专利名称：一种酒驾遥感快速激光自动预检系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种交通监控系统，具体涉及一种酒驾遥感快速激光自动预检系统。
背景技术：
近年来，我国酒后驾车所导致的惨烈车祸在屡屡曝光之后而又频频发生。传统排查方式和检验设备一“呼吸式酒精检测仪”无针对性、效率低，还影响路面车辆正常行使， 同时也造成了大量一次性检验设备和警力资源的浪费。随着科技的进步，电子眼、自动化监控系统等技术大量应用于道路交通监控上，大大提高了交通执法效率。但这些现有系统的监控功能仅仅限于监控闯红灯、超速等普通违章，没有一个监控系统可以自动预检酒后驾车这种情况。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种酒驾遥感快速激光自动预检系统。该系统可以实现全天候、无干预、全自动的检测，在降低人工劳动强度、提高管理效率、增加管理的客观性方面能起到了巨大的推动作用；通过本发明装置可有效的对路面过往车辆内的乙醇浓度进行预检，交警可通过预检结果进行有针对性的排查，提高执法效率，节省警力资源。为解决上述技术问题，本发明提出一种酒驾遥感快速激光自动预检系统，由激光酒驾预警子系统和激光酒驾预检系统监控中心构成；所述激光酒驾预警子系统包括固定式激光酒驾遥感预检装置、电子眼、通信模块，所述固定式激光酒驾遥感预检装置和电子眼通过信号传输线与通信模块相连接；所述激光酒驾预警子系统被架设在道路上对过往车辆进行监控；所述激光酒驾系统监控中心包括信息处理计算机和通信网络，所述信息处理计算机通过信号线连接到通信网络；所述通信模块与通信网络将激光酒驾预警子系统与激光酒驾预检系统监控中心连接。本发明工作原理架设在道路前端的若干个固定式激光酒驾遥感预检装置来对过往车辆进行酒精检测，如发现某辆车内酒精浓度超标，则会自动通过配套的电子眼对其进行拍照，并将照片传送到激光酒驾系统监控中心，通过信息处理计算机将此车的车牌号码识别出来，然后经由通信网络发送到距离此处几百米远的交警执勤处，以声光报警方式对执勤交警发出预警。这样，收到预警的交警可以根据系统发过来的车牌号码在前方做好拦截“酒驾嫌疑车辆”的准备。在嫌疑车辆到来时，交警可以让其停车接受进一步的精确检查， 以此来确定开车司机是否属于真正的酒驾。乙醇气体吸收峰的确定在本发明中至关重要，一个合适的特征吸收峰位与其它干扰物质分子(主要是水，玻璃等)的吸收峰不重叠。这个峰位的选取在宏观上来讲有三个波段可供选择，分别是紫外、可见、红外这三个波段。紫外波段的激光对人体伤害太大，不可取。太阳光会对可见光波段的激光产生严重的不可避免的检测影响，因此亦不可取。作为红外波段的光线，小功率的红外光对人体是没有危害的，并且在我们进行酒驾检测的环境中，所存在的红外干扰光线很少，所以相比之下选择红外波段作为检测波段是不二之选。在实验中，对乙醇做红外850-1000nm波段吸收光谱扫描发现，乙醇存在3个明显的峰位，其分别位于905nm、935nm和960nm处，如图3所示。乙醇在905nm处出现甲基的C-H伸缩振动 3倍频吸收带，在935nm处的肩峰是亚甲基的C-H伸缩振动3倍频吸收带，在960nm左右出现乙醇中O-H的3倍频吸收带。对于935nm处的肩峰来讲，其代表了被测乙醇中的杂质吸收，不适合用作对乙醇的特征检测；对于960nm处的O-H吸收带来讲，水的吸收峰也位于此处，其将会对被测乙醇形成严重的干扰，因此也不适合于选择此处对乙醇进行特征检测；最后对于905nm处的C-H吸收带来讲，其所代表的是甲基的C-H伸缩振动3倍频吸收带，在此位置处其吸收谱线比较单一，少有其它物质吸收谱线的干扰，因此本发明中激光器核心光源的波长为905nm。