器3和第二光纤光栅传感器4由于受到温度和应变的影响，反射回来的反射光信号的波长会发生变化，即第一反射光信号的波长和第二反射光信号的波长均不等于特定波长。
例如，胎体为轮胎，当轮胎转动时，因向心作用，配重体8向下并带动悬臂梁2向胎体外侧弯曲，产生挠度(即上下摆动)，此时由于第一光纤光栅传感器3和第二光纤光栅传感器4相对于悬臂梁2的中轴线对称设置，所以第一光纤光栅传感器3会拉伸，第二光纤光栅传感器4压缩，且拉伸量与压缩量大小相等。
而且，在实际应用中第一光纤光栅传感器3和第二光纤光栅传感器4会同时受到温度的影响，产生温度差，因此第一反射光信号的波长还应该与由于温度变化量引起的波长变化量相加才是实际应用中的第一反射光信号的波长，该温度变化量为设定的初始温度与当前实际温度的差值。第二反射光信号的波长与温度差相加才是实际应用中的第二反射光信号的波长。因此利用该胎体监测装置100计算胎体的转速和温度变化量时，将第一波长变化量与第二波长变化量相减，可以抵消掉温度差，使得该胎体监测装置100具有温度补偿功能，利用该胎体监测装置100检测出的胎体的转速和温度变化量可以避免温度干扰，保证了检测结果的准确性。
本发明实施例中，优选地，第一光纤光栅传感器3、第二光纤光栅传感器4和光检测模块5通过光纤9串联连接，具体为：光检测模块5通过光纤9与第一光纤光栅传感器3连接，第一光纤光栅传感器3通过光纤9与第二光纤光栅传感器4连接。串联的连接方式可以在制作过程中减少工艺流程，简化整体结构，节约制造成本。需要说明的是，第一光纤光栅传感器3和第二光纤光栅传感器4之间的串联连接方式，二者之间不会产生影响。
本发明实施例中，中央控制电路6通过光纤9与光检测模块5连接，中央控制电路6用于根据特定波长、第一反射光信号的波长、第二反射光信号的波长计算出胎体的转速和胎体的温度变化量。
该胎体监测装置100还包括：设置于外壳1内部的第三光纤光栅传感器10；
第三光纤光栅传感器10位于外壳1的指定部分上，指定部分的厚度小于其它部分的厚度；
光检测模块5还用于向第三光纤光栅传感器10发送特定波长的检测光信号，并接收第三光纤光栅传感器10反射的第三反射光信号；
中央控制电路6还用于根据胎体的温度变化量、特定波长和第三反射光信号的波长，生成胎体内部压强值。
本发明实施例中，第三光纤光栅传感器10设置于外壳1的内部，且与第二光纤光栅传感4通过光纤9串联连接，具体为：光检测模块5通过光纤9与第一光纤光栅传感器3连接，第一光纤光栅传感器3通过光纤9与第二光纤光栅传感器4连接，第二光纤光栅传感器4通过光纤9与第三光纤光栅传感器10连接。串联的连接方式可以在制作过程中减少工艺流程，简化整体结构，节约制造成本。需要说明的是，第一光纤光栅传感器3、第二光纤光栅传感器4和第三光纤光栅传感器10三者之间的串联连接方式，二者之间不会产生影响。
本发明实施例中，光检测模块5会向第三光纤光栅传感器10实时发送特定波长的检测光信号，第三光纤光栅传感器10接收特定波长的检测光信号，并向光检测模块5反射第三反射光信号。光检测模块5会检测出第三反射光信号的波长，由于胎体在转动或者运行过程中，胎体内部的气体压力与胎体外部的气体压力形成的气体压力差会导致指定部分产生应变，第三光纤光栅传感器10由于受到应变的影响，反射回来的第三反射光信号的波长会发生变化，即第三反射光信号的波长均不等于特定波长。
本发明实施例中，中央控制电路6通过光纤9与光检测模块5连接，用于根据特定波长和第三反射光信号的波长计算出胎体内部压强值，利用光纤进行传感，削弱了温度在计算胎体内部压强值过程中的干扰。
外壳1内部设置有第一腔室12和第二腔室13；
光检测模块5和中央控制电路6位于第一腔室12内；
悬臂梁2、第一光纤光栅传感器3、第二光纤光栅传感器4和第三光纤光栅传感器10位于第二腔室13内；
第一腔室12和第二腔室13之间设置有第一侧壁14，悬臂梁2位于第二腔室13的第二侧壁15上，第二侧壁15与第一侧壁14对应位置设置。
