專利名稱：分布式光纖車輛綜合信息檢測系統(tǒng)及其處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光纖傳感領(lǐng)域和交通車輛信息檢測領(lǐng)域，特別是涉及到一種可獲得車
輛車速、車重、車型、車流量等信息的車輛綜合信息檢測系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
交通運(yùn)輸是國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展的重要基礎(chǔ)設(shè)施和基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，是國民經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的 命脈。交通信息化是提升交通運(yùn)輸效率和安全性的有效措施，被認(rèn)為是解決道路交通擁堵、 交通事故數(shù)量增加、緩解環(huán)境污染等問題的最有效途徑。交通信息化中最基礎(chǔ)、最重要的信 息化手段是利用各種設(shè)備實(shí)現(xiàn)對交通道路信息的實(shí)時采集。 高速公路信息化管理中，希望能夠?qū)崿F(xiàn)對高速公路各個路段交通車輛信息進(jìn)行實(shí) 時監(jiān)控。實(shí)時、可靠的基本交通車輛信息是判斷交通狀況的根本依據(jù)，是實(shí)現(xiàn)高速公路智能 化管理的前提，對于普及交通信息服務(wù)，保障高速公路行車安全，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)、高效、安全和便 捷的運(yùn)輸服務(wù)，從而提高高速公路管理與服務(wù)水平具有重大意義。 一般需要測量的車輛信 息包括車速、車重、車型、車流量等。 現(xiàn)行的車輛檢測器種類主要包括磁感應(yīng)檢測器，波頻車輛檢測器，視頻檢測器、壓 電薄膜傳感器等。這些檢測方式中磁感應(yīng)檢測器需要在公路上開挖槽；波頻車輛檢測器會 存在多車道誤判；視頻檢測器存在成本過高等缺點(diǎn)。 壓電薄膜傳感器利用壓電材料將動能轉(zhuǎn)化成電能，在車輛輪胎經(jīng)過傳感器時采集 信息。輪胎經(jīng)過傳感器，產(chǎn)生一個與施加到傳感器上的壓力成正比的模擬信號，并且輸出的 周期與輪胎停留在傳感器上的時間相同。壓電薄膜傳感器的長處是可獲取車輛的速度、重 量等信號，并能很容易的進(jìn)行信息分類。其缺點(diǎn)是壓電信號可直接傳輸?shù)木嚯x短，因此信號 處理裝置距離傳感器不能太遠(yuǎn)，且壓電薄膜傳感器價格較昂貴。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有技術(shù)的問題，本發(fā)明提供了一種將光纖作為信號傳輸介質(zhì)，具有傳
輸距離遠(yuǎn)，生產(chǎn)成本低，響應(yīng)速度快，靈敏度高，較易維護(hù)等特點(diǎn)的分布式光纖車輛綜合信
息檢測系統(tǒng)及其處理方法。 本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是 本發(fā)明工作原理是基于光干涉原理。光源輸出激光通過耦合器進(jìn)入傳感光纖，在 光纖法布里-珀羅(簡稱法珀)干涉儀中產(chǎn)生干涉。設(shè)沒有車輛通過時系統(tǒng)工作為常態(tài)， 系統(tǒng)中的光傳輸保持干涉平衡，即沒有車輛壓過光纖時，檢測輸出裝置的輸出端為一穩(wěn)定 輸出。