CZ309636B6 - Vláknový senzor pro dynamické vážení odpadu při vysypávání popelnic - Google Patents

Vláknový senzor pro dynamické vážení odpadu při vysypávání popelnic Download PDF

Info

Publication number
CZ309636B6
CZ309636B6 CZ2021-339A CZ2021339A CZ309636B6 CZ 309636 B6 CZ309636 B6 CZ 309636B6 CZ 2021339 A CZ2021339 A CZ 2021339A CZ 309636 B6 CZ309636 B6 CZ 309636B6
Authority
CZ
Czechia
Prior art keywords
bragg grating
waste
measuring
emptying
optical
Prior art date
Application number
CZ2021-339A
Other languages
English (en)
Other versions
CZ2021339A3 (cs
Inventor
Marcel Fajkus
Fajkus Marcel Ing., Ph.D
Michael Fridrich
Michael Ing Fridrich
Emil Bednár
Emil Ing Bednár
Stanislav Žabka
Stanislav Ing Žabka
Jan Nedoma
Nedoma Jan doc. Ing., Ph.D
Original Assignee
Vysoká Škola Báňská-Technická Univerzita Ostrava
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Vysoká Škola Báňská-Technická Univerzita Ostrava filed Critical Vysoká Škola Báňská-Technická Univerzita Ostrava
Priority to CZ2021-339A priority Critical patent/CZ309636B6/cs
Publication of CZ2021339A3 publication Critical patent/CZ2021339A3/cs
Publication of CZ309636B6 publication Critical patent/CZ309636B6/cs

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/16Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring the deformation in a solid, e.g. optical strain gauge
    • G01B11/165Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring the deformation in a solid, e.g. optical strain gauge by means of a grating deformed by the object
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01DMEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/26Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01GWEIGHING
    • G01G19/00Weighing apparatus or methods adapted for special purposes not provided for in the preceding groups
    • G01G19/08Weighing apparatus or methods adapted for special purposes not provided for in the preceding groups for incorporation in vehicles
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00Measuring force or stress, in general
    • G01L1/24Measuring force or stress, in general by measuring variations of optical properties of material when it is stressed, e.g. by photoelastic stress analysis using infrared, visible light, ultraviolet
    • G01L1/242Measuring force or stress, in general by measuring variations of optical properties of material when it is stressed, e.g. by photoelastic stress analysis using infrared, visible light, ultraviolet the material being an optical fibre
    • G01L1/246Measuring force or stress, in general by measuring variations of optical properties of material when it is stressed, e.g. by photoelastic stress analysis using infrared, visible light, ultraviolet the material being an optical fibre using integrated gratings, e.g. Bragg gratings
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/02Optical fibres with cladding with or without a coating

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Optical Transform (AREA)
  • Refuse-Collection Vehicles (AREA)

Abstract

Vláknový senzor pro dynamické vážení odpadu při vysypávání popelnic zahrnuje LED diodu (1), která je prostřednictvím optického vlákna (2) propojena s optickým cirkulátorem (3), ze kterého vychází dvě větve optických vláken (2), přičemž na první větvi se nachází měřicí Braggovská mřížka (4) a referenční Braggovská mřížka (5), a na druhé větvi se nachází fotodetektor (6), který je propojovacím kabelem (7) napojen na A/D převodník (8), který je dále propojovacím kabelem (7) spojen s DSP-digitálním signálovým procesorem (9), a že vlnová délka spekter měřicí Braggovské mřížky (4) a referenční Braggovské mřížky (5) se v nezatíženém stavu zařízení na vysypávání popelnic částečně překrývá. Kromě tohoto provedení vláknového senzoru se sériovým zapojením Braggovských mřížek je popsáno další provedení s paralelním zapojením Braggovských mřížek.

