基于光纤光栅的汽车动态称重系统的研究

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1、武汉理r大学硕士学位论文摘要随着交通运输业的飞速发展，汽车超载现象也日益严重。车辆超载不仅会对交通设施造成损坏，还极易引发交通事故。因此，车辆动态检测仪器在交通运输管理系统中的地位日趋重要。对过往车辆进行实时的动态监控，首先需要设计相应的用以获取车辆信号的传感器。目前，常用的动态称重传感器主要有：压电式、电容式和弯曲盘式等，然而在实际应用中，由于各种干扰因素的影响，这些传感器存在着一些这样或那样的缺点，如测量结果随温度、时间的变化存在漂移、抗电磁干扰能力差、安装不方便，不能满足交通管理现代化的需求等等。近年来，随着光纤传感技术的成熟，光纤光栅在很多控制、测量

2、领域得到了广泛的应用。本文选用光纤光栅作为敏感元件，对基于光纤光栅的汽车动态称重系统进行了研究，所做的主要工作包括：(1)通过对光纤光栅传感特性与解调技术的研究，将传感器的敏感元确定为啁啾光栅，而不是传感中更常用的光纤布喇格光栅：(2)分析了汽车动态模型和汽车动力荷载，并研究了振动对汽车动态称重的影响，给出了汽车动态荷载模型，在此基础上对动态称重系统的总体结构进行设计：(3)分析了动态称重信号特征和影响动态称重精度的原因，提出了利用经验模分解算法处理动态称重信号，分析了经验模态分解处理信号时产生误差的原因，给出了改进方法。并且对经验模态分解算法处理动态称重数

3、据不够彻底进行了分析和说明，提出了在经验模态分解处理的基础上，利用优化算法进行改进，并利用matlab进行r仿真。(4)分析了现有有效信号截取方法的不足，给出了能够准确截取有效信号的方法，然后通过大量的实验，利用采集到的数据进行算法比较，验证了改进后的经验模态方法处理动态称重信号的效果。从目前对实际车辆在不同速度下的称重结果来看，本文所设计的汽车动态称重系统达到了较高的精度，是比较成功的。当然汽车动态称重系统涉及到多方面、多学科的知识，目前的研究工作还有许多困难，离完全的商业化应用有较大差距，但是只要原理依据充分，结构设计合理，软件算法恰当，相信基于光纤光栅

4、的汽车动态称重系统研究不仅具有学术价值，还有更广阔的应用背景。关键词：动态称重，光纤光栅，数据采集，经验模分解，优化算法武汉理1：入学硕十学俜论文AbstractWiththerapiddevelopmentofthetransportationindustry,over-loadingiscomingfrombadtoworse．Over-loadingnotonlydestroystrafficinfrastructures，butalsocausestrafficaccidentsfrequently．So，Weight—in-motion(WIM)s

5、ysteminthetransportmanagementsystemisbecomingmoreandmoreimportant．Inordertodetectthetraffics’weightinmotioninrealtime，sensorstocapturethesignaloftrafficsshouldbedesignedfirst．Atpresent，therearesomekindsofsensorsusedinWIMsystemsuchaspiezoelectricitysensor,capacitancesensor,bendplant

6、sensorandSOon．Butinpracticalapplicationthesesensorshavemanydisadvantagesbecauseofthebadconditionsintheinvestments．Forexample，theirmeasuringresultsshiftalongwiththechangesoftemperatureandtime．Theyhavelowelectromagnetismanti-jammingqualityandcomplicatedequipmentofinstruments，etc．Nowa

7、days，withthematurityoffiberopticalsensingtechnology,fibergratinghadbeenwidelyappliedincontrollingandmeasuringfields．Soweselectfibergratingasthesenseorganfortheresearchingofthevehicleweigh·in—motionsystem．Themainworkinchdes：(1)researchedthetechnologyofthefibergratingsensorycharacter

8、isticpropertyanddemodulati