本發(fā)明涉及壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，具體涉及一種輪輻式光纖稱重系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

隨著現(xiàn)代通信技術(shù)的快速發(fā)展，通信速率也越來(lái)越快，傳統(tǒng)的電纜通信技術(shù)已滿足不了市場(chǎng)的應(yīng)用需求，因此，光纖通信技術(shù)作為信號(hào)傳輸手段也越來(lái)越多地被認(rèn)可。檢測(cè)的目的是利用傳感器通過(guò)物理、化學(xué)或生物的方法，獲取被檢測(cè)對(duì)象運(yùn)動(dòng)或變化的信息，通過(guò)信息轉(zhuǎn)換和處理，使其成為易于人們閱讀和識(shí)別表達(dá)的量化形式，物質(zhì)的質(zhì)量是人類最早關(guān)注的重要參數(shù)之一，是物質(zhì)的最基本特性，而稱重測(cè)力技術(shù)一直以來(lái)就被人們所重視。

目前，在國(guó)、內(nèi)外新一代安保技術(shù)普遍采用電傳感器產(chǎn)品進(jìn)行安防，如周界報(bào)警設(shè)備使用紅外對(duì)射報(bào)警探測(cè)器、振動(dòng)電纜、微波墻和感應(yīng)電纜等產(chǎn)品；空間報(bào)警使用微波探測(cè)器、被動(dòng)紅外探測(cè)器、玻璃破碎探測(cè)器等電氣產(chǎn)品。這些傳感信號(hào)都是通過(guò)電纜供電和傳輸至中心機(jī)房，供電線路也存在老化問(wèn)題，帶來(lái)火災(zāi)隱患。

現(xiàn)有的電纜稱重系統(tǒng)所采用的結(jié)構(gòu)大多是懸臂梁結(jié)構(gòu)，或是電傳感技術(shù)，由于懸臂梁結(jié)構(gòu)若要實(shí)現(xiàn)高精度的測(cè)量，根據(jù)其應(yīng)變公式必須增大其有效長(zhǎng)度或減小其厚度，最終造成懸臂梁的撓度增加，穩(wěn)定性下降，產(chǎn)生較大的測(cè)量誤差；電傳感技術(shù)不可避免地帶來(lái)供電線路老化、短路和頻繁維護(hù)等問(wèn)題。

現(xiàn)代信息技術(shù)的三大基礎(chǔ)是信息的采集、傳輸和處理技術(shù)，即傳感技術(shù)、通信技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)，他們分別構(gòu)成了信息技術(shù)系統(tǒng)的“感官”、“神經(jīng)”和“大腦”。信息采集系統(tǒng)的首要部件是傳感器，且置于系統(tǒng)的最前端。在一個(gè)現(xiàn)代自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)中，如果沒(méi)有傳感器，就無(wú)法監(jiān)測(cè)與控制表征生產(chǎn)過(guò)程中各個(gè)環(huán)節(jié)的各種參量，也就無(wú)法實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。在現(xiàn)代技術(shù)中，傳感器實(shí)際上是現(xiàn)代測(cè)試技術(shù)和自動(dòng)化技術(shù)的基礎(chǔ)。

稱重傳感器被稱為電子衡器中的心臟部件。隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，由稱重傳感器制作的電子衡器也已廣泛地應(yīng)用到各行各業(yè)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)物料的快速、準(zhǔn)確的稱量。特別是隨著微處理機(jī)的出現(xiàn)，工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化程度化的不斷提高。

稱重傳感器已成為過(guò)程控制中的一種必需的裝置。目前，稱重傳感器幾乎運(yùn)用到了各行各業(yè)。積極研究開(kāi)發(fā)新型動(dòng)態(tài)稱重系統(tǒng)，降低其購(gòu)置、安裝、維護(hù)使用和壽命周期折舊費(fèi)用；進(jìn)一步提高動(dòng)態(tài)稱重系統(tǒng)克服環(huán)境影響和抗干擾能力，保證其在惡劣的環(huán)境下的稱量結(jié)果的準(zhǔn)確、可靠是十分必要的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提出的一種輪輻式光纖稱重系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)光纖稱重較高精度的壓力測(cè)量，并且保證測(cè)量過(guò)程的較高的穩(wěn)定性；另一方面采用圓柱形橡膠減震技術(shù)，降低輪輻式彈性基體由于外界干擾造成的振動(dòng)。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案：

一種輪輻式光纖稱重系統(tǒng)，包括基座、支柱、基體和托盤(pán)，其中基體固定在基座上，支柱設(shè)置在基體上，托盤(pán)設(shè)置在支柱的頂部，所述基體為輪輻式彈性對(duì)稱結(jié)構(gòu)，所述基體的對(duì)稱結(jié)構(gòu)上均設(shè)置光纖光柵一。

