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Title:
DYNAMIC WEIGHING AND SPEED MONITORING SYSTEM FOR VEHICLES ON A ROAD
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2019/033185
Kind Code:
A1
Abstract:
The patent of invention relates to a vehicle dynamic weighing and speed monitoring system, for vehicles on roads, for monitoring variables relating to road traffic, traffic control, maintenance and infrastructure, traffic problem diagnostics, toll road charging and the implementation of fines, by means of fibre-optic technology with quasi-distributed individual sensors which allow a rapid response, which can be encapsulated, which facilitate the process of installation and/or protect the sensing optical fibre, which use specific materials, it being possible for them to be installed such as to provide advanced configurations of optical networks, and which offer the advantages of costing less and having a longer working life when compared to others; the sensors may be multiplexed; they have high spatial resolution transversely to the road surface; and the manufacturing technology is simple, inexpensive and transferable based on associated costs.

Inventors:
GONÇALVES, Sergio Machado (Haroldo Euclydes Souza, nº 140 Torre I, Ap 402 -551 Curitiba, 86188-551, BR)
Application Number:
BR2018/050114
Publication Date:
February 21, 2019
Filing Date:
April 18, 2018
Export Citation:
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Assignee:
VELSIS SISTEMAS E TECNOLOGIA VIARIA S/A (Rodovia BR 277, Curitiba - Ponta Grossa1586 BRCAO 02 E 03, -100 Curitiba, 82305-100, BR)
International Classes:
E01F11/00; G01B11/00; G01D5/26; G01G3/12; G01G19/03; G08G1/04; G08G1/052
Domestic Patent References:
WO2001027569A12001-04-19
Foreign References:
GB2056672A1981-03-18
US37687507A2007-08-09
EP11160916A2011-04-01
US7410764B22008-08-12
US42539206A2006-06-20
US46707503A2003-08-05
US5260520A1993-11-09
CN200962255Y2007-10-17
RO127980B12017-10-30
Attorney, Agent or Firm:
SILVA, Eduardo Pereira Da (Rua Almirante Tamandaré, 925Alto da XV, -170 Curitiba, 80045-170, BR)
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Claims:
REIVINDICAÇÕES

1. "SISTEMA DE MONITORAMENTO DE PESAGEM DINÂMICA E DE VELOCIDADE DE VEÍCULOS EM PISTA", caracterizado por, sensor (1-A) na configuração modelo "I" onde a fibra ótica (1-A-l) é envolvida fisicamente por fibras sintéticas (l -A-2), (l-A-3), e (l-A-4) de forma trançada, constituídas de um único tipo de fibra ou de mais de um tipo de fibra escolhidas entre fibras de carbono, kevlar e vidro em quantidade de fios de fibra sintética acima de três.

2. "SISTEMA DE MONITORAMENTO DE PESAGEM DINÂMICA E DE VELOCIDADE DE VEÍCULOS EM PISTA", caracterizado por, sensor (1-A) modelo "II" onde a fibra ótica (1-A- 1) é incorporada em uma encapsulamento (l-A-5) em barra delgada com seção transversal (1-A-5-A) de formato prismático poligonal, oval ou circular, ou ainda ter formato irregular, oca ou preenchida com diferentes materiais como fibras sintéticas, resinas, polímeros, líquidos e géis e de espessura de menor que 5 mm e largura menor que 20 mm.

3. "SISTEMA DE MONITORAMENTO DE PESAGEM DINÂMICA E DE VELOCIDADE DE VEÍCULOS EM PISTA", caracterizado por, sensor (1-A) modelo "III", que consiste em um encapsulamento (l-A-6) metálico com ancoragem de formato prismático poligonal e invólucro central de formato cilíndrico ou prismático losangular com uma ou mais fibras óticas sensoras (l-A-7) fixadas no interior do invólucro.

4. "SISTEMA DE MONITORAMENTO DE PESAGEM DINÂMICA E DE VELOCIDADE DE VEÍCULOS EM PISTA", caracterizado por, sensor (1-A) modelo "IV" que consiste em placa de deflexão miniaturizada (l-A-8), engastada em uma apoio (l-A-10) com fibra ótica sensora (1-A-l) fixada na região de maior deformação da placa com o emprego de adesivo (l -A-10) instalada no interior de um transdutor de força.

5. "SISTEMA DE MONITORAMENTO DE PESAGEM DINÂMICA E DE VELOCIDADE DE VEÍCULOS EM PISTA", de acordo com a reivindicação 1 e 2, caracterizado por, sensor (1-A) incorporado ou sobre o pavimento (PI) e coberto com aplicação de resina ou betume asfáltico.

6. "SISTEMA DE MONITORAMENTO DE PESAGEM DINÂMICA E DE VELOCIDADE DE VEÍCULOS EM PISTA", de acordo com a reivindicações 3 e 4, caracterizado por, sensor (1- A) incorporado no interior do pavimento (PI) e coberto com aplicação de resina ou betume asfáltico.

7. "SISTEMA DE MONITORAMENTO DE PESAGEM DINÂMICA E DE VELOCIDADE DE VEÍCULOS EM PISTA", de acordo com as reivindicações 1, 2, 3 e 4, caracterizado por, módulo de sensorização e de transmissão de sinal (1) com sensores de medição de peso e de velocidade (1-A) dotado de uma ou uma rede de fibra ótica com técnicas difrativas, espectrométricas, interferométricas e de espalhamentos óticos no domínio do tempo e/ou da frequência, pulsados ou contínuos, montada em configurações modelos I, II, III e IV e ligada bidirecionalmente ao canal de comunicação de sinal (1-B) e instalado no pavimento (PI), e canal de comunicação de sinal (1-B) dotado de fibra ou rede de fibras óticas do tipo monomodo ou multimodo ou ainda de geometria complexa e conexões montada em configurações de reflexão e transmissão e ligado bidireccionalmente ao leitor ótico (2-A) do módulo de leitura, processamento e comunicação (2) e aos sensores de medição de peso e velocidade (1-A); e por módulo de leitura e processamento e comunicação (2) dotado de leitor ótico (2-A) do tipo varredura laser ou refrativo ou interferométrico ou similar, com fontes luminosas (2-A-l) do tipo laser, LED, LED superluminescente, ASE ou similar, com detectores (2-A-2) do tipo fotodiodos, válvulas, termopilha, sensores piroelétricos, CCDs e similares e com acoplador e/ou multiplexador (2-A-3) do tipo circulador ou multiplexador por comprimento de onda ou com acopladores com razões de acoplamento variadas 1x99, 10x90 ou 50x50, com três ou mais portas ou similar, ligado unidirecionalmente a fonte de alimentação (2-D) e bidireccionalmente a unidade de processamento (2-B) e ao canal de comunicação de sinal (1-B) do módulo de sensorização e de transmissão de sinal (1), unidade de processamento (2-B) com processador modelo Intel i3 ou similar e com software de análise (SA) gravado, ligado unidirecionalmente a fonte alimentação (2-D) e bidireccionalmente a unidade de comunicação (2-C) e ao leitor ótico (2-A), unidade de comunicação (2-C) com redes wireless ou cabeadas ligadas unidirecionalmente a fonte de alimentação (2-D) e bidireccionalmente a unidade de processamento (2-B) e fonte da alimentação (2-D) do tipo linear ou chaveada ou similar ligada unidirecionalmente ao leitor ótico (2- A), a unidade de processamento (2-B) e a unidade de comunicação (2-C).

8. "SISTEMA DE MONITORAMENTO DE PESAGEM DINÂMICA E DE VELOCIDADE DE VEÍCULOS EM PISTA", de acordo com as reivindicações 1, 2, 3 e 4, caracterizado por, uma primeira alternativa de rede de fibra ótica para leitura dos sensores, em que a configuração de sensores (1-A) podem ser distribuídos e/ou gwasi-distribuídos e/ou pontuais, operando em reflexão com uma ou mais fontes (2-A-l) e um ou mais canais de comunicação de sinal (1-B) que são ligados a que são ligados através de acopladores (2-A-3) um ou mais detectores (2-A-2).

9. "SISTEMA DE MONITORAMENTO DE PESAGEM DINÂMICA E DE VELOCIDADE DE VEÍCULOS EM PISTA", de acordo com as reivindicações 1, 2, 3 e 4, caracterizado por, uma segunda alternativa de rede de fibra ótica para leitura dos sensores, em que a configuração de sensores (1 -A) podem ser distribuídos e/ou quasi-distúbuídos e/ou pontuais, operando em transmissão com uma ou mais fontes (2-A-l) e um ou mais canais de comunicação de sinal (1-B) que são ligados a um ou mais detectores (2-A-2) ligados através de acopladores (2-A-3).