當(dāng)有車輛通過光纖鋪設(shè)區(qū)域，車輛輪胎壓過光纖時，光纖會產(chǎn)生應(yīng)變，從而改變傳輸 光的相位，使光干涉輸出發(fā)生劇烈改變；當(dāng)車輛完全通過光纖后，系統(tǒng)自動恢復(fù)常態(tài)保持穩(wěn) 定輸出。因此汽車輪胎壓過傳感光纖后檢測輸出裝置的輸出端會輸出一個脈沖信號。在被 測區(qū)域排布兩道以上的傳感光纖，當(dāng)兩道傳感光纖的間距已知后，車輛前胎或后胎壓過兩 到傳感光纖會產(chǎn)生兩個脈沖信號，通過測量兩個脈沖信號的時間間隔，可以計算出車速。同樣汽車前后輪胎通過一道傳感光纖時會輸出兩個脈沖，通過信號處理裝置對車速和兩脈沖的信號的計算，可得出前后輪的距離，從而判斷出車輛的車型。檢測輸出裝置的輸出端所輸出脈沖的幅值與車輛作用在傳感光纖上的力大小有關(guān)，這樣通過信號處理裝置可以計算出車重。通過信號處理裝置對脈沖數(shù)量進(jìn)行計數(shù)，也可對車流量進(jìn)行統(tǒng)計。 —種分布式光纖車輛綜合信息檢測系統(tǒng)，其特征在于，包括光源、耦合分路器、光纖法珀干涉儀、傳感光纖、檢測輸出裝置、信號處理裝置；所述光源、耦合分路器、光纖法珀干涉儀、傳感光纖、檢測輸出裝置、信號處理裝置依次相連。 前述的一種分布式光纖車輛綜合信息檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括太陽能電池板，所述太陽能電池板接受太陽能為整個系統(tǒng)供電。 前述的一種分布式光纖車輛綜合信息檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述傳感光纖在道路上可按"S"型多路折返進(jìn)行排布，并保證在被測區(qū)域至少排布兩道以上的光纖。
—種基于分布式光纖車輛綜合信息檢測系統(tǒng)的處理方法，其特征在于，包括以下步驟1、太陽能電池板通過接收太陽能為整個系統(tǒng)所有單元供電；2、光源輸出激光通過耦合器進(jìn)入鋪設(shè)在道路上的傳感光纖；3、通過傳感光纖的激光在光纖法珀干涉儀中產(chǎn)生干涉；4、當(dāng)沒有車輛通過光纖時，光干涉保持平衡，檢測輸出裝置沒有有用信號輸出；5、當(dāng)車輛輪胎壓過傳感光纖時，光纖會產(chǎn)生應(yīng)變，光纖應(yīng)變導(dǎo)致光纖中傳輸?shù)母缮婀庑盘柊l(fā)生相位改變；6、光干涉平衡被破壞，檢測輸出裝置的輸出端會產(chǎn)生脈沖信號輸出；7、信號處理裝置對各種脈沖信號進(jìn)行分析，計算數(shù)值。 前述的一種基于分布式光纖車輛綜合信息檢測系統(tǒng)的處理方法，其特征在于，步
驟6為不同車輛前胎或后胎壓過同一道傳感光纖，檢測輸出裝置的輸出端輸出脈沖信號，
步驟7為信號處理裝置通過對脈沖信號數(shù)量進(jìn)行計數(shù)，可對車流量進(jìn)行統(tǒng)計。 前述的一種基于分布式光纖車輛綜合信息檢測系統(tǒng)的處理方法，其特征在于，步
驟6為車輛輪胎壓過傳感光纖，檢測輸出裝置的輸出端輸出脈沖信號，步驟7為信號處理裝
置根據(jù)輸出脈沖信號的幅值，計算出車重。 前述的一種基于分布式光纖車輛綜合信息檢測系統(tǒng)的處理方法，其特征在于，步驟6為在被測區(qū)域排布兩道已知間距的傳感光纖，車輛的前胎或后胎壓過兩道傳感光纖，檢測輸出裝置的輸出端輸出兩個脈沖信號，步驟7為信號處理裝置對兩個脈沖信號進(jìn)行分析得出時間間隔，從而計算出車速。 前述的一種基于分布式光纖車輛綜合信息檢測系統(tǒng)的處理方法，其特征在于，步驟6為車輛的前后輪胎壓過同一道傳感光纖，檢測輸出裝置的輸出端輸出兩個脈沖信號，步驟7為信號處理裝置對兩個脈沖信號進(jìn)行分析得出時間間隔，根據(jù)車速再計算得出通過車輛的車輪距。 本發(fā)明的有益效果是 1、本發(fā)明使用光纖傳感方法，利用光信息進(jìn)行探測，相比壓電薄膜方法，響應(yīng)速度快，靈敏度高。 2、本發(fā)明可在動態(tài)即車輛行駛狀態(tài)下進(jìn)行測量，實(shí)現(xiàn)對車輛信息動態(tài)檢測。
