路面結(jié)冰探測(cè)裝置制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種路面結(jié)冰探測(cè)裝置，包括底座（7）、殼體（4）、傳感器和上位機(jī)（15），所述傳感器設(shè)置在所述殼體（4）的頂部，所述殼體（4）安裝在所述底座（7）上，底座（7）、殼體（4）和傳感器形成密封的腔體，所述殼體（4）內(nèi)還安裝有的PCB板（5），所述PCB板（5）與所述上位機(jī)（15）連接，所述PCB板（5）上集成與所述傳感器電連接的測(cè)量電路，所述測(cè)量電路包括掃頻信號(hào)發(fā)生器（13）、峰值檢測(cè)模塊（16）和控制器（12）；所述上位機(jī)（15）根據(jù)傳感器的固有諧振頻率判斷傳感器所結(jié)冰的厚度。本實(shí)用新型裝置穩(wěn)定性高，使用壽命長，可適用于高速公路的路面結(jié)冰檢測(cè)，可靠性高。
【專利說明】路面結(jié)冰探測(cè)裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及公路安全設(shè)施，更具體地說，涉及一種路面結(jié)冰探測(cè)裝置。

【背景技術(shù)】
[0002] 由于山區(qū)高速公路有"十里不同天"的氣象現(xiàn)象，偏遠(yuǎn)山區(qū)難以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)路面結(jié)冰 監(jiān)測(cè)及警示，容易造成交通事故，所以路面結(jié)冰狀況的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)及實(shí)時(shí)預(yù)警非常重要。
[0003] 中國專利（CN1967176A)公開了一種壓電諧振片式傳感器，提出了一種基于壓電諧 振膜片式傳感器可應(yīng)用于公路結(jié)冰探測(cè)。該傳感器因振動(dòng)膜片很薄，故使用壽命較短，該傳 感器測(cè)量電路采用自激方式可靠性不高，該傳感器體積較大不易安裝，該傳感器利用信號(hào) 遠(yuǎn)傳處理方式，使得信號(hào)失真誤差較大，影響傳感器的性能。由于以上一系列問題，這種傳 感器無法再實(shí)際投入使用。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題在于，提供一種穩(wěn)定性高，使用壽命長的路面結(jié)冰 探測(cè)裝置。
[0005] 本實(shí)用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：構(gòu)造一種路面結(jié)冰探測(cè)裝置， 包括底座、殼體、傳感器和上位機(jī)，所述傳感器設(shè)置在所述殼體的頂部，所述殼體安裝在所 述底座上，底座、殼體和傳感器形成密封的腔體，所述殼體內(nèi)還安裝有的PCB板，所述PCB板 與所述上位機(jī)連接，所述PCB板上集成與所述傳感器電連接的測(cè)量電路，所述測(cè)量電路包 括掃頻信號(hào)發(fā)生器、峰值檢測(cè)模塊和控制器；
[0006] 所述掃頻信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生不同頻率的信號(hào)并輸入傳感器產(chǎn)生諧振，所述峰值檢測(cè) 模塊檢測(cè)峰值并將峰值電壓送給控制器采集，所述控制器根據(jù)不同頻率下的不同峰值電壓 確定所述傳感器的固有諧振頻率；
[0007] 所述上位機(jī)根據(jù)傳感器的固有諧振頻率判斷傳感器所結(jié)冰的厚度。
[0008] 上述方案中，所述傳感器包括測(cè)量件和壓電膜片，所述壓電膜片位于所述殼體外 側(cè)，所述壓電膜片緊貼所述測(cè)量件的底面。
[0009] 上述方案中，所述測(cè)量件與所述殼體之間設(shè)有防水墊片。
[0010] 上述方案中，所述測(cè)量件與所述殼體通過螺紋連接。
[0011] 上述方案中，所述殼體與所述底座通過螺紋連接。
[0012] 上述方案中，所述殼體內(nèi)設(shè)有安裝所述PCB板的卡槽。
[0013] 上述方案中，所述殼體的表面傾斜設(shè)置。
[0014] 上述方案中，所述殼體的表面有凹槽。
[0015] 上述方案中，所述底座的底部設(shè)有壓縮彈簧，所述壓縮彈簧的一端固定在所述底 座上，另一端固定在支撐座上。
[0016] 上述方案中，所述PCB板通過線纜與所述上位機(jī)連接，所述殼體底部設(shè)有與所述 線纜配合的防水插座。
[0017] 實(shí)施本實(shí)用新型的路面結(jié)冰探測(cè)裝置，具有以下有益效果：
