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詳細解讀路麵狀況傳感器的工作原理
發布時間:2018-10-26   點擊次數:58次

  路麵狀況傳感器根據水、冰、雪的不同紅外光譜特性,通過對幹燥路麵反射的光譜信息和有覆蓋物的情況下得到的光譜信息的對比,實時檢測路麵的幹、潮、積水狀態,測量水、冰、雪的覆蓋類型和覆蓋厚度。克服了現有接觸式路麵狀態傳感器安裝複雜、維護困難的缺點,而且具有實測麵積大、目標更直接、路況信息更真實的優點。本論文詳細闡述了多光譜在路麵水厚度檢測的應用。

  路麵狀況傳感器的測量工作原理:

  1、路麵狀況傳感器測量波長的選擇

  紅外光照射在水冰雪上發生散射、吸收、反射、折射等一係列作用,路麵狀況根據水吸收光譜、冰吸收光譜、雪散射光譜篩選出三個波長紅外光,λ2和λ3處於水和冰的吸收峰,由於照麵表麵反射及水分子和固體顆粒對光信號的吸收和散射共同作用,實測到的後向散射信號的表現如下,其中水對三個波長的主要為反射和吸收,後向散射係數λ1>λ3>λ2;冰對三個波長的後向散射係數λ1>λ2>λ3;雪對三個波長的後向散射係數[2]λ1>λ2>λ3;根據三個後向散射光信號與路麵幹燥時光信號的比值的大小及差值,可以定性分析路麵狀況、計算出水冰雪厚度。

  2、路麵狀況傳感器硬件電路結構

  路麵狀況傳感器使用單色性好、體積小、工作電壓低的激光二極管提供陣列式紅外光源,以脈衝調製波發射紅外光束,利用反饋電流穩定光功率、溫度補償穩定光譜;光電二極管接收反射回來的微弱的紅外光信號,利用兩級電路進行濾波、放大,然後進行AD轉換,送入微處理器,進入模型計算

  3、路麵狀況傳感器檢測理論支持

  將傳感器以一定角度架設在路邊,在路麵幹燥時進行幹標定,獲得幹參數DP1、DP2、DP3,一旦傳感器位置角度等變化都會引起幹參數變化,需要重新進行幹標定。各條件不變時幹參數相對穩定,傳感器有幹信號自動調整功能,補償路麵和鏡頭汙染引起的幹參數的微量變化;

  各條件不變化時,一旦路麵潮濕、積水、結冰、積雪,入射光由於照麵表麵反射及水分子和固體顆粒對光信號的吸收和散射共同作用,實測到的三個後向散射光信號表現出不同的特點,根據三個信號的大小關係可以判別路麵狀態根據判斷的覆蓋物種類進入不同的厚度計算公式;

  根據物質的吸光度可以計算覆蓋物厚度,測量理論基礎為修正的朗伯-比爾定律,采用三波長測量能夠減小覆蓋物顆粒度等引起的測量誤差,比單波長進行更精確的測量。

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