專利名稱：車輛行駛速度及位置光纖光柵測定系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及傳感器測量檢測技術(shù)，具體說就是一種車輛行駛速度及位置光纖光柵測定系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
自從1989年美國的Morey等人首次進(jìn)行光纖光柵的應(yīng)變與溫度傳感器研究以來， 世界各國都對其十分關(guān)注并開展了廣泛的應(yīng)用研究，在短短的20多年時間里光纖光柵已成為傳感領(lǐng)域發(fā)展最快的技術(shù)，并在很多領(lǐng)域取得了成功的應(yīng)用，如航空航天、土木工程、 復(fù)合材料、石油化工等領(lǐng)域。所涉及到的傳感器主要包括光纖光柵應(yīng)變傳感器、溫度傳感器、加速度傳感器、位移傳感器、壓力傳感器等。但是，在交通領(lǐng)域，如運用光纖光柵傳感器對車輛的行駛速度及位置測定等的實際應(yīng)用幾乎為零。而運用光纖光柵傳感器代替?zhèn)鹘y(tǒng)的電信號傳感器進(jìn)行應(yīng)變測量的試驗表明，光纖光柵應(yīng)變傳感器在抗振動、抗電磁干擾等方面性能更好，更能滿足應(yīng)變測量的要求。該測量方法具有實用性強，可靠性大，靈敏度高，低成本等優(yōu)點。目前關(guān)于車輛行駛速度的測量方法有以下幾種1.雷達(dá)測速雷達(dá)測速儀是一種新型的微波測速儀，它利用多普勒效應(yīng)對地面運動目標(biāo)的速度進(jìn)行測量。雷達(dá)測速儀測速時是通過向被測汽車發(fā)射出脈沖微波，如果脈沖微波射向靜止的汽車，則被反射回來的微波頻率不變；如果汽車在行使，而且速度很快，那么，根據(jù)多普勒效應(yīng)反射波的頻率與發(fā)射波的頻率就不同，通過對這種微波頻率微小差異的精確測定，再通過比對頻率的差異與速度的關(guān)系，電腦自動換算成汽車的速度。2.激光測速激光測速儀是采用激光測距的原理。激光測距是通過向被測物體發(fā)射激光光束，并接受該激光光束的反射波，記錄該時間差，來確定被測物體與測試點的距離。激光測速是對被測物體進(jìn)行兩次有特定時間間隔的激光測距，取得在該一時間段內(nèi)的被測物體移動的距離，從而得到物體移動速度。生活中我們看到交警在警車內(nèi)測量車輛行使的速度，就是利用這個原理測量的。3.視頻測速高速公路視頻超速監(jiān)控系統(tǒng)利用視頻圖像處理技術(shù)，對高速公路車道上的汽車進(jìn)行非接觸式監(jiān)控，獲得超速車輛車速。通過在一定時間內(nèi)連續(xù)兩次對車輛進(jìn)行圖像的抓捕，利用圖像上特征點的相對位移來計算車速。4. IC卡測速IC卡測速是一種最簡單、最有效的新的測速方法，根據(jù)IC卡計算出每輛車在高速公路行駛期間的平均速度，它的主要原理是通過司機所持的IC卡，利用車輛進(jìn)出高速公路的準(zhǔn)確時刻和運行里程，來測算車輛平均行駛速度。這是一種全天候全過程的測速方法，讓司機明白車輛一旦上了高速公路后就被測速的道理，從而達(dá)到威懾的作用，可以減少高速公路因超速而造成的交通事故。目前關(guān)于車輛行駛位置測量的方法有GPS車輛定位系統(tǒng)GPS系統(tǒng)應(yīng)用在交通管理方面，可以將道路網(wǎng)上的車輛實時位置、運行軌跡準(zhǔn)確地反映在控制中心的電子地圖上，猶如給道路交通管理者增添了一雙千里眼，實時監(jiān)視著道路網(wǎng)上的車輛流向、流量、流速、密度、路網(wǎng)負(fù)荷程度等各種交通信息。GPS系統(tǒng)與城市交通信號控制系統(tǒng)、交通地理信息系統(tǒng)、交通情報信息系統(tǒng)相連接可以進(jìn)行實時的交通信號控制，交通誘導(dǎo)和交通流組織優(yōu)化，從而達(dá)到充分利用路網(wǎng)、縮短車輛旅行時間、降低行車延誤、減少車輛空駛、保障行車安全、提高道路通行能力的目的。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的在于提供一種車輛行駛速度及位置光纖光柵測定系統(tǒng)。