称重系统

称重平台：

有悬臂梁式，住式，弯板式以及复合组成等缩短开发时间，对于称重平台的设计引用了北京万集科技有限公司 WT-1000收费车道称重系统的称重平台(型号Dcs一30K)，该称重台采用万集公司自有专利技术，形成独特的防冲击结构，有效抵抗车辆长期对称重台的冲击，可延长称重传感器的使用寿命。称重平台采用四支20吨的称重传感器支撑，使称重台单轴承载容量达到80t。该称重平台长350mm，宽70cm，单轴额定载荷30吨(t)，最大过载能力200%。4支称重传感器又是采用截面为工字梁型的剪切悬臂式弹性体，

传感器：

1.光纤光栅的选择与黏贴：

敏感元是称重传感器的核心部件，光纤Bragg光栅是最早发展出来的光纤光栅，也是传感中应用最广泛的光纤光栅。但是光纤Bragg光栅的反射谱呈正态分布，在利用边缘滤波法解调时，只有一段的线性范围，并且光纤Bragg光栅的带宽仅0.2nm左右，而带宽决定了测量范围，因此光纤Bragg光栅的测量范围有限。

与此同时，拥有宽带的、惆啾为阶梯函数的惆啾光栅在传感应用中显示了越来越多的优势。惆啾光栅的反射谱呈准方形分布，而且带宽可达十几个纳米。1997年，R.w.Fallon等人提出了基于全同宽带惆啾光栅 (identiealchi甲 edgatinginterrogation，xeel)检测技术，是xeGI检测技术的原理图，采用两片惆啾光栅，一片作为传感光栅，一片作为参考光栅。当光栅不受外界影响时，两片光栅反射谱重合，此时通过强度解调得到的光强I最小;当外界影响作用于传感光栅时，传感光栅的反射谱发生线性移位;当移位至两片光栅的反射谱完全分离时，检测到的光强I最大，也达到了检测系统的最大测量范围。由一于反射谱是方形，在整个移位过程中，应变或温度的变化与检测到的光强都有着很好的线性关系，同时检测系统的测量范围也L匕光纤Bragg光栅大的多。基于以上分析，汽车动态称重系统采用碉啾光栅作为敏感元件

2.称重传感器弹性元件：

弹性体在整个称重装置中将来自称重平台的重量信号转换为应变，其结构设计原 则是要求具有一定的抗轴向冲击能力，抗过载、偏载能力;而称重传感器敏感弹性元 件的结构而言，有悬臂梁式，轮辐式，柱式，压力环式等多种，各自有优缺点，并 分别适用于不同的场。 对弹性敏感元件的基本要求归纳如下:

(l)弹性滞后和弹性后效要小; (2)弹性模量的温度系数要小; (3)线膨涨系数要小且稳定; (4)弹性极限和强度极限要高; (5)具有良好的稳定性和耐腐蚀性; (6)具有良好的机械加工和热处理性能; 通常使用的材料合金结构钢，铜合金，铝合金等。其中35CrMnsiA，40cr是常用的材料，尤其35CrMnsiA合金钢适合制作高精度的弹性敏感元件。SOCrMnA铬锰弹簧钢和SOCrVA铬钒弹簧钢具有优良的机械性能，可用于制作承受交变荷载的重要弹性敏感元件。黄铜可用于制造受力不大的弹簧及膜片。德银用于制造抗腐蚀的弹性元件。锡磷青铜用于制造一般的弹性元件或抗腐蚀性能好的弹性元件。彼青铜用于制造精度高，强度好的弹性敏感元件。不锈钢用于制造强度高，耐腐蚀性好的弹性敏感元件。

二是对形式的选择。弹性元件的形式是根据传感器量程的大小选择的。在电子皮带称重中主要选用的是剪切梁式弹性敏感元件，悬臂梁式弹性敏感元件和轮辐式敏感元件

光线解调

1.边缘滤波：由于目前波长解调技术还存在成本高、解调技术复杂、解调速度低等缺点，应用于动态称重时，为了采集到一定的数据，车辆的通行速度将受到极大地限制，同时由于其成本较高，因此波长解调技术不适用于高速下的动态称重信号的检测。虽然强度解调技术受环境影响较大，但是其解调速度快且成本较低。同时由于动态称重系统本身的特点，其信号有效采样时间很短，在短时间内光强受环境影响而导致的波动较小，强度解调技术完全可以满足。而且

强度解调技术采用边缘滤波的方法，如图3一7，实现简单，采样频率可高达7000HZ，体积也可以做得很小，轻巧方便，完全满足高速称重的需要

2．可调谐F-P滤波解调法：

F-P腔作为一个窄带滤波器，在一定波长范围内，内,若以平行光入射到F-P腔,则只有满足相干条件的某些特定波长的光才能发生干涉。利用F-P腔的这个特性可以对FBG传感器的反射波长进行检测。可调谐F-P腔滤波解调方法的工作原理。从宽带光源发出的光经隔离器传送到FBG传感器,经FBG传感器反射的光经过3 dB耦合器引入到可调谐F-P腔中,可调谐F-P腔的结构。从3 dB耦合器输出的光经透镜L1变成平行光入射到F-P腔。出射光经透镜L2汇聚到探测器上。构成F-P腔的两个高反射镜中的

一个固定,另一个可移动且背面贴在PZT片上。给PZT施加一个扫描电压,使PZT产生伸缩,从而改变F-P腔的腔长,使透过F-P腔的光波长发生改变,通过调谐F-P腔的腔长使F-P腔的透射波长与FBG的反射波长重合,探测器便能探测到最大光强,此时给PZT施加的电压就对应着FBG此时的反射波长,通过测量驱动电压就可测得λB。

可调谐F-P腔解调法具有体积小,价格低的优点,光纤F-P腔调谐范围很宽,可实现多传感器的解调,是静态或准静态信号测量的一种较好的解调方案,但高精细度光纤F-P腔成本太高,滤波损耗较大。

数据采集系统：

为了方便起见，数据采集系统的硬件部分即数据采集卡选购了已经成熟的产品。因此数据采集系统的设计主要集中在软件部分，包括数据的读取、显示、保存三大部分。所涉及到的软件技术包括接口通信技术，图形界面技术，数据库技术，多线程技术等。软件开发的操作系统平台是WindowsXP操作系统，开发工具是VC++6.0简体中文版。下面分别介绍数据采集系统的主要部分与技术:

1.数据采集卡与数据的读取

数据采集卡选购了北京优采公司的uA302H型数据采集卡，如图3一8，该产品是基于USB总线的数据采集产品，提供USBI.0数据读写接口，可与带USB接口的各种台式计算机，笔记本机，工控机连接构成高性能的数据采集测量系统.该产品采用美国新型16位川D转换芯片，设计讲究，测量精度高，速度快，编程简便，且具有USB设备体积小巧，连接方便，无需外接电源，即插即用，可带电拔插等特有优点.可广泛应用于科学实验，

分主要技术指标如下: 分辨率:16bit

精度:优于0.02%(满量程) 最高实用采样频率:200KHZ 模拟输入通道:32单端

模拟输入范围:士SV，士10V

程控增益:.1、2、4、s、16倍(选装 输入阻抗 :>100MO

触发方式:定时器触发，软件触发 FIFO存储器:32KB

软件设计