通过对乙醇吸收谱线的分析，可以看到其在1064nm处不存在特征吸收峰，因此本发明将1064nm确定为激光诱导光热反射光谱检测技术中乙醇气体的探测光源波长。因为本发明的目标是对汽车内气体进行远程遥感探测，进而检测其内部是否含有酒精成分，从而实现激光酒驾预检。为了进行激光的远距离探测，所以需要激光器的发射功率要相对大一些(在对人体不产生任何伤害的最低限度下)、发散角相对要小一些；作为整个应用系统而言，其系统结构要相对简明一些，体积要相对小一些，以便于移动和安装调试，方便于实际应用。因此通过对比气体激光器、全固态激光器和半导体激光器这几类常见的激光器，半导体激光器在系统结构和体积上独占优势，而 作为半导体激光器家族成员的 “垂直腔面发射激光器”更是在发射功率和发散角方面具备无可比拟的优点，因此本发明优选“垂直腔面发射激光器”。垂直腔面发射激光器是一种垂直表面出光的新型激光器，其光束是圆形对称的，不需要复杂的光束整形系统，光纤耦合效率远高于普通边发射激光器。同时由于是表面出光，很容易制成二维列阵，散热结构简单，易于获得高功率的输出。固定式激光酒驾遥感预检装置的工作原理如图4所示，采用TDLAS和LRPTS两种检测方法结合的方式工作。可调谐半导体二极管激光吸收光谱技术(Tunable Diode Laser AbsorptionSpectrometry) 简称为HMS技术。该技术是利用激光能量被气体分子“选频”吸收形成吸收光谱的原理来测量气術农度的一种技术。具体来说，半导術敫光器发射出的特定波长的激光束穿过被测气体时，被测气体对激光束进行吸收导致激光强度产生衰减，激光强度的衰减与被测气体含量成正比，因此，通过测量激光强度衰减信息就可以分析获得被测气体的浓度。激光诱导光热反射光谱检测技术(LaserReflex Photo-Thermal Spectrometry) 简称为LRPTS技术。是一种基于物质吸收特征波长激光后，通过无辐射弛豫所产生的热效应来进行检测的一类光谱分析方法，现已成为气态和凝聚态物质的高灵敏检测技术，多应用于材料、环境和生物等领域。光热反射光谱技术是一种探测“光激励热效应”的方法，可探测与温度有关的各种物理参数，如压力波、折射系数及吸收系数的变化等，还可监测同时发生的动态变化，是一种非接触性和非破坏性测量的检测方法。在应用TDLAS原理进行检测时，采用核心光源为905nm的激光进行检测，先对激光进行波长调制，调制信号为锯齿波和正弦波的叠加信号，锯齿波的频率为l-ΙΟΟΗζ，正弦波频率为ΙΚΗζ-ΙΜΗζ，锯齿波通过改变激光器注入电流的方式使激光的输出波长调谐在 902nm-909nm的范围内扫过905nm中心波长。激光经过准直后投射到乙醇气体上，激光经过乙醇气体吸收后所散射的光线携带了乙醇浓度信息，将该光信号会聚接收后转变为电信号，再经过放大预处理、锁相放大处理、数据采集与处理后得到乙醇气体的浓度数据。在应用LRPTS原理进行检测时，将一束波长处于被测气体吸收峰处的激光进行光强调制，以获得一束光强度随调制信号发生周期性变化的激光，称此光束为“诱导激光”，或 “激励激光”。这里采用波长为905nm的激励激光，将这束强度周期变化的激励激光入射到被测气体上，由于此激光光束的波长处于被测气体的吸收峰处，所以将会被气体强烈吸收，由此将光能转化为热能，最终被测气体将通过无辐射弛豫产生一个周期变化的热场分布。