10. "SISTEMA DE MONITORAMENTO DE PESAGEM DINÂMICA E DE VELOCIDADE DE VEÍCULOS EM PISTA", de acordo com as reivindicações 1, 2, 3 e 4, caracterizado por, uma terceira alternativa de rede de fibra ótica para leitura dos sensores, em que a configuração de sensores (1 -A) podem ser distribuídos e/ou quasi-distúbuídos e/ou pontuais, operando em uma rede em anel com um ou mais leitores óticos (2- A), um ou mais canais de comunicação de sinal (1-B) que são ligados através de acopladores (2-A-3) a rede em anel (3) .

11. "SISTEMA DE MONITORAMENTO DE PESAGEM DINÂMICA E DE VELOCIDADE DE VEÍCULOS EM PISTA", de acordo com as reivindicações le 2, , caracterizado por, sensores (1-A) miniaturizados não intrusivos ou quando intrusivos em canaleta com menos de 10 mm de profundidade no pavimento.

12. "SISTEMA DE MONITORAMENTO DE PESAGEM DINÂMICA E DE VELOCIDADE DE VEÍCULOS EM PISTA", de acordo com as reivindicações 1, 2, 3 e 4, caracterizado por, processo de medição dinâmica de peso de um veículo em movimento ocorre na seguinte sequência operacional:

A) A partir da iluminação fornecida pela fonte luminosa (2-A- l) ao canal ótico, a luz é guiada aos sensores (1-A) e deles é guiada aos detectores (2-A-2);

B) Os veículos se posicionam ou passam sobre os sensores (1 -A), gerando vibração e deformação no pavimento (PI) e nos sensores que são detectadas de forma independente ou simultaneamente;

C) As medições são realizadas em altas frequências, superiores a 100 Hz, são detectadas as deformações e as vibrações induzidas ao pavimento (PI) e ao sensor (1-A);

D) Nas medições de vibração e deformações, os sensores (1-A) medem sinais de frequência, amplitude ou fase das forças mecânicas produzidas pelos veículos e pelo tráfego dos veículos sobre o pavimento (PI) e os sensores (1-A) ;

E) Os sinais óticos provenientes dos sensores (1-A), com as informações de vibração e deformação, são lidos pelo leitor ótico (2-A) e convertidos em sinais elétricos para posterior processamento;

F) Os sinais elétricos são processados por algoritmos dedicados gerando informações de peso por eixo, peso por roda, peso bruto total e velocidade pelo software (SA); e

G) As informações de peso e velocidade são armazenadas e ou compartilhadas com computadores locais ou remotos via o sistema de comunicação (2-C) empregando redes sem fio ou cabeadas.

REIVINDICAÇÕES MODIFICADAS

Recebidas pela Secretaria Internacional no dia 12 de dicembro de 2018 (12.12.2018)

1. "SISTEMA DE MONITORAMENTO

DE PESAGEM DINÂMICA E DE VELOCIDADE DE VEÍCULOS EM PISTA", constituído de módulo de sensorização e de transmissão de sinal (1) com sensores de medição de peso e de velocidade (1-A) dotado de uma ou uma rede de fibra ótica com técnicas difrativas, espectrométricas, interferométricas e de espalhamentos óticos no dommio do tempo e/ou da frequência, pulsados ou contínuo, caracterizado por, sensor (1-A) na configuração modelo "I" onde a fibra ótica (1-A-l) é envolvida fisicamente por fibras sintéticas (l-A-2), (l-A-3), e (l-A-4) de forma trançada, constituídas de um único tipo de fibra ou de mais de um tipo de fibra escolhidas entre fibras de carbono, kevlar e vidro em quantidade de fios de fibra sintética acima de três.

2. "SISTEMA DE MONITORAMENTO

DE PESAGEM DINÂMICA E DE VELOCIDADE DE VEÍCULOS EM PISTA", constituído de módulo de sensorização e de transmissão de sinal (1) com sensores de medição de peso e de velocidade (1-A) dotado de uma ou uma rede de fibra ótica com técnicas difrativas, espectrométricas, interferométricas e de espalhamentos óticos no domínio do tempo e/ou da frequência, pulsados ou contínuo, caracterizado por, sensor (1-A) modelo "Π" onde a fibra ótica (1-A-l) é incorporada em uma encapsulamento (1- A-5) em barra delgada com seção transversal (1-A-5-A) de formato prismático poligonal, oval ou circular, ou ainda ter formato irregular, oca ou preenchida com diferentes materiais como fibras sintéticas, resinas, polímeros, líquidos e géis e de espessura de menor que 5 mm e largura menor que 20 mm.

3. "SISTEMA DE MONITORAMENTO

DE PESAGEM DINÂMICA E DE VELOCIDADE DE VEÍCULOS EM PISTA", constituído de módulo de sensorização e de transmissão de

FOLHA MODIFICADA (ARTIGO 19) sinal (1) com sensores de medição de peso e de velocidade (1-A) dotado de uma ou uma rede de fibra ótica com técnicas difrativas, espectrométricas, interferométricas e de espalhamentos óticos no dommio do tempo e/ou da frequência, pulsados ou contínuo, caracterizado por, sensor (1-A) modelo "III", que consiste em um encapsulamento (l-A-6) metálico com ancoragem de formato prismático poligonal e invólucro central de formato cilíndrico ou prismático losangular com uma ou mais fibras óticas sensoras (l-A-7) fixadas no interior do invólucro.

4. "SISTEMA DE MONITORAMENTO DE PESAGEM DINÂMICA E DE VELOCIDADE DE VEÍCULOS EM PISTA", constituído de módulo de sensorização e de transmissão de sinal (1) com sensores de medição de peso e de velocidade (1-A) dotado de uma ou uma rede de fibra ótica com técnicas difrativas, espectrométricas, interferométricas e de espalhamentos óticos no domínio do tempo e/ou da frequência, pulsados ou contínuo, caracterizado por, sensor (1-A) modelo "IV" que consiste em placa de deflexão miniaturizada (l-A-8), engastada em uma apoio (1-A- 10) com fibra ótica sensora (1-A-l) fixada na região de maior deformação da placa com o emprego de adesivo (1-A- 10) instalada no interior de um transdutor de força.

5. "SISTEMA DE MONITORAMENTO DE PESAGEM DINÂMICA E DE VELOCIDADE DE VEÍCULOS EM PISTA", de acordo com a reivindicações 3 e 4, caracterizado por, sensor (1-A) incorporado no interior do pavimento (PI) e coberto com aplicação de resina ou betume asfáltico.

6. "SISTEMA DE MONITORAMENTO DE PESAGEM DINÂMICA E DE VELOCIDADE DE VEÍCULOS EM PISTA", de acordo com as reivindicações 1, 2, 3 e 4, com módulo de sensorização e de transmissão de sinal (1) com sensores de medição de peso e de velocidade (1-A), com módulo de leitura e processamento e

FOLHA MODIFICADA (ARTIGO 19) comunicação (2) dotado de leitor ótico (2-A) do tipo varredura laser ou refrativo ou interferométrico ou similar, com fontes luminosas (2-A-l) do tipo laser, LED, LED superluminescente, ASE ou similar, com detectores (2-A-2) do tipo fotodiodos, válvulas, termopilha, sensores piroelétricos, CCDs e similares e com acoplador e/ou multiplexador (2-A-3) do tipo circulador ou multiplexador por comprimento de onda ou com acopladores com razões de acoplamento variadas 1x99, 10x90 ou 50x50, com três ou mais portas ou similar, caracterizado por, módulo de sensorização e de transmissão de sinal (1) com sensores de medição de peso e de velocidade (1-A) estar ligado bidirecionalmente ao canal de comunicação de sinal (1- B) e instalado no pavimento (PI), e canal de comunicação de sinal (1-B) dotado de fibra ou rede de fibras óticas do tipo monomodo ou multimodo ou ainda de geometria complexa e conexões montada em configurações de reflexão e transmissão e ligado bidireccionalmente ao leitor ótico (2-A) do módulo de leitura, processamento e comunicação (2) e aos sensores de medição de peso e velocidade (1-A); e por módulo de leitura e processamento e comunicação (2), estar ligado unidirecionalmente a fonte de alimentação (2-D) e bidireccionalmente a unidade de processamento (2- B) e ao canal de comunicação de sinal (1-B) do módulo de sensorização e de transmissão de sinal (1), unidade de processamento (2-B) com processador modelo Intel i3 ou similar e com software de análise (SA) gravado, ligado unidirecionalmente a fonte alimentação (2-D) e bidireccionalmente a unidade de comunicação (2-C) e ao leitor ótico (2-A), unidade de comunicação (2-C) com redes wireless ou cabeadas ligadas unidirecionalmente a fonte de alimentação (2-D) e bidireccionalmente a unidade de processamento (2-B) e fonte da alimentação (2-D) do tipo linear ou chaveada ou similar ligada unidirecionalmente ao leitor ótico (2- A), a unidade de processamento (2-B) e a unidade de comunicação (2-C).

