光纤Bragg光栅传感技术在动态称重中的应用研究

摘要

近年来，随着我国公路特别是高速公路网络日趋密集。与此同时，车辆超限超载运输现象极为普遍，严重影响了道路及桥梁的正常使用，给国家和社会造成巨大的损失。而传统的汽车称重检测技术还不能充分满足工业和工程的需要，因此，急需研制出响应快、精度高、稳定性好的新型称重系统。光纤光栅因为安全性能好、传输效率高、精度和稳定性高，成为道路和桥梁动态称重系统的理想传感元件。论文研发了一套基于光纤Bragg光栅的弯板式动态称重系统，并通过实验室及现场试验对其性能进行了较为深入的研究。通过疲劳试验，重点研究了基于光纤光栅的弯板式动态称重系统弹性钢板和光纤光栅胶层的疲劳性能。论文的主要研究工作和结论包括：
　　 1.阐述了光纤光栅关于应变和温度的传感特性，推导了弯板式称重系统的基本原理，并进行了基于光纤光栅弯板式动态称重系统的软硬件设计和细部验算。
　　 2.对研发的基于光纤光栅的弯板式动态称重系统进行了实验室加载试验和现场试验，结果表明光栅应变输出与板面荷载呈良好的线性，可以准确而快速地反映驶过板面的车辆质量。
　　 3.通过疲劳试验，研究了基于光纤光栅的弯板式动态称重系统本身弹性钢板和光纤光栅胶层的疲劳性能。试验结果表明，弹性元件板在200万次高水平应力作用下，表面出现了永久塑性形变和驻留裂纹，乐泰326结构胶相比w-30型502胶疲劳性能更为优良。因此，选用疲劳性能好的弹性板材和胶粘剂，对基于光纤光栅的弯板式动态称重系统的长期稳定运营至关重要。
　　 4.阐述了粘接的形成条件、作用原理、影响因素及破坏机理，通过材料试验测试了两种胶粘剂各自的的抗剪强度。结果表明，结合影响粘接强度的物理和化学因素作出针对性的改进措施，可在一定程度上提高接头粘接强度。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 课题提出的背景及研究意义

1.2 动态称重系统的研究现状和主要问题

1.3 汽车动态称重相关规范

1.4 本文的主要工作

第二章 基于光纤Bragg光栅的动态称重系统设计

2.1 光纤Bragg光栅传感原理

2.2 光纤Bragg光栅传感特性分析

2.3 弯板式称重基本原理

2.4 车辆－路面振动的动力学分析

2.5 称重系统硬件及软件设计

2.5.1 硬件材料选取

2.5.2 硬件尺寸拟定

2.5.3 软件的功能要求及实现

2.6 本章小结

第三章 动态称重系统静载及动载实验分析

3.1 系统静载试验

3.2 系统动载试验

3.3 实验数据分析

3.3.1 轴载谱分析

3.3.2 轴载数等效换算

3.3.3 轴速分布

3.3.4 流量分布

3.4 本章小结

第四章 动态称重系统的疲劳性能研究

4.1 弹性元件板的疲劳性能

4.2 弹性元件板疲劳寿命评估

4.3 粘接剂的疲劳性能

4.4 疲劳试验

4.5 本章小结

第五章 胶粘剂粘接强度研究

5.1 粘接形成的热力学模型

5.2 粘接界面作用原理

5.3 影响粘接强度的因素

5.3.1 影响粘接强度的物理因素

5.3.2 影响粘接强度的化学因素

5.4 粘接破坏机理

5.5 粘接强度试验

5.6 本章小结

第六章 结论与展望

6.1 论文的主要工作及结论

6.2 展望

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的论文及参与的科研项目