專利名稱：一種車輛超高監(jiān)測(cè)預(yù)警裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種保護(hù)路橋的車輛超高監(jiān)測(cè)預(yù)警裝置。
本發(fā)明提供的技術(shù)方案是一種車輛超高監(jiān)測(cè)預(yù)警裝置，包括紅外激光探測(cè)器，紅外激光探測(cè)器由調(diào)制激光發(fā)射電路、接收由于車輛超高部分阻擋而漫反射回來的調(diào)制激光接收電路、與調(diào)制激光接收電路輸出連接的解調(diào)電路、與解調(diào)電路輸出連接的警示電路組成。
上述調(diào)制激光發(fā)射電路部分主要由發(fā)射觸發(fā)信號(hào)產(chǎn)生電路、激光發(fā)射管驅(qū)動(dòng)電路、能量?jī)?chǔ)備電路和溫度補(bǔ)償電路組成；發(fā)射觸發(fā)信號(hào)產(chǎn)生電路輸出與激光發(fā)射管驅(qū)動(dòng)電路和能量?jī)?chǔ)備電路輸入端相連，能量?jī)?chǔ)備電路輸出端與激光發(fā)射管驅(qū)動(dòng)電路相連，溫度補(bǔ)償電路輸出端與能量?jī)?chǔ)備電路相連。
上述調(diào)制激光接收電路部分主要由光電轉(zhuǎn)換器件的高壓工作電源電路、光電轉(zhuǎn)換電路和多級(jí)接收放大電路組成；光電轉(zhuǎn)換器件的高壓工作電源電路的輸出與光電轉(zhuǎn)換電路相連，多級(jí)接收放大電路輸入端與光電轉(zhuǎn)換電路輸出端相連，多級(jí)接收放大電路輸出端與報(bào)警和示警電路部分的輸入端相連。
上述解調(diào)電路部分主要由整形電路、分頻電路和解調(diào)電路組成；整形電路輸出端與分頻電路輸入端相連，解調(diào)電路輸入端與分頻電路輸出端相連。
上述警示電路部分主要由報(bào)警電路和示警電路組成；報(bào)警電路和示警電路的輸入端分別與解調(diào)電路部分的輸出端相連。
本發(fā)明可設(shè)有四套紅外激光探測(cè)器，兩套為一組，它們分置于公路橋梁兩側(cè)面，每個(gè)側(cè)面的兩個(gè)紅外激光探測(cè)器發(fā)射的激光相交匯。
本發(fā)明安裝于公路橋梁側(cè)面，其發(fā)射的紅外調(diào)制激光波束離地面的高度為公路橋梁的限高高度，當(dāng)超高車輛駛向公路橋梁并進(jìn)入有效監(jiān)測(cè)范圍時(shí)，該系統(tǒng)的接收電路將接收到由于車輛超高部分阻擋而漫反射回來的紅外調(diào)制激光，對(duì)其進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換、放大和解調(diào)等處理后，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的示警電路發(fā)出聲光預(yù)警，為穿過公路橋梁的超高車輛及時(shí)提供預(yù)警信息，避免事故的發(fā)生，從而保護(hù)了橋梁及車輛人員的安全。
參見

圖1，本發(fā)明中的紅外激光探測(cè)器主要包括紅外調(diào)制激光發(fā)射電路1，調(diào)制激光接收電路2，解調(diào)電路3，報(bào)警和示警電路4。
圖2中555芯片及其周圍元件構(gòu)成多諧振蕩器以產(chǎn)生發(fā)射觸發(fā)信號(hào)，觸發(fā)信號(hào)處于高電平時(shí)，經(jīng)D2、R21和R11后，在三極管Q2基極形成偏置電壓使Q2飽和導(dǎo)通。L1是一自身電阻值極小的電感，Q2飽和導(dǎo)通期間，L1流過足夠大的電流使其儲(chǔ)備了相當(dāng)?shù)哪芰?