進(jìn)一步的，還包括減震器，所述減震器固定在基體的中心下方。

進(jìn)一步的，所述光纖光柵一設(shè)置在靠近基體的中心位置。

進(jìn)一步的，所述基座的底面也設(shè)置光纖光柵二。

進(jìn)一步的，所述光纖光柵二設(shè)置在靠近基座的中心位置。

進(jìn)一步的，所述減震器為圓柱形橡膠結(jié)構(gòu)。

進(jìn)一步的，還包括蓋板，所述蓋板與基座固定連接。

進(jìn)一步的，所述基體與基座、支柱與基體、蓋板與基座之間均通過(guò)螺紋連接。

進(jìn)一步的，所述基座、支柱、托盤(pán)和蓋板均采用鋁合金材料制作。

進(jìn)一步的，所述基體采用鈦合金材料制作。

由上述技術(shù)方案可知，本發(fā)明的光纖稱重系統(tǒng)采用輪輻式彈性基體結(jié)構(gòu)，主要是依據(jù)圓形托盤(pán)上承受的壓力與光柵反射波長(zhǎng)間的線性關(guān)系，以此實(shí)現(xiàn)壓力的測(cè)量，由于輪輻式結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性高，并且采用對(duì)稱式進(jìn)行光纖光柵的黏貼，光纖光柵配合解調(diào)設(shè)備對(duì)溫度和壓力兩個(gè)光柵信號(hào)數(shù)據(jù)處理，達(dá)到了溫度補(bǔ)償?shù)哪康模岣吡藟毫?shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的靈敏度和精度；光纖稱重系統(tǒng)中利用圓柱形橡膠減震器來(lái)降低輪輻式彈性基體由于外界干擾造成的振動(dòng)，提高了光纖稱重系統(tǒng)的穩(wěn)定性和高效性。

本發(fā)明的輪輻式光纖稱重系統(tǒng)一方面采用光纖光柵傳感技術(shù)，其中光纖屬于無(wú)源器件，本質(zhì)安全、無(wú)電氣老化和抗干擾等優(yōu)點(diǎn)；另一方面采用了輪輻式彈性基體結(jié)構(gòu)，提高了壓力測(cè)量的穩(wěn)定性和實(shí)時(shí)測(cè)量的精度。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明基體的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明：

如圖1和圖2所示，本實(shí)施例一所述的輪輻式光纖稱重系統(tǒng)，包括基座1、支柱2、基體4、托盤(pán)3及蓋板6，其中基體4設(shè)置在基座1上，支柱2設(shè)置在基體4上，托盤(pán)3設(shè)置在支柱2的頂部，所述蓋板6與基座1固定連接，所述基體4為輪輻式彈性對(duì)稱結(jié)構(gòu)，所述基體4的對(duì)稱結(jié)構(gòu)上均黏貼光纖光柵一。

還包括減震器5，所述減震器5固定在基體4的中心下方，所述減震器5為圓柱形橡膠結(jié)構(gòu)，與彈性基體4通過(guò)螺紋連接，采用了圓柱形橡膠減震器5，實(shí)現(xiàn)對(duì)外界干擾的最大化屏蔽。

所述光纖光柵一設(shè)置在靠近基體4的中心位置，所述基座1的底面黏貼光纖光柵二，所述光纖光柵二設(shè)置在靠近基座1的中心位置。由于彈性基體4中心位置產(chǎn)生的應(yīng)變較大，因此光柵黏貼的位置盡量靠近中心；在基座1底面適當(dāng)位置同樣黏貼光纖光柵。在封裝技術(shù)方面，必須給光纖光柵一定量的預(yù)應(yīng)力，然后用環(huán)氧膠進(jìn)行固定光纖光柵，從而滿足稱重系統(tǒng)的高精度測(cè)量要求。

所述基體4的外徑為190mm，厚度為3mm，采用的加工材料為鈦合金，型號(hào)為T(mén)A8，彈性基體4與基座1通過(guò)螺紋連接，與支柱2的連接也是螺紋連接；在彈性基體4對(duì)稱的支架上均布黏貼光纖光柵，以便提高壓力測(cè)量的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。

所述基座1、支柱2、托盤(pán)3和蓋板6均采用鋁合金材料制作，加工誤差按照GB/T1804-2000中等公差等級(jí)，表面進(jìn)行發(fā)黑處理，以便增強(qiáng)其抗氧化性能；支柱2與托盤(pán)3、蓋板6與基座1均通過(guò)螺紋連接。

基體4主要是承受外界重物的作用，引起自身垂直方向上的形變，然后將形變直接傳遞給光纖光柵，實(shí)現(xiàn)壓力的實(shí)時(shí)測(cè)量；減震器5采用圓柱形橡膠式，降低輪輻式彈性基體4由于外界干擾造成的振動(dòng)，與彈性基體4通過(guò)螺紋連接；支柱2主要是用來(lái)支撐托盤(pán)3，與托盤(pán)3之間通過(guò)一定角度的錐形面進(jìn)行連接配合，從而保持結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定；托盤(pán)3主要是用來(lái)承載重物，方便重物的放置。

