非接觸式路況檢測系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種非接觸式路況檢測系統(tǒng)，包括用于朝向路面發(fā)射兩束平行的紅外光線的發(fā)射器，一接收經(jīng)過地面漫反射后的反射光線的探測器，所述探測器前端設(shè)有錐形聚光元件，反射光線經(jīng)所述錐形聚光元件較大一端匯聚至較小一端，所述錐形聚光元件較小一端朝向所述探測器；還包含控制發(fā)射器進行光線發(fā)射、對探測器接收的信號進行處理的控制電路板。本實用新型的非接觸式檢測系統(tǒng)可以安裝在路邊電線桿上，用于檢測公路路面冰、雪、雨水等狀況。引入獨特的透鏡與錐形聚光元件相結(jié)合的結(jié)構(gòu)，能夠自動調(diào)整成像點，增加探測器接收到的光強，使接收到的光信號不受光斑位置的影響，檢測結(jié)果更準確。
【專利說明】 非接觸式路況檢測系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于路面狀況檢測設(shè)備【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種可以安裝在道路兩旁的電線桿上的非接觸式路面雨、雪、冰等狀況的自動檢測裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]雨、雪、霧等不利天氣下，會出現(xiàn)諸如能見度低、路面結(jié)冰(積水)打滑等惡劣路況，蘊藏著交通事故隱患，并常常引發(fā)重大安全事故，有必要采用智能交通技術(shù)與手段進行不利天氣路況預警與控制，以保障不利天氣下高速公路行車安全。
[0003]不利天氣路況信息采集是預警與控制的基礎(chǔ)，常用的道路交通路況檢測方法一般是人工或者運用傳感器儀器設(shè)備檢測。人工檢測誤差大，且容易漏檢；路面?zhèn)鞲衅魇褂门c維護不便利且價格偏高。國內(nèi)高速公路普遍存在沿線路況監(jiān)測設(shè)施不完備，監(jiān)測密度和要素達不到要求等問題。許多路口和事故多發(fā)地段雖然逐漸安裝了視頻攝像裝置，也基本依靠人機交互；危險天氣條件下，高速公路通行管理中還多采用傳統(tǒng)的人工監(jiān)測。由于不能及時掌握高速公路上的天氣狀況信息、向駕駛員提供實時天氣及路況信息，經(jīng)常是在管理部門采取措施之前就已經(jīng)有嚴重事故發(fā)生。大部分氣象檢測設(shè)備價格昂貴，技術(shù)水平較高，但因管理使用不當，缺乏必要的維護和計量，致使相當數(shù)量的設(shè)備長期處于閑置狀態(tài)。
[0004]缺少高效準確又方便可行的實時路面檢測系統(tǒng)，是我國現(xiàn)在面臨的重大問題。
實用新型內(nèi)容
[0005]本實用新型的目的在于對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題加以解決，提供一種結(jié)構(gòu)新穎、功能齊全、操作方便、檢測方面全、精度高、以非接觸式實時檢測路面雨、雪、冰等路面狀況的檢測儀器。
[0006]為實現(xiàn)上述目的，本實用新型基于光入射到不同物質(zhì)表面將產(chǎn)生不同作用進而得到不同強度的散射光的原理，所采用的技術(shù)方案原理是:使用LED紅外光源，由箱體內(nèi)的電路控制向地面發(fā)射平行的紅外光束，通過比較探測器接收到的散射光強的電壓信號，判斷出路面狀況，并在與箱體相連的PC機上實時顯示出路面狀況。
[0007]本實用新型采取的技術(shù)方案是提供一種非接觸式路況檢測系統(tǒng)，其特征是，包括
[0008]用于朝向路面發(fā)射兩束平行的紅外光線的發(fā)射器，
[0009]一接收經(jīng)過地面漫反射后的反射光線的探測器，所述探測器前端設(shè)有錐形聚光元件，反射光線經(jīng)所述錐形聚光元件較大一端匯聚至較小一端，所述錐形聚光元件較小一端朝向所述探測器；
[0010]還包含控制發(fā)射器進行光線發(fā)射、對探測器接收的信號進行處理的控制電路板。
[0011]錐形聚光元件為圓錐體狀或棱錐體狀。
[0012]所述錐形聚光元件前端設(shè)置一平凸透鏡，所述透鏡平面?zhèn)瓤拷鲥F形聚光元件較大一端，所述透鏡凸面?zhèn)冗h離所述錐形聚光元件。
[0013]所述探測器前端在錐形聚光元件與平凸透鏡之間設(shè)置一濾色片。[0014]所述發(fā)射器包含兩個紅外光源，每個紅外光源的光線出射前方設(shè)置一平凸透鏡，光源設(shè)置于透鏡的焦點處。
[0015]所述發(fā)射器、探測器、控制電路板均布置在一箱體中，且在發(fā)射器、探測器的前側(cè)箱體表面設(shè)置平面拋光玻璃。
[0016]在箱體內(nèi)還設(shè)有一個與所述發(fā)射器同一朝向的紅外測溫傳感器，所述紅外測溫傳感器前端在箱體表面上設(shè)置一個硒化鋅窗口。