；觸發(fā)信號(hào)為低電平時(shí)，Q2截止，電感電路由于發(fā)生換路而進(jìn)入暫態(tài)過程，L1兩端建立起一極高的感應(yīng)電壓，其通過二極管D8、D9向電容C7、C8充電，由于C7受到與其并連的穩(wěn)壓管D7的穩(wěn)壓限制，L1的儲(chǔ)能大部分轉(zhuǎn)移到了C8上，使C8兩端建立起高壓。555芯片產(chǎn)生的發(fā)射觸發(fā)信號(hào)的高電平還經(jīng)過C6和R15構(gòu)成的微分電路和D4后形成三極管Q3基極的正向觸發(fā)脈沖。D4的作用除隔離微分電路產(chǎn)生的負(fù)向脈沖外，還利用其正向壓降把干擾脈沖阻擋在外而避免誤觸發(fā)。Q3組成的是一射極跟隨器，其基極出現(xiàn)正向觸發(fā)脈沖后，C7放電Q3導(dǎo)通射極輸出一上升沿極陡的正向脈沖，該脈沖觸發(fā)Q4導(dǎo)通，C8迅速放電，在短時(shí)間內(nèi)形成對(duì)激光管D10的極大注入電流，超過激光管發(fā)射閾值而使其發(fā)射出激光脈沖。由于555芯片產(chǎn)生的是一周期觸發(fā)信號(hào)，故而激光管發(fā)射的是一調(diào)制激光脈沖。圖2中運(yùn)放U1、U2及其周圍元件構(gòu)成溫度補(bǔ)償電路，以穩(wěn)定發(fā)射電路的工作狀態(tài)。其工作原理是D1為電壓型溫度傳感器，溫度上升，兩端電壓增加；溫度下降，兩端電壓減小。溫度升高時(shí)，U1同相端電壓增加，U2反相端電壓增加，調(diào)整管Q1基極電壓減小，其電流變大，Q1集電極與發(fā)射極間電壓變小，Q1集電極的電位變大，L1儲(chǔ)能就多些，其向C8轉(zhuǎn)移的能量也多些，當(dāng)C8放電時(shí)對(duì)激光管D10的注入電流也大些，從而削弱了由于溫度升高而導(dǎo)致的激光管發(fā)射閾值升高帶來的發(fā)射功率降低的問題。同理，溫度下降時(shí)，溫度補(bǔ)償電路同樣可以穩(wěn)定激光管發(fā)射功率。
激光對(duì)人眼損傷的程度取決于激光的波長(zhǎng)，人眼受激光作用時(shí)間和劑量。在設(shè)計(jì)發(fā)射電路時(shí)，可通過選用小功率激光發(fā)射管和降低激光脈沖的占空比等措施來確保使用的安全。
圖4中555芯片及其周圍元件構(gòu)成多諧振蕩器驅(qū)動(dòng)開關(guān)管Q5將VCC直流斬波，升壓變壓器T1及D14管組成單端反激式升壓開關(guān)電源，R25、C12和C13組成濾波電路，其輸出接入調(diào)整管Q8和由對(duì)管Q6Q7及周圍元件構(gòu)成的差動(dòng)放大電路以完成自動(dòng)調(diào)壓功能，從而得到穩(wěn)定的直流高壓作接收電路中光電轉(zhuǎn)換器件雪崩二極管APD的高壓工作電源。多級(jí)接收放大電路的前置級(jí)由兩個(gè)場(chǎng)管Q10Q11組成，Q11的高輸入阻抗適合于接入微弱信號(hào)，Q10的高輸出阻抗充當(dāng)了Q11的輸出端電阻以確保前置級(jí)具有較高的增益；其后幾級(jí)分別是由Q13和Q14組成的兩級(jí)選頻放大電路，由Q12和Q16組成的兩級(jí)射極跟隨器選頻放大電路只對(duì)接收到的光電信號(hào)基波分量予以放大以提高接收電路可靠性；射極跟隨器實(shí)現(xiàn)信號(hào)順利可靠地級(jí)間傳遞。多級(jí)接收放大電路級(jí)間采用阻容耦合方式，其中電容值較小，這些電容一方面起到高通濾波作用，增強(qiáng)了多級(jí)接收放大電路抗干擾能力；另一方面由于高通濾波只保留信號(hào)高頻分量，所以還具有一定的信號(hào)波形整形作用，使得最初輸入的脈沖信號(hào)幅度雖有所差異，但最終放大處理后輸出的脈沖信號(hào)幅度卻大致相同，從而實(shí)現(xiàn)了接收信號(hào)穩(wěn)定性。
