一种基于FBG的火车动态称重传感器及其安装方法技术

本发明专利技术公开了一种基于FBG的火车动态称重传感器及其安装方法，涉及传感器技术领域。本发明专利技术包括安装在轨道上的若干夹具和固定在两夹具间的FBG应变传感器；夹具包括若干U形夹块和托座；托座两侧分别通过一对U形夹块固定在轨道的底座上；相邻两U形夹块之间固定有连接板；FBG应变传感器的两端沿轨道的直线方向固定在托座上。本发明专利技术通过设计一种高稳定性的FBG应变传感器，该FBG应变传感器通过集成的稳定、坚固、抗疲劳性俱佳的夹具实现对轨道上载重的实时测量，具有精度高，结构简单，操作方便；通过FBG应变传感器由于自身特点，对轴向应变敏感，但对横向应变不敏感。结合货运火车重量的特点，对传感器的量程进行设计，在18到100吨的范围内，进行线性称重。

【技术实现步骤摘要】
一种基于FBG的火车动态称重传感器及其安装方法
本专利技术属于传感器
，特别是涉及一种基于FBG的火车动态称重传感器及其安装方法，用于铁路交通领域对超载车辆的实时超限检测。
技术介绍
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。FBG应变传感器由于自身特点，对轴向应变敏感，但对横向应变不敏感。现有夹具式FBG应变传感器，外部压力通过传感器夹具传送到传感器，因此传感器夹具的设计直接影响测量结果，对传感器线性影响较大。夹具须具有稳定、坚固、抗疲劳性。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于FBG的火车动态称重传感器及其安装方法，通过安装在轨道上的若干夹具和固定在两夹具间的FBG应变传感器，解决了现有的夹具式FBG应变传感器，外部压力通过传感器夹具传送到传感器，因此传感器夹具的设计直接影响测量结果，对传感器线性影响较大问题。为解决上述技术问题，本专利技术是通过以下技术方案实现的：本专利技术为一种基于FBG的火车动态称重传感器，包括安装在轨道上的若干夹具和固定在两夹具间的FBG应变传感器；所述夹具包括若干U形夹块和托座；所述托座两侧分别通过一对U形夹块固定在轨道的底座上；相邻两U形夹块之间固定有连接板；所述FBG应变传感器的两端沿轨道的直线方向固定在托座上。进一步地，所述U形夹块的相对一内表面为与轨道底座上表面配合的贴合面；所述U形夹块的相对另一内表面与托座配合；所述U形夹块外侧面设有与连接板配合的槽道。进一步地，所述托座包括“工”字形座或“＝”形座。进一步地，所述“工”字形座与U形夹块配合的端部为端板，所述端板与“工”字形座形成阶梯面，使得“工”字形座与轨道底面形成间隙；所述端板固定在U形夹块上；所述“工”字形座的表面开有与FBG应变传感器配合的螺纹孔a。进一步地，所述U形夹块的槽道内还开有螺纹孔b；所述U形夹块一外侧面还设置有一与“＝”形座的贯通孔配合的螺柱。进一步地，所述连接板的两端分别与一U形夹块的槽道配合，所述连接板的两端开有与槽道内的螺纹孔b配合的贯通孔。一种基于FBG的火车动态称重传感器的安装方法，包括如下过程：SS01将FBG应变传感器的两端分别固定在两组夹具的托座上，并且FBG应变传感器的中心线与轨道的中心线共线；SS02将一对U形夹块通过连接板连接；SS03在相互平行的两轨道的相对位置分别安装SS01中固定有FBG应变传感器的托座，通过SS02形成的连接式U形夹块固定在轨道上；SS04每个传感器通过两个夹具固定，分别将传感器的两端沿着轨道方向固定安装；该托座是包裹钢轨下端面，并能紧紧抱死在钢轨下表面，同时该固定托座上表面或下表面正中；U形夹块完全贴合导轨，增大接触面积，而且，U形保证零件竖直，和稳定。SS05夹具采用大弹性模量的碳钢或不锈钢，并对结构连接处进行螺丝加垫片、贴胶处理，以提高夹具的稳定、坚固、抗疲劳性。该传感器机理是：将FBG应变传感器两端固定，火车的车轴压力信息作用于铁轨上，铁轨通过U型夹具将压力传递给位于工字梁结构中间的FBG应变传感器，当FBG应变传感器两端固定点受到伸长或缩短时，即感受到附着的物体表面的受力情况，此时光纤光栅受应变变化影响发生波长移动，根据波长移动大小可以确定外界施力大小，即通过单一FBG应变传感器可以测量出列车某一轮子通过时的轮重；然后再根据双钢轨同时测得的同一位置处的两个轮重之和即为该列车此处的轴重；通过多个FBG应变传感器或不同时刻测得的不同轴的重量即可计算出相应的车厢重和整车重；根据某段有效时间内传感器感应压力峰值个数可以确定列车轮子数量；根据轮子通过相隔一定距离的两个传感器的时间间隔可以计算出列车行驶速度和轴距；根据轴距、轮重、轴重等数据可以推算出列车型号。本专利技术具有以下有益效果：1、本专利技术通过设计一种高稳定性的FBG应变传感器，该FBG应变传感器通过集成的稳定、坚固、抗疲劳性俱佳的夹具实现对轨道上载重的实时测量，具有精度高，结构简单，操作方便。2、本专利技术通过FBG应变传感器由于自身特点，对轴向应变敏感，但对横向应变不敏感。结合货运火车重量的特点，对传感器的量程进行设计，在18到100吨的范围内，进行线性称重。3、本专利技术可实现多组串联测量，以多次信号平均的方式提高称重精度，同时对车速进行测量。4、本传感器不带电，可适用于铁路环境的强电磁辐射环境中。当然，实施本专利技术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专利技术实施例的技术方案，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专利技术的一些实施例，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为实施例一中的动态称重传感器的结构俯视视角的示意图；图2为实施例一中的动态称重传感器的结构仰视视角的示意图；图3为“工”字形座的结构俯视视角的示意图；图4为“工”字形座的结构仰视视角的示意图；图5为实施例一中的U形夹块的结构示意图；图6为图5的结构主视图；图7为实施例二中的动态称重传感器的结构俯视视角的示意图；图8为实施例二中的动态称重传感器的结构仰视视角的示意图；图9为图8的结构侧视图；图10为实施例二中的U形夹块的结构示意图；图11为图10的结构主视图；图12为轨道受到正压力时，传感器结构的数值仿真结果；图13为图12的轨道的正视图；附图中，各标号所代表的部件列表如下：1-轨道，2-U形夹块，3-连接板，4-“工”字形座，5-，401-螺纹孔a，402-端板，201-槽道，202-贴合面，203-螺柱。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术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专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，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，都属于本专利技术保护的范围。在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语“开孔”、“上”、“下”、“厚度”、“顶”、“中”、“长度”、“内”、“四周”等指示方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的组件或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。FBGFiberBraggGrating，即为光纤光栅，又称光纤布拉格光栅。光纤光栅传感器FiberGratingSensor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，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于FBG的火车动态称重传感器，其特征在于，包括：安装在轨道(1)上的若干夹具和固定在两夹具间的FBG应变传感器；所述夹具包括若干U形夹块(2)和托座；所述托座两侧分别通过一对U形夹块(2)固定在轨道(1)的底座上；相邻两U形夹块(2)之间固定有连接板(3)；所述FBG应变传感器的两端沿轨道(1)的直线方向固定在托座上。

