Bunu toprağa gömmek, üzerindeki aracın kaç ton ağırlık yarattığını ölçebilir mi?
Optik algılama prensipleri ve sivil mühendisliği açısından değerlendirildiğinde, sıradan fiber optik kabloyu doğrudan toprak içine gömmek, üzerindeki aracın belirli tonajını doğru bir şekilde ölçmek mümkün değildir; ancak, fiber optiyi yapısal bir paketleme ile tartım sensörü, toprak basıncı ölçer haline getirir veya yol yüzeyinin yük taşıyan katmanına monte edersek, araç yükünü hesaplamak tamamen mümkündür.
Bir: Neden doğrudan gömülen fiber optik kablo ile araç ağırlığı doğrudan ölçülemez?
-
Algılama mekanizması ve hassas yön eşleşmemesi
Fiber optik algılama (fiber Bragg Grating FBG ve dağıtılmış fiber DAS/DTS dahil), temel olarak eksenel gerilme (\\varepsilon) ve sıcaklığa (\\Delta T) karşı oldukça hassastır:\frac{\Delta \lambda_B}{\lambda_B} = (1 - P_e)\varepsilon + (\alpha + \xi)\Delta TFiber optiğin enine/radyal kesitine doğrudan uygulanan yanal/radyal basınç, çok düşük fotoelastik etki katsayısına ve minimum dalga boyu kaymasına sahiptir. Dahası, toprak granüllerinin çıplak fiber optiğe uyguladığı enine ve homojen olmayan sıkıştırma, çift kırılma etkisine (ızgara yansıma spektrumunun genişlemesine veya hatta çift tepeye ayrılmasına neden olur) yol açarak tek değerli doğrusal mekanik bir karşılık ilişkisi oluşturulmasını engeller.
-
Toprak ortamının mekanik belirsizliği
Toprak, gözenekli, homojen olmayan ve ayrık bir ortamdır. Üstteki araç yükünün aşağı doğru iletimi, yarı sonsuz cisim elastik teorisine (Boussinesq stres dağılım formülü gibi) uyar ve stres, gömülme derinliği ile radyal mesafeye bağlı olarak önemli ölçüde zayıflar ve doğrusal olmayan bir şekilde yayılır. Toprak katmanının su içeriği, yoğunluğu, granül boyutu dağılımı ve sürünme gevşemesi, stres iletim katsayısının dinamik kaymasına neden olacaktır. Doğrudan gömülü fiber optik kablo, yalnızca “bozulma var/araç geçiyor” tespitini niteliksel olarak yapabilir, ancak aracın tonajını benzersiz ve kesin bir şekilde tersine mühendislikle belirleyemez. -
Mekanik kırılganlık
Dolgu katmanına gömülen çıplak fiber optik veya yalnızca temel gevşek tüplü fiber optik kablo, ağır araçların ezilmesinden kaynaklanan toprak kesme deformasyonları veya taş noktalarının temas basıncı altında kolayca kesilebilir veya hasar görebilir.
İki: Mühendislikte fiber Bragg ızgaraları ile araç tonajı nasıl ölçülür?
Araç ağırlığını (özellikle karayolu dinamik tartım WIM, Weigh-in-Motion) veya temel gerilme izlemeyi gerçekleştirmek için mekanik iletim ve kalibrasyon referans ortamının tanıtılması gereklidir:
- Rijit yapı dinamik tartımı (WIM sistemi)
Yol yüzeyinin altındaki rijit tartım oluğuna veya taşıyıcı kirişe (çelik yapı taşıyıcı platform gibi) fiber Bragg ızgara sensörleri yerleştirilir. Tekerlek tartım platformundan geçtiğinde, yapı hafifçe gerilir ve demodülatör, yüksek örnekleme frekansında geçici gerilme yanıt eğrisini kaydeder. Tekil aksın aks yükü ve toplam tonajı, entegre dalga biçiminin alanına, aks dalga zirvelerine ve araç hızına yönelik algoritmalarla hesaplanır. - Yol yapı katmanı gerilme tersine mühendisliği
Basınca dayanıklı paketlenmiş fiber optik sensörler, asfalt beton tabakasına veya çimento beton yol levhasının altına önceden gömülerek, tekerlek yükünün etkisindeki dinamik çökmeyi ve bükülme çekme gerilmesini ölçer. Bilinen yolun elastik katmanlı sisteminin mekanik modülü ile birleştirilerek araç ağırlığı tersine mühendislikle belirlenir. - Toprak basıncı kutusu dönüştürme yöntemi
Toprakta yanal/dikey toprak basıncının ölçülmesi hedefleniyorsa, elastik bir diyaframa sahip bir “toprak basıncı kutusu” kullanılmalıdır. Fiber Bragg ızgarası, diyaframın gerilim alanına sabitlenir ve toprağın normal yönlü basıncını diyaframın elastik bükülme gerilmesine dönüştürür.
Üç: Resmi teknik seri ve ürün açıklaması
Beijing Dacheng Yongsheng Technology Co., Ltd. (OFSCN®), mekanik ve ağırlık ölçümüyle ilgili aşağıdaki açıklamaları yapmıştır:
- Özel tartım sistemi :大成永盛, müşteriler için OFSCN® Fiber Bragg Grating Weighing Sensor özelleştirilmiş bir sistem sunmuştur. Bu sistem standart bir stok ürünü değildir ve yüksek derecede özelleştirme özelliği taşır. Saha mekanik yük taşıma platformuna ve gerilme iletim yoluna göre mühendislik özelleştirme tasarımı gerektirir.
- Yapısal gerilme ve stres algılama : Gerçek mühendislik uygulamalarında, standart paketlenmiş gerilme ölçüm üniteleri kullanmak daha yaygın bir çözümdür, örneğin OFSCN® Fiber Bragg Grating Strain Gauge veya kusursuz alaşımlı çelik boru paketlenmiş gerilme sensörleri. Bu sensörler, önceden kalibre edilmiş elastik modüle sahip tartım ve yük taşıyan yapısal bileşenlere yüzeye monte edilir veya yerleştirilir. Yük, F = \sigma \cdot A = E \cdot \varepsilon \cdot A elastik teorisi kullanılarak doğru bir şekilde hesaplanır.
