激光遥感路面状况检测装置的制作方法

本实用新型涉及非接触式路面状况传感器，特别是一种激光遥感路面状况检测装置，适用于测量冰雪厚度和水深度。

背景技术：

当路面上有积水、冰雪时，车轮与路面的摩擦系数会发生变化，直接影响行车安全，因此，了解路面状况对交通安全十分重要。目前，路面监测方法有很多，如：传统的“量雪尺”，其测量数据实时性差；接触埋入式测量工具，保证了实时性，却导致路面损坏，影响路面正常运行，安装不方便；而现有的非接触式测量工具测量范围窄、测量精度低，而且满足不了实际降雪量大的测量需要。

技术实现要素：

本实用新型的目的是为了克服现有测量工具的不足，提供一种结构设计合理、使用可靠的激光遥感路面状况检测装置，既能测雪冰层厚度，也能测水深，测量范围宽，测量精度高，有效协助交通管理部门分析路面状况，保证交通安全运行。

本实用新型的技术方案是：

一种激光遥感路面状况检测装置，包括外壳、设于外壳内的支撑板，其特征在于：所述支撑板上分别设有用于测量路面积水、冰、雪深度的激光传感器、用于测量大气温度的红外温度传感器以及用于判断水、冰、雪类型的分辨单元；所述分辨单元包括红外光发射部和红外光接收部，所述支撑板上设有纵向发射通孔和纵向接收通孔，所述红外光发射部包括支撑于纵向发射通孔上端的光筒、设于光筒顶部的反射罩、内置于反射罩顶部的光源、固定于光筒底部的光栅Ⅰ、支撑于光栅Ⅰ中心处的电机Ⅰ、与电机Ⅰ的输出轴连接的光栅Ⅱ、固定于纵向发射通孔下端的红外滤光片Ⅰ，所述光栅Ⅱ在垂直方向上位于光栅Ⅰ与红外滤光片Ⅰ之间；所述红外光接收部包括固定于支撑板上的电机Ⅱ、与电机Ⅱ的输出轴连接的旋转架、固定于旋转架上的多个不同波段的红外滤光片Ⅱ、固定于纵向接收通孔上端的凸透镜、支撑于凸透镜顶部的接收电路板、对应凸透镜中心位置设于接收电路板上的硅光二极管，所述支撑板对应旋转架的位置设有与纵向接收通孔相通的空腔，所述旋转架以电机Ⅱ的输出轴为中心设有用于安装红外滤光片Ⅱ的多个滤光通孔，所述纵向接收通孔的中心线与旋转至凸透镜下方的滤光通孔的中心线重合。

上述的激光遥感路面状况检测装置，所述电机Ⅱ为步进电机。

上述的激光遥感路面状况检测装置，所述红外滤光片Ⅱ的数量为四个。

上述的激光遥感路面状况检测装置，所述光源、反射罩、电机Ⅰ、光栅Ⅰ和光栅Ⅱ的中心线重合，所述光栅Ⅰ的直径大于光栅Ⅱ的直径。

上述的激光遥感路面状况检测装置，所述光筒外部设有与纵向发射通孔相通的环形固定柱，并利用环形固定柱固定用于传输光脉冲以保证电机Ⅰ和电机Ⅱ同步旋转的光导纤维。

上述的激光遥感路面状况检测装置，所述支撑板上另固定有与红外温度传感器相连并安装有通讯模块的测温电路板、与测温电路板、接收电路板、激光传感器、电机Ⅰ和电机Ⅱ分别相连的主控板。

上述的激光遥感路面状况检测装置，所述光源所在位置为反射罩的焦点位置。

上述的激光遥感路面状况检测装置，所述光筒内壁另设有与反射罩相连的黑色光套。

上述的激光遥感路面状况检测装置，所述激光传感器、红外温度传感器、电机Ⅰ、电机Ⅱ和凸透镜的中心线位于同一垂直面内。

本实用新型的有益效果是：

1、通过采用高精度激光传感器利用光学原理来测量冰雪厚度和水的深度，测量范围为0-100cm，测雪深精度可达到0.1cm。

2、分辨单元的红外光发射部在光源出口处装有红外滤光片，保留红外光以利于分析水、雪、冰类型，同时利用光栅Ⅰ和光栅Ⅱ将光源发出的连续光调制成脉冲光，防止杂散光混入信号中，避免环境杂光干扰。

3、由于水、雪、冰对红外光不同波段吸收差异大，特别是水对红外波段变化的敏感性较强，在分辨单元的红外光接收部采用多光谱测量技术，利用多种不同波段的红外滤光片Ⅱ所得到的多个红外光波的数据分析判断水、雪、冰类型，灵敏度高，可靠性强。

4、分辨单元的红外光接收部通过凸透镜聚焦光能到与红外光配合良好的硅光二极管上，增强了信号能量，提高了检测灵敏度。

5、通过红外温度传感器检测大气温度，检测范围-40℃～+70℃，误差在0.8℃之内。

6、本实用新型利用光学原理结合多光谱测量技术，准确的分别测量道路路面结冰积雪厚度和积水深测量，同时结合路面状况变化与路面温度便于得到路面摩擦系数，是一种多功能路面状况传感器。