FOLHA MODIFICADA (ARTIGO 19)

7. "SISTEMA DE MONITORAMENTO DE PESAGEM DINÂMICA E DE VELOCIDADE DE VEÍCULOS EM PISTA", de acordo com as reivindicações 1, 2, 3 e 4, caracterizado por, uma primeira alternativa de rede de fibra ótica para leitura dos sensores, em que a configuração de sensores (1-A) podem ser distribuídos e/ou msz-distribuídos e/ou pontuais, operando em reflexão com uma ou mais fontes (2-A-l) e um ou mais canais de comunicação de sinal (1-B) que são ligados a que são ligados através de acopladores (2-A-3) um ou mais detectores (2-A-2).

8. "SISTEMA DE MONITORAMENTO DE PESAGEM DINÂMICA E DE VELOCIDADE DE VEÍCULOS EM PISTA", de acordo com as reivindicações 1, 2, 3 e 4, caracterizado por, uma segunda alternativa de rede de fibra ótica para leitura dos sensores, em que a configuração de sensores (1-A) podem ser distribuídos e/ou quas i-áistúbuíáos e/ou pontuais, operando em transmissão com uma ou mais fontes (2-A-l) e um ou mais canais de comunicação de sinal (1-B) que são ligados a um ou mais detectores (2-A-2) ligados através de acopladores (2-A-3).

9. "SISTEMA DE MONITORAMENTO DE PESAGEM DINÂMICA E DE VELOCIDADE DE VEÍCULOS EM PISTA", de acordo com as reivindicações 1, 2, 3 e 4, caracterizado por, uma terceira alternativa de rede de fibra ótica para leitura dos sensores, em que a configuração de sensores (1-A) podem ser distribuídos e/ou msz-distribuídos e/ou pontuais, operando em uma rede em anel com um ou mais leitores óticos (2-A), um ou mais canais de comunicação de sinal (1-B) que são ligados através de acopladores (2-A-3) a rede em anel (3) .

10. "SISTEMA DE MONITORAMENTO DE PESAGEM DINÂMICA E DE VELOCIDADE DE VEÍCULOS

FOLHA MODIFICADA (ARTIGO 19) EM PISTA", de acordo com as reivindicações le 2, , caracterizado por, sensores (1-A) miniaturizados não intrusivos ou quando intrusivos em canaleta com menos de 10 mm de profundidade no pavimento.

11. "SISTEMA DE MONITORAMENTO

DE PESAGEM DINÂMICA E DE VELOCIDADE DE VEÍCULOS EM PISTA", de acordo com as reivindicações 1, 2, 3 e 4, caracterizado por, processo de medição dinâmica de peso de um veículo em movimento ocorre na seguinte sequência operacional:

A) A partir da iluminação fornecida pela fonte luminosa (2-A-l) ao canal ótico, a luz é guiada aos sensores (1-A) e deles é guiada aos detectores (2-A-2);

B) Os veículos se posicionam ou passam sobre os sensores (1-A), gerando vibração e deformação no pavimento (PI) e nos sensores que são detectadas de forma independente ou simultaneamente ;

C) As medições são realizadas em altas frequências, superiores a 100 Hz, são detectadas as deformações e as vibrações induzidas ao pavimento (PI) e ao sensor (1-A);

D) Nas medições de vibração e deformações, os sensores (1-A) medem sinais de frequência, amplitude ou fase das forças mecânicas produzidas pelos veículos e pelo tráfego dos veículos sobre o pavimento (PI) e os sensores (1-A) ;

E) Os sinais óticos provenientes dos sensores (1-A), com as informações de vibração e deformação, são lidos pelo leitor ótico (2-A) e convertidos em sinais elétricos para posterior processamento;

F) Os sinais elétricos são processados por algoritmos dedicados gerando informações de peso por eixo, peso por roda, peso bruto total e velocidade pelo software (SA); e

FOLHA MODIFICADA (ARTIGO 19) G) As informações de peso e velocidade são armazenadas e ou compartilhadas com computadores locais ou remotos via o sistema de comunicação (2-C) empregando redes sem fio ou cabeadas.

FOLHA MODIFICADA (ARTIGO 19)

Description:
"SISTEMA DE MONITORAMENTO DE PESAGEM DINÂMICA E DE VELOCIDADE DE VEÍCULOS EM PISTA"

[01] Refere-se a presente patente a sistema de monitoramento de pesagem dinâmica de veículos, velocidade de veículos em pistas, aplicado no monitoramento de variáveis de tráfego rodoviário como, mas não se limitando, à detecção de veículos, contagem de rodas, identificação de rodados simples e/ou duplos, medição da velocidade individual e média dos veículos e medição de aceleração, e com execução de cálculos obtém contagem de eixos, classificação de veículos, contagem de veículos, medição de peso por roda, medição de peso por eixo, medição do peso de grupos de eixos, medição de peso total dos veículos, ou seja, monitoramento de parâmetros de tráfego empregado nas áreas de segurança rodoviária, de controle de tráfego, de manutenção e infraestrutura, de diagnóstico de problemas de tráfego, de tarifação em rodovias pedagiadas e na aplicação de multas em situações irregulares de tráfego, entre outras situações. As informações geradas são utilizadas por vários agentes da sociedade, como, os órgãos governamentais responsáveis pelo setor rodoviário, as agências regulatórias, as entidades de segurança pública, as concessionárias de rodovias e, em alguns casos os próprios usuários das rodovias, trazendo benefícios à sociedade e vantagens de possuir custo inferior e vida útil prolongada desse tipo de sensor se comparada aos demais, os sensores poderem ser multiplexados, possuir alta resolução espacial transversalmente ao pavimento, e a tecnologia de fabricação ser simples e barata e transferível em função de custos associados.

[02] Como é do conhecimento do inventor, de um modo geral, a presença de um veículo sobre o pavimento pode ser monitorada empregando distintos fenómenos físicos que geram informações sobre características do veículo. Essas características estão relacionadas aos aspectos construtivos do veículo, como o peso, as dimensões, o número de eixos e rodas, entre outros, e à utilização do veículo que está se deslocando sobre o pavimento, incluindo a velocidade, a aceleração, a carga, o número de passageiros, entre outros.

[03] Abaixo são listadas algumas metodologias de detecção e medição de parâmetros físicos para entre outras finalidade a medição de velocidade que envolvem o tráfego de veículos:

[04] i. Detecção magnética: é baseada no fato dos veículos atuais serem construídos com materiais metálicos, a medição é feita através da perturbação de campo magnético gerado por meio, normalmente, de laço indutivo, ou através da assinatura magnética dos veículos que é detectada por sensores indutivos. Com a evolução dos materiais compósitos e sua utilização na indústria automotiva, é possível que essa metodologia de detecção não seja mais viável no futuro.

[05] ii. Detecção por imagem: emprega a captura e o processamento de imagens para a detecção de veículos e também para a detecção de parâmetros dos veículos como os dados de placa.

[06] iii. Detecção por sensores óticos: a utilização de sensores óticos, sendo as tecnologias mais adotadas nesses casos a "LADAR" (Laser Detection And Ranging) ou "LIDAR" (Light Detection and Ranging) que, normalmente, utilizam a banda superior do infra-vermelho.

[07] iv. Detecção por Radar (Radio Detection And Ranging): empregando ondas continuas na faixa de microondas, transmite e recebe, operando pelo princípio Doppler, que é o fenómeno da mudança da frequência da onda após a reflexão em função da velocidade entre o emissor e o objeto monitorado.

[08] v. Detecção por vibração: sensores de vibração, geralmente piezoelétricos, são empregados na detecção das vibrações mecânicas, geradas pelo funcionamento e deslocamento do veículo, transmitidas ao pavimento. A velocidade e o peso dos veículos podem ser correlacionados com a amplitude e o espectro de frequência da vibração e a pressão mecânica sobre eles.

