DE102018123654A1

DE102018123654A1 - Brückenbasiertes WIM-System

Info

Publication number: DE102018123654A1
Application number: DE102018123654.9A
Authority: DE
Inventors: Devrez Mehmet Karabacak; Johannes Maria Singer; Joachim Ulrich Seibert
Original assignee: Fugro Technology BV
Current assignee: Fugro Technology BV
Priority date: 2018-09-25
Filing date: 2018-09-25
Publication date: 2020-03-26
Also published as: WO2020067889A3; WO2020067889A2

Abstract

WIM-System (WIM = Weigh In Motion) zum Erfassen dynamischer Dehnungsvariationen in einer Brücke, umfassend eine Mehrzahl von Dehnungssensoren und einer Mehrzahl von Halterungen, die als eine Mehrzahl von Erfassungsknoten angeordnet sind; wobei jeder Erfassungsknoten umfasst: eine erste der Halterungen, die ein erstes Verbindungsstück und eine erste Basis umfasst, die an einem ersten Ort an der Brücke befestigbar ist; eine zweite der Halterungen, die ein zweites Verbindungsstück und eine zweite Basis umfasst, die an einem zweiten Ort an der Brücke befestigbar ist; wobei der erste Ort und der zweite Ort um einen Abstand B voneinander beabstandet sind und zwischen sich einen Messabschnitt definieren; und einen der Dehnungssensoren, der sich zwischen dem ersten und dem zweiten Verbindungsstück erstreckt und durch steife Befestigungen an diesen befestigt ist, die um einen Abstand A beabstandet sind und zwischen sich einen Erfassungsabschnitt definieren, um so eine Federverbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Verbindungsstück auszubilden, wobei die Federverbindung ausgedehnt und zusammengedrückt wird, um es dem Dehnungssensor zu ermöglichen, ein Ausgangssignal zu liefern, das von der relativen Position des ersten und des zweiten Verbindungsstücks abhängt.

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf das Gebiet brückenbasierter Systeme zur dynamischen Gewichtserfassung bzw. WIM-Systeme (WIM = Weigh In Motion). Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein WIM-System zum Erfassen dynamischer Dehnungsvariationen in einer Brücke. Die vorliegende Erfindung bezieht sich auch auf eine Brücke, die ein WIM-System aufweist, und auch auf ein Verfahren zur Verwendung des Systems an einer Brücke.
Hintergrund
WIM-Systeme sind dazu konstruiert, Fahrzeuginformationen zu beschaffen, während Fahrzeuge über eine Messstelle fahren. Solche Fahrzeuginformationen können zum Beispiel das Fahrzeuggewicht, die Achszahl, die Geschwindigkeit und weitere Daten beinhalten. Diese Informationen können beschafft werden, während Fahrzeuge in Bewegung sind, und erfordern es nicht, dass das Fahrzeug anhält, wodurch der Wägevorgang effizienter wird.
Bestehende und herkömmliche WIM-Systeme erfordern einen Einbau auf der oberen Oberfläche der Straße, wodurch der Asphalt beschädigt wird, die Lebensdauer verkürzt wird und hohe Betriebskosten entstehen. In letzter Zeit wurde eine faseroptische Erfassung, die in den Asphalt integriert ist, als eine Möglichkeit der Aufzeichnung von Fahrzeuginformationen, einschließlich Geschwindigkeit, Achszahl und Gewichte, umgesetzt. Es bestehen jedoch Einschränkungen hinsichtlich der Hardwarekosten und der Einbauanforderungen, wie zum Beispiel die Notwendigkeit, während des Einbaus die Straße zu sperren.
Zusammenfassung der Erfindung
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein WIM-System bereitzustellen, bei dem die oben erwähnten Nachteile des Standes der Technik vermieden werden, das ohne eine Unterbrechung der Verfügbarkeit der Straße eingebaut werden kann und das ausreichend genau ist, um eine große Bandbreite verschiedener Parameter zu sammeln, die Fahrzeugdaten zur Verfügung stellen.
Angesichts dieser Vorgabe kann gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ein WIM-System zum Erfassen dynamischer Dehnungsvariationen in einer Brücke bereitgestellt werden, umfassend eine Mehrzahl von Dehnungssensoren und einer Mehrzahl von Halterungen, die als eine Mehrzahl von Erfassungsknoten angeordnet sind; wobei jeder Erfassungsknoten umfasst: eine erste der Halterungen, die ein erstes Verbindungsstück und eine erste Basis umfasst, die an einem ersten Ort an der Brücke befestigbar ist; eine zweite der Halterungen, die ein zweites Verbindungsstück und eine zweite Basis umfasst, die an einem zweiten Ort an der Brücke befestigbar ist; wobei der erste Ort und der zweite Ort um einen Abstand B voneinander beabstandet sind und zwischen sich einen Messabschnitt definieren; und einen der Dehnungssensoren, der sich zwischen dem ersten und dem zweiten Verbindungsstück erstreckt und durch steife Befestigungen an diesen befestigt ist, um einen Abstand A beabstandet sind und zwischen sich einen Erfassungsabschnitt definieren, um so eine Federverbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Verbindungsstück auszubilden, wobei die Federverbindung ausgedehnt und zusammengedrückt wird, um es dem Dehnungssensor zu ermöglichen, ein Ausgangssignal zu liefern, das von der relativen Position des ersten und des zweiten Verbindungsstücks abhängt.
Durch Befestigen der Erfassungsknoten an der Brücke im Gegensatz zu einer Integrierung der faseroptischen Erfassung in den Asphalt ist das erfindungsgemäße System praktischer zu installieren.
Das Ausgangssignal des Erfassungsknotens hängt von der relativen Position des ersten und des zweiten Verbindungsstücks ab. Aus diesem Grund sind vorzugsweise die Halterungen der Erfassungsknoten an Orten an der Unterseite des Brückendecks befestigt. Dies ist eine bevorzugte Anordnung weil die Erfassungsknoten gut in der Lage sind, die Verformung der Brücke zu erfassen, was verursacht, dass sich die relative Position des ersten und des zweiten Verbindungsstücks ändert, während Fahrzeuge über die Brücke fahren. Andere Orte an der Brücke sind möglich, solange an diesen Orten die Brücke eine Verformung erfährt, während Fahrzeuge über die Brücke fahren.
