УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЗВЕШИВАНИЯ ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ

Устройство для взвешивания транспортных средств
Полезная модель относится к измерительной технике и предназначена для взвешивания преимущественно железнодорожных транспортных средств в движении и может быть использовано для взвешивания транспортных средств как в целом, так и поосно, поколесно, потележечно.
Известны весы для ноосного взвешивания железнодорожных объектов, содержащие опорную конструкцию из железобетонных плит, грузоприемное устройство из опорной металлической плиты и рамы, при этом металлическая плита монтируется на одной из железобетонных плит с помощью анкеров с выравнивающими узлами, а затем на металлической плите монтируется силоизмерительные датчики. Рама выполняется из измерительных рельс и поперечных связей. Кроме этого, весы снабжены измерительным комплексом, электрически соединенным с датчиками (см. заявку РФ на изобретение №93039942/10, G01 О 19/06, опубл. 27.05.96 /1/). Недостатком известных весов является сложность конструкции и значительные капитальные затраты на их сооружение.
Известно устройство для взвешивания транспортных средств в статике и в движении в режимах поколесного, поосного и потележечного взвешивания (см. заявку РФ на изобретение №94023629, G01 G 19/02, опубл. 27.01.96 /2/). Устройство содержит опорно-подъездную часть с весоизмерительными датчиками.
платформу, установленную на датчиках, причем платформа и опорно-подъездная часть связаны между собой растяжками.
Недостатком известного устройства является сложность конструкции и необходимость значительных капиталовложений, а также необходимость прекращения движения поездов при сооружении весов.
Наиболее близким к заявляемому по своей технической сущности, является устройство для взвещивания транспортных средств, известное из описания к заявке РСТ .№89/02584, G01 G 19/02 /3/. Известное устройство содержит датчик деформации, выполненный в виде деформационного элемента из органического стекла, фотоприемник, оптически связанный через два выходных оптоволокна, закрепленные на деформируемом элементе, расщепитель светового луча и входное оптоволокно с источником света. Фотоприемник электрически соединен с блоком обработки информации, в качестве которого используется компьютер.
Световой поток в известном устройстве пропускается через деформируемый элемент, в результате деформации которого возникает искусственное двулучепреломление и вес определяется по изменению угла между векторами поляризации световых лучей.
Недостатком известного устройства является его относительно невысокая точность, что обусловлено несколькими факторами: наличие остаточных деформаций в деформируемом элементе, что приводит к возникновению наведенного двулучепреломления; малое изменение угла между векторами поляризации при приложении нагрузки к деформируемому элементу.
Кроме того, при значительных нагрузках, деформируемый элемент может быть разрущен.
иосш.с-
Заявляемое в качестве полезной модели устройство для взвешивания транспортных средств направлено на повышение точности измерения.
Указанный результат достигается тем, что устройство для взвешивания транспортных средств, содержит датчик деформации, выполненный в виде деформируемого элемента и фотоприемник, оптически связанный через выходные оптоволокна, закрепленные на деформируемом элементе, расшепитель светового луча и входное оптоволокно с источником света, а электрически - с блоком обработки информации, при этом деформируемый элемент выполнен с обеспечением относительного смещения концов выходных оптоволокон при его деформации, а фотоприемник снабжен диафрагмой, размер которой меньше полу периода интерференционной картины.
Указанный результат достигается также тем, что деформируемый элемент выполнен из металла.
Отличительными признаками заявляемого устройства являются:
-деформируемый элемент выполнен с обеспечением относительного смешения концов выходных оптоволокон при его деформации, -фотоприемник снабжен диафрагмой, размер которой меньше полупериода интерференционной картины, -деформируемый элемент выполнен из металла. То, что деформируемый элемент выполнен с обеспечением относительного смешения концов выходных оптоволокон при его деформации, позволяет повысить точность определения веса, т.к. измеряться будет не изменение угла между векторами поляризации, а число смещенных полос в интерференционной картине, формируемой двумя световыми лучами, выходящими из выходных
оптоволокон, a известно, что интерференционные методы обладают высокой чувствительноетью и точностью.
То, что фотонриемник снабжен диафрагмой, размер которой меньше нолунериода интерференционной картины также цовышает точность измерений и чувствительность устройства, т.к., во-первых, обеспечивает возможность регистрации изменений интерференционной картины вообще и при этом с чувствительностью сдвига картины на /2 ее полосы.
То, что деформируемый элемент выполнен из металла также позволяет повысить точность измерения, т.к. позволяет снизить влияние остаточных деформаций. Кроме того, металл в большей степени устойчив к разрушению по сравнению с пластиком.
Сушность заявляемой полезной модели поясняется примером реализации и чертежами. На фиг. 1 схематично представлена принципиальная блок-схема устройства; на фиг.2 представлены варианты выполнения датчика деформации: а) в виде плоской пружины, б) в виде пластины со смещаемыми элементами.
Устройство для взвешивания содержит источник света 1 в качестве которого может быть использован любой из известных лазеров (газовый, полупроводниковый и т.п.), который оптически сопряжен через входное онтоволокно 2, расшепитель 3 и выходные оптоволокна 4, закрепленные на деформируемом элементе 5 с фотоприемником 6. В качестве расшепителя может быть использован светоделительный кубик или онтоволоконный ветвитель, а в качестве фотоприемника - любой из числа известных со шелевой диафрагмой , размер которой меньше полупериода интерференционной картины (на чертеже не показан). Фотоприемник соединен с блоком обработки информации 7, в
качестве которого может быть использован персональный компьютер с соответствующим программным обеспечением.
