專利名稱：路面狀態(tài)檢測傳感器及其檢測系統(tǒng)和檢測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于信息傳感采集技術(shù)領(lǐng)域，用于路面干燥、潮濕或冰凍狀態(tài)的檢測，為一種路面狀態(tài)檢測傳感器及其檢測系統(tǒng)和檢測方法。
背景技術(shù)：
隨著我國公路建設(shè)的快速發(fā)展，公路建設(shè)的監(jiān)測和維護工作也顯得越來越重要。 公路路面在實際使用的過程中，溫度、水分以及載荷等因素均會對整個路面結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不利影響，并極大的增大了交通事故的發(fā)生幾率，帶來了極大的財產(chǎn)和生命損失。冰水檢查一直是路面狀況檢測中很重要的一項，目前還沒有相關(guān)成熟技術(shù)可用于這方面的傳感測量。已經(jīng)有的一些冰水測量技術(shù)大多是基于電容原理，其結(jié)構(gòu)大多采取上下極板形狀，利用冰和水不同的介電常數(shù)，來分辨極板間不同的電介質(zhì)，以此達到冰水檢測的目的。但是這種方法有很多技術(shù)缺陷，例如這種結(jié)構(gòu)很難運用于交通領(lǐng)域，尤其是對道面檢測首先，這種上下極板的傳感器結(jié)構(gòu)設(shè)置在路面上，會對環(huán)境產(chǎn)生干涉，容易在傳感器的極板間積水，結(jié)冰，而不能正確反映路面的真實情況；其次，這種傳感結(jié)構(gòu)放在路面上會破壞路面平整度，影響行車安全；第三，這種傳感器必須在有很明顯的冰狀態(tài)或水狀態(tài)的情況下才能檢測出來，分辨能力較為低下。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的問題是現(xiàn)有的冰水檢測所用的電容檢測裝置不適于路面冰水狀態(tài)檢測，會影響路面通行，同時檢測效果不理想。本發(fā)明的技術(shù)方案為一種路面狀態(tài)檢測傳感器，由至少兩層金屬層和低介電常數(shù)膠組成電容器型傳感器，所述低介電常數(shù)膠為介電常數(shù)e [2,4)的膠體，填充在金屬層之間后固化為固體材料，傳感器嵌在路面中，金屬層豎直設(shè)置，金屬層之間的低介電常數(shù)膠裸露面為傳感器的敏感檢測部分，所述裸露面與路面平齊。傳感器外形為圓柱體，所述金屬層由內(nèi)向外一層一層同軸布置，敏感檢測部分位于圓柱體的上下底面。作為優(yōu)選方式，由兩層金屬和低介電常數(shù)膠組成傳感器，所述兩層金屬由內(nèi)向外分別為內(nèi)層和外層，內(nèi)層橫截面的形狀為四瓣花形，所述四瓣花形為中心對稱圖形，且輪廓線為光滑弧線；外層橫截面形狀為圓形，與內(nèi)層橫截面的中心同心，對應(yīng)內(nèi)層橫截面形狀的部分空心。外層橫截面上的最遠兩點之間距離小于70mm，，內(nèi)層橫截面上的最遠兩點之間距離為外層內(nèi)徑的50% 90%，內(nèi)層和外層兩兩之間的間距均勻且小于3mm，間距之中填充低介電常數(shù)膠。作為另一優(yōu)選方式，由三層金屬和低介電常數(shù)膠組成傳感器，所述三層金屬由內(nèi)向外分別為內(nèi)芯、中環(huán)和外環(huán)，內(nèi)芯橫截面形狀為圓形，中環(huán)橫截面的形狀為四瓣花形，所述四瓣花形為中心對稱圖形，且輪廓線為光滑弧線，中環(huán)橫截面對應(yīng)內(nèi)芯的部分空心，外環(huán)橫截面形狀為圓形，對應(yīng)中環(huán)橫截面形狀的部分空心，內(nèi)芯、中環(huán)和外環(huán)的橫截面同中心。