Das WIM-System der vorliegenden Erfindung kann einen vorgespannten Dehnungssensor anwenden, der den Abstand zwischen dem ersten und dem zweiten Verbindungsstück überspannt, und der insbesondere einen Erfassungsabschnitt zwischen den steifen Halterungen hat. In manchen Ausführungsformen kann der Dehnungssensor ein Faser-Bragg-Gitter (FBG)-Sensor sein. Weiter bedeutsam für die vorliegende Erfindung ist die Tatsache, dass eine auf den Dehnungssensor, d.h. über das erste und das zweite Verbindungsstück, ausgeübte Last im Wesentlichen auf den Dehnungssensor übertragen wird. Damit ist gemeint, dass zwischen der steifen Halterung oder zwischen dem ersten und dem zweiten Verbindungsstück keine Verstärkungen oder verstärkenden Strukturen vorhanden sind, um sicherzustellen, dass die Last vollständig (oder mindestens ein Großteil davon, zum Beispiel mindestens mehr als 90 Prozent der Last) auf den Erfassungsabschnitt des Dehnungssensors übertragen wird. Dies hat viele Vorteile. Zum Beispiel schränkt die Abwesenheit solcher Strukturen den Abstand zwischen dem ersten und dem zweiten Verbindungsstück lediglich durch die Länge des Erfassungsabschnitts des Dehnungssensors ein. Die Verbindungsstücke könnten in einem festen Abstand in Ausführungsformen sein, bei denen die steifen Halterungen, die den Dehnungssensor halten, keine Grobeinstellungen erlauben. Alternativ dazu können manche Ausführungsformen Halterungen aufweisen, die - zum Beispiel in einer entriegelten Position mindestens eine der Halterungen - eine bestimmte Art von Grobeinstellung der Länge des Dehnungssensors zwischen dem ersten und dem zweiten Verbindungsstück erlauben, während solche Halterungen ferner eine verriegelte Position haben können, in der die Halterung steif ist und dem Dehnungssensor nicht erlaubt, verschoben oder bewegt zu werden. Beide Arten von Halterungen können gemäß der vorliegenden Erfindung angewendet werden, vorausgesetzt, dass die letztere Art von Halterungen eine verriegelte Position ermöglicht, in der die Halterung den Dehnungssensor steif hält, ohne ein Verschieben oder eine Bewegung davon relativ zur Halterung selbst zu erlauben.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die Abwesenheit weiterer Verstärkungen oder verstärkender Strukturen dazu führt, dass die durch das erste und das zweite Verbindungsstück ausgeübte Last vollständig auf den Dehnungssensor übertragen wird. Zusätzliche Verstärkungen leiten typischerweise einen Teil der ausgeübten Last ab, die über diese Verstärkungen abzustützen ist, wodurch die Intensität der Abstandsänderung verringert wird, die von dem Dehnungssensor aufgezeichnet wird, was wiederum die Empfindlichkeit des Dehnungssensors verringert. In der vorliegenden Erfindung kann jedoch selbst die kleinste Abstandsänderung vom Dehnungssensor erfasst werden. Bei der Verwendung von FBG-Dehnungssensoren könnten die Erfassungsgrenzen von Dehnung einen Betrag von weniger als 10 µm/m (microstrain) oder weniger, sogar mit einer Präzision von weniger als 0,01 µm/m, aufweisen.
Die Abwesenheit von Verstärkungen schließt die Anwendung von Schutzmaßnahmen nicht aus, um den Dehnungssensor gegenüber äußeren Einflüssen zu schützen.
Gemäß einiger Ausführungsformen des brückenbasierten WIM-Systems sind mindestens eines aus dem ersten oder dem zweiten Verbindungsstück bezüglich der Basen einstellbar. In einer weiteren Ausführungsform sind die Verbindungsstücke auf mindestens einem des ersten oder des zweiten Verbindungsstücks mittels einer längs einstellbaren Verbindung angebracht. Ein weiterer technischer Vorteil des Bereitstellens einer Differenz im Abstand zwischen der ersten und der zweiten Position (d.h. der Länge des Messabschnitts B) und der Länge des Dehnungssensors zwischen den steifen Halterungen, d.h. die Sensor-Messlänge, besteht darin, dass hierdurch eine Einstellbarkeit der Empfindlichkeit des Dehnungssensors ermöglicht wird.
Jede Variation in der Länge des Messabschnitts, die durch Durchbiegung, Verschraubung, Längsdehnung oder Zusammendrücken von Brückenteilen aufgrund zum Beispiel sich auf der Brücke bewegender Fahrzeuge verursacht wird, wird durch den Dehnungssensor erfasst. In bestimmten Situationen kann es wünschenswert sein, die Empfindlichkeit der einzelnen Dehnungssensoren je nach den Umständen zu verstärken oder zu dämpfen. In solchen Situationen kann die oben beschriebene längs verstellbare Verbindung verwendet werden. Das Verhältnis zwischen der Länge des Messabschnitts und der Sensor-Messlänge kann als ein Übersetzungsverhältnis bezeichnet werden.
In Situationen, in denen der Dehnungssensor so abgemessen ist, dass das Übersetzungsverhältnis größer als 1 ist, verursacht eine absolute Erstreckung des Dehnungssensors, die durch die Variation der Länge des Messabschnitts verursacht ist, eine Verstärkung der Empfindlichkeit des Dehnungssensors. Bei der Verwendung eines faseroptischen Dehnungssensors ist das Dehnen einer optischen Faser pro Längeneinheit größer, wenn ein bestimmter absoluter Wert der Dehnung in der Brückenstruktur über eine kürzere Sensormesslänge verteilt werden muss. Deshalb ist auch die Variation im Ausgangssignal von einem intrinsischen faseroptischen Sensor, zum Beispiel die Wellenlängenverschiebung von dem reflektierten und/oder übertragenen Signal eines Faser-Bragg-Gitters bei kürzeren Messlängen intensiver. Hieraus ergibt sich, dass eine Kürzung der Sensor-Messlänge relativ zur Länge des Messabschnitts zu einer mechanischen Verstärkung des Dehnungspegels führt, wodurch die Empfindlichkeit des Sensors erhöht wird. Das Verhältnis zwischen der Länge des Messabschnitts und der Dehnungs-Messlänge bestimmt, wie viel die Variationen des Einbauabstands, die durch ein sich auf der Brücke bewegendes Fahrzeug verursacht werden, verstärkt werden, um durch den Sensor messbar zu werden. Durch die Verwendung einer relativ kurzen Sensor-Messlänge mit einem genügend großen Messabschnitt, zum Beispiel mit einer Länge von einem Meter und einer Dehnungssensor-Messlänge von 5 Zentimetern werden sehr kleine Variationen unterhalb einer Brücke, die durch über die Brücke fahrende Fahrzeuge verursacht werden, gut messbar. Hierbei werden sogar die Erfassung und Analyse kleiner Fahrzeuge selbst bei steifen Brücken und sogar eine Quantifizierung der Fahrzeugeigenschaften möglich.
Ein weiterer bedeutsamer Vorteil bei der Verwendung kurzer Messlängen, der noch nicht erörtert wurde, besteht darin, dass die Resonanzfrequenz einer vorgespannten Feder - zum Beispiel eines vorgespannten Dehnungssensors - umgekehrt abhängig von dessen Länge ist. Deshalb ist die Resonanzfrequenz bei kürzeren Sensor-Messlängen größer. Solche größeren Resonanzfrequenzen sind zum Erhalten von Daten mit höheren Datenraten vorteilhaft, was daran liegt, dass die Antwortzeit des Systems bei höheren Resonanzfrequenzen kürzer ist. Daher sind, auch wenn dies zum Messen statischer Parameter nicht wichtig ist, kurze Messlängen allgemein bei Sensorsystemen von Vorteil, die zum Messen dynamischer Dehnungsvariationen konstruiert sind.