Деформируемый элемент 5 в частном случае реализации может быть выполнен в виде плоской S - образной пружины, на разных частях которой, смещаемых относительно друг друга жестко закреплены выходные оптоволокна, например, с помощью хомутов 8 (фиг.2а).
В наиболее предпочтительном варианте реализации (фиг.2б) деформируемый элемент 5 выполнен в виде прямоугольной металлической пластины, снабженной накладками 9, выполненными из любого материала. Каждая из накладок жестко закреплена на деформируемой пластине в одной точке 10, например, с помощью болта, винта, заклепки и т.д.. В деформируемых элементах 5 выполнены отверстия 11 для закрепления датчика на силоизмерительных элементах (на чертежах не показаны).
Устройство работает следующим образом. Деформируемый элемент 5 закрепляется с помощью болтов на силоизмерительном элементе. В случае использования на железнодорожном транспорте таким элементом является рельс. Указанное обстоятельство позволяет использовать предлагаемое устройство без остановки движения поездов и легко перемещать его из одной точки измерения в другую. В случае использования устройства для взвещивания на автомобильном транспорте, необходимо вмонтировать силоизмерительные элементы в дорожное полотно с обеспечением движения по ним колес взвещиваемого транспортного средства. Такими силоизмерительными элементами могут служить Тобразные, П - образные и двутавровые балки, устанавливаемые на опорах.
При перемещении транспортного средства по снлоизмернтельному элементу, последний прогибается, что приводит к деформации растяжения деформируемого элемента 5, жестко закрепленного на рельсе (балке).
Световой поток от лазера 1 направляется по входному оптоволокну 2 на расщепитель 3, который разделяет входящий в него световой поток на два выходящих из него, примерно равной интенсивности. Оба световых потока направляются по выходным оптоволокнам 4, закрепленным на деформируемом элементе 5. Выходящие из волокон 4 световые потоки формируют интерференционную картину, которая регистрируется фотонриемником 6, сигнал с которого поступает на компьютер 7. При отсутствии каких-либо воздействий на деформируемый элемент 5, выходные оптоволокна находятся неподвижно относительно друг друга, и соответственно остается неподвижной интерференционная картина, регистрируемая фотоприемником 6.
Если же по рельсу, на котором закреплен деформируемый элемент 5, проходит поезд, то под действием силы тяжести рельс прогнется, что приведет к растяжению деформируемого элемента 5. В результате этого выходные оптоволокна 4 начнут смещаться относительно друг друга (см. фиг.За), что приведет к изменению разности фаз между лучами, выходящими из концов выходных волокон 4 и соответственно к смещению полос интерференционной картины. С помощью фотоприемника 6 и компьютера 7 определяется число полос интерференционной картины, на которое она сместится, и соответственно определяется величина деформации деформируемого элемента, пропорциональная числу полос смещения интерференционной картины.
При условии, что деформации деформируемого элемента происходят в области действия закона Гука, величина деформации будет пропорциональна величине прикладываемого к рельсу усилия, т.е. весу транспортного средства. Таким образом, чтобы обеспечить взвешивание транспортных средств достаточно проградуировать прикрепляемый к рельсу датчик путем приложения к рельсу эталонных весовых нагрузок (гирь и т.п.) и регистрация числа полос смещения интерференционной картины, вызванной этими нагрузками.
Датчик, представленньи на фиг.2а имеет небольшой недостаток, а именно - при изменении температуры окружающей среды возможна деформация рельса, и следовательно смешение концов выходных волокон относительно друг друга, что ведет к смешению полос интерференционной картины, и как следствие - к возможности смешения нулевого значения измерительного средства. Однако, это можно компенсировать аппаратно, поскольку измеряется число полос смешения интерференционной картины, вызванных прохождением транспортного средства по рельсу.
Наиболее предпочтительный вариант реализации датчика деформации, представленный на фиг.2б, частично устраняет этот недостаток. Например, если температура окружаюшей среды начнет возрастать, то под ее воздействием вместе с рельсом будет удлиняться и деформируемый элемент 5,и соответственно увеличиваться расстояние между точками 10 крепления накладок 9, но при этом будут удлиняться и сами накладки, а поскольку каждая из них закреплена в одной точке, то они начнут смешаться навстречу друг другу. Если накладки 9 выполнить из того же материала, что и элемент 5 или из материала с таким же коэффициентом термического расширения, то увеличение
расстояния между точками 10 и величина смещения накладок 9 навстречу друг другу будут равны, а следовательно смещение выходных оптоволокон 4 относительно друг друга будет равно нулю и интерференционная картина останется ненодвижной.
При нриложении же чисто силового воздействия к деформируемому элементу 5 (сжатия или растяжения) расстояние между точками 10 будет изменяться, что новлечет за собой и смещение накладок, т.к. они закреилены только в этих точках. В результате произойдет и смещение концов волокон 4 относительно друг друга, что влечет за собой возникновение разности фаз между лучами и смещение нолос интерференционной картины.
С помощью фотоприемника 6 и компьютера 7 определяется число нолос интерференционной картины, на которое она сместиться, и соответственно вычисляется деформация, т.е. изменение расстояния между точками 10.
Таким образом, предлагаемое устройство позволяет с высокой точностью измерять деформацию контролируемого объекта, исключив влияние внешних факторов на измеряемый параметр, и соответственно, определять вес транспортных средств как в статике, так в движении.