[0017]為了實現(xiàn)上述目的，需選擇合適的紅外光源，對于不同的路面狀況有特定的吸收系數(shù)。根據(jù)兩個紅外光源的光波長，對冰、雪有特殊的吸收反射值，用以判斷路面的不同狀況。經(jīng)過分析，所述兩個紅外光源其中一個發(fā)射的紅外光波長在水的吸收峰值波段，另一個發(fā)射的紅外光波長在雪的吸收峰值波段。
[0018]所述兩個紅外光源發(fā)射的紅外光波長其中一個為水吸收波段900nm-1100nm，另一個為雪吸收波段700nm-1100nm。在兩個波段下，冰均無明顯吸收。較佳地，兩個紅外光源發(fā)射的紅外光波段為950nm和880nm，探測器在這兩個波段下均有比較高的響應。
[0019]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型具有的顯著優(yōu)點是:
[0020](I)選用獨特的雙發(fā)射、單接收的光學結(jié)構(gòu)，結(jié)合探測器對于兩個發(fā)射光束漫反射光信號的比較，可以全面的判斷出路面雨、雪、冰或是干燥的狀況，具有獨立的測溫部分，結(jié)構(gòu)簡單，但是功能齊全，實現(xiàn)各種路面環(huán)境的全面檢測；
[0021](2)在探測器前端獨特的錐形聚光元件即光錐設(shè)計，能夠自動調(diào)整成像點，增加探測器接收到的光強，彌補了在探測器前端僅使用透鏡的弊端，光線的匯聚作用要優(yōu)于使用單個透鏡，使接收到的光信號不受光斑位置的影響，檢測結(jié)果更準確；
[0022]( 3 )獨特的箱體設(shè)計，使發(fā)射接收裝置及電路控制均集成于一個箱體內(nèi)，箱體可以方便的安裝在道路兩旁電線桿上，設(shè)置靈活，通過電纜與PC機通信，完全實現(xiàn)非接觸式路況檢測；
[0023](4)上位機和下位機的配合，使現(xiàn)實操作界面簡潔，功能齊全，方便操作使用。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]圖1是典型的雪的光譜吸收曲線；
[0025]圖2是典型的水的光譜吸收曲線；
[0026]圖3是典型的冰的光譜吸收曲線；
[0027]圖4是測試頭的側(cè)面剖面圖；
[0028]圖5是電路流程圖；
[0029]圖6是軟件流程圖。
【具體實施方式】
[0030]下面結(jié)合附圖對本實用新型作進一步描述。以下實施例僅用于更加清楚地說明本實用新型的技術(shù)方案，而不能以此來限制本實用新型的保護范圍。
[0031]圖1為典型的雪的光譜反射曲線，圖2為Imm深的水面吸收譜的曲線，圖3為冰的
光譜反射曲線。
[0032]綜上，最終選擇水吸收波段900nm-lIOOnm和雪吸收波段700nm_lIOOnm的兩個光源2，在這兩個波段下，冰均無明顯吸收。而選擇的探測器3在兩個波段下均有比較高的響應。
[0033]如圖4所示，光源1、2、探測器5均設(shè)置在一箱體15中。每個光源前端均設(shè)有平凸透鏡3、4，光源1、2分別位于透鏡3、4的焦點處，確保向地面發(fā)射出平行光束，在透鏡3、4前端的箱體15表面分別設(shè)有一個平面拋光玻璃。
[0034]探測器5用以接收經(jīng)過地面漫反射后的反射光線，探測器5前端依次設(shè)有光錐6、濾色片7和一個平凸透鏡8用以限制和匯聚接收到的光線，在平凸透鏡8前端的箱體15表面同樣設(shè)有一個平面拋光玻璃。
[0035]由于探測器5的探測表面很小，對于光源1、2的發(fā)射角度和到地面的距離都很敏感，所以在探測器5前端設(shè)計了光錐6與透鏡8結(jié)合的結(jié)構(gòu)。光錐6是一種圓錐體狀或棱錐體狀的聚光元件。使用時將大端放在主光學系統(tǒng)的聚焦面附近匯聚光束，利用錐形內(nèi)壁的高反射比特性，將光束引到小端輸出，將探測器5置于小端，接受集中后的光束。這樣就可以降低探測器5對于環(huán)境的敏感程度，增加探測器接收到的光強。
[0036]進一步，箱體15中還設(shè)置一紅外測溫傳感器10測量路面的實時溫度，紅外測溫傳感器10設(shè)置處的箱體15表面安裝有一個硒化鋅窗口 9，通過電路板11可以直接將溫度信號傳到單片機。
[0037]箱體15內(nèi)設(shè)有電路控制板，設(shè)計電路板實現(xiàn):控制兩個發(fā)射光源1、2不同時發(fā)射；對探測器5接收到信號的處理輸出；紅外測溫傳感器10的控制和信號的處理輸出；數(shù)據(jù)處理及與PC之間的通信。
[0038]實際工作時，兩個光源分別發(fā)射:首先是關(guān)閉光源2，光源I通過透鏡3準直發(fā)射，經(jīng)過路面漫反射回來的光經(jīng)過透鏡8匯聚、濾光片7去除雜散光、光錐6自動調(diào)整成像面，最終被探測器5所接收，接收到的信號經(jīng)過放大去噪處理最后進入到單片機；同理關(guān)閉光源1，光源2通過透鏡4準直發(fā)射，經(jīng)過路面的漫反射光被探測器5接收，并將接收到的信號處理后進入單片機。