所述外環(huán)橫截面上的最遠兩點之間距離小于70mm，中環(huán)橫截面上的最遠兩點之間距離為外層內(nèi)徑的50 % 90 %，內(nèi)芯直徑為外環(huán)內(nèi)徑的5 % 30 %，內(nèi)芯、中環(huán)和外環(huán)兩兩之間的間距均勻且小于3mm，間距之中填充低介電常數(shù)膠?；谏鲜雎访鏍顟B(tài)檢測傳感器的檢測系統(tǒng)，包括檢測傳感器、激勵電路、數(shù)據(jù)傳輸電路、數(shù)據(jù)處理器和電源，數(shù)據(jù)處理器的輸出連接激勵電路，激勵電路輸出至檢測傳感器， 檢測傳感器的輸出經(jīng)數(shù)據(jù)傳輸電路輸入數(shù)據(jù)處理器，電源對檢測系統(tǒng)供電。數(shù)據(jù)處理器連接通信模塊。上述的檢測系統(tǒng)的檢測方法，將檢測傳感器設(shè)置在路面，敏感檢測部分與路面平齊，檢測傳感器的電學(xué)參數(shù)隨路面環(huán)境為干燥、潮濕或冰凍而變化，數(shù)據(jù)處理器控制激勵電路向檢測傳感器發(fā)出不同頻率的激勵信號，檢測傳感器受到激勵電路的外加方波激勵后， 其輸出波形隨著敏感檢測部分的電學(xué)參數(shù)的變化而變化，檢測傳感器的輸出波形輸入數(shù)據(jù)處理器，數(shù)據(jù)處理器通過波形變化的不同來推斷表面覆蓋物，分析路面狀態(tài)。數(shù)據(jù)處理器通過通信模塊將數(shù)據(jù)發(fā)送到上位機。本發(fā)明的檢測傳感器也是基于電容原理，但是傳感器結(jié)構(gòu)上做了全新的設(shè)計，傳統(tǒng)傳感器多為上下兩層或多層片狀結(jié)構(gòu)，對路面侵入性大，并且檢測時需要人為干預(yù)，不能用于對路面狀態(tài)的真實反應(yīng)和自動檢測，而本發(fā)明的傳感器金屬層豎直設(shè)置，通過低介電常數(shù)膠自動檢測路面狀態(tài)，傳感器的敏感檢測部分與路面平齊，整體嵌在路面中，表面平整，不存在影響路面的情況，敏感檢測部分與路面平齊，也就是作為路面的一部分，所檢測的結(jié)果能夠準確反應(yīng)路面的狀態(tài)，并且本發(fā)明采用固態(tài)的低介電常數(shù)膠作為電容器介質(zhì)， 使得傳感器整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，不易受外界環(huán)境影響，且易于安裝。由物理學(xué)可知C= ε rs/d0電容量的大小取決于介電常數(shù)ε ρ極板面積s和極板間的距離d。對兩極板間距離d與板間面積s固定的電容器，其電容值C隨極板間介質(zhì)的介電常數(shù)不同而變化。常溫下，空氣的介電常數(shù)約為1，水的介電常數(shù)為80，而冰的介電常數(shù)為3 4，雪的介電常數(shù)為1 2。因此，當電容器間的介質(zhì)分別是雪、冰和水時，電容器所反映的電容量各不相同，本發(fā)明在金屬層之間填充滿低介電常數(shù)膠，同時低介電常數(shù)膠部分裸露于路面，造成其電容值變化的原因是位于傳感器上表面空間處，也就是裸露的敏感檢測部分上方存在著泄露電場，正是由于覆蓋在這里的具有不同介電常數(shù)的物質(zhì)在泄露電場的作用下引起電極化，造成了整個電容傳感器的電容值發(fā)生變化，物質(zhì)介電常數(shù)與很多因素有關(guān)，如溫度、壓強、檢測的頻率等，且不同物質(zhì)介電常數(shù)的變化不盡相同。隨著外部環(huán)境及敏感部分表面覆蓋物的變化，本發(fā)明檢測傳感器的敏感部分的電容值也將發(fā)生相應(yīng)的變化。本發(fā)明檢測系統(tǒng)中，檢測傳感器受到激勵電路的外加方波激勵后，其輸出波形將隨著敏感檢測部分的電學(xué)參數(shù)的變化而變化。