【技术特征摘要】
1.一种基于FBG的火车动态称重传感器，其特征在于，包括：安装在轨道(1)上的若干夹具和固定在两夹具间的FBG应变传感器；所述夹具包括若干U形夹块(2)和托座；所述托座两侧分别通过一对U形夹块(2)固定在轨道(1)的底座上；相邻两U形夹块(2)之间固定有连接板(3)；所述FBG应变传感器的两端沿轨道(1)的直线方向固定在托座上。2.根据权利要求1所述的一种基于FBG的火车动态称重传感器，其特征在于，所述U形夹块(2)的相对一内表面为与轨道(1)底座上表面配合的贴合面(202)；所述U形夹块(2)的相对另一内表面与托座配合；所述U形夹块(2)外侧面设有与连接板(3)配合的槽道(201)。3.根据权利要求1所述的一种基于FBG的火车动态称重传感器，其特征在于，所述托座包括“工”字形座(4)或“＝”形座(5)。4.根据权利要求3所述的一种基于FBG的火车动态称重传感器，其特征在于，所述“工”字形座(4)与U形夹块(2)配合的端部为端板(402)，所述端板(402)与“工”字形座(4)形成阶梯面，使得“工”字形座(4)与轨道(1)底面形成间隙；所述端板(402)固定在U形夹块(2)上；所述“工”字形座(4)的表面开有与FBG应变传感器配合的螺纹孔a(401)。5.根据权利要求3所述的一种基于FBG的火车动态称重传感器，其特征在于，所述“＝”形座(5)固定在U形夹块(2)的一外侧面...

【专利技术属性】
技术研发人员：李俊，杨玉，朱思安，张睿杰，李明雪，李明阳，郭彦希，
申请(专利权)人：李俊，
类型：发明
国别省市：安徽,34