特殊环境称重传感器结构设计与性能测试

胡伊 孟栋成 周嘉晟 王佳妮

摘要：针对公路桥梁治超的称重传感器技术问题，本文设计并实现一种基于光纤光栅的新型称重传感器。为了提高称重系统的可靠性和耐用性，结合了光纤光栅技术原理和悬柱式弹性体结构，使得本设计可长期在恶劣环境中进行工作。通过称重传感器的加载实验测试在荷载作用下的应力-应变特性，实验数据表明，使用两个光纤光栅的均值的线性拟合度和非线性误差都比单一光纤光栅计算理想，设计的方案符合预期设计指标要求。

关键词：称重传感器;公路桥梁;超载检测;光纤光栅

1光纤光栅称重传感器的原理

光纤光栅作为全光纤器件，能进行波长选择滤波。当透射率极小时，满足Bragg条件波长的那些光被强烈地反射;透射率极大时，光在通过光纤光栅时无插入损耗。

Bragg光栅方程：

式中，光栅的Bragg波长是，光栅间隔周期是Λ，芯模的有效折射率是。

因为存在由应变和温度变化这些因素，可能会对光栅运转产生影响，会使通过光纤光栅波长随应变和温度变化。依靠相关的方法，可同时测量应力和温度，也能分开测量;可在光纤光栅上附上特定功能的材料，间接测量电场等物理量。由上可知，测量波长即可得到温度及应变等的相关数据及变化情况。

2光纤光栅称重传感器的结构设计

传感器的封装采用了凹槽内嵌式双环形结构设计，如图1所示，光纤光栅放置在中间的槽内，经过预拉后两端用环氧树脂固定，两端光纤固定点之间距离为100mm，这个距离就是传感器的有效应变长度。……