车辆动态称重传感器制造技术

本发明专利技术为一种车辆动态称重传感器，包括长宽比大于2：1的长方形载荷板，在所述载荷板下表面间隔刻有多条凹槽，载荷板的下表面设置有与凹槽相垂直的整根通长的分布式光纤，所述分布式光纤两端分别为入射端和出射端；载荷板下表面设置的测试区敷设有将分布式光纤包裹住的高强度粘合剂，分布式光纤的测试段分布于测试区内，分布式光纤的非测试段位于载荷板的两端。本发明专利技术利用分布式光纤对载荷板底部的应变进行测量并输出，由应变输出得到作用于板上部的车辆重量，达到实时动态测试的效果，具有精度高、集成度高、抗电磁干扰能力强、工作性能稳定、造价低廉、易于产品化等优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种称重传感器，具体涉及一种车辆动态称重传感器。
技术介绍
动态称重系统目前是国际科研领域的前沿课题，世界各国都很注重动态称重技术的开发和应用。自上个世纪50年代以来，发达国家就开始对汽车动态称重系统进行研究， 并取得了相应的成果。从目前市场上已经成功应用的动态称重系统来看，汽车动态称重系统根据原理主要有压电式、电容式、秤台式、剪切梁式和弯板式等几种，其中以弯板式和压电式的应用最为广泛。其中，压电式动态称重系统为利用压电材料的压电效应原理而工作，由于为非绝缘体，对电信号干扰很大，而且易于受潮；同时，其工作性能不稳定，结构的耐久性较差。而弯板式动态称重系统利用应变传感器对金属板的底部应变进行测量，由系统的应变输出计算得到动态重量值，该系统具有结构简单、系能稳定、耐久性好等优点。由于传统的弯板式动态称重系统采用的应变传感器为电阻式应变片，容易受到电磁干扰而产生信号失真、长期使用过程中会产生漂移和徐变等，无法满足动态称重的要求。目前部分学者和研究人员采用光纤光栅作为应变传感器用来测试弯板底部的应变，虽然精度高、耐久性好、抗电磁干扰能力强，但是光纤光栅无法实现分布式应变测量，应变输出的精度有限，若通过密集布置光纤光栅传感器，则造价较高，无法广泛推广应用。
技术实现思路
专利技术目的本专利技术的目的是提供一种能精确测量行驶中的车辆重量的动态称重传感器。技术方案本专利技术的车辆动态称重传感器，包括长宽比大于2 1的长方形载荷板， 在所述载荷板下表面间隔刻有多条凹槽，载荷板的下表面设置有与凹槽相垂直的整根通长的分布式光纤，所述分布式光纤两端分别为入射端和出射端；载荷板下表面设置的测试区敷设有将分布式光纤包裹住的高强度粘合剂，分布式光纤的测试段分布于测试区内，分布式光纤的非测试段位于载荷板的两端。所述的凹槽可以是横向刻在载荷板的下表面，也可以是纵向刻在载荷板的下表作为本专利技术的一种实现方式，所述分布式光纤来回设置在载荷板的下表面。作为本专利技术一种结构简单、成本低的实现方式，所述的凹槽横向刻在载荷板的下表面，所述分布式光纤沿载荷板的下表面纵向中线单根设置；所述分布式光纤两端的入射端和出射端分别位于载荷板的两端。所述分布式光纤与凹槽的垂直角度偏差< 5°。所述凹槽的间距5cm — 20cm，深度1 cm — 2. 5 cm，宽度1 cm — 3 cm，所述的非测试区宽度彡5 cm。所述的高强度粘合剂可以采用聚酯胶、环氧树脂胶等。为了便于分布式光纤的敷设和提高安装精度，可以在凹槽中填充柔性填充材料， 例如发泡聚乙烯等。柔性填充材料密实填充于凹槽中并与载荷板下表面找平，这样分布式光纤在敷设时就不易变形错位。本专利技术在安装时，将载荷板下表面朝下安装，载荷板上表面与路面平齐。本专利技术是利用设置于载荷板底部的分布式光纤获得车辆经过时弯板底部中心线应变输出或全场应变输出，由车重与板底应变输出和行车速度乘积之间的线性关系，测得车辆行驶时的重量。 将荷载板底面加工成横向带凹槽的型式，增加车辆经过时的板底的相对变形，放大粘贴在底部的分布式光纤的应变，满足分布式光纤应变测试精度的需要。将分布式光纤采用高强度粘合剂粘贴于载荷板下表面，可以保证光纤与载荷板之间无相对滑移。根据经典板壳力学当长板的场边边界条件对称且长宽比 Lffi >2时，如不考虑奇点效应，则在无限长板远离端部的区域内，荷载在板内产生的应变只与荷载大小有关，而与荷载的作用位置及分布形式无关。根据该原理，当车辆勻速通过传感器时(1)当只能得到长边中心线上的应变输出时，传感器动态应变输出仅仅与总荷载和速度有关，与荷载的长度和分布无关。