一種免速度傳感器的光纖傳感連續(xù)自動(dòng)稱(chēng)重系統(tǒng)及方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提供一種免速度傳感器的光纖傳感連續(xù)自動(dòng)稱(chēng)重系統(tǒng)，包括第一光纖光柵傳感稱(chēng)重裝置、第二光纖光柵傳感稱(chēng)重裝置、光纖光柵解調(diào)儀和計(jì)算機(jī)；第一光纖光柵傳感稱(chēng)重裝置和第二光纖光柵傳感稱(chēng)重裝置分別包括用于傳遞物料輸送帶上物料的重量的傳力部件和用于將物料的重量轉(zhuǎn)換為光信號(hào)的光纖光柵應(yīng)變傳感器，傳力部件設(shè)置在物料輸送帶的前端和后端，光纖光柵應(yīng)變傳感器的輸出端通過(guò)傳輸光路與光纖光柵解調(diào)儀連接，光纖光柵解調(diào)儀將兩路光信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)后傳輸給計(jì)算機(jī)。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)元件全光纖化，徹底免除了電類(lèi)傳感元件，使得稱(chēng)重系統(tǒng)能適應(yīng)惡劣的監(jiān)測(cè)環(huán)境；減少了一個(gè)測(cè)量單元，從而減少了一個(gè)誤差源，降低了稱(chēng)重系統(tǒng)的故障率。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種免速度傳感器的光纖傳感連續(xù)自動(dòng)稱(chēng)重系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光纖傳感技術(shù)和動(dòng)態(tài)稱(chēng)重衡器技術(shù)，特別涉及一種連續(xù)自動(dòng)稱(chēng)重技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]連續(xù)自動(dòng)稱(chēng)重系統(tǒng)作用是用于輸送物料過(guò)程中的計(jì)量，廣泛地應(yīng)用在糧食、煤炭、礦山、冶金、建材、制藥等領(lǐng)域。連續(xù)自動(dòng)稱(chēng)重系統(tǒng)需具備兩個(gè)基本的功能，一是物料連續(xù)載荷的檢測(cè)，二是輸送速度的檢測(cè)。
[0003]目前，國(guó)內(nèi)外連續(xù)自動(dòng)稱(chēng)重系統(tǒng)中物料連續(xù)載荷基本上都是通過(guò)電類(lèi)傳感元件來(lái)檢測(cè)，然而因?yàn)殡婎?lèi)傳感元件是有源器件，防潮防濕能力、抗電磁干擾能力、長(zhǎng)期穩(wěn)定性能在惡劣的監(jiān)測(cè)條件下均表現(xiàn)較差，當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間用在復(fù)雜監(jiān)測(cè)環(huán)境下時(shí)，容易發(fā)生零點(diǎn)漂移等故障，極大的影響了監(jiān)測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性，另外，電信號(hào)在信道中的傳輸距離很短，使得稱(chēng)重系統(tǒng)信號(hào)傳輸線纜的鋪設(shè)受到限制。針對(duì)電類(lèi)傳感器存在的問(wèn)題，需從傳感原理和方法做出改進(jìn)。光纖傳感技術(shù)本質(zhì)上具備良好的抗電磁干擾能力和防爆能力，同時(shí)隨著制作工藝的深入研究和改進(jìn)，使其具備寬動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)范圍、高靈敏度等特點(diǎn)，光信號(hào)傳輸距離長(zhǎng)，便于組網(wǎng)，因此受到了國(guó)內(nèi)外研究人員的廣泛關(guān)注。特別是光纖光柵傳感檢測(cè)技術(shù)，還具備結(jié)構(gòu)體積小、便于靈活的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、封裝工藝易于操作、可實(shí)現(xiàn)多參數(shù)的檢測(cè)等突出特點(diǎn)。因此將光纖傳感技術(shù)引入到連續(xù)自動(dòng)稱(chēng)重系統(tǒng)中，具有積極作用。目前查到光纖傳感技術(shù)用于連續(xù)自動(dòng)稱(chēng)重的相關(guān)專(zhuān)利有:差動(dòng)應(yīng)變式光纖Bragg光柵懸浮型皮帶秤，專(zhuān)利號(hào)為CN201020103073.0，該專(zhuān)利利用了光纖光柵傳感技術(shù)，采用了懸臂梁式結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)物料稱(chēng)重，但是未對(duì)速度檢測(cè)進(jìn)行任何說(shuō)明。
