ITMO
en/ en

ISSN: 1023-5086

en/

ISSN: 1023-5086

Научно-технический

Оптический журнал

Полнотекстовый перевод журнала на английский язык издаётся Optica Publishing Group под названием “Journal of Optical Technology“

Подача статьи Подать статью
Больше информации Назад

DOI: 10.17586/1023-5086-2024-91-04-50-59

УДК: 681.7.068

Разработка и исследование метода измерения скорости и веса движущихся объектов с применением волоконных решёток Брэгга

Козлова А.И., Моор Я.Д., Варжель С.В., Комисаров В.А., Калязина Д.В., Савин В.В.

Полный текст на elibrary.ru

Публикация в Journal of Optical Technology

Ссылка для цитирования:

Козлова А.И., Моор Я.Д., Варжель С.В., Комисаров В.А., Калязина Д.В., Савин В.В. Разработка и исследование метода измерения скорости и веса движущихся объектов с применением волоконных решёток Брэгга // Оптический журнал. 2024. Т. 91. № 4. С. 50–59. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2024-91-04-50-59

 

Kozlova A.I., Moor Ia.D., Varzhel S.V., Komisarov V.A., Kaliazina D.V., Savin V.V. Development and study of a method for measuring the speed and weight of moving objects using fiber Bragg gratings [in Russian] // Opticheskii Zhurnal. 2024. V. 91. № 4. P. 50–59. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2024-91-04-50-59

Ссылка на англоязычную версию:

Aleksandra Kozlova, Ianina Moor, Sergey Varzhel, Vladislav Komisarov, Daria Kaliazina, and Vladislav Savin, "Development and investigation of a method for measuring the speed and weight of moving objects using fiber Bragg gratings," Journal of Optical Technology. 91(4), 242-246 (2024).  https://doi.org/10.1364/JOT.91.000242

Аннотация:

Предмет исследования. В данной работе исследовался способ динамического взвешивания движущихся объектов путём регистрации потока излучения с использованием волоконных брэгговских решёток. Цель работы. Разработка и апробация в лабораторных условиях методики измерения параметров движущихся объектов. Метод. Разработанный метод основан на регистрации изменения потока излучения, отражённого от чувствительного элемента, который состоит из двух волоконных брэгговских решёток и чирпированной волоконной брэгговской решётки. При воздействии нагрузкой на чувствительный элемент спектр отражения волоконной брэгговской решётки попадает на резко возрастающую область спектрального отклика чирпированной волоконной брэгговской решётки и значение потока излучения, приходящее на устройство опроса, становится равным интенсивности излучения перекрёстного участка двух спектральных откликов дифракционных структур. В качестве приёмника излучения используется двухканальный измеритель мощности. На основании полученных данных можно судить о вышеуказанных параметрах движущегося объекта. Основные результаты. В ходе работы предложен новый метод измерения веса в движении и скорости движущихся объектов с использованием волоконных брэгговских решёток и чирпированной волоконной брэгговской решётки. Проведены экспериментальные исследования по динамическому и статическому взвешиванию. На основе экспериментальных данных построены и приведены зависимости амплитуды сигнала от времени при различных значениях массы груза, а также расчёт скорости исследуемого объекта. Практическая значимость. Предложенное в работе научно­техническое решение представляет интерес в дальнейшей разработке и эксплуатации автоматических систем весогабаритного контроля. С помощью предложенного метода можно оптимизировать процесс контроля веса и скорости движущихся объектов для обеспечения безопасности дорожного движения.

Ключевые слова:

система взвешивания в движении, измерение скорости, волоконная брэгговская решётка, чирпированная волоконная брэгговская решётка, температурная компенсация, волоконно-оптическая система

Благодарность:
работа выполнена в рамках государственного задания Министерства науки и высшего образования Российской Федерации (проект № FSER-2024-0006)