通過波形變化的不同來推斷表面覆蓋物。考慮到單一頻率不能完全反應(yīng)和區(qū)分不同的覆蓋物，所以，本發(fā)明系統(tǒng)使用四種頻率測試，獲取各個頻率下的響應(yīng)波形，并綜合判斷，推測出表面覆蓋物的具體情況。本發(fā)明的有益效果是不影響道路平整的情況下能夠提供路面干、濕、冰狀態(tài)，對路面影響小，檢測效果好，同傳統(tǒng)的兩層或多層片狀結(jié)構(gòu)的傳感器相比，避免了覆蓋物難于進入檢測區(qū)，進入檢測區(qū)后難于排開造成的誤判問題，極大的提高了檢測的準確性，實驗表明，檢測分辨正確率大幅超過傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的傳感器，檢測結(jié)果與路面真實情況一致性好。


圖1為本發(fā)明檢測傳感器結(jié)構(gòu)的實施例1的截面示意圖。圖2為本發(fā)明檢測傳感器結(jié)構(gòu)的實施例2的截面示意圖。圖3為本發(fā)明檢測傳感系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為本發(fā)明方法中，檢測傳感器在路面的設(shè)置示意圖。圖5為本發(fā)明實施例頻率fl時對不同路面狀態(tài)的檢測波形圖， b)為路面干燥，(c)為路面積水，(d)為路面積雪。圖6為本發(fā)明實施例頻率f2時對不同路面狀態(tài)的檢測波形圖， b)為路面干燥，(c)為路面積水，(d)為路面積雪。圖7為本發(fā)明實施例頻率f3時對不同路面狀態(tài)的檢測波形圖， b)為路面干燥，(c)為路面積水，(d)為路面積雪。圖8為本發(fā)明實施例頻率f4時對不同路面狀態(tài)的檢測波形圖， b)為路面干燥，(c)為路面積水，(d)為路面積雪。
具體實施例方式本發(fā)明的路面狀態(tài)檢測傳感器由至少兩層金屬層和低介電常數(shù)膠組成電容器型傳感器，傳感器嵌在路面中，金屬層豎直設(shè)置，金屬層之間的低介電常數(shù)膠裸露面為傳感器的敏感檢測部分，所述裸露面與路面平齊，通過低介電常數(shù)膠的裸露面來檢測路面狀態(tài)，所述低介電常數(shù)膠為介電常數(shù)e [2,4)的膠體，填充在金屬層之間之后固化為固體材料，所述低介電常數(shù)膠可以在介電常數(shù)膠廠家購買。本發(fā)明優(yōu)選傳感器外形為圓柱體，所述金屬層由內(nèi)向外一層一層同軸布置，敏感檢測部分位于圓柱體的上下底面，其中圓柱體的橫截面為中心對稱圖形。圓柱體的傳感器在安裝于路面時最方便，如圖4，路面進行鉆孔即可，而且制備傳感器時，低介電常數(shù)膠易于填充固定到金屬層之間。檢測傳感器實施例1如圖1，由兩層金屬和低介電常數(shù)膠組成傳感器，所述兩層金屬由內(nèi)向外分別為內(nèi)層和外層，內(nèi)層橫截面的形狀為四瓣花形，所述四瓣花形為中心對稱圖形，且輪廓線為光滑弧線，如將四個大小一致的圓相交于一點，四個圓均勻分布，相鄰的圓之間通過一段同時與所述兩個相鄰圓相切的弧線連接，得到光滑的外輪廓線，即得到所述四瓣花形；外層橫截面形狀為圓形，與內(nèi)層橫截面的中心同心，對應(yīng)內(nèi)層橫截面形狀的部分空心。外層橫截面上的最遠兩點之間距離小于70mm，內(nèi)層橫截面上的最遠兩點之間距離為外層內(nèi)徑的50% 90%，內(nèi)層和外層兩兩之間的間距均勻且小于3mm，間距之中填充低介電常數(shù)膠。檢測傳感器實施例2如圖2，由三層金屬和低介電常數(shù)膠組成傳感器，所述三層金屬由內(nèi)向外分別為內(nèi)芯、中環(huán)和外環(huán)，內(nèi)芯橫截面形狀為圓形，中環(huán)橫截面的形狀為四瓣花形，所述四瓣花形為中心對稱圖形，且輪廓線為光滑弧線，如將四個大小一致的圓相交于一點，四個圓均勻分布，相鄰的圓之間通過一段同時與所述兩個相鄰圓相切的弧線連接，得到光滑的外輪廓線， 即得到所述四瓣花形，中環(huán)橫截面對應(yīng)內(nèi)芯的部分空心，四瓣花形的中心與內(nèi)芯圓心重合；
