Волоконно-оптическое устройство для измерения веса транспортных средств в движении

Изобретение относится к измерительной технике и может быть применено для измерения нагрузки на колеса и оси транспортных средств в движении. На основании указанных измерений может вычисляться суммарный вес транспортного средства. Устройство содержит упругодеформируемую горизонтально расположенную плиту, выполненную с возможностью восприятия нагрузки своей верхней поверхностью в результате действия измеряемой силы веса. Распределенный чувствительный элемент в виде оптического волокна жестко связан с нижней поверхностью упругодеформируемой горизонтально расположенной плиты. Оптический прибор выполнен с возможностью измерения удлинения указанного оптического волокна в результате деформации изгиба упругодеформируемой горизонтально расположенной плиты по приложении измеряемой силы веса к верхней ее поверхности. Оптический прибор представляет собой дальномер оптического диапазона - лидар, выполненный с возможностью измерения временной задержки распространения излучения по указанному оптическому волокну пропорционально приложенной измеряемой силе веса к верхней поверхности упругодеформируемой горизонтальной плиты. Оптическое волокно жестко связано с нижней поверхностью упругодеформируемой горизонтальной плиты с помощью клея и расположено в виде змейки. Технический результат, наблюдаемый при реализации заявленного устройства, заключается в обеспечении надежности и долговечности устройства за счет упрощения конструкции при одновременном повышении точности измерений. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть применено для измерения нагрузки на колеса и оси транспортных средств в движении. На основании указанных измерений может вычисляться суммарный вес транспортного средства.

Известно множество технических решений платформенных автомобильных весов (например, патент US 8461466, 2013). Они обладают высокими метрологическими характеристиками, однако в силу своей конструкции не позволяют производить измерение в движении. К тому же неопределенной остается развесовка по осям, что важно для безопасного проезда участков с ограничениями на осевую нагрузку.

Известны системы взвешивания транспортных средств в движении (например, патент US 9372110, 21.06.2016). Основным элементом системы является располагаемый поперек полосы движения датчик, в котором усилие от веса колеса (или колес) передается на кварцевые пьезоэлементы, сигнал с которых воспринимается зарядовым электронным усилителем, а затем оцифровывается и передается на обработку.

Недостаток подобного устройства состоит в необходимости обеспечения крайне низких электрических утечек (высокого сопротивления изоляции), что сложно обеспечить в условиях многолетней полевой эксплуатации. Паразитная емкость соединительных кабелей снижает точность измерений. Кроме того, устройство не защищено от электромагнитных помех. Помимо прочего, указанный датчик имеет малый размер в направлении движения транспортного средства и не воспринимает весь вес автомобильного колеса, а только некоторую его часть, что вносит дополнительную погрешность, с которой борются алгоритмическими средствами.

Известно устройство для взвешивания грузовых автомобилей (патент RU 136158, 2013). Известное устройство предназначено для взвешивания грузовых автомобилей в статике и динамике и содержит весовую платформу с тензодатчиками, подключенными к многоканальному динамическому преобразователю, который связан с компьютером. Длина весовой платформы L больше максимальной длины тележки автомобиля LTmax, но меньше минимальной длины межосевого расстояния колес автомобиля LminMo, исключая тележки.

Недостатками известного устройства являются низкие надежность, долговечность сложность конструкции, точность измерений.

Известно устройство для взвешивания транспортных средств (патент RU 13925, 2000), содержащее датчик деформации, выполненный в виде деформируемого элемента, и фотоприемник, оптически связанный через выходные оптоволокна, закрепленные на деформируемом элементе, расщепитель светового луча и входное оптоволокно с источником света, а электрически - с блоком обработки информации, причем деформируемый элемент выполнен с обеспечением относительного смещения концов выходных оптоволокон при его деформации, а фотоприемник снабжен диафрагмой, размер которой меньше полупериода интерференционной картины.

Недостатки устройства - низкие надежность, долговечность сложность конструкции и точность измерений ввиду невозможности обеспечения равномерной чувствительности по площади деформируемого элемента в случае применения для измерения веса транспортного средства (ТС) в движении, а также сложности защиты оптических элементов от загрязнения.

Известно устройство - датчик давления (патент RU 162945, 2015), который служит в том числе для измерения веса ТС в движении, содержащий в качестве чувствительного элемента оптоволокно. Этот датчик обладает теми же недостатками, что и полезная модель (патент RU 13925).

