基于光纖光柵傳感器的重量測量系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型提供一種基于光纖光柵傳感器的重量測量系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括：數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)傳輸模塊、光信號(hào)接收和發(fā)送模塊、數(shù)據(jù)處理模塊和客戶端模塊，其中，所述數(shù)據(jù)采集模塊包括：固定架，所述固定架為L型結(jié)構(gòu)；懸梁臂，所述懸梁臂水平地固定在所述固定架的豎直部分的遠(yuǎn)離水平部分的一端，與所述固定架的豎直部分垂直，所述懸梁臂為平板結(jié)構(gòu)，并且所述懸梁臂為等強(qiáng)度懸梁臂；傳感器元件，所述傳感器元件分別布置在所述懸梁臂的上表面和下表面，以及懸掛塊，所述懸掛塊固定在所述懸梁臂的遠(yuǎn)離上述固定架的一端。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，數(shù)據(jù)采集模塊具有無源化，支持遠(yuǎn)距離安放，并且可以排除溫度的影響，測量精度高。
【專利說明】基于光纖光柵傳感器的重量測量系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及重量測量領(lǐng)域，尤其涉及一種基于光纖光柵傳感器的重量測量系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]物體重量的測量，從以前的天平到秤，以及到現(xiàn)在常用的電子秤等等，方法和工具及其廣泛。隨著電子工業(yè)和非電量電測技術(shù)的不斷發(fā)展，稱重進(jìn)入了電子測量時(shí)代，目前，常用的電子式測量重量技術(shù)以電子信息處理為基礎(chǔ)，這種稱重方式受到有源供電、電磁干擾、信號(hào)遠(yuǎn)程傳輸不穩(wěn)定、數(shù)據(jù)傳輸容量受限等因素制約，限制了其安全性與可靠性，同時(shí)，在一些特定的測量中，環(huán)境因素也會(huì)影響測量的精度，從而導(dǎo)致測量結(jié)果精度不高。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0003]本實(shí)用新型提供一種基于光纖光柵傳感器的重量測量系統(tǒng)，該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，數(shù)據(jù)采集模塊具有無源化，支持遠(yuǎn)距離安放，并且可以消除環(huán)境對(duì)測量結(jié)果的影響，測量精度聞。
[0004]為此目的，本實(shí)用新型提出了一種基于光纖光柵傳感器的重量測量系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括:數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)傳輸模塊、光信號(hào)接收和發(fā)送模塊、數(shù)據(jù)處理模塊和客戶端模塊，其中，所述數(shù)據(jù)采集模塊包括:固定架，所述固定架為L型結(jié)構(gòu)，所述固定架的水平部分具有螺孔，用以固定所述固定架；懸梁臂，所述懸梁臂水平地固定在所述固定架的豎直部分的遠(yuǎn)離水平部分的一端，并與所述固定架的豎直部分垂直，所述懸梁臂為平板結(jié)構(gòu)，并且所述懸梁臂為等強(qiáng)度懸梁臂；傳感器元件，所述傳感器元件分別布置在所述懸梁臂的上表面和下表面，并且位于所述懸梁臂的上表面和下表面的所述傳感器元件布置成對(duì)稱的形式，所述傳感器元件位于所述懸梁臂的水平對(duì)稱線上，并且所述傳感器元件布置成與所述懸梁臂的表面平行，以及懸掛塊，所述懸掛塊固定在所述懸梁臂的遠(yuǎn)離所述固定架的一端，用于懸掛被測物體。
[0005]其中，所述懸梁臂制成等腰梯形的結(jié)構(gòu)。
[0006]其中，所述懸梁臂的靠近所述固定架的豎直部分的一端為等腰梯形結(jié)構(gòu)，所述懸梁臂的遠(yuǎn)離所述固定架的豎直部分的一端為矩形結(jié)構(gòu)，并且所述懸梁臂制成一體化結(jié)構(gòu)。
[0007]其中，所述傳感器元件為光纖光柵傳感器。
[0008]其中，所示懸掛塊為立方體結(jié)構(gòu)，在所述懸掛塊上具有第一通孔，被測物體使用連接裝置通過第一通孔連接在所述懸掛塊上。