[09] vi. Detecção por deformação: a presença do veículo, estático ou em movimento, sobre o pavimento gera deformações no pavimento que podem ser detectadas e medidas com sensores de deformação e células de carga. Os sinais de deformação são diretamente proporcionais ao peso dos veículos, sendo possível a determinação de número de eixos e de rodas.

[010] vii. Detecção por temperatura: sensores de temperatura são instalados no pavimento para detecção da variação de temperatura produzida no pavimento pelos pneus dos veículos que aquecem em função do atrito.

[011] Em alguns casos, um sistema de monitoramento de tráfego rodoviário emprega combinação de duas ou mais das metodologias descritas acima para gerar o máximo de informações possíveis, ou mesmo para reduzir as incertezas intrínsecas a determinada tecnologia com a combinação dos dados captados.

[012] Para garantir a medição com baixa incerteza de determinada variável de interesse, a técnica mais comum adotada, em qualquer que seja a tecnologia aplicada, é ter o maior numero possível de leituras dos dados, de modo que se possa ter uma amostragem maior e consequentemente maior precisão.

[013] A principal tecnologia existente para medição de peso corresponde aos sensores piezoelé tricôs. Esses sensores apresentam as seguintes desvantagens em relação aos sensores baseados em fibra óticas:

[014] 1. Não podem ser multiplexados no mesmo canal de medição;

[015] 2. Possuem baixa resolução espacial transversalmente ao pavimento;

[016] 3. Na média são mais caros quando comparados relativamente à capacidade de medição por sensor; e

[017] 4. A tecnologia de fabricação é complexa e cara e dificilmente transferível em função de custos associados.

[018] Como explicado anteriormente, as soluções atualmente usadas necessitam conjugar diferentes tipos de sensores com tecnologias variadas para obter a precisão no processo de pesagem. Soluções com essas características têm alto custo de fabricação, instalação, calibração, manutenção e operação, uma vez que exigem técnicas diversas e estão muito sujeitas à necessidade de ajustes e calibração, pois os componentes têm comportamentos físicos diversos entre si, gerando grande possibilidade de desalinhamento funcional levando a erros de medição.

[019] No caso da pesagem em movimento, empregam-se comumente duas premissas: a combinação de sensores diferentes (em geral laços indutivos em combinação com piezoselétricos ou com células de carga) e a instalação de maior quantidade de sensores quando se pretende atingir alta precisão.

[020] De uma maneira geral a medição de peso dinamicamente de veículo sobre o pavimento, que emprega tecnologia com sensores a fibra ótica, ocorre mediante a medição de deformação ou vibração. Estes induzidos ao pavimento e/ou ao sensor com a presença ou passagem do veículo. As diferenças principais entre as distintas metodologias de medição, sejam as reportadas na literatura na forma de patentes ou artigos técnicos e as reinvindicadas nesse documento, são, o elemento sensor e o seu encapsulamento. O primeiro podendo ser baseado na medição de intensidade, frequência e/ou fase da onda ótica. O encapsulamento consistente em elemento de proteção e, sobretudo, em elemento de transdução mecânica responsável por transformar e/ou amplificar componentes de força relativas ao peso do veículo.

[021] Nos bancos de patentes são encontrados alguns registros de patentes na área de monitoramento de tráfego com sensores a fibra ótica.

[022] Na patente australiana WO2001027569A1 a fibra ótica é fixada a substrato, placa de deflexão, que se deforma com a passagem de veículos e a detecção da deformação da fibra ótica é baseada em medição interferométrica.

[023] Na patente britânica GB2056672A a fibra ótica é colocada ao lado e transversalmente ao caminho por onde passa o veículo. [024] Na patente estadunidense US 12376875 dispositivo strain gauge composto por um interferômetro de Fabry Perot a fibra ótica é empregado.

[025] Na patente europeia EP20110160916 placa flexível com redes difrativas em fibra óticas é empregada para a medição de peso.

[026] Na patente estadunidense US07410764 a fibra ótica é instalada entre placa rígidas e semi-rígidas para medição da pressão através da deformação/curvatura das placas.

[027] Na patente estadunidense US 11425392 redes difrativas são conectadas a estrutura mecânica.

[028] Na patente estadunidense US 10467075 sensor é instalado na rodovia com detecção interferométrica por retro-espalhamento Rayleigh.

[029] A patente estadunidense US5260520 revela dispositivo para pesar veículo em movimento que é suprido por pluralidade de sensores de fibra ótica elongados definidos por uma fibra ótica embutida em um encapsulamento de material elastomérico e dispostos em paralelo um ao outro na estrada no caminho dos veículos em movimento. Cada sensor de fibra ótica é provido com meios de contato dispostos em grade que podem ser seletivamente alterados para ter sensibilidade adequada a cada faixa de peso de veículos. Sistemas de comutadores são utilizados em conjunto com os sensores de fibra ótica para fornecer sinais indicativos da velocidade do veículo, distribuição de peso, posição do pneu e distância entre eixos. O uso de uma configuração de comutadores em formato de N também fornece a determinação do número de pneus em cada eixo, e a marca do pneu no solo. Quando os comutadores nesta configuração são formados por fibras óticas, a extensão da transmissão de luz pelas fibras em contato com os pneus do veículo é indicativa do peso do veículo.

[030] A patente de modelo de utilidade chinesa CN200962255 revela um detector de veículos por fibras que inclui uma fonte luminosa, unidade de sensores de fibra ótica, detector, unidade de aquisição de dados e unidade de processamento, sendo que a unidade de sensores de fibra ótica compreende dois sensores interferométricos Mach-Zehnder que incluem uma barra de aço inoxidável e uma folha de plástico mais leve de formato padronizado e a folha de plástico mais leve pode detectar o sinal da vibração da estrada que pela barra de aço inoxidável que conecta com a barra de aço de reforço sob a superfície da estrada. Os efeitos benéficos são a melhoria da sensibilidade e do bloqueio da interferência eletromagnética sobre o detector, sem efeito do meio ambiente e melhoria da relação sinal- ruído, pela adição da barra de aço inoxidável e da folha de plástico mais leve nos sensores interferométricos, onde sempre um braço do sensor é braço de referência e outro é braço de sinal, além disso o braço de referência é imóvel e correspondente ao invólucro de proteção, assim como há a rejeição do modo comum do amplificador diferencial no circuito eletrônico quando a barra de aço inoxidável e a folha de plástico mais leve vibram em conjunto.

[031] A patente romena RO 127980 refere-se a um método para determinar o peso dos veículos a motor em movimento sem restringir de qualquer maneira o tráfego dos veículos a serem pesados e a um dispositivo que aplica o método. O método mede a variação da potência ótica transmitida por uma fibra ótica dependente do peso variável aplicado, utilizando um dispositivo opto-eletrônico com uma fibra ótica de modo único ou de modo múltiplo quando há propagada uma radiação luminosa com a onda gama espectral infravermelha emitida em regime de ondas contínuas por um diodo laser ou um LED, a fibra ótica está montada em um dispositivo mecânico que garante a sua curvatura dependendo do peso a ser medido. O dispositivo reivindicado compreende uma fonte de radiação no espectro infravermelho próximo que pode ser um diodo laser ou um LED, dito diodo laser ou LED emitindo a radiação infravermelha por uma fibra óptica curvada sob o peso do veículo motor a ser pesado, sendo que a micro-curvatura da fibra causada pelo peso causa uma mudança na transmissão da luz emitida através da fibra, proporcional ao peso do veículo sobre o asfalto.

[032] As tecnologias reveladas pelas patentes atualmente existentes, em relação à tecnologia da presente patente, apresentam limitações, inconvenientes e desvantagens de: [033] Nas patentes WO2001027569A1, EP20110160916, US07410764 e

US 11425392 as metodologias de medição empregam transdutores mecânicos baseados em placas de deflexão para transformar a força peso em deformação mecânica da fibra ótica. De uma maneira geral esse tipo de sensor tem dimensões grandes, são altamente intrusivos ao pavimento, têm requerimentos de geometria altamente exigentes no que tange à instalação e, ainda, são complexos para serem manufaturados.

[034] As patentes GB2056672A e RO127980 empregam a medição da variação da intensidade luminosa da luz que trafega pela fibra ótica como método de medição. A variação da intensidade ocorre através do estrangulamento da fibra ótica por meio de mecanismo com a passagem de veículo sobre a fibra. Essa técnica é susceptível a flutuações da fonte ótica e dos componentes de detecção sendo, além de cabos e conexões, assim, imprecisa e não utilizável em sistemas metrológicos.

