專利名稱：道路車輛行駛速度檢測(cè)方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于速度檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種基于光纖干涉儀技術(shù)的光電傳感的道路車輛行駛速度檢測(cè)方法及其裝置。
背景技術(shù)：
車輛超速行駛已成為影響公共安全的主要因素之一?，F(xiàn)有的車輛行駛速度檢測(cè)方法主要分固定式和移動(dòng)式兩類。
A、固定式主要有三種1)微波雷達(dá)多普勒測(cè)速技術(shù)；2)地感線圈測(cè)速技術(shù)；3)相機(jī)連續(xù)拍照技術(shù)。其中微波雷達(dá)測(cè)速技術(shù)由于有較大區(qū)域的微波輻射，易于被反測(cè)速裝置檢測(cè)并被干擾而無(wú)法實(shí)現(xiàn)測(cè)速(注地下市場(chǎng)上已有價(jià)格在幾百元左右的反雷達(dá)測(cè)速器出售)。地感線圈測(cè)速技術(shù)由于其安裝要破壞路面，施工難度較大，而且一旦線圈被損壞，維修時(shí)也要挖開(kāi)路面，導(dǎo)致其沒(méi)能被時(shí)常接受。相機(jī)連續(xù)拍照測(cè)速技術(shù)在夜間及有霧氣候時(shí)工作不理想，而恰恰在這兩種情況下車輛行駛時(shí)危險(xiǎn)系數(shù)卻是較大的。
B、移動(dòng)式測(cè)速技術(shù)主要有1)激光測(cè)距測(cè)速技術(shù)；2)移動(dòng)式微波雷達(dá)測(cè)速技術(shù)。激光測(cè)距測(cè)速技術(shù)由于其價(jià)格昂貴(1萬(wàn)美元以上)而無(wú)法普及；移動(dòng)式微波雷達(dá)測(cè)速由于其輻射較大，同樣易于被反測(cè)速裝置檢測(cè)并被干擾而無(wú)法實(shí)現(xiàn)測(cè)速；同時(shí)，長(zhǎng)期近距離使用這類高強(qiáng)度微波輻射的儀器會(huì)對(duì)警員的身體健康產(chǎn)生危害。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于現(xiàn)有運(yùn)動(dòng)車輛測(cè)速技術(shù)存在的上述不足，本發(fā)明提供一種道路車輛行駛速度檢測(cè)方法及其裝置，它基于光學(xué)干涉技術(shù)的光電傳感測(cè)速技術(shù)，測(cè)速的準(zhǔn)確度高，安裝無(wú)需破壞路面，可全天候工作，利用它可以研制成固定單車道測(cè)速儀，也可以研制成車載移動(dòng)式路旁測(cè)速儀。
本發(fā)明道路車輛行駛速度檢測(cè)方法，包括如下步驟a、間隔一定距離安裝第一、第二兩個(gè)光學(xué)干涉儀，兩者隨時(shí)檢測(cè)來(lái)自路面行駛車輛的反射光信號(hào)，當(dāng)?shù)谝还鈱W(xué)干涉儀檢測(cè)到行駛車輛的第一反射光信號(hào)時(shí)，啟動(dòng)計(jì)時(shí)器開(kāi)始計(jì)時(shí)，稍后，當(dāng)?shù)诙鈱W(xué)干涉儀檢測(cè)到所述車輛的第二反射光信號(hào)時(shí)，使計(jì)時(shí)器停止計(jì)時(shí)；b、根據(jù)兩個(gè)光學(xué)干涉儀探測(cè)光束之間的距離和所述定時(shí)器測(cè)得的時(shí)間值計(jì)算所述車輛的行駛速度。