本发明实施例中，第一腔室12内还设置有物联网通信模组17，物联网通信模组17通过光纤9与中央控制电路6连接。物联网通信模组17主要通过无线通信方式将计算出的胎体的转速、胎体的温度变化量和胎体内部压强值发送至通信基站。其中，无线通信方式包括：全球移动通信系统(Global System for Mobile Communications，简称：GSM)、通用分组无线服务(General Packet Radio Service，简称：GPRS)、窄带物联网(Narrow BandInternet of Things,简称：NB-IoT)、频分双工长期演进(Frequency Division DuplexingLong Term Evolution,简称：LTE-FDD)、分时长期演进(Time Division Long TermEvolution，简称TD-LTE)、第五代移动通信技术(5th-Generation，简称：5G)中之一。
本发明实施例中，第一腔室12内部采用聚四氟乙烯进行填充。采用聚四氟乙烯进行填充的主要目的是提高光检测模块5、中央控制电路6和物联网通信模组17的耐高温性，同时由于胎体内部的气体压力高于胎体外部的气体压力，也起到了对胎体外部的气体压力的支撑作用。
本发明实施例中，由第一侧壁14将第一腔室12和第二腔室13分隔开，也就是说第一腔室12和第二腔室13共用第一侧壁14。因此，第一侧壁14既属于第一腔室12，又属于第二腔室13，即：第一侧壁14既是第一腔室12的第一侧壁14，又是第二腔室13的第一侧壁14。
外壳1的指定部分为第二腔室的第三侧壁11，第三侧壁11与第二侧壁15相邻设置。
作为一种可选方式，第三侧壁11包括薄膜。
本发明实施例中，该胎体检测装置100为圆柱体，第三侧壁11的半径包括从该胎体监测装置100的纵截面的边缘至该纵截面的圆心之间的距离。
本发明实施例中，第三侧壁11的厚度小于其它部分的厚度，第三光纤光栅传感器10位于第二腔室13的第三侧壁11上，第三侧壁11既与第二侧壁15相邻设置，也与第一侧壁14相邻设置。
本发明实施例中，第二腔室13内部为真空。因此，第三侧壁11受到的压力即为胎体内部的气体压力，胎体内部的气体压力与胎体外部的气体压力形成的气体压力差会导致第三侧壁11产生应变，第三光纤光栅传感器10由于受到应变的影响，反射回来的第三反射光信号的波长会发生变化。
外壳1内部还设置有第三腔室16，第二腔室13位于第一腔室12和第三腔室16之间；
第二侧壁15位于第二腔室13和第三腔室16之间；
第三腔室16内设置有电池18，第一腔室12内设置有电源19，电源19与电池18和中央控制电路6连接，
电池18，用于向电源19供电；
电源19，用于向中央控制电路6供电。
本发明实施例中，第三腔室16内部采用聚四氟乙烯进行填充。采用聚四氟乙烯进行填充的主要目的是提高电池18的耐高温性，同时由于胎体内部的气体压力高于胎体外部的气体压力，也起到了对胎体外部的气体压力的支撑作用。
本发明实施例中，由第二侧壁15将第二腔室13和第三腔室16分隔开，也就是说第二腔室13和第三腔室16共用第二侧壁15。因此，第二侧壁15既属于第二腔室13，又属于第三腔室16，即：第二侧壁15既是第二腔室13的第二侧壁15，又是第三腔室16的第二侧壁15。
本发明实施例中，电源19通过电源线20与电池18连接，电源19通过光纤9与中央控制电路6连接。
本发明实施例中，电源19向中央控制电路6供电，以供中央控制电路6工作。
本发明实施例提供的一种胎体监测装置和胎体监测方法的技术方案中，胎体检测装置包括：外壳和设置于外壳内部的悬臂梁、第一光纤光栅传感器、第二光纤光栅传感器、光检测模块和中央控制电路，且第一光纤光栅传感器和第二光纤光栅传感器相对于悬臂梁的中轴线轴对称设置。采用光纤光栅传感器进行传感，相对于电子传感器，光纤光栅传感器更具耐高温性，可以在高温环境中进行传感，避免了因胎体内部的高温导致传感器自身损坏的问题。由于第一光纤光栅传感器和第二光纤光栅传感器相对于悬臂梁的中轴线对称设置，因此消除了温度在检测胎体的转速和温度变化量的过程中的干扰，使得本发明实施例中的胎体监测装置具有温度补偿功能。