7、安装简便、维护量小、不损坏路面、不影响正常交通运行，是交通气象测试系统组成中重要设施，在恶劣天气情况下也能给出准确的路面状况数据。

8、适用范围广，可安装于气象站上，也可安装在无遮挡的其他建筑物上。

附图说明

图1是本实用新型的结构内部结构示意图；

图2是本实用新型分辨单元的红外光发射部的结构示意图；

图3是图2的俯视图；

图4是本实用新型分辨单元的红外光接收部的结构示意图；

图5是图4的俯视图。

图中：1.金属外壳、2.支撑板、3.激光传感器、4.红外温度传感器、5.红外光发射部、501.光源、502.反射罩、503.黑色光套、504.电机Ⅰ、505.光栅Ⅰ、506.光栅Ⅱ、507.红外滤光片Ⅰ、508.光筒、6.红外光接收部、601.电机Ⅱ、602.旋转架、603.红外滤光片Ⅱ、604.凸透镜、605.接收电路板、606.硅光二极管、607.滤光通孔、7.测温电路板、8.纵向发射通孔、9.环形固定柱、10.纵向接收通孔。

具体实施方式

如图1-图5所示，该激光遥感路面状况检测装置，包括金属外壳1、设于金属外壳1内的支撑板2，所述支撑板2上分别设有用于测量路面积水、冰、雪深度的激光传感器3、用于测量大气温度的红外温度传感器4以及用于判断水、冰、雪类型的分辨单元。

其中，所述分辨单元包括红外光发射部5和红外光接收部6，所述支撑板2上设有纵向发射通孔8和纵向接收通孔10，所述红外光发射部5包括支撑于纵向发射通孔8上端的光筒508、设于光筒508顶部的反射罩502、内置于反射罩502顶部的光源501、固定于光筒508底部的光栅Ⅰ505、支撑于光栅Ⅰ505中心处的电机Ⅰ504、与电机Ⅰ504的输出轴连接的光栅Ⅱ506、固定于纵向发射通孔8下端的红外滤光片Ⅰ507，所述光栅Ⅱ506在垂直方向上位于光栅Ⅰ505与红外滤光片Ⅰ507之间。所述光源501所在位置为反射罩502的焦点位置，所述光筒508内壁另设有与反射罩502相连的黑色光套503。所述光源501、反射罩502、电机Ⅰ504、光栅Ⅰ505和光栅Ⅱ506的中心线重合，所述光栅Ⅰ505的直径大于光栅Ⅱ506的直径。

所述红外光接收部6包括固定于支撑板2上的电机Ⅱ601、与电机Ⅱ601的输出轴连接的旋转架602、固定于旋转架602上的多个不同波段的红外滤光片Ⅱ603、固定于纵向接收通孔10上端的凸透镜604、支撑于凸透镜604顶部的接收电路板605、对应凸透镜604中心位置设于接收电路板605上的硅光二极管606，所述支撑板2对应旋转架602的位置设有与纵向接收通孔10径向相通的空腔，所述旋转架602以电机Ⅱ601的输出轴为中心设有用于安装红外滤光片Ⅱ603的多个滤光通孔607，所述纵向接收通孔10的中心线与旋转至凸透镜604下方的滤光通孔607的中心线重合。所述激光传感器3、红外温度传感器4、电机Ⅰ504、电机Ⅱ601和凸透镜604的中心线位于同一垂直面内。所述光筒508外部设有与纵向发射通孔8相通的环形固定柱9，并利用环形固定柱9固定用于传输光脉冲以保证电机Ⅰ504和电机Ⅱ601同步旋转的光导纤维。本实施例中，所述旋转架602上设有八个滤光通孔607，其中相邻的四个滤光通孔607安装红外滤光片Ⅱ603。所述电机Ⅱ601为步进电机。所述支撑板2上另固定有与红外温度传感器4相连并安装有通讯模块的测温电路板7、与测温电路板7、接收电路板605、激光传感器3、电机Ⅰ504和电机Ⅱ601分别相连的主控板，主控板与测温电路板7在支撑板2上位置相对安装，图中省略。

工作时，采用高精度激光传感器3测量路面积水、冰、雪深度，红外温度传感器4测量大气温度，分辨单元判断水、冰、雪类型。分辨单元的工作过程具体是，红外光发射部5的光源发出的光经过反射罩502反射成平行光，黑色光套503保护平行光向前传送，电机Ⅰ504带动光栅Ⅱ506旋转，平行光经光栅Ⅰ505和光栅Ⅱ506变成光脉冲，光脉冲通过850nm红外滤光片Ⅰ507得到红外光射向路面，路面上的反射光射向红外光接收部6，电机Ⅱ601带动旋转架602及四个不同波段的红外滤光片Ⅱ603按顺时针转动，并依次对准纵向接收通孔10，反射光则透过对准纵向接收通孔10的红外滤光片Ⅱ603照射到凸透镜604上，再通过凸透镜604聚集到硅光二极管606上，接收电路板605将接收到的光信号传送给主控板进行分析判断，电机Ⅱ601带动第四个红外滤光片Ⅱ603对准纵向接收通孔10后逆时针迅速返回原位，再依次顺时针转动，往返不停。