實(shí)現(xiàn)上述方法的一種車輛行駛速度檢測(cè)裝置包括第一光纖干涉儀和第二光纖干涉儀，兩者間隔一定距離安裝，兩者的探測(cè)臂光束射向路面，分別用來(lái)檢測(cè)來(lái)自路面的行駛車輛的第一、第二反射光信號(hào)；信號(hào)處理分析器，它接收、放大處理所述第一光纖干涉儀和第二光纖干涉儀的輸出信號(hào)；計(jì)時(shí)器，它輸入端接信號(hào)處理分析器，測(cè)量所述車輛的第一反射信號(hào)與第二反射信號(hào)之間的時(shí)間；以及，控制器，控制計(jì)時(shí)器的工作，根據(jù)兩個(gè)光學(xué)干涉儀探測(cè)光束之間的距離和計(jì)時(shí)器測(cè)出的時(shí)間值計(jì)算所述車輛的行駛速度。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有下列優(yōu)點(diǎn)1、由于激光準(zhǔn)直的方向性好，探測(cè)光束細(xì)，因此本技術(shù)測(cè)速的準(zhǔn)確度與現(xiàn)有其它技術(shù)相比是最高的。
2、采用干涉檢測(cè)技術(shù)，利用激光光源，檢測(cè)信噪比高達(dá)100dB，因此本發(fā)明檢測(cè)裝置可以在全天候工作。
3、本發(fā)明利用檢測(cè)地面和車輛的反射光信號(hào)，因此本發(fā)明檢測(cè)裝置安裝時(shí)不用挖開(kāi)路面鋪設(shè)探測(cè)器，施工費(fèi)用低。
4、本發(fā)明檢測(cè)裝置的各種器件都相當(dāng)成熟、價(jià)格低廉、性能穩(wěn)定，所以裝置成本低、易獲取，易生產(chǎn)，易使用。
5、本發(fā)明技術(shù)采用近紅外、低功率光源，因此不會(huì)被反測(cè)速裝置檢測(cè)到，同時(shí)不會(huì)對(duì)儀器使用者的健康產(chǎn)生危害。


圖1是本發(fā)明車輛行駛速度檢測(cè)裝置的原理框圖；圖2a、b是其光纖干涉儀在無(wú)車輛經(jīng)過(guò)和有車輛經(jīng)過(guò)時(shí)的輸出信號(hào)。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明詳細(xì)說(shuō)明。
本發(fā)明方法利用兩個(gè)光學(xué)干涉儀檢測(cè)來(lái)自路面行駛車輛的反射光信號(hào)，間隔一定距離安裝第一、第二兩個(gè)光學(xué)干涉儀，兩者隨時(shí)檢測(cè)來(lái)自路面行駛車輛的反射光信號(hào)，當(dāng)?shù)谝还鈱W(xué)干涉儀檢測(cè)到一行駛車輛的第一反射光信號(hào)時(shí)，啟動(dòng)計(jì)時(shí)器開(kāi)始計(jì)時(shí)，稍后，當(dāng)?shù)诙鈱W(xué)干涉儀檢測(cè)到所述車輛的第二反射光信號(hào)時(shí)，使計(jì)時(shí)器停止計(jì)時(shí)，計(jì)時(shí)器所記錄的時(shí)間值就是所述車輛從到達(dá)第一個(gè)光學(xué)干涉儀探測(cè)光束至到達(dá)第二個(gè)光學(xué)干涉儀探測(cè)光束的時(shí)間。單片機(jī)或PC機(jī)根據(jù)兩個(gè)光學(xué)干涉儀探測(cè)束之間的距離和所述定時(shí)器的側(cè)得的時(shí)間值即可計(jì)算所述車輛的行駛速度。
所述光學(xué)干涉儀檢測(cè)來(lái)自路面的行駛車輛的反射光信號(hào)的步驟為，使光學(xué)干涉儀的光源的相干長(zhǎng)度為車輛高度的1％～90％，光源發(fā)出的光通過(guò)分光器分為兩束，一束射向振動(dòng)式參考反射鏡，另一束作為探測(cè)光束射向路面，無(wú)車輛時(shí)，路面反射光和來(lái)自振動(dòng)式參考反射鏡的反射光返回到分光器處疊加發(fā)生干涉，產(chǎn)生干涉光信號(hào)；如有行駛車輛經(jīng)過(guò)干涉儀的探測(cè)光束時(shí)，所述車輛的反射光不會(huì)與振動(dòng)式參考反射鏡的反射光發(fā)生干涉，干涉儀無(wú)信號(hào)輸出。