图2为本发明实施例提供的一种胎体监测方法的流程图，如图2所示，该方法包括：
步骤201、光检测模块5向第一光纤光栅传感器3、第二光纤光栅传感器4和第三光纤光栅传感器10发送特定波长的检测光信号。
步骤202、光检测模块5接收第一光纤光栅传感器3反射的第一反射光信号、第二光纤光栅传感器4反射的第二反射光信号和第三光纤光栅传感器10反射的第三反射光信号。
步骤203、光检测模块5检测第一反射光信号的波长、第二反射光信号的波长和第三反射光信号的波长。
步骤204、光检测模块5将第一反射光信号的波长、第二反射光信号的波长和第三反射光信号的波长发送给中央控制电路6。
具体地，光检测模块5通过光纤9将第一反射光信号的波长、第二反射光信号的波长和第三反射光信号的波长发送给中央控制电路6。
步骤205、中央控制电路6将第一反射光信号的波长减去特定波长，生成第一波长变化量。
步骤206、中央控制电路6将第二反射光信号的波长减去特定波长，生成第二波长变化量。
步骤207、中央控制电路6将第三反射光信号的波长减去特定波长，生成第三波长变化量。
步骤208、中央控制电路6根据第一波长变化量和第二波长变化量，计算出悬臂梁2表面的应变和胎体的温度变化量。
其中，α为光纤的热膨胀系数，ξ为光纤的热光系数，Pe为光纤材料的弹光系数，λ为检测光信号的特定波长，Δλ1为第一波长变化量，Δλ2为第二波长变化量，ΔT为胎体的温度变化量，ε为悬臂梁表面的应变。
当悬臂梁2上下摆动时，相对于悬臂梁2的中轴线对称的表面产生的应变大小相等，方向相反，胎体的温度变化量相同。
具体地，将第一波长变化量和第二波长变化量分别代入公式1和公式2，公式1和公式2联立计算出悬臂梁2表面的应变和胎体的温度变化量。
步骤209、中央控制电路6根据悬臂梁2表面的应变，计算出胎体的转速。
本发明实施例中，步骤209具体包括：
步骤2091、将悬臂梁2表面的应变代入公式4中，计算出悬臂梁2头部的向心力。
其中，ε为悬臂梁表面的应变，h为悬臂梁的厚度，b为悬臂梁的宽度，L为第一光纤光栅传感器或第二光纤光栅传感器粘贴点到悬臂梁头部的距离，F为悬臂梁头部的向心力，E为悬臂梁材料弹性系数材料。
步骤2092、将悬臂梁2头部的向心力代入公式4中，计算出胎体线速度。
其中，F为悬臂梁头部的向心力，m为悬臂梁2头部的配重体的质量，v为胎体线速度，r为胎体半径。
本步骤中，悬臂梁2头部的配重体的重力影响微弱，可以忽略不计。
步骤2093、将胎体线速度除以胎体半径，计算出胎体的转速。
本步骤中，预先测量出胎体半径，因此胎体半径为已知量。
进一步地，当胎体为轮胎时，将设定时间段乘以胎体线速度，计算出里程。
步骤210、中央控制电路6根据胎体的温度变化量，计算出胎体内部压强值。
本发明实施例中，步骤210具体包括：
步骤2101、将胎体的温度变化量代入公式5，计算出第三侧壁11的应变。
其中，α为光纤的热膨胀系数，ξ为光纤的热光系数，Pe为光纤材料的弹光系数，λ为检测光信号的特定波长，Δλ3为第三波长变化量，ΔT为胎体的温度变化量，ε1为第三侧壁的应变。
步骤2102、将第三侧壁11的应变代入公式6，计算出胎体内部压强值。
其中，ε1为第三侧壁的应变，μ为第三侧壁的泊松系数，E1为第三侧壁材料弹性系数材料，δ为第三侧壁的厚度，R0为第三侧壁半径，p为胎体内部压强值。
步骤211、物联网通信模组17通过无线通信方式将胎体的转速和/或胎体的温度变化量发送至通信基站。
其中，无线通信方式包括：全球移动通信系统(Global System for MobileCommunications，简称：GSM)、通用分组无线服务(General Packet Radio Service，简称：GPRS)、窄带物联网(Narrow Band Internet of Things,简称：NB-IoT)、频分双工长期演进(Frequency Division Duplexing Long Term Evolution,简称：LTE-FDD)、分时长期演进(Time Division Long Term Evolution，简称TD-LTE)、第五代移动通信技术(5th-Generation，简称：5G)中之一。
