CZ35341U1 - Vláknový senzor pro dynamické vážení odpadu při vysypávání popelnic - Google Patents

Description

Vláknový senzor pro dynamické vážení odpadu při vysypávání popelnic

Oblast techniky

Zařízení 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 nej rozšířenějších 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, neboje 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 váha 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 „Zařízeni pro vyprazdňování velkých nádob“, CZ 200921062 U ..Mobilní vážící vůz pro vážení materiálů, převoz materiálu a překládku materiálu “. Zq zahraničí je znám například WO 95/28298 AI „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 vážící 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 nej častěji založeny na měření mechanického pnutí - deformace na hydraulickém zvedacím zařízení vozidla. Mechanické pnutí - tedy deformace lze zjistit využitím tenzometrů nebo tenzometrických vah. Funkčnost tenzometrů 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 6448551 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 35341 UI

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 mříky jsou rovnoměrně uspořádány ve střední poloze boční stěny pružného prvku.

Podstata technického řešení

Zařízení představuje 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 Bragovská 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.

Objasnění výkresů

Na obr. 1 se nachází schéma zapojení dle příkladu uskutečnění 1. 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, fáze C - posun ramene po vysypání do počátečního stavu. Část B1 je využita pro zpracování signálu, jak je uvedeno na obr. 3, kde jsou vyznačeny kladné a záporné vrcholy této fáze (Bl), které odpovídají kmitům zdvihacího zařízení. Na obr. 4 je pak zobrazena závislost

-2 CZ 35341 Ul periody kmitání zdvihacího zařízení a hmotnosti odpadu popelnice. Obr. 5 představuje schéma zapojení dle příkladu uskutečnění 2.

Příklady uskutečnění technického řešení

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 centrální část odrazného spektra pro měřicí Braggovskou mřížku 4 je 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 namísto 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 vyspáváním 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.

Průmyslová využitelnost

Zařízení je využitelné pro dynamické vážení nákladu na vozidlech. Zařízení je možné nainstalovat 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 (3)

NÁROKY NA OCHRANU

1. Vláknový senzor pro dynamické vážení odpadu při vysypávání popelnic, jehož součástí jsou Braggovské mřížky a optická vlákna, vyznačující se tím, že součástí senzoru je LED dioda (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).

2. Vláknový senzor pro dynamické vážení odpadu při vysypávání popelnic, jehož součástí jsou Braggovské mřížky a optická vlákna, vyznačující se tím, že součástí senzoru je LED dioda (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).

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).