Предлагаемое устройство для измерения веса в движении за счет использования электрически пассивного датчика механических деформаций лишено указанных недостатков. Основным элементом устройства является воспринимающая весовую нагрузку горизонтальная плита, деформация которой измеряется распределенным чувствительным элементом в виде оптического волокна, соединенного жестко с нижней поверхностью плиты. Регистрации при этом подлежит удлинение оптического волокна, возникающее в случае приложения вертикального усилия, изгибающего плиту.

Технический результат - обеспечение надежности и долговечности устройства за счет упрощения конструкции при одновременном повышении точности измерений.

Технический результат достигается тем, что устройство для измерения веса содержит упругодеформируемую горизонтально расположенную плиту, выполненную с возможностью восприятия нагрузки своей верхней поверхностью в результате действия измеряемой силы веса, распределенный чувствительный элемент в виде оптического волокна, жестко связанного с нижней поверхностью упругодеформируемой горизонтально расположенной плиты и оптический прибор, выполненный с возможностью измерения удлинения указанного оптического волокна в результате деформации изгиба упругодеформируемой горизонтально расположенной плиты по приложении измеряемой силы веса к верхней ее поверхности.

Способствует достижению технического результата то, что оптический прибор, представляет собой дальномер оптического диапазона - лидар, выполненный с возможностью измерения временной задержки распространения излучения по указанному оптическому волокну пропорционально приложенной измеряемой силе веса к верхней поверхности упругодеформируемой горизонтальной плиты.

В конкретном случае оптическое волокно жестко связано с нижней поверхностью упругодеформируемой горизонтальной плиты с помощью клея.

Целесообразно, чтобы оптическое волокно, жестко связанное с нижней поверхностью упругодеформируемой горизонтальной плиты с помощью клея, было бы расположено в виде змейки по всей нижней поверхности указанной упругодеформируемой горизонтальной плиты.

Дополнительно достижению технического результата способствует осреднение измерения деформации по всей поверхности плиты, что приводит к нечувствительности результатов измерений при изменении точки приложения усилия. Это обеспечивается приклейкой оптического волокна змейкой по всей нижней поверхности плиты.

Таким образом, за счет отсутствия в предлагаемом устройстве чувствительных элементов, подверженных коррозии, работа которых зависит от влажности и электромагнитной обстановки, а также наличия небольшой длины соединительных линий достигается упрощение конструкции. Кроме того, устройство не содержит дорогостоящих элементов.

На фиг. 1 приведена схема устройства. На фиг. 2 показан возможный способ укладки (приклейки) оптического волокна (чувствительного световода) к нижней поверхности плиты.

Устройство содержит (фиг. 1) горизонтальную упругодеформируемую плиту 1, уложенную на опоры 2, механически связанный с нижней поверхностью 3 плиты 1 распределенный чувствительный элемент в виде оптического волокна (волоконного световода) 4. Механическая связь оптического волокна 4 с нижней поверхностью 3 плиты 1 обеспечивается с помощью клея.

Оптическое волокно 4 в предпочтительном варианте расположено (наклеено) в виде змейки 5 по всей нижней поверхности 3 плиты 1. Имеется оптический прибор (на графике не показан), выполненный с возможностью измерения удлинения указанного оптического волокна (световода) 4, так называемый измеритель временной задержки излучения в указанном оптическом волокне 4. Оптический прибор (лидар) выполнен с возможностью измерения удлинения указанного оптического волокна 4. Наклейка оптического волокна 4 змейкой 5 по всей нижней поверхности 3 плиты 1 обеспечивает равномерную чувствительность устройства. При этом измеритель временной задержки излучения в оптическом волокне 4 подключается оптически к свободным концам 6,7 оптического волокна 4.

Устройство работает следующим образом. В случае приложения весовой нагрузки Р (например, наезд колеса 8 транспортного средства на верхнюю поверхность 9 плиты 1), последняя изгибается в пределах упругой деформации, при этом нижние слои растягиваются, одновременно растягивая оптическое волокно (волоконный световод) 4. При этом время распространения излучения увеличивается, что и регистрируется оптическим измерителем временной задержки излучения в оптическом волокне (световоде) 4.

