[发明专利]一种基于长标距光纤光栅传感技术的桥梁动态称重方法及动态称重系统

权利要求书

1.一种基于长标距光纤光栅传感技术的桥梁动态称重方法，其特征在于，步骤为：

1)、长标距传感器布设：沿桥梁的长度方向在车辆初始驶入和最终驶出的两个边跨单元和位于两个边跨单元之间分别布设长标距传感器；

2)待识别车辆荷载工况监测：采集在待识别车辆荷载工况下各个传感单元的应变响应数据，计算仅由轴重引起的各个传感单元的最大应变Dε′_i；

3)标准车辆荷载工况监测：将已知各项参数的车辆作为标准车辆，采集在标准车辆荷载工况下各个传感单元的应变响应数据，计算仅由轴重引起的各个传感单元的最大应变ε′_i；

4)待识别车辆荷载工况下的车辆荷载识别：

${\mathrm{CL}}_i=\frac{{\mathrm{D\ϵ}}_i^{\′}}{{\mathrm{\ϵ}}_i^{\′}}*BCL$

式中：CL_i为第i个单元上识别的车辆载重，BCL为标准车辆的车辆载重。

2.根据权利要求1所述的桥梁动态称重方法，其特征在于，步骤2)中，计算最大应变Dε′_i的方法如下：

21)从各个传感单元中采集的应变时程数据中提取各个单元的最大应变值Dε_i；

22)对两个边跨单元的数据，进行一阶差分处理，并从这两组差分数据中寻找多个峰值MP_k及其发生的时间，并进一步得到：

${\mathrm{DKp}}_k=\frac{{\mathrm{MP}}_k}{{\mathrm{MP}}_{na}}$

${\mathrm{DV}}_k=\frac{rx-lx}{{\mathrm{rt}}_k-{\mathrm{lt}}_k}$

Dd_k＝DV_k+1*(lt_k+1-lt_k),k＝1,2,…,na

式中：DKp_k即为识别的第k个车轴的轴重比，MP_k为第k个峰值，na为峰值数，即为该荷载工况下识别的车轴数；DV_k为识别的第k个车轴的速度，rx，lx分布为右边跨单元与左边跨单元位置，rt_k,lt_k分别为右边跨与左边跨单元上对应MP_k发生的时间；Dd_k为识别的第k+1个轴与第k个轴的轴距；

23)在步骤22)的结果上，识别各个单元产生最大应变值时车轴加载模式的分界点；由于有na个车轴，故有na-1个分界点：

${\mathrm{Ddp}}_m=\frac{({\mathrm{Dkp}}_{m+1}{\mathrm{DV}}_{m+1}+...+{\mathrm{Dkp}}_{na-1}{\mathrm{DV}}_{na-1}+{\mathrm{DV}}_{na})L}{fdp},m=1,2,...,na-1$

式中：fdp＝Dkp₁DV₁+Dkp₂DV₂+…+Dkp_mDV_m+…+Dkp_na-1DV_na-1+DV_na，Ddp_m为第m个分界点；

由计算出的分界点可知：在Ddp_m-1和Ddp_m点之间的单元发生最大应变值的加载模式为倒数第m-1个车轴加载在影响线峰值处，即倒数第m-1个车轴加载在该区域的相应单元；

24)计算该车辆荷载工况下由于轴距和轴重比引起的在各个单元上的影响因子Dr_i:

当a_i≤Ddp₁

${\mathrm{Dr}}_i=\frac{{\mathrm{Dkp}}_1}{fr}*\frac{{\mathrm{Dd}}_1}{b_i}+...+\frac{{\mathrm{Dkp}}_1+...+{\mathrm{Dkp}}_k}{fr}*\frac{{\mathrm{Dd}}_k}{b_i}+...+\frac{{\mathrm{Dkp}}_1+...+{\mathrm{Dkp}}_{na-1}}{fr}*\frac{{\mathrm{Dd}}_{na-1}}{b_i}$

当a_i≥Ddp_na-1

$\begin{array}{c}{\mathrm{Dr}}_i=\frac{{\mathrm{Dkp}}_2+\mathrm{...}+{\mathrm{Dkp}}_{na-1}+1}{fr}*\frac{{\mathrm{Dd}}_1}{a_i}+\mathrm{...}+\frac{{\mathrm{Dkp}}_{k+1}+\mathrm{...}+{\mathrm{Dkp}}_{na-1}+1}{fr}*\frac{{\mathrm{Dd}}_k}{a_i}+\mathrm{...}+\frac{1}{fr}\\ *\frac{{\mathrm{Dd}}_{na-1}}{a_i}\end{array}$

当Ddp_m-1≤a_i<Ddp_m

$\begin{array}{c}{\mathrm{Dr}}_i=\frac{{\mathrm{Dkp}}_1}{fr}*\frac{{\mathrm{Dd}}_1}{b_i}+\mathrm{...}+\frac{{\mathrm{Dkp}}_1+\mathrm{...}+{\mathrm{Dkp}}_{i-1}}{fr}*\frac{{\mathrm{Dd}}_{i-1}}{b_i}+\frac{{\mathrm{Dkp}}_{i+1}+\mathrm{...}+{\mathrm{Dkp}}_{na-1}+1}{fr}*\frac{{\mathrm{Dd}}_i}{a_i}\\ +\mathrm{...}+\frac{1}{fr}*\frac{{\mathrm{Dd}}_{na-1}}{a_i}\end{array}$

式中：fr＝Dkp₁+Dkp₂+…+Dkp_na-1+1；a_i为第i个传感单元的位置；b_i＝L-a_i；

25)计算仅由轴重引起的各个传感单元的最大应变Dε′_i：

${\mathrm{D\&epsiv;}}_i^{\&prime;}=\frac{{\mathrm{D\&epsiv;}}_i}{1+{\mathrm{Dr}}_i}.$