当弯板传感器长度足够，轮载位置距弯板端部距离足够，轮载以勻速ν通过弯板传感器时，动态称重公式为 P=S.v/S0 (1)式中，P—车轮的荷载，ν—车辆行驶的速度，S—传感器动态应变输出，Stl—常数，可通过现场标定得到。(2)当可得到全场分布式应变输出时，传感器动态应变输出仅仅与总荷载有关，而与荷载的长度、分布以及车辆的行驶速度无关。当弯板传感器长度足够，轮载位置距弯板端部距离足够，动态称重公式为P=S/ S0(2)式中，P—车轮的荷载，S—传感器动态应变输出，Stl—常数，可通过现场标定得到。采用分布式光纤测量载荷板底面的应变分布，通过积分方法可得到传感器的应变输出，进而由公式(1)、(2)得到轮压，由测得的各个轮压求和得到车辆轴重、整车的重量。当光纤的某处的温度、应变发生变化时，光纤中的后向布里渊散乱光谱的频率会发生相应的偏移，频率的偏移量与光纤应变、温度变量成良好的线性关系。光纤测试段任一点ζ处发生应变、温度时，测试段、非测试段布里渊散乱光的频率偏移量分别为VB,t (z) =VB,t°(z)+C1- Δ ε t(z)+c2· Δ Tt (ζ)(3)Vb (ζ’)=Vb0(ζ’)+C1. δ ε (Ζ’)+C2. δ tt(ζ’)(4)式中vB,t (ζ)-测试段ζ点发生应变或温度变化后布里渊光的频率偏移；vB,t°(z)-测试段ζ与处布里渊光的初始频率偏移；νΒ (z') 一非测试段Z'点处布里渊光的频率偏移vB°(ζ')-非测试段乂点处布里渊光的初始频率偏移；4Δ ^t(Z) —测试段光纤点Z处轴线应变变化；Δ ε (ζ')-非测试段光纤点^处轴线应变变化，= 0 ；Δ Tt (ζ)-测试段光纤温度变化；ΔΤ(ζ')-非测试段光纤温度变化；C1 , C2-布里渊光的频率偏移的应变系数和温度系数。以板底的非测试段光纤作为温度补偿光纤，将测试段与非测试段的光纤的频率偏移量相减后得到测试段应变引起的布里渊频率偏移量，即vB,t(z)-vB (z') = + C1- + c2-(5)令 νΒ; t (Z) -VB (ζ')= Δ νΒ; t (ζ)，vB; t° (ζ) -Vb0 (Z' ) = Δ Vb, t0 (Ζ)，Δ Tt (Ζ) - Δ T (Ζ, ) = Δ Tt, (ζ),Δ ε t(z)-A ε (ζ’)= Δ ε t, (ζ)，则(5)式变为Δ vB t(z)= Δ vB t°(z)+ C1' Δ ε t’(ζ)+ c2· Δ Tt'(ζ)(6)由于测试段与非测试段光纤温度相等，即Δ Tt(Z)-A Tt(z’)= Δ Tt’(Z)=O ；同时，非测试段光纤轴向应变为零，即Δ et(z)-A ε (ζ')=Δ ε； (ζ)= Δ ε t(z) 则式(6)变为Δ vB,t(z)=AvB’t0(ζ)+ C1- Δ et(z)(7)移向化简得Δ et(z) = /Cl (8)式中、t (ο)-测试段ζ点处布里渊光的初始频率偏移；VB, t (Ζ)"测试段Z点发生应变或温度变化后布里渊光的频率偏移；C1 , C"布里渊光的频率偏移的应变系数和温度系数Δ ε t (ζ) —测试段ζ点处光纤轴线应变变化；Δ Tt (ζ)—测试段ζ点处光纤温度变化。光纤中发生应变或温度变化的位置Z可由下式确定 Z=c*T/(2η)(9)式中Ζ—发生应变或温度变化的位置距起点的距离； C-真空中的光速； T-发送脉冲光导接受散乱光的时间差； η-光纤的屈折率。则板底的应变输出可由各测试点的积分得到 S= / zez Δ ε (ζ)(10)式中Ζ—积分本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种车辆动态称重传感器，其特征在于，该传感器包括长宽比大于２：１的长方形载荷板（１），在所述载荷板（１）下表面间隔刻有多条凹槽（５），载荷板（１）的下表面设置有与凹槽（５）相垂直的整根通长的分布式光纤（３），所述分布式光纤（３）两端分别为入射端（３１）和出射端（３２）；载荷板（１）下表面设置的测试区（６）敷设有将分布式光纤（３）包裹住的高强度粘合剂（４），分布式光纤的测试段（３３）分布于测试区（６）内，分布式光纤的非测试段（３４）位于载荷板（１）的两端。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：宋永生，丁幼亮，周广东，李爱群，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：84