CN211626654U - 一种光纤光栅车辆动态称重传感器及装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种光纤光栅车辆动态称重传感器及装置，包括：上方开口的壳体，和与壳体的上方开口连接的应变片；壳体内壁与若干个悬臂梁的一端连接，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。

Description

一种光纤光栅车辆动态称重传感器及装置

技术领域

本实用新型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传感器及装置，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

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。

目前这些光纤光栅称重传感器不仅缺少可更换维护的功能，且对于称重传感器的密封容易受到道路风沙侵蚀作用，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)，往往由于传感器长时间的工作，且针对动态检测时的车轮受到振动影响，容易对探头产生影响，这些弊端将限制动态称重系统的应用，如何降低动态检测时传感器探头的影响，提高传感器精度情况下进行车辆动态称重是目前急需解决的技术问题。

发明内容

为了解决上述技术问题，本实用新型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，通过基座将各个光纤光栅称重传感器进行连接，降低了动态检测时传感器探头的影响，提高传感器精度情况下进行车辆动态称重。

第一方面，本实用新型提供了一种光纤光栅车辆动态称重传感器，其特征在于，包括：壳体，和与壳体一端面连接的应变片；壳体与应变片的连接处设有开口，所述应变片的尺寸大于壳体的开口尺寸，应变片的下表面较开口多出的部分通过密封件进行密封；应变片的下表面与传动杆的一端连接，传动杆的另一端为自由端；壳体内设有悬臂梁，悬臂梁的一端与传动杆的自由端接触，另一端与壳体的内壁连接，悬臂梁的中段还与光纤光栅连接。

进一步的，所述密封件为密封垫片。

进一步的，所述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。

第二方面，本实用新型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，所述动态称重传感器的顶部与称重板配合连接；所述基座包括若干个传感器安装孔，两个传感器安装孔之间具有设定距离。

与现有技术对比，本实用新型具备以下有益效果：

1、本实用新型通过壳体、应变片、悬臂梁和光纤光栅的结构设置，应变片的尺寸大于壳体的上方开口，应变片的下表面较壳体多出的部分进行密封处理，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，通过基座将各个光纤光栅称重传感器进行连接，降低了动态检测时传感器探头的影响，提高传感器精度情况下进行车辆动态称重。

2、本实用新型通过壳体、应变片、悬臂梁和光纤光栅的结构设置，传统的应力板根据光纤光栅分成独立的应变片，构成独立的各个小块，实现了动态称重传感器的独立可更换，在不需要大量人力物力的前提下，可对传感器组进行单个称重传感器的更换，方便后期维护。

3、本实用新型通过在称重传感器中还增加由第二悬臂梁、重块和第二光纤光栅配合构成的振动传感结构，用于测量振动加速度，在确保全光纤传感的前提下实现动态车辆整车识别，振动结构的数量和位置还可根据需要随意调整。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1为本实用新型的动态称重装置的基座俯视图；

图2为动态称重装置的基座正视图的剖视图；

图3为动态称重装置的称重传感器的俯视图；

图4为动态称重装置的称重传感器一的正视图的剖视图；

图5为动态称重装置的称重传感器的悬臂梁结构传感结构示意图；

图6为动态称重装置的称重传感器二的正视图的剖视图；

图7为动态称重装置正视图的剖视图；

图8为动态称重装置增加盖板后正视图的剖视图；

图9为动态称重装置增加盖板后的俯视图；

图10为动态称重装置的安装示意图；

包括1、基座；2、传感器安装孔；3、固定沉孔；4、传感器连接孔；5、光缆接头；6、光缆；7、重心支撑点；8、应变片；9、传感器壳体；10、传感器固定孔；11、光纤跳线；12、传动杆；13、第一悬臂梁；14、第一应力光纤光栅；15、温补光纤光栅；16、光纤；17、第二悬臂梁；18、第二应力光纤光栅；19、重块；20、密封垫片；21、称重板；22、光纤光栅解调仪。