根據(jù)本發(fā)明方法可以研制成固定單車道測(cè)速儀，也可以研制成車載移動(dòng)式路旁測(cè)速儀。圖1為實(shí)現(xiàn)上述方法的一車輛行駛速度檢測(cè)裝置，圖示檢測(cè)裝置包括第一光纖干涉儀和第二光纖干涉儀，兩者間隔一定距離安裝，兩者的探測(cè)臂光束射向路面，分別用來(lái)檢測(cè)來(lái)自路面的行駛車輛的第一、第二反射光信號(hào)；信號(hào)處理分析器7，它接收、放大處理所述第一光纖干涉儀和第二光纖干涉儀的輸出信號(hào)；計(jì)時(shí)器8，它輸入端接信號(hào)處理分析器7，測(cè)量所述車輛的第一反射信號(hào)與第二反射信號(hào)之間的時(shí)間；以及，控制器9，控制計(jì)時(shí)器8的工作，根據(jù)兩個(gè)光學(xué)干涉儀探測(cè)光束之間的距離和計(jì)時(shí)器測(cè)出的時(shí)間值計(jì)算所述車輛的行駛速度。
上述車輛行駛速度的檢測(cè)裝置基于第一、第二兩個(gè)光纖干涉儀。每個(gè)光纖干涉儀含激光二極管光源1、分光器2、振動(dòng)式參考反射鏡3以及光電探測(cè)器6，分光器2采用帶準(zhǔn)直器的光纖耦合器，所述光纖耦合器的輸入端通過(guò)光纖與激光二極管光源1連接，光纖耦合器兩個(gè)輸出端經(jīng)準(zhǔn)直的兩束光分別通過(guò)光纖射向振動(dòng)式參考反射鏡3和路面5；光纖耦合器的干涉光輸出端通過(guò)光纖與光電探測(cè)器5連接。
激光二極管光源1發(fā)出的光通過(guò)光纖耦合器分為兩束，其中，參考臂光束射向振動(dòng)式參考反射鏡3，探測(cè)臂光束4射向路面5；無(wú)車輛時(shí)，由路面5的反射光和來(lái)自振動(dòng)式參考反射鏡3的反射光返回到分光器2處疊加發(fā)生干涉，分光器2輸出干涉光信號(hào)，此信號(hào)由光電探測(cè)器6轉(zhuǎn)換成圖2a所示的無(wú)車輛經(jīng)過(guò)時(shí)的輸出信號(hào)。
激光二極管光源1的相干長(zhǎng)度確定為車輛高度的1％～90％，通常光源的相干長(zhǎng)度可為10-50厘米。由于光源的相干長(zhǎng)度遠(yuǎn)小于車輛高度，如有行駛車輛10經(jīng)過(guò)干涉儀的探測(cè)光束時(shí)，雖然從車輛的表面對(duì)探測(cè)光束也存在反射，但由于光源的相干長(zhǎng)度小于車輛高度，從車輛10反射回干涉儀的光將不與來(lái)自振動(dòng)式參考反射鏡3的反射光發(fā)生干涉，分光器2輸出端無(wú)干涉光信號(hào)，由光電探測(cè)器6轉(zhuǎn)換成圖2b所示的有車輛經(jīng)過(guò)時(shí)的輸出信號(hào)。根據(jù)光纖干涉儀的輸出信號(hào)即可判斷有無(wú)來(lái)自路面的行駛車輛的反射光信號(hào)，也就是有無(wú)車輛經(jīng)過(guò)光纖干涉儀的探測(cè)光束。
固定兩個(gè)干涉儀探測(cè)臂光束的距離，當(dāng)一行駛車輛到達(dá)第一個(gè)光纖干涉儀的探測(cè)光束時(shí)，其干涉信號(hào)消失，其輸出信號(hào)經(jīng)過(guò)信號(hào)處理分析器7放大處理后啟動(dòng)計(jì)時(shí)器8開(kāi)始計(jì)時(shí)，當(dāng)該車輛到達(dá)第二個(gè)光纖干涉儀的探測(cè)光束時(shí)其干涉信號(hào)也消失，輸出信號(hào)經(jīng)過(guò)信號(hào)處理分析器7放大處理后觸發(fā)計(jì)時(shí)器8停止計(jì)時(shí)，兩個(gè)干涉儀探測(cè)臂光束的距離除以計(jì)時(shí)器8所得到的時(shí)間值，即得該車輛的行駛速度。
具體實(shí)施例中，兩個(gè)相同的光纖干涉儀由下列器件組成，光源1采用波長(zhǎng)1310納米、帶寬約為2-3納米、功率為2毫瓦的F-P腔光纖耦合二極管激光器，其相干長(zhǎng)度約為25-35厘米，小于車輛高度。
分光器2選用50％∶50％光纖耦合器。探測(cè)臂光束選用直徑40毫米焦長(zhǎng)80毫米的K9玻璃透鏡來(lái)準(zhǔn)直。
