论文摘要
随着中国经济的快速发展,高速公路运输已经成为重要的运输方式之一,对国民经济建设起着重要的支撑作用。由于制度和管理手段的不健全,使得高速公路超载现象时有发生,超载带来的公路损毁比比皆是,由此引发的交通事故也令人触目惊心。因此采用新的计重收费方案遏制高速公路车辆超载有着重要的现实意义。本论文在详细研究高速公路在线称重技术的基础上,发现以电应变片为核心的汽车地称系统存在着零点漂移大、灵敏度低、抗干扰能力差、不耐腐蚀等严重缺陷。针对这些问题,提出了以自主研发的新型高速光纤光栅解调仪为核心,采用纤维增强聚合物封装的光纤光栅为传感单元,实现了一种高速公路多通道车辆在线动态称重系统。论文中首先在理论上分析了构成车辆动态称重系统的核心元件—光纤光栅传感器的工作原理和传感机理。在对光纤光栅进行分类的基础上,分别对温度和应变传感机理进行了阐述。结合光纤光栅在称重系统中的应变和温度测量的应用,着重分析了光纤光栅传感交叉敏感的问题,并讨论了解决办法。在称重系统中引入了温度补偿和校正通道,最大限度地减少了温度对称重系统的影响。论文中介绍了传统的光纤光栅解调方法,分析了不同方法的优缺点。提出了适合动态称重的解调方案。采用最新设计的高速光纤光栅解调仪采集称重数据,解决了静态光纤光栅解调系统无法实现高速过车称重的难题。论文研究的系统采用高速扫描激光器作为光源动态扫描光纤光栅传感器,扫描速度达到300Hz。激光器输出功率高,系统的信噪比高,能够实现多通道同时称重功能,可降低高速公路收费站的计重收费成本。根据高速光纤光栅解调系统数据采集的特点,以Lab-VIEW软件为平台编写了称重数据采集和处理软件,实现称重数据高速采集,计重波形显示和轴重计量的基本功能。测量数据实时存入硬盘进行数据备份。系统可以通过因特网进行数据的传输,并能够实现远程监控功能。通过在实际地称上的测试表明,该称重系统具有良好的高速响应特性,能够精确计量不同速度下的车辆轴重,可用于车辆超载检测。结合精密参考光栅的温度补偿使得该系统可在四季温差大,环境恶劣,电磁干扰大的场合使用,具有广阔的应用前景。