專利名稱：溫度不敏感光纖光柵公路交通流量監(jiān)測裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種公路交通流量監(jiān)測裝置，特別是一種將光纖傳感技術(shù)和單片 機技術(shù)巧妙結(jié)合的溫度不敏感公路交通流量監(jiān)測裝置。
背景技術(shù)：
目前，主要的公路交通流量監(jiān)測手段是靠攝像監(jiān)測及地感線圈傳感器監(jiān)測設(shè)備。 攝像監(jiān)測，對于交通狀況錯綜復(fù)雜的地區(qū)，它的監(jiān)測力度明顯不夠，而且系統(tǒng)的建設(shè)和維護 成本很高，還受到天氣和人為因素影響，使得這種監(jiān)測手段越來越落后，并逐漸成為道路監(jiān) 測的輔助手段。地感線圈傳感器現(xiàn)在應(yīng)用的非常廣泛，但它也有很多缺點，比如它易受到冰 凍、鹽堿或繁忙交通的影響；它的壽命一般為二年，之后要破壞路面，重新鋪設(shè)等。其它路面 車輛檢測傳感器如超聲波傳感器容易受環(huán)境的影響，當風速6級以上時，反射波產(chǎn)生漂移 而無法正常檢測，而探頭下方通過的人或物也會產(chǎn)生反射波，造成誤檢；紅外傳感器工作現(xiàn) 場的灰塵、冰霧會影響系統(tǒng)的正常工作。所以如何就現(xiàn)有我國交通運行狀況研制一種簡單 易行又能有效抵抗環(huán)境和人為干擾的公路交通流量監(jiān)測裝置迫在眉睫。

實用新型內(nèi)容為了研制出一種簡單易行又能有效抵抗環(huán)境和人為干擾的公路交通流量監(jiān)測裝 置。本實用新型利用光纖光柵中心反射波長受應(yīng)力變化靈敏度高的特性，巧妙的將光纖光 柵傳感和單片機聯(lián)系起來，構(gòu)建了一種溫度不敏感的新型公路交通流量監(jiān)測裝置。本實用新型的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的溫度不敏感光纖光柵公路交通流量監(jiān)測裝置包括光源、窄帶光柵、寬帶光柵、環(huán) 形器、光源探測器、光電轉(zhuǎn)換、信號處理單元和最終實時顯示，光源的輸出通過環(huán)形器連接 經(jīng)過窄帶光柵和寬帶光柵。所述光源采用ASE寬帶光源。所述光電轉(zhuǎn)換選用海特公司FC 型光電二極管。所述信號處理單元采用單片機對接收的電信號實時采樣。光纖光柵是光通信、光纖傳感系統(tǒng)中重要的光器件之一，其中心反射波長隨著應(yīng) 力增加會向長波長漂移，因此根據(jù)中心反射波長的變化可以實現(xiàn)應(yīng)變的高靈敏度檢測。本 實用新型采用兩個光纖光柵，一個為窄帶光柵，一個為寬帶光柵，其中窄帶光柵埋于地下， 用來檢測路面車輛的有無，寬帶光柵用來作為參考和判決器件；作為消除溫度影響的濾波 器，窄帶光柵的波長比寬帶光柵的波長短。光源發(fā)出的光信號通過環(huán)形器連接經(jīng)過這兩個 光柵，當窄帶光柵上沒有車輛作用時，窄帶光柵和寬帶光柵的光譜相互錯開波長不重合，在 接收端檢測光強最低。當窄帶光柵上有車輛通過時，窄帶光柵頻譜右移與寬帶光柵波長重 合，接收端檢測到的光強最強，寬帶光柵起判決作用。因為窄帶光柵和寬帶光柵處在相同的 環(huán)境中，它們的參數(shù)基本一致，溫度對它們的影響是一致的，因此可以消除溫度的影響。根 據(jù)檢測到的光強大小，通過光電轉(zhuǎn)換，變成我們習(xí)慣并方便處理的電信號，再應(yīng)用單片機對 采樣的信號進行處理，最終實時顯示有無車輛通過，并可以累計某段時間內(nèi)車輛流量大小。本實用新型將光纖傳感技術(shù)和單片機技術(shù)巧妙結(jié)合并應(yīng)用到交通流量監(jiān)測裝置
3中，簡單易行又能有效抵抗環(huán)境因素和人為干擾對檢測的影響，具有廣泛的應(yīng)用前景。
