一種光纖光柵高速動態(tài)的汽車動態(tài)稱重板的裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種光纖光柵高速動態(tài)的汽車動態(tài)稱重板的裝置，該光纖光柵高速動態(tài)的汽車動態(tài)稱重板的裝置包括：彈性元件板、封裝螺栓、封裝板、光纖、下墊板、稱重板、限位柱。本實用新型通過設(shè)置光纖和稱重板，實現(xiàn)了傳統(tǒng)的彎板式動態(tài)稱重方法與光纖傳感技術(shù)進行開創(chuàng)性結(jié)合，走出實驗室邁向?qū)嶋H工程測試中，動態(tài)稱重具有一定的先進性和實際應(yīng)用價值，提高了橋梁的設(shè)計和綜合服務(wù)水平，降低了橋梁的維護次數(shù)和維護成本，保障了交通運輸?shù)母咝惩ê褪孢m性，具有較好的直接經(jīng)濟效益和社會效益。
【專利說明】一種光纖光柵高速動態(tài)的汽車動態(tài)稱重板的裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型屬于汽車動態(tài)稱重【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種光纖光柵高速動態(tài)的汽車 動態(tài)稱重板的裝置。

【背景技術(shù)】
[0002] 目前，汽車荷載標(biāo)準(zhǔn)是進行公路橋梁設(shè)計、承載能力檢測評估的重要依據(jù)，而實際 公路橋梁上的汽車荷載狀況與現(xiàn)行規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的差異較大，由此引發(fā)橋梁的各種病害十分多 見。
[0003] 過去由于技術(shù)和手段的限制，對汽車荷載的調(diào)查主要以人工調(diào)查的方式進行，這 在樣本的代表性和容量等方面均存在不足，制約著對實際公路上汽車荷載的研究。由于 對實際汽車荷載的觀測資料較少，進行橋梁的各種工作基本上采用規(guī)范給定的汽車荷載標(biāo) 準(zhǔn)，其結(jié)果往往與實際不符合是顯然的。
[0004] 隨著電子技術(shù)的發(fā)展，利用動態(tài)汽車稱重方法（WIM)進行汽車荷載等信息進行自 動化、大容量的調(diào)查采集成為可能，且在實際中的應(yīng)用也日益廣泛，這為汽車荷載等的研究 工作提供有利條件。
[0005] 國外到20世紀(jì)90年代基本形成成熟的WM產(chǎn)品及相應(yīng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。國內(nèi)對此的 研究起步晚且時間短，其測試精度不高、車輛通過速度低且耐用性也不能滿足實際工作的 需要，關(guān)鍵元件仍然以進口為主。
[0006] WIM主要有壓電式、電容式和彎板應(yīng)變式三種，從稱重方法精度、年平均使用費、可 靠性、使用壽命等技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)進行對比發(fā)現(xiàn)，彎板應(yīng)變式WIM具有較大優(yōu)勢。
[0007] 目前彎板應(yīng)變式WIM主要以電阻應(yīng)變片式作為敏感元，易受電磁干擾影響、電絕 緣性差等不足，在現(xiàn)場潮濕的工作環(huán)境中容易出現(xiàn)異常。而光纖光柵傳感器具有抗電磁干 擾強、電絕緣性好、耐腐蝕能力強、性能穩(wěn)定、安全性能好等優(yōu)點，可以彌補電阻應(yīng)變測量的 不足，近年來在土木工程中的應(yīng)用逐漸增多。而利用光纖光柵傳感技術(shù)進行汽車動態(tài)稱重 方法的研究，由于受到解調(diào)儀解調(diào)速度等的制約，目前以室內(nèi)研究為主，且要求通過車輛的 速度較低，不能滿足現(xiàn)場高速測試需要，尚未有現(xiàn)場實際應(yīng)用的報道或產(chǎn)品出現(xiàn)。 實用新型內(nèi)容
[0008] 本實用新型為解決目前動態(tài)汽車稱重方法以室內(nèi)研究為主，且要求通過車輛的速 度較低，不能滿足現(xiàn)場高速測試需要，尚未有現(xiàn)場實際應(yīng)用的報道或產(chǎn)品出現(xiàn)的問題而提 供一種結(jié)構(gòu)簡單、安裝使用方便、提高工作效率的光纖光柵高速動態(tài)的汽車動態(tài)稱重板的 裝直。
[0009] 本實用新型為解決公知技術(shù)中存在的技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案是：