此时再由另一束波长不处于被测气体吸收峰处的“探测激光”入射到这一区域，这里采用波长为1064nm的探测激光。在探测激光经过这一区域时将会形成同频率周期变化的光热反射信号，此光热反射信号是交变温度场和乙醇气体浓度的加权和。将该光热信号会聚接收后转变为电信号，再经过放大预处理、锁相放大处理、数据采集与处理后得到乙醇气体的浓度数据。之后，以模糊数学为基础，应用模糊关系合成的原理，为了对乙醇气体浓度做出最终的系统评判，将一些共同影响两种不同检测方法的因素定量化，这种对乙醇气体浓度的模糊综合评判包括三个基本要素因素集、评语集和权重集。因素集可以表示为U= {…， ，…，Ui,...，un}，其中，Ui为综合评判中需要考虑的各种单项评估指标，在本模型中其为U= {环境温度(U1),环境湿度(u2)，检测距离(u3)， 环境光强度(u4)}0评语集可以表示为V = Iv1, V2, . . . , Vj, . . . , vm}，其中，Vj为评价匹配算法性能优劣的一种评语，如V = {优(V1)，良(v2)，中(V3)，差(v4)}。权重是以某种数量形式对比、衡量因素集各元素对综合评估贡献大小的量值。依据不同的背景，各种因素对系统的重要程度是不一致的，对于环境温度、环境湿度、检测距离和环境光强度这4种因素的权重可以预先在实验中获取，采用权重集A= Ia1, a2,...， Bi,... ,aj为各因素分配权重，其中，％为第i种单项评估指标的分配权重，一般地，它们满足归一化要求
权利要求
1.一种酒驾遥感快速激光自动预检系统，其特征是由激光酒驾预警子系统和激光酒驾预检系统监控中心构成；所述激光酒驾预警子系统包括固定式激光酒驾遥感预检装置、 电子眼和通信模块，所述固定式激光酒驾遥感预检装置和电子眼通过信号传输线与通信模块相连接；所述激光酒驾预警子系统被架设在道路上对过往车辆进行监控；所述激光酒驾系统监控中心包括信息处理计算机和通信网络，所述信息处理计算机通过信号线连接到通信网络；所述通信模块与通信网络将激光酒驾预警子系统与激光酒驾预检系统监控中心连接。
2.根据权利要求1所述的一种酒驾遥感快速激光自动预检系统，其特征在于所述固定式激光酒驾遥感预检装置包括激励激光器(101)、探测激光器(102)、调制信号发生单元(2)、激光器驱动控制单元(3)、会聚透镜(4)、激励激光准直器(501)、探测激光准直器 (502)、光电探测器(6)、探测器预处理电路(7)、锁相放大检测单元(8)、数据采集与处理单元(9)以及光纤1(1001)和光纤11(1002)；所述激励激光准直器(501)和探测激光准直器 (502)安装在会聚透镜(4)中心位置；所述调制信号发生单元(2)通过信号传输线与激光器驱动控制单元(3)连接；所述激光器驱动控制单元(3)通过信号传输线分别与激励激光器(101)和探测激光器(102)连接；所述激励激光器(101)通过光纤1(1001)与激励激光准直器(501)连接；所述探测激光器(102)通过光纤11(1002)与探测激光器准直器(502) 连接；所述光电探测器(6)设置在会聚透镜(4)的焦点位置；所述光电探测器(6)、探测器预处理电路(7)、锁相放大检测单元(8)、数据采集与处理单元(9)通过信号传输线依次连接；所述调制信号发生单元(2)还通过信号传输线与锁相放大检测单元(8)相连接。
3.根据权利要求2所述的一种酒驾遥感快速激光自动预检装置，其特征在于所述激励激光器(101)的核心光源处在乙醇气体吸收峰上，所述激励激光器(101)是905nm可调谐垂直腔面发射激光器；所述探测激光器(102)核心光源不处在乙醇气体吸收峰上，所述探测激光器(102)是1064nm可调谐垂直腔面发射激光器；所述激光器驱动控制单元(3)包括ARM微控制器。