當(dāng)汽車超高后，調(diào)制激光脈沖被阻擋，接收電路將接收到漫反射回來的調(diào)制激光，對(duì)其進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換、放大后向圖5中的斯密特觸發(fā)器U3A輸入周期脈沖信號(hào)以進(jìn)行整形，D觸發(fā)器U4A對(duì)整形后的信號(hào)二分頻然后輸入LM567及其周圍元件構(gòu)成的解調(diào)電路，若此輸入信號(hào)頻率等于解調(diào)電路的特征頻率，LM567的8腳輸出由高電平變?yōu)榈碗娖?，圖5中VT1截止，VT2、Q17飽和導(dǎo)通，繼電器RELAY---SPST常開開關(guān)吸合，警示燈RED-BULK點(diǎn)亮；與此同時(shí)報(bào)警集成電路KD9561獲得電源而工作，從其O/P腳輸出報(bào)警信號(hào)，最后經(jīng)VT3，VT4構(gòu)成的互補(bǔ)放大電路放大后推動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)出報(bào)警聲.(“前方車輛超高，請(qǐng)立即停車”)。
圖3中電源部分平時(shí)把路燈照明系統(tǒng)的供電降壓整流后通過一片7812來向整個(gè)系統(tǒng)提供穩(wěn)壓。當(dāng)斷電時(shí)，后備蓄電池12V電源投入工作以維持系統(tǒng)的正常工作。
如圖6、圖7所示，本發(fā)明的紅外激光探測(cè)器設(shè)有發(fā)射頭7和接收頭9，發(fā)射頭7內(nèi)設(shè)有激光光源5及發(fā)射物鏡6，將激光光源5置于發(fā)射物鏡6的焦點(diǎn)附近，光源經(jīng)過物鏡發(fā)出發(fā)射角很小的準(zhǔn)平行光。在這里選擇的發(fā)射物鏡成像球差要小，透過率要高。發(fā)射頭7的出光口下端設(shè)有光束下?lián)醢?，安裝時(shí)，為校正準(zhǔn)直誤差，發(fā)射頭7略向上傾斜，配合發(fā)射頭光束下?lián)醢?，確保發(fā)射紅外激光束平行于路面。接收頭9內(nèi)設(shè)有物鏡10及位于物鏡焦點(diǎn)的接收管12，則反射回來的光束經(jīng)過接收物鏡10將光能聚集到接收管12的光敏面，大大增強(qiáng)了光敏面上的接收光強(qiáng)。在設(shè)計(jì)接收光學(xué)系統(tǒng)時(shí)，選擇的接收物鏡10的口徑盡可能大，視場(chǎng)角盡可能小，以增大接收光能量，減小入射的背景雜散光；此外還可考慮增加濾光片11來衰減發(fā)射光頻譜范圍的背景光噪音。
本發(fā)明由四套紅外激光探測(cè)器組成(參見圖8)，它們分置于公路橋梁14兩側(cè)面，每邊兩套。每個(gè)側(cè)面的兩套紅外激光探測(cè)器發(fā)射的激光相交匯(交匯點(diǎn)位于被監(jiān)測(cè)車道上方)，交匯點(diǎn)13與公路橋梁的距離應(yīng)保證汽車有足夠的剎停距離；交匯點(diǎn)13與兩個(gè)激光發(fā)射點(diǎn)所構(gòu)成的平面與路面平行且相距的距離為本公路橋梁的限高高度。
權(quán)利要求
1.一種車輛超高監(jiān)測(cè)預(yù)警裝置，其特征在于包括紅外激光探測(cè)器，紅外激光探測(cè)器由調(diào)制激光發(fā)射電路、接收由于車輛超高部分阻擋而漫反射回來的調(diào)制激光接收電路、與調(diào)制激光接收電路輸出端連接的解調(diào)電路、與解調(diào)電路輸出端連接的警示電路組成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于調(diào)制激光發(fā)射電路部分主要由發(fā)射觸發(fā)信號(hào)產(chǎn)生電路、激光發(fā)射管驅(qū)動(dòng)電路、能量?jī)?chǔ)備電路和溫度補(bǔ)償電路組成；發(fā)射觸發(fā)信號(hào)產(chǎn)生電路輸出與激光發(fā)射管驅(qū)動(dòng)電路和能量?jī)?chǔ)備電路輸入端相連，能量?jī