具体实施方式：

下面结合附图与实施例对本实用新型作进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

实施例1

本实用新型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。而且本实用新型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。本实用新型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。

如附图1-10所示，本实用新型提供了一种光纤光栅车辆动态称重传感器，其特征在于，包括：壳体，和与壳体一端面连接的应变片；壳体与应变片的连接处设有开口，所述应变片的尺寸大于壳体的开口尺寸，应变片的下表面较开口多出的部分通过密封件进行密封；应变片的下表面与传动杆的一端连接，传动杆的另一端为自由端；壳体内设有悬臂梁，悬臂梁的一端与传动杆的自由端接触，另一端与壳体的内壁连接，悬臂梁的中段还与光纤光栅连接。光纤光栅通过悬臂梁将应变片的形变量转换为作用在光纤光栅上的拉伸量，通过光纤将数据传输至光纤光栅解调仪，进行计算获取车辆动态重量。

进一步的，所述密封件为密封垫片。

进一步的，所述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。

进一步的，所述凸起具有圆弧形曲面，优选的，凸起为半圆形结构。

进一步的，所述应变片的应变部分为圆形，配合凸起确保最大的应变位置始终处于圆心的位置，凸起为重力支撑点；应变片的尺寸大于壳体的上方开口尺寸。

进一步的，所述悬臂梁为等边梯形梁，悬臂梁垂直于壳体内壁的安装面，所述光纤光栅沿轴向粘贴在悬臂梁表面上。悬臂梁为等边梯形梁，梯形梁可近似等效为等强度梁，具体尺寸可根据实际情况进行调整。

进一步的，所述壳体内壁与若干个第一、第二悬臂梁的一端连接，第一悬臂梁的自由端与传动杆接触；第二悬臂梁的自由端与重块连接；第一悬臂梁和第二悬臂梁各自与一光纤光栅连接，即第一悬臂梁与第一光纤光栅连接，第二悬臂梁与第二光纤光栅连接。由第二悬臂梁、重块和第二光纤光栅配合构成振动传感结构，用于测量振动加速度，通过振动加速度的测量来进行动态车辆的整车识别。

进一步的，所述第一应力光纤光栅沿轴向粘贴在第一悬臂梁表面上。

进一步的，所述壳体还与温补光纤光栅连接，温补光纤光栅处于无应力状态，通过光纤与第一光纤光栅连接。温补光纤光栅主用于对传感器里的应力光纤光栅进行温度补偿；温补光纤光栅始终处于无应力状态，只受温度变化的影响，具体反射波长需配合光纤光栅解调仪根据实际情况进行选择。

进一步的，所述壳体可采用方形、圆形或多边形结构，优选为上方开口的空心柱状结构。

进一步的，所述光纤光栅通过光纤传输信号至光纤光栅解调仪。

进一步的，所述光纤光栅为应力光纤光栅。应力光纤光栅主要用于将悬臂梁自由端的形变量转换为光信号的变化量；应力光纤光栅使用树脂胶沿轴向粘贴于悬臂梁的中心位置，具体反射波长需配合光纤光栅解调仪根据实际情况进行选择。

实施例2

如附图1-10所示，本实用新型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如上述实施例所述的动态称重传感器，所述称重传感器的顶部与称重板配合连接；所述基座包括若干个传感器安装孔，两个传感器安装孔之间具有设定距离；所述称重板的下表面中心设有与应力片的凸起配合的凹槽结构。

进一步的，称重板的凹槽结构的凹槽中心的所处区域的厚度高于称重板的其他区域厚度。作为优选的，称重板与应力片配合后，重力板除了凹槽结构的其他区域与应力片除了凸起的其他区域具有设定距离。所述凹槽结构具有圆弧形曲面。

进一步的，所述传感器安装孔用于安装动态称重传感器，传感器安装孔底部还设有用于放置光纤跳线的通孔，光纤跳线主要用于将各个称重传感器连接起来，实现光路连通；光纤跳线的具体参数可根据实际情况进行调整。

