CN114396999A - 一种压力传感器、压力监测总成及称重装置 - Google Patents

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马列同舟
卢永雄
王羽欣
周睿涵
肖黎
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    • G01G3/12—Weighing apparatus characterised by the use of elastically-deformable members, e.g. spring balances wherein the weighing element is in the form of a solid body stressed by pressure or tension during weighing
    • G01G3/125—Weighing apparatus characterised by the use of elastically-deformable members, e.g. spring balances wherein the weighing element is in the form of a solid body stressed by pressure or tension during weighing wherein the weighing element is an optical member

Abstract

本发明公开了一种压力传感器、压力监测总成及称重装置，压力传感器包括变形筒和光纤光栅,光纤光栅包括纤芯本体和设置在纤芯本体内的Bragg光栅,变形筒为直条形的圆筒,光纤光栅的沿水平方向设置,且沿径向贯穿变形筒,纤芯本体与变形筒连接固定,且位于变形筒内的纤芯本体处于绷直状态,且Bragg光栅均位于变形筒内,光纤光栅的两端分别为入射端和出射端，由于Bragg光栅对入射光中的波长具有选择特性，即反射或透射特定波长的光波，而光纤光栅受到外界温度或者应变的变化时，其所反射的光的中心波长也会相应进行一个漂移，通过标定测量中心波长的漂移量与应变之间的关系，可得出压力与波长漂移量之间的关系，从而通过漂移量的大小来得出压力的大小。