本发明实施例提供的一种胎体监测装置和胎体监测方法的技术方案中，胎体检测装置包括：外壳和设置于外壳内部的悬臂梁、第一光纤光栅传感器、第二光纤光栅传感器、光检测模块和中央控制电路，且第一光纤光栅传感器和第二光纤光栅传感器相对于悬臂梁的中轴线轴对称设置。采用光纤光栅传感器进行传感，相对于电子传感器，光纤光栅传感器更具耐高温性，可以在高温环境中进行传感，避免了因胎体内部的高温导致传感器自身损坏的问题。由于第一光纤光栅传感器和第二光纤光栅传感器相对于悬臂梁的中轴线对称设置，因此消除了温度在检测胎体的转速和温度变化量的过程中的干扰，使得本发明实施例中的胎体监测装置具有温度补偿功能。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。
Claims (10)
1.一种胎体监测装置，其特征在于，所述胎体监测装置设置于胎体的内表面；所述胎体监测装置包括：外壳和设置于所述外壳内部的悬臂梁、第一光纤光栅传感器、第二光纤光栅传感器、光检测模块和中央控制电路，其中，所述第一光纤光栅传感器和所述第二光纤光栅传感器与所述光检测模块连接，所述中央控制电路与所述光检测模块连接；
所述第一光纤光栅传感器和所述第二光纤光栅传感器均位于所述悬臂梁的表面，且所述第一光纤光栅传感器和所述第二光纤光栅传感器相对于所述悬臂梁的中轴线轴对称设置；
所述光检测模块，用于向所述第一光纤光栅传感器和所述第二光纤光栅传感器发送特定波长的检测光信号；接收所述第一光纤光栅传感器反射的第一反射光信号和所述第二光纤光栅传感器反射的第二反射光信号，并检测所述第一反射光信号和第二反射光信号的波长；
所述中央控制电路，用于根据所述特定波长、所述第一反射光信号的波长、所述第二反射光信号的波长，生成所述胎体的转速和所述胎体的温度变化量；
其中，所述胎体检测装置包括多个腔室，所述腔室之间用侧壁分隔，所述悬臂梁 固定于所述侧壁；
所述悬臂梁头部还设置有配重体，当所述胎体转动时，所述配重体带动所述悬臂梁向所述胎体外侧弯曲，使得所述第一光纤光栅传感器拉伸，所述第二光纤光栅传感器压缩。
2.根据权利要求1所述的胎体监测装置，其特征在于，所述胎体监测装置还包括：设置于所述外壳内部的第三光纤光栅传感器；
所述光检测模块还用于向所述第三光纤光栅传感器发送特定波长的检测光信号；接收所述第三光纤光栅传感器反射的第三反射光信号，并检测所述第三反射光信号的波长；
所述中央控制电路还用于根据所述温度变化量、所述特定波长和所述第三反射光信号的波长，生成胎体内部压强值。
3.根据权利要求2所述的胎体监测装置，其特征在于，所述外壳内部设置有第一腔室和第二腔室；
所述光检测模块和所述中央控制电路位于所述第一腔室内；
所述悬臂梁、第一光纤光栅传感器、第二光纤光栅传感器和第三光纤光栅传感器位于所述第二腔室内；
所述第一腔室和所述第二腔室之间设置有第一侧壁，所述悬臂梁位于所述第二腔室的第二侧壁上，所述第二侧壁与所述第一侧壁对应位置设置。
4.根据权利要求3所述的胎体监测装置，其特征在于，所述外壳的指定部分为所述第二腔室的第三侧壁，所述第三侧壁与所述第二侧壁相邻设置。
5.根据权利要求3所述的胎体监测装置，其特征在于，所述外壳内部还设置有第三腔室，所述第二腔室位于所述第一腔室和所述第三腔室之间；
所述第二侧壁位于所述第二腔室和所述第三腔室之间；
所述第三腔室内设置有电池，所述第一腔室内设置有电源，所述电源与所述电池和所述中央控制电路连接，
所述电池，用于向所述电源供电；
所述电源，用于向所述中央控制电路供电。
6.根据权利要求2所述的胎体监测装置，其特征在于，所述第三光纤光栅传感器位于外壳的指定部分上，所述指定部分的厚度小于其它部分的厚度。