Description

Vláknový senzor pro dynamické vážení odpadu při vysypávání popelnic
Oblast techniky
Vynález se týká dynamického vážení přímo na vozidle, například komunálního odpadu na popelářském vozidle se zadním, předním nebo bočním nakladačem.
Dosavadní stav techniky
Transport materiálu z bodu A do bodu B je jednou z nejrozšířenějších činností. V případě balených materiálů je poměrně jednoduché určit jejich hmotnost, ale v případě, že je přepravován materiál, u kterého hmotnost není předem známa (zemina, odpad apod.), může dojít v extrémním případě i k destabilizaci přepravního vozidla (např. jeho převážení, přetížení nebo poškození).
Jednou z pokračujících ekologicky zaměřených oblastí, kde není předem známa hmotnost přepravovaného materiálu, je třídění odpadů. Díky vážení přímo na svozovém vozidle je však možné sledovat množství a druh vytříděného i směsného odpadu a je možné získat přehled o množství a druhu odpadu z jednotlivých lokalit.
V současné době existují dvě základní možnosti, jak vážit odpad přímo na svozovém vozidle. První metodou je tzv. statické vážení, které vyžaduje krátké pozastavení během výsypu nádoby, aby mohla být načtena hmotnost vysypávaného odpadu. Tato technologie je používána pro výsyp sběrných nádob prostřednictvím hydraulické ruky nebo je určena pro velkoobjemové kontejnery, které se natahují na nástavbu vozu (např. kontejnery na sklo, velkoobjemový odpad apod.). Druhá metoda tzv. dynamické vážení se provádí bez pozastavení vysýpacího zařízení a hmotnost je zaznamenána během vyprazdňování nádoby. Jedná se o plně automatizovaný systém vážení komunálního odpadu.
Systémů a zařízení, která jsou určena pro vážení odpadu a nejen jeho, je z patentové literatury známa celá řada z české, např. CZ 19951418 A3 Zařízenipro vyprazdňování velkých nádob'', CZ 200921062 U Mobilní vážicí vůz pro vážení materiálů, převoz materiálu a překládku materiálu. Ze zahraničí je znám například WO 9528298 A1 Device for emptying and weighing of a Garbage disposal can, kde je navrženo celé zvedací zařízení i s detektory zátěže, nejedná se tedy pouze o senzorické zařízení. Dalším příkladným řešením může být JP 2010241553 A Garbage collection vehicle, kde je vážicí systém nainstalován pod hlavním sběrným kontejnerem vozidla. Cílem je zamezit přetížení vozidla.
Tyto systémy pro stanovení hmotnosti odpadu a nejen jeho, ve sběrných nádobách jsou nejčastěji založeny na měření mechanického pnutí - deformace na hydraulickém zvedacím zařízení vozidla. Mechanické pnutí - tedy deformace lze zjistit využitím tenzometrů nebo tenzometrických vah. Funkčnost tenzometru, však může být narušena konstantním mechanickým zatížením, kdy dochází k výraznému snížení jeho citlivosti nebo vlhkostí v případě chybného překrytí ochrannou vrstvou, kdy hydroskopická nosná podložka mění své rozměry. Rovněž zde může vzniknout problém působení silného střídavého magnetického pole a s ním spojená indukce v přívodních kabelech.
Samozřejmě jsou známa i zařízení, která využívají technologie Braggovských mřížek. K těmto řešením patří, např. US 6448581 B1 Fiber Bragg grating sensor system having enhanced strainto-wavelength responsivity by using a spectral beating based vernier effect - kde se jedná o konkrétní uspořádání senzorického zařízení s Braggovskými mřížkami, které snímají teplotu a mechanické napětí. Signál z Braggovské mřížky ze senzoru může být analyzován optickým spektrálním analyzátorem, poté elektronicky smíchán a vynásoben simulovaným referenčním mřížkovým spektrem v zařízení pro vážení spektra. Dalším představitelem může být CN 201237522 Y Optical grating wighting transducer, kdy se jedná o využití kombinace
- 1 CZ 309636 B6
Braggovské mřížky a elektrooptické technologie a vážícího zařízení. Braggovské mřížky jsou umístěny ve dvou otvorech nosného profilu. Jedná se o konkrétní návrh zařízení, které však nelze implementovat na každé vozidlo. Mezi příbuzná zařízení je možné zařadit i CN 101762309 A „Fiber Bragg grating weighting sensor, kde je senzor založen na Braggovské mřížce, obsahuje pružný prvek, který má sloupcovou strukturu. Braggovské mřížky jsou rovnoměrně uspořádány ve střední poloze boční stěny pružného prvku.
Dále existují i zařízení jako je například EP 2696182 A1 „Optical sensor and method for measuring the pressure of a fluid“, které je určeno pro měření tlaku tekutiny. Součástí zařízení jsou FBG mřížky, které jsou umístěny na nebo v membráně, kterou představuje například tenký pružný prvek, kovová nebo keramická fólie. Obě mřížky jsou tak umístěny ve své bezprostřední blízkosti, přičemž jejich vlnové délky se nepřekrývají. Membrána s oběma mřížkami je pak umístěna v pouzdru, které může být vyplněno kapalinou nebo plynem. Zdrojem světla v tomto případě je takový zdroj, který vysílá pulzní světlo. Výpočet je pak prováděn na základě ohybu světla.
Podstata vynálezu
Vynález představující optovláknový senzor, který moduluje deformační změny mechanického zařízení na změny výkonu světla.
Senzor vždy obsahuje dvě Braggovské mřížky, jejichž spektra se v nezatíženém stavu překrývají a je možné je zapojit za sebou nebo vedle sebe. V případě, že jsou zapojeny vedle sebe, je každá z těchto mřížek vybavena ochranným krytem.
