專利名稱：光纖光柵高速稱重裝置及現(xiàn)場標(biāo)定方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光纖光柵高速稱重裝置及現(xiàn)場標(biāo)定方法，特別是指一種具有高精度、高過車速度、耐久性和抗環(huán)境干擾能力優(yōu)異的光纖光柵高速稱重裝置及現(xiàn)場標(biāo)定方法， 用于公路橋梁健康監(jiān)測中。
背景技術(shù)：
在動態(tài)稱重領(lǐng)域，已有的稱重系統(tǒng)均為基于電阻應(yīng)變片，壓電晶體等傳統(tǒng)的傳感元件。光纖光柵由于具有精度高，穩(wěn)定性好，可適應(yīng)各種惡劣環(huán)境等眾多優(yōu)點，它與動態(tài)稱重系統(tǒng)對傳感元件的要求不謀而合。1999年開始，美國俄勒R州引入了光纖光柵傳感器對其州下的幾條高速公路做交通荷載調(diào)查；2006年，哈爾濱工業(yè)大學(xué)劉靜在其碩士論文中提出了一種基于光纖光柵的地磅秤，利用將光柵置于鋼筋混凝土梁體內(nèi)，利用光柵監(jiān)測梁體變形間接獲得導(dǎo)致梁體變形的汽車荷載；山東大學(xué)何西坤在其碩士論文中提出了利用光纖布拉格光柵作為傳感元件來檢測軸向壓力。并結(jié)合使用光纖加強材料(FRC)，即很多層光纖加強材料被特殊封裝膠固定在光纖布拉格光柵的兩側(cè)，光纖布拉格光柵被光纖加強材料緊緊包裹在其中，一直加到光纖加強材料層的厚度接近1厘米。光纖布拉格光柵的中心波長是1536. 770nm,并據(jù)此設(shè)計出動態(tài)稱重傳感器；大連海事大學(xué)吳奇峰在其碩士論文中也提出一種基于馬赫-曾德爾 (Mach-Zehnder)干涉儀的頻率輸出型光纖動態(tài)稱重傳感器；2008年，中科院的翟玉鋒等人在實驗室內(nèi)搭建了一套光纖動態(tài)稱重系統(tǒng)，該系統(tǒng)是基于普通單模光纖光柵傳感技術(shù)。在實驗小車經(jīng)過支撐稱重臺面的金屬彈性體時，將引起彈性體形變，采用光纖光柵傳感器監(jiān)測這一形變。通過分析光纖光柵解調(diào)儀采集到的光纖光柵傳感信號，反演出實驗小車的質(zhì)量。實驗結(jié)果表明系統(tǒng)精度優(yōu)于士3%。在19th International Conference on Optical Fibre Sensors 上，Zhang 等人提出了一禾中基于 FBG的輕便式動態(tài)稱重傳感器，該稱重傳感器能檢測出軸重、軸距等車軸參數(shù)，檢測速度達到了 15英里/小時；在已發(fā)表的文獻來看，光纖光柵傳感技術(shù)近年來在動態(tài)稱重領(lǐng)域獲得了蓬勃的發(fā)展。但絕大多數(shù)的研究僅停留在實驗室階段，尚未用于工程實際中，這些已提出的基于光纖光柵傳感技術(shù)的動態(tài)稱重系統(tǒng)或存在稱重精度不高，或存在車輛通行速度不高等各種問題使其還不能面向于工程實際。為此研制了光纖光柵動態(tài)稱重裝置并設(shè)計了其標(biāo)定方法，對于土木工程結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測具有十分重要的意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種光纖光柵高速稱重裝置及現(xiàn)場標(biāo)定方法，可方便的應(yīng)用于工程實際中。本發(fā)明一種光纖光柵高速稱重裝置，包括光纖光柵、支承座、鋼柱、彈性元件板；所述支承座為一長方體，沿長度方向設(shè)有一凹槽；所述彈性元件板的形狀與所述支承座的相同并安裝在所述支承座上；在所述凹槽中沿所述凹槽的長度方向設(shè)有一排鋼柱，所述鋼柱的上端面與所述彈性元件板的底面具有1 2mm的空隙；在所述彈性元件板的底面，沿所述彈性元件板中心軸線寬度方向粘貼有多根光纖光柵。本發(fā)明中，所述彈性元件板與所述支承座2的接觸面之間用防水密封膠密封。本發(fā)明中，所述光纖光柵采用相位掩模法在摻鍺光敏光纖中寫入。本發(fā)明中，所述彈性元件板采用65Mn作為稱重板的彈性元件材料。本發(fā)明中，光纖光柵采用樂泰326結(jié)構(gòu)膠粘貼，它具有優(yōu)良的疲勞性能，適合于系統(tǒng)的長期穩(wěn)定工程環(huán)境。本發(fā)明中，所述防水密封膠為丁基防水密封膠，它的機械性能優(yōu)異對于界面形變和開裂適應(yīng)性強，并且穩(wěn)定的化學(xué)性能具有優(yōu)良的耐化學(xué)性，耐候性和耐腐蝕性。本發(fā)明中，所述光纖光柵的粘貼方法是第一步用砂布對彈性元件板上粘貼位置進行打磨，而后用酒精把粘貼處清洗干凈；待酒精揮發(fā)，等彈性元件板表面風(fēng)干后，在粘貼過程中施加適當(dāng)?shù)念A(yù)應(yīng)力，用環(huán)氧樹脂膠將光纖光柵沿彈性元件板的軸線粘貼。