7.一种胎体监测方法，其特征在于，所述方法基于所述胎体监测装置，所述胎体监测装置设置于胎体的内表面；所述胎体监测装置包括：外壳和设置于所述外壳内部的悬臂梁、第一光纤光栅传感器、第二光纤光栅传感器、光检测模块和中央控制电路，其中，所述第一光纤光栅传感器和所述第二光纤光栅传感器与所述光检测模块连接，所述中央控制电路与所述光检测模块连接；所述第一光纤光栅传感器和所述第二光纤光栅传感器均位于所述悬臂梁的表面，且所述第一光纤光栅传感器和所述第二光纤光栅传感器相对于所述悬臂梁的中轴线轴对称设置；
所述方法包括：
所述光检测模块向所述第一光纤光栅传感器和所述第二光纤光栅传感器发送特定波长的检测光信号；接收所述第一光纤光栅传感器反射的第一反射光信号和所述第二光纤光栅传感器反射的第二反射光信号，并检测所述第一反射光信号和第二反射光信号的波长；
所述中央控制电路根据所述特定波长、所述第一反射光信号的波长、所述第二反射光信号的波长，生成所述胎体的转速和所述胎体的温度变化量；
其中，所述胎体检测装置包括多个腔室，所述腔室之间用侧壁分隔，所述悬臂梁 固定于所述侧壁；
所述悬臂梁头部还设置有配重体，当所述胎体转动时，所述配重体带动所述悬臂梁向所述胎体外侧弯曲，使得所述第一光纤光栅传感器拉伸，所述第二光纤光栅传感器压缩。
8.根据权利要求7所述的胎体监测方法，其特征在于，所述胎体监测装置还包括：设置于所述外壳内部的第三光纤光栅传感器；所述第三光纤光栅传感器位于外壳的指定部分上，所述指定部分的厚度小于其它部分的厚度；
所述方法还包括：
所述光检测模块向所述第三光纤光栅传感器发送特定波长的检测光信号；接收所述第三光纤光栅传感器反射的第三反射光信号，并检测所述第三反射光信号的波长；
所述中央控制电路根据所述温度变化量、所述特定波长和所述第三反射光信号的波长，生成胎体内部压强值。
9.根据权利要求7所述的胎体监测方法，其特征在于，所述中央控制电路根据所述特定波长、所述第一反射光信号的波长、所述第二反射光信号的波长，生成所述胎体的转速和所述胎体的温度变化量，包括：
将所述第一反射光信号的波长减去特定波长，生成第一波长变化量；
将所述第二反射光信号的波长减去特定波长，生成第二波长变化量；
将所述第一波长变化量和所述第二波长变化量分别代入公式
和公式
计算出悬臂梁表面的应变和所述胎体的温度变化量，其中，α为光纤的热膨胀系数，ξ为光纤的热光系数，Pe为光纤材料的弹光系数，λ为检测光信号的特定波长，Δλ1为第一波长变化量，Δλ2为第二波长变化量，ΔT为胎体的温度变化量，ε为悬臂梁表面的应变；
将所述悬臂梁表面的应变代入公式
计算出悬臂梁头部的向心力，其中，ε为悬臂梁表面的应变，h为悬臂梁的厚度，b为悬臂梁的宽度，L为第一光纤光栅传感器或第二光纤光栅传感器粘贴点到悬臂梁头部的距离，F为悬臂梁头部的向心力，E为悬臂梁材料弹性系数材料；
将所述悬臂梁头部的向心力代入公式
计算出胎体线速度，其中，F为悬臂梁头部的向心力，m为悬臂梁头部的配重体的质量，v为胎体线速度，r为胎体半径；
将所述胎体线速度除以胎体半径，计算出胎体的转速。
10.根据权利要求8所述的胎体监测方法，其特征在于，所述中央控制电路根据所述温度变化量、所述特定波长和所述第三反射光信号的波长，生成胎体内部压强值，包括：
将第三反射光信号的波长减去特定波长，生成第三波长变化量；
将所述温度变化量和第三波长变化量代入公式
计算出第三侧壁的应变，其中，α为光纤的热膨胀系数，ξ为光纤的热光系数，Pe为光纤材料的弹光系数，λ为检测光信号的特定波长，Δλ3为第三波长变化量，ΔT为胎体的温度变化量，ε1为第三侧壁的应变；
将所述第三侧壁的应变带入公式
计算出胎体内部压强值，其中，ε1为第三侧壁的应变，μ为第三侧壁的泊松系数，E1为第三侧壁材料弹性系数材料，δ为第三侧壁的厚度，R0为第三侧壁半径，p为胎体内部压强值。
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