进一步的，两个称重板之间具有设定距离，称重板之间的距离小于传感器之间的距离。当车辆通过时，如果车辆的车轮从两个应力片之间通过，则两个应力片上方的称重板共同承担重量，通过两个传感器同时检测车轮的重量，采用检测结构相加的方式计算车辆实际重量。

进一步的，称重传感器和基座的连接处通过密封垫片进行密封处理。所述应变片的尺寸大于壳体的上方开口，应变片的下表面较壳体多出的部分通过密封垫片进行密封处理。通过应变片与壳体焊接固定，并采用密封垫片进行密封处理，使得传感器处于密封状态，实现更好的传感器密封隔离的前提下，解决了光纤称重传感结构的重心偏移问题。

具体来说，基座1主要用于将各个称重传感器进行连接安装，使称重传感器排列在一起，并起到支撑和密封的作用；基座的长度可根据实际需要进行增减，基座的外尺寸可根据使用环境进行更改，只需保证基座的强度足够大。

传感器2安装孔主要用于安装传感器和放置光纤跳线；传感器安装孔的大小可根据实际情况进行调整，但两个称重传感器安装孔的距离一般最大取值14cm，因国内的轮胎宽度为145mm-285mm，需保证轮胎压过时至少有一个重心支撑点受力。

固定沉孔3主要用于连接固定称重传感器和基座；固定沉孔有内螺纹，大小可根据实际情况调整。

传感器连接孔4主要用于通过光纤跳线，使各个称重传感器里的光纤光栅能连接到光纤光栅解调仪上，实现信号解调；具体尺寸可根据实际情况调整。

光缆接头5主要用于连接基座和光缆，同时具有防水密封的效果；具体尺寸可根据实际情况调整。

光缆6主要用于连接称重传感器和光纤光栅解调仪，实现光信号的传输；光缆的材质、芯数、大小等具体参数可根据实际情况更改。

重心支撑点7主要将轮胎的压力转移至重心支撑点处，确保轮胎从不同位置驶过时压力都会落在重心支撑点处，从而解决重心偏移的问题；重心支撑点的为平滑的突起，具体大小和高度可根据实际情况进行调整。

应变片8主要用于测量轮胎传递过来的重力；应变片位于传感器安装孔上，当车辆驶过传感器时，应变片的应变部分为圆形，配合重心支撑点确保最大的应变位置始终圆心的位置。

传感器壳体9主要用于安装和保护光纤光栅等测量结构；壳体与应变片使用激光焊接在一起，确保密封性的同时拥有足够的机械强度；传感器壳体的外径小于或等于传感器安装孔的直径；具体尺寸可根据实际情况调整。

传感器固定孔10主要用于将称重传感器固定在基座上；传感器固定孔的大小可根据实际情况进行调整。

光纤跳线11主要用于将各个称重传感器连接起来，实现光路连通；光纤跳线的具体参数可根据实际情况进行调整。

传动杆12主要用于将应变片形变量传递到第一悬臂梁的自由端上；传动杆的一端焊接在重心支撑点的正下方，即应变片的中心位置，另一端与第一悬臂梁的自由端紧密接触；传动杆的尺寸可根据实际情况进行调整。

第一悬臂梁13主要用于粘贴第一光纤光栅，第一光纤光栅为第一应力光纤光栅，将应变片的形变量转换为作用在第一应力光纤光栅上的拉伸量；第一悬臂梁13为等边梯形梁，等边梯形梁可近似等效为等强度梁，具体尺寸可根据实际情况进行调整。

第一应力光纤光栅14主要用于将第一悬臂梁自由端的形变量转换为光信号的变化量；第一应力光纤光栅使用树脂胶沿轴向粘贴于第一悬臂梁的中心位置，具体反射波长需配合光纤光栅解调仪根据实际情况进行选择。

温补光纤光栅15主用于对传感器里的应力光纤光栅进行温度补偿；温补光纤光栅始终处于无应力状态，只受温度变化的影响，具体反射波长需配合光纤光栅解调仪根据实际情况进行选择。温补光纤光栅可通过第三悬臂梁与壳体内壁连接，也可以直接与壳体内壁或底部连接。

