一種交通探測傳感器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種交通探測傳感器，包括傳感器組件和硬質(zhì)金屬板，所述的傳感器組件包括復(fù)合材料薄片、上銅電極、下銅電極、導(dǎo)線以及硬質(zhì)金屬板；上銅電極和下銅電極分別通過強力膠粘貼在復(fù)合材料薄片的上下表面，然后噴涂一層防護密封材料；復(fù)合材料薄片采用量子隧道效應(yīng)復(fù)合材料制成。本發(fā)明體積小，可以直接安置于路面進行交通監(jiān)測，無需切割路面進行安裝，具有安裝方便，不破壞路面的有點。由于其超高壓敏性，所以具有響應(yīng)速度快，精度高等優(yōu)點。另外，與其它探測技術(shù)，如微波雷達(測車速)、視頻圖像處理器(車違章)等相比，本發(fā)明可以同時集車速、車流量、車道占有率和車型等交通數(shù)據(jù)監(jiān)測于一體，可以大大節(jié)約成本，提高路面利用率。
【專利說明】一種交通探測傳感器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種智能交通管理系統(tǒng)的交通探測系統(tǒng)，特別是一種交通探測傳感器。

【背景技術(shù)】
[0002]智能交通系統(tǒng)(ITS)是一種在大范圍內(nèi)實時、準(zhǔn)確、高效、全方位發(fā)揮作用的綜合運輸和管理系統(tǒng)，交通探測系統(tǒng)是智能交通系統(tǒng)的重要組成部分，負(fù)責(zé)采集交通流量、車速、車頭間距、交通密度和車道占有率等交通數(shù)據(jù)。目前交通探測系統(tǒng)中用于采集這些交通數(shù)據(jù)的傳感器有多種類型，如電學(xué)傳感器、磁敏傳感器、光敏傳感器、聲敏傳感器等。在這些傳感器中，由于具有成熟的技術(shù)、低廉的價格和對環(huán)境的良好魯棒性，其中感應(yīng)線圈檢測器是最常用的交通探測傳感器。感應(yīng)線圈檢測器可以較為準(zhǔn)確的監(jiān)測車道占有率、車速和車頭間距，一般安裝在路面下方。近年來信息技術(shù)、通訊技術(shù)、傳感技術(shù)以及計算機技術(shù)的發(fā)展促進了其它探測技術(shù)(微波雷達、紅外線傳感器、視頻圖像處理器)的發(fā)展，這些探測技術(shù)具有較高的精確度，使用方便，應(yīng)用范圍也較廣。
[0003]感應(yīng)線圈檢測器需要切開路面進行布置，其與路面的相容性較差，影響了道路的使用年限，并且對汽車結(jié)構(gòu)有一定的要求，準(zhǔn)確度一般。
[0004]微波雷達、紅外線傳感器、視頻圖像處理器功能單一，價格較貴、維修費用較高而且惡劣環(huán)境(雨、雪、霧)下的工作性能較差。另外，這些探測技術(shù)在使用過程中，需長期處于工作狀態(tài)，能耗較大。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問題，本發(fā)明要設(shè)計一種探測結(jié)果準(zhǔn)確、制造成本低廉、能耗較小的交通探測傳感器。
[0006]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下:一種交通探測傳感器，包括傳感器組件和硬質(zhì)金屬板，所述的傳感器組件包括復(fù)合材料薄片、上銅電極、下銅電極和導(dǎo)線；
[0007]所述的上銅電極和下銅電極分別通過強力膠粘貼在復(fù)合材料薄片的上下表面，然后嗔涂一層防護S封材料；
[0008]所述的上銅電極和下銅電極分別與導(dǎo)線連接；
[0009]所述的硬質(zhì)金屬板通過強力膠固定在下銅電極上；
[0010]所述的復(fù)合材料薄片采用量子隧道效應(yīng)復(fù)合材料制成，所述的量子隧道效應(yīng)復(fù)合材料的制造方法包括以下步驟:
[0011]A、將刺球狀鎳粉摻入液態(tài)硅橡膠，所述的刺球狀鎳粉和硅橡膠的質(zhì)量比為3:1-5:1 ；
[0012]B、攪拌5_20min后壓制成型并硫化；
[0013]C、切割成長方形的薄片。
[0014]本發(fā)明所述的傳感器組件有兩個或兩個以上，采用分布式的方式固定在硬質(zhì)金屬板上。
[0015]本發(fā)明所述的鎳粉為納米或微米級刺球形鎳粉。