[035] A patente US 10467075 reporta o emprego de sistema de medição acústica distribuída para o monitoramento de parâmetros rodoviários. Essa técnica é baseada em medições das emissões acústicas oriundas dos veículos e da interação dos veículos com o pavimento.

[036] A patente US5260520 reporta o encapsulamento da fibra ótica por material elastomérico, sendo este o elemento de transdução. Um dos grandes problemas desse tipo de material é a dependência com a temperatura que altera as taxas de deformação. Em temperaturas mais elevadas, como aquelas encontradas em pavimentos, o material pode saturar antes do fim da escala de medição, restringindo, assim, a faixa de operação do sensor.

[037] A patente CN 20096255 utiliza transdutor mecânico baseado em placa de aço inoxidável e barra polimérica para detectar vibração. Esse projeto apresenta alta complexidade mecânica, alta dependência com a temperatura além de ter dimensões grandes e ser, logo, altamente intrusivo ao pavimento.

[038] "SISTEMA DE MONITORAMENTO DE PESAGEM DINÂMICA E

VELOCIDADE DE VEÍCULOS EM PISTA", objeto da presente patente, foi desenvolvido para superar as limitações, inconvenientes e desvantagens das tecnologias existentes para pesagem dinâmica e velocidade em pistas de rodagem, por utilizar tecnologia de fibra ótica em configurações de montagem únicas com sensores pontuais e quasi-distribuídos, que permitem resposta rápida, utilizar técnicas difrativas, espectrométricas, interferométricas e de espalhamentos óticos, no domínio do tempo ou da frequência, pulsados ou contínuos, ser empregadas para a medição de deformação, vibração, temperatura e pressão, ser encapsulados de modo a realçar a sensibilidade às variáveis de interesse, facilitar o processo de instalação e/ou proteger a fibra ótica sensora, empregar materiais específicos como fibras sintéticas, entre elas as fibras de carbono, kevlar e vidro, resinas e polímero de diferentes composições químicas com base epóxi ou vinílica, por exemplo, e ainda estruturas rígidas feitas em metal; podendo serem instalados com configurações avançadas de redes óticas como redes em anel; com vantagens de possuir custo inferior e vida útil prolongada se comparada aos demais; os sensores poderem ser multiplexados; possuírem alta resolução espacial transversalmente ao pavimento; a tecnologia de fabricação ser simples e barata e transferível em função de custos associados.

[039] O sistema de monitoramento descrito neste documento medições de deformação, vibração, pressão e temperatura com número reduzido de sensores instalados no pavimento, ou sobre ele. Os sensores a fibra ótica são miniaturizados e, em muitos casos, são pouquíssimos intrusivos tem natureza integrada e a capacidade de fazer de forma simultânea e são instalados, e incorporados, no pavimento de forma rápida e fácil. Os sensores podem eventualmente ser aplicados sobre o pavimento sem a necessidade de serem introduzidos no mesmo, bastando estarem dentro de estruturas que garantam sua proteção física contra choque e atrito com o material rodante (apenas para evitar o seu deslocamento) e que estejam fixadas ou aderidas à superfície do pavimento. Apresenta a possibilidade de instalar os sensores a distâncias bastante longas da unidade de medição (da ordem de quilómetros se necessário) sem a menor degradação dos parâmetros medidos. Os sensores a fibra ótica são imunes a interferências eletromagnéticas e não são susceptíveis à corrosão na presença de água. A temperatura de degradação é superior a 100 ° C, podendo chegar a mais de 1000 ° C, e a resistência à tração é superior a do aço.

[040] O sistema é aplicado no monitoramento de variáveis de tráfego rodoviário tais como, mas não se limitando, à detecção de veículos, contagem de rodas, identificação de rodados simples e/ou duplos, medição da velocidade individual e média dos veículos e medição de aceleração, e com execução de cálculos obtém contagem de eixos, classificação de veículos, contagem de veículos, medição de peso por roda, medição de peso por eixo, medição do peso de grupos de eixos e medição de peso total dos veículos. O monitoramento de parâmetros de tráfego é empregado nas áreas de segurança rodoviária, de controle de tráfego, de manutenção e infraestrutura, de diagnóstico de problemas de tráfego, de tarifação em rodovias pedagiadas e na aplicação de multas em situações irregulares de tráfego, entre muitas outras situações. As informações geradas são utilizadas por vários agentes da sociedade, como, os órgãos governamentais responsáveis pelo setor rodoviário, as agências regulatórias, as entidades de segurança pública, as concessionárias de rodovias e, em alguns casos os próprios usuários das rodovias.

[041] As tecnologias atuais apresentam os seguintes problemas técnicos que o invento da presente patente resolveu:

[042] A. Os sistemas atuais de monitoramento de pesagem e de velocidade utilizam diversas técnicas ao mesmo tempo (deformação, magnética, piezo, imagem, vibração, temperatura, radar) que ao serem agrupados geram dificuldades de ajustes e calibrações e desalinhamento funcional, resolvido pela presente patente através de única base que utiliza fibra ótica que monitora múltiplos parâmetros de forma integrada e obtém resultados precisos, ajustes e calibrações e alinhamento funcional;

[043] B. Os sistemas atuais de monitoramento de pesagem e de velocidade que utilizam detecção magnética apresentam limitação operacional devido às interferências eletromagnéticas, resolvido pela presente patente através de única base que utiliza fibra ótica que não sofre interferência eletromagnética;

[044] C. Os sistemas atuais de monitoramento de pesagem e de velocidade que utilizam placa de deflexão ou placa flexível ou placa rígida ou semi-rígida necessitam de grandes obras civis que geram fragilizações no pavimento e consequentemente gerando necessidade de manutenção periódica do mesmo, resolvido pela presente patente através do uso de fibra ótica que leva à miniaturização de componentes e consequentemente mínima intervenção sobre o pavimento que não sofre fragilizações;

[045] D. Os sistemas atuais de monitoramento de pesagem e de velocidade que utilizam placa de deflexão ou placa flexível ou placa rígida ou semi-rígida apresentam imprecisões nas medições em alta velocidade, resolvido pela presente patente através de fibra ótica que monitora múltiplos parâmetros de forma integrada e obtém resultados precisos em qualquer velocidade;

[046] E. Os sistemas atuais de monitoramento de pesagem e de velocidade, piezoelétricos ou que utilizam placa de deflexão ou placa flexível ou placa rígida ou semi-rígida não permitem a contagem de rodas, identificação de rodados simples e/ou duplos, resolvido pela presente patente através de fibra ótica que monitora múltiplos parâmetros de forma integrada;

[047] F. Baixa resolução espacial ao longo da rodovia: os sensores atuais para medição dinâmica de peso têm grandes limitações no que tange à capacidade de discretizar espacialmente a medição de peso ao longo da rodovia seja longitudinalmente ou transversalmente ao tráfego, tipicamente os melhores sensores conseguem discernir o peso sobre um comprimento de lm. Este problema foi resolvido pela presente patente através de sensores propostos que podem ter resolução da ordem de milímetros. Essa característica gera ganhos na caracterização dos veículos uma vez que permite medir o peso em cada roda, identificar características como o perfil da roda, pneus cheios ou vazios entre outros. Adicionalmente, diminui a incerteza das medições de peso de veículos;

[048] G. Tamanho dos sensores e impacto sobre a estrutura do pavimento: os sensores atuais têm dimensões maiores do que os propostos e por isso ocasionam maior degradação ao pavimento. A conservação dos pavimentos é um dos parâmetros mais importantes na concessão de rodovias e cortes grandes para a instalação de sensores e cabos diminuem a vida útil dos pavimentos. Resolvido pela presente patente pelos sensores propostos que podem ser tão estreitos como alguns milímetros e podem necessitar de cortes de poucos milímetros de profundidade para serem instalados;

[049] H. Complexidade do sistema de leitura: as tecnologias atuais são baseadas em sensores elétricos que geram sinais elétricos de baixa potência e por isso requerem sistema de leitura complicados com muitos estágios eletrônicos e digitais de amplificação e condicionamento de sinais, além disso são limitados do ponto de vista de comprimento dos cabos de conexão dos sensores. Assim, os equipamentos de leitura têm dimensões grandes e precisam de proteções contra interferências eletromagnéticas e utilizam processamento de sinais complexo e com alta demanda computacional, isso eleva as dimensões físicas e o peso dos equipamentos de leitura. Resolvido pela presente patente por sensores alimentados por sistemas de leituras altamente eficientes uma vez que operam no domínio ótico, que são altamente multiplexáveis e são infinitamente menos susceptíveis a interferências externas. Além disso, os sinais óticos não sofrem com problemas de variação de intensidade, pois são codificados em frequência ou fase, portanto o hardware eletrônico é relativamente simples e mais robusto, podendo ser aplicados a vários tipos de medições físicas;