3、本發(fā)明由于采用光纖傳輸具有很低的信號傳輸損耗，且光纖傳輸可將信號傳輸?shù)煤苓h(yuǎn)。 4、本發(fā)明使用光纖傳感方法，易于和光纖通信網(wǎng)絡(luò)融合，組成光纖傳感網(wǎng)絡(luò)，可實(shí)
4現(xiàn)大范圍的信息檢測與統(tǒng)計。 5、本發(fā)明使用太陽能供電，具有供電方便、節(jié)能的優(yōu)點(diǎn)，不用專門建立供電系統(tǒng)， 能夠適合偏遠(yuǎn)地區(qū)使用。 6、本發(fā)明傳感光纖厚度小，鋪設(shè)在道路上，不影響車輛正常行駛。
7、本發(fā)明實(shí)現(xiàn)成本低，便于市場應(yīng)用推廣。
8、本發(fā)明施工方便不用在道路上開槽，易于維護(hù)。


圖1是本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意框圖；
圖2是本發(fā)明工作結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步的描述 如圖1所示，一種分布式光纖車輛綜合信息檢測系統(tǒng)，包括光源、耦合分路器、光 纖法珀干涉儀、傳感光纖、檢測輸出裝置、信號處理裝置、太陽能電池板；所述光源、耦合分 路器、光纖法珀干涉儀、傳感光纖、檢測輸出裝置、信號處理裝置依次相連，所述太陽能電池 板接受太陽能為整個系統(tǒng)供電。傳感光纖在道路上可按"S"型多路折返進(jìn)行排布，保證在被 測區(qū)域排布兩道以上的光纖。例如可以在被測區(qū)域排布三道光纖，將與汽車輪胎最先接觸 的一道光纖輸出脈沖信號作為起始信號，利用后面兩道光纖所輸出的信號計算獲得車速、 車重、車型、車流量等車輛信息。對于多個車道的車輛信息監(jiān)測，為了增加靈敏度，應(yīng)用中可
以每個車道裝一根傳感光纖。在公路施工方面，采用表面粘貼的方法，將封裝好的傳感光纖 直接固定在路面上，用耐磨涂料固定在路面上即可。本發(fā)明可進(jìn)行實(shí)時檢測。例如可在高 速公路每隔5 10公里安裝一個監(jiān)測點(diǎn)，由于檢測的連續(xù)性，可以確保全路段車倆信息實(shí) 時檢測，為路政、交通管理、通行率與安全性提供準(zhǔn)確的決策依據(jù)。 如圖2所示，通過本發(fā)明的檢測系統(tǒng)可計算獲得車輛的各種信息，下面具體的介
紹下車流量、車重、車速、車型四種車輛信息的獲得方法。 1)車流量統(tǒng)計的獲得方法 1、太陽能電池板通過接收太陽能為整個系統(tǒng)所有單元供電；
2、光源輸出激光通過耦合器進(jìn)入鋪設(shè)在道路上的傳感光纖；
3、通過傳感光纖的激光在光纖法珀干涉儀中產(chǎn)生干涉； 4、當(dāng)沒有車輛通過光纖時，光干涉保持平衡，檢測輸出裝置沒有有用信號輸出；5、 當(dāng)車輛輪胎壓過傳感光纖時，光纖會產(chǎn)生應(yīng)變，光纖應(yīng)變導(dǎo)致光纖中傳輸?shù)母缮婀庑盘柊l(fā) 生相位改變； 6、不同車輛前胎或后胎壓過同一道傳感光纖，檢測輸出裝置的輸出端輸出脈沖信 號； 7、信號處理裝置通過對脈沖信號數(shù)量進(jìn)行計數(shù)，可對車流量進(jìn)行統(tǒng)計。
2)車重的獲得方法 1、太陽能電池板通過接收太陽能為整個系統(tǒng)所有單元供電；
2、光源輸出激光通過耦合器進(jìn)入鋪設(shè)在道路上的傳感光纖；