Nur um einige Beispiele zu nennen (welche die Erfindung erläutern und nicht einschränken sollen), sind gemäß einiger Ausführungsformen das erste und das zweite Verbindungsstück und der Dehnungssensor so abgemessen, dass ein Verhältnis zwischen dem Einbauabstand und der Länge des Dehnungssensors 1,0 geteilt durch X ist, wobei X mindestens 2, vorzugsweise wobei X größer als 4, noch bevorzugter größer als 5 und noch bevorzugter zwischen 5 und 100 ist. Zum Beispiel ist in einigen Ausführungsformen der Einbauabstand mindestens 0,3 Meter, vorzugsweise zwischen 0,5 und 5,0 Meter, noch bevorzugter zwischen 0,5 und 2,0 Meter.
In manchen Ausführungsformen der Erfindung sind Verbindungsstücke an mindestens einem aus dem ersten oder dem zweiten Verbindungsstück mittels einer längs verstellbaren Verbindung angebracht. Ohne dieses Konzept auf bestimmte Ausführungsformen einzuschränken, ist dies so zu verstehen, dass andere Lösungen, die es erlauben, dass eine Erstreckungslänge einstellbar ist, in gleicher Weise innerhalb des Umfangs der vorliegenden Erfindung liegen.
Gemäß einigen Ausführungsformen der Erfindung weisen die Verbindungsstücke ferner einen Verankerungsmechanismus auf, um die Befestigung an dem ersten oder zweiten Ort zu ermöglichen, wobei der Verankerungsmechanismus ein Abstimmungselement zum Ermöglichen der Einstellung des Orts zur Befestigung aufweist, um eine Vorspannung des Dehnungssensors an dem Erfassungsabschnitt einzustellen. Das Abstimmungselement könnte eine Schraube und eine Schraubverbindung zur Ermöglichung einer Feineinstellung beinhalten. Es könnte ebenfalls eine Grobeinstellung beinhalten, zum Beispiel einen Schiebemechanismus, um während des Einbaus eine einfachere Handhabung zu gewährleisten. Darüber hinaus kann der Verankerungsmechanismus selbst so ausgeführt sein, dass er eine dauerhafte oder halb dauerhafte Installation ermöglicht, zum Beispiel indem er Befestigungslöcher für eine Schraub- und Steckverbindung zur Befestigung an der Brücke umfasst. Alternativ oder zusätzlich dazu kann der Verankerungsmechanismus eine Oberfläche umfassen, die einer Einbauoberfläche an der Brücke entspricht, um so die Verwendung eines Klebers oder eines anderen Klebstoffmaterials zu ermöglichen. Hierdurch wird in solchen Situationen, in denen die Installation nicht dauerhaft ist oder in denen bauliche Veränderungen (zum Beispiel Bohrungen) nicht gewünscht sind, ein einfaches Entfernen ermöglicht.
Gemäß einer weiteren Alternative weist der Verankerungsmechanismus ein magnetisches Mittel oder eine magnetische Oberfläche auf, um ein direktes Anbringen an Stahl, wie zum Beispiel an einer Stahlbrücke, zu ermöglichen. Eine besondere Ausführungsform kann auch einen motorisierten elektromagnetischen Verankerungsmechanismus umfassen, der ein- und ausgeschaltet werden kann, um an einer Stahlbrücke eine sehr schnelle und leicht zu bewerkstelligende vorübergehende Befestigung zu ermöglichen.
Die vorliegende Erfindung kann gemäß dem ersten Aspekt durch Befestigung einer Mehrzahl von Erfassungsknoten an mehreren Orten an der Brücke den Zeitunterschied zwischen den aufeinanderfolgenden Messabschnitten aufzeichnen, sodass es möglich wird, die Geschwindigkeit von Fahrzeugen mit großer Genauigkeit zu quantifizieren. Dies kann zum Beispiel angewendet werden, um hochentwickelte Messungen zu ermöglichen, zum Beispiel um die Erfassung zusätzlicher Fahrzeugarten, wie zum Beispiel der Achszahl, zu erlauben, oder eine Vorhersage über einen Fahrzeugtyp zu ermöglichen. Zum Beispiel hat ein PKW typischerweise ein geringes Gewicht, eine Achszahl 2, eine Radzahl 4, und aus dem Abstand zwischen den beiden Achsen und zwischen den Rädern an jeder Achse können Informationen über wahrscheinliche PKW-Modelle abgeleitet werden. Die letzteren kombiniert mit dem Gewicht und der Gewichtsverteilung können sogar eine Abschätzung der Anzahl von Fahrgästen erlauben, oder ob der PKW überladen ist oder nicht. Ein schwergewichtiges Fahrzeug mit mehr als zwei Achsen und mehr als zwei Rädern pro Achse kann typischerweise einen LKW anzeigen. Zusätzliche Achsen, die eine ersten Mehrzahl von Achsen mit der gleichen Geschwindigkeit folgen, jedoch ganz klar ein anderes Gewicht anzeigen, können einen Anhänger hinter dem LKW angeben. Eine Verteilung des Gewichts pro Rad kann auch Informationen darüber liefern, ob der LKW korrekt beladen ist. Ein dynamisches Verhalten des Gewichts pro Rad kann eine Beschädigung oder Gefahr anzeigen oder weitere interessante Einzelheiten liefern.
In manchen Ausführungsformen umfasst der Dehnungssensor eine optische Faser, die einen intrinsischen faseroptischen Sensor beinhaltet. Die intrinsischen faseroptischen Sensoren können unterscheidbar sein, zum Beispiel Faser-Bragg-Gitter mit unterscheidbaren Reflexions-Wellenlängen. Die spezifischen Gitter-Wellenlängen können durch Überwachen der Reflexions- oder Übertragungsspektren unter der Verwendung optischer Abfrageeinrichtungen identifiziert werden. In manchen Ausführungsformen umfasst der Dehnungssensor eine optische Faser und einen mit der optischen Faser gekoppelten optischen Sensor. In manchen Ausführungsformen umfasst der Dehnungs-Messsensor ein Kabel, das einen mit dem Kabel gekoppelten elektrischen Dehnungsmesser hat.