Коды OCIS: 060.0060, 060.2310, 060.3735

Список источников:
  1. Wang J., Wu M. An overview of research on weighin-motion system // Fifth World Congress on Intelligent Control and Automation (IEEE Cat. No. 04EX788). 2004. V. 6. P. 5241–5244. https://doi.org/10.1109/WCICA.2004.1343721
  2. Распоряжение 1328-р. Технические требования к оборудованию автоматических пунктов весогабаритного контроля на автомобильных дорогах общего пользования федерального значения / 1328 р [Electronic resource]. URL: https://meganorm.ru/Data2/1/4293752/4293752482.htm (accessed: 20.09.2023)
  3. Sujon M., Dai F. Application of weigh-in-motion technologies for pavement and bridge response monitoring: State-of-the-art review // Automation in Construction. 2021. V. 130. P. 103844. https://doi.org/10.1016/j.autcon.2021.103844
  4. Евстигнеев И.А. Основы создания интеллектуальных транспортных систем в городских агломерациях России. М.: Издательство «Перо», 2021. P. 30–52.
  5. Dontu A.I., Barsanescu P.D., Andrusca L. Weigh-in-motion sensors and traffic monitoring systems — Sate of the art and development trends // IOP Conf. Ser.: Mater. Sci. Eng. IOP Publishing 2020. V. 997. № 1. P. 012113. https://doi.org/10.1088/1757-899X/997/1/012113
  6. Xiong H., Zhang Y. Feasibility study for using piezoelectric-based weigh-in-motion (WIM) system on public roadway: 15 // Applied Sciences. Multidisciplinary Digital Publishing Institute. 2019. V. 9. № 15. P. 3098. https://doi.org/10.3390/app9153098
  7. Di Giacinto D., Musone V., Laudante G. Weight-in-Motion system for traffic overload detection: Development and experimental testing // Civil Structural Health Monitoring / Ed. Rainieri C. et al. Cham: Springer International Publishing, 2021. P. 403–413. https://doi.org/10.1007/978-3-030-74258-4_27
  8. Huang Y., Lu P., Bridgelall R. Weigh-In-Motion system in flexible pavements using fiber Bragg grating sensors part A: Concept // IEEE Transactions on Intelligent Transportation Systems. 2020. V. 21. № 12. P. 5136–5147. https://doi.org/10.1109/TITS.2019.2949242
  9. Alamandala S., Putha K., Prasad R.S. FBG sensing system to study the bridge weigh-in-motion for measuring the vehicle parameters // 2018 3rd International Conference on Microwave and Photonics (ICMAP). 2018. P. 1–2. https://doi.org/10.1109/ICMAP.2018.8354527
  10. Wang K., Wei Z., Zhang H. Fiber-Bragg-grating-based weigh-in-motion system using fiber-reinforced composites as the load-supporting material // OE. SPIE. 2006. V. 45. № 6. P. 064401. https://doi.org/10.1117/1.2209994
  11. Yuksel K., Kinet D., Chah K. Implementation of a mobile platform based on fiber Bragg grating sensors for automotive traffic monitoring // Sensors. 2020. V. 20. № 6. P. 1567. https://doi.org/10.3390/s20061567
  12. Yüksel K., Kinet D., Moeyaert V. Railway monitoring system using optical fiber grating accelerometers // Smart Materials and Structures. IOP Publishing. 2018. V. 27. № 10. P. 105033. https://doi.org/10.1088/1361-665X/aadb62
  13. Chen S.Z., Wu G., Feng D.C. Damage detection of highway bridges based on long-gauge strain response under stochastic traffic flow // Mechanical Systems and Signal Processing. 2019. V. 127. P. 551–572.  https://doi.org/10.1016/j.ymssp.2019.03.022
  14. Othonos A. Fiber bragg gratings // Review of scientific instruments. American Institute of Physics. 1997. V. 68. № 12. P. 4309–4341. https://doi.org/10.1063/1.1148392
  15. Dmitriev A.A., Gribaev A.I., Varzhel S.V. High-performance fiber Bragg gratings arrays inscription method // Optical Fiber Technology. 2021. V. 63. P. 102508. https://doi.org/10.1016/j.yofte.2021.102508
  16. Идрисов Р.Ф., Грибаев А.И., Стам А.М., Варжель С.В., Сложеникина Ю.И., Коннов К.А. Запись наложенных волоконных брэгговских решеток с использованием интерферометра Тэлбота // Оптический журнал. 2017. Т.  84. № 10.  С. 56–60.
  17. Gribaev A.I., Pavlishin I.V., Stam A.M. Laboratory setup for fiber Bragg gratings inscription based on Talbot interferometer // Optical and Quantum Electronics. Springer. 2016. V. 48. P. 1–7.  https://doi.org/10.1007/s11082-016-0816-3
  18. Fajkus M.F.M., Nedoma J. PDMS-FBG-based fiber optic system for traffic monitoring in urban areas // IEEE Access. 2020. V. 8. P. 127648–127658. https://doi.org/10.1109/ACCESS.2020.3006985
  19. Kouroussis G., Caucheteur C., Kinet D. Review of trackside monitoring solutions: From strain gages to optical fibre sensors // Sensors. 2015. V. 15. № 8. P. 20115–20139. https://doi.org/10.3390/s150820115
  20. Дышенко В.С., Раскутин А.Е., Зуев М.А. Дорожный детектор в системах безостановочного автоматического взвешивания // Труды ВИАМ. 2016. № 5 (41). P. 111–116.