第二步待環(huán)氧樹脂膠完全固化后，在光柵表面均勻涂抹硅膠，待其固化，至此光纖光柵的粘貼工作完成。本發(fā)明一種光纖光柵高速稱重裝置的現(xiàn)場標(biāo)定方法，包括下述步驟第一步將光纖光柵高速稱重裝置安裝在待監(jiān)測高速公路路面上，使支承座的長度方向與路面軸線方向垂直；第二步使重量為W的標(biāo)定車輛以不同的速度Vi駛過本發(fā)明稱重裝置，i = 1.2… m，通過光纖光柵解調(diào)儀SM130以1000Hz采樣頻率對光纖光柵的波長值進行采樣，即時間間隔At = 0.001秒時就采得一組數(shù)據(jù)，最終在c個時間點(、々.卞…、)一共采得了 c組
波長數(shù)據(jù)，按
權(quán)利要求
1.一種光纖光柵高速稱重裝置，包括光纖光柵、支承座、鋼柱、彈性元件板；所述支承座為一長方體，沿長度方向設(shè)有一凹槽；所述彈性元件板的形狀與所述支承座的相同并安裝在所述支承座上；在所述凹槽中沿所述凹槽的長度方向設(shè)有一排鋼柱，所述鋼柱的上端面與所述彈性元件板的底面具有1 2mm的空隙；在所述彈性元件板的底面，沿所述彈性元件板中心軸線寬度方向粘貼有多根光纖光柵。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光纖光柵高速稱重裝置，其特征在于所述彈性元件板與所述支承座2的接觸面之間用防水密封膠密封。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光纖光柵高速稱重裝置，其特征在于所述光纖光柵采用相位掩模法在摻鍺光敏光纖中寫入。本發(fā)明中，所述彈性元件板采用65Mn作為稱重板的彈性元件材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光纖光柵高速稱重裝置，其特征在于光纖光柵采用樂泰326結(jié)構(gòu)膠粘貼，它具有優(yōu)良的疲勞性能，適合于系統(tǒng)的長期穩(wěn)定工程環(huán)境。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光纖光柵高速稱重裝置，其特征在于所述防水密封膠為丁基防水密封膠，它的機械性能優(yōu)異對于界面形變和開裂適應(yīng)性強，并且穩(wěn)定的化學(xué)性能具有優(yōu)良的耐化學(xué)性，耐候性和耐腐蝕性。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光纖光柵高速稱重裝置，其特征在于所述光纖光柵的粘貼方法是第一步用砂布對彈性元件板上粘貼位置進行打磨，而后用酒精把粘貼處清洗干凈； 待酒精揮發(fā)，等彈性元件板表面風(fēng)干后，在粘貼過程中施加適當(dāng)?shù)念A(yù)應(yīng)力，用環(huán)氧樹脂膠將光纖光柵沿彈性元件板的軸線粘貼。第二步待環(huán)氧樹脂膠完全固化后，在光柵表面均勻涂抹硅膠，待其固化，至此光纖光柵的粘貼工作完成。
7.一種光纖光柵高速稱重裝置的現(xiàn)場標(biāo)定方法，包括下述步驟第一步將光纖光柵高速稱重裝置安裝在待監(jiān)測高速公路路面上，使支承座的長度方向與路面軸線方向垂直；第二步使重量為W的標(biāo)定車輛以不同的速度Vi駛過本發(fā)明稱重裝置，i = 1. 2…m， 通過光纖光柵解調(diào)儀對光纖光柵的波長值進行采樣，即時間間隔At = O. 001秒時就采得一組數(shù)據(jù)，最終在C個時間點(ti.tft,···、)一共采得了 C組波長數(shù)據(jù)，按式
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種光纖光柵高速稱重裝置的現(xiàn)場標(biāo)定方法，其特征在于 所述纖光柵解調(diào)儀型號為SM130 ；采樣頻率為1000Hz。
全文摘要
一種光纖光柵高速稱重裝置，包括光纖光柵、支承座、鋼柱、彈性元件板；通過標(biāo)定，確定其標(biāo)定系數(shù)后，利用車輛經(jīng)過彈性元件板，彈性元件板產(chǎn)生相應(yīng)的變形，粘貼在其上的光纖光柵因應(yīng)變變化，其對應(yīng)的中心波長亦產(chǎn)生變化，通過檢測光纖光柵中心波長的變化量，就可以實時測出車輛的重量。本發(fā)明對外界干擾不敏感，穩(wěn)定性較高；稱重精度高，系統(tǒng)誤差在10％之內(nèi)；適于工程應(yīng)用。
文檔編號G01G23/01GK102200466SQ20111002805
公開日2011年9月28日 申請日期2011年1月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月26日
發(fā)明者任偉新, 羅曉光 申請人:中南大學(xué)