[0016]本發(fā)明的工作原理是:本發(fā)明的復(fù)合材料薄片是由刺球狀鎳粉均勻地分布在硅橡膠基體中而制成，由于硅橡膠的包覆，鎳粉間未形成導(dǎo)電通路，在未受壓時，復(fù)合材料電阻高達113 Ω，可近似認(rèn)為是絕緣體。在電場作用下，刺球狀鎳粉的刺尖周圍形成局部高電場，可以壓抑鎳粉的表面勢壘，使其高度降低、寬度變窄，從而導(dǎo)致鎳粉內(nèi)的電子由于隧道效應(yīng)穿透表面勢壘逸出形成場致電子發(fā)射。同時，當(dāng)鎳粉摻量達到一定值時，鎳粉粒子間距離很小，復(fù)合材料內(nèi)部的局部高場強也能導(dǎo)致形成隧道效應(yīng)。當(dāng)復(fù)合材料受壓變形時，由于鎳粉粒子間的間距減小，當(dāng)局部區(qū)域中鎳粉粒子間的距離減小到一定程度時，量子隧道效應(yīng)增強，宏觀上表現(xiàn)為復(fù)合材料的電阻迅速減小，最小可降至I Ω甚至1Ω以下，變成良好的導(dǎo)體。鎳粉摻量越大的硅橡膠復(fù)合材料的壓敏效應(yīng)越顯著。綜上所述，鎳粉娃橡膠復(fù)合材料的超高壓敏性是由于量子隧道效應(yīng)而產(chǎn)生的。本發(fā)明利用這種復(fù)合材料的超高壓敏性，當(dāng)車輛通過時，傳感器發(fā)生變形，表現(xiàn)出電阻急劇下降或傳感器兩端電壓瞬間減小，從而探測出車輛的通過。
[0017]本發(fā)明工作時，通過數(shù)據(jù)采集卡采集由引出導(dǎo)線引出的電極間的電壓、電阻等電學(xué)信號，經(jīng)計算獲得車流量、車速、車重量等交通參數(shù)，實現(xiàn)了對交通狀況的監(jiān)測，對電學(xué)信號可通過有線或無線的方式采集并傳輸。
[0018]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果:
[0019]1、本發(fā)明由于原材料廉價易得，耐久性好，制備方法簡便，具有結(jié)構(gòu)簡單，造價低、耐久性好、維護方便，壽命長和不受環(huán)境因素影響等特點。
[0020]2、與磁感應(yīng)線圈相比，本發(fā)明體積小，可以直接安置于路面進行交通監(jiān)測，無需切割路面進行安裝，具有安裝方便，不破壞路面的有點。由于其超高壓敏性，所以具有響應(yīng)速度快，精度高等優(yōu)點。另外，與其它探測技術(shù)，如微波雷達(測車速)、視頻圖像處理器(車違章)等相比，本發(fā)明可以同時集車速、車流量、車道占有率和車型等交通數(shù)據(jù)監(jiān)測于一體，可以大大節(jié)約成本，提高路面利用率。
[0021]3、本發(fā)明在工作狀態(tài)，由于量子隧道效應(yīng)復(fù)合材料的特點，其在未受壓時處于絕緣狀態(tài)，這樣如果沒有車輛經(jīng)過，整個傳感器是處于斷路狀態(tài)，所以本發(fā)明具有節(jié)能的優(yōu)點。
[0022]4、本發(fā)明可應(yīng)用于實時長期的交通探測，集車速，車重，車流量和車型等交通參數(shù)監(jiān)測于一體，可根據(jù)具體情況布置在道路不同位置，對交通違章如超速，違章掉頭，違章停車，闖紅燈等進行監(jiān)控，是保障城市和公路的交通安全和順暢的一種有效手段。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]本發(fā)明共有附圖5張，其中:
[0024]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025]圖2是本發(fā)明采用整體式布置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0026]圖3是本發(fā)明采用分布式布置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0027]圖4為本發(fā)明典型的信號圖譜。
[0028]圖5是車輛通過兩條平行布置的交通探測傳感器時典型的信號圖譜。
[0029]圖中:1、導(dǎo)線，2、上銅電極，3、復(fù)合材料薄片，4、下銅電極，5、硬質(zhì)金屬硬質(zhì)金屬板，6、傳感器組件。

【具體實施方式】
[0030]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進行進一步地描述。
[0031]實施例一:如圖1-2所示，一種交通探測傳感器，包括硬質(zhì)金屬板5和傳感器組件6，所述的傳感器組件6包括復(fù)合材料薄片3、上銅電極2、下銅電極4和導(dǎo)線I ;所述的上銅電極2和下銅電極4分別通過強力膠粘貼在復(fù)合材料薄片3的上下表面，然后噴涂一層防護密封材料；所述的上銅電極2和下銅電極4分別與導(dǎo)線I連接；
