专利名称：一种测重装置及方法
技术领域：
本发明涉及一种测重装置及方法，具体涉及一种基于光纤压力传感技术和CXD技术的测重装置及方法。
背景技术：
目前测重系统主要有杠杆型机械载重测量系统，压电/压阻型电子载重测量系统，以及光纤光栅型光电载重测量系统。机械式系统的结构复杂，不易维护和寿命较短。压电/压阻型电子载重测量系统精度不高而且容易受到外界的干扰。光纤光栅型载重测量系统的性能优越但是结构复杂而昂贵。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种测重装置及方法，在测重区域安放若干光纤压力传感单元，由测量得到的压力大小算出载重重量。本发明的技术方案是一种测重装置，包括光源、光纤压力传感单元、压力传递板、CXD图像传感器和数据处理及结果显示单元；
从光源发出的光直接照射到光纤的端面进入光纤传输，光纤的输出端连接至光纤压力传感单元，光纤压力传感单元的输出端再通过光纤传输至CCD图像传感器，CCD图像传感器的输出端连接数据处理及结果显示单元的输入端，所述压力传递板包括上压力传递板和下压力传递板，上、下压力传递板之间放置至少一个光纤压力传感单元；
所述光源采用激光光源或半导体激光二极管光源或半导体发光二极管光源或热光
源；
光源发出的光信号通过光纤传输，光源发出的光直接照射到光纤的端面进入光纤传输，将光信号传输至光纤压力传感单兀；此外，可以在光源和光纤之间设置透镜，通过透镜成像光路将光源发出的光耦合进入光纤，提高光耦合进入光纤的效率；透镜与光源之间可设置波长滤光镜，使光路工作在单色或准单色状态，减少干扰，提高测量结果的信噪比；
所述光纤压力传感单元包括上齿状条、下齿状条和光纤，上齿状条、下齿状条均采用具有弹性形变特性的材料，且上、下齿状条可以采用不同的具有弹性形变特性的材料，以覆盖不同的测重范围，光纤位于上齿状条和下齿状条之间，并且上、下齿状条相对契合在一起，若干光纤压力传感单元，用于测量加载在这些光纤压力传感单元上的压力；
所述压力传递板包括上压力传递板和下压力传递板，上、下压力传递板之间放置若干光纤压力传感单元，若干光纤压力传感单元在上、下压力传递板之间采用平行排列或网格状排列或垂直排列；
当待测荷重施加压力到上、下压力传递板时，随着压力变化，上、下压力传递板之间的若干光纤压力传感单元受压产生光纤弯曲损耗变化，使光纤压力传感单元输出光强也相应产生变化；
光纤压力传感单元中的光纤再经过一段光纤或者带有保护套的光缆，传输至CXD图像传感器；在光纤与CCD图像传感器之间可以设置透镜，通过透镜成像光路将光耦合到CCD图像传感器，在透镜与CCD图像传感器之间可设置波长滤光镜，使光路工作在单色或准单色状态，减少干扰，提高测量结果的信噪比；
所述CCD图像传感器采用线阵CCD或面阵CCD，用于采集光纤压力传感单元输出的光信
号;
所述数据处理及结果显示单元用于进行数据处理和显示测重结果，该单元包括计算机和显示器，数据处理及结果显示单元通过数据连接线与CCD图像传感器的输出端相连。采用本发明的测重装置进行测重的方法，包括如下步骤
步骤I:装置连接好，通上电源；
步骤2 :记录加载荷重前CCD采集到的某一光纤压力传感单元输出的光强数据；
步骤3 :依次加载由小到大的不同的荷重，记录每次加载荷重后，当前光纤压力传感单元输出的光强数据，计算该光纤压力传感单元的光强变化比例；
步骤4 :根据光强随荷重变化的关系绘制当前光纤压力传感单元的测重标定曲线；步骤5 :重复执行步骤2 4，得到测重区域内各光纤压力传感单元的测重标定曲线；步骤6 :通过搬运设备将荷重移动至压力传递板或自行移动的待测荷重驶入测重区域置于压力传递板上；
步骤7:压力传递板所夹持的各光纤压力传感单元发生弯曲，产生了光纤弯曲损耗，测量各光纤压力传感单兀的输出光强数据；
步骤8 :计算各光纤压力传感单元加载待测荷重前后的光强变化比例；
步骤9 :根据步骤5得到的各光纤压力传感单元的测重标定曲线确定相应的光纤压力传感单元的荷重；
步骤10 :得出测重结果并显示。有益效果本发明的测重装置，光源采用直接照射在各路光纤的端面，使光直接耦合进入多路光纤，省去光路中光纤分束器，提高了光耦合进入光纤的效率，装置成本较低，不受现场电磁干扰影响，稳定性好，安装简便，精度较高。使用光纤作为传感元件，结合采用CCD作为光信号的测量元件，不易受外界电磁干扰，测量区完全无电的全光传感结构适合使用在易燃易爆区域，精度高，性价比好，通过CCD测量载重前后光强的数据变化，来确定加载的荷重的压力(重量)，计算精度较高。