[0009]其中，所述懸掛塊包括第一掛塊、第二掛塊和第三掛塊，所述第一掛塊、第二掛塊和第三掛塊分別具有第二通孔、第三通孔和第四通孔，其中，所述第一掛塊固定在所述懸梁臂的末端，所述第二掛塊與所述第一掛塊通過所述第二通孔和所述第三通孔連接，所述第三掛塊的所述第四通孔用于與所述被測物體連接。
[0010]其中，所述數(shù)據(jù)采集模塊采集的數(shù)據(jù)包括所述被測物體重量應(yīng)變和溫度干擾的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。
[0011 ] 其中，所述數(shù)據(jù)傳輸模塊通過OPGW或OPPC光纜進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。
[0012]其中，所述光信號(hào)接收和發(fā)送模塊包括光纖光柵解調(diào)儀，所述光纖光柵解調(diào)儀檢測所述數(shù)據(jù)采集模塊的光信號(hào)，并接收所述光信號(hào)。
[0013]本實(shí)用新型公開的基于光纖光柵傳感器的重量測量系統(tǒng)，所應(yīng)用的光纖光柵傳感器因具有無源化、抗電磁干擾、精度高、體積小質(zhì)量輕、擾抗腐蝕的特點(diǎn)，并且集信息傳感與傳輸于一身。同時(shí)，使用兩個(gè)光纖光柵傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，可以對(duì)波長變化進(jìn)行做差處理，這樣可以有效地排除光纖光柵傳感器對(duì)應(yīng)變及溫度交叉敏感的干擾，排除溫度對(duì)應(yīng)變的影響，使結(jié)果更精確。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]通過參考附圖會(huì)更加清楚的理解本實(shí)用新型的特征和優(yōu)點(diǎn)，附圖是示意性的而不應(yīng)理解為對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行任何限制，在附圖中:
[0015]圖1示出了本實(shí)用新型的基于光纖光柵傳感器的重量測量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖；
[0016]圖2示出了本實(shí)用新型的基于光纖光柵傳感器的重量測量系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集模塊的第一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖3示出了本實(shí)用新型的基于光纖光柵傳感器的重量測量系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集模塊的第二實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖4示出了本實(shí)用新型的基于光纖光柵傳感器的重量測量系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集模塊的第三實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019]下面將結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0020]圖1示出了本實(shí)用新型的基于光纖光柵傳感器的重量測量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。圖2示出了本實(shí)用新型的基于光纖光柵傳感器的重量測量系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集模塊的第一的實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]參照?qǐng)D1和圖2，本實(shí)用新型的基于光纖光柵傳感器的重量測量系統(tǒng)包括:
[0022]數(shù)據(jù)采集模塊100，用于采集所述被測物體的重量應(yīng)變和溫度干擾的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)采集模塊100包括:固定架1110、懸梁臂1120、傳感器元件1130和懸掛塊1140。
[0023]固定架1110為L型結(jié)構(gòu)，固定架1110的水平部分具有螺孔1111，用以固定固定架1110 ；