)?chǔ)備電路輸出端與激光發(fā)射管驅(qū)動(dòng)電路相連，溫度補(bǔ)償電路輸出端與能量?jī)?chǔ)備電路相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的裝置，其特征在于調(diào)制激光接收電路部分主要由光電轉(zhuǎn)換器件的高壓工作電源電路、光電轉(zhuǎn)換電路和多級(jí)接收放大電路組成；光電轉(zhuǎn)換器件的高壓工作電源電路的輸出與光電轉(zhuǎn)換電路相連，多級(jí)接收放大電路輸入端與光電轉(zhuǎn)換電路輸出端相連，多級(jí)接收放大電路輸出端與報(bào)警和示警電路部分的輸入端相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的裝置，其特征在于解調(diào)電路部分主要由整形電路、分頻電路和解調(diào)電路組成；整形電路輸出端與分頻電路輸入端相連，解調(diào)電路輸入端與分頻電路輸出端相連。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的裝置，其特征在于警示電路部分主要由報(bào)警電路和示警電路組成；報(bào)警電路和示警電路的輸入端分別與解調(diào)電路部分的輸出端相連。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的裝置，其特征在于紅外激光探測(cè)器設(shè)有發(fā)射頭和接收頭，發(fā)射頭內(nèi)設(shè)有激光光源及發(fā)射物鏡，接收頭內(nèi)設(shè)有物鏡及位于物鏡焦點(diǎn)的接收管。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于發(fā)射頭出光口下端設(shè)有光束下?lián)醢?，接收頭內(nèi)物鏡與接收管之間設(shè)有濾光片。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的裝置，其特征在于設(shè)有四套紅外激光探測(cè)器，兩套為一組，它們分置于公路橋梁兩側(cè)面，每個(gè)側(cè)面的兩個(gè)紅外激光探測(cè)器發(fā)射的激光相交匯。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種保護(hù)路橋的車輛超高監(jiān)測(cè)預(yù)警裝置，包括紅外激光探測(cè)器，紅外激光探測(cè)器由調(diào)制激光發(fā)射電路、接收由于車輛超高部分阻擋而漫反射回來的調(diào)制激光接收電路、與調(diào)制激光接收電路輸出連接的解調(diào)電路、與解調(diào)電路輸出連接的警示電路組成。本發(fā)明安裝于公路橋梁側(cè)面，其發(fā)射的紅外調(diào)制激光波束離地面的高度為公路橋梁的限高高度，當(dāng)超高車輛駛向公路橋梁并進(jìn)入有效監(jiān)測(cè)范圍時(shí)，該系統(tǒng)的接收電路將接收到由于車輛超高部分阻擋而漫反射回來的紅外調(diào)制激光，對(duì)其進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換、放大和解調(diào)等處理后，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的示警電路發(fā)出聲光預(yù)警，為穿過公路橋梁的超高車輛及時(shí)提供預(yù)警信息，避免事故的發(fā)生，從而保護(hù)了橋梁及車輛人員的安全。
文檔編號(hào)G01B21/08GK1472505SQ03119010
公開日2004年2月4日 申請(qǐng)日期2003年4月29日 優(yōu)先權(quán)日2003年4月29日
發(fā)明者熊昌侖, 鄧華, 徐前徽 申請(qǐng)人:武漢大學(xué)