(a)為路面結(jié)冰， (a)為路面結(jié)冰， (a)為路面結(jié)冰， (a)為路面結(jié)冰，
5外環(huán)橫截面形狀為圓形，對應(yīng)中環(huán)橫截面形狀的部分空心，內(nèi)芯、中環(huán)和外環(huán)的橫截面同中心。所述外環(huán)橫截面上的最遠兩點之間距離小于70mm，中環(huán)橫截面上的最遠兩點之間距離為外層內(nèi)徑的50 % 90 %，內(nèi)芯直徑為外環(huán)內(nèi)徑的5 % 30 %，內(nèi)芯、中環(huán)和外環(huán)兩兩之間的間距均勻且小于3mm，間距之中填充低介電常數(shù)膠。本發(fā)明檢測傳感器并不限制金屬層的層數(shù)，所采用的四瓣花形金屬層相比普通的圓形，增加了電容面積，也可以采用五瓣花形等形狀來增加電容面積。本發(fā)明的檢測傳感器實際制作時，金屬層可以選擇不銹鋼，首先將不銹鋼環(huán)分層同心放置，并保持固定，然后在層與層之間灌注絕緣低介電常數(shù)膠，實施例所用低介電常數(shù)膠為南京喜力特膠粘劑有限公司的916特小介電常數(shù)絕緣灌封膠，主要特點有1、介電常數(shù)小，為2 2.02 ；2、介質(zhì)損耗角小，為10_3 10_4 3、絕緣電阻率為> IO14 Ω · cm ；4、擊穿電壓 > 20kV/mm5、工作溫度 B 級-40°C +125°C。先將膠體灌注到金屬層之間，加滿，灌注時要避免膠中混入氣泡，使得不銹鋼中間完全被膠體完全填充。然后加溫固化膠體，將膠體固化后的檢測傳感器放在室溫條件下，讓其自然冷卻，然后接上引線，對于兩層金屬層的檢測傳感器，內(nèi)層和外層分別構(gòu)成兩極，構(gòu)成一個二端器件；對于三層金屬層的檢測傳感器，將外環(huán)和內(nèi)芯通過導(dǎo)線接在一起為一極， 中環(huán)為一極，構(gòu)成一個二端器件；對于更多層金屬層的情況，每隔一層的金屬層連接在一起為一極，最終得到兩極，構(gòu)成二端器件，這樣傳感器的敏感檢測部分就完成了。本發(fā)明使用的是低介電常數(shù)膠作為填充物，選用低介電常數(shù)的目的在于減少敏感檢測部分自身的電容，以使得表面覆蓋物引起的外加電容處于主導(dǎo)地位。在試驗中通過對比高、低兩種介電常數(shù)填充物可以發(fā)現(xiàn)，在分別檢測冰凍和干燥兩種狀態(tài)時有著明顯的區(qū)別，這里低介電常數(shù)指介電常數(shù)小于4，高介電常數(shù)指介電常數(shù)大于8。冰凍和干燥兩種狀態(tài)本質(zhì)是檢測冰和空氣兩種覆蓋物，實驗表明，在填有高介電常數(shù)膠的敏感檢測部分所產(chǎn)生的響應(yīng)信號，在這兩種覆蓋物狀態(tài)下，沒有明顯區(qū)別，兩種信號趨于一致，無法通過算法判斷出表面覆蓋物的種類。而填有低介電常數(shù)膠在同樣的實驗條件下則表現(xiàn)為不同的特性。其響應(yīng)波形在兩種覆蓋物條件下，有著明顯的區(qū)別，主要表現(xiàn)在波形的極值、空占比以及波形的形狀這幾個方面。因此對于低介電常數(shù)膠來說，可以較為清楚的區(qū)分出干燥和冰凍兩種狀態(tài)。