[发明专利]一种免速度传感器的光纤传感连续自动称重系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及光纤传感技术和动态称重衡器技术，特别涉及一种连续自动称重技术。

背景技术

连续自动称重系统作用是用于输送物料过程中的计量，广泛地应用在粮食、煤炭、矿山、冶金、建材、制药等领域。连续自动称重系统需具备两个基本的功能，一是物料连续载荷的检测，二是输送速度的检测。

目前，国内外连续自动称重系统中物料连续载荷基本上都是通过电类传感元件来检测，然而因为电类传感元件是有源器件，防潮防湿能力、抗电磁干扰能力、长期稳定性能在恶劣的监测条件下均表现较差，当长时间用在复杂监测环境下时，容易发生零点漂移等故障，极大的影响了监测结果的准确性和可靠性，另外，电信号在信道中的传输距离很短，使得称重系统信号传输线缆的铺设受到限制。针对电类传感器存在的问题，需从传感原理和方法做出改进。光纤传感技术本质上具备良好的抗电磁干扰能力和防爆能力，同时随着制作工艺的深入研究和改进，使其具备宽动态监测范围、高灵敏度等特点，光信号传输距离长，便于组网，因此受到了国内外研究人员的广泛关注。特别是光纤光栅传感检测技术，还具备结构体积小、便于灵活的结构设计、封装工艺易于操作、可实现多参数的检测等突出特点。因此将光纤传感技术引入到连续自动称重系统中，具有积极作用。目前查到光纤传感技术用于连续自动称重的相关专利有：差动应变式光纤Bragg光栅悬浮型皮带秤，专利号为CN201020103073.0，该专利利用了光纤光栅传感技术，采用了悬臂梁式结构实现物料称重，但是未对速度检测进行任何说明。

对输送速度的检测，目前采取的方法是在物料输送设备上安装速度传感器，但是，速度传感器和称重装置安装的位置不在同一处，这导致速度的检测结果和瞬时重量处的速度很难保持同步，最终影响到连续自动称重系统输出结果的精度。另外，速度传感器安装的方法通常是在物料输送带上安装一个转轮，通过测量转轮的转速间接得到物料带的输送速度，这种开放式的安装易受输送带工况的影响，例如有物料洒落在输送带和转轮之间、输送带和转轮之间有相对滑动、输送带张力的变化等等，都会导致速度测量结果不准确。针对上述问题，发明专利“免速度传感器皮带秤”(专利号：CN200610170293.3)采用了托辊上安装偏心块的方法实现了无速度传感器的连续自动称重功能，但免除速度传感器的连续自动称重方法应不限于这一种。

发明内容

针对背景技术中的问题，本发明提供了一种免速度传感器的光纤传感连续自动称重系统及方法。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：一种免速度传感器的光纤传感连续自动称重系统，其特征在于：它包括第一光纤光栅传感称重装置、第二光纤光栅传感称重装置、光纤光栅解调仪和计算机；

其中第一光纤光栅传感称重装置和第二光纤光栅传感称重装置的结构相同，分别包括用于传递物料输送带上物料的重量的传力部件和用于将物料的重量转换为光信号的光纤光栅应变传感器，两个传力部件分别设置在物料输送带按物料传送方向的前端和后端，传力部件的输出端分别与光纤光栅应变传感器的输入端连接，两个光纤光栅应变传感器的输出端均通过传输光路与光纤光栅解调仪连接，光纤光栅解调仪将两路光信号转换为数字信号后通过通信接口传输给计算机。

按上述方案，所述的传力部件为桥式、悬臂梁式、平行梁式和轴销式结构中的一种。

一种利用上述免速度传感器的光纤传感连续自动称重系统实现的光纤传感连续自动称重方法，其特征在于：它包括以下步骤：

实时采集光纤光栅应变传感器的信号即得到物料连续载荷信号，令第一光纤光栅传感称重装置和第二光纤光栅传感称重装置检测到的物料连续载荷信号分别为q₁(t)和q₂(t)，求这两路信号的互相关函数：

R(t)＝∫q₁(t)q₂(t+τ)dτ    (1)，

找出R(t)的极大值Max(R(t))对应的时刻t₀，则t₀即q₁(t)和q₂(t)之间的时延；

求出物料输送带的传输速度V：

V＝L/t₀          (2)，

式中L为两个传力部件之间的距离；

获得t₁时刻到t₂时刻的累计流量Q：