Description

一种压力传感器、压力监测总成及称重装置
技术领域
本发明属于称重设备领域，尤其涉及一种压力传感器、压力监测总成及称重装置。
背景技术
近些年来,高速公路车辆超载问题越来越严重化,这不仅仅使交通事故发生的几率大大提高,同时由于超载，导致缩短了高速公路的使用寿命。目前社会中所采取的称重方法大多数为静态称重，也就是采用地磅式测量，这大大的降低了测量车辆重量的效率。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明的目的之一在于提供一种结构简单，且测量精度高的压力传感器。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种压力传感器,包括变形筒和光纤光栅,所述光纤光栅包括纤芯本体和设置在所述纤芯本体内的Bragg光栅,所述变形筒为直条形的圆筒,所述光纤光栅的沿水平方向设置,且沿径向贯穿所述变形筒,所述纤芯本体与所述变形筒连接固定,且位于所述变形筒内的所述纤芯本体处于绷直状态,且所述Bragg光栅均位于所述变形筒内,所述光纤光栅的两端分别为入射端和出射端。
上述技术方案的有益效果在于：由于Bragg光栅对入射光中的波长具有选择特性，即反射或透射特定波长的光波，而光纤光栅受到外界温度或者应变的变化时，由于其具备高反射率，故其所反射的光的中心波长也会相应进行一个漂移，通过标定测量中心波长的漂移量与应变之间的关系，可得出压力与波长漂移量之间的关系，从而通过漂移量的大小来得出压力的大小。
上述技术方案中所述变形筒为Q235钢材材质制成。
上述技术方案的有益效果在于：其具有良好的塑性性能，故其在受压产生形变，并在压力消失后能及时复原。
本发明的目的之二在于提供一种结构简单，且检测灵敏的压力监测总成。
为了实现上述目的，本发明的另一技术方案如下：一种压力监测总成，包括耦合器、宽带光源、波长解调仪、上位机和如上所述的压力传感器，所述耦合器具有入射口、出射口和回射口，所述光纤光栅的入射端与所述耦合器的出射口连通，所述宽带光源通过第一光纤与所述耦合器的入射口连通，所述耦合器的回射口通过第二光纤与所述波长解调仪的入射口连通，所述上位机与所述波长解调仪电连接。
上述技术方案的有益效果在于：其结构简单，如此可由耦合器将宽带光源与光纤光栅反射回的光束进行分离，并将光纤光栅反射回的光束发送至波长解调仪进行对波长信息进行解调，同时将解调后的信息传输至上位机，并由上位机通过植入的算法得出车辆的重力。
上述技术方案中所述上位机为电脑。
上述技术方案的有益效果在于：其成本低。
本发明的目的之三在于提供一种结构简单，且可进行动态称重的称重装置
为了实现上述目的，本发明的另一技术方案如下：一种称重装置，包括上板、下板和如上所述的压力监测总成，所述上板和下板均水平设置，且所述上板位于所述下板的正上方，所述变形筒置于所述上板和下板之间，且其轴线水平分布，所述变形筒与所述上板和下板连接固定。
上述技术方案的有益效果在于：其结构简单，且便于安装。
上述技术方案中所述压力监测总成设有两个，所述上板和下板均为沿左右方向水平设置的直条形板，且所述上板和下板的两端对齐，两个所述变形筒分别设置在所述上板和下板之间的两端。
上述技术方案的有益效果在于：如此使得其稳定性佳，且测量精度高。
上述技术方案中所述变形筒的轴线沿前后方向水平分布。
上述技术方案的有益效果在于：如此可进一步的提高其测量精度。
附图说明
图1为本发明实施例1所述压力传感器的结构简图；
图2为本发明实施例2所述压力监测总成的结构简图；
图3为本发明实施例3所述称重装置的结构简图。
图中：1压力监测总成、11压力传感器、111变形筒、112光纤光栅、1121纤芯本体、1122Bragg光栅、12耦合器、13宽带光源、14波长解调仪、15上位机、2上板、3下板。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
实施例1
如图1所示，本实施例提供了一种压力传感器,包括变形筒111和光纤光栅112,所述光纤光栅112包括纤芯本体1121和间隔均匀设置在所述纤芯本体1121内的Bragg光栅1122,所述变形筒111为直条形的圆筒,所述光纤光栅112的沿水平方向设置,且沿径向贯穿所述变形筒111,所述纤芯本体1121与所述变形筒111连接固定,且位于所述变形筒111内的所述纤芯本体1121处于绷直状态,且所述Bragg光栅1122均位于所述变形筒111内,所述光纤光栅112的两端分别为入射端和出射端，由于Bragg光栅对入射光中的波长具有选择特性，即反射或透射特定波长的光波，而光纤光栅受到外界温度或者应变的变化时，由于其具备高反射率，故其所反射的光的中心波长也会相应进行一个漂移，通过标定测量中心波长的漂移量与应变之间的关系，可得出压力与波长漂移量之间的关系，从而通过漂移量的大小来得出压力的大小。
上述技术方案中所述变形筒111为Q235钢材材质制成，其具有良好的塑性性能，故其在受压产生形变，并在压力消失后能及时复原。
其中，本实施例中所使用的光纤光栅的参数如下：中心反射波长为1550nm±0.3nm，光纤纤芯直径为8.2um，光纤纤芯外的包层直径为125um，涂覆层直径为242um，栅区长度为10mm，反射率≥90％，光栅抗拉极限为3000με。