[0024]懸梁臂1120水平地固定在固定架1110的豎直部分的遠(yuǎn)離水平部分的一端，并與固定架1110的豎直部分垂直，懸梁臂1120為平板結(jié)構(gòu)，懸梁臂1120的靠近固定架1110的豎直部分的一端為等腰梯形結(jié)構(gòu)，遠(yuǎn)離固定架1110的豎直部分的一端為矩形結(jié)構(gòu)，并且上述懸梁臂1120制成一體化結(jié)構(gòu)。
[0025]在本實(shí)施例中，懸梁臂1120為等強(qiáng)度懸梁臂，該懸梁臂1120的結(jié)構(gòu)隨著彎矩的大小相應(yīng)地改變截面尺寸，使得懸梁臂1120的各個(gè)截面保持相同的強(qiáng)度，擁有相同的彎曲應(yīng)力。
[0026]傳感器元件1130分別布置在懸梁臂1120的上表面和下表面，并且位于懸梁臂1120的上表面和下表面的傳感器兀件1130布置成對(duì)稱的形式,傳感器兀件1130位于懸梁臂1120的水平對(duì)稱線上，并且與懸梁臂1120的表面平行。
[0027]懸掛塊1140固定在懸梁臂1120的遠(yuǎn)離固定架1110的一端，用于懸掛被測物體。懸掛塊1140為立方體結(jié)構(gòu)，并且在懸掛塊1140上具有通孔1141，被測物體可以通過鐵鏈或是其他連接裝置通過通孔1141懸掛在懸掛塊1140的下方，從而可以對(duì)被測物體進(jìn)行測量。
[0028]數(shù)據(jù)傳輸模塊200,用于在數(shù)據(jù)米集模塊100和光信號(hào)接收和發(fā)射模塊300之間傳輸數(shù)據(jù)或信號(hào)。本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例中的數(shù)據(jù)傳輸模塊200使用OPGW或OPPC光纜進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。
[0029]光信號(hào)接收和發(fā)送模塊300，用于接收數(shù)據(jù)傳輸模塊200傳輸?shù)墓庑盘?hào)，并將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，并發(fā)送出去。本實(shí)用新型的實(shí)施例中，光信號(hào)接收和發(fā)送模塊300包括光纖光柵解調(diào)儀，數(shù)據(jù)傳輸模塊200將光信號(hào)發(fā)送到光纖光柵解調(diào)儀中，光纖光柵解調(diào)儀將光信號(hào)解調(diào)成以波長編碼的數(shù)字信號(hào)。
[0030]數(shù)據(jù)處理模塊400，對(duì)接收的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理。數(shù)據(jù)處理模塊400將接收的數(shù)字信號(hào)經(jīng)過建模及數(shù)據(jù)處理，從上述接收到的光纖光柵傳感器的反射波長獲取監(jiān)測點(diǎn)的實(shí)時(shí)溫度值、質(zhì)量變化，進(jìn)而計(jì)算出被測物體的重量變化值，以及可以監(jiān)測被測物體的重量的實(shí)時(shí)變化，并將上述數(shù)據(jù)進(jìn)行保存。
[0031]客戶端模塊500接收到上述收處理后的數(shù)據(jù)，以便于操作人員進(jìn)行電子地理顯示、電網(wǎng)參量監(jiān)測、日志查詢和幫助中的任意操作等。
[0032]圖3示出了本實(shí)用新型的基于光纖光柵傳感器的重量測量系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集模塊的第二實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0033]如圖3所示，在本實(shí)用新型的第二實(shí)施例中，懸掛塊1240包括第一掛塊1241、第二掛塊1242和第三掛塊1243，第一掛塊1241、第二掛塊1242和第三掛塊1243分別具有第二通孔1244、1245和1246，其中，第一掛塊1241固定在系懸梁臂1220的末端，第二掛塊1242與第一掛塊1241通過第二通孔1244和第三通孔1245連接，第三掛塊1243的第四通孔1246用于與被測物體連接。
[0034]在本實(shí)施例中，第一掛塊1241和第二掛塊1242通過鐵鏈1247連接，第二掛塊1242和第三掛塊1243通過直桿1248連接。第一掛塊1241與第二掛塊1242的連接，以及第二掛塊1242和第三掛塊1243的連接方式并不限于上述連接方式，其他合適的連接方式均適用于此。