[050] I. Grande quantidade de cabos: os sensores atuais não tem potencial de multiplexação significativo e por isso cada sensor necessita de um cabo e um canal de leitura no sistema de leitura. Resolvido pela presente patente por sensores propostos altamente multiplexáveis e em uma mesma fibra ótica dezenas a centenas de sensores podem ser interligados e lidos por único sistema de leitura;

[051] J. Grandes dimensões das instalações: a quantidade de equipamentos, de cabos bem como o tamanho dos sensores e o impacto sobre a estrutura do pavimento são alguns dos problemas dos sistemas existentes. Como consequência destes problemas estão a complexidade do sistema de leitura, a baixa capacidade de multiplexação, as dimensões dos sensores e as dimensões da instalação que são consideravelmente maiores, impactando na poluição visual e na necessidade de espaço entre outros. Resolvido pela presente patente pela elegância do sistema proposto que mitiga todos esses problemas;

[052] K. Distância limite para instalação dos sensores em relação aos equipamentos de leitura: os sensores atuais baseados em eletricidade não podem ficar a distâncias muito elevadas dos equipamentos de leitura em função de atenuação dos sinais dos sensores, susceptibilidade a interferências eletromagnéticas entre outros. Resolvido pela presente patente, por sensores que têm a característica de poderem ser instalados a dezenas de quilómetros da unidade de leitura sem qualquer limitação para a qualidade de leitura da informação de peso e velocidade, ou qualquer outra variável física medida;

[053] L. Complexidade de manutenção: devido à quantidade e complexidade de hardware eletrônico, cabos e proteções dos sistemas atuais, as operações de manutenção tornam-se complexas, demoradas e dispendiosas. Resolvido pela presente patente por utilizar de sistema com menor quantidade e simplicidade de hardware, reduzindo, simplificando e barateando as operações de manutenção;

[054] M. Suscetibilidade dos cabos usados nas tecnologias atuais que sofrem corrosão na presença de água, resolvido pela presente patente por utilizar fibra ótica que não corrói, pois a sua temperatura de degradação é superior a 100 ° C, podendo chegar a mais de 1000 ° C, e a resistência à tração é superior a do aço; e [055] N. Instalação intrusiva ao pavimento: os sensores atuais, bem como aqueles reportados na revisão de patentes supramencionada nesse documento, são intrusivos e precisam estar no interior do pavimento, quer parcialmente ou em sua totalidade; os sensores propostos podem ser pouquíssimo intrusivos ou ainda não serem intrusivos, sendo instalados na superfície do pavimento.

[056] O sistema de monitoramento de veículos objeto da presente patente foi obtido após pesquisas e desenvolvimentos de processos e de dispositivos que visaram resolver os problemas técnicos identificados nas tecnologias atualmente disponíveis. [057] De uma maneira geral os sensores a fibra ótica são muito sensíveis a qualquer alteração nas dimensões ou no índice de refração das fibras óticas sensoras. Assim, simplesmente movimentar a fibra ótica a partir do repouso pode causar grandes alterações de sinal medido. Da mesma forma no que tange a pequenas variações térmicas. Partindo dessa compreensão e da capacidade de realizar o sistema de interrogação, a medição do peso em movimento (bem como a medição de todos os outros sinais oriundos do tráfego de veículos conforme mencionado acima) requer atenção sobre o possível excesso de sensibilidade da fibra ótica. Outro ponto relevante é o fato do vidro ser muito resistente à tração e compressão mecânicas e também muito estável termicamente, porém apresentar grande sensibilidade aos esforços cisalhantes, que devem sempre ser evitados ou mitigados. Assim, as metodologias de instalação dos sensores no pavimento de acordo com o sistema objeto da presente patente levaram em consideração as premissas acima sem perder a capacidade de medição das variáveis de interesse.

[058] O sistema de leitura e interrogação dos sensores consiste em um sistema optoeletronico que transforma os sinais óticos em sinais elétricos contendo informações de amplitude, frequência e fase. Esse sinal é transmitido a um processador eletronico que o processa para determinação dos parâmetros de deformação, vibração e temperatura que, resolvidos no tempo, podem ser convertidos em informações de peso, velocidade, número de eixos entre outros parâmetros dos veículos.

[059] O sistema optoeletronico emprega fontes óticas de banda larga como,

LEDs e SLEDs, ou de banda estreita como Lasers contínuos ou pulsados, estáticos ou de varredura, de alta e baixa coerências temporais e espaciais, e lâmpadas de vários tipos, bem como, fotodetectores singulares como, fotodiodos pin e avalanche, entre outros, ou CCDs e arrays de detectores. Além disso, ele pode ter distintas configurações em função do parâmetro de interesse a ser medido, de seu local e da incerteza no valor da medição.

[060] De uma maneira geral os sensores instalados no pavimento detectam deformação, vibração e temperatura de forma contínua possibilitando a detecção e medição de parâmetros de tráfego relacionados ao trânsito de veículos sobre os sensores. Os sinais dos sensores são conduzidos até o sistema optoeletronico de leitura e interrogação que os convertem para sinais eletrônicos que são em sequência processados e as informações de tráfego são geradas.

[061] Os sensores são instalados no interior do pavimento, ou sobre ele, sendo esse último considerado como não intrusivo, pois não necessita que a infraestrutura da via (asfalto ou calçamento) seja modificada para a instalação dos sensores, e podem simultaneamente, ou não, medir variação de temperatura, pressão, vibração e deformação induzidas ao pavimento com a passagem de veículos. O processamento dessas variáveis permite gerar simultaneamente e em tempo real inúmeros parâmetros de tráfego, como: contagem, classificação, velocidade, peso, vibração, desgaste, mas não limitados a estes.

[062] O sistema de monitoramento, detecção, classificação, medição (incluindo cálculo de velocidade, tamanho, peso, numero e distancia dos eixos, tipo de rodado simples ou duplo, etc.) de veículos em movimento (em baixa e alta velocidade) ou parados, objeto da presente patente, é baseado em sensores a fibra ótica. Os sensores a fibra ótica consistem em uma tecnologia que explora todo o potencial das fibras óticas para a medição de variáveis físicas e químicas. As fibras óticas consistem em excelentes meios de transmissão de sinais, têm dimensões muito pequenas e, na maioria das vezes, são feitas de vidro, assim, podem ser usadas para o desenvolvimento de sistemas sensores remotos, miniaturizados e imunes a todos os tipos de interferências eletromagnética,

[063] A novidade do presente invento está nos transdutores e na configuração da instalação.

[064] Três configurações de elemento de transdução são apresentadas. Essas configurações são descritas como modelo I, modelo II e modelo III.

[065] O modelo I consiste em um sensor no formato de trança constituído por fibra ótica e fibras sintéticas de material de alto desempenho mecânico e térmico, como carbono, kevlar ou vidro. As fibras sintéticas tem por função proteger a fibra ótica de esforços cisalhantes e promover a ancoragem da fibra ótica ao pavimento. Qualquer tipo de trança entre a fibra ótica e as fibras sintéticas é possível, assim como a utilização simultânea de mais de um tipo de fibra sintética ou de mais de uma fibra ótica de mesmo tipo ou não. O sensor pode ser diretamente incorporado ao pavimento, se integrando perfeitamente ao betume, ou pode ser instalado na superfície do pavimento em canaleta rasa, com menos de 10 mm de profundidade, com adição de betume. Além da facilidade instalação, esse sensor é minimamente intrusivo e muito sensível, detectando facilmente veículos leves como motos e bicicletas e, também, veículos pesados como caminhões de carga.

[066] O modelo II consiste em um sensor no formato de barra delgada, com espessura da ordem de 3 mm, mais especificamente menor que 5 mm, largura da ordem de 10 mm, mais especificamente menor que 20 mm e com comprimento que pode variar de acordo com a necessidade da instalação, desde poucos centímetros até unidades de metro. A barra é constituída de material compósito que contém a fibra ótica em seu interior. Resinas de bases epoxy, vinilicas entre outras podem ser empregadas na fabricação das barras assim como fibras sintéticas de alto desempenho como de carbono, kevlar e vidro. Similarmente ao sensor do modelo I, o sensor no formato de barra também pode ser instalado em canaleta rasa, sendo minimamente intrusivo. Outra possibilidade, única a esse modelo de sensor, é a capacidade de ser instalado diretamente na superfície do pavimento se caracterizando, portanto, como não intrusivo.