进一步优选的，为了避免变形筒的受到压力时形变增大而导致光纤光栅断裂，因此需要对变形筒的筒壁进行加厚处理，优选的，所述变形筒的内径为60mm，外径为86mm，且当变形筒受到15t力的时候，变形筒上下面会发生变形(即变形筒由圆形压扁为椭圆形)，此时光纤光栅即光纤光栅也会被拉长1mm。为了不让光纤受力过大，需要改变基本设置，当内环直径60mm，外环直径：86mm时，变形筒会被拉长发生0.4mm的变形，此时所反射的光的中心波长也会相应进行一个漂移即存在一个漂移量，即变形筒受到的压力与光纤光栅的形变量成正比，而光纤光栅的形变量又与纤芯本体反射的中心波长的漂移量成正比，故变形筒受到的压力与纤芯本体反射的中心波长的漂移量也成正比。
实施例2
如图所示，本实施例提供了一种压力监测总成，包括耦合器12、宽带光源13、波长解调仪14、上位机15和如实施例1所述的压力传感器11，所述耦合器12具有入射口、出射口和回射口，所述光纤光栅112的入射端与所述耦合器12的出射口连通，所述宽带光源13通过第一光纤与所述耦合器12的入射口连通，所述耦合器12的回射口通过第二光纤与所述波长解调仪14的入射口连通，所述上位机15与所述波长解调仪14电连接，其结构简单，如此可由耦合器将宽带光源与光纤光栅反射回的光束进行分离，并将光纤光栅反射回的光束发送至波长解调仪进行对波长信息进行解调，同时将解调后的信息传输至上位机，并由上位机通过植入的算法得出车辆的重力。
上述技术方案中所述上位机15为电脑，其成本低。
而针对压力监测总成需预先对其进行标定，即向变形筒施加不同大小的压力(以0kg-15吨的测量范围为例，可选取从0kg起，按照100kg的递增量来进行测量)并测得纤芯本体反射的中心波长对应的漂移量，如此制作标准曲线，并得到线性回归方程，如此可由上位机根据波长解调仪解调后得到的纤芯本体反射的中心波长的漂移量根据线性回归方程得到变形筒所受到的压力值。
实施例3
如图3所示，本实施例提供了一种称重装置，包括上板2、下板3和如实施例2所述的压力监测总成1，所述上板2和下板3均水平设置，且所述上板2位于所述下板3的正上方，所述变形筒111置于所述上板2和下板3之间，且其轴线水平分布，所述变形筒111与所述上板2和下板3连接固定其结构简单，且便于安装。
上述技术方案中所述压力监测总成1设有两个，所述上板2和下板3均为沿左右方向水平设置的直条形板，且所述上板2和下板3的两端对齐，两个所述变形筒111分别设置在所述上板2和下板3之间的两端，如此使得其稳定性佳，且测量精度高。
上述技术方案中所述变形筒111的轴线沿前后方向水平分布，如此可进一步的提高其测量精度。
其中,上板和下板的尺寸一致,其长度可在2m左右，以确保车辆沿前后方向经过称重装置时，其两侧的轮子均能经过称重装置上，如此实现对车辆的轴重进行称重，而车子的多个车轴的轴重值相加值即可视为车辆的重量。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种压力传感器,其特征在于,包括变形筒(111)和光纤光栅(112),所述光纤光栅(112)包括纤芯本体(1121)和设置在所述纤芯本体(1121)内的Bragg光栅(1122),所述变形筒(111)为直条形的圆筒,所述光纤光栅(112)的沿水平方向设置,且沿径向贯穿所述变形筒(111),所述纤芯本体(1121)与所述变形筒(111)连接固定,且位于所述变形筒(111)内的所述纤芯本体(1121)处于绷直状态,且所述Bragg光栅(1122)均位于所述变形筒(111)内,所述光纤光栅(112)的两端分别为入射端和出射端。
2.根据权利要求1所述的压力传感器,其特征在于,所述变形筒(111)为Q235钢材材质制成。
3.一种压力监测总成，其特征在于，包括耦合器(12)、宽带光源(13)、波长解调仪(14)、上位机(15)和如权利要求1或2所述的压力传感器(11)，所述耦合器(12)具有入射口、出射口和回射口，所述光纤光栅(112)的入射端与所述耦合器(12)的出射口连通，所述宽带光源(13)通过第一光纤与所述耦合器(12)的入射口连通，所述耦合器(12)的回射口通过第二光纤与所述波长解调仪(14)的入射口连通，所述上位机(15)与所述波长解调仪(14)电连接。
4.根据权利要求3所述压力监测总成，其特征在于，所述上位机(15)为电脑。
5.一种称重装置，其特征在于，包括上板(2)、下板(3)和如权利要求3或4所述的压力监测总成(1)，所述上板(2)和下板(3)均水平设置，且所述上板(2)位于所述下板(3)的正上方，所述变形筒(111)置于所述上板(2)和下板(3)之间，且其轴线水平分布，所述变形筒(111)与所述上板(2)和下板(3)连接固定。
6.根据权利要求5所述的称重装置，其特征在于，所述压力监测总成(1)设有两个，所述上板(2)和下板(3)均为沿左右方向水平设置的直条形板，且所述上板(2)和下板(3)的两端对齐，两个所述变形筒(111)分别设置在所述上板(2)和下板(3)之间的两端。
7.根据权利要求6所述的称重装置，其特征在于，所述变形筒(111)的轴线沿前后方向水平分布。
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