本實(shí)用新型專利技術(shù)公開了一種用于公路動(dòng)態(tài)稱重的輪輻式軸力傳感器，包括輪輻式彈性元件和光纖光柵測(cè)量元件，輪輻式彈性元件包括底座、外環(huán)、中央受力柱和若干輪輻，光纖光柵測(cè)量元件包括光纖光柵傳感器、光纖耦合器、光源和光探測(cè)器，通過(guò)輪輻式結(jié)構(gòu)將軸向壓力轉(zhuǎn)化為剪力，可消除加工誤差和外力作用點(diǎn)對(duì)精度的影響；通過(guò)調(diào)整中央受力柱與底座之間的間隙，使得當(dāng)軸力較大時(shí)中央受力柱直接壓在底座上，荷載主要由中央受力柱承擔(dān)，輪輻僅產(chǎn)生有限的剪切變形，從而對(duì)輪輻進(jìn)行保護(hù)。通過(guò)在底座的外圈上設(shè)置安裝螺栓孔，可便于安裝和替換。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本技術(shù)涉及一種基于傳感技術(shù)的軸力測(cè)量工具
，具體是涉及一種基于光纖光柵技術(shù)的輪輻式軸力傳感器，特別適用于公路、橋梁結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)稱重。
技術(shù)介紹
公路和橋梁結(jié)構(gòu)是承載著社會(huì)經(jīng)濟(jì)命脈的交通樞紐，對(duì)社會(huì)生活、生產(chǎn)順利進(jìn)行具有重要意義。然而，由于經(jīng)濟(jì)利益驅(qū)動(dòng)，重載卡車數(shù)目增長(zhǎng)迅速，同時(shí)超載現(xiàn)象也十分嚴(yán)重，因超載造成的重大安全事故也屢有發(fā)生。因此，需要采用方便、有效的稱重系統(tǒng)來(lái)輔助公路部門的超限治理。目前，廣泛使用的公路稱重系統(tǒng)大多基于壓電陶瓷和電阻式應(yīng)變片。此類傳感系統(tǒng)基于電信號(hào)，需要對(duì)整套系統(tǒng)進(jìn)行防水和電磁屏蔽，因此造價(jià)及維護(hù)費(fèi)用較高，不利于普遍推廣。且電類傳感器存在長(zhǎng)期穩(wěn)定性差及信號(hào)傳輸距離短的缺點(diǎn)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本技術(shù)提出一種用于公路動(dòng)態(tài)稱重的輪輻式軸力傳感器，能夠滿足公路動(dòng)態(tài)稱重的需要，
具有測(cè)量精度高、抗電磁干擾、耐腐蝕和適合惡劣環(huán)境下工作等特點(diǎn)；且能夠在路橋超載工況時(shí)保護(hù)傳感器系統(tǒng)。本技術(shù)的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的：一種用于公路動(dòng)態(tài)稱重的輪輻式軸力傳感器，包括輪輻式彈性元件和光纖光柵測(cè)量元件，所述輪輻式彈性元件包括底座、外環(huán)、中央受力柱和若干輪輻，所述外環(huán)固設(shè)于所述底座一側(cè)中部，所述中央受力柱設(shè)于所述外環(huán)中心處，且通過(guò)對(duì)稱排布的若干所述輪輻連接至所述外環(huán)內(nèi)側(cè)，所述中央受力柱的頂端高于所述外環(huán)的頂端，所述中央受力柱的底端與所述底座之間具有第一間隙，所述輪輻的底端與所述底座之間具有第二間隙，所述第一間隙的高度不大于所述第二間隙，在作用于所述中央受力柱上的軸力大于設(shè)定值時(shí)，所述中央受力柱底端直接壓在所述底座上，所述外環(huán)外側(cè)的底座上設(shè)有若干個(gè)安裝螺栓孔；所述光纖光柵測(cè)量元件包括光纖光柵傳感器、光纖耦合器、光源和光探測(cè)器，所述光纖光柵傳感器粘貼于所述輪輻側(cè)面中性軸上，并與所述中性軸成設(shè)定角度，所述光纖光柵傳感器通過(guò)光纖連接至所述光纖耦合器的一端，所述光源、所述光探測(cè)器分別通過(guò)光纖連接至所述光纖耦合器的另一端。