[067] Tanto no modelo I como no modelo II os sinais óticos medidos podem conter informações de frequência e fase da onda ótica confinada na fibra ótica. Para o caso de detecção de frequência, elementos difrativos estão presentes no interior da fibra constituinte do sensor. A quantidade e a densidade de elementos difrativos depende de variáveis como aplicações, incerteza de medição almejada entre outros, e pode varia desde um único elemento até dezenas a centenas por sensor.

[068] O modelo III consiste em sensor composto por invólucro metálico responsável por isolar e transformar as componentes verticais da força (peso) em componentes horizontais que deformam partes do invólucro metálico e que são monitoradas por fibras óticas. A deformação dessas partes pode ser medida através da frequência ou da fase da onda ótica no interior da fibra. A característica mais importante desse modelo de sensor é a baixíssima incerteza.

[069] O modelo IV consiste em sensor composto por uma placa de deflexão miniaturizada instalada no interior de um transdutor de força e que permite a medição indireta do peso do veículo. A deflexão da placa pode ser medida através da frequência ou da fase da onda ótica no interior da fibra. Esse tipo de medição pode ter baixíssima incerteza quando integrada a um transdutor de força.

[070] Após diversos ensaios e atividades de pesquisa e desenvolvimento, chegou-se às construtividades que constituem o sistema objeto da presente invenção, e descrito em pormenores em seguida.

[071] Para melhor compreensão do sistema de monitoramento de variáveis de veículos em pista, objeto da presente invenção, são anexadas as seguintes figuras:

[072] FIGURA 1., que mostra um diagrama de esquemático do sistema da presente patente.

[073] FIGURA 2., que mostra o diagrama de blocos dos módulos construtivos constituintes do sistema objeto da presente patente;

[074] FIGURA 3., que mostra a vista em perspectiva explodida da configuração do sensor modelo I encapsulado, de acordo com a presente invenção;

[075] FIGURA 4., que mostra a vista em perspectiva da configuração do sensor modelo II mostrando encapsulamento transparente para melhor entendimento, de acordo com a presente invenção; [076] FIGURA 5., que mostra a vista em perspectiva da configuração do sensor modelo III encapsulado, de acordo com a presente invenção;

[077] FIGURA 6., que mostra a vista em perspectiva da configuração do sensor modelo IV acionada por deflexão, de acordo com a presente invenção;

[078] FIGURA 7., que mostra a vista em perspectiva de uma realização particular do sensor do modelo I embutido no interior do pavimento de uma via de tráfego de veículos;

[079] FIGURA 8., que mostra um diagrama de blocos da rede de fibra ótica do sistema com detecção, transmissão e leitura dos sensores;

[080] FIGURA 9., que mostra um diagrama de blocos da rede de fibra ótica do sistema de leitura dos sensores operando em transmissão;

[081] FIGURA 10., que mostra um diagrama de blocos da rede de fibra ótica do sistema de leitura dos sensores, interconectados na forma de rede ótica em anel; e

[082] FIGURA 11., que mostra um diagrama de blocos do processo de medição dinâmica de peso da presente patente.

[083] De acordo com a Figura 1, o sistema de monitoramento da presente patente monitora o veiculo (V) na pista (PI), utilizando sensores de medição de peso e de velocidade (1-A), canal de comunicação de sinal (1-B), leitor ótico (2-A) e unidade de processamento (2-B) com software de análise (SA) gravado, unidade de comunicação (2-C) e fonte de alimentação (2-D).

[084] De acordo com a Figura 2, o sistema de monitoramento da presente patente é constituído por módulo de sensorização e de transmissão de sinal (1) com sensores de medição de peso e de velocidade (1-A) dotado de uma ou uma rede de fibra ótica com técnicas difrativas, espectrométricas, interferométricas e de espalhamentos óticos no domínio do tempo e/ou da frequência, pulsados ou contínuos, montada em configurações modelos I, II, III e IV e ligada bidirecionalmente ao canal de comunicação de sinal (1-B) e instalado no pavimento (PI), e canal de comunicação de sinal (1-B) dotado de fibra ou rede de fibras óticas do tipo monomodo ou multimodo ou ainda de geometria complexa e conexões montada em configurações de reflexão e transmissão e ligado bidireccionalmente ao leitor ótico (2-A) do módulo de leitura, processamento e comunicação (2) e aos sensores de medição de peso e velocidade (1-A); e por módulo de leitura e processamento e comunicação (2) dotado de leitor ótico (2-A) do tipo varredura laser ou refrativo ou interferométrico ou similar, com fontes luminosas (2-A-l) do tipo laser, LED, LED superluminescente, ASE ou similar, com detectores (2-A-2) do tipo fotodiodos, válvulas, termopilha, sensores piroelétricos, CCDs e similares e com acoplador e/ou multiplexador (2-A-3) do tipo circulador ou multiplexador por comprimento de onda ou com acopladores com razões de acoplamento variadas 1x99, 10x90 ou 50x50, com três ou mais portas ou similar, ligado unidirecionalmente a fonte de alimentação (2-D) e bidireccionalmente a unidade de processamento (2-B) e ao canal de comunicação de sinal (1-B) do módulo de sensorização e de transmissão de sinal (1), unidade de processamento (2-B) com processador modelo Intel i3 ou similar e com software de análise (SA) gravado, ligado unidirecionalmente a fonte alimentação (2-D) e bidireccionalmente a unidade de comunicação (2-C) e ao leitor ótico (2-A), unidade de comunicação (2-C) com redes wireless ou cabeadas ligadas unidirecionalmente a fonte de alimentação (2-D) e bidireccionalmente a unidade de processamento (2-B) e fonte da alimentação (2-D) do tipo linear ou chaveada ou similar ligada unidirecionalmente ao leitor ótico (2-A), a unidade de processamento (2-B) e a unidade de comunicação (2-C).

[085] Os sensores de medição de peso e de velocidade (1-A) consistem nos elementos de medição empregando tecnologia de sensoriamento com fibras ópticas, com técnicas difrativas, espectrométricas, interferométricas e de espalhamentos óticos, no domínio do tempo e/ou da frequência, pulsados ou contínuos e outras técnicas que venham a ser desenvolvidas compatíveis com a aplicação, a fim de obter a precisão na medição de deformação, vibração, temperatura e pressão, as quais permitem calcular o peso e velocidade dos veículos e posicionados no pavimento para a medição do peso e/ou da velocidade dos veículos. Conforme descrito nas figuras 3, 4, 5 e 6 com as configurações dos sensores que podem ter os modelos "Γ, "II", "III" e "IV".

[086] O canal de comunicação de sinal (1-B) consiste em todos os cabos e conexões necessárias para estabelecer canal de comunicação confiável, eficiente e seguro entre módulo de sensorização e de transmissão de sinal (1) e módulo de leitura, processamento e comunicação (2).

[087] O leitor ótico (2-A) consiste em equipamento responsável por ler o sinal ótico proveniente dos sensores e transformá-lo em sinais elétricos que possam ser interpretados por computador.

[088] A Unidade de processamento (2-B) consiste em unidade computacional, que pode ser computador industrial ou placa ou circuito dedicado responsável por processar, armazenar e enviar dados via rede de comunicação.

[089] O Software de análise (SA) consiste em algoritmo dedicado de processamento dos sinais óticos oriundos das excitações recebidas com o tráfego de veículos sobre o pavimento e sensores, para conversão dos valores medidos em peso e velocidade. Bem como algoritmo dedicado de auto-diagnóstico, recuperação de dados e falhas e de controle do processo.

[090] A Unidade de comunicação (2-C) consiste no circuito eletrônico responsável pela comunicação entre o módulo de leitura, processamento e comunicação (2) e outros equipamentos ou redes de comunicação para o envio e recebimento de dados de processamento de tráfego. Por exemplo, comunicação por redes wireless wifi, nfc, wsn entre outras ou cabeadas com cabos de par trançado, coaxiais, fibras óticas entre outras.

[091] A Fonte de alimentação (2-D) consiste em circuito eletrônico de potência para alimentação de todos os componentes ativos e passivos presentes no módulo de leitura, processamento e comunicação (2).

[092] De acordo com a Figura 3., o sensor (1-A) na configuração modelo "I" onde a fibra ótica (1-A-l) é envolvida fisicamente por fibras sintéticas (l-A-2), (l-A-3), e (l-A-4) de forma trançada, que podem ser constituídas de um único tipo de fibra ou de mais de um tipo de fibra, como fibras de carbono, kevlar e vidro, a quantidade de fios de fibra sintética também pode ser variada em quantidade acima de três. Existe ainda a possibilidade do conjunto fibra ótica (1-A-l) e fibras sintéticas (l-A-2), (l-A-3), e (l-A-4) serem envolvidas por resinas, betume asfáltico ou outro material de interesse.