造成這一現(xiàn)象的主要原因是高介電常數(shù)型敏感檢測部分的無覆蓋電容較大，而低介電常數(shù)型敏感檢測部分則較小，覆蓋物引起的附加電容對于兩種情況則比較類似，這樣一來，有覆蓋物引起的電容變化對高介電常數(shù)型敏感檢測部分的影響則較小，而對低介電常數(shù)型敏感檢測部分的影響較大，因此低介電常數(shù)型敏感檢測部分對覆蓋物的敏感程度要好于高介電常數(shù)型敏感檢測部分。所以本發(fā)明選取低介電常數(shù)膠填充在金屬層之間。本發(fā)明檢測系統(tǒng)如圖3所示，包括檢測傳感器5、激勵電路7、數(shù)據(jù)傳輸電路、數(shù)據(jù)處理器1和電源2，其中數(shù)據(jù)傳輸電路包括模擬電路4和模數(shù)轉(zhuǎn)換電路3，數(shù)據(jù)處理器1的輸出連接激勵電路7，激勵電路7輸出經(jīng)模擬電路4至檢測傳感器5，檢測傳感器5的輸出經(jīng)模擬電路4和模數(shù)轉(zhuǎn)換電路3輸入數(shù)據(jù)處理器，電源對檢測系統(tǒng)供電，其中模擬電路4主要起偏置電平，信號放大，濾除雜波，增強驅(qū)動能力的作用，模數(shù)轉(zhuǎn)換電路3將檢測傳感器5 的模擬信號轉(zhuǎn)為數(shù)字信號輸入數(shù)據(jù)處理器1。下面將檢測系統(tǒng)劃分為五部分具體說明第一部分傳感器敏感檢測部分傳感器的敏感檢測部分，即檢測傳感器5是整個系統(tǒng)的核心組成部分，由至少兩層金屬層和低介電常數(shù)膠組成電容器型傳感器，傳感器嵌在路面中，金屬層豎直設(shè)置，金屬層一般使用的是不銹鋼材料，金屬層之間的低介電常數(shù)膠裸露面為傳感器的敏感檢測部分，所述裸露面與路面平齊，通過低介電常數(shù)膠的來檢測路面狀態(tài)；第二部分外加激勵電路部分外加激勵電路7受數(shù)據(jù)處理器1控制輸出方波信號，該信號可根據(jù)程序設(shè)定調(diào)整頻率和空占比。生成的方波信號通過模擬電路4加載在傳感器敏感檢測部分上，模擬電路 4主要起偏置電平，信號放大，濾除雜波，增強驅(qū)動能力的作用。第三部分數(shù)據(jù)傳輸電路數(shù)據(jù)傳輸電路包括模擬電路4和模數(shù)轉(zhuǎn)換電路3，用于信號的緩沖和對整個電路的保護及信號放大，檢測傳感器5的敏感部分在激勵電路7的激勵下生成響應(yīng)信號，所述響應(yīng)信號通過模數(shù)轉(zhuǎn)換電路3變換成數(shù)字信號，然后再送到數(shù)據(jù)處理器1，進一步的進行數(shù)據(jù)分析和處理；第四部分數(shù)據(jù)處理器數(shù)據(jù)處理器1采用基于C51內(nèi)核的片上系統(tǒng)，主要有兩個功能。一方面，是對模數(shù)轉(zhuǎn)換電路3送入的數(shù)據(jù)進行分析處理，通過相應(yīng)的模態(tài)識別算法，對采樣數(shù)據(jù)求取方差和平均值，以及各個數(shù)據(jù)段的分布，并將這些值與預(yù)先存儲在芯片內(nèi)的路面各個狀態(tài)的典型值相互比較，判斷出當前路面的狀態(tài)；另一方面，用于控制激勵電路7加載在檢測傳感器5 的激勵信號的頻率。第五部分電源和通信模塊電源2為整個檢測系統(tǒng)提供能量支持，本檢測系統(tǒng)使用的是12V直流供電。通信模塊6將數(shù)據(jù)處理器1判斷出的路面狀態(tài)，以字符串的形式發(fā)送出去，送達交通部門的處理中心，為行車安全或其他方面的用途提供參考。通信模塊可以按照具體情況，以各種方式設(shè)置，如有線或無線，并根據(jù)不同的需求，遵守不同的通訊協(xié)議。本發(fā)明的工作過程當系統(tǒng)加電后，開始自檢，自檢成功后開始程序初始化。初始化后，數(shù)據(jù)處理器1 控制激勵電路7，產(chǎn)生一個方波激勵，同時檢測傳感器5輸出響應(yīng)波形。