本實用新型的目的是這樣實現(xiàn)的它包括在浙青混凝土或水泥路面下埋入的三組梁式光纖光柵傳感組件，梁式光纖光柵傳感組件A與梁式光纖光柵傳感組件C平行布置，梁式光纖光柵傳感組件B設(shè)置在梁式光纖光柵傳感組件A和梁式光纖光柵傳感組件C之間， 梁式光纖光柵傳感組件B斜向布置與傳感器起始線成α角，α角取值范圍是30°至60°， 以串聯(lián)的方式連接三組梁式光纖光柵傳感組件。本實用新型還有以下技術(shù)特征所述的梁式光纖光柵傳感組件，它是由光纖光柵應(yīng)變傳感器、工字型鋼梁和鋼槽組成的，光纖光柵應(yīng)變傳感器粘貼于工字型鋼梁腹板的側(cè)面，在工字型鋼梁長度的二分之一處，并靠近下翼緣，工字型鋼梁置于鋼槽(3)內(nèi)部。本實用新型一種車輛行駛速度及位置光纖光柵測定系統(tǒng)，運用梁式光纖光柵傳感組件，利用光纖光柵應(yīng)變傳感器來捕捉車輛在道路上行駛時的時間信息，同時結(jié)合幾何算法測定出車輛的行駛速度及位置，滿足道路檢測的需要。本實用新型結(jié)構(gòu)形式簡單、信息采集方便、利用光纖光柵應(yīng)變傳感器使用方便、耐久性好和精度高的特點，對浙青混凝土或水泥路面上車輛的行駛速度及其位置進(jìn)行測定。本實用新型采用的光纖光柵應(yīng)變傳感器對梁彎曲時的變形反應(yīng)進(jìn)行測量有以下優(yōu)點1.光纖光柵應(yīng)變傳感器具有耐腐蝕、傳感精度高、抗電磁干擾、絕對測量、準(zhǔn)分布、抗潮防水、穩(wěn)定性與耐久性好等優(yōu)點，同時由于其封裝材料采用的是FRP材料，可以大大提高傳感器耐久性。2.可以方便的將其黏貼于結(jié)構(gòu)的表面，連接及測量形式簡單。利用光纖光柵測量應(yīng)變原理、優(yōu)良的應(yīng)用性能和此種傳感器的結(jié)構(gòu)形式，可以對車輛行駛過該測試系統(tǒng)時，梁的縱向應(yīng)變進(jìn)行準(zhǔn)確，靈敏的監(jiān)測，從而為確定車輛行駛速度及位置提供有效的數(shù)據(jù)信息。

圖I為本實用新型實施方案的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本實用新型的梁式光纖光柵傳感組件結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖舉例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。實施例I :結(jié)合圖I、圖2，本實用新型一種車輛行駛速度及位置光纖光柵測定系統(tǒng)，它包括在浙青混凝土或水泥路面下埋入的三組梁式光纖光柵傳感組件，梁式光纖光柵傳感組件A與梁式光纖光柵傳感組件C平行布置，梁式光纖光柵傳感組件B設(shè)置在梁式光纖光柵傳感組件A和梁式光纖光柵傳感組件C之間，梁式光纖光柵傳感組件B斜向布置與傳感器起始線成α角，α角為30°至60°，以串聯(lián)的方式連接三組梁式光纖光柵傳感組件。本實用新型還有以下技術(shù)特征所述的梁式光纖光柵傳感組件，它是由光纖光柵應(yīng)變傳感器(I)、工字型鋼梁(2)和鋼槽(3)組成的，光纖光柵應(yīng)變傳感器(I)粘貼于工字型鋼梁(2)腹板的側(cè)面，在工字型鋼梁長度的二分之一處，并靠近下翼緣，工字型鋼梁(2) 置于鋼槽⑶內(nèi)部。[0012] 如下
實施例2 :結(jié)合圖I、圖2，車輛行駛位置及速度測定系統(tǒng)原理，結(jié)合圖1，計算過程
⑴
(2) tana
￡
(3)
(5)
式中
V-車輛行駛速度；
t1； t2，t3—車輛經(jīng)過各傳感器的時間 α——傳感器2與傳感器起始線夾角； X—傳感器I與3水平距離；
-傳感器I與2起始點水平距離；
一輪跡線與傳感器起始線垂直距離。將傳感器組I與傳感器組2平行布置，傳感器組3斜向布置與傳感器起始線成α 度角，當(dāng)車輛行駛過該測試系統(tǒng)時，工字型鋼梁受到車的重力作用，將產(chǎn)生彎曲變形，在梁的下部將產(chǎn)生縱向的拉應(yīng)變，該應(yīng)變被光纖光柵應(yīng)變傳感器接收到并傳輸至解調(diào)設(shè)備，將產(chǎn)生波形圖并對應(yīng)相應(yīng)的時間^^2^3，根據(jù)上述公式，由公式(I)及公式(5)計算出車輛的速度以及y ‘的值，即確定車的行駛位置。