Základní uspořádání senzoru představuje LED diodu, která je prostřednictvím optického vlákna propojena s optickým cirkulátorem. Z optického cirkulátoru vedou dvě optická vlákna. První z vláken je vedeno do ochrany Braggovských mřížek, přičemž jako první je napojená měřicí Braggovská mřížka a jako druhá je napojena referenční Braggovská mřížka. Druhé optické vlákno je vedeno do fotodetektoru, který je prostřednictvím propojovacího kabelu spojen s A/D převodníkem, který je stejným kabelem propojen s výpočetní jednotkou, kterým může být DSP-digitální signálový procesor nebo např. PC.
V případě, že nejsou Braggovské mřížky uspořádány za sebou, pak je referenční Braggovská mřížka umístěna v samostatné ochraně, je napojena optickým vláknem na optický cirkulátor a na ni je pak napojen fotodetektor a další součástky, jak je uvedeno v textu výše.
Optovláknový Braggovský senzor odráží úzkou spektrální část světla, jejíž poloha ve spektru se mění s deformací působící na optické vlákno. Tento senzor je instalován na vysypávací zařízení tak, aby jedna Braggovská mřížka byla citlivá na působící deformace, které vznikají v mechanické části vysypávacího zařízení v průběhu vysypávání popelnice. Druhá Braggovská mřížka je instalována v místě, kde je deformace nulová (resp. stejně velká s opačným znaménkem). Tento způsob instalace umožňuje to, že změna deformace ovlivňuje posun pouze jednoho spektra (resp. obou spekter opačným směrem), čímž dochází ke změně odraženého výkonu od dvojice Braggovských mřížek. Deformace zdvihacího zařízení tak moduluje odražený světelný výkon od Braggovského senzoru.
Jak už bylo výše řečeno, senzor využívá dvojici zapouzdřených Braggovských mřížek a dále pro účely této přihlášky je zdrojem světla LED dioda s optickým spektrem v blízké infračervené oblasti a šířkou spektra alespoň 2 nm, cirkulátor, fotodetektor a obvody pro zpracování/vyhodnocení signálu. Pro účely této přihlášky se ochranou, která je aplikována na Braggovské mřížky, rozumí použití např. voděodolná a mechanicky odolná pryžová lepicí páska (Braggovská mřížka je zalepena), kovové pouzdro, plastová krabička apod.
- 2 CZ 309636 B6
Objasnění výkresů
Na obr. 1 se nachází schéma zapojení dle příkladu 1 uskutečnění.
Obr. 2 pak představuje analýzu průběhu měření signálu (světelného výkonu) v průběhu procesu vysypání popelnice dle příkladu uskutečnění 1, přičemž fáze A - představuje klidový stav před začátkem procesu vysypání, fáze B - průběh vysypání a fáze C - posun ramene po vysypání do počátečního stavu.
Část B1 fáze B je využita pro zpracování signálu, jak je uvedeno na obr. 3, kde jsou vyznačeny kladné a záporné vrcholy této fáze (B1), které odpovídají kmitům zdvihacího zařízení.
Na obr. 4 je pak zobrazena závislost periody kmitání zdvihacího zařízení a hmotnosti odpadu popelnice.
Obr. 5 představuje schéma zapojení dle příkladu 2 uskutečnění.
Příklady uskutečnění vynálezu
Příklad 1
V tomto příkladě jsou Braggovské mřížky 4, 5 umístěny na jednom optickém vláknu 2 a jsou umístěny v ochraně 10. LED dioda 1 je prostřednictvím optického vlákna 2 standardu G.657 propojena s optickým cirkulátorem 3. Z optického cirkulátoru 3 vedou dvě optická vlákna 2. První z optických vláken 2 je vedeno do ochrany 10 Braggovských mřížek 4, 5, přičemž jako první je napojená měřicí Braggovská mřížka 4 a jako druhá je napojena referenční Braggovská mřížka 5. Vzdálenost mezi oběma Braggovskými mřížkami 4, 5 je vzdálenost 30 cm. V tomto případě je centrální část odrazného spektra pro měřicí Braggovskou mřížku 4 1540,126 nm a šířka odrazného spektra je 302 pm. V případě referenční Braggovské mřížky 5 je centrální část odrazného spektra 1540,410 nm a šířka jejího odrazného spektra je 308 pm. Druhé optické vlákno 2 je vedeno do fotodetektoru 6, který je prostřednictvím propojovacího kabelu 7 spojen s A/D převodníkem 8, který je stejným kabelem 7 propojen s DSP - digitálním signálovým procesorem 9.
Tento senzor je umístěn na zdvihací zařízení popelářského vozu například prostřednictvím dvousložkového lepidla a to tak, že na místo s maximální deformací je umístěna měřicí Braggovská mřížka 4 a na místo s nulovou deformací je umístěna referenční Braggovská mřížka 5. Optický signál z širokopásmové LED diody 1 je veden přes optický cirkulátor 3 k Braggovským mřížkám 4, 5. Odražené světlo z těchto Braggovských mřížek 4, 5 je vedeno zpět přes optický cirkulátor 3 k fotodetektoru 6. Elektrický signál z fotodetektoru 6 je veden propojovacím kabelem 7 přes A/D převodník 8 do DSP-digitálního signálového procesoru 9, kde je signál zpracován. Výsledkem zpracování je informace o hmotnosti vysypaného odpadu.
Měření v tomto případě probíhalo po dobu 1 týdne. Během této doby bylo provedeno celkem 1305 vysypávacích cyklů, při kterých bylo vysypáno ze sběrných nádob 856,45 kg. Toto kontrolní vážení probíhalo standardním způsobem před vysypáváním odpadu. Celková hmotnost zachycená senzorem činila 802,55 kg, což je 73,7% úspěšnost.
Příklad 2
Příklad 2 se od příkladu 1 odlišuje tím, že každá z Braggovských mřížek 4, 5 je umístěna na jiném optickém vláknu 2 a má vlastní ochranu 10. Tedy pozice měřicí Braggovské mřížky 4 je stejná jako v příkladu 1, ale pozice referenční Braggovské mřížky 5 se nachází mezi optickým cirkulátorem 3 a fotodetektorem 6.
- 3 CZ 309636 B6
Průmyslová využitelnost
Zařízení je využitelné pro dynamické vážení nákladu na vozidlech. Zařízení je možné nainstalovat 5 na jakýkoliv druh zvedacího zařízení vozidla. Zařízení je tedy možné využít například v odpadovém hospodářství (popelářské vozy), přeprava materiálů (vážení palet u vysokozdvižných vozíků), stavebnictví (vážení obsahu radlice u bagru) apod.