[0018] 1、本實(shí)用新型中的殼體起到保護(hù)的作用，包含測(cè)量電路的PCB板被安裝在殼體內(nèi) 部，測(cè)量電路和傳感器距離近，降低了信號(hào)遠(yuǎn)傳帶來的失真與誤差，大大提高了傳感器的性 能。
[0019] 2、原有測(cè)量電路采用被動(dòng)諧振式NE555雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路實(shí)現(xiàn)平膜固有頻率的測(cè) 量，本實(shí)用新型為了克服雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路在有些特殊情況下由于平膜Q值變化從而導(dǎo)致頻 率不穩(wěn)定的缺陷，采用掃頻檢測(cè)峰值電壓與頻率的特點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)平膜剛性的測(cè)量，從而實(shí)現(xiàn) 平膜表面結(jié)冰狀況的準(zhǔn)確測(cè)量，即路面結(jié)冰狀態(tài)的測(cè)量。
[0020] 3、本實(shí)用新型外殼表面的特殊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在很大程度上降低了傳感器的測(cè)量件損 壞的概率，提高傳感器使用壽命。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0021] 下面將結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明，附圖中：
[0022] 圖1是本實(shí)用新型路面結(jié)冰探測(cè)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023] 圖2是本實(shí)用新型路面結(jié)冰探測(cè)裝置的俯視圖；
[0024] 圖3是本實(shí)用新型路面結(jié)冰探測(cè)裝置的另一實(shí)施例的俯視圖；
[0025] 圖4是殼體的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026] 圖5是本實(shí)用新型路面結(jié)冰探測(cè)裝置的電路框圖；
[0027] 圖6是本實(shí)用新型路面結(jié)冰探測(cè)裝置的程序流程圖；
[0028] 圖7是掃頻信號(hào)發(fā)生器實(shí)施例1的示意圖；
[0029] 圖8是掃頻信號(hào)發(fā)生器實(shí)施例2的示意圖；
[0030] 圖9是掃頻信號(hào)發(fā)生器實(shí)施例3的示意圖；
[0031] 圖10是峰值檢測(cè)模塊實(shí)施例1的示意圖；
[0032] 圖11是峰值檢測(cè)模塊實(shí)施例2的示意圖；
[0033] 圖12是峰值檢測(cè)模塊實(shí)施例3的示意圖；
[0034] 圖13是本實(shí)用新型路面結(jié)冰探測(cè)裝置的另一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0035] 為了對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)特征、目的和效果有更加清楚的理解，現(xiàn)對(duì)照附圖詳細(xì) 說明本實(shí)用新型的【具體實(shí)施方式】。
[0036] 如圖1-圖6所示，本實(shí)用新型路面結(jié)冰探測(cè)裝置包括底座7、殼體4、傳感器、上位 機(jī)15和PCB板5
[0037] 傳感器設(shè)置在殼體4的頂部，殼體4安裝在底座7上，底座7、殼體4和傳感器形 成密封的腔體。殼體4為柱形，其橫截面形狀是任意的，本實(shí)施例中給出了圓形和方形兩種 實(shí)施方式。安裝時(shí)，首先在路面挖出一個(gè)與殼體4大小相適應(yīng)的槽，然后將底座7放置在槽 內(nèi)，并通過螺栓、粘接或灌漿等方式固定。本實(shí)施例是在浙青路面開槽，底座7的下方為浙 青中面層10,底座7的兩側(cè)為浙青上面層9。本實(shí)施例中的殼體4通過螺紋連接的方式固 定在底座7上，便于拆裝，并且殼體4和底座7之間設(shè)有防水墊片3,起到密封防水的作用。
[0038] 殼體4內(nèi)還安裝有的PCB板5, PCB板5與上位機(jī)15連接。殼體4內(nèi)設(shè)有安裝PCB 板5的卡槽，便于固定。PCB板5上集成與傳感器電連接的測(cè)量電路，測(cè)量電路包括掃頻信 號(hào)發(fā)生器13、峰值檢測(cè)模塊16和控制器12。包含測(cè)量電路的PCB板5被安裝在殼體4內(nèi) 部，測(cè)量電路和傳感器距離近，降低了信號(hào)遠(yuǎn)傳帶來的失真與誤差，大大提高了傳感器的性 能。PCB板5通過屏蔽線纜8與上位機(jī)15連接，保證信號(hào)傳輸質(zhì)量。殼體4底部設(shè)有與屏 蔽線纜8配合的防水插座6。
