415的前后两端分别于所述调节通孔的前端孔沿及调节螺母的后端面挡止 配合；调节螺母旋设在调节螺栓413杆部隔套415和前壳体3之间的部分外周上，且调节螺 母的前端面与前壳体3上螺栓过孔的后端孔沿挡止配合。发射管45从插装在前壳体3上 开设的开口上，并在前壳体3的外周上加工有处于前壳体3之后的环形挡沿和处于前壳体 3之前的外螺纹，环形挡沿与前壳体3处于开口周围的后端面部分挡止配合，通过所述外螺 纹在发射管45的外周上同轴螺纹连接有发射锁紧套47,在发射锁紧套47和前壳体3之间 夹设有套设在发射管45上的环形密封圈，并将用于保护发射镜头的发射保护罩5通过同轴 螺纹连接固定在发射锁紧套47的外周上，并使保护罩通过发射锁紧套47固定在发射管45 的外周上；在发射管45内装设有封堵发射管45内孔的发射保护透镜49,发射保护透镜49 与发射管45内壁上凸设的环形凸台挡止配合，并在发射管45内同轴螺纹连接有处于发射 保护透镜49之前的发射防尘套48,发射防尘套48将发射保护透镜49压紧在所述环形凸台 上，以使发射保护透镜49通过发射防尘套48固定在发射管45内；在发射管45的内端端面 上通过螺钉连接固定有发射管加热器412,该发射管加热器412可通过发射管45对发射保 护透镜49进行加热。
[0023] 本实施例中第三、四、五发光体63、64、65可通过三个发射透镜410照射路面上的 指定位置，形成三个相对平行的照面10,用于路面120状态的定性定量分析，而第六发光体 66不通过透镜，发散角较大，受空气中的颗粒影响较大，用于检测能见度进行检测结果的补 偿修正。四个发光体分时轮流以IK的调制频率发射预定功率的稳定红外激光，红外激光通 过路面120和其覆盖物形成包含丰富信息的后向散射光，后向散射光通过接收透镜132汇 聚于接收板8上的光电二极管88上，将光信号转化为电信号，再经过放大、滤波、整流、AD采 样进入处理器，利用实验建立的数学模型进行定性定量分析，输出路面120状况检测结果。
[0024] 在使用时，通过拧紧固定螺钉将传感器固定在路边的电线杆、路灯杆或树木枝干 上，并通过调苄基座和第一至第三调节座，使传感器与路面120成合适角度，并根据测量距 离调整光信号发射器5上的调节螺栓413,即通过发射角调整机构使发射板6上的三个发光 体的照面10都落在光信号接收器13的接收视窗范围110内；在路面120干燥时进行干标 定，获得干参数DPI、DP2、DP3, 一旦传感器位置角度等变化都会引起干参数变化，需要重新 进行干标定；各条件不变时干参数相对稳定，传感器有干信号自动调整功能，补偿路面120 和镜头污染引起的干参数的微量变化；各条件不变化时，一旦路面120潮湿、积水、结冰、积 雪，入射光180由于照面覆盖物表面210反射及水分子和固体颗粒对光信号的吸收和散射 共同作用，实测到的三个后向反射光200表现出不同的特点，根据三个信号的大小关系可 以判别路面120状态，根据判断的覆盖物种类进入不同的厚度计算公式；根据物质的吸光 度可以计算覆盖物厚度，测量理论基础为修正的朗伯-比尔定律采用三波长测量能够减小 覆盖物颗粒度等引起的测量误差，比单波长进行更精确的测量。
[0025] 例如根据路面120状况水吸收光谱、冰吸收光谱、雪散射光谱筛选出三个波长 红外光 λ 1 = 1280 ~1340nm、λ 2 = 1400 ~1460nm、λ 3 = 1500 ~1560nm，由于照 面覆盖物表面210反射及水分子和固体颗粒对光信号的吸收和散射共同作用，实测到 的后向散射信号的表现如下，其中水对三个波长的主要为反射和吸收，后向散射系数 ε 11> ε 13> ε 12 ;冰对三个波长的后向散射系数ε 21> ε 22> ε 23 ;雪对三个波长的后向散 射系数ε 31> ε 32> ε 33 ;根据三个后向反射光200与路面120干燥时光信号的比值的大小 及差值，可以定性分析路面120状况并定量检测水冰雪厚度。
[0026] 覆盖物厚度测量公式推导如下：
[0027] Ln (Ιο/Ι) = ε Cd----公式 1
[0028] 公式1中：1〇--入射光180强度；
[0029] I--通过样品后的透射光强度；
[0030] In (1〇/1) 称为吸光度；
[0031] C--为样品浓度，我们测量的是纯物质水，C = 1 ;
