Моор Я.Д. и др.
Исследование метода измерения веса подвижных объектов на основе квазираспределенных волоконных решеток Брэгга с температурной компенсацией

Моор Я.Д., Козлова А.И., Коробкова У.Р., Варжель С.В., Куликов А.В. Исследование метода измерения веса подвижных объектов на основе квазираспределенных волоконных решеток Брэгга с температурной компенсацией // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2024. Т. 24, № 6. С. 913–922. doi: 10.17586/2226-1494-2024-24-6-913-922

Введение. В отрасли грузоперевозок активно применяются датчики веса. В системах взвешивания при движении автотранспортных средств в качестве чувствительных элементов используются керамические, полимерные, кварцевые пьезоэлектрические сенсоры, нагрузочные или гидравлические ячейки, тензометрические датчики. Однако большинство электрических датчиков подвержены влиянию электромагнитных помех. В настоящее время наиболее активно развиваются и внедряются в эксплуатацию волоконно-оптические датчики, благодаря их относительно низкой стоимости, малым массогабаритным параметрам, высокой точности измерений и полной пассивности к электромагнитным возмущениям. Волоконно-оптические датчики, как правило, основаны на применении волоконных решеток Брэгга с учетом удобства их мультиплексирования. Механические деформации чувствительного элемента датчика приводят к сдвигу длины волны брэгговского резонанса решетки. При этом проблема применения волоконных решеток связана с их чувствительностью к температуре. Для достижения высокой точности измерений величины деформации, соответственно, и весовых характеристик объекта, требуется устранение или компенсация влияния температуры датчика на его показания. Большинство современных исследований дают описание датчиков, работающих в лабораторных условиях, или используют дополнительный сенсор для измерения температуры. Метод. В работе предложен метод решения проблемы перекрестной чувствительности волоконной дифракционной структуры к температуре и деформации. Метод основан на применении в чувствительном элементе датчика пары близкорасположенных решеток. Одна из решеток имеет постоянный период по длине, а другая — переменный. Конструкция чувствительного элемента обеспечивает передачу механической нагрузки только на волоконную решетку с постоянным периодом, а изменение температуры одинаково влияет на обе дифракционные структуры. Основные результаты. Предложено конструктивное решение чувствительного элемента, которое позволило осуществить компенсацию температурного воздействия без использования дополнительных элементов. Приведена математическая модель температурного воздействия, позволяющая оценить зависимость температурного градиента от времени при различных толщинах чувствительного элемента. Моделирование показало, что для образца толщиной 0,95 см температурный градиент внутри подложки незначителен. При резком изменении температуры выравнивание температурного поля в пределах подложки на уровне 90 % происходит не более, чем за 2,5 с. Механическая нагрузка на чувствительный элемент может проходить относительно волоконной решетки под различными углами, в связи с чем детально исследована величина сдвига центральной длины волны брэгговского резонанса в зависимости от точки приложения и направления нагрузки. Обсуждение. Предлагаемая технология может представлять интерес при разработке и эксплуатации автоматических систем весогабаритного контроля с температурной компенсацией без применения дополнительных датчиков. Предложенная система проста в эксплуатации и обладает невысокой стоимостью.

This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License