建筑外文翻译--WIM系统中以光纤为基础的动态压力传感装置

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1、译文WIM系统中以光纤为基础的动态压力传感装置沉方元，Fahard Ansarib，刘小慧和杨昭航空重点实验室，智能材料与结构，南京航空航天大学29有道街，南京210016，中国土木与材料工程学院，芝加哥伊利诺伊大学部，伊利诺伊州和IL 60607，美国2004年8月16日收到;2004年11月10日接受。2004年12月15日在线。摘要：在这里描述一种光纤为基础的动态压力传感装置来测量车辆荷载的方法。在研究报告中，是专门设计的迈克尔逊干涉仪的硬件和所设计的软件遭受不同程度的动态压缩载荷和装载率的实验。实验结果表明，输出文件数据和图像均可以用来表示动态负载。于是校准传感器的校准技术被提了出来，

2、可以得到无论是动态的荷载和通过车辆的静态荷载。该调查结果显示，在这些研究开发的干涉下的动态压缩应力状态传感器的作用是了解基本的在光纤应用的方案光纤传感器监测车车辆荷载。关键词：光纤传感器，动态压力，动荷载，硬件和软件文章概要1介绍2传感器的设计2.1传感器安装2.2传感器的工作原理3程序实验和结果3.1实验装置3.2实验数据3.3重复试验3.4传感器的校准3.4.1标定的静态荷载3.4.2标定的动荷载 4结论1介绍过去的几十年中需要权衡运动荷载，特别是在交通控制中，已经大幅增加。车辆的动荷载几个技术现在已经应用于包括压电电缆，电容垫，液压和弯曲载荷细胞1的使用。液压和弯板称重传感器会提高准确度

3、（1-5）和其动态范围，但是因其高安装成本和规模的限制而无法广泛应用。压电和电容垫技术会使成本大幅降低，但却不太准确（5-15），在速度低于二十公里每小时2和3的无法正常工作。为了提供降低安装和维护成本的方法，以光纤为基础的WIM系统动态压力传感装置现正开发的改进，未来可能取代目前使用的装置。安萨里等人基于光纤偏振，做出了偏振耦合的两个正交偏振效应的模态参数。做出了对压力动态测量的高双折射偏振（HiBi）与运动货车轴重动荷载的实际后果对比的报告3。纳瓦雷特和伯纳乌报告是对多光纤干涉仪的马赫曾德尔干涉仪结构组成用另一马赫曾德尔干涉仪取代作为研究内容4。科森蒂诺和格罗斯曼开发利用的是动态传感器微弯

4、理论容重在运动中的结果5。本节描述了一个基于迈克尔逊干涉仪的动态压力传感器的研制，它具有结构简单，成本低，可提供高精度等许多潜在优点。它具有基于Labview Windows / CVI开发的特殊的硬件和系统软件，旨在实现消除环境噪声的影响，例如，自我引发的测试程序和条纹数及附带期间同时计数传感器的功能。传感器的动态响应进行研究时，受到了不同程度的负荷率和动态压缩载荷的影响。并有研究校准传感器数据标定方法。2 传感器的设计 2.1传感器安装 图 1说明了拟定的动态压力传感器系统。单模光纤是用来作为传感元件以构成一个迈克尔逊干涉仪。该干涉仪的光电组件包括一个长度在1550纳米的激光隔离器和一个光

5、电二极管激光波长。该传感器是由光纤通信级（康宁SMF28）。从检测器，放大器的输出信号是先输入到一个特殊的硬件电路，包括一个2阶高通滤波器，一个零点检测电路和触发器电路。硬件电路的设计实施下列功能：（1）自我诊断的车辆到达时间自行触发测量过程;（2）提供消除低频干扰的功能，如温度的影响而使该元素的变化缓慢，;（3）提供减少噪音的功能，频率波段类似的迈克尔逊干涉仪的输出有用的信息。其中的一个可能的噪声源是接近路过车辆的线。自迈克尔逊干涉仪的输出是在压力下边缘可以作为高频比较受温度变化，激光二极管的性能和低频率的变化和其它环境影响，一个2阶高通滤波器所造成的噪音信号通过的消除这些低频成分。一个零点

6、检测电路的设计更改计算机中的数据采集系统反正弦表边缘，以脉冲信号进行计数的条纹数和测量的边缘时期。自触发功能是通过施密特电路，施密特电路的阈值电压设置根据实验来区分在测试环境造成的微小振动引起的真正的条纹信号的车辆和假边缘信号。在实际应用中，这可能是用于在相邻通道的过往车辆。系统软件基于Labview和Windows/CVI的目的是设置测量参数，控制测试程序，并以现实结果为基础。图 1光纤压力传感器的动态设置3 实验程序和结果 3.1 实验装置 实验装置如图2所示。一个钢室的设计研究包含光纤。该光纤是夹在两个1厘米厚的硬橡胶垫和粘在两个硬橡胶垫件之一上。橡胶垫是为保护光纤不受损坏。该室的装载钢

