[發明專利]一種應用于橋梁超載與側翻預警的高精度壓力測量方法

有效

• 申請號: 202010022095.2
• 申請日: 2020-01-09
• 公開（公告）號: CN111207862B
• 公開（公告）日: 2021-07-20
• 發明（設計）人: 熊柱紅;劉東;侯偉
• 申請（專利權）人: 四川省建筑科學研究院有限公司
• 主分類號: G01L1/10
• 分類號: G01L1/10;G01L1/26
• 代理公司: 成都行之專利代理事務所(普通合伙) 51220
• 代理人: 李朝虎

本發明公開了一種應用于橋梁超載與側翻預警的高精度壓力測量方法，解決了現有的橋梁壓力測量方法誤差大、精度不高的問題。本發明提出基于動態電感L1與動態電阻R1的溫度二維感知方法，并結合反諧振頻率測量壓力；該方法包括如下步驟：步驟S1、基于矢量網絡分析儀測量壓電傳感器等效參數；步驟S2、根據步驟S1測量的壓電傳感器等效參數，建立等效參數中動態電感L1、動態電阻R1與溫度T的二維關系T＝F_T(R₁,L₁)，實現壓電傳感器溫度感知；步驟S3、根據步驟S2，采用二元溫度補償方法來補償壓力?頻率曲線，進而計算出壓力P。

技術領域

本發明涉及橋梁壓力測量技術領域，尤其涉及一種應用于橋梁超載與側翻預警的高精度壓力測量方法。

背景技術

橋梁超載側翻事故頻發，實現橋梁監測全覆蓋，尤其是對橋梁受力狀況的監測顯得尤為重要。對于橋梁受力狀況的監測，已知的設備有應變計、振弦式壓力傳感器、擴散硅式壓力傳感器、壓電式壓力傳感器等。這些設備要么電路復雜、操作不便，要么穩定性差、誤差大，要么受溫度、環境影響大，且操作大都只能在監測對象附近進行。找到一種簡便、穩定、精準且能滿足遠距離傳輸的傳感器設備是工程技術人員追求的目標。

目前壓力傳感器數據傳輸距離有限。例如基恩士壓力傳感器，其最大傳輸距離為10米(OP-85502、OP87274)。或者需要額外的數字化傳輸系統。然而數字化系統提高了成本，并且存在采集失真的可能性。

大多數壓力傳感器采用電容模式傳感(Hao,X.C.,Jiang,Y.G.,Takao,H.,Maenaka,K.and Higuchi,K.,An Annular Mechanical Temperature CompensationStructure for Gas-Sealed Capacitive Pressure Sensor,Sensors,2012,12:8026-8038.)，即讓壓電諧振器工作在遠低于諧振頻率的頻段。然而，這樣會犧牲傳感器的壓力感知靈敏度。采用諧振器頻率，可以提高壓力感應靈敏度。

溫度補償可以提高壓力傳感器的魯棒性。大多數采用雙模進行溫度補償(ThanhTuong,P.,Zhang,H.,Yenuganti,S.,Kaluvan,S.and Kosinski,J.A.,Design,Modeling,and Experiment of a Piezoelectric Pressure Sensor Based on a Thickness-Shear-Mode Crystal Resonator,Ieee Transactions on Industrial Electronics,2017,64:8484-8491.；Yenuganti,S.,Zhang,H.and Zhang,C.,Langasite crystal based pressuresensor with temperature compensation,Sensors and Actuators a-Physical,2018,281:108-116.)這需要將諧振器工作在兩種模態，振蕩電路復雜。并且，為了獲得較好的線性度，傳感器晶片也需要特殊的切割角度。

壓電諧振器等效參數也隨著溫度變化而變化。因而也可以作為補償的輸入參數。然而，參數與溫度的函數關系不僅是非線性的，并且是非單調的(Dieste,M.I.andVicente,J.,Measurement and thermal modeling of high-Q piezoelectricresonators,Isa Transactions,2000,39:371-377.)。這需要用多參數融合來實現溫度補償。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是現有的橋梁壓力測量方法誤差大、精度不高，沒有很好地結合溫度補償實現壓力測量的問題，本發明提供了解決上述問題的一種應用于橋梁超載與側翻預警的高精度壓力測量方法，本發明提出基于動態電感L1與動態電阻R1的溫度二維感知方法，并結合反諧振頻率測量壓力，本發明方法簡便、穩定、精準且能滿足遠距離傳輸的傳感器設備需求。