3、通過傳感光纖的激光在光纖法珀干涉儀中產(chǎn)生干涉； 4、當(dāng)沒有車輛通過光纖時，光干涉保持平衡，檢測輸出裝置沒有有用信號輸出；5、當(dāng)車輛輪胎壓過傳感光纖時，光纖會產(chǎn)生應(yīng)變，光纖應(yīng)變導(dǎo)致光纖中傳輸?shù)母缮婀庑盘柊l(fā)生相位改變； 6、車輛輪胎壓過傳感光纖，檢測輸出裝置的輸出端輸出脈沖信號；
7、信號處理裝置根據(jù)輸出脈沖信號的幅值，計算出車重
3)車速的獲得方法 1、太陽能電池板通過接收太陽能為整個系統(tǒng)所有單元供電；
2、光源輸出激光通過耦合器進(jìn)入鋪設(shè)在道路上的傳感光纖；
3、通過傳感光纖的激光在光纖法珀干涉儀中產(chǎn)生干涉； 4、當(dāng)沒有車輛通過光纖時，光干涉保持平衡，檢測輸出裝置沒有有用信號輸出；5、當(dāng)車輛輪胎壓過傳感光纖時，光纖會產(chǎn)生應(yīng)變，光纖應(yīng)變導(dǎo)致光纖中傳輸?shù)母缮婀庑盘柊l(fā)生相位改變； 6、在被測區(qū)域排布兩道已知間距的傳感光纖，車輛的前胎或后胎壓過兩道傳感光纖，檢測輸出裝置的輸出端輸出兩個脈沖信號； 7、為信號處理裝置對兩個脈沖信號進(jìn)行分析得出時間間隔，從而計算出車速。
4)車型的獲得方法 1、太陽能電池板通過接收太陽能為整個系統(tǒng)所有單元供電；
2、光源輸出激光通過耦合器進(jìn)入鋪設(shè)在道路上的傳感光纖；
3、通過傳感光纖的激光在光纖法珀干涉儀中產(chǎn)生干涉； 4、當(dāng)沒有車輛通過光纖時，光干涉保持平衡，檢測輸出裝置沒有有用信號輸出；5、當(dāng)車輛輪胎壓過傳感光纖時，光纖會產(chǎn)生應(yīng)變，光纖應(yīng)變導(dǎo)致光纖中傳輸?shù)母缮婀庑盘柊l(fā)生相位改變； 6、車輛的前后輪胎壓過同一道傳感光纖，檢測輸出裝置的輸出端輸出兩個脈沖信號； 7、信號處理裝置對兩個脈沖信號進(jìn)行分析得出時間間隔，根據(jù)車速再計算得出通過車輛的車輪距，從而判斷出車型。 本發(fā)明并非限定于如上所述的實(shí)施方式，在不超出本發(fā)明基本技術(shù)思想的范疇內(nèi)，相關(guān)行業(yè)的技術(shù)者可對其進(jìn)行多種變形，并且，上述進(jìn)行的變形應(yīng)屬于本發(fā)明的權(quán)利要求范圍。
權(quán)利要求
一種分布式光纖車輛綜合信息檢測系統(tǒng)，其特征在于，包括光源、耦合分路器、光纖法珀干涉儀、傳感光纖、檢測輸出裝置、信號處理裝置；所述光源、耦合分路器、光纖法珀干涉儀、傳感光纖、檢測輸出裝置、信號處理裝置依次相連，所述傳感光纖設(shè)置與道路上。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種分布式光纖車輛綜合信息檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括太陽能電池板，所述太陽能電池板接受太陽能為整個系統(tǒng)供電。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種分布式光纖車輛綜合信息檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述傳感光纖在道路上可按"S"型多路折返進(jìn)行排布，并保證在被測區(qū)域至少排布兩道以上的光纖。