[0004]對(duì)輸送速度的檢測(cè)，目前采取的方法是在物料輸送設(shè)備上安裝速度傳感器，但是，速度傳感器和稱(chēng)重裝置安裝的位置不在同一處，這導(dǎo)致速度的檢測(cè)結(jié)果和瞬時(shí)重量處的速度很難保持同步，最終影響到連續(xù)自動(dòng)稱(chēng)重系統(tǒng)輸出結(jié)果的精度。另外，速度傳感器安裝的方法通常是在物料輸送帶上安裝一個(gè)轉(zhuǎn)輪，通過(guò)測(cè)量轉(zhuǎn)輪的轉(zhuǎn)速間接得到物料帶的輸送速度，這種開(kāi)放式的安裝易受輸送帶工況的影響，例如有物料灑落在輸送帶和轉(zhuǎn)輪之間、輸送帶和轉(zhuǎn)輪之間有相對(duì)滑動(dòng)、輸送帶張力的變化等等，都會(huì)導(dǎo)致速度測(cè)量結(jié)果不準(zhǔn)確。針對(duì)上述問(wèn)題，發(fā)明專(zhuān)利“免速度傳感器皮帶秤”(專(zhuān)利號(hào):CN200610170293.3)采用了托輥上安裝偏心塊的方法實(shí)現(xiàn)了無(wú)速度傳感器的連續(xù)自動(dòng)稱(chēng)重功能，但免除速度傳感器的連續(xù)自動(dòng)稱(chēng)重方法應(yīng)不限于這一種。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對(duì)【背景技術(shù)】中的問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種免速度傳感器的光纖傳感連續(xù)自動(dòng)稱(chēng)重系統(tǒng)及方法。
[0006]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的技術(shù)方案為:一種免速度傳感器的光纖傳感連續(xù)自動(dòng)稱(chēng)重系統(tǒng)，其特征在于:它包括第一光纖光柵傳感稱(chēng)重裝置、第二光纖光柵傳感稱(chēng)重裝置、光纖光柵解調(diào)儀和計(jì)算機(jī)；
[0007]其中第一光纖光柵傳感稱(chēng)重裝置和第二光纖光柵傳感稱(chēng)重裝置的結(jié)構(gòu)相同，分別包括用于傳遞物料輸送帶上物料的重量的傳力部件和用于將物料的重量轉(zhuǎn)換為光信號(hào)的光纖光柵應(yīng)變傳感器，兩個(gè)傳力部件分別設(shè)置在物料輸送帶按物料傳送方向的前端和后端，傳力部件的輸出端分別與光纖光柵應(yīng)變傳感器的輸入端連接，兩個(gè)光纖光柵應(yīng)變傳感器的輸出端均通過(guò)傳輸光路與光纖光柵解調(diào)儀連接，光纖光柵解調(diào)儀將兩路光信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)后通過(guò)通信接口傳輸給計(jì)算機(jī)。
[0008]按上述方案，所述的傳力部件為橋式、懸臂梁式、平行梁式和軸銷(xiāo)式結(jié)構(gòu)中的一種。
[0009]一種利用 上述免速度傳感器的光纖傳感連續(xù)自動(dòng)稱(chēng)重系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的光纖傳感連續(xù)自動(dòng)稱(chēng)重方法，其特征在于:它包括以下步驟:
[0010]實(shí)時(shí)采集光纖光柵應(yīng)變傳感器的信號(hào)即得到物料連續(xù)載荷信號(hào)，令第一光纖光柵傳感稱(chēng)重裝置和第二光纖光柵傳感稱(chēng)重裝置檢測(cè)到的物料連續(xù)載荷信號(hào)分別為Q1 (t)和q2(t)，求這兩路信號(hào)的互相關(guān)函數(shù):
[0011]R(t) = / q! (t) q2 (t+ τ ) d τ(I),
[0012]找出R(t)的極大值Max(R(t))對(duì)應(yīng)的時(shí)刻tQ，則tQ即Q1 (t)和q2 (t)之間的時(shí)延；
[0013]求出物料輸送帶的傳輸速度V:
[0014]V = L/t0(2)，
[0015]式中L為兩個(gè)傳力部件之間的距離；
[0016]獲得&時(shí)刻到t2時(shí)刻的累計(jì)流量Q:
[0017]Q = |tN(t)￥dt
[0018]式中q(t)為任意一個(gè)光纖光柵傳感稱(chēng)重裝置檢測(cè)到的物料連續(xù)載荷信號(hào)。
[0019]本發(fā)明的有益效果為:
[0020]1、本發(fā)明提供的免速度傳感器的光纖傳感連續(xù)自動(dòng)稱(chēng)重方案，免除了速度傳感器，這直接帶來(lái)兩方面的好處:一是實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)元件全光纖化，現(xiàn)場(chǎng)徹底免除了電類(lèi)傳感元件，使得稱(chēng)重系統(tǒng)能適應(yīng)惡劣的監(jiān)測(cè)環(huán)境，特別適合易燃、易爆物料連續(xù)自動(dòng)稱(chēng)重的場(chǎng)合；二是減少了一個(gè)測(cè)量單元，從而減少了一個(gè)誤差源，還降低了稱(chēng)重系統(tǒng)的故障率，這使系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性得以提高。
[0021]2、傳力部件發(fā)展的較為成熟，可采用【背景技術(shù)】中提及的懸臂梁式結(jié)構(gòu)，還可以采用橋式、平行梁式和軸銷(xiāo)式等各種結(jié)構(gòu)，均可以達(dá)到傳遞物料重量的作用，這樣也進(jìn)一步的保證了參數(shù)采集的可行性和可靠性。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0022]圖1為本發(fā)明一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]圖2為本發(fā)明一實(shí)施例第一光纖光柵傳感稱(chēng)重裝置的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)曲線圖。
[0024]圖3為本發(fā)明一實(shí)施例第二光纖光柵傳感稱(chēng)重裝置的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)曲線圖。
[0025]圖4為圖2和圖3的曲線數(shù)據(jù)得到的互相關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)曲線。
[0026]圖中:1-物料機(jī)入口，2-物料輸送帶，3-第一光纖光柵傳感稱(chēng)重裝置，4-第二光纖光柵傳感稱(chēng)重裝置，5-第一傳力部件，6-第一光纖光柵應(yīng)變傳感器，7-第二傳力部件，8-第二光纖光柵應(yīng)變傳感器，9-第一傳輸光路,10-第二傳輸光路,11-光纖光柵解調(diào)儀，12-計(jì)算機(jī)。
【具體實(shí)施方式】
[0027]下面結(jié)合具體實(shí)例和附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。
[0028]圖1為本發(fā)明一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖，它包括第一光纖光柵傳感稱(chēng)重裝置3、第二光纖光柵傳感稱(chēng)重裝置4、光纖光柵解調(diào)儀11和計(jì)算機(jī)12 ;其中第一光纖光柵傳感稱(chēng)重裝置3和第二光纖光柵傳感稱(chēng)重裝置4的結(jié)構(gòu)相同，分別包括用于傳遞物料輸送帶上物料的重量的傳力部件(本實(shí)施例中為圖中第一傳力部件5和第二傳力部件7)和用于將物料的重量轉(zhuǎn)換為光信號(hào)的光纖光柵應(yīng)變傳感器(本實(shí)施例中為圖中第一光纖光柵應(yīng)變傳感器6和第二光纖光柵應(yīng)變傳感器8)，兩個(gè)傳力部件分別設(shè)置在物料輸送帶2按物料傳送方向的前端和后端，傳力部件的輸出端分別與光纖光柵應(yīng)變傳感器的輸入端連接，兩個(gè)光纖光柵應(yīng)變傳感器的輸出端均通過(guò)傳輸光路(本實(shí)施例中為圖中第一傳輸光路9和第二傳輸光路10)與光纖光柵解調(diào)儀11連接，光纖光柵解調(diào)儀11將兩路光信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)后通過(guò)通信接口傳輸給計(jì)算機(jī)12。
[0029]物料通過(guò)物料機(jī)入口 I送至物料輸送帶2，第一傳力部件5首先接收到物料重量的信號(hào)，并將物料的連續(xù)載荷作用傳至第一光纖光柵應(yīng)變傳感器6，第一光纖光柵應(yīng)變傳感器6的信號(hào)通過(guò)第一傳輸光路9送至光纖光柵解調(diào)儀11中；緊接著第二傳力部件7接收到物料重量的信號(hào)，并將物料的連續(xù)載荷作用傳至第二光纖光柵應(yīng)變傳感器8，第二光纖光柵應(yīng)變傳感器8的信號(hào)通過(guò)第二傳輸光路10送至光纖光柵解調(diào)儀11中；從第一光纖光柵傳感稱(chēng)重裝置3和第二光纖光柵傳感稱(chēng)重裝置4得的到兩路信號(hào)，經(jīng)過(guò)光纖光柵解調(diào)儀11的處理變成數(shù)字信號(hào)后，利用通信接口送至計(jì)算機(jī)12 ;通過(guò)計(jì)算機(jī)12上的數(shù)據(jù)處理軟件即可得到物料的流量信息，最終實(shí)現(xiàn)本發(fā)明系統(tǒng)的連續(xù)自動(dòng)稱(chēng)重功能。