Vorzugsweise umfasst das System einen Controller. Der Controller kann zum Abtasten des Ausgangssignals der Abfrageeinrichtung zur Ermöglichung von dessen Aufzeichnung mit einer Abtastrate von mindestens 1000 Abtastungen pro Sekunde, vorzugsweise mit einer Abtastrate von mindestens 2000 Abtastungen pro Sekunde, angeordnet sein. Die Erfindung ist nicht auf diese Datenraten eingeschränkt, und es können durch die entsprechende Auswahl des Controllers und auch die entsprechende Auswahl anderer Systemkomponenten, wie zum Beispiel der Abfrageeinrichtung, der vorbestimmten Sensor-Messlänge, des Typs der optischen Faser und andere Umstände auch höhere Datenraten erreicht werden.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung kann eine Brücke vorgesehen werden, die ein WIM-System gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung beinhaltet, wobei die Brücke mindestens eines aus einer Straße, einem Weg oder einer Bahnlinie zur Ermöglichung dessen, dass ein Fahrzeug die Brücke in einer Fahrtrichtung des Fahrzeugs überquert, umfasst, und wobei die Erfassungsknoten an der Brücke, vorzugsweise an der Unterseite des Brückendecks, befestigt sind, sodass ihre entsprechenden Dehnungssensoren entlang der Fahrtrichtung ausgerichtet sind. Diese Anordnung ermöglicht die Überwachung von Fahrzeuggewichten und Dehnungsänderungen an der Brücke mit hoher Geschwindigkeit, die aufgrund dessen miteinander korreliert werden können, dass die Messungen an mehreren Punkten und mit einer hohen Auflösung durchgeführt werden. Die Dehnungssensoren, die in der Fahrtrichtung ausgerichtet sind, ermöglichen es, dass solche Messungen dynamisch mit einer hohen Datenrate ausgeführt werden, um so eine zeitabhängige Überwachung zu ermöglichen, während das Fahrzeug die Brücke überquert, zum Beispiel indem die von dem Fahrzeug verursachten Sensorantworten verfolgt werden.
Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung kann ein Verfahren zur Verwendung des Systems des ersten Aspekts an einer Brücke bereitgestellt werden, umfassend: Analysieren der Ausgangssignale von den Erfassungsknoten zum Bestimmen der Eigenschaften der über die Brücke fahrenden Fahrzeuge, wobei die Eigenschaften eines oder mehr aus Geschwindigkeit, Gewicht, Achszahl, Achslänge und Ladungsverteilung beinhalten. Auf Basis aus dem Analyseschritt abgeleiteter Daten, können Messdaten der Brückenverwendung über die Zeit bestimmt werden. Außerdem können die Daten für eine Vielzahl von Zwecken korreliert werden, wie zum Beispiel zum Erhöhen der Genauigkeit durch Vergrößerung der statistischen Datenbasis, zur Identifikation von Sicherheitsrisiken oder zum Erhalten einer größeren Vielfalt direkt messbarer und ableitbarer Parameter und Informationen über das Fahrzeug.
Figurenliste
Es folgt eine weitere Erläuterung der Erfindung durch Beschreibung einiger ihrer spezifischen Ausführungsformen, wobei auf die beiliegenden Zeichnungen Bezug genommen wird. Die detaillierte Beschreibung liefert Beispiele möglicher Umsetzungen der Erfindung, soll jedoch nicht als eine Beschreibung nur derjenige Ausführungsformen verstanden werden, die unter den Umfang fallen. Der Umfang der Erfindung wird in den Ansprüchen definiert, und die Beschreibung soll als veranschaulichend gelten, ohne die Erfindung einzuschränken. Es zeigt:

1 schematisch ein WIM-System gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
2 schematisch das WIM-System von 1 im Querschnitt;
3 schematisch eine alternative Ausführungsform eines WIM-Systems gemäß der Erfindung;
4 schematisch ein WIM-System gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;
5 schematisch ein WIM-System gemäß der Erfindung, das an einer Brücke eingesetzt wird;
6 schematisch ein WIM-System gemäß der Erfindung, das an einer Brücke eingesetzt wird, wobei ein beispielhaftes mögliches Muster von Erfassungsknoten gezeigt ist; und
7 schematisch ein weiteres WIM-System gemäß der Erfindung, das an einer Brücke eingesetzt wird, wobei ein weiteres beispielhaftes mögliches Muster von Erfassungsknoten gezeigt ist.

Detaillierte Beschreibung
1 veranschaulicht schematisch einen beispielhaften Erfassungsknoten 100 eines WIM-Systems 1 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der Erfassungsknoten 100 umfasst eine erste Halterung 2a, die eine erste Basis 3 hat, und eine zweite Halterung 2b, die eine zweite Basis 5 hat. Die erste und die zweite Basis 3 und 5 sind jeweils an entsprechenden Orten unter einer Brücke angebracht oder befestigt. Die Brücke ist schematisch durch die Oberfläche 30 dargestellt, an der die Basen 3 und 5 der ersten und der zweiten Halterung 2a, 2b befestigt sind. Die erste und die zweite Halterung 2a, 2b weisen jeweils ein Gehäuse 28 auf. Ein erstes Verbindungsstück 20-1 ist an der ersten Basis 3 befestigt, und ein zweites Verbindungsstück 20-2 ist an der zweiten Basis 5 über entsprechende Gehäuse 28 befestigt. Die Verbindungsstücke können eine Außengewindeoberfläche 27 aufweisen. Zusammen ermöglichen die Gewindeabschnitte 27 und die Gehäuse 28 es, dass der Abstand zwischen den Verbindungsstücken 20-1, 20-2 eingestellt werden kann.
Die Halterungen 2a, 2b umfassen ferner jeweils einen Signalverbinder 33, der es ermöglicht, dass ein Signalkabel 32 mit den Halterungen 2a bzw. 2b verbunden wird. Das Signalkabel 32 kann faseroptisch sein. Eine Signalleitung 7 in Form einer optischen Faser verläuft von der Halterung 2a zur Halterung 2b, wodurch sie zwischen diesen gespannt ist. Die Signalleitung 7 kann einen intrinsischen faseroptischen Sensor 6, wie zum Beispiel das Faser-Bragg-Gitter (FBG), als ein Funktionsteil des Dehnungssensors 1 umfassen. Alternativ dazu kann die Signalleitung eine elektrische Leitung sein, die mit einem elektrischen Dehnungsmesser verbunden ist.
In 2 ist ein Querschnitt des in 1 gezeigten Dehnungssensors gezeigt. Wie in 2 dargestellt, verläuft die Signalleitung 7 von einem Signal-Verbinder 33 über einen inneren Kanal 29 des Verbindungsstücks 20-1 zu einem inneren Kanal 29 in dem Verbindungsstück 20-2 zu einem Verbinder 33. Die erste Halterung 2a umfasst eine steife Befestigung 15, die die Signalleitung 7 an dem Verbindungsstück 20-1 festklemmt oder befestigt, und die zweite Halterung 2b umfasst eine entsprechende steife Befestigung 16, die die Signalleitung 7 an dem Verbindungsstück 20-2 befestigt. Innerlich erstreckt sich in jedem der Verbindungsstücke 20 die Signalleitung 7 vom jeweiligen Verbinder 33 zu der entsprechenden steifen Befestigung 15, 16 der entsprechenden Verbindungsstücke 20-1, 20-2 durch den entsprechenden Kanal 29. Deshalb wird die Signalleitung 7, weil sie auf beiden Seiten befestigt ist, zum Beispiel für das erste Verbindungsstück 20-1 zwischen dem Verbinder 33 und der steifen Befestigung 15 innerlich in dem Verbindungsstück 20 innerhalb des Kanals 29 abgestützt. In einer Ausführungsform erfolgt innerlich in jedem Verbindungsstück 20 keine Dehnung. Zwischen der ersten und der zweiten Halterung 2a, 2b, insbesondere zwischen der ersten steifen Befestigung 15 und der zweiten steifen Befestigung 16, überbrückt die Signalleitung 7 die Entfernung zwischen den Verbindungsstücken 20-1 und 20-2. Der gesamte Teil oder Bereich zwischen den steifen Befestigungen 15 und 16 wird als der Erfassungsabschnitt 9 des Erfassungsknotens 100 bezeichnet. Der Erfassungsabschnitt 9 enthält die Signalleitung 7 und den Sensor 6.