[0035]本實(shí)施例中的數(shù)據(jù)采集模塊的其他部分的結(jié)構(gòu)與前述的實(shí)施例的結(jié)構(gòu)相同，在此不再重復(fù)描述。
[0036]圖4示出了本實(shí)用新型的基于光纖光柵傳感器的重量測量系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集模塊的第三實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0037]如圖4所示，在本實(shí)用新型的第三實(shí)施例中，懸梁臂1320制成等腰梯形結(jié)構(gòu)，其他結(jié)構(gòu)與第一實(shí)施例的數(shù)據(jù)采集模塊相同，同時(shí)，第三實(shí)施例的懸掛塊1340也可以采用第二實(shí)施例中的結(jié)構(gòu)，為了描述簡單，在此不再詳述。
[0038]下面結(jié)合具體的實(shí)施例詳細(xì)描述本實(shí)用新型所述的基于光纖光柵傳感器的重量測量系統(tǒng)進(jìn)行測量的過程。
[0039]在本實(shí)施例中，將本實(shí)用新型的基于光纖光柵傳感器的重量測量系統(tǒng)應(yīng)用于測量架空線的覆冰厚度。在本實(shí)施例中使用圖3所示的數(shù)據(jù)采集模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集，將被測的架空線通過數(shù)據(jù)采集模塊100的第三掛塊1243的第四通孔1246，從而可以通過架空線的重量的變化對(duì)第三掛塊1243的壓力變化來測量架空線的重量，進(jìn)而計(jì)算架空線的覆冰厚度。
[0040]數(shù)據(jù)采集模塊100中的懸臂梁1220上的光纖光柵傳感器1230實(shí)時(shí)采集架空線的溫度、架空線的重量應(yīng)變等數(shù)據(jù)，同時(shí)監(jiān)測架空線的溫度、重量的變化。
[0041 ] 數(shù)據(jù)傳輸模塊200采用OPGW或OPPC光纜來進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。將數(shù)據(jù)采集模塊100中的光纖光柵傳感器1230通過OPGW或OPPC接續(xù)盒與其中的光纖串接。其中，OPGff或OPPC是把光纖放置在架空線的地線/相線中，用以構(gòu)成輸電線路上的光纖通信網(wǎng)，這種結(jié)構(gòu)形式兼具地線/相線與通信雙重功能。
[0042]將光纜的另一端連接到光信號(hào)接收和發(fā)射模塊300中，光信號(hào)接收和發(fā)射模塊300中的光纖光柵解調(diào)儀產(chǎn)生窄帶掃頻光并通過光纜發(fā)射到光纖光柵傳感器1230，當(dāng)探測到掃頻光的波長與光纖光柵傳感器1230的中心波長匹配時(shí)，光纖光柵解調(diào)儀可以接收到反射回的光信號(hào)，該光信號(hào)攜帶了架空線的實(shí)時(shí)溫度、應(yīng)變變化的相關(guān)信息。
[0043]然后光纖光柵解調(diào)儀將光信號(hào)解調(diào)成波長編碼的數(shù)字信號(hào)。
[0044]光信號(hào)發(fā)射與接收模塊300將編碼后的數(shù)字信號(hào)發(fā)送到數(shù)據(jù)處理模塊400，數(shù)字信號(hào)在進(jìn)入數(shù)據(jù)處理模塊400后，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算處理。
[0045]從攜帶溫度信息的波長信號(hào)中計(jì)算出架空線的溫度，并且根據(jù)上述傳感器測得的波長數(shù)據(jù)在通過做差的 方式補(bǔ)償光纖光柵應(yīng)變傳感器由于對(duì)應(yīng)變及溫度交叉敏感引起的信號(hào)波長的誤差。架空線的實(shí)時(shí)質(zhì)量變化通過以下公式計(jì)算:
[0046]m=k.[ ( λ εη_ λ EJ - α ( λ tn- λ tJ ]
[0047]其中，λ ε m為應(yīng)變光柵的初始波長，λ tm為溫度光柵初始波長，λ ε η為應(yīng)變光柵實(shí)時(shí)波長，λ tn為溫度光柵實(shí)時(shí)波長，k為波長-質(zhì)量轉(zhuǎn)換系數(shù)。