圖1為溫度不敏感光纖光柵公路交通流量監(jiān)測裝置結(jié)構(gòu)示意圖；圖2a是實施例一大型車輛通過時分析方法示意圖；圖2b是實施例二中型車輛通過時分析方法示意圖；圖2c是實施例三小型車輛通過時分析方法示意圖；圖3為公路交通流量監(jiān)測裝置網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖。
具體實施方式
如圖1所示為本實用新型結(jié)構(gòu)示意圖，光源1的輸出通過環(huán)形器2連接經(jīng)過窄帶 光柵5和寬帶光柵6，當有車輛4壓過窄帶光柵5時，光源探測器3會檢測出應(yīng)力而產(chǎn)生出 模擬信號，然后通過光電轉(zhuǎn)換7將模擬信號轉(zhuǎn)變成電信號，轉(zhuǎn)換后的電信號經(jīng)過信號處理 單元8進行采集處理，從而得到最終實時顯示9。窄帶光柵5埋于地下，用來檢測路面車輛 的有無，寬帶光柵用來作為參考和判決器件，窄帶光柵5的波長比寬帶光柵6的波長短。本實施例采用ASE寬帶光源。由于其在1530 1570nm波長范圍內(nèi)的輸出較為平 坦，且均大于10mW，所以方案使用此波段的光輸出。除此之外，它還具有噪聲系數(shù)小、輸出功 率穩(wěn)定、環(huán)境穩(wěn)定性好等特點。光纖光柵(FBG)的選取至關(guān)重要，必須保證在車重范圍內(nèi)當窄帶光柵5上無車輛 4壓過時，窄帶光柵5與寬帶光柵6波長無重合；窄帶光柵5上有車輛4壓過時，窄帶光柵5 頻譜右移與寬帶光柵6波長重合且不能漂出6的波長之外；所以窄帶光柵5頻譜不易離寬 帶光柵6頻譜太遠，否則，當受力過小時5與6波長不會重合；也不易離太近，否則光柵對受 力太敏感，導(dǎo)致車輛判斷出錯。在以下實施例中窄帶光柵用FBG5表示，寬帶光柵記為FBG6 表不。為了準確測得通過的車型，按車型對車輛分為三個類型，前后都有兩個車輪的為 大型車，前面一個車輪，后面兩個車輪的為中型車，前后均只有一個車輪的為小型車，設(shè)定 Sl表示前排第一個車輪實際接觸地面的長度，S3表示前排第二個車輪實際接觸地面的長 度，S5表示后排第一個車輪實際接觸地面的長度，S7表示后排第二個車輪實際接觸地面的 長度，S2表示前排第一個與第二個車輪間隔，S6表示后排第一個與第二個車輪間隔，S4表 示前后排車輪間隔，S8表示當前車輪后排車輪與下輛車前排車輪的距離，由光柵得到的信 號經(jīng)光電轉(zhuǎn)換后由單片機進行處理，其處理算法如下，根據(jù)單片機的定時器對接收的電信 號進行實時采樣，不同類型的車其數(shù)值不一樣，前排第二個車輪的判斷是以Sl范圍內(nèi)的抽 樣數(shù)為參照的，如果后排的車輪超過一個，則后排第二個車輪的判斷是以S5范圍內(nèi)的抽樣 數(shù)為參照的，但是由于在一般情況下車輛在Si，S5的速度是一樣的，而Sl = S5，所以我們 在此說明中車輪的判斷均以Sl范圍內(nèi)的抽樣數(shù)為參照，由于車速和不同車與地接觸的長 度不同，每輛車在Sl范圍內(nèi)的抽樣數(shù)不同，設(shè)為a。并設(shè)定常數(shù)n，使得n*a大于S2內(nèi)的抽 樣數(shù)并且小于S4內(nèi)的抽樣數(shù)。由于S4的長度遠遠大于S2且S2的長度遠遠大于Si，η的 取值范圍將會有很大的空間，所以對車輛的行駛速度及車輪的型號等數(shù)據(jù)沒有特殊限制； Sl則為每輛車的特征值。當車輛前排第一個車輪壓過的時候，通過對轉(zhuǎn)化過來的高電平進
4行抽樣，得到抽樣數(shù)值a。車輪壓過后，緊接著對后邊的低電平進行抽樣，直到下一個高電平 到來，抽樣數(shù)記為b，若b < n*a，則表示接著來的這個車輪也是前排車輪，此車輛前排車輪
至少為雙輪，同理，將S3內(nèi)的抽樣數(shù)記為特征值，可判斷前排車輪為三輪、四輪......；若