Claims (4)

1. Vláknový senzor pro dynamické vážení odpadu při vysypávání popelnic, jehož součástí jsou Braggovské mřížky a optická vlákna, vyznačující se tím, že zahrnuje LED diodu (1), která je prostřednictvím optického vlákna (2) propojena s optickým cirkulátorem (3), ze kterého vychází dvě větve optických vláken (2), přičemž na první větvi se nachází měřicí Braggovská mřížka (4) a referenční Braggovská mřížka (5), a na druhé větvi se nachází fotodetektor (6), který je propojovacím kabelem (7) napojen na A/D převodník (8), který je dále propojovacím kabelem (7) spojen s DSP-digitálním signálovým procesorem (9), a že vlnová délka spekter měřicí Braggovské mřížky (4) a referenční Braggovské mřížky (5) se v nezatíženém stavu zařízení na vysypávání popelnic částečně překrývá.
2. Vláknový senzor pro dynamické vážení odpadu při vysypávání popelnic, jehož součástí jsou Braggovské mřížky a optická vlákna, vyznačující se tím, že zahrnuje LED diodu (1), která je prostřednictvím optického vlákna (2) propojena s optickým cirkulátorem (3), ze kterého vychází dvě větve optických vláken (2), přičemž na první větvi se nachází měřicí Braggovská mřížka (4), a na druhé větvi se nachází fotodetektor (6), který je propojovacím kabelem (7) napojen na A/D převodník (8), který je dále propojovacím kabelem (7) spojen s DSP-digitálním signálovým procesorem (9), a referenční Braggovská mřížka (5), která se nachází mezi optickým cirkulátorem (3) a fotodetektorem (6), a že vlnová délka spekter měřicí Braggovské mřížky (4) a referenční Braggovské mřížky (5) se v nezatíženém stavu zařízení na vysypávání popelnic částečně překrývá.
3. Vláknový senzor pro dynamické vážení odpadu podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že měřicí Braggovská mřížka (4) a referenční Braggovská mřížka (5) jsou vybaveny ochranou (10).
4. Vláknový senzor pro dynamické vážení odpadu podle předchozích nároků, vyznačující se tím, že měřicí Braggovská mřížka (4) je umístěna v místě s maximální deformací mechanické části zdvihacího zařízení na vysypávání popelnic a referenční Braggovská mřížka (5) je umístěna ve vhodné vzdálenosti od měřicí Braggovské mřížky (4) v místě s nulovou deformací mechanické části zdvihacího zařízení.
CZ2021-339A 2021-07-12 2021-07-12 Vláknový senzor pro dynamické vážení odpadu při vysypávání popelnic CZ309636B6 (cs)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CZ2021-339A CZ309636B6 (cs) 2021-07-12 2021-07-12 Vláknový senzor pro dynamické vážení odpadu při vysypávání popelnic