[0039] 控制器12可以控制掃頻信號(hào)發(fā)生器13產(chǎn)生不同頻率的正弦波，并輸入傳感器產(chǎn) 生諧振，峰值檢測(cè)模塊16檢測(cè)峰值并將峰值電壓送給控制器12采集，控制器12根據(jù)掃頻 信號(hào)發(fā)生器13產(chǎn)生不同頻率下的不同的響應(yīng)峰值電壓確定傳感器的固有諧振頻率。上位 機(jī)15根據(jù)傳感器的固有諧振頻率判斷傳感器所結(jié)冰的厚度。本實(shí)施例中的控制器12為單 片機(jī)。
[0040] 掃頻信號(hào)發(fā)生器13有以下兩種實(shí)施方式：
[0041] 1、如圖7所示，通過單片機(jī)的10 口直接輸出不同頻率的方波，利用程序?qū)崿F(xiàn)頻率 的調(diào)節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)掃頻?？刂破?2可以連接DA轉(zhuǎn)換器和濾波器，如圖8所示。
[0042] 2、通過單片機(jī)控制DDS芯片（AD9833)產(chǎn)生不同頻率的正弦波，如圖9所示。
[0043] 峰值檢測(cè)模塊16有以下兩種實(shí)施方式：
[0044] 1、通過二極管檢波電路實(shí)現(xiàn)峰值檢測(cè)，有無源（圖10)和有源（圖11)兩種方式。
[0045] 2、通過AD直接采集峰值數(shù)據(jù)然后通過算法實(shí)現(xiàn)峰值檢測(cè)，如圖12所示。
[0046] 本實(shí)施例中的傳感器包括測(cè)量件1和壓電膜片2,壓電膜片2位于殼體4外側(cè)，壓 電膜片2緊貼測(cè)量件1的底面。測(cè)量件1與殼體4之間設(shè)有防水墊片3,測(cè)量件1與殼體4 通過螺紋連接。測(cè)量件1為傳感器脆弱部分，原理上測(cè)量件1表面越大測(cè)量特性越好，但是 測(cè)量件1表面越大也越易造成損害，故在公路中間安裝的測(cè)量件1的直徑較小，在公路側(cè)邊 安裝的測(cè)量件1的直徑較大。測(cè)量件1由金屬材料制成，剛性材質(zhì)能夠提升傳感器的性能。 測(cè)量件1上表面形狀為圓形，其直徑為lcm?10cm，圓形件有利于利用原有標(biāo)材進(jìn)行加工。
[0047] 本實(shí)用新型裝置在測(cè)量件1結(jié)1mm冰時(shí)，其固有頻率為18kHz±800Hz ;測(cè)量件1結(jié) 3. 5mm冰時(shí)，其固有頻率為36kHz±800Hz。上位機(jī)15根據(jù)傳輸回來的頻率信號(hào)來計(jì)算當(dāng)前 測(cè)量件1所結(jié)的冰的厚度，當(dāng)發(fā)現(xiàn)所結(jié)冰厚度超過預(yù)設(shè)報(bào)警值時(shí)，就控制警示牌14進(jìn)行預(yù) 警顯示，并且將路況信號(hào)通過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)礁咚俟饭芾碇行摹?br> [0048] 進(jìn)一步的，殼體4的表面傾斜設(shè)置，中間低，四周高。傾斜角范圍為10?45度，防 止車輛損壞傳感器的測(cè)量件1。
[0049] 進(jìn)一步的，殼體4的表面有凹槽11，防止傳感器測(cè)量表面積水。
[0050] 進(jìn)一步的，殼體4的上表面邊緣設(shè)有與拆裝工具配合的卡槽，以便施工人員利用 對(duì)應(yīng)工具迅速安裝，同時(shí)起到防盜的作用。
[0051] 本實(shí)用新型路面結(jié)冰探測(cè)裝置安裝在路面兩側(cè)時(shí)，可以采用圖1的方式進(jìn)行安 裝。安裝在路面中間時(shí)，可以在底座7的底部設(shè)置壓縮彈簧17,如圖13所示。壓縮彈簧17 的一端固定在底座7上，另一端固定在支撐座18上。殼體4受壓時(shí)向下移動(dòng)，彈簧17壓縮， 起到減震的作用，避免殼體4和傳感器受損。
[0052] 進(jìn)一步的，在測(cè)量件1貼壓電膜片2旁貼有若干貼片PT100溫度測(cè)量元件，測(cè)量電 路可以實(shí)時(shí)測(cè)量出當(dāng)前路面溫度，在控制器12內(nèi)部設(shè)置有溫度控制單元，該單元根據(jù)當(dāng)前 溫度的情況，調(diào)整傳感器工作狀態(tài)，將掃頻電路關(guān)閉，降低功耗，提高傳感器使用壽命。