b > n*a，則判斷前排車輪已過，該輪為后排車輪，與判斷前排車輪一樣，根據(jù)S5來判斷后排 車輪的個數(shù)，若在b小于等于n*a時還沒有車輪經(jīng)過，則表明，此車輛后排車輪已經(jīng)結(jié)束，這 樣前后排車輪都判斷完后記為一輛車。實施例一在本實施例中，F(xiàn)BG 5的中心波長為1546. 346nm,FBG6的中心波長為1547. 361nm。光電轉(zhuǎn)換7選擇海特公司FC型光電二極管，進行光到電流的轉(zhuǎn)換。信號處理單元8采用單片機編程實現(xiàn)計數(shù)，采用的單片機為AT89S52，經(jīng)實際測 量車速以及各種車輛車輪的范圍，令定時器每隔Ims進行一次抽樣，常數(shù)η取10。經(jīng)過對實際車輛的分析，如圖2a所示，大型車10，Sl的典型值為300mm，S2的典型 值為1900mm，S4的典型值為4300mm，S6的典型值為1320mm，S8的典型值為10000mm，當車輛 前排第一個車輪壓過時，通過對光電轉(zhuǎn)換后的高電平抽樣，得到抽樣數(shù)countl，在車輪壓過 后，緊接著對后面的低電平抽樣，直到下一個高電平到來，期間抽樣數(shù)為count，發(fā)現(xiàn)count < n*Coimtl，所以這個還是前排車輪，繼續(xù)以同樣原理對后面的抽樣，S4期間抽樣數(shù)count > n*COimtl，所以前排車輪已過，此輪是后排車輪，繼續(xù)對下一個高電平抽樣，發(fā)現(xiàn)抽樣結(jié) 果count < n^countl,所以此輪是這輛車的后排車輪，再抽樣會發(fā)現(xiàn)抽樣結(jié)果發(fā)現(xiàn)count > n*COimtl，所以這車的判斷結(jié)束，此車為前后排均兩個車輪的車，所以最終實時顯示9此車 為大型車10。實施例二 在本實施例中，F(xiàn)BG5的中心波長為1534. 124nm,FBG6的中心波長為1535. 149nm。光電轉(zhuǎn)換7選擇海特公司FC型光電二極管，進行光到電流的轉(zhuǎn)換。信號處理單元8采用單片機編程實現(xiàn)計數(shù)，采用的單片機為AT89S52，令定時器每 隔Ims進行一次抽樣，常數(shù)η取10。經(jīng)過對實際車輛的分析，如圖2b所示，中型車11，Sl的典型值為200mm，S4的典型 值為4800mm，S6的典型值為1390mm，S8的典型值為10000mm，當車輛前排第一個車輪壓過 時，通過對光電轉(zhuǎn)換后的高電平抽樣，得到抽樣數(shù)coimtl，在車輪壓過后，緊接著對后面的 低電平抽樣，直到下一個高電平到來，期間抽樣數(shù)為count，count > n*COuntl，所以這個 是車的后排車輪，繼續(xù)以同樣原理對下一個高電平抽樣，抽樣結(jié)果count < n*COimtl，所以 此輪還是后排車輪，最終判斷此車是前排為一個車輪，后排為兩個車輪，所以最終實時顯示 9此車為中型車11。實施例三在本方案中，F(xiàn)BG5的中心波長為1555. 235nm, FBG6的中心波長為1556. 250nm。光電轉(zhuǎn)換7選擇海特公司FC型光電二極管，進行光到電流的轉(zhuǎn)換。信號處理單元8采用單片機編程實現(xiàn)計數(shù)，采用的單片機為AT89S52，令定時器每 隔Ims進行一次抽樣，常數(shù)η取10。經(jīng)過對實際車輛的分析，如圖2c所示，小型車12，Sl的典型值為100mm，S4的典型 值為3715mm，S8的典型值為10000mm，當車輛前排第一個車輪壓過時，通過對光電轉(zhuǎn)換后的高電平抽樣，得到抽樣數(shù)coimtl，在車輪壓過后，緊接著對后面的低電平抽樣，直到下一個 高電平到來，期間抽樣數(shù)為COimt，COimt > n*Coimtl，所以這個是后排車輪，繼續(xù)以同樣原 理對后面的高電平抽樣，下一個抽樣數(shù)count > n*Coimtl，所以此輪是下一輛車的前排車 輪，最終判斷結(jié)果是此車前后排均一個車輪，所以最終實時顯示9此車為小型車12。 