专利名称：光纤光栅轮轴识别系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种基于光纤光栅车辆称重和轮轴识别系统，特别涉及到车辆轮胎数量、轮轴数量的动态检测，主要用于公路收费站的计重收费、超限运输，车型自动分类系统等领域，技术背景轮轴识别系统的作用是正确判别通过的车轴每侧是单轮还是双轮，同时与秤台一起判别轴型是单轴还是双联轴或三联轴。现有技术中，根据采用的检测组件的不同，可分为称重传感器型和非接触开关式两大类。相对来说，触点开关式的由于有机械运动，对防水要求特别高，也容易出现磨损问题，但控制电路较为简单，无传感器漂移等问题。称重传感器方式没有机械运动，因而机械磨损要小得多，但防水性能仍是决定轮轴识别传感器可靠性的主要因数。
目前国内用于公路收费站的计重收费普遍使用的传感器多数采用的是电类传感器，轮轴识别系统靠电线进行信号传输。这种系统易受电磁干扰，在潮湿环境中工作容易受到腐蚀，使用寿命短，故障率高，可靠性差。而且这类系统往往存在连线多，后端的处理电路复杂等问题。
发明内容
本发明的目的在于针对工程应用中的实际需要和现有技术的不足，提出一种新颖的光纤光栅轮轴识别系统，与传统的电类轮轴识别系统相比，具有结构简单，稳定可靠，线路连接少，检修方便，识别准确，防潮、具有抗电磁干扰、耐腐蚀、长期稳定性好等优点，是传统的电类传感系统所无法比拟的，具有较好的经济和社会效益。
本发明的目的是通过如下措施达到的光纤光栅轮轴识别系统，以LED作为光源，用光功率计进行信号检测，采用12个光纤光栅轮轴识别传感器作为传感部件，通过光纤相连组成一个完整的轮轴识别系统。轮轴识别传感器是按照一定的组合方式进行串接的，形成4条各自独立的光路。当车轮经过轮轴识别传感器时，相应识别传感器里面的光纤光栅的布拉格反射波长发生改变，引起整条光路反射光强的变化，通过光功率计来检测这种变化。最后根据发生光强变化的光路数即可对轮胎的数目进行判别。具有很高的稳定性、灵敏度和准确度参见附图1，将12个完全相同的光纤光栅轮轴识别传感器依次等距排开成一线阵，用光纤进行串接。分别将第1个，第5个和第9个轮轴识别传感器串接在一起，组成第一条光路，第2个，第6个和第10个连接在一起，组成第二条光路，第3个，第7个和第11个串接在一起，组成第三条光路，第4个，第8个和第12个串接在一起，组成第四条光路。这样一共有4条光路，每条光路串接了3个轮轴识别传感器，每4个位置相邻的识别传感器都不在同一光路。每条光路的起始端接耦合器与光源和光功率计相连，光从光源发出，经过识别传感器里的光纤光栅时，满足布拉格反射条件的光被反射，反射光沿原路返回，由光功率计进行检测。当其中一路的某个识别传感器上有车轮经过时，此处的反射波长发生漂移，整个光路的反射光光强就会发生相应变化。
根据车轮宽度和此装置的尺寸可知，车辆同一侧的单个轮胎只能压到一个、两个或三个相邻的轮轴识别传感器，而双轮胎则会压到4个或4个以上的识别传感器。所以车辆经过此装置时，若只有一路或三路的光强发生变化，我们可以判定是单轮胎；若有4路以上的光强变化，则认为它是双轮。
本发明能够完成对车辆轮胎数量、轮轴数量的检测，结构简单，安装方便，能够在恶劣的环境下进行远程实时监测，同时，在测量的稳定性、灵敏度和精确度方面有较大提高。
本项发明与现有技术相比具有如下突出特点1、用光纤光栅作为传感器件，是基于光信号调制的光纤传感技术；2、防潮、防电磁干扰，适应各种恶劣的环境条件，长期稳定性好，使用寿命长；3、实现单纤多点测量，形成分布传感网络；4、结构简单，线路连接少，检修方便，识别准确。
图1为本发明光纤光栅轮轴识别系统的结构示意图。其中，1-LED1宽带光源，2-光功率计PD，3-耦合器，4-光纤光栅轮轴识别传感器，5-车轮。
图2(a)为该光路所有识别传感器上没有车轮经过时的反射光光强与波长的关系图，2(b)为该光路的识别传感器上有车轮经过时的反射光强与波长的关系图。
具体实施例方式
以下结合附图对本发明的技术方案和实现原理作进一步描述。
本发明光纤光栅轮轴识别系统的结构如图1所示，包括宽待光源(LED1)，光功率计PD2，耦合器3，光纤光栅轮轴识别传感器4。12个完全相同的光纤光栅轮轴识别传感器依次等距排开成一线阵，按前面所述的方式进行串接。每条光路的起始端接耦合器与光源LED和光功率计PD相连。
对于某一光路，光从LED发出，经过轮轴识别传感器，光纤光栅将某一波长的光反射，光波通过余下的识别传感器时，由于设置的光纤光栅参数完全相同，所以应该反射相同波长的光。而事实上这一波长的光已被第一个光纤光栅所滤出。此时总的反射光就是经第一个识别传感器时反射而来的光，如图2(a)所示。有车轮压过时，下面的识别传感器中的光纤光栅反射光波长发生漂移，这样就与同路的其他光纤光栅的反射波长不同，故总的反射光是两束中心波长不同的反射光的叠加，如图2(b)所示。这样反射光强比原来增加了一倍，由光功率计可以检测到。车辆经过此装置时，同一时间内若只有一路、二路或三路的光强发生变化，我们可以判定是单轮胎；若有四路以上的光强变化，则认为它是双轮。
权利要求
1.光纤光栅轮轴识别系统其特征在于以LED(1)作为光源，用光功率计PD(2)进行信号检测，耦合器(3)、光纤光栅轮轴识别传感器(4)组成，12个完全相同的光纤光栅轮轴识别传感器，依次等距排开成一线阵的方式进行串接，每条光路的起始端接耦合器与光源LED1和光功率计PD(2)相连。
2.根据权利要求1所述的光纤光栅轮轴识别系统其特征在于光纤光栅轮轴识别传感器(4)由4条光路组成，每条光路串接了3个轮轴识别传感器，分别为第1个、第5个和第9个轮轴识别传感器串接在一起，组成第一条光路，第2个、第6个和第10个连接在一起，组成第二条光路，第3个、第7个和第11个串接在一起，组成第三条光路，第4个、第8个和第12个串接在一起，组成第四条光路。
全文摘要
一种光纤光栅轮轴识别系统，采用12个光纤光栅轮轴识别传感器作为传感部件，LED作为光源，用光功率计进行信号检测，通过光纤相连组成一个完整的轮轴识别系统。轮轴识别传感器按照一定的组合方式进行串接，形成4条各自独立的光路。当车轮经过轮轴识别传感器时，相应识别传感器里面的光纤光栅的布拉格反射波长发生改变，引起整条光路反射光强的变化。根据发生光强变化的光路数即可对轮胎的数目进行判别。本发明适用于公路收费站的计重收费系统，超限运输管理系统，车型自动分类系统等领域，完成对车辆轮胎数量、轮轴数量的动态检测，具有结构简单，稳定可靠，线路连接少，检修方便，识别准确，防潮、防电磁干扰等优点。
文档编号G07B15/06GK1987536SQ20061012495
公开日2007年6月27日 申请日期2006年11月7日 优先权日2006年11月7日
发明者张东生, 姜德生, 王立新, 李微, 范典, 李维来 申请人:武汉理工大学