[0032] d--为光程；
[0033] ε--为光被吸收的比例系数，它与吸收物质的性质及入射光180的波长λ有 关。
[0034] 适用于本传感器的原理公式为：
[0035] Ln (os/dp) = ε d+k----公式 2
[0036] 公式2中：dp--干信号；
[0037] os--有覆盖物时的光信号；
[0038] d 覆盖物厚度；
[0039] k--常数，路面120等条件的影响。
[0040] 实际吸光系数未知，是从大量的试验中线性回归获得，公式推导：
[0041] 表一、水冰雪吸收率图表
[0042]
【主权项】
1. 非接触式路面状况传感器的光信号发射器，其特征在于，包括发射座，发射座上开设 有至少两个间隔分布的发光孔，发光孔沿前后方向延伸，所有发光孔的前端开口、后端分别 装设有用于发射不同波长光信号的发光体，发光体与发光通道一一对应设置，并在发光孔 内装设有处于发光体之前的用于使发光体所发射的光信号相互平行的发射透镜。
2. 根据权利要求1所述的非接触式路面状况传感器的光信号发射器，其特征在于，各 发光孔的轴线相互平行，且发射透镜处于发射孔的前端开口内。
3. 根据权利要求1或2所述的非接触式路面状况传感器的光信号发射器，其特征在于， 所述发射主体上连接有处于发射孔前的发射管，发射管沿发射透镜折射后光信号的光路延 伸，所有发射孔的前端开口处于发射管的后端端口内，并在发射管内装设有处于发射主体 之前的用于封堵发射管的保护透镜。
4. 根据权利要求3所述的非接触式路面状况传感器的光信号发射器，其特征在于，所 述发射管为由导热材料制成的导热管，发射管上装设有用于通过发射管加热保护透镜的加 热器。
5. 根据权利要求3所述的非接触式路面状况传感器的光信号发射器，其特征在于，所 述发射主体的一侧较接在发射管的后端端口处管壁上、另一端设置有用于撑开发射主体的 前侧面与发射管的后端环端面、W调节两者之间夹角的发射角调整机构。
6. 根据权利要求5所述的非接触式路面状况传感器的光信号发射器，其特征在于，所 述发射角调整机构包括用于穿设在壳体上的调节螺栓W及调节螺栓的杆部外周上从前后 往后依次装设的前调节螺母、隔套和后调节螺母，调节螺栓的杆部从所述发射主体一侧开 设的调节通孔中穿过，且后调节螺母和隔套分出处于所述调节通孔的前后两侧。
7. 根据权利要求6所述的非接触式路面状况传感器的光信号发射器，其特征在于，所 述发射主体和调节螺母之间装设有套设在调节螺栓杆部外周上的隔套或弹黃，所述隔套或 弹黃的两端分别与所述螺纹孔的前端孔沿和调节螺母的后端端面挡止配合。
8. 根据权利要求6所述的非接触式路面状况传感器的光信号发射器，其特征在于，所 述发射管的外周上凸设有处于开口之后的环形挡沿，在发射管的外周上同轴螺纹连接有处 于开口之前的用于将壳体压紧在环形挡沿上的锁紧套，所述壳体通过锁紧套固定在发射管 的外周上，并在锁紧套和壳体之间装设套设在发射管外周上的环形密封圈。
9. 根据权利要求3所述的非接触式路面状况传感器的光信号发射器，其特征在于，所 述发射管的远离发射主体的一端同轴套设有管状的保护罩，所述保护罩的前端从发射管的 前端伸出，且保护罩的前端端面处于从前往后倾斜的斜面上。
【专利摘要】本实用新型公开了一种非接触式路面状况传感器的光信号发射器，该光信号发射器在发射座上一一对应设置有至少两个发光孔和发光体，各个发光体所发射的光信号波长各不相同，并通过发光孔内在发光体之间设置的发射透镜，使各个发光体所发射的光信号经发射透镜折射后，可使各个发光体发散处的光信号相互平行，便于光信号接收器从上述光照区域接收反射回的光信号，从而保证光信号接收器所采集到的至少两组对应不同波长光信号的反射光信号数据，根据各个光信号在路面覆盖物上的散射强度，判断出路面上覆盖物的类型，并依据修正后的朗伯比尔定律计算出路面上覆盖物的厚度具体数值，提高对路面状况检测的准确性和精度。
【IPC分类】G01B11-06
【公开号】CN204373610
【申请号】CN201420772956
【发明人】陈涛, 吴苏, 朱东红, 王一, 阙艳红, 刘峰磊, 安素霞, 裴巧萍
【申请人】河南中原光电测控技术有限公司
【公开日】2015年6月3日
【申请日】2014年12月9日