[發(fā)明專利]一種基于壓電式傳感器的機(jī)動(dòng)車速度檢測(cè)裝置及方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310216342.2
• 申請(qǐng)日: 2013-06-03
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103308710A
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-09-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 柏立軍;黃曉冬;陸增喜
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 沈陽(yáng)天久信息技術(shù)工程有限公司
• 主分類號(hào): G01P3/66
• 分類號(hào): G01P3/66
• 代理公司: 沈陽(yáng)東大專利代理有限公司 21109
• 代理人: 梁焱

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電子技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于壓電式傳感器的機(jī)動(dòng)車速度檢測(cè)裝置及方法。

背景技術(shù)

隨著機(jī)動(dòng)車的不斷增多和交通流量的快速增加，機(jī)動(dòng)車速度檢測(cè)技術(shù)在智能交通和機(jī)動(dòng)車違法抓拍系統(tǒng)中，是非常重要的一個(gè)部分。機(jī)動(dòng)車速度檢測(cè)裝置的傳感器，根據(jù)采用不同技術(shù)主要分為：環(huán)形線圈檢測(cè)、視頻檢測(cè)、微波雷達(dá)、激光雷達(dá)等常規(guī)幾種檢測(cè)方式和方法。

環(huán)形線圈檢測(cè)方式是一種比較成熟的機(jī)動(dòng)車檢測(cè)技術(shù)，其主要是一種針對(duì)機(jī)動(dòng)車的存在或是通過(guò)的檢測(cè)方式。但由于其自身的缺陷，該方法檢測(cè)速度時(shí)則無(wú)法得到準(zhǔn)確、高精度的速度值。

環(huán)形線圈速度的檢測(cè)通常是靠?jī)蓚€(gè)環(huán)形線圈完成，測(cè)得機(jī)動(dòng)車經(jīng)過(guò)第一環(huán)形線圈和第二環(huán)形線圈的時(shí)間，然后利用第一環(huán)形線圈和第二環(huán)形線圈之間的距離，根據(jù)V=S/T來(lái)獲得機(jī)動(dòng)車的速度。由于機(jī)動(dòng)車行駛軌跡的不確定性，如：非直線行駛、非勻速行駛、周圍磁場(chǎng)作用、環(huán)形線圈形狀、大小等因素，往往使得前后兩個(gè)環(huán)形線圈對(duì)同一輛車的檢測(cè)不夠一致，從而導(dǎo)致獲得的機(jī)動(dòng)車行駛速度與實(shí)際速度偏差過(guò)大，容易出現(xiàn)漏車、冒高速、冒低速、測(cè)速精度低等缺陷。由此也產(chǎn)生了誤抓、誤判和法律糾紛等現(xiàn)象。

視頻檢測(cè)方式是一種利用圖像處理技術(shù)實(shí)現(xiàn)機(jī)動(dòng)車視頻測(cè)速的方法。通過(guò)視頻圖像的采集實(shí)現(xiàn)了對(duì)行駛中的機(jī)動(dòng)車的速度檢測(cè),經(jīng)過(guò)對(duì)采集數(shù)據(jù)后期處理：背景估計(jì)、運(yùn)動(dòng)檢測(cè)、目標(biāo)分割、目標(biāo)位置確定、目標(biāo)跟蹤等方法，利用相應(yīng)的計(jì)算方法和計(jì)算公式，計(jì)算出機(jī)動(dòng)車的速度。目前視頻檢測(cè)機(jī)動(dòng)車速度的精度還很差，主要是由于視頻檢測(cè)受外界復(fù)雜景物、環(huán)境光線變化、安裝位置等因素。同時(shí)，需要大量地采集視頻圖像和相關(guān)的數(shù)學(xué)計(jì)算，占用了許多時(shí)間。因此避免不了地產(chǎn)生了速度誤差。其檢測(cè)的速度值只能作為數(shù)據(jù)參考，不能作為高質(zhì)量的計(jì)量工具使用。

目前在所有對(duì)機(jī)動(dòng)車速度方面的檢測(cè)設(shè)備中，微波雷達(dá)、激光雷達(dá)的測(cè)速精度是最好的產(chǎn)品。

