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基于光纤微弯传感器的汽车动态称重系统设计

第23卷第8期2010年8月

传感技术学报

CHINESEJOURNALOFSENSORSANDACrU^TORS

V01.23No.8

Aug.2010

DesignofVehicle

Weight In-MotionSystem

Micro—BendSensor丰

Based

on

the

Fiber—Optic

MABinl,n,SUIQingmei2

,1.DepartmentofInformation、2.SchoolofControlSciel'toB

Science

andTechnology,ShandongUmm'jity矿Polhw∞l

and西研,№哪,5handongUniversity,.finan

sc妇口,诅k",^rm

250014,Ch/na.、

250061,China

Abstract:Inorder

to

resolvetheproblemofelectromagneticdisturbancevehicleweight—in motionsystembased

on

sensor

causes

on

and

lowprecisioninvehicleweight in mo

tion(WIM)system,a

light,SO

fiber optic

micro—bend

sensor

isproposed

to

on

the

analysisofitsworkingprinciple.Thepressureoutput

thevehicleweight

can

theopticalfiberdeformed.whichleads

thelossof

be

obtained

ale

throughmeasuringthevariationoflightintensityinoptical

to

fiber.

Photoelectricconversionandsamplingcircuitsdesigned,andwavelet

transformis

adopted

sensor

de—noisethe

sampled

signalsimultaneously.Staticresponseexperimentsshowthatthefiber—optic

to

micro-bend

hasfinelinealresponse

thepressureinthescope

error

of0-3000kg。anditssensitivityis3.8mV/kg.Dynamicresponseexperimentsindicateoffiber-opticmicro—bend

thatthemeasurement

weight—in—motionsystemisless

than5.4%when

systemverywell.scale;wavelet

thevehicle

ve-

locityisunder15km/h,whichmeetstherequirementofvehicleKey

weight—in motion

words:weigh—in-motion(WIM);micro—bend;fiber-opticsensor;axleweight

doi:10.3969/j.issn.1004一1699.2010.08.030

transform

EEACC:7230E

基于光纤微弯传感器的汽车动态称重系统设计水

宾1’“,隋青美2

,1.山东政法学院信息科学技术系,济南250014“\2.山东大学控制科学与工程学院,济南250061,

摘要:为解决目前汽车动态称蓖过程中存在的电磁干扰和精确度低的问题,在分析光纤微弯传感器测量原理的基础上,提出

了一种基于光纤微弯传感器的汽车动态称重系统。压力的变化引起传感光纤发生弯曲变形,产生输出损耗,通过测量输出光强的变化实现汽车重量的动态称量;设计相应的光电转换和采样放大电路,并采用小波变换对采样信号进行去噪处理。对光纤传感系统的静态响应特性进行验证表明:在0~3

000

kg的范围内光纤传感系统具有良好的线性响应特性,灵敏度为3.8mY/kg;动

态响应实验表明:当汽车通过速度小于15km/h时,光纤微弯动态称重系统的测量误差小于5.4%,能够满足动态称重的需要。

关键词:动态称重;微弯;光纤传感器;轴重仪;小波变换中图分类号:TP213

文献标识码:A

文章编号:1004—1699(2010)08—1195—06

动态称重WIM(weigh-in-motion)是指在汽车运动状态下称出其重量。与停车状态下的静态称重相比,动态称重具有节省时间、效率高、称重不至于造成对正常交通的干扰等优点¨J。动态称重系统的原理各异,目前在车辆动态称重系统中比较常用的动态称重传感器主要有应变片和电类传感器。应变片称重系统是利用下方粘结有应变传感器的金属板

进行测量,这种传感器响应速度较慢,误差较大(测量准确度一般为±5%),只适合测量低速行驶时的车辆。电类传感器利用车辆轴重引起传感器输出电压(电流)的变化,测量出车辆的重量。如:B

Ma-

zurek等提出一种基于压电传感器的动态称重装置,其响应时间可达几十微秒,测量精度达到±3%[23。

Mangeas等提出一种电容式动态称重传感器,并

项目来源:国家自然科学基金仪器专项资助(50727904);山东省自然科学基金资助(Z2006G06);济南市高校院所自主创新计

划资助(JN200906033)。

收稿日期:2010—0l—04

修改日期:2010—03—1l

万方数据

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