振動(dòng)式參考反射鏡3包括鍍金的反射鏡，該反射鏡固定在一個(gè)壓電陶瓷片或振動(dòng)線圈上，該壓電陶瓷片或振動(dòng)線圈連接在一正弦信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路中。振動(dòng)式參考反射鏡的振動(dòng)頻率可為幾百Hz～幾十KHz，它可通過(guò)一壓電陶瓷器件或電動(dòng)平移臺(tái)驅(qū)動(dòng)。本例中壓電陶瓷片由500Hz、10伏正弦功率信號(hào)驅(qū)動(dòng)，產(chǎn)生振幅為20微米振動(dòng)，帶動(dòng)參考反射鏡移動(dòng)，改變參考光路的光程。也可用振動(dòng)線圈(如揚(yáng)聲器)或電動(dòng)平移臺(tái)代替壓電陶瓷片來(lái)實(shí)現(xiàn)。
光電探測(cè)器6選用帶前放的InGaAs光電二極管，也可以采用雪崩二極管或CCD器件等。
信號(hào)處理分析器7包括放大電路、濾波電路和檢波電路，濾波器連接于放大電路輸出端，濾波電路的輸出接檢波電路的輸入端。放大電路可選用Burr-Brown公司的OP27運(yùn)算放大器實(shí)現(xiàn)，濾波電路選用江蘇聯(lián)能電子技術(shù)有限公司YE3790A型帶通濾波器。檢波電路選用電壓比較器組成。
定時(shí)計(jì)數(shù)器8可選用NI公司的PCI-6111型數(shù)據(jù)采集卡上的定時(shí)計(jì)數(shù)器，用于控制定時(shí)計(jì)數(shù)器8的計(jì)算機(jī)9選用TCL公司的A100型計(jì)算機(jī)等。定時(shí)計(jì)數(shù)器8和計(jì)算機(jī)9可以由8051單片機(jī)及其自帶的計(jì)數(shù)器來(lái)組成以實(shí)現(xiàn)同樣的功能。
按上述配置的系統(tǒng)干涉儀在無(wú)車輛經(jīng)過(guò)時(shí)的輸出信號(hào)如圖2a所示，有車輛經(jīng)過(guò)時(shí)的輸出信號(hào)如圖2b所示。當(dāng)兩個(gè)干涉儀的探測(cè)束之間的距離為1米，計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘頻設(shè)為1MHz，車輛速度檢測(cè)范圍從1公里/小時(shí)到300公里/小時(shí)，測(cè)量誤差為實(shí)際速度的±0.6％。
權(quán)利要求
1.一種道路車輛行駛速度檢測(cè)方法，其特征是包括如下步驟a、間隔一定距離安裝第一、第二兩個(gè)光學(xué)干涉儀，兩者隨時(shí)檢測(cè)來(lái)自路面行駛車輛的反射光信號(hào)，當(dāng)?shù)谝还鈱W(xué)干涉儀檢測(cè)到某行駛車輛的第一反射光信號(hào)時(shí)，啟動(dòng)計(jì)時(shí)器開(kāi)始計(jì)時(shí)，稍后，當(dāng)?shù)诙鈱W(xué)干涉儀檢測(cè)到所述車輛的第二反射光信號(hào)時(shí)，使計(jì)時(shí)器停止計(jì)時(shí)；b、根據(jù)兩個(gè)光學(xué)干涉儀探測(cè)光束之間的距離和所述定時(shí)器測(cè)得的時(shí)間值計(jì)算所述車輛的行駛速度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的道路車輛行駛速度檢測(cè)方法，其特征是所述光學(xué)干涉儀檢測(cè)來(lái)自路面的行駛車輛的反射光信號(hào)的步驟為，使光學(xué)干涉儀的光源的相干長(zhǎng)度為車輛高度的1％～90％，光源發(fā)出的光通過(guò)分光器分為兩束，一束射向振動(dòng)式參考反射鏡，另一束作為探測(cè)光束射向路面，無(wú)車輛時(shí)，路面反射光和來(lái)自振動(dòng)式參考反射鏡的反射光返回到分光器處疊加發(fā)生干涉，產(chǎn)生干涉光信號(hào)；如有行駛車輛經(jīng)過(guò)干涉儀的探測(cè)光束時(shí)，所述車輛的反射光不會(huì)與振動(dòng)式參考反射鏡的反射光發(fā)生干涉，干涉儀無(wú)信號(hào)輸出。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的道路車輛行駛速度檢測(cè)方法，其特征是所述光學(xué)干涉儀的光源的相干長(zhǎng)度為10-50厘米。