[0039]為實現(xiàn)上述功能，電路部分設(shè)計框圖5所示。
[0040]電路部分主要分為三部分:發(fā)射電路板12、接收電路板14和控制主板13。在其他實施方式中，也可以將這幾塊板集成為一塊。
[0041](I)發(fā)射電路板12:在單片機控制下，控制光源1、2的發(fā)射。
[0042](2)接收電路板14:探測器5接收的信號經(jīng)過兩級放大、濾波、AD轉(zhuǎn)換被采集。考慮到不同路面接收到的光強信號差別較大，為此設(shè)置量程選擇。
[0043](3)控制主板13:通過單片機，對整個系統(tǒng)進行控制，輸出路況信息。
[0044]當箱體15中設(shè)置有紅外測溫傳感器10時，還包含對檢測的溫度信號進行采集處理的電路板11。
[0045]對于采集到的信號的處理，由上位機和下位機的軟件配合實現(xiàn)。信號的處理流程框圖如圖6所示。
[0046]首先發(fā)射光源I (水的吸收峰值波段)，檢測探測器的吸收值與參考信號強度值，查看路面是否對光源I有吸收或鏡面反射；然后發(fā)射光源2(冰的吸收峰值波段)，同樣檢測探測器的吸收值，查看是否有吸收或鏡面反射；將兩次的信號值比較處理:如若對光源I有吸收但對光源2無吸收，則路面為有水狀態(tài)；若對光源I無吸收但對光源2有吸收，則路面為積雪狀態(tài)；若對光源I和光源2都無吸收，則為干燥路面；若光源I和光源2的接收信號都很弱，則路面狀況為結(jié)冰狀態(tài)，冰面發(fā)生鏡面反射。
[0047]通過上位機的軟件調(diào)試，可以實現(xiàn)實時顯示，數(shù)據(jù)存儲，冰雪路況報警等功能。安裝方便，操作簡單。
[0048]以上所述僅是本實用新型的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實用新型技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進和變形，這些改進和變形也應視為本實用新型的保護范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種非接觸式路況檢測系統(tǒng)，其特征是，包括 用于朝向路面發(fā)射兩束平行的紅外光線的發(fā)射器， 一接收經(jīng)過地面漫反射后的反射光線的探測器，所述探測器前端設(shè)有錐形聚光元件，反射光線經(jīng)所述錐形聚光元件較大一端匯聚至較小一端，所述錐形聚光元件較小一端朝向所述探測器； 還包含控制發(fā)射器進行光線發(fā)射、對探測器接收的信號進行處理的控制電路板。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述非接觸式路況檢測系統(tǒng)，其特征是，錐形聚光元件為圓錐體狀或棱錐體狀。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述非接觸式路況檢測系統(tǒng)，其特征是，所述錐形聚光元件前端設(shè)置一平凸透鏡，所述透鏡平面?zhèn)瓤拷鲥F形聚光元件較大一端，所述透鏡凸面?zhèn)冗h離所述錐形聚光元件。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述非接觸式路況檢測系統(tǒng)，其特征是，所述探測器前端在錐形聚光元件與平凸透鏡之間設(shè)置一濾色片。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述非接觸式路況檢測系統(tǒng)，其特征是，所述發(fā)射器包含兩個紅外光源，每個紅外光源的光線出射前方設(shè)置一平凸透鏡，光源設(shè)置于透鏡的焦點處。
6.根據(jù)權(quán)利要求1、4或5所述非接觸式路況檢測系統(tǒng)，其特征是，所述發(fā)射器、探測器、控制電路板均布置在一箱體中，且在發(fā)射器、探測器的前側(cè)箱體表面設(shè)置平面拋光玻璃。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述非接觸式路況檢測系統(tǒng)，其特征是，在箱體內(nèi)還設(shè)有一個與所述發(fā)射器同一朝向的紅外測溫傳感器，所述紅外測溫傳感器前端在箱體表面上設(shè)置一個硒化鋅窗口。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述非接觸式路況檢測系統(tǒng)，其特征是，所述兩個紅外光源其中一個發(fā)射的紅外光波長在水的吸收峰值波段，另一個發(fā)射的紅外光波長在冰的吸收峰值波段。
【文檔編號】G08G1/048GK203397522SQ201320378679
【公開日】2014年1月15日 申請日期:2013年6月28日 優(yōu)先權(quán)日:2013年6月28日
【發(fā)明者】姚軍, 趙亞亭, 李偉, 王宇琪, 蔡建浩, 何斌濤 申請人:蘇州奧特福環(huán)境科技有限公司