由于一個光柵只能測量單行道的車流量，而現(xiàn)在的車道已經(jīng)不止是單車道，單向 行駛最少也是兩車道，甚至是四車道，為了使一塊單片機能同時檢測到同一車道的流量，可 根據(jù)需求的多少擴展，見圖3，每一車道安放一個光柵16作為初級部分13，然后每個路口設(shè) 置一組光柵形成次級結(jié)構(gòu)部分14，一級一級向上反饋，通過光纖將光傳輸?shù)轿覀兗斜O(jiān)測 室一 “高級15”的地方再進行光電轉(zhuǎn)換及數(shù)據(jù)統(tǒng)計，進行統(tǒng)一監(jiān)測，從而形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，實 現(xiàn)對公路流量的監(jiān)測目的。
權(quán)利要求1.溫度不敏感光纖光柵公路交通流量監(jiān)測裝置，其特征在于包括光源(1)、窄帶光柵 (5)、寬帶光柵(6)、環(huán)形器(2)、光源探測器(3)、光電轉(zhuǎn)換(7)、信號處理單元(8)和最終實 時顯示(9)，光源(1)的輸出通過環(huán)形器(2)連接經(jīng)過窄帶光柵(5)和寬帶光柵(6)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的溫度不敏感光纖光柵公路交通流量監(jiān)測裝置，其特征在于 窄帶光柵(5)埋于地下，窄帶光柵(5)的波長比寬帶光柵(6)的波長短。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的溫度不敏感光纖光柵公路交通流量監(jiān)測裝置，其特征在于 所述光源(1)采用ASE寬帶光源。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的溫度不敏感光纖光柵公路交通流量監(jiān)測裝置，其特征在于 所述光電轉(zhuǎn)換(7)選用海特公司FC型光電二極管。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的溫度不敏感光纖光柵公路交通流量監(jiān)測裝置，其特征在于 所述信號處理單元(8)采用單片機對接收的電信號實時采樣。
專利摘要本實用新型公開了一種適合我國的溫度不敏感光纖光柵公路交通流量監(jiān)測裝置，監(jiān)測裝置包括光源(1)、窄帶光柵(5)、寬帶光柵(6)、環(huán)形器(2)、光源探測器(3)、光電轉(zhuǎn)換(7)、信號處理單元(8)和最終實時顯示(9)，光源(1)的輸出通過環(huán)形器(2)連接經(jīng)過窄帶光柵(5)和寬帶光柵(6)，當有車輛壓過窄帶光柵(5)時，光源探測器(3)會檢測出應(yīng)力而產(chǎn)生出模擬信號，然后通過光電轉(zhuǎn)換(7)將模擬信號轉(zhuǎn)變成電信號，轉(zhuǎn)換后的電信號經(jīng)過信號處理單元(8)進行采集處理，從而得到最終實時顯示(9)。該監(jiān)測裝置除了實現(xiàn)車輛流量統(tǒng)計，還可監(jiān)測公路健康狀況，稍加改進后還能對公路上超速超載情況進行監(jiān)測等功能。
文檔編號G08G1/065GK201780688SQ20102021823
公開日2011年3月30日 申請日期2010年5月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月28日
發(fā)明者周倩, 寧提綱, 曹毅, 畢重穎, 王惠, 雷飛鵬 申請人:北京交通大學(xué)