Wie oben erwähnt, sind die erste Basis 3 und die zweite Basis 5 an einer Trägerfläche 30 einer Brücke an einem ersten Ort 10 bzw. einem zweiten Ort 11 angebracht. Vorzugsweise können die erste und die zweite Halterung 2a, 2b unten an der Brücke, unter einer Straße, angebracht werden. In 2 sind die Orte 10 und 11 schematisch durch gestrichelte Linien angegeben, die ihre mechanischen Mitten veranschaulichen, die an den jeweiligen Schnittpunkten von gestrichelter Linie und Oberfläche 30 angeordnet sind. Weitere gestrichelte Linien in 2 zeigen die relativen Orte der steifen Befestigungen 15 und 16 an, zwischen denen die Signalleitung 7 befestigt ist, d.h. die Endpunkte des Erfassungsabschnitts 9.
Es ist wichtig darauf hinzuweisen, dass der Erfassungsabschnitt 9 durch die Signalleitung 7 bereitgestellt wird, die frei von jeder weiteren mechanischen Abstützung zwischen den steifen Befestigungen 15 und 16 gespannt ist. Als ein Ergebnis wird jegliche Bewegung der Brückenoberfläche 30, die auf die Basen 3 und 5 wirkt, wodurch verursacht wird, dass das erste und das zweite Verbindungsstück 20-1, 20-2 und die steifen Befestigungen 15 und 16 sich relativ zueinander bewegen, ungehindert auf die gespannte Signalleitung 7 zwischen den steifen Befestigungen 15 und 16 übertragen. Wenn eine weitere mechanische Abstützung vorhanden wäre, würde ein Teil dieser Last über die zusätzliche Abstützung abgeleitet, wodurch die Last auf der Signalleitung 7 in dem Erfassungsabschnitt 9 verringert würde. Es versteht sich, dass die Abwesenheit jeglicher weiterer mechanischer Abstützung, wie oben angegeben, bedeuten soll, dass eine bedeutende mechanische zusätzliche Abstützung nicht vorhanden ist. Schutzelemente, wie zum Beispiel eine Hülle, eine Verkleidung oder ein Gehäuse einer beliebigen Art, können jedoch vorhanden sein, um den Erfassungsabschnitt 9 zu schützen.
Wie in 2 dargestellt, ist die Länge des Erfassungsabschnitts 9 durch A angegeben, während die Länge des Messabschnitts zwischen den Basen 3 und 5 durch B angegeben ist. Das Verhältnis zwischen A und B ist bedeutsam, weil dieses Verhältnis die Abstimmung eines mechanischen Verstärkungs- oder Dämpfungsfaktors ermöglicht, der die Empfindlichkeit des Dehnungssensors verstärkt oder dämpft. Dies wird wie folgt erklärt. Angenommen Bewegungen würden auf die erste Basis 3 und die zweite Basis 5 wirken, sodass diese Bewegungen in entgegengesetzten Richtungen gerichtet sind. Zum Beispiel kann die Richtung dieser Bewegungen mit der Richtung der Signalleitung 7 ausgerichtet sein, sodass der Abstand A vergrößert wird. Im Prinzip würden diese Bewegungen dazu führen, dass die Orte der steifen Befestigungen 15 und 16 sich entweder näher zueinander oder weiter voneinander weg bewegen würden. Hierbei ist zu verstehen, dass eine Bewegung des Ortes der ersten Basis 3 um 0,1 Millimeter von der zweiten Basis 5 weg dazu führen würde, dass sich auch der Ort der steifen Befestigung 15 um 0,1 Millimeter von der steifen Befestigung 16 weg entfernen würde. Die Verstärkung des Signals kann wie folgt verstanden werden. Die Signalleitung 7 umfasst den Sensor 6. Eine Bewegung des Ortes 10 um 0,1 Millimeter weg von dem Ort 11 führt zu einer relativen Vergrößerung des Abstands B wie folgt: 0,1 mm/B. Eine Verschiebung der steifen Befestigung 15 über 0,1 Millimeter in der gleichen Richtung verursacht auf der anderen Seite eine relative Vergrößerung des Abstands A wie folgt: 0,1 mm/A. Wenn A < B ist, ist die relative Ausdehnung des Erfassungsabschnitts 9 zwischen den steifen Befestigungen 15 und 16 viel größer als die relative Ausdehnung des Abstands B zwischen den Befestigungsorten der Basen 3 und 5. Tatsächlich definiert das Verhältnis B/A den Verstärkungsfaktor, der die Empfindlichkeit des Dehnungssensors aufgrund einer größeren relativen Ausdehnung des Erfassungsabschnitt 9 zu einer größeren Veränderung der Dehnung verstärkt. Weil das WIM-System 1, das in 2 gezeigt ist, ein Sensorsignal verwendet, das Unterschiede in der Dehnung angibt, kann die durch den Verstärkungsfaktor B/A bereitgestellte mechanische Verstärkung in vorteilhafter Weise dazu verwendet werden, das Sensorsignal zu verstärken und insgesamt die Empfindlichkeit des Dehnungssensors zu vergrößern.
In gleicher Weise führt die Abwesenheit jeglicher weiterer mechanischer Abstützungsmittel dazu, dass die gesamte auf die Basen 3 und 5 wirkende Bewegung auf den Sensorabschnitt 9 zwischen den steifen Befestigungen 15 und 16 ungehindert übertragen wird. Auf diese Weise verstärkt der Erfassungsknoten 100 das Signal durch mechanische Verstärkung, die durch die Differenz zwischen A und B bereitgestellt wird, mit dem Verstärkungsfaktor B/A.
Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in 3 dargestellt. In 3 ist das WIM-System mit 1' bezeichnet, ansonsten sind die Konfiguration und die verschiedenen Elemente des WIM-Systems 1' dem WIM-System 1 der 1 und 2 ähnlich und sind entsprechende Elemente mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Ein beträchtlicher Unterschied zwischen dem WIM-System 1 der 1 und 2 und dem WIM-System 1' von 3 besteht darin, dass die steifen Befestigungen 15 und 16 hinsichtlich des Ortes des intrinsischen Dehnungssensors 6 hinter den Gehäusen 28 in der Nähe der Verbinder 33 angeordnet sind. Hieraus ergibt sich, dass der Abstand A größer als der Abstand B zwischen den Befestigungsorten 10 und 11 ist. Deshalb ist bei dem WIM-System 1' von 3 der Verstärkungsfaktor B/A < 1 (kleiner als Einheit), was zu einer Dämpfung des Sensorsignals führt. Das WIM-System 1' kann auch gut in Situationen angewendet werden, in denen Dehnungsvariationen zum Beispiel groß genug werden können, um sich schädlich auf die Unversehrtheit der Signalleitung 7 auszuwirken. Bei dem in 3 dargestellten Beispiel umfasst die Brücke Brückenabschnitte 30-1 und 30-2, die eine flexible Fuge 31 aufweisen, die die Brückenabschnitte verbindet. Eine Dehnung wird über die flexible Fuge 31 gemessen. Die flexible Fuge 31 reagiert jedoch typischerweise stark auf die Einwirkungen der Jahreszeiten, und deshalb können strukturelle Bewegungen zu einer relativ großen Abstandsvariation im Abstand B zwischen den Orten 10 und 11 der ersten Basis 3 und der zweiten Basis 5 führen. Die durch das Verhältnis B/A in der Ausführungsform von 3 vorgesehene Dämpfung führt dazu, dass die absolute Abstandsvariation im Abstand B über den Erfassungsabschnitt 9 relativ kleiner wird.