[0048]因此，架空線的對(duì)應(yīng)的覆冰厚度通過以下公式得出:
【權(quán)利要求】
1.一種基于光纖光柵傳感器的重量測量系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括:數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)傳輸模塊、光信號(hào)接收和發(fā)送模塊、數(shù)據(jù)處理模塊和客戶端模塊，其中，所述數(shù)據(jù)采集模塊包括: 固定架，所述固定架為L型結(jié)構(gòu)，所述固定架的水平部分具有螺孔，用以固定所述固定架； 懸梁臂，所述懸梁臂水平地固定在所述固定架的豎直部分的遠(yuǎn)離水平部分的一端，與所述固定架的豎直部分垂直，所述懸梁臂為平板結(jié)構(gòu)，并且所述懸梁臂為等強(qiáng)度懸梁臂； 傳感器元件，所述傳感器元件分別布置在所述懸梁臂的上表面和下表面，并且位于所述懸梁臂的上表面和下表面的所述傳感器元件布置成對(duì)稱的形式，所述傳感器元件位于所述懸梁臂的水平對(duì)稱線上，并且所述傳感器元件布置成與所述懸梁臂的表面平行，以及懸掛塊，所述懸掛塊固定在所述懸梁臂的遠(yuǎn)離所述固定架的一端，用于懸掛被測物體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于光纖光柵傳感器的重量測量系統(tǒng)，其特征在于，所述懸梁臂制成等腰梯形的結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于光纖光柵傳感器的重量測量系統(tǒng)，其特征在于，所述懸梁臂的靠近所述固定架的豎直部分的一端為等腰梯形結(jié)構(gòu)，所述懸梁臂的遠(yuǎn)離所述固定架的豎直部分的一端為矩形結(jié)構(gòu)，并且所述懸梁臂制成一體化結(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于光纖光柵傳感器的重量測量系統(tǒng)，其特征在于，所述傳感器元件為光纖光柵傳感器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于光纖光柵傳感器的重量測量系統(tǒng)，其特征在于，所示懸掛塊為立方體結(jié)構(gòu)，在所述懸掛塊上具有第一通孔，被測物體使用連接裝置通過第一通孔連接在所述懸掛塊上。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于光纖光柵傳感器的重量測量系統(tǒng)，其特征在于，所述懸掛塊包括第一掛塊、第二掛塊和第三掛塊，所述第一掛塊、第二掛塊和第三掛塊分別具有第二通孔、第三通孔和第四通孔，其中，所述第一掛塊固定在所述懸梁臂的末端，所述第二掛塊與所述第一掛塊通過所述第二通孔和所述第三通孔連接，所述第三掛塊的所述第四通孔用于與所述被測物體連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于光纖光柵傳感器的重量測量系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)據(jù)采集模塊采集的數(shù)據(jù)包括所述被測物體重量應(yīng)變和溫度干擾的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于光纖光柵傳感器的重量測量系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)據(jù)傳輸模塊通過OPGW或OPPC光纜進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于光纖光柵傳感器的重量測量系統(tǒng)，其特征在于，所述光信號(hào)接收和發(fā)送模塊包括光纖光柵解調(diào)儀，所述光纖光柵解調(diào)儀檢測所述數(shù)據(jù)采集模塊的光信號(hào)，并接收所述光信號(hào)。
【文檔編號(hào)】G01G9/00GK203798427SQ201420047286
【公開日】2014年8月27日 申請(qǐng)日期:2014年1月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月24日
【發(fā)明者】李路明, 張治國, 劉志明, 孫艷飛, 劉賜麟, 胡彬 申請(qǐng)人:國網(wǎng)江西省電力公司信息通信分公司, 國家電網(wǎng)公司, 北京郵電大學(xué)