[0030]傳力部件為橋式、懸臂梁式、平行梁式和軸銷(xiāo)式結(jié)構(gòu)中的一種。
[0031]一種利用上述免速度傳感器的光纖傳感連續(xù)自動(dòng)稱(chēng)重系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的光纖傳感連續(xù)自動(dòng)稱(chēng)重方法，它包括以下步驟:
[0032]實(shí)時(shí)采集光纖光柵應(yīng)變傳感器的信號(hào)即得到物料連續(xù)載荷信號(hào)，令第一光纖光柵傳感稱(chēng)重裝置和第二光纖光柵傳感稱(chēng)重裝置檢測(cè)到的物料連續(xù)載荷信號(hào)分別為Q1 (t)和q2(t)，求這兩路信號(hào)的互相關(guān)函數(shù):
[0033]R(t) = / Q1 (t) q2 (t+ τ ) d τ (I),
[0034]找出R(t)的極大值Max(R(t))對(duì)應(yīng)的時(shí)刻t。，則t。即Q1 (t)和q2 (t)之間的時(shí)延；
[0035]求出物料輸送帶的傳輸速度V:
[0036]V = L/t0(2)，
[0037]式中L為兩個(gè)傳力部件之間的距離；
[0038]獲得&時(shí)刻到t2時(shí)刻的累計(jì)流量Q:
[0039]
【權(quán)利要求】
1.一種免速度傳感器的光纖傳感連續(xù)自動(dòng)稱(chēng)重系統(tǒng)，其特征在于:它包括第一光纖光柵傳感稱(chēng)重裝置、第二光纖光柵傳感稱(chēng)重裝置、光纖光柵解調(diào)儀和計(jì)算機(jī)； 其中第一光纖光柵傳感稱(chēng)重裝置和第二光纖光柵傳感稱(chēng)重裝置的結(jié)構(gòu)相同，分別包括用于傳遞物料輸送帶上物料的重量的傳力部件和用于將物料的重量轉(zhuǎn)換為光信號(hào)的光纖光柵應(yīng)變傳感器，兩個(gè)傳力部件分別設(shè)置在物料輸送帶按物料傳送方向的前端和后端，傳力部件的輸出端分別與光纖光柵應(yīng)變傳感器的輸入端連接，兩個(gè)光纖光柵應(yīng)變傳感器的輸出端均通過(guò)傳輸光路與光纖光柵解調(diào)儀連接，光纖光柵解調(diào)儀將兩路光信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)后通過(guò)通信接口傳輸給計(jì)算機(jī)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的免速度傳感器的光纖傳感連續(xù)自動(dòng)稱(chēng)重系統(tǒng)，其特征在于:所述的傳力部件為橋式、懸臂梁式、平行梁式和軸銷(xiāo)式結(jié)構(gòu)中的一種。
3.一種利用權(quán)利要求1或2所述的免速度傳感器的光纖傳感連續(xù)自動(dòng)稱(chēng)重系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的光纖傳感連續(xù)自動(dòng)稱(chēng)重方法，其特征在于:它包括以下步驟: 實(shí)時(shí)采集光纖光柵應(yīng)變傳感器的信號(hào)即得到物料連續(xù)載荷信號(hào)，令第一光纖光柵傳感稱(chēng)重裝置和第二光纖光柵傳感稱(chēng)重裝置檢測(cè)到的物料連續(xù)載荷信號(hào)分別為Q1 (t)和q2 (t)，求這兩路信號(hào)的互相關(guān)函數(shù):
R(t) = / q1 (t) q2 (t+ τ ) d τ (I), 找出R(t)的極大值Max(R(t))對(duì)應(yīng)的時(shí)刻tQ，則tQ即qi(t)和q2(t)之間的時(shí)延； 求出物料輸送帶的傳輸速度V: V = L/t0(2)， 式中L為兩個(gè)傳力部件之間的距離； 獲得h時(shí)刻到t2時(shí)刻的累計(jì)流量Q:
【文檔編號(hào)】G01G11/00GK103925973SQ201410162533
【公開(kāi)日】2014年7月16日 申請(qǐng)日期:2014年4月22日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月22日
【發(fā)明者】潘建軍, 李維來(lái), 李漢福, 周衛(wèi)東, 劉捷, 龐錦, 魯曉珊 申請(qǐng)人:武漢理工大學(xué)