[實用新型]基于光纖環形腔衰蕩技術的車輛動態測量傳感裝置

有效

• 申請號: 201521065710.9
• 申請日: 2015-12-18
• 公開（公告）號: CN205300728U
• 公開（公告）日: 2016-06-08
• 發明（設計）人: 阮馳;王允韜;楊松林
• 申請（專利權）人: 中國科學院西安光學精密機械研究所
• 主分類號: G01G19/03
• 分類號: G01G19/03;G01G3/12;G01P3/68
• 代理公司: 西安智邦專利商標代理有限公司 61211
• 代理人: 蘇蓓

技術領域

本實用新型涉及一種光纖環形腔衰蕩光譜技術和車輛動態稱重及速度監 測的動態測量傳感裝置，具體涉及一種基于光纖環形腔衰蕩技術的車輛動態 測量傳感裝置及方法，屬于光纖傳感和車輛動態測量領域；本實用新型的裝 置是基于光纖環形腔衰蕩光譜技術、車輛動態稱重技術和速度監測技術相結 合的動態測量傳感裝置。

背景技術

公路作為一個國家重要的經濟命脈，交通運輸行業的信息化目前正處于 高速發展階段。實現對機動車的自動檢測和實時監測是實現交通信息化的必 不可少的手段。而對于車輛的稱重，傳統的方法都是在靜態下進行的，這種 整車測量方法精度雖然很高，但是存在很大的缺陷，如價格高，不能分別測 出軸重等。且公路交通正朝著高速化和信息化發展，這種耗時長、價格昂貴 的傳統方法將會漸漸被淘汰。

壓電薄膜傳感器是目前一種較新的車輛綜合信息采集傳感器，是國內外 研究應用的一個熱點。壓電薄膜利用壓電效應(piezoelectriceffect)的原理，當 汽車輪胎經過壓電薄膜時，傳感器受沖擊產生電荷信號，通過解調沖擊電荷 信號，可獲取車輛的速度、重量、車型等信號，也能很容易的得到車流量信 息。雖然這種技術能夠實現車速、車重、車流量、車型的測量，但也存在明 顯缺點，例如壓電信號可直接傳輸的距離短，因此信號處理中心距離傳感器 不能太遠，系統一致性較差，并且目前產品技術主要為進口，所用壓電薄膜 材料價格昂貴，不適于推廣應用。

光纖車輛信息傳感器在交通中尚未獲得實際應用，且目前研究最熱的莫 過于光纖布拉格光柵傳感器。光纖Bragg光柵傳感器的基本原理是：當光柵 周圍的溫度、應變、應力或其他待測物理量發生變化時，將導致光柵周期或 者纖芯折射率的變化，從而產生光柵Bragg信號的波長漂移Δλ，通過檢測 Bragg波長的漂移情況，即可獲得待測物理量的變化情況。光柵Bragg傳感器 最顯著的優勢就是有相當高的靈敏度，能探測微小信號的變化。同時，又由 于對微弱信號的過于敏感，從而對一些外界變化不能夠明顯區分，給實驗設 備提出了更高的要求。因此，光纖光柵傳感器價格比較昂貴，離實用化和產 業化還有相當長的一段距離。

除此之外，近年來，基于干涉原理的光纖壓力傳感器也應運而生，例如： F-P(法布里珀羅)干涉、邁克爾遜干涉、馬赫增得干涉等，其原理都是通過 采集干涉圖案從而分析得到外界信號。但是，由于基于干涉原理的傳感器要 求的應用環境比較苛刻，很難在室外推廣和應用。

實用新型內容

本實用新型針對現有技術存在的缺點和不足，提出一種基于光纖環形腔 衰蕩技術的車輛動態測量傳感裝置及方法。該裝置構思新穎，設計簡單，成 本較低，適用于公路交通車輛動態測量。

為解決以上技術問題，本實用新型給出以下技術方案：

一種基于光纖環形腔衰蕩技術的車輛動態測量傳感裝置，其特殊之處在 于：包括脈沖光源1、導入光纖2、耦合器、傳感頭、傳輸光纖5、導出光纖 6、光電探測器7、示波器8以及用于數據處理的計算機9；

耦合器包括一號耦合器3a和二號耦合器3b，傳感頭包括一號傳感頭4a 和二號傳感頭4b；

所述傳感頭包括光纖和兩個緩沖板，光纖設置在兩個緩沖板之間，緩沖 板與光纖接觸面為波紋面(即傳感頭可采用微彎結構的傳感頭)；

一號耦合器3a、一號傳感頭4a、二號耦合器3b和二號傳感頭4b通過傳 輸光纖連接構成環形諧振腔；

所述脈沖光源通過導入光纖與一號耦合器3a相連，二號耦合器3b通過 導出光纖與光電探測器7相連，光電探測器7通過示波器8與計算機9相連；

脈沖光源的脈沖寬度為t₂，脈沖時間間隔為t₁，脈沖光源的光束在環形諧 振腔內環形一周的時間為τ_r；脈沖光源經環形諧振腔傳輸至光電探測器，光電 探測器將接收到的光信號轉換為電信號，并將電信號顯示在示波器上，顯示 的光譜為衰蕩光譜，衰蕩光譜的衰蕩時間為τ，其中，t₂＜τ_r，t₁＞τ。

環形諧振腔呈矩形，矩形環形諧振腔的四個角采用圓弧過渡；耦合器和 傳感頭均設置在矩形環形諧振腔的直線段。

一號傳感頭4a和二號傳感頭4b的位置正對。

上述傳感頭可由特種光纖替代。