光纤16主要用于将传感器里的所有光纤光栅进行连接；具体参数可根据实际情况进行调整。作为优选的方案，使用康宁单模光纤G.652D。

第二悬臂梁17主要用于粘贴第二光纤光栅，配合重块将垂直方向上的振动量转换为应变量传递到第二光纤光栅上；第二悬臂梁为等边梯形梁，等边梯形梁可近似等效为等强度梁，由第二悬臂梁、重块和第二应力光纤光栅配合测量振动加速度，通过振动加速度的测量来进行动态车辆的整车识别；具体尺寸可根据实际情况进行调整。

第二应力光纤光栅18主要用于将第二悬臂梁自由端的形变量转换为光信号的变化量；第二应力光纤光栅使用树脂胶沿轴向粘贴于第二悬臂梁的中心位置，具体反射波长需配合光纤光栅解调仪根据实际情况进行选择。

重块19主要用于配合第二悬臂梁和第二应力光纤光栅进行振动量的测量；测量的数据用于进行整车区分，具体尺寸和材质等可根据实际情况调整。

密封垫片20主要用于将称重传感器和基座的连接处进行密封处理；密封垫片的具体尺寸和材质等可根据实际情况调整。

称重板21主要用于保护应变片和扩大承重面积；称重板需要足够强度，不易损坏、变形，称重板底部有凹槽，配合重心支撑点的凸出部分，具体尺寸和材质等可根据实际情况调整。

上述虽然结合附图对本实用新型的具体实施方式进行了描述，但并非对本实用新型保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本实用新型的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本实用新型的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种光纤光栅车辆动态称重传感器，其特征在于，包括：壳体，和与壳体一端面连接的应变片；壳体与应变片的连接处设有开口，所述应变片的尺寸大于壳体的开口尺寸，应变片的下表面较开口多出的部分通过密封件进行密封；应变片的下表面与传动杆的一端连接，传动杆的另一端为自由端；壳体内设有悬臂梁，悬臂梁的一端与传动杆的自由端接触，另一端与壳体的内壁连接，悬臂梁的中段还与光纤光栅连接。

2.如权利要求1所述的动态称重传感器，其特征在于，所述密封件为密封垫片。

3.如权利要求1所述的动态称重传感器，其特征在于，所述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。

4.如权利要求3所述的动态称重传感器，其特征在于，所述凸起具有圆弧形曲面。

5.如权利要求1所述的动态称重传感器，其特征在于，所述壳体内壁与若干个第一、第二悬臂梁的一端连接，第一悬臂梁的自由端与传动杆接触；第二悬臂梁的自由端与重块连接；第一悬臂梁与第一光纤光栅连接，第二悬臂梁与第二光纤光栅连接。

6.如权利要求1所述的动态称重传感器，其特征在于，所述悬臂梁为等边梯形梁，所述光纤光栅沿轴向粘贴在悬臂梁表面上。

7.如权利要求1所述的动态称重传感器，其特征在于，所述壳体还与温补光纤光栅连接，温补光纤光栅处于无应力状态通过光纤与第一光纤光栅连接。

8.一种光纤光栅车辆动态称重装置，其特征在于，包括：基座，所述基座上安装若干个如权利要求1-7任一所述的动态称重传感器，所述称重传感器的顶部与称重板配合连接；所述基座包括若干个传感器安装孔，两个传感器安装孔之间具有设定距离。

9.如权利要求8所述的动态称重装置，其特征在于，还包括光纤光栅解调仪，各个称重传感器的光纤光栅通过光纤与光纤光栅解调仪连接；所述传感器安装孔用于安装动态称重传感器，传感器安装孔底部还设有用于放置光纤跳线的通孔，光纤跳线将各个称重传感器连接起来实现光路连通。

10.如权利要求8所述的动态称重装置，其特征在于，称重传感器和基座的连接处通过密封垫片进行密封处理。

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