進(jìn)一步的，所述底座為圓形，所述外環(huán)為圓形，所述外環(huán)外側(cè)的底座上設(shè)有6個(gè)或8個(gè)所述安裝螺栓孔。進(jìn)一步的，設(shè)有4個(gè)或6個(gè)或8個(gè)所述輪輻，4個(gè)或6個(gè)或8個(gè)所述輪輻沿所述中央受力柱周向均勻排布。進(jìn)一步的，所述第一間隙與所述第二間隙的高度相同或相
近。進(jìn)一步的，所述輪輻的頂端與所述外環(huán)的頂端平齊或接近平齊。進(jìn)一步的，所述光纖光柵傳感器與所述輪輻的中性軸成45度角或135度角。進(jìn)一步的，在同一平面的兩個(gè)輪輻上布置兩個(gè)光纖光柵傳感器，這兩個(gè)光纖光柵傳感器保持平行。進(jìn)一步的，兩個(gè)所述光纖光柵傳感器串接后通過(guò)光纖連接至所述光纖耦合器。進(jìn)一步的，所述外環(huán)上設(shè)有供光纖穿過(guò)的通孔。本技術(shù)的有益效果是：(1)采用光纖光柵傳感器作為測(cè)量元件，天然具有抗電磁干擾、耐腐蝕的特點(diǎn)，適用于公路、橋梁等結(jié)構(gòu)所處的野外惡劣工作環(huán)境，且不需考慮防水，安裝方便，后期維護(hù)費(fèi)用較小。(2)采用的光纖光柵傳感器具有信號(hào)衰減小的特點(diǎn)，適用于公路、橋梁等大跨度結(jié)構(gòu)，可以較為方便的實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離測(cè)量和無(wú)人值守。(3)采用的光纖光柵傳感器具有便于串接的特點(diǎn)。當(dāng)需要測(cè)量多個(gè)車道時(shí)，可以將多個(gè)光纖光柵傳感器串接到同一根光纖上，因此布線簡(jiǎn)便，易于施工。(4)采用輪輻式設(shè)計(jì)，通過(guò)對(duì)中央受力柱與底座的間隙進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了在軸力較大時(shí)中央受力柱直接落在底座
上承受軸力，從而避免破壞輪輻及輪輻上的光纖光柵傳感器。這有利于在路橋超載工況時(shí)保護(hù)傳感器系統(tǒng)。(5)光纖光柵傳感器在中性軸上沿45度方向平行布置，實(shí)現(xiàn)一個(gè)受拉而另一個(gè)受壓。這種設(shè)計(jì)較為方便的實(shí)現(xiàn)了溫度補(bǔ)償。附圖說(shuō)明圖1為本技術(shù)中輪輻式彈性元件的正視圖；圖2為本技術(shù)中輪輻式彈性元件的剖視圖；圖3為本技術(shù)中輪輻式彈性元件俯視圖；圖4為本技術(shù)用于公路動(dòng)態(tài)稱重的輪輻式軸力傳感器結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為本技術(shù)用于公路動(dòng)態(tài)稱重的輪輻式軸力傳感器承受軸力時(shí)的測(cè)量值；其中，1-底座，2-外環(huán)，3-中央受力柱，4-輪輻，5-第一間隙，6-第二間隙，7-安裝螺栓孔，8-光纖光柵傳感器，9-光纖耦合器，10-光源，11-光探測(cè)器，12-光纖。具體實(shí)施方式為使本技術(shù)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖對(duì)本技術(shù)的具體實(shí)施方式做詳細(xì)的說(shuō)明。如圖1、圖2、圖3和圖4所示，一種用于公路動(dòng)態(tài)稱重