4. 一種基于分布式光纖車輛綜合信息檢測系統(tǒng)的處理方法，其特征在于，包括以下步驟1、太陽能電池板通過接收太陽能為整個系統(tǒng)所有單元供電；2、光源輸出激光通過耦合器進(jìn)入鋪設(shè)在道路上的傳感光纖；3、通過傳感光纖的激光在光纖法珀干涉儀中產(chǎn)生干涉；4、當(dāng)沒有車輛通過光纖時，光干涉保持平衡，檢測輸出裝置沒有有用信號輸出；5、當(dāng)車輛輪胎壓過傳感光纖時，光纖會產(chǎn)生應(yīng)變，光纖應(yīng)變導(dǎo)致光纖中傳輸?shù)母缮婀庑盘柊l(fā)生相位改變；6、光干涉平衡被破壞，檢測輸出裝置的輸出端會產(chǎn)生脈沖信號輸出；7、信號處理裝置對各種脈沖信號進(jìn)行分析，計算數(shù)值。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于分布式光纖車輛綜合信息檢測系統(tǒng)的處理方法，其特征在于，步驟6為不同車輛前胎或后胎壓過同一道傳感光纖，檢測輸出裝置的輸出端輸出脈沖信號，步驟7為信號處理裝置通過對脈沖信號數(shù)量進(jìn)行計數(shù)，可對車流量進(jìn)行統(tǒng)計。
6. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于分布式光纖車輛綜合信息檢測系統(tǒng)的處理方法，其特征在于，步驟6為車輛輪胎壓過傳感光纖，檢測輸出裝置的輸出端輸出脈沖信號，步驟7為信號處理裝置根據(jù)輸出脈沖信號的幅值，計算出車重。
7. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于分布式光纖車輛綜合信息檢測系統(tǒng)的處理方法，其特征在于，步驟6為在被測區(qū)域排布兩道已知間距的傳感光纖，車輛的前胎或后胎壓過兩道傳感光纖，檢測輸出裝置的輸出端輸出兩個脈沖信號，步驟7為信號處理裝置對兩個脈沖信號進(jìn)行分析得出時間間隔，從而計算出車速。
8. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于分布式光纖車輛綜合信息檢測系統(tǒng)的處理方法，其特征在于，步驟6為車輛的前后輪胎壓過同一道傳感光纖，檢測輸出裝置的輸出端輸出兩個脈沖信號，步驟7為信號處理裝置對兩個脈沖信號進(jìn)行分析得出時間間隔，根據(jù)車速再計算得出通過車輛的車輪距。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種分布式光纖車輛綜合信息檢測系統(tǒng)及其處理方法，屬于光纖傳感領(lǐng)域和交通車輛信息檢測領(lǐng)域。本發(fā)明包括光源、耦合分路器、光纖法珀干涉儀、傳感光纖、檢測輸出裝置、信號處理裝置并依次相連。本發(fā)明利用光的干涉原理，使用光纖作為傳感與信號傳輸介質(zhì)，車輛輪胎壓過光纖時，光纖受力產(chǎn)生的應(yīng)變會改變光纖中傳輸光的相位，產(chǎn)生脈沖信號，通過對各種脈沖信號的分析計算，從而得出需檢測的交通車輛的車速、車重、車型等信息，并可對車流量進(jìn)行統(tǒng)計。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，具有傳輸距離遠(yuǎn)，生產(chǎn)成本低，響應(yīng)速度快，靈敏度高，較易維護(hù)等特點(diǎn)?？勺鳛榻煌ㄜ囕v信息檢測與統(tǒng)計系統(tǒng)使用，也可作為道路綜合信息采集系統(tǒng)的一部分使用。
文檔編號G01B11/02GK101706997SQ200910184470
公開日2010年5月12日 申請日期2009年8月17日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月17日
發(fā)明者劉志麟, 阮馳 申請人:昆山敏通光纖傳感技術(shù)研發(fā)中心有限公司;中國科學(xué)院西安光學(xué)精密機(jī)械研究所