[0053] 上面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的實(shí)施例進(jìn)行了描述，但是本實(shí)用新型并不局限于上 述的【具體實(shí)施方式】，上述的【具體實(shí)施方式】僅僅是示意性的，而不是限制性的，本領(lǐng)域的普通 技術(shù)人員在本實(shí)用新型的啟示下，在不脫離本實(shí)用新型宗旨和權(quán)利要求所保護(hù)的范圍情況 下，還可做出很多形式，這些均屬于本實(shí)用新型的保護(hù)之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 一種路面結(jié)冰探測(cè)裝置，其特征在于，包括底座（7)、殼體（4)、傳感器和上位機(jī) (15)，所述傳感器設(shè)置在所述殼體（4)的頂部，所述殼體（4)安裝在所述底座（7)上，底座 (7 )、殼體（4 )和傳感器形成密封的腔體，所述殼體（4 )內(nèi)還安裝有的PCB板（5 )，所述PCB板 (5 )與所述上位機(jī)（15 )連接，所述PCB板（5 )上集成與所述傳感器電連接的測(cè)量電路，所述 測(cè)量電路包括掃頻信號(hào)發(fā)生器（13)、峰值檢測(cè)模塊（16)和控制器（12); 所述掃頻信號(hào)發(fā)生器（13)產(chǎn)生不同頻率的信號(hào)并輸入傳感器產(chǎn)生諧振，所述峰值檢測(cè) 模塊（16)檢測(cè)峰值并將峰值電壓送給控制器（12)采集，所述控制器（12)根據(jù)不同頻率下 的不同峰值電壓確定所述傳感器的固有諧振頻率； 所述上位機(jī)（15)根據(jù)傳感器的固有諧振頻率判斷傳感器所結(jié)冰的厚度。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的路面結(jié)冰探測(cè)裝置，其特征在于，所述傳感器包括測(cè)量件（1) 和壓電膜片（2)，所述壓電膜片（2)位于所述殼體（4)外側(cè)，所述壓電膜片（2)緊貼所述測(cè)量 件（1)的底面。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的路面結(jié)冰探測(cè)裝置，其特征在于，所述測(cè)量件（1)與所述殼體 (4)之間設(shè)有防水墊片（3)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的路面結(jié)冰探測(cè)裝置，其特征在于，所述測(cè)量件（1)與所述殼體 (4)通過螺紋連接。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的路面結(jié)冰探測(cè)裝置，其特征在于，所述殼體（4)與所述底座 (7) 通過螺紋連接。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的路面結(jié)冰探測(cè)裝置，其特征在于，所述殼體（4)內(nèi)設(shè)有安裝所 述PCB板（5)的卡槽。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的路面結(jié)冰探測(cè)裝置，其特征在于，所述殼體（4)的表面傾斜設(shè) 置。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的路面結(jié)冰探測(cè)裝置，其特征在于，所述殼體（4)的表面有凹槽 (11)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的路面結(jié)冰探測(cè)裝置，其特征在于，所述底座（7)的底部設(shè)有壓 縮彈簧（17)，所述壓縮彈簧（17)的一端固定在所述底座（7)上，另一端固定在支撐座（18) 上。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的路面結(jié)冰探測(cè)裝置，其特征在于，所述PCB板（5)通過線纜 (8) 與所述上位機(jī)（15)連接，所述殼體（4)底部設(shè)有與所述線纜（8)配合的防水插座（6)。
【文檔編號(hào)】G01B7/06GK203908485SQ201420169759
【公開日】2014年10月29日 申請(qǐng)日期:2014年4月8日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月8日
【發(fā)明者】李午, 李鑫, 高敏, 沈迎, 吳祖強(qiáng), 陳坦德 申請(qǐng)人:李午