图I是本发明具体实施方式
测重装置结构示意 图2是本发明具体实施方式
光纤压力传感单元结构示意 图3是本发明具体实施方式
压力传递板的结构示意 图4是本发明具体实施方式
测重方法的流程图，
其中，1_光源，2-第一透镜,3a- 一路光纤,3b-多路光纤,4_光纤分束器,5-光纤压力传感单兀，5a-上齿状条,5b-下齿状条,5c-光纤,6_第二透镜,7_(XD图像传感器,8-数据连接线，9-数据处理及结果显示单元，10-电源连接线，11-电源，12-光源驱动电源，13-波长滤光镜，14-4路光纤，15-上压力传递板,16-下压力传递板。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明的具体实施做进一步说明。本实施例的测重目标为载重车辆各轴荷重，车辆驶过测重区域为完成一次测重。如图I所示，本实施方式的测重装置，包括光源I、光纤压力传感单元5、压力传递板、CXD图像传感器7和数据处理及结果显示单元9 ；
光源I采用24伏48瓦钨丝灯，光源驱动电源12为22伏5(Γ60赫兹输入、24伏2安培直流输出电源。—路光纤3a为50微米纤芯直径、125微米包层直径的标准多模光纤。本实施例的一种实施方式是光源I通过第一透镜2耦合照射到一路光纤3a的端面，进入光纤传输，再用一个光纤分束器4将光信号分为多路，本实施例中，光纤分束器4为50微米纤芯直径、125微米包层直径的标准多模光纤、一分四等分型(对应650纳米波长)的熔锥型光纤分束器。本实施例的另一种实施方式是采用光源I发出的光直接照射4路光纤14的端面，这样可以避免使用光纤分束器4。4路光纤14为50微米纤芯直径、125微米包层直径的标准多模光纤,分别保护在塑料保护套内成为光缆，该四条光缆长度均为5米，光纤分束器4输出的光信号进入4条光缆。如图2所示，光纤压力传感单元5包括上齿状条5a，下齿状条5b及光纤5c，上齿状条5a、下齿状条5b均采用硅橡胶材料制成，上、下齿状条的长度为I米，宽度为O. 05米，上、下齿状条高度为O. 002米，两个齿状条的相对契合的齿状面为周期O. 002米的正弦起伏结构，光纤5c夹持在上、下齿状条之间，光纤5c采用与4路光纤14 一样的50微米纤芯直径、125微米包层直径的标准多模光纤，方便相互连接，光纤压力传感单元的数量与光纤分束器4分出的光纤的数量相同(即光纤压力传感单元为4个)。如图3所示，压力传递板包括上压力传递板15和下压力传递板16，上、下压力传递板之间放置若干光纤压力传感单元5，4个光纤压力传感单元5在上、下压力传递板之间采用平行排列，且4个压力传感单元5分别嵌入下压力板16的4个平行凹槽内，凹槽宽O. 005米，长I米，深4晕米,凹槽横向相隔O. 8米对称设置。上压力传递板15采用硅橡胶制作，宽I米，长I米，厚O. 01米，上压力传递板15覆盖在下压力传递板16上方。两套中间夹持有4个光纤压力传感单元5的压力传递板横向间分开放置，间隔距离与横向车辆轮距一致，本实施例中，间隔距离大致为2米。上述两套压力传递板夹持的光纤压力传感单元5中的4路光纤5c通过多路光纤3b米用的光纤与4路光纤14规格相同,光信号经过光纤压力传感单兀5传经第二透镜6成像到CCD图像传感器7上，本实施例中CCD图像传感器7包括测光部件、驱动电路部件、数据采集部件和电源部件，其中的测光部件为300行、400列的面阵CCD，并配置相应的驱动电路部件、数据采集部件和电源部件。数据处理及结果显示单元9包括计算机和显示器，计算机为通用的工业控制计算机，显示器与该计算机配套使用。数据处理及结果显示单元9通过数据连接线8与C⑶图像传感器7的输出端相连。根据数据处理及结果显示单元9的供电要求，选用电源11且其与数据处理及结果显示单元9之间通过电源连接线10连接。采用上述测重装置进行测重的方法，如图4所示，包括如下步骤步骤I:装置连接好，通上电源；
步骤2 :记录加载荷重前CCD采集到的某一光纤压力传感单元输出的光强数据；
步骤3 :依次加载由小到大的不同的荷重，记录每次加在荷重后，当前光纤压力传感单元输出的光强数据，计算该光纤压力传感单元的光强变化比例；
步骤4 :根据光强随荷重变化的关系绘制当前光纤压力传感单元的测重标定曲线；步骤5 :重复执行步骤2 4，得到测重区域内各光纤压力传感单元的测重标定曲线；步骤6 :通过搬运设备将荷重移动至压力传递板或自行移动的待测荷重驶入测重区域置于压力传递板上；