Ein wichtiges Merkmal der Ausführungsformen der 1 bis 3 besteht darin, dass verschiedene Empfindlichkeitsniveaus des Dehnungssensors in einer Konstruktion und Herstellungsphase vor dem Einbau dadurch erreicht werden können, dass der Verstärkungsfaktor der Sensoren über das Verhältnis B/A geändert wird. Ferner ist es möglich, WIM-Systeme mit verschiedenen Empfindlichkeiten in einem einzigen Aufbau vorzusehen. Außerdem wird hierdurch die Einrichtung auf Kundenwunsch für einzelne Brücken und sogar Abschnitte möglich.
Ein weiteres wichtiges Merkmal der Ausführungsform der 1 bis 3 besteht darin, dass der Messbereich über die Vorspannung eingestellt wird, die durch die verstellbare Verbindung zwischen dem Gehäuse 28 und dem Gewindeteil 27 auf den Verbindungsstücken 20 abstimmbar ist. Durch die Verwendung eines Gewindeteils 27 ist es möglich, die Vorspannung des Dehnungssensors genau abzustimmen. Wenn eine Grob- und/oder Feinabstimmung gewünscht wird, können möglicherweise verschiedene einstellbare Verbindungen angewendet werden. Zum Beispiel kann hierfür eine Schiebeverbindung zwischen dem Längsverbindungsstück 20 und dem Gehäuse 28 vorgesehen werden.
4 zeigt schematisch eine weitere Ausführungsform des WIM-Systems gemäß der vorliegenden Erfindung. In der Ausführungsform von 4 sind eine erste Halterung 2a, eine zweite Halterung 2b und eine dritte Halterung 2c dargestellt. Die dritte Halterung 2c umfasst eine dritte Basis 40 und ein Verbindungsstück 20-3 und ist zwischen der ersten und der zweiten Halterung 2a, 2b angeordnet. Erfassungsabschnitte 9-1 und 9-2 sind zwischen jeweils der ersten und der zweiten Halterung 2a, 2b und der dritten Halterung 2c ausgebildet. Die Halterungen 2a, 2b sind wie in den anderen Ausführungsformen mit steifen Befestigungen ausgestattet. Die dritte Halterung 2c ist an beiden Enden des Verbindungsstücks 20-3 mit steifen Befestigungen ausgestattet. In der in 4 gezeigten Ausführungsform erstreckt sich eine Signalleitung 7 zwischen dem Verbinder 33 der ersten Halterung 2a und dem Verbinder 33 der zweiten Halterung 2b. Die Signalleitung 7 erstreckt sich über die ganze Distanz durch das erste Verbindungsstück 20-1, das Zwischen- oder dritte Verbindungsstück 20-3 und das zweite Verbindungsstück 20-2. Der Erfassungsabschnitt 9-1 enthält einen Sensor 6-1, und der Erfassungsabschnitt 9-2 enthält einen Sensor 6-2, die beide in Form eines Faser-Bragg-Gitters (FBG) sein können.
Das Zwischen- oder dritte Verbindungsstück 20-3 ist mittels einer einstellbaren Verbindung an dem Gehäuse 28 befestigt. Wie zu ersehen ist, wird eine Bewegung des sich längs erstreckenden Teils des Verbindungsstücks 20-3 nach links den Erfassungsabschnitt 9-1 verkürzen und den Erfassungsabschnitt 9-2 verlängern. Wenn es in 4 nach rechts bewegt wird, dann hat dies die gegenteilige Auswirkung einer Verlängerung des Erfassungsabschnitt 9-1 und einer Verkürzung des Erfassungsabschnitt 9-2. Wenn sowohl der Erfassungsabschnitt 9-1 als auch der Erfassungsabschnitt 9-2 um den gleichen Betrag verlängert oder verkürzt werden sollen, kann dies durch Verwendung der einstellbaren Verbindungen zwischen dem Verbindungsstück 20-1 und dem Gehäuse 28 der ersten Halterung 2a und dem Verbindungsstück 20-2 und dem Gehäuse 28 der zweiten Halterung 2b erfolgen. Wie zu verstehen ist, kann die einstellbare Verbindung zwischen dem Gehäuse 28 und dem Zwischen- oder dritten Verbindungsstück 20-3 durch eine feste Verbindung ersetzt werden, die nicht einstellbar ist. In diesem Fall kann eine Einstellung der Längen der Erfassungsabschnitte 9-1 und 9-2 lediglich durch Einstellen der einstellbaren Verbindungen zwischen den Verbindungsstücken 20 und Gehäusen 28 der ersten bzw. der zweiten Halterung 2a, 2b bewerkstelligt werden.
Das Zwischen- oder dritte Verbindungsstück 20-3 kann gebogen sein, sodass Ecken und/oder bauliche Merkmale berücksichtigt werden können.
4 stellt lediglich eine Ausführungsform einer Reihe von Ausführungsformen dar. Wie zu verstehen ist, kann die genaue Anzahl von Zwischenverbindungsstücken 20-3 viel größer als nur ein einziges Zwischenverbindungsstück 20-3 sein. Zum Beispiel kann eine Dehnungssensoranordnung eine Vielzahl von Zwischenverbindungsstücken 20-3 (zum Beispiel 2, 3, 4, 5, ... 20, ... usw.) umfassen. Alternativ dazu kann anstelle der Verwendung des Zwischenverbindungsstücks 20-3 eine Anordnung von Erfassungsknoten 100 dadurch erhalten werden, dass Paare der Erfassungsknoten 100, die in den 1 bis 3 gezeigt sind, in einer Reihenanordnung verwendet werden, die durch Signalkabel 32 miteinander verbunden sind.
In 5 ist der Einsatz einer Anordnung von Erfassungsknoten 100 an einer Brücke 50 schematisch dargestellt. Verkehr fährt über die Brücke 50, was durch Fahrzeuge 52, 53 und 54 veranschaulicht ist. Unter der Brücke 50 sind eine Reihe von Halterungen 55, die eine beliebige Kombination der ersten Halterung 2a und der zweiten Halterung 2b (wie sie zum Beispiel in 1 gezeigt sind) und Zwischenhalterungen 2c (wie sie zum Beispiel in 4 gezeigt sind) beinhalten können.