的輪輻式軸力傳感器，包括輪輻式彈性元件和光纖光柵測(cè)量元件，所述輪輻式彈性元件包括底座1、外環(huán)2、中央受力柱3和若干輪輻4，所述外環(huán)固設(shè)于所述底座一側(cè)中部，所述中央受力柱設(shè)于所述外環(huán)中心處，且通過(guò)對(duì)稱排布的若干所述輪輻連接至所述外環(huán)內(nèi)側(cè)，所述中央受力柱的頂端高于所述外環(huán)的頂端，所述中央受力柱的底端與所述底座之間具有第一間隙5，所述輪輻的底端與所述底座之間具有第二間隙6，所述第一間隙的高度不大于所述第二間隙，在作用于所述中央受力柱上的軸力大于設(shè)定值時(shí)，所述中央受力柱底端直接壓在所述底座上，所述外環(huán)外側(cè)的底座上設(shè)有若干個(gè)安裝螺栓孔7；所述光纖光柵測(cè)量元件包括光纖光柵傳感器8、光纖耦合器9、光源10和光探測(cè)器11，所述光纖光柵傳感器粘貼于所述輪輻側(cè)面中性軸上，并與所述中性軸成設(shè)定角度，所述光纖光柵傳感器通過(guò)光纖12連接至所述光纖耦合器的一端，所述光源、所述光探測(cè)器分別通過(guò)光纖連接至所述光纖耦合器的另一端。具體結(jié)構(gòu)為，外環(huán)上設(shè)有供光纖穿過(guò)的通孔，光纖穿過(guò)通孔連接至光纖耦合器。這樣，通過(guò)輪輻式結(jié)構(gòu)將軸向壓力轉(zhuǎn)化為剪力，可消除加工誤差和外力作用點(diǎn)對(duì)精度的影響；通過(guò)調(diào)整中央受力柱與底座之間的間隙，使得當(dāng)軸力較大時(shí)中央受力柱直接壓在底座上，可保護(hù)輪輻結(jié)構(gòu)及光纖光柵傳感器；其原理是：將傳感器所承受的荷載按照幅值分為測(cè)量段和保護(hù)段兩部分，通過(guò)對(duì)中央受力柱及其與底座之間的間隙的優(yōu)化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)軸力測(cè)量和傳感器保護(hù)功能。在測(cè)量段，傳感器所受的軸荷載較小，
中央受力柱不與底座接觸，荷載將由中央受力柱傳導(dǎo)至輪輻上，輪輻產(chǎn)生剪切應(yīng)變。在保護(hù)段，傳感器所受荷載較大，中央受力柱直接落在底座上，荷載主要由中央受力柱承擔(dān)，輪輻僅產(chǎn)生有限的剪切變形，從而對(duì)輪輻進(jìn)行保護(hù)。通過(guò)在底座的外圈上設(shè)置安裝螺栓孔，可便于安裝和替換。優(yōu)選的，所述底座為圓形，所述外環(huán)為圓形，所述外環(huán)外側(cè)的底座上均勻排布6個(gè)或8個(gè)所述安裝螺栓孔。但不限于此，本實(shí)施例中為8個(gè)均布的安裝螺栓孔，在其他實(shí)施例也可以根據(jù)實(shí)際需要設(shè)計(jì)成5個(gè)或7個(gè)等。優(yōu)選的，設(shè)有4個(gè)或6個(gè)或8個(gè)所述輪輻，4個(gè)或6個(gè)或8個(gè)所述輪輻沿所述中央受力柱周向均勻排布。但不限于此，本實(shí)施例中為4個(gè)輪輻，在其他實(shí)施例中，也可以根據(jù)實(shí)際需要設(shè)計(jì)成其他偶數(shù)。作為優(yōu)選實(shí)施例，所述第一間隙與所述第二間隙的高度相同或相近，也就是輪輻的底端與中央受力柱的底端平齊或接近平齊。作為優(yōu)選實(shí)施例，受力柱、輪輻及外環(huán)可采用線切割一體加工，然后焊接在底座上。作為優(yōu)選實(shí)施例，所述輪輻的頂端與所述外環(huán)的頂端平齊或接近平齊。所述光纖光柵傳感器與所述輪輻的中性軸成45度角或135度角。這樣，保證一個(gè)承受拉應(yīng)變而另一個(gè)承受壓應(yīng)變。這種設(shè)計(jì)較為方便的實(shí)現(xiàn)了溫度補(bǔ)償。但不限于此，本實(shí)施例