步骤7 :压力传递板所夹持的各光纤压力传感单元发生弯曲，产生了光纤弯曲损耗，测量各光纤压力传感单兀的输出光强数据；
步骤8 :计算各光纤压力传感单元加载待测荷重前后的光强变化比例；
步骤9 :根据各光纤压力传感单元的测重标定曲线确定相应的光纤压力传感单元的荷
重；
步骤10 :得出测重结果并显示。以上内容是结合具体的实施方式对本发明所做的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式
仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明所提交的权利要求书确定专利保护范围。
权利要求
1.一种测重装置，其特征在于包括光源、光纤压力传感单元、压力传递板、CCD图像传感器和数据处理及结果显示单元； 从光源发出的光直接照射到光纤的端面进入光纤传输，光纤的输出端连接至光纤压力传感单元，光纤压力传感单元的输出端再通过光纤传输至CCD图像传感器，CCD图像传感器的输出端连接数据处理及结果显示单元的输入端，所述压力传递板包括上压力传递板和下压力传递板，上、下压力传递板之间放置至少一个光纤压力传感单元。
2.根据权利要求I所述的测重装置，其特征在于所述光源采用激光光源或半导体激光二极管光源或半导体发光二极管光源或热光源。
3.根据权利要求I所述的测重装置，其特征在于所述光纤压力传感单元包括上齿状条、下齿状条和光纤，光纤位于上齿状条和下齿状条之间，并且上、下齿状条相对、且契合在一起。
4.根据权利要求I所述的测重装置，其特征在于所述CXD图像传感器采用线阵C⑶或面阵CCD。
5.根据权利要求I所述的测重装置，其特征在于所述的光源和光纤之间设置透镜，通过透镜成像光路将光源发出的光耦合进入光纤；所述CCD图像传感器与光纤之间设置透镜，通过透镜成像光路将光耦合到CXD图像传感器。
6.根据权利要求I所述的测重装置，其特征在于所述光纤压力传感单元在上、下压力传递板之间采用平行排列或网格状排列或垂直排列。
7.根据权利要求I或3所述的测重装置，其特征在于所述上齿状条和下齿状条均采用具有弹性形变特性的材料，且上、下齿状条可以采用不同的具有弹性形变特性的材料。
8.根据权利要求5所述的测重装置，其特征在于所述的透镜与光源之间或者透镜与CXD图像传感器之间可设置波长滤光镜。
9.采用权利要求I所述的测重装置进行测重的方法，其特征在于包括如下步骤 步骤I :装置连接好，通上电源； 步骤2 :记录加载荷重前CCD采集到的某一光纤压力传感单元输出的光强数据； 步骤3 :依次加载由小到大的不同的荷重，记录每次加载荷重后，当前光纤压力传感单元输出的光强数据，计算该光纤压力传感单元的光强变化比例； 步骤4 :根据光强随荷重变化的关系绘制当前光纤压力传感单元的测重标定曲线；步骤5 :重复执行步骤2 4，得到测重区域内各光纤压力传感单元的测重标定曲线；步骤6 :通过搬运设备将荷重移动至压力传递板或自行移动的待测荷重驶入测重区域置于压力传递板上； 步骤7 :压力传递板所夹持的各光纤压力传感单元发生弯曲，产生了光纤弯曲损耗，测量各光纤压力传感单兀的输出光强数据； 步骤8 :计算各光纤压力传感单元加载待测荷重前后的光强变化比例； 步骤9 :根据步骤5得到的各光纤压力传感单元的测重标定曲线确定相应的光纤压力传感单元的荷重； 步骤10 :得出测重结果并显示。
全文摘要
本发明提供一种测重装置，包括光源、光纤压力传感单元、压力传递板、CCD图像传感器和数据处理及结果显示单元；从光源发出的光直接照射到光纤的端面进入光纤传输，光纤的输出端连接至光纤压力传感单元，光纤压力传感单元的输出端再通过光纤传输至CCD图像传感器，CCD图像传感器的输出端连接数据处理及结果显示单元的输入端，压力传递板包括上压力传递板和下压力传递板，上、下压力传递板之间放置至少一个光纤压力传感单元。装置成本较低，不受现场电磁干扰影响，稳定性好，安装简便，精度较高。通过CCD测量载重前后光强的数据变化，来确定加载的荷重的压力(重量)，计算精度较高。
文档编号G01G3/12GK102818607SQ20121028387
公开日2012年12月12日 申请日期2012年8月10日 优先权日2012年8月10日
发明者朱小天, 郑刚, 徐怀宇, 张博 申请人:沈阳广域精微光波技术有限公司