微波雷達(dá)測(cè)速主要是利用多普勒效應(yīng)（Doppler?Effect）原理：當(dāng)目標(biāo)向雷達(dá)天線靠近時(shí)，反射信號(hào)頻率將高于發(fā)射機(jī)頻率；反之，當(dāng)目標(biāo)遠(yuǎn)離天線而去時(shí)，反射信號(hào)頻率將低于發(fā)射機(jī)頻率，即可借助頻率的數(shù)值改變，計(jì)算出目標(biāo)與雷達(dá)的相對(duì)速度。

激光雷達(dá)測(cè)速是激光技術(shù)與雷達(dá)技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物?。包括一個(gè)單束窄帶激光器和一個(gè)接收系統(tǒng)。由于光速是固定，激光脈沖傳送到目標(biāo)再折返的時(shí)間會(huì)與距離成正比。以固定間隔發(fā)射兩個(gè)脈沖，即可測(cè)得兩個(gè)距離；將此二距離之差除以發(fā)射時(shí)間間隔即可得到目標(biāo)的速度。理論上，發(fā)射兩次脈沖即可量測(cè)速度；實(shí)際上，為避免誤測(cè)，激光雷達(dá)測(cè)速器（槍）在瞬間發(fā)射高達(dá)七組的脈沖波求其平均值計(jì)算目標(biāo)速度。

微波雷達(dá)、激光雷達(dá)測(cè)速現(xiàn)已經(jīng)被廣泛用于警察超速測(cè)試等行業(yè)中。但是由于相對(duì)價(jià)格較貴和安裝的問(wèn)題，大部分是用在移動(dòng)抓拍設(shè)備中。同時(shí)雷達(dá)的測(cè)速是對(duì)一個(gè)斷面的目標(biāo)檢測(cè)，不能分辨一個(gè)斷面的單一車道，所以其實(shí)用性受到了很大地限制。

壓電式傳感器是近幾年新研發(fā)出的一種基于壓電效應(yīng)的傳感器，是一種自發(fā)電式和機(jī)電轉(zhuǎn)換式傳感器。它的敏感元件由壓電材料制成，當(dāng)壓電材料受力后在其表面產(chǎn)生電荷，此電荷經(jīng)電荷放大器、檢測(cè)電路放大和變換阻抗后，就成為正比于所受外力的電量輸出。

壓電式傳感器用于檢測(cè)力和能變換為力的非電物理量，如壓力、加速度等。它的優(yōu)點(diǎn)是頻帶寬、靈敏度高、信噪比高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠和重量輕等。它廣泛應(yīng)用于工程力學(xué)、生物醫(yī)學(xué)、電聲學(xué)等技術(shù)領(lǐng)域。

現(xiàn)有壓電式傳感器的應(yīng)用，在我國(guó)正處于剛剛起步階段，基本是以道路動(dòng)態(tài)稱重為主，作為超載違章的處罰依據(jù)，而作為純機(jī)動(dòng)車速度檢測(cè)還很少。

壓電式傳感器與環(huán)形線圈、雷達(dá)檢測(cè)方式的比較如下：

壓電式傳感器與環(huán)形線圈安裝方法基本一樣，需要埋設(shè)在機(jī)動(dòng)車行駛的道路中。但是與環(huán)形線圈的使用方式上還是有很大的差別。

差別一：安裝方法

環(huán)形線圈為矩形、菱形、正八字等形狀方式安裝，而壓電式傳感器是窄條形狀方式安裝，兩者安裝方式的對(duì)比如圖7所示。所以后者在速度檢測(cè)精度上誤差極小。

差別二：檢測(cè)方式

環(huán)形線圈檢測(cè)方式：當(dāng)有機(jī)動(dòng)車經(jīng)過(guò)環(huán)形線圈時(shí)，改變了原來(lái)正常的環(huán)形線圈周圍磁場(chǎng)，使環(huán)形線圈振蕩電路的頻率發(fā)生變化。利用這一變化率達(dá)到對(duì)機(jī)動(dòng)車檢測(cè)的目地。需要A/D采樣和濾波計(jì)算。周期長(zhǎng)、誤差大。

壓電式傳感器檢測(cè)方式：當(dāng)有機(jī)動(dòng)車分別經(jīng)過(guò)壓電式傳感器時(shí)，壓電式傳感器在受到外壓力觸發(fā)后立即就產(chǎn)生電脈沖，經(jīng)過(guò)放大、整形電路處理后作為計(jì)算機(jī)能夠識(shí)別的I/O信號(hào)。因此，壓電式傳感器在響應(yīng)速度上要比環(huán)形線圈快。