[0032]所述的硬質(zhì)金屬硬質(zhì)金屬板5通過強力膠固定在下銅電極4上；所述的復(fù)合材料薄片3采用量子隧道效應(yīng)復(fù)合材料制成，所述的量子隧道效應(yīng)復(fù)合材料的制造方法包括以下步驟:
[0033]A、將刺球狀鎳粉摻入液態(tài)硅橡膠，所述的刺球狀鎳粉和硅橡膠的質(zhì)量比為3:1-5:1 ；
[0034]B、攪拌5_20min后壓制成型并硫化；
[0035]C、切割成長方形的薄片。
[0036]本實施例可使用于水泥混凝土或浙青混凝土鋪制的路面或橋面上，通過數(shù)據(jù)采集卡采集由導(dǎo)線I引出的電極間的電壓、電阻等電學(xué)信號，經(jīng)計算獲得車流量、車速、車重量等交通參數(shù)，實現(xiàn)了對交通狀況的監(jiān)測，對電學(xué)信號可通過有線或無線的方式采集并傳輸。
[0037]實施例二:如圖3所示，傳感器組件6采用分布式布置方式。
[0038]本發(fā)明可以布置在現(xiàn)有路面或橋面結(jié)構(gòu)的表層，復(fù)合材料薄片的長度可為現(xiàn)有路面或橋面的寬度或半個路面或橋面的寬度；也可將交通探測傳感器布置在現(xiàn)有路面或橋梁結(jié)構(gòu)的伸縮縫等處。本發(fā)明可根據(jù)具體情況在需要進行交通參數(shù)監(jiān)測的路段布置。
[0039]圖4為車輛通過一條交通探測傳感器時典型的信號圖譜，橫坐標(biāo)為時間，縱坐標(biāo)為交通探測傳感器兩端電壓。交通探測傳感器和一個15 Ω的電阻串聯(lián)在一個1.5V電池供電的回路中，當(dāng)沒有車輛通過時，交通探測傳感器電阻非常大，整個電路可以當(dāng)做斷路，這時交通探測傳感器兩端電壓約為1.5V ;當(dāng)車輛通過時，由于交通探測傳感器受壓，電阻急劇下降，由于和串聯(lián)電阻分壓，所以交通探測傳感器兩端電壓減小，表現(xiàn)在圖4中就是出現(xiàn)電壓信號突變峰。兩條峰分別對應(yīng)前后輪壓過信號。由于車身前后重量不同，所以峰值大小也不一樣，由此可以看出，一般車頭較車尾重，對應(yīng)于圖4為前輪壓過的峰比后輪壓過的峰長。利用這一特點，可以用來監(jiān)測車流量，車重等交通數(shù)據(jù)。
[0040]當(dāng)要實現(xiàn)對交通測速的目的時，必需同時平行鋪設(shè)兩條交通探測傳感器，間距為2m至20m。車輛通過兩條平行布置的交通探測傳感器時典型的信號圖譜如圖5所示。
【權(quán)利要求】
1.一種交通探測傳感器，包括傳感器組件(6)和硬質(zhì)金屬板(5)，其特征在于:所述的傳感器組件(6)包括復(fù)合材料薄片(3)、上銅電極(2)、下銅電極(4)和導(dǎo)線(3)； 所述的上銅電極(2)和下銅電極(4)分別通過強力膠粘貼在復(fù)合材料薄片(3)的上下表面，然后噴涂一層防護密封材料； 所述的上銅電極⑵和下銅電極⑷分別與導(dǎo)線⑶連接； 所述的硬質(zhì)金屬板(5)通過強力膠固定在下銅電極(4)上； 所述的復(fù)合材料薄片(3)采用量子隧道效應(yīng)復(fù)合材料制成，所述的量子隧道效應(yīng)復(fù)合材料的制造方法包括以下步驟:A、將刺球狀鎳粉摻入液態(tài)硅橡膠，所述的刺球狀鎳粉和硅橡膠的質(zhì)量比為3:1-5:1; B、攪拌5-20min后壓制成型并硫化； C、切割成長方形的薄片。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種交通探測傳感器，其特征在于:所述的傳感器組件(6)有兩個或兩個以上，采用分布式的方式固定在硬質(zhì)金屬板上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種交通探測傳感器，其特征在于:所述的鎳粉為納米或微米級刺球形鎳粉。
【文檔編號】E01F11/00GK104314019SQ201410636713
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2014年11月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月11日
【發(fā)明者】韓寶國, 丁思齊, 劉威, 歐進萍 申請人:大連理工大學(xué), 中國五洲工程設(shè)計集團有限公司