響應(yīng)波形通過數(shù)據(jù)傳輸電路的模數(shù)轉(zhuǎn)換電路3轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，并存儲在數(shù)據(jù)處理器1的閃存內(nèi)?？紤]到單一頻率不能完全反應(yīng)和區(qū)分不同的覆蓋物，所以，本發(fā)明系統(tǒng)使用多種頻率測試，當數(shù)據(jù)處理器1的閃存存儲數(shù)量達到預(yù)定值時，也就是設(shè)定的采樣次數(shù)， 典型實驗值是采樣1000次，數(shù)據(jù)處理器1改變輸出頻率使得激勵信號的頻率提高，然后繼續(xù)測量檢測傳感器的響應(yīng)數(shù)值并存儲數(shù)據(jù)。具體實施中，數(shù)據(jù)處理器依次產(chǎn)生四種頻率的激勵信號，并記錄下它們各自對應(yīng)的響應(yīng)數(shù)據(jù)，如圖5至圖8，分別對應(yīng)四種頻率fl、f2、f3和f4的激勵信號，fl < f2 < f3 < f4，其中每幅圖中的(a)為路面結(jié)冰，b)為路面干燥，(c)為路面積水，(d)為路面積雪， 隨著阻抗參數(shù)的不同，幅度也有所不同，圖(a) — (d)組圖反應(yīng)了傳感器在不同覆蓋物下的幅頻特性，利用這種特征性的幅頻特性可以實現(xiàn)對覆蓋物的判斷，最后對這些數(shù)據(jù)綜合分析，判斷出表面覆蓋物。圖5至圖8中部分幅頻特性曲線有斷續(xù)，是由于在實際檢測中，由于信號幅度較小，而干擾較強，容易造成波形圖像不穩(wěn)，信號越小越明顯，這也受到示波器接地和屏蔽，以及其本身的性能影響，但不影響模數(shù)轉(zhuǎn)換電路3的測量，由于檢測的是幅頻特性，而且不同路面狀態(tài)的幅頻特性差別也明顯，足以對路面狀態(tài)進行判斷，判斷出的結(jié)果發(fā)送到串口通訊設(shè)備再通過各種通訊轉(zhuǎn)換設(shè)備轉(zhuǎn)換成各種通訊標準，并將判斷結(jié)果發(fā)送出去。
權(quán)利要求
1.一種路面狀態(tài)檢測傳感器，其特征是由至少兩層金屬層和低介電常數(shù)膠組成電容器型傳感器，所述低介電常數(shù)膠為介電常數(shù)e [2,4)的膠體，填充在金屬層之間后固化為固體材料，傳感器嵌在路面中，金屬層豎直設(shè)置，金屬層之間的低介電常數(shù)膠裸露面為傳感器的敏感檢測部分，所述裸露面與路面平齊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的路面狀態(tài)檢測傳感器，其特征是傳感器外形為圓柱體，所述金屬層由內(nèi)向外一層一層同軸布置，敏感檢測部分位于圓柱體的上下底面。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的路面狀態(tài)檢測傳感器，其特征是由兩層金屬和低介電常數(shù)膠組成傳感器，所述兩層金屬由內(nèi)向外分別為內(nèi)層和外層，內(nèi)層橫截面的形狀為四瓣花形，所述四瓣花形為中心對稱圖形，且輪廓線為光滑弧線；外層橫截面形狀為圓形，與內(nèi)層橫截面的中心同心，對應(yīng)內(nèi)層橫截面形狀的部分空心。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的路面狀態(tài)檢測傳感器，其特征是外層橫截面上的最遠兩點之間距離小于70mm，內(nèi)層橫截面上的最遠兩點之間距離為外層內(nèi)徑的50% 90%，內(nèi)層和外層兩兩之間的間距均勻且小于3mm，間距之中填充低介電常數(shù)膠。