[0010] 本實用新型實施例的光纖光柵高速動態(tài)的汽車動態(tài)稱重板的裝置，該光纖光柵高 速動態(tài)的汽車動態(tài)稱重板的裝置包括：彈性元件板、封裝螺栓、封裝板、光纖、下墊板、稱重 板、限位柱； toon] 元件板設(shè)置在稱重板的中間位置，封裝螺栓設(shè)置在彈性元件板的前端和后端，封 裝板設(shè)置在彈性元件板的左右兩側(cè)，光纖設(shè)置在彈性元件板的下面，下墊板設(shè)置在彈性元 件板的下面，限位柱設(shè)置在稱重板的底部。
[0012] 本實用新型還可以采用如下技術(shù)措施：
[0013] 進一步，稱重板的一階固有振動頻率為1099Hz。
[0014] 進一步，采用熱處理加工后的65Mn鋼板的彈性元件板。
[0015] 本實用新型具有的優(yōu)點和積極效果是：由于本實用新型通過設(shè)置光纖和稱重板， 實現(xiàn)了傳統(tǒng)的彎板式動態(tài)稱重方法與光纖傳感技術(shù)進行開創(chuàng)性結(jié)合，走出實驗室邁向?qū)嶋H 工程測試中，動態(tài)稱重具有一定的先進性和實際應(yīng)用價值，提高了橋梁的設(shè)計和綜合服務(wù) 水平，降低了橋梁的維護次數(shù)和維護成本，保障了交通運輸?shù)母咝惩ê褪孢m性，具有較好 的直接經(jīng)濟效益和社會效益。本實用新型的結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，較好的解決了前動態(tài)汽車 稱重方法以室內(nèi)研究為主，且要求通過車輛的速度較低，不能滿足現(xiàn)場高速測試需要，尚未 有現(xiàn)場實際應(yīng)用的報道或產(chǎn)品出現(xiàn)的問題。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016] 圖1是本實用新型實施例提供的光纖光柵高速動態(tài)的汽車動態(tài)稱重板的裝置結(jié) 構(gòu)示意圖；
[0017] 圖2是本實用新型實施例提供的光纖光柵高速動態(tài)的汽車動態(tài)稱重板的裝置的 剖視圖；
[0018] 圖中：1、彈性元件板；2、封裝螺栓；3、封裝板；4、光纖；5、下墊板；6、稱重板；7、限 位柱。

【具體實施方式】
[0019] 為能進一步了解本實用新型的實用新型內(nèi)容、特點及功效，茲例舉以下實施例，并 配合附圖詳細(xì)說明如下。本實用新型不存在軟件或方法的創(chuàng)新。
[0020] 請參閱圖1和圖2:
[0021] 如圖1和圖2所示，本實用新型實施例的光纖光柵高速動態(tài)的汽車動態(tài)稱重板的 裝置主要由彈性元件板1、封裝螺栓2、封裝板3、光纖4、下墊板5、稱重板6、限位柱7組成；
[0022] 彈性元件板1設(shè)置在稱重板6的中間位置，封裝螺栓2設(shè)置在彈性元件板1的前 端和后端，封裝板3設(shè)置在彈性元件板1的左右兩側(cè)，光纖4設(shè)置在彈性元件板1的下面， 下墊板5設(shè)置在彈性元件板1的下面，限位柱7設(shè)置在稱重板6的底部；
[0023] 本實用新型的工作原理：將稱重板的長邊采用雙排螺栓固定在底座上。此外，為防 止稱重板過載產(chǎn)生過大變形，在稱重板底座中間設(shè)置限位柱，限位柱與稱重板之間的間隙 以滿足最大輪載作用的變形為宜。
[0024] 稱重板的驗算，考慮實際調(diào)查所得的最大輪載情況，選擇75kN的單輪和150kN 的雙輪作用于稱重板上，考慮輪胎的接觸面積，分析得板的最大主應(yīng)力分別為560MPa和 535MPa，最大下?lián)戏謩e為1. 0mm和0. 9mm。且稱重板的一階固有振動頻率為1099Hz，遠(yuǎn)高于 車輛的堅向振動頻率，不會與通過的車輛發(fā)生共振，稱重板的堅向抗彎剛度較高，在車輛通 過后能迅速回歸平衡位置。
[0025] 稱重板中心線上應(yīng)變的測試，由稱重板原理知，動態(tài)稱重系統(tǒng)設(shè)計的核心是實現(xiàn) 輪載在稱重板上移動過程對板中心線上Y方向應(yīng)變的測量，該應(yīng)變采用光纖Bragg光柵應(yīng) 變傳感器進行測量，其光柵中心波長為1525nm?1565nm，分辨率為0. 5 μ ε。
[0026] 本實用新型的使用方法為：
[0027] 步驟一，采用首波判讀原理，由稱重板上的各傳感器的應(yīng)變增量信息判斷車輪通 過與否，毋需設(shè)地感線圈對通過車輛進行觸發(fā)；
