[發明專利]車輛動態稱重傳感器

無效

• 申請號: 201110087627.1
• 申請日: 2011-04-08
• 公開（公告）號: CN102155974A
• 公開（公告）日: 2011-08-17
• 發明（設計）人: 宋永生;丁幼亮;周廣東;李愛群
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G01G19/03
• 分類號: G01G19/03;G01P3/68;G01B11/14
• 代理公司: 南京天翼專利代理有限責任公司 32112
• 代理人: 湯志武

技術領域

本發明涉及一種稱重傳感器，具體涉及一種車輛動態稱重傳感器。

背景技術

動態稱重系統目前是國際科研領域的前沿課題，世界各國都很注重動態稱重技術的開發和應用。自上個世紀50年代以來，發達國家就開始對汽車動態稱重系統進行研究，并取得了相應的成果。從目前市場上已經成功應用的動態稱重系統來看，汽車動態稱重系統根據原理主要有：壓電式、電容式、秤臺式、剪切梁式和彎板式等幾種，其中以彎板式和壓電式的應用最為廣泛。

其中，壓電式動態稱重系統為利用壓電材料的壓電效應原理而工作，由于為非絕緣體，對電信號干擾很大，而且易于受潮；同時，其工作性能不穩定，結構的耐久性較差。而彎板式動態稱重系統利用應變傳感器對金屬板的底部應變進行測量，由系統的應變輸出計算得到動態重量值，該系統具有結構簡單、系能穩定、耐久性好等優點。由于傳統的彎板式動態稱重系統采用的應變傳感器為電阻式應變片，容易受到電磁干擾而產生信號失真、長期使用過程中會產生漂移和徐變等，無法滿足動態稱重的要求。目前部分學者和研究人員采用光纖光柵作為應變傳感器用來測試彎板底部的應變，雖然精度高、耐久性好、抗電磁干擾能力強，但是光纖光柵無法實現分布式應變測量，應變輸出的精度有限，若通過密集布置光纖光柵傳感器，則造價較高，無法廣泛推廣應用。

發明內容

發明目的：本發明的目的是提供一種能精確測量行駛中的車輛重量的動態稱重傳感器。

技術方案：本發明的車輛動態稱重傳感器，包括長寬比大于2：1的長方形載荷板，在所述載荷板下表面間隔刻有多條凹槽，載荷板的下表面設置有與凹槽相垂直的整根通長的分布式光纖，所述分布式光纖兩端分別為入射端和出射端；載荷板下表面設置的測試區敷設有將分布式光纖包裹住的高強度粘合劑，分布式光纖的測試段分布于測試區內，分布式光纖的非測試段位于載荷板的兩端。

所述的凹槽可以是橫向刻在載荷板的下表面，也可以是縱向刻在載荷板的下表面。

作為本發明的一種實現方式，所述分布式光纖來回設置在載荷板的下表面。

作為本發明一種結構簡單、成本低的實現方式，所述的凹槽橫向刻在載荷板的下表面，所述分布式光纖沿載荷板的下表面縱向中線單根設置；所述分布式光纖兩端的入射端和出射端分別位于載荷板的兩端。

所述分布式光纖與凹槽的垂直角度偏差≤5°。

所述凹槽的間距5cm—20cm，深度1?cm—2.5?cm，寬度1?cm—3?cm，所述的非測試區寬度≥5?cm。

所述的高強度粘合劑可以采用聚酯膠、環氧樹脂膠等。

為了便于分布式光纖的敷設和提高安裝精度，可以在凹槽中填充柔性填充材料，例如發泡聚乙烯等。柔性填充材料密實填充于凹槽中并與載荷板下表面找平，這樣分布式光纖在敷設時就不易變形錯位。

本發明在安裝時，將載荷板下表面朝下安裝，載荷板上表面與路面平齊。本發明是利用設置于載荷板底部的分布式光纖獲得車輛經過時彎板底部中心線應變輸出或全場應變輸出，由車重與板底應變輸出和行車速度乘積之間的線性關系，測得車輛行駛時的重量。將荷載板底面加工成橫向帶凹槽的型式，增加車輛經過時的板底的相對變形，放大粘貼在底部的分布式光纖的應變，滿足分布式光纖應變測試精度的需要。將分布式光纖采用高強度粘合劑粘貼于載荷板下表面，可以保證光纖與載荷板之間無相對滑移。

根據經典板殼力學：當長板的場邊邊界條件對稱且長寬比????????????????????????????????????????????????時，如不考慮奇點效應，則在無限長板遠離端部的區域內，荷載在板內產生的應變只與荷載大小有關，而與荷載的作用位置及分布形式無關。根據該原理，當車輛勻速通過傳感器時：

（1）當只能得到長邊中心線上的應變輸出時，傳感器動態應變輸出僅僅與總荷載和速度有關，與荷載的長度和分布無關。當彎板傳感器長度足夠，輪載位置距彎板端部距離足夠，輪載以勻速v通過彎板傳感器時，動態稱重公式為：

P=S·v/S_o????（1）

式中，P—車輪的荷載，v—車輛行駛的速度，S—傳感器動態應變輸出，S₀—常數，可通過現場標定得到。

（2）當可得到全場分布式應變輸出時，傳感器動態應變輸出僅僅與總荷載有關，而與荷載的長度、分布以及車輛的行駛速度無關。當彎板傳感器長度足夠，輪載位置距彎板端部距離足夠，動態稱重公式為：

P=S/?S₀???????（2）