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的路面狀態(tài)檢測傳感器，其特征是由三層金屬和低介電常數(shù)膠組成傳感器，所述三層金屬由內(nèi)向外分別為內(nèi)芯、中環(huán)和外環(huán)，內(nèi)芯橫截面形狀為圓形， 中環(huán)橫截面的形狀為四瓣花形，所述四瓣花形為中心對稱圖形，且輪廓線為光滑弧線，中環(huán)橫截面對應(yīng)內(nèi)芯的部分空心，外環(huán)橫截面形狀為圓形，對應(yīng)中環(huán)橫截面形狀的部分空心，內(nèi)芯、中環(huán)和外環(huán)的橫截面同中心。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的路面狀態(tài)檢測傳感器，其特征是所述外環(huán)橫截面上的最遠兩點之間距離小于70mm，中環(huán)橫截面上的最遠兩點之間距離為外層內(nèi)徑的50% 90%，內(nèi)芯直徑為外環(huán)內(nèi)徑的5% 30%，內(nèi)芯、中環(huán)和外環(huán)兩兩之間的間距均勻且小于3mm，間距之中填充低介電常數(shù)膠。
7.基于權(quán)利要求1-6任一項所述路面狀態(tài)檢測傳感器的檢測系統(tǒng)，其特征是包括檢測傳感器、激勵電路、數(shù)據(jù)傳輸電路、數(shù)據(jù)處理器和電源，數(shù)據(jù)處理器的輸出連接激勵電路，激勵電路輸出至檢測傳感器，檢測傳感器的輸出經(jīng)數(shù)據(jù)傳輸電路輸入數(shù)據(jù)處理器，電源對檢測系統(tǒng)供電。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的路面狀態(tài)檢測傳感器的檢測系統(tǒng)，其特征是數(shù)據(jù)處理器連接通信模塊。
9.權(quán)利要求7或8所述的檢測系統(tǒng)的檢測方法，其特征是將檢測傳感器設(shè)置在路面，敏感檢測部分與路面平齊，檢測傳感器的電學(xué)參數(shù)隨路面環(huán)境為干燥、潮濕或冰凍而變化，數(shù)據(jù)處理器控制激勵電路向檢測傳感器發(fā)出不同頻率的激勵信號，檢測傳感器受到激勵電路的外加方波激勵后，其輸出波形隨著敏感檢測部分的電學(xué)參數(shù)的變化而變化，檢測傳感器的輸出波形輸入數(shù)據(jù)處理器，數(shù)據(jù)處理器通過波形變化的不同來推斷表面覆蓋物，分析路面狀態(tài)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的檢測系統(tǒng)的檢測方法，其特征是數(shù)據(jù)處理器通過通信模塊將數(shù)據(jù)發(fā)送到上位機。
全文摘要
路面狀態(tài)檢測傳感器及其檢測系統(tǒng)和檢測方法，基于電容原理，采用環(huán)形電容器作為檢測傳感器設(shè)置在路面，用于路面干燥、潮濕或冰凍狀態(tài)的檢測，檢測傳感器受到激勵電路的外加方波激勵后，其輸出波形將隨著敏感部分的電學(xué)參數(shù)的變化而變化，通過波形變化的不同來推斷表面覆蓋物。本發(fā)明不影響道路平整的情況下能夠提供路面干、濕、冰狀態(tài)，對路面影響小，檢測效果好，檢測結(jié)果與路面真實情況一致性好。
文檔編號G01N27/22GK102288650SQ201110126609
公開日2011年12月21日 申請日期2011年5月13日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月13日
發(fā)明者丁卯, 殷剛毅, 黃慶安 申請人:東南大學(xué)