4.車輛行駛速度檢測(cè)裝置，其特征是包括第一光纖干涉儀和第二光纖干涉儀，兩者間隔一定距離安裝，兩者的探測(cè)臂光束射向路面，分別用來(lái)檢測(cè)來(lái)自路面的行駛車輛的第一、第二反射光信號(hào)；信號(hào)處理分析器，它接收、放大處理所述第一光纖干涉儀和第二光纖干涉儀的輸出信號(hào)；計(jì)時(shí)器，它輸入端接信號(hào)處理分析器，測(cè)量所述車輛的第一反射信號(hào)與第二反射信號(hào)之間的時(shí)間；以及，控制器，控制計(jì)時(shí)器的工作，根據(jù)兩個(gè)光學(xué)干涉儀探測(cè)光束之間的距離和計(jì)時(shí)器測(cè)出的時(shí)間值計(jì)算所述車輛的行駛速度。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的車輛行駛速度檢測(cè)裝置，其特征是每個(gè)光纖干涉儀含激光二極管光源、分光器、振動(dòng)式參考反射鏡以及光電探測(cè)器，分光器采用帶準(zhǔn)直器的光纖耦合器，所述光纖耦合器的輸入端通過(guò)光纖與激光二極管光源連接，光纖耦合器兩個(gè)輸出端經(jīng)準(zhǔn)直的兩束光分別通過(guò)光纖射向振動(dòng)式參考反射鏡和路面；光纖耦合器的干涉光輸出端通過(guò)光纖與光電探測(cè)器連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的車輛行駛速度檢測(cè)裝置，其特征是光纖干涉儀的激光二極管光源的相干長(zhǎng)度為車輛高度的1％～90％。
7.根據(jù)權(quán)利要求5的車輛行駛速度檢測(cè)裝置，其特征是所述振動(dòng)式參考反射鏡包括鍍金的反射鏡，該反射鏡固定在一個(gè)壓電陶瓷片或振動(dòng)線圈上，該壓電陶瓷片或振動(dòng)線圈連接在一個(gè)正弦信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路中。
全文摘要
本發(fā)明涉及道路車輛行駛速度檢測(cè)方法及裝置，其方法采取如下步驟間隔一定距離安裝第一、第二兩個(gè)光學(xué)干涉儀，兩者隨時(shí)檢測(cè)來(lái)自路面行駛車輛的反射光信號(hào)，當(dāng)?shù)谝还鈱W(xué)干涉儀檢測(cè)到一行駛車輛的第一反射光信號(hào)時(shí)，啟動(dòng)計(jì)時(shí)器開(kāi)始計(jì)時(shí)，稍后，當(dāng)?shù)诙鈱W(xué)干涉儀檢測(cè)到所述車輛的第二反射光信號(hào)時(shí)，使計(jì)時(shí)器停止計(jì)時(shí)；根據(jù)兩個(gè)光學(xué)干涉儀探測(cè)光束之間的距離和所述定時(shí)器測(cè)得的時(shí)間值計(jì)算所述車輛的行駛速度。其采用干涉檢測(cè)技術(shù)，利用激光光源，檢測(cè)信噪比高達(dá)100dB，測(cè)速的準(zhǔn)確度高，裝置可全天候工作，安裝無(wú)需破壞路面，施工費(fèi)用低。
文檔編號(hào)G01P3/68GK1641359SQ20041007720
公開(kāi)日2005年7月20日 申請(qǐng)日期2004年12月9日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月9日
發(fā)明者何永紅, 馬輝, 郭繼華 申請(qǐng)人:清華大學(xué)深圳研究生院