7、材表面的横截面面积为247.1毫米 24毫米。该光纤压力传感器测量长度为247.1毫米。一个封闭的回路材料的测试系统（MTS）是用于压力的加载。在不同加载速率和加载程度下的活荷载是动态负载模拟加载的，荷载是由道路车辆造成的。图2实验装置。View Within Article图3显示了应用在斜坡函数加载的时间，是由常用的装载配置仪器及附带的干涉仪的输出。可以看出在边缘的左上角的数字。图3是太大以至于很难区分每个边缘的数字。因此，数字有另一个用途，这个数字是该圈的地方扩大，显示清晰的边缘的数字。由于极化效应，条纹的振幅略有不同。但不会影响计数和时间，因此，在本文忽视。在实验中，负荷的压力在7.5

8、兆帕时增量会多达30 MPa，相应的最大压力水平从44.5KN增大为最大的178KN。装载时间是从1开始从第1至6秒递增。图3典型的装载程序和光纤传感器的输出波形。View Within Article3.2。实验数据图4显示的条纹数的实验结果和不同负荷下的传感器输出读数的时期。不同的标志线代表不同加载速率之间的传感器的输出和负载的最大振幅的关系。图4实验结果：边缘的数字和荷载。View Within Article附加的数字，与静载荷的线性关系，而边缘地方有一个非直线的。请注意，这种关系随着不同加载速率不同，因为相同的最高振幅负荷将变成一个更大的动态负载，这将导致在条纹数的增加和边缘减少。虽

9、然双方的条纹数及附加时期敏感的动态负载，其敏感范围是不同的，加载时灵敏度是在整个测试范围不变。当荷载低，动态荷载小的变化可能无法识别的条纹数。另一方面，该时期的边缘敏感负荷不是一个常数。当荷载降低，动态负载小的变化对应的边缘时期大的变化。这两个参数可以一起使用提供了更精确的荷载指标进行测试。考虑均衡器（5）及（6），与压力的条纹数及附加时期的功能都可以接近的均衡器（7）及（8），分别为：(7)Ls=ksn1Nf+ksn2(8)其中参数ksn1，ksn2，kst1和kst2接近，参数ksn1，ksn2，kst1和kst2接近。3.3 重复性的传感器图5是三个相同加载条件下的实验结果进行了比较，动

10、态展示光纤压力传感器具有良好的重复性。图5光纤传感器的重复性View Within Article3.4。该传感器的校准根据条纹数和光纤传感器的输出期间，可从动态车辆载荷和静载荷传递的过程中校准。3.4.1静态重量校准测量该函数逼近法是采用静态重量校准测量。应该一提的是负载持续时间t也应获得的传感器系统，以获得静态重量。通常很容易得到的。采取以下步第1步：使用函数方法测量数据时，经历了不同的传感器适用于具有相同的静态负荷率时。线性函数和幂函数采用的条纹数数据及附加期间的数据。在接触的结果列于表1。表1 第1步接近结果加载时间接近ksn1，其中最大静负荷（LS）和条纹数（线性关系ksn2）, L

11、s=ksn1Nf+ksn2 接近kst1，其中最大静负荷（LS）和边缘期（TF）的关系kst2， ksn1 ksn2 kst1 kst2 t=60.02810.81256.581.0057t=50.027212.74249.091.1759t=40.026112.773209.111.2119t=30.02355.4984164.961.331t=20.02255.8752126.491.8503t=10.02289.825153.9031.6376Full-size tableView Within Article第2步：继续使用6阶多项式函数接近ksn1 = F1类（吨），ksn2 = f

12、2类（吨），kst1 =三级方程式（t）和kst2 = F4类（吨），这里的新的重量（吨）是拟合多项式函数。第3步：使用ksn1 = F1类（吨），ksn2 = f2类（吨），kst1 =三级方程式（t）和kst2 = F4类（吨）均衡器，从步骤2一起获得（7）及（8）校准条纹数及附带期间测得静载荷。由于纸张的长度的限制，只有当T =校准结果1和4秒在图6中描述。与实际应用静载荷相比，该研究传感器精度比使用条纹数读出提高5，比使用附带期间读数高15。 图。 6。静负荷测量结果。View Within Article3.4.2权重的动态测量式（5）所示，条纹数已与动态负载呈线性关系。这种关系可以

13、说是(9)Ld=kdn1Nf+kdn2其中参数kdn1和kdn2接近。动态校准权重的开发是基于以下的假设。当加载速度很慢，动态重量传感器受到可以认为是与加载速度慢的静态重量相同。在实验中，当加载时间为6秒，最大的动态负载传感器被认为是平等的最大静载荷应用。因此，相称常数kdf1和kdf2之间的条纹数和动态负载可以用吨来计算，即数据(10)kdf1=ksf1|t=6=0.028(11)kdf2=ksf2|t=6=10.81因此，可以用计算式（9）动态加载。，如图7所示。图7显示，根据不同的负荷率相同的最大静载荷产生不同的动态负载。较高的负荷率，更大的动态负载。 图7动态负载校准结果使用条纹数读数。要读出边缘时期以外的数据，参数Ksp1和Ksp2不是常数时，以不同的动态负载传感器的经验，它不能被使用上述方法校准。4结论这里报告在使用一个光纤压力传感器的基础上，介绍了迈克尔逊干涉仪。该传感器具有简单和成本低等优点。实验结果表明，两个输出条纹数及附加期可用于指示荷载。通过校正技术来开发校准传感器。无论是动态的车辆荷载，和静态荷载可以得到。根据上述这些研究，国家制定了动态压缩干涉下的应力传感器，这一类传感器可以应用到监测车在行驶中车辆的重量。