[093] De acordo com a Figura 4., é mostrado o sensor (1-A) modelo "Π" onde a fibra ótica (1-A-l) é incorporada em uma encapsulamento (l-A-5) com seção transversal (1-A-5-A) de dimensões variadas podendo ser prismática poligonal, oval ou circular, ou ainda ter formato irregular. Esta peça pode ser oca ou preenchida com diferentes materiais como fibras sintéticas, resinas, polímeros, líquidos e géis, para ampliar a resposta à medição de interesse bem como proteger a fibra ótica. Um cabo de fibra ótica do canal de comunicação de sinal (1-B) é utilizado para conectar o sensor à unidade de leitura.

[094] De acordo com a Figura 5., é mostrado o sensor (1-A) modelo "III", que consiste em um encapsulamento (l-A-6) metálico com ancoragem de formato prismático poligonal e invólucro central de formato cilíndrico ou prismático losangular que maximize a sensibilidade e a precisão na medição de peso e velocidade, concatenador de forças mecânicas cuja função é aumentar a sensibilidade na medição de componentes transversais de força. Uma ou mais fibras óticas sensoras (l-A-7) são fixadas no interior do invólucro de forma a medir a distribuição de tensões mecânicas e de temperatura. As dimensões dos elementos de ancoragem e do cilindro estão relacionadas ao tipo do pavimento onde os sensores são instalados, ao tipo de veículos que se deseja monitorar, ao metal empregado e à variável que se deseja monitorar.

[095] De acordo com a Figura 6., é mostrado o sensor (1-A) modelo IV que consiste em placa de deflexão miniaturizada (l-A-8), engastada em uma apoio (l-A-10), que transforma a força peso no movimento (MV), gerada a partir do fluxo de veículos sobre o sensor instalado no interior de um transdutor de força posicionado no pavimento. A fibra ótica sensora ( 1-A-l) é fixada na região de maior deformação da placa com o emprego de adesivo (l-A-10). As dimensões totais desse sistema mecânico são proporcionais às dimensões de uma fibra ótica podendo, assim, ser posicionado no interior de encapsulamento similar ao sensor modelo "III".

[096] De acordo com a Figura 7., é mostrada a instalação dos sensores modelo

"I" posicionados no interior de uma canaleta (CA), cujas dimensões são proporcionais às dimensões do sensor e está na ordem de unidades de milímetros, feita na superfície do pavimento (PI), que pode ser rígido ou flexível. O sensor ( 1-A) modelos "Γ e "Π" é incorporado ou sobre o pavimento (PI) e coberto com aplicação de resina ou betume asfáltico. O sensor (1-A) modelos "III" e "IV" é incorporado no interior do pavimento (PI) e coberto com aplicação de resina ou betume asfáltico Esse processo garante a difusão da resina ou do betume entre as fibras do sensor e da mesma forma no interior dos poros do pavimento. Isto garante a integração do sensor ao pavimento e possibilita a medição da deformação, vibração ou temperatura de forma precisa e com alta sensibilidade.

[097] A leitura dos sinais dos sensores óticos é realizada com um sistema capaz de interrogar a fibra ótica de maneiras variadas e de forma independente medindo deformação, vibração e temperatura. Multiplexando-se sinais óticos, no tempo, no comprimento de onda, na frequência e na fase, chaveando-se entre fontes óticas e detectores sintonizados para a leitura de determinadas variáveis é possível ampliar a capacidade detecção do sistema e também explorar o potencial dos sensores instalados no pavimento. Logo, o sistema de leitura é flexível e pode ler simultaneamente qualquer modalidade de sensor descrita anteriormente ou ainda individualmente conforme necessidade.

[098] Os sensores podem também ser interconectados na forma de uma rede ótica explorando o potencial da tecnologia ótica de telecomunicações.

[099] De acordo com a Figura 8., é representada uma primeira alternativa de rede de fibra ótica para leitura dos sensores, em que a configuração de sensores (1-A) podem ser distribuídos e/ou quasi- distribuídos e/ou pontuais, operando em reflexão. Uma ou mais fontes (2-A-l) e um ou mais canais de comunicação de sinal (1-B) que são ligados a que são ligados através de acopladores (2-A-3) um ou mais detectores (2-A-2) provendo o sistema alta capacidade de multiplexação.

[0100] De acordo com a Figura 9., é representada uma segunda alternativa de rede de fibra ótica para leitura dos sensores, em que a configuração de sensores (1-A) podem ser distribuídos e/ou quasi- distribuídos e/ou pontuais, operando em transmissão. Uma ou mais fontes (2-A-l) e um ou mais canais de comunicação de sinal (1-B) que são ligados a um ou mais detectores (2-A-2) ligados através de acopladores (2-A-3) provendo o sistema alta capacidade de multiplexação.

[0101] De acordo com a FIGURA 10., é representada uma terceira alternativa de rede de fibra ótica para leitura dos sensores, em que a configuração de sensores (1-A) podem ser distribuídos e/ou quasi- distribuídos e/ou pontuais, operando em uma rede em anel. Um ou mais leitores óticos (2-A), um ou mais canais de comunicação de sinal (1-B) que são ligados através de acopladores (2-A-3) a rede em anel (3) obtém uma continuidade de operação com o rompimento de um ou mais canais de comunicação de sinal (1-B).

[0102] Além da configuração em anel outras configurações, tradicionais ou não, empregadas em sistemas de telecomunicações óticas podem ser empregadas em sistemas sensores a fibra ótica para o monitoramento rodoviário. Esse tipo de oportunidade é especialmente valiosa em instalações com grande quantidade pontos de monitoramento, como é o caso de praças de pedágio e de cruzamentos em centros urbanos, ou rodovias com muitas vias etc.

[0103] Existem inúmeras técnicas de medição empregando fibras óticas, em específico aqui, as medições de deformação, vibração, temperatura e pressão, fazem uso dos sensores pontuais e quasi- distribuídos. Técnicas difrativas, espectrométricas, interferométricas e de espalhamentos óticos, no domínio do tempo ou da frequência, pulsados ou contínuos, são empregadas para a medição de deformação, vibração, temperatura e pressão. [0104] Os sensores a fibra ótica podem ser encapsulados para a medição de deformação, vibração e temperatura do pavimento. O encapsulamento dos sensores a fibra ótica pode ter diferentes objetivos, realçar a sensibilidade às variáveis de interesse, facilitar o processo de instalação e/ou proteger a fibra ótica sensora. O projeto e a fabricação dos encapsulamentos empregam materiais específicos como fibras sintéticas, entre elas as fibras de carbono, kevlar e vidro, resinas e polímero de diferentes composições químicas com base epóxi ou vinílica, por exemplo, e ainda estruturas rígidas feitas em metal.

[0105] De acordo com a Figura 11., o processo de medição dinâmica de peso de um veículo em movimento ocorre na seguinte sequência operacional:

[0106] A) A partir da iluminação fornecida pela fonte luminosa (2-A- l) ao canal ótico, a luz é guiada aos sensores (1-A) e deles é guiada aos detectores (2-A-2);

[0107] B) Os veículos se posicionam ou passam sobre os sensores (1-A), gerando vibração e deformação no pavimento (PI) e nos sensores que são detectadas de forma independente ou simultaneamente;

[0108] B) As medições são realizadas em altas frequências, superiores a 100 Hz, são detectadas as deformações e as vibrações induzidas ao pavimento (PI) e ao sensor (1-A);

[0109] C) Nas medições de vibração e deformações, os sensores (1-A) medem sinais de frequência, amplitude ou fase das forças mecânicas produzidas pelos veículos e pelo tráfego dos veículos sobre o pavimento (PI) e os sensores (1-A) ;

[0110] D) Os sinais óticos provenientes dos sensores (1-A), com as informações de vibração e deformação, são lidos pelo leitor ótico (2- A) e convertidos em sinais elétricos para posterior processamento;

[0111] E) Os sinais elétricos são processados por algoritmos dedicados gerando informações de peso por eixo, peso por roda, peso bruto total e velocidade pelo software (SA); e

[0112] F) As informações de peso e velocidade são armazenadas e ou compartilhadas com computadores locais ou remotos via o sistema de comunicação (2-C) empregando redes sem fio ou cabeadas.