Eine Signalleitung 57 ist zwischen den verschiedenen Halterungen gespannt, wodurch eine Vielzahl von Erfassungsabschnitten zwischen sich gegenüber liegenden Paaren von Halterungen 55 bereitgestellt werden. Ein Controller oder eine Datenbeschaffungseinheit 59 ist am Beginn der Signalleitung 57 eingebaut, und am Ende der Signalleitung 57 kann eine Abschlusseinrichtung 60 angeordnet sein. Der Abstand zwischen den Halterungen 55 kann unterschiedlich sein. Zum Beispiel ist der Abstand zwischen Halterung 55' und 55", der von dem Faserabschnitt 57' überspannt wird, viel größer als derjenige der anderen überspannten Abschnitte der Faser 57.
Das System gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann in vorteilhafter Weise unten an einer Brücke angebracht werden, wie es in 5 gezeigt ist. Herkömmliche Dehnungssensoren, zum Beispiel zum Messen des Gewichts von Fahrzeugen, wie zum Beispiel des LKWs 54, sind typischerweise auf oder in der Oberfläche der Straße eingebaut. Das vorliegende System kann jedoch in vorteilhafter Weise einfacher eingebaut werden, ohne dass ein Straßenabschnitt gesperrt zu werden braucht. Zusätzlich kann das System auch einfacher entfernt werden, weshalb es sich auch zu einer vorübergehenden Installation eignet. Wie zu erkennen ist, besteht in manchen Situationen ein Nachteil eines Einbaus eines Dehnungssensors unter der Brücke dahingehend, dass das zu messende Signal viel schwächer ist. Als ein Ergebnis der durch das vorliegende System erreichbaren Verstärkung ist jedoch das Dehnungssignal durch die Anordnung von Erfassungsknoten gut messbar.
6 veranschaulicht schematisch eine Draufsicht auf ein erfindungsgemäßes System. In 6 ist ein Controller oder eine Datenbeschaffungseinheit 80 über einen ersten Kanal 81-1 mit einer ersten Anordnung von Erfassungsknoten 71 verbunden. Darüber hinaus ist der Controller oder die Datenbeschaffungseinheit 80 über einen zweiten Kanal 81-2 mit einer zweiten Anordnung von Erfassungsknoten 76 verbunden. Die erste Anordnung 71 ist unten an der Brücke 50 und unter einer ersten Spur 61 einer Straße eingebaut, die über die Brücke 50 geht. Die zweite Anordnung 76 ist unten an der Brücke 50 unter einer zweiten Spur 62 der Straße angeordnet. Auf den Spuren 61 und 62 kann zum Beispiel Verkehr in verschiedenen Richtungen über die Brücke 50 rollen. 6 veranschaulicht die relativen Anordnungen der Sensoren 55 der Anordnung 71. Die tatsächlichen Halterungen 55 der Anordnung 71 sind unter der Brücke und nicht auf der Brücke angeordnet. Alternativ dazu können die Anordnungen an der Seite der Brücke, Geländer usw., je nach der Situation angebracht sein. Abschlussteile 60-1 und 60-2 schließen die Anordnung 71 bzw. 76 ab.
In einer anderen Ausführungsform, die faseroptische Dehnungssensoren umfasst, wie sie in 7 gezeigt ist, ist ein einziger Abfragekanal 81 mit einer Faser verbunden, die eine Vielzahl von Fasersträngen bildet, die bezüglich den Spuren 61 und 62 der Straße längs angeordnet sind. Zum Beispiel sind drei Anordnungen 70, 71 und 72 dadurch ausgebildet, dass die optische Faser dreimal unterhalb der Straßenspur 61 vor und zurück verläuft, wodurch eine Sensoranordnung 65 von Anordnungen 70, 71 und 72 ausgebildet wird. Die Faser im Abschnitt 82 ist mit dem Strang 75 auf der zweiten Spur 62 verbunden und verläuft danach dreimal vor und zurück, um Sensoranordnungen 75, 76 und 77 zu bilden. Die Sensoranordnungen 75, 76 und 77 bilden zusammen die Sensoranordnung 66, die unter der Straßenspur 62 angeordnet ist. Eine Abschlusseinrichtung 60 ist am Ende der Faserleitung eingebaut.
In einer alternativen Ausführungsform werden elektrische Dehnungsmesser mit einer entsprechenden Datenbeschaffungseinheit in einer Konfiguration verwendet, wie in 7 gezeigt ist.
In den oben beschriebenen Ausführungsformen kann zum Unterscheiden zwischen Signalen von verschiedenen Sensorabschnitten 9 der Sensor 6 so konfiguriert sein, dass er jeweils ein identisches Sensorsignal liefert. Wenn zum Beispiel Faser-Bragg-Gitter verwendet werden, kann jedes der Faser-Bragg-Gitter in jedem der Sensorabschnitte 9 eine andere Periodizität haben, die es ermöglicht, dass die reflektierte Wellenlänge dieses Faser-Bragg-Gitters von denjenigen der anderen Faser-Bragg-Gitter in der Sensoranordnung unterschieden werden kann.
Die vorliegende Erfindung wurde anhand einiger spezifischer Ausführungsformen beschrieben. Es versteht sich, dass die in den Zeichnungen dargestellten und hier beschriebenen Ausführungsformen lediglich der Veranschaulichung dienen und auch in keiner Weise die Erfindung einschränken sollen. Es wird davon ausgegangen, dass der Betrieb und der Aufbau der vorliegenden Erfindung aus der oben gegebenen Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen ersichtlich ist. Dem Fachmann wird klar sein, dass die Erfindung nicht auf eine der hier beschriebenen Ausführungsformen eingeschränkt ist, sondern dass Modifikationen möglich sind, die als innerhalb des Umfangs der beiliegenden Ansprüche liegend betrachtet werden sollten. Außerdem sollen kinematische Inversionen auch als inhärent offenbart und innerhalb des Umfangs der Erfindung liegend gelten. Außerdem können beliebige der Komponenten und Elemente der verschiedenen offenbarten Ausführungsformen kombiniert werden oder in andere Ausführungsformen integriert werden, wenn dies notwendig erscheint, gewünscht oder bevorzugt ist, ohne dass dadurch vom in den Ansprüchen definierten Umfang der Erfindung abgewichen wird.