圖2為梁式光纖光柵傳感組件示意圖，①為光纖光柵應(yīng)變傳感器；②為工字型鋼梁；③為鋼槽。將光纖光柵應(yīng)變傳感器粘貼于工字型鋼梁腹板的側(cè)面，在工字型鋼梁長度的二分之一處，并靠近下翼緣，因為其應(yīng)變值接近梁受到車輛荷載時底部縱向應(yīng)變的最大值， 便于數(shù)據(jù)的采集；按照上述幾何位置布置，并以串聯(lián)的方式連接好三組傳感器組件，將工字型鋼梁放入鋼槽內(nèi)，并埋于路面下，再對車輛進(jìn)行測量工作。鋼槽對工字型鋼梁提供支撐， 起約束作用，并保護(hù)光纖光柵傳感器受到其他力的干擾。本實用新型的技術(shù)指標(biāo)見表I :表I技術(shù)參數(shù)說明*備注本發(fā)明可以測量寬度3. 75米單車道內(nèi)車輛行駛的任意位置。實施例3 :將梁式光纖光柵傳感組件A與梁式光纖光柵傳感組件C平行布置，梁式光纖光柵傳感組件B斜向布置與傳感器起始線成α度角，并以串聯(lián)的方式連接好三組梁式光纖光柵傳感組件。當(dāng)車輛行駛過該測試系統(tǒng)時，工字型鋼梁受到車的重力作用，將產(chǎn)生彎曲變形，在梁的下部將產(chǎn)生縱向的拉應(yīng)變，該應(yīng)變被光纖光柵應(yīng)變傳感器接收到并傳輸至解調(diào)設(shè)備，將產(chǎn)生波形圖并對應(yīng)相應(yīng)的時間tl、t2、t3，根據(jù)上述公式，由公式(I)及公式
(5)計算出車輛的速度以及y’的值，即確定車的行駛位置。將梁式光纖光柵傳感組件埋于路面下，再對車輛進(jìn)行測量工作。鋼槽對工字型鋼梁提供支撐，約束作用，并保護(hù)光纖光柵傳感器受到其他力的干擾。實施例4 :已知一輛汽車駛?cè)霚y試區(qū)域，僅單側(cè)輪駛過埋有梁式光纖光柵傳感組件的路面，傳感器組件布置情況，f = 11. 25m, X = 25m, α = 45°，當(dāng)車輛行駛過該區(qū)域后， 通過接收到的應(yīng)變反應(yīng)，測得A = 2s, t2 = 2. 5s, t3 = 3s,則通過公式⑴和公式(5)知，￥ = = — = 25m/s=90kn/li
權(quán)利要求1.一種車輛行駛速度及位置光纖光柵測定系統(tǒng)，它包括在浙青混凝土或水泥路面下埋入的三組梁式光纖光柵傳感組件，其特征在于梁式光纖光柵傳感組件A與梁式光纖光柵傳感組件C平行布置，梁式光纖光柵傳感組件B設(shè)置在梁式光纖光柵傳感組件A和梁式光纖光柵傳感組件C之間，梁式光纖光柵傳感組件B斜向布置與傳感器起始線成α角，c!角為30°至60°，以串聯(lián)的方式連接三組梁式光纖光柵傳感組件。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種車輛行駛速度及位置光纖光柵測定系統(tǒng)，其特征在于 所述的梁式光纖光柵傳感組件，它是由光纖光柵應(yīng)變傳感器(I)、工字型鋼梁(2)和鋼槽 ⑶組成的，光纖光柵應(yīng)變傳感器⑴粘貼于工字型鋼梁⑵腹板的側(cè)面，在工字型鋼梁長度的二分之一處，并靠近下翼緣，工字型鋼梁(2)置于鋼槽(3)內(nèi)部。
專利摘要本實用新型提供一種車輛行駛速度及位置光纖光柵測定系統(tǒng)。它包括三組梁式光纖光柵傳感組件，梁式光纖光柵傳感組件A與梁式光纖光柵傳感組件C平行布置，梁式光纖光柵傳感組件B設(shè)置在梁式光纖光柵傳感組件A和梁式光纖光柵傳感組件C之間，與傳感器起始線成30°至60°。梁式光纖光柵傳感組件由光纖光柵應(yīng)變傳感器、工字型鋼梁和鋼槽組成，光纖光柵應(yīng)變傳感器粘貼于工字型鋼梁腹板的側(cè)面，工字型鋼梁置于鋼槽內(nèi)部。本實用新型結(jié)構(gòu)形式簡單、信息采集方便、利用光纖光柵應(yīng)變傳感器使用方便、耐久性好和精度高的特點，對瀝青混凝土或水泥路面上車輛的行駛速度及其位置進(jìn)行測定。
文檔編號G08G1/052GK202352078SQ20112051951
公開日2012年7月25日 申請日期2011年12月2日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月2日
發(fā)明者盧麒羽, 張亮泉, 歐進(jìn)萍, 王川 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)