中光纖光柵傳感器布置在輪輻側(cè)面中性軸處，與中性軸夾角為45度，在同一平面的兩個(gè)輪輻上布置兩個(gè)光纖光柵傳本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種用于公路動(dòng)態(tài)稱重的輪輻式軸力傳感器，其特征在于：包括輪輻式彈性元件和光纖光柵測(cè)量元件，所述輪輻式彈性元件包括底座(1)、外環(huán)(2)、中央受力柱(3)和若干輪輻(4)，所述外環(huán)固設(shè)于所述底座一側(cè)中部，所述中央受力柱設(shè)于所述外環(huán)中心處，且通過(guò)對(duì)稱排布的若干所述輪輻連接至所述外環(huán)內(nèi)側(cè)，所述中央受力柱的頂端高于所述外環(huán)的頂端，所述中央受力柱的底端與所述底座之間具有第一間隙(5)，所述輪輻的底端與所述底座之間具有第二間隙(6)，所述第一間隙的高度不大于所述第二間隙，在作用于所述中央受力柱上的軸力大于設(shè)定值時(shí)，所述中央受力柱底端直接壓在所述底座上，所述外環(huán)外側(cè)的底座上設(shè)有若干個(gè)安裝螺栓孔(7)；所述光纖光柵測(cè)量元件包括光纖光柵傳感器(8)、光纖耦合器(9)、光源(10)和光探測(cè)器(11)，所述光纖光柵傳感器粘貼于所述輪輻側(cè)面中性軸上，并與所述中性軸成設(shè)定角度，所述光纖光柵傳感器通過(guò)光纖(12)連接至所述光纖耦合器的一端，所述光源、所述光探測(cè)器分別通過(guò)光纖連接至所述光纖耦合器的另一端。
【技術(shù)特征摘要】
1.一種用于公路動(dòng)態(tài)稱重的輪輻式軸力傳感器，其特征在于：包括輪輻式彈性元件和光纖光柵測(cè)量元件，所述輪輻式彈性元件包括底座(1)、外環(huán)(2)、中央受力柱(3)和若干輪輻(4)，所述外環(huán)固設(shè)于所述底座一側(cè)中部，所述中央受力柱設(shè)于所述外環(huán)中心處，且通過(guò)對(duì)稱排布的若干所述輪輻連接至所述外環(huán)內(nèi)側(cè)，所述中央受力柱的頂端高于所述外環(huán)的頂端，所述中央受力柱的底端與所述底座之間具有第一間隙(5)，所述輪輻的底端與所述底座之間具有第二間隙(6)，所述第一間隙的高度不大于所述第二間隙，在作用于所述中央受力柱上的軸力大于設(shè)定值時(shí)，所述中央受力柱底端直接壓在所述底座上，所述外環(huán)外側(cè)的底座上設(shè)有若干個(gè)安裝螺栓孔(7)；所述光纖光柵測(cè)量元件包括光纖光柵傳感器(8)、光纖耦合器(9)、光源(10)和光探測(cè)器(11)，所述光纖光柵傳感器粘貼于所述輪輻側(cè)面中性軸上，并與所述中性軸成設(shè)定角度，所述光纖光柵傳感器通過(guò)光纖(12)連接至所述光纖耦合器的一端，所述光源、所述光探測(cè)器分別通過(guò)光纖連接至所述光纖耦合器的另一端。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于公路動(dòng)態(tài)稱重的輪輻式軸力傳感器，其特征在于：所述底座為圓形，...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：宋鋼兵，任亮，張鵬，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：江蘇三川智能科技有限公司，
類型：新型
國(guó)別省市：江蘇;32
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