In den Ansprüchen sollen Bezugszeichen nicht als den Anspruch einschränkend gelten. Die Begriffe „umfassend“ und „aufweisend“ sollen, wenn sie in der vorliegenden Beschreibung oder den beiliegenden Ansprüchen verwendet werden, nicht in einem ausschließlichen oder erschöpfenden Sinn sondern in einem einschließenden Sinn verstanden werden. Deshalb schließt der Begriff „umfassend“, wie er hier verwendet wird, die Anwesenheit anderer Elemente oder Schritte zusätzlich zu denen in einem beliebigen Anspruch aufgeführten nicht aus. Ferner sollen die Wörter „einer/eine/eines“ nicht als Einschränkung auf „nur eins“ verstanden werden, sondern werden in der Bedeutung „mindestens eins“ verwendet und schließen eine Mehrzahl nicht aus. Merkmale, die nicht spezifisch oder explizit beschrieben oder beansprucht sind, können in dem Aufbau der Erfindung innerhalb ihres Umfangs zusätzlich einbezogen werden. Ausdrücke, wie: „Mittel für...“ sollte verstanden werden als: „Komponente, konfiguriert für...“ oder „Element, konstruiert zu...“ und sollten so verstanden werden, dass sie Äquivalente für die offenbarten Strukturen mit einschließen. Die Verwendung von Ausdrücken, wie: „kritisch“, „bevorzugt“, „besonders bevorzugt“ usw. soll die Erfindung nicht einschränken. Zusätze, Streichungen und Modifikationen innerhalb des normalen fachlichen Handelns des Fachmanns können allgemein vorgenommen werden, ohne dass dadurch vom Geist und Umfang der Erfindung, wie er durch die Ansprüche bestimmt wird, abgewichen wird. Die Erfindung kann auch anders als spezifisch hier beschrieben in die Praxis umgesetzt werden und ist lediglich durch die beiliegenden Ansprüche eingeschränkt.

Claims

WIM-System (WIM = Weigh In Motion) zum Erfassen dynamischer Dehnungsvariationen in einer Brücke, umfassend eine Mehrzahl von Dehnungssensoren und einer Mehrzahl von Halterungen, die als eine Mehrzahl von Erfassungsknoten angeordnet sind; wobei jeder Erfassungsknoten umfasst: eine erste der Halterungen, die ein erstes Verbindungsstück und eine erste Basis umfasst, die an einem ersten Ort an der Brücke befestigbar ist; eine zweite der Halterungen, die ein zweites Verbindungsstück und eine zweite Basis umfasst, die an einem zweiten Ort an der Brücke befestigbar ist; wobei der erste Ort und der zweite Ort um einen Abstand B voneinander beabstandet sind und zwischen sich einen Messabschnitt definieren; und einen der Dehnungssensoren, der sich zwischen dem ersten und dem zweiten Verbindungsstück erstreckt und durch steife Befestigungen an diesen befestigt ist, die um einen Abstand A beabstandet sind und zwischen sich einen Erfassungsabschnitt definieren, um so eine Federverbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Verbindungsstück auszubilden, wobei die Federverbindung ausgedehnt und zusammengedrückt wird, um es dem Dehnungssensor zu ermöglichen, ein Ausgangssignal zu liefern, das von der relativen Position des ersten und des zweiten Verbindungsstücks abhängt.
WIM-System gemäß Anspruch 1, wobei die Verbindungsstücke bezüglich der Basen verstellbar sind.
WIM-System gemäß Anspruch 2, wobei die Verbindungsstücke in der Richtung der Dehnungssensorspanne verstellbar sind.
WIM-System gemäß Anspruch 3, wobei die Verbindungsstücke an mindestens einem aus dem ersten oder dem zweiten Verbindungsstück mittels einer längs verstellbaren Verbindung angebracht sind.
WIM-System gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erste und das zweite Verbindungsstück und der Dehnungssensor so abgemessen sind, dass ein Verhältnis zwischen der Länge des Erfassungsabschnitts A und der Länge des Messabschnitts B 1,0 geteilt durch X ist, wobei X mindestens 2 ist, wobei X vorzugsweise größer als 4 ist, noch bevorzugter größer als 5 ist und noch bevorzugter zwischen 5 und 100 ist.
WIM-System gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das erste und das zweite Verbindungsstück und der Dehnungssensor so abgemessen sind, dass ein Verhältnis zwischen der Länge des Erfassungsabschnitts B und der Länge des Messabschnitts A 1,0 geteilt durch X ist, wobei X mindestens 2 ist, wobei X vorzugsweise größer als 4 ist, noch bevorzugter größer als 5 ist und noch bevorzugter zwischen 5 und 100 ist.
WIM-System gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Einbauabstand, d.h. der Abstand B zwischen Basen, mindestens 0,3 Meter, vorzugsweise zwischen 0,5 und 5 Meter, noch bevorzugter zwischen 0,5 und 2,0 Meter beträgt.
WIM-System gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Verbindungsstücke ferner einen Verankerungsmechanismus zur Ermöglichung der Befestigung an dem ersten oder zweiten Ort aufweisen, wobei der Verankerungsmechanismus ein Abstimmungselement zur Ermöglichung einer Einstellung des Orts zur Befestigung aufweist, um eine Vorspannung des Dehnungssensors an dem Erfassungsabschnitt einzustellen.
WIM-System gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mindestens eine der Halterungen für zwei benachbarte Erfassungsknoten gemeinsam ist.
WIM-System gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Dehnungssensor eine optische Faser umfasst, die einen intrinsischen faseroptischen Sensor, z.B. einen Faser-Bragg-Gitter (FBG)-Sensor, aufweist.
WIM-System gemäß Anspruch 10, wobei das System ferner eine faseroptische Abfrageeinrichtung umfasst und wobei die Abfrageeinrichtung zum Liefern eines optischen Eingangssignals an den mindestens einen faseroptischen Dehnungssensor und zum Empfangen des Ausgangssignals als ein optisches Ausgangssignal von dem mindestens einen faseroptischen Dehnungssensor konfiguriert ist.
WIM-System gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei der Dehnungssensor eine optische Faser und einen mit der optischen Faser gekoppelten optischen Sensor umfasst.
WIM-System gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei der Dehnungssensor ein Kabel umfasst, das einen mit dem Kabel gekoppelten elektrischen Dehungsmesser hat.
WIM-System gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend einen Controller, der dazu betreibbar ist, das Ausgangssignal jedes Erfassungsknotens abzutasten, um deren Aufzeichnung mit einer Abtastrate von mindestens 1000 Abtastungen pro Sekunde, vorzugsweise mit einer Abtastrate von mindestens 2000 Abtastungen pro Sekunde zu ermöglichen.
Brücke, aufweisend ein WIM-System gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei die Brücke mindestens eines aus einer Straße, einem Weg oder einer Bahnlinie umfasst, um es einem Fahrzeug zu ermöglichen, die Brücke in einer Fahrtrichtung des Fahrzeugs zu überqueren, und wobei die Abtastungsknoten an der Brücke befestigt sind, sodass ihre entsprechenden Dehnungssensoren entlang der Fahrtrichtung ausgerichtet sind.
Verfahren zur Verwendung des Systems gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14 auf einer Brücke, umfassend: Analysieren der Ausgangssignale von den Erfassungsknoten zum Bestimmen der Eigenschaften der über die Brücke fahrenden Fahrzeuge, wobei die Eigenschaften eines oder mehrerer von Geschwindigkeit, Gewicht, Achszahl, Achslänge und Ladungsverteilung aufweisen.
Verfahren gemäß Anspruch 16, ferner umfassend: Bestimmen von Messdaten über die Brückennutzung über die Zeit auf Basis der aus dem Analyseschritt stammenden Daten.