Возможность реализации волоконно-оптического лидара с уровнем шумов 280 фемтосекунд (что соответствует изменению длины волокна на 60 мкм) показана в (, , Duan G., & Kostamovaara J (2007) Pulsed time of- flight radar for fiber-optic strain sensing. Review of Scientific Instruments 78(2): 024705.

Пример осуществления предложенного устройства. На практике реализовано устройство, позволяющее измерять в движении при скорости транспортного средства от 5 до 100 км в час нагрузки до 10 т с погрешностью менее 5%. Плита имеет размеры 1000×400 мм, толщину 20 мм, изготовлена из конструкционной стали. Одномодовое волокно длиной 12 м приклеено к нижней поверхности плиты. Среднее квадратичное отклонение шума при измерении длины волокна составляло 15 мкм. Уровень шумов, приведенный к измеряемому весу, составил 100 кг (1000 Н).

Применение устройства позволяет организовать измерение нагрузки на колесо, на ось и взвешивать в движении все транспортное средство путем суммирования нагрузок на все оси в широком диапазоне скоростей с достаточной точностью и высокой надежностью и долговечностью.

1. Устройство для измерения веса, содержащее упругодеформируемую горизонтально расположенную плиту, выполненную с возможностью восприятия нагрузки своей верхней поверхностью в результате действия измеряемой силы веса, распределенный чувствительный элемент в виде оптического волокна, жестко связанного с нижней поверхностью упругодеформируемой горизонтально расположенной плиты, и оптический прибор, выполненный с возможностью измерения удлинения указанного оптического волокна в результате деформации изгиба упругодеформируемой горизонтально расположенной плиты по приложении измеряемой силы веса к верхней ее поверхности.

2. Устройство по п. 1, в котором оптический прибор представляет собой дальномер оптического диапазона - лидар, выполненный с возможностью измерения временной задержки распространения излучения по указанному оптическому волокну пропорционально приложенной измеряемой силе веса к верхней поверхности упругодеформируемой горизонтальной плиты.

3. Устройство по п. 1, в котором оптическое волокно жестко связано с нижней поверхностью упругодеформируемой горизонтальной плиты с помощью клея.

4. Устройство по п. 1, в котором оптическое волокно жестко связано с нижней поверхностью упругодеформируемой горизонтальной плиты с помощью клея и расположено в виде змейки по всей нижней поверхности указанной упругодеформируемой горизонтальной плиты.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к способу в системе взвешивания, устройству и машине для погрузки-разгрузки материалов. В способе масса пачки взвешивается и записывается в процессе как погрузки mi, так и разгрузки mi_P пачки, в процессе погрузки полная масса mK_kok_j погрузки вычисляется из массы mi_C одной или более пачек, взвешенных в процессе погрузки, и исправляется с помощью поправочного коэффициента Cj, полная масса mP_kok_j разгрузки вычисляется из массы mi_P одной или более пачек, взвешенных в процессе разгрузки, с помощью указанной полной массы mK_COk_j погрузки и полной массы mP_kok_j разгрузки, для поправочного коэффициента Cj вычисляется новое скорректированное значение Cj+1 для того, чтобы регулировать взвешивание для погрузки очередного груза Kj+1.

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к технике взвешивания автотранспортных средств (АТС) в процессе их движения по трассе. Способ заключается в том, что: соединяют все калибруемые автоматические и обслуживаемые прецизионные посты весового контроля в пределах контролируемого ареала с помощью, по меньшей мере, одной информационной сети в систему, имеющую в своем составе центр обработки данных.

Изобретение относится к системам регистрации массы груза, висящего на подъемном канате крана. Техническим результатом изобретения является повышение точности измерений массы груза.

Изобретение относится к области судостроения, в частности к методам контроля характеристик плавучести и остойчивости судов в процессе разработки, эксплуатации и ремонта, и может быть использовано для определения массы крупногабаритного груза.

Изобретения относятся к весоизмерительной технике и могут быть использованы для взвешивания автотранспортных средств в процессе их движения по трассе. Способ осуществляется с помощью системы, содержащей одну группу датчиков для поколесного или поосного взвешивания автотранспортного средства, размещенную на трассе.

Изобретение относится к области судостроения, в частности к методам контроля характеристик плавучести и остойчивости судов в процессе разработки, эксплуатации и ремонта, и может быть использовано для определения веса крупногабаритного груза.