本實(shí)施例的輪輻式光纖稱重系統(tǒng)采用光纖傳輸技術(shù)，以光導(dǎo)纖維為介質(zhì)的數(shù)據(jù)、信號(hào)傳輸。光導(dǎo)纖維可以用來(lái)傳輸模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)，還可以滿足視頻傳輸?shù)男枨蟆９饫w是傳輸訊號(hào)極為方便的一種工具，纜線其中一根纖細(xì)的光蕊，就可以取代上千條的實(shí)體的通訊線路，完成大量以及較長(zhǎng)距離的通訊功能。

本實(shí)施例中所涉及的光纖傳輸技術(shù)主要是以光導(dǎo)纖維為介質(zhì)的數(shù)據(jù)、信號(hào)傳輸。光纖的傳輸原理：光傳輸系統(tǒng)由三個(gè)部分組成，包含光源、傳輸介質(zhì)和檢測(cè)器。傳輸介質(zhì)是極細(xì)的玻璃纖維。當(dāng)光照到檢測(cè)器上時(shí)，它就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)電脈沖。在光纖的一端放上光源，另一端放上檢測(cè)器，那么就有了一個(gè)單向傳輸系統(tǒng)，它接收一個(gè)電信號(hào)，轉(zhuǎn)換成光脈沖并傳輸出去，然后接收端再把光脈沖轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。

光纖的傳輸損耗特性是決定光網(wǎng)絡(luò)傳輸距離、傳輸穩(wěn)定性和可靠性的最重要因素之一。光纖傳輸損耗的產(chǎn)生原因是多方面的，在光纖通信網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)和維護(hù)中，光纖使用中引起傳輸損耗的原因和如何減少損耗是極為重要的。當(dāng)光纖光柵受外界載荷作用時(shí)，波長(zhǎng)變換與對(duì)應(yīng)應(yīng)變之間的關(guān)系：

其中，α_f是光纖的熱膨脹系數(shù)，ξ是光纖材料的熱膨脹系數(shù)，ΔT是溫度變化值，P_e為光纖材料的彈光系數(shù)。

因而，將光纖光柵封裝在輪輻式彈性基體結(jié)構(gòu)上，光纖光柵的波長(zhǎng)漂移與外界載荷之間的關(guān)系：

其中，F(xiàn)為彈性基體承受的外界載荷，E為彈性基體的彈性模量，A為彈性基體承受外界載荷下的有效面積。

本實(shí)施例的輪輻式彈性基體4結(jié)構(gòu)的對(duì)稱支架上均黏貼光纖光柵，實(shí)現(xiàn)了壓力和溫度的同時(shí)測(cè)量，再在基座1底面上黏貼一根光纖光柵，由于沒(méi)有外界載荷的作用，波長(zhǎng)變化只與溫度有關(guān)，實(shí)現(xiàn)了溫度的測(cè)量；取兩者波長(zhǎng)變化量差值來(lái)消除溫度變化的影響，波長(zhǎng)變化只與壓力有關(guān)，實(shí)現(xiàn)了壓力的測(cè)量。

采用本實(shí)施例的光纖稱重系統(tǒng)組裝完成后應(yīng)進(jìn)行壓力測(cè)量試驗(yàn)，溫度設(shè)定為20℃，量程設(shè)定為0～10kg，在試驗(yàn)的過(guò)程中每隔5g進(jìn)行一個(gè)標(biāo)定點(diǎn)，在量程范圍內(nèi)進(jìn)行曲線擬合公式標(biāo)定。由擬合的曲線可以看出，每變化5g時(shí)，波長(zhǎng)有2～3pm左右的變化量，可以通過(guò)解調(diào)設(shè)備進(jìn)行識(shí)別處理。最后記錄試驗(yàn)結(jié)果，可以為后期的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量提供一定的參考依據(jù)。

本實(shí)施例中的輪輻式彈性基體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，一方面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單便于加工，且滿足了光纖傳輸?shù)姆€(wěn)定性與可行性；另一方面采用輪輻式結(jié)構(gòu)可以滿足測(cè)量過(guò)程中承受壓力的均勻分布，減小測(cè)量的誤差。采用的圓柱形橡膠減震器，不但可以降低外界環(huán)境對(duì)系統(tǒng)的干擾，而且提高了稱重系統(tǒng)中壓力的測(cè)量準(zhǔn)確度。

現(xiàn)有的稱重系統(tǒng)對(duì)測(cè)量精度要求越來(lái)越高，同時(shí)也為了滿足壓力測(cè)量的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性要求，本實(shí)施例研究了高精度輪輻式光纖稱重系統(tǒng)，主要是基于輪輻式彈性基體結(jié)構(gòu)和圓柱形橡膠減震器結(jié)構(gòu)相互結(jié)合技術(shù)，使得光纖稱重系統(tǒng)的應(yīng)用范圍更加的廣泛。

以上所述的實(shí)施例僅僅是對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行描述，并非對(duì)本發(fā)明的范圍進(jìn)行限定，在不脫離本發(fā)明設(shè)計(jì)精神的前提下，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作出的各種變形和改進(jìn)，均應(yīng)落入本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。