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CZ2021-339A CZ309636B6 (cs) 2021-07-12 2021-07-12 Vláknový senzor pro dynamické vážení odpadu při vysypávání popelnic

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CZ2021339A3 CZ2021339A3 (cs) 2023-01-25
CZ309636B6 true CZ309636B6 (cs) 2023-05-31

Family

ID=84975627

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CZ2021-339A CZ309636B6 (cs) 2021-07-12 2021-07-12 Vláknový senzor pro dynamické vážení odpadu při vysypávání popelnic

Country Status (1)

Country Link
CZ (1) CZ309636B6 (cs)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2696182A1 (en) * 2012-08-10 2014-02-12 Nederlandse Organisatie voor toegepast -natuurwetenschappelijk onderzoek TNO Optical sensor and method for measuring the pressure of a fluid
CN109506687A (zh) * 2018-12-26 2019-03-22 中国工程物理研究院流体物理研究所 一种用于动态试验的测量系统和测量方法
CN209820658U (zh) * 2019-06-04 2019-12-20 哈尔滨理工大学 一种基于温度补偿的fbg压力传感头

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2696182A1 (en) * 2012-08-10 2014-02-12 Nederlandse Organisatie voor toegepast -natuurwetenschappelijk onderzoek TNO Optical sensor and method for measuring the pressure of a fluid
CN109506687A (zh) * 2018-12-26 2019-03-22 中国工程物理研究院流体物理研究所 一种用于动态试验的测量系统和测量方法
CN209820658U (zh) * 2019-06-04 2019-12-20 哈尔滨理工大学 一种基于温度补偿的fbg压力传感头

Also Published As

Publication number Publication date
CZ2021339A3 (cs) 2023-01-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0638787A1 (en) Load measuring system for refuse trucks
US5717167A (en) Device and method for weighing solid waste with an angle-correction scale
AU2007266739B2 (en) Lifting member with load and/or stress measuring means
CA2798525C (en) Load-measuring, fleet asset tracking and data management system for load-lifting vehicles
US4230196A (en) Load weighing and accumulating system and method for hydraulic loader
CA2681503C (en) Method of monitoring and/or determining the condition of a force-measuring device, and force-measuring device
US5917159A (en) Dynamic load weighing system
CN110476042A (zh) 用于测量车辆和集装箱中的重量和其他物理变量的嵌入式系统
CN111847335B (zh) 高空作业平台车、承重监控方法、装置以及存储介质
WO2009043976A2 (en) Method and system for verification of a measurement device
FI3760987T3 (fi) Menetelmä ja laite kuorman valvomiseen
CZ309636B6 (cs) Vláknový senzor pro dynamické vážení odpadu při vysypávání popelnic
US20210231486A1 (en) Method and apparatus for single draft, static and dynamic vehicle weighing using the same weight scale
CZ35341U1 (cs) Vláknový senzor pro dynamické vážení odpadu při vysypávání popelnic
AU2012232994A1 (en) Weighing system and method of weighing loads
JPH05322637A (ja) トラックスケールの故障診断システム
CN201218748Y (zh) 一种能实时补偿皮带张力变化的电子皮带秤
GB2064794A (en) Weighing apparatus
Fajkus et al. Fiber-optic Bragg system for the dynamic weighing of municipal waste: a pilot study
CA2075762C (en) Load measuring system for refuse trucks
CN213112435U (zh) 高空作业平台车
JP6208554B2 (ja) 除去物汚染レベル計測方法及びシステム
GB2294112A (en) Load monitoring apparatus for vehicle
HK152996A (en) Load lifting device, in particular for containers
EP3645984B1 (en) A weighing device