Изобретение относится к области судостроения, в частности к методам контроля характеристик плавучести и остойчивости судов в процессе разработки, эксплуатации и ремонта, и может быть использовано для определения веса крупногабаритного груза.

Изобретение относится к области весоизмерительной техники и направлено на обеспечение контроля и определения состояния силоизмерительных устройств точным и простым образом, что обеспечивается за счет того, что силоизмерительное устройство согласно изобретению содержит, по меньшей мере, один силоизмерительный модуль, который имеет элемент нагрузки и средства связи, и дополнительно содержит терминал, по меньшей мере, одну линию связи, через которую сигналы связи могут передаваться между терминалом и средствами связи.

Изобретение относится к области весоизмерительной техники. .

Изобретение относится к весоизмерительной технике и может быть использовано для взвешивания автомобильных транспортных средств, размещающихся на платформе весов.

Изобретение относится к системам управления транспортным средством. Способ установки отклика акселератора включает сбор текущих данных о загруженности транспортного средства, расчет текущих данных о загруженности транспортного средства в соответствии с данными о шинах и установку отклика акселератора транспортного средства в соответствии с текущими данными о загруженности.

Изобретения относятся к весоизмерительной технике, в частности к способу весового контроля локальной группы автотранспортных средств (АТС) и системе для его осуществления.

Изобретение относится к способу и устройству для статического взвешивания автотранспортного средства (АТС). Техническим результатом изобретения является обеспечение возможности одноэтапного измерения всех весовых параметров АТС.

Изобретение относится к датчикам веса, встроенным в дорожное полотно. Техническим результатом изобретения является обеспечение постоянного обжатия элементов датчика в вертикальном направлении по всей его протяженности.

Изобретение относится к измерительной технике. Техническим результатом изобретения является оптимизация размера циклического испытательного стенда.

Изобретение относится к измерительной технике. Техническим результатом изобретения является повышение точности датчика, реализуемой и оцениваемой уже после его установки в дорожное покрытие.

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для взвешивания транспортных средств. Способ предусматривает подсчет числа осей транспортного средства до и после взвешивания разгруженного транспортного средства (ТС), чтобы определить, расположено ли разгруженное ТС правильно во время взвешивания.

Группа изобретений относится к весоизмерительной технике и может быть использована для взвешивания автотранспортных средств. Способ включает в себя этапы, на которых обеспечивают измерительный комплект, содержащий статические подкладные весы, число которых равно удвоенному максимальному числу осей в наибольшей по числу осей из входящих в состав любого из взвешиваемых АТС многоосных тележек; размещают поочередно для каждой из многоосных тележек взвешиваемого АТС под каждым из колес данной многоосной тележки статические подкладные весы из измерительного комплекта.

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к датчикам веса автотранспортного средства. Благодаря заявленному изобретению достигается такой технический результат, как обеспечение надежной фиксации положения чувствительного элемента строго по оси датчика при сохранении механической целостности датчика и смежного с ним слоя дорожного покрытия.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть применено для измерения нагрузки на колеса и оси транспортных средств в движении. На основании указанных измерений может вычисляться суммарный вес транспортного средства. Устройство содержит упругодеформируемую горизонтально расположенную плиту, выполненную с возможностью восприятия нагрузки своей верхней поверхностью в результате действия измеряемой силы веса. Распределенный чувствительный элемент в виде оптического волокна жестко связан с нижней поверхностью упругодеформируемой горизонтально расположенной плиты. Оптический прибор выполнен с возможностью измерения удлинения указанного оптического волокна в результате деформации изгиба упругодеформируемой горизонтально расположенной плиты по приложении измеряемой силы веса к верхней ее поверхности. Оптический прибор представляет собой дальномер оптического диапазона - лидар, выполненный с возможностью измерения временной задержки распространения излучения по указанному оптическому волокну пропорционально приложенной измеряемой силе веса к верхней поверхности упругодеформируемой горизонтальной плиты. Оптическое волокно жестко связано с нижней поверхностью упругодеформируемой горизонтальной плиты с помощью клея и расположено в виде змейки. Технический результат, наблюдаемый при реализации заявленного устройства, заключается в обеспечении надежности и долговечности устройства за счет упрощения конструкции при одновременном повышении точности измерений. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

Наверх