[0028] 步驟二，首波的起跳點為車輪載踏上稱重板的開始時刻，并通過前后兩車輪軸出 現(xiàn)的時間間隔、速度差信息進行前后車輛分割；
[0029] 步驟三，實時處理通過車輛的時間、車速、輪重、軸重、軸間距等信息；
[0030] 步驟四，自糾錯功能，當(dāng)某個傳感器出現(xiàn)故障時，自動報警，并利用插值技術(shù)重新 計算應(yīng)變輸出。
[0031] 在步驟一中，采集各傳感器首波到達之前一定時間的應(yīng)變信號，其平均值作為對 該車輪稱重的基準(zhǔn)應(yīng)變，認(rèn)為稱重板在車輪載通過期間其溫度不變，消除了溫度對應(yīng)變測 量的影響；
[0032] 在步驟二中，車輛速度和前后軸間距的測量稱重公式Ρ = ν · S/\表明，車輛的行 駛速度也參與輪載的計算，對其準(zhǔn)確測量十分必要。系統(tǒng)將兩塊稱重板分別安裝在行車道 上的左右兩側(cè)，在行車方向間距為lm。由左右側(cè)車輪分別通過稱重板的時間差計算得車輛 速度，為提高計算精度，對解調(diào)儀系統(tǒng)時間按微秒級讀取。由測得的車輛速度和車輛前后輪 軸通過稱重板的時間差，可計算得車輛前后輪軸的間距。
[0033] 本實用新型的具體步驟為：
[0034] 稱重板作為稱重系統(tǒng)的傳感裝置，直接承載車輪荷載并產(chǎn)生應(yīng)變，要求彈性性能 好，均勻穩(wěn)定性好，具有一定的強度和剛度，并在反復(fù)輪載作用下不會產(chǎn)生過大的塑性變 形。經(jīng)過比選，采用一種經(jīng)過熱處理工藝加工后的65Mn鋼板作為彈性元件材料，經(jīng)檢驗其 極限抗拉強度達到783MPa，屈服強度626MPa，其沖擊韌性和耐磨性能均良好。
[0035] 稱重系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計，由稱重板的原理及其測試需要，稱重板的寬度大小要求車 輛輪載在其上滾動過程中車輪有全部作用在其上面的瞬間，過窄的板會使得車輪滾動過程 中不能將全部荷載作用在板上而導(dǎo)致誤差。根據(jù)對輪胎著地幾何特征的研究結(jié)果，結(jié)合公 路上的路幅寬度，選定兩塊尺寸為1875mmX320mmX8mm的稱重板作為稱重傳感器，分別安 裝的行車道的左右兩側(cè)。
[0036] 結(jié)合以下驗證和實施例對本實用新型做進一步的說明：
[0037] 1、稱重裝置的驗證與標(biāo)定：分別對稱重板和光纖光柵傳感器組成的組裝件進行靜 力性能和疲勞性能的試驗，驗證了系統(tǒng)的線性度、穩(wěn)定性和可靠性。
[0038] 將安裝在現(xiàn)場的稱重裝置，分別利用經(jīng)過地磅稱量得軸重的小客車和貨車進行現(xiàn) 場對比實測，以檢驗系統(tǒng)的精度。表1和表2分別為小客車和貨車進行現(xiàn)場實測結(jié)果，表3 為美國ASTM標(biāo)準(zhǔn)委員會所制定的稱重裝置誤差標(biāo)準(zhǔn)。對比結(jié)果表明，實測結(jié)果的誤差均滿 足ASTM E1318標(biāo)準(zhǔn)的要求，且稱量誤差與車輛速度不存在相關(guān)性，所研制的稱重裝置可滿 足現(xiàn)場實測要求。
[0039] 表1小客車的實測結(jié)果對比
[0040]

【權(quán)利要求】
1. 一種光纖光柵高速動態(tài)的汽車動態(tài)稱重板的裝置，其特征在于，該光纖光柵高速動 態(tài)的汽車動態(tài)稱重板的裝置包括：彈性元件板、封裝螺栓、封裝板、光纖、下墊板、稱重板、限 位柱； 元件板設(shè)置在稱重板的中間位置，封裝螺栓設(shè)置在彈性元件板的前端和后端，封裝板 設(shè)置在彈性元件板的左右兩側(cè)，光纖設(shè)置在彈性元件板的下面，下墊板設(shè)置在彈性元件板 的下面，限位柱設(shè)置在稱重板的底部。
2. 如權(quán)利要求1所述的光纖光柵高速動態(tài)的汽車動態(tài)稱重板的裝置，其特征在于，稱 重板的一階固有振動頻率為1099Hz。
3. 如權(quán)利要求1所述的光纖光柵高速動態(tài)的汽車動態(tài)稱重板的裝置，其特征在于，采 用熱處理加工后的65Mn鋼板的彈性元件板。
【文檔編號】G01G19/03GK203848919SQ201420112423
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2014年3月13日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月13日
【發(fā)明者】王強 申請人:王強