4.根据权利要求2所述的一种酒驾遥感快速激光自动预检系统，其特征在于所述光电探测器(6)为红外锗探测器。
5.根据权利要求2所述的一种酒驾遥感快速激光自动预检装置，其特征在于所述探测器预处理电路(7)包括运算放大器LTC6244、电阻Rl、R2、R3、电容Cl、C2、C3，所述运算放大器LTC6244正极输入信号IN为光电探测器(6)转化的微弱电流信号，输出信号OUT为放大后转换得到的电压信号，其正负电源VCC+和VCC-分别通过电容Cl、C2接地，其正负极分别串接电阻R1、R2后接地，所述输出信号OUT串接电阻R3后反馈到运算放大器LTC6244 负极，所述电阻R3并联电容C3。
6.根据权利要求2所述的一种酒驾遥感快速激光自动预检系统，其特征在于所述锁相放大检测单元(8)包括锁相放大电路和锁相倍频电路。
7.根据权利要求6所述的一种酒驾遥感快速激光自动预检系统，其特征在于所述锁相放大电路包括锁相放大器AD630、电阻R4 R9，所述锁相放大器AD630的16脚和17脚的接入信号Vin是光电转换后的带有气体浓度信息的高频信号，12、13、14脚的输出Vout是锁相后的输出信号，9脚的接入信号SIN_200K为高频正弦二倍频信号，15、17、19脚短接在一起，1脚接地，VS+接15V+，VS-接15V-，15V+经R4、R5串联分压后接入10脚，3脚 6脚分别串接R6 R9后接15V+。
8.根据权利要求6所述的一种酒驾遥感快速激光自动预检系统，其特征在于所述锁相倍频电路包括锁相环CD4046、D触发器74HC74、电阻RlO R12、电容C4、C5，所述D触发器74HC74构成二分频电路，其5脚输出Q接锁相环⑶4046的3脚，时钟信号CLK接锁相环 ⑶4046的4脚产生的正弦二倍频信号SIN_200K，2脚与6脚短接，1脚、4脚、14脚接5V+，7 脚接地，所述锁相环⑶4046的14脚接入调制信号发生单元产生的正弦波，其6脚串接电容 C4后接入7脚，11脚串接RlO后接地，5脚、8脚接地，16脚接5V+，13脚的输出经RlU R12 及C5滤波后输入到9脚。
9.根据权利要求2所述的一种酒驾遥感快速激光自动预检系统，其特征在于所述数据采集与处理单元(9)包括DSP微处理器。
10.根据权利要求1所述的一种酒驾遥感快速激光自动预检系统，其特征在于所述激光酒驾预检系统监控中心与各路段上的激光酒驾预警子系统构成酒驾预检网络。
全文摘要
一种酒驾遥感快速激光自动预检系统，涉及一种交通监控系统，它解决了现有监控系统无法实现自动预检酒后驾车的问题，本发明由激光酒驾预警子系统和激光酒驾预检系统监控中心构成；激光酒驾预警子系统包括固定式激光酒驾遥感预检装置、电子眼、通信模块，其被架设在道路上对过往车辆进行监控；激光酒驾系统监控中心包括信息处理计算机和报警通信网络。本发明优越性在于将固定式激光酒驾遥感预检装置同计算机识别和网络化信息处理相结合，使酒驾检测的技术水平跨上了一个新台阶。此系统可以实现全天候、无干预、全自动的检测，这在降低人工劳动强度、提高管理效率、增加管理的客观性方面起到了巨大的推动作用。
文档编号G01N21/35GK102254402SQ201110182030
公开日2011年11月23日 申请日期2011年6月30日 优先权日2011年6月30日
发明者刘云, 宁永强, 曹军胜, 王彪, 王立军, 秦莉 申请人:中国科学院长春光学精密机械与物理研究所