一种基于光纤光栅的车辆状态检测系统的制作方法

本发明涉及物理技术领域，具体为一种基于光纤光栅的车辆状态检测系统。

背景技术：

随着汽车工业的发展以及人民的物质的提升，机动车保有量在我国爆炸式增长，同时高速公路和城市道路交通建设发生翻天地覆的变化。准确地检测车辆信息是实现交通信息统计和交通控制智能化的关键。交通信息检测实现的方法很多，包括利用多普勒原理的雷达检测、利用光电转换的光电检测、利用激光测距原理的激光检测方法、利用视频检测和图像分析技术的视频检测、超声波检测、红外线检测和感应式地感线圈检测等。而地感线圈的交通信息检测相比于其它测速系统，它具有容易实现，测速准确，可靠性强等特点，是目前国内外应用最广的方法。

地感线圈是一只埋在路面下的矩形线圈，其两端引线接至车辆检测器。地感线圈的作用相当于LC振荡回路中的电感L，当有金属物体靠近时，其电感量发生变化，从而引起振荡频率的改变；通过对频率的检测、比较，可以判断车辆的驶入或驶出。同时高速公路和城市道路使用最广泛的超速监控系统是地感线圈测速系统，其主要是固定两地感线圈的情况下，根据触发两个地感线圈的时间间隔，解算出行车的速度和车型等信息。但是在实际使用中，会由于路面塌陷或者渗水导致地感线圈特性发生变化，从而造成相关测试失准影响测试结果；在双地感线圈测量速度时，由于相互干扰容易错拍；对地感线圈测试设备的校准一般在现场,而现场环境噪杂、干扰大、危险性高,这些问题函待解决。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于光纤光栅的车辆状态检测系统，解决了背景技术中提出的困难问题。

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种基于光纤光栅的车辆状态检测系统，包括光纤光栅串带、解调控制器、读写单元和车载电子标签；所述光纤光栅串带用于检测车辆的有无，并将检测的信息传输到解调控制器中，光纤光栅串带主要安装在道路地面上；所述解调控制器主要用来判断光纤光栅串带传来的数据信息，并根据判断的信息来控制读写单元进行读写；所述读写单元主要对进过ETC通道内的车辆信息进行读写，并同时通过微波天线唤醒车载电子标签，并快速与车载电子标签进行通信；所述车载电子标签用于记录车辆的信息，便于读写单元能快速进行读取数据，并通过读写单元读取数据情况来通过解调控制器控制电动栏杆的升降。

所述车载电子标签粘接在车辆的前挡风玻璃上，车载电子标签的形状为圆形或正方形。

所述光纤光栅串带由若干个光纤光栅通过导线串联形成，光纤光栅串带在道路上设置有多条，且呈平行设置。

所述解调控制器为单片机程序解调控制器。

有益效果

本发明提供了一种基于光纤光栅的车辆状态检测系统。具备以下有益效果：

该基于光纤光栅的车辆状态检测系统，通过光纤光栅串带、解调控制器、读写单元和车载电子标签的配合使用，解决了由于路面塌陷或者渗水导致地感线圈特性发生变化，从而造成相关测试失准影响测试结果的困难问题，提高了道路测试数据，加强了交通的管理，实用性强，易于推广使用。

附图说明

图1为本发明的基于光纤光栅地感传感器的ETC车辆检测图；

图2为本发明的基于FBG的光纤光栅地感传感器出入状态检测图；

图3为本发明的基于光纤光栅地感传感器车辆速度检测图；

图4为本发明的基于光纤光栅地感传感器检测原理系统图；

图中：1-光纤光栅串带、2-解调控制器、3-读写单元、4-车载电子标签、5-电动栏杆。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-4，本发明提供一种技术方案：一种基于光纤光栅的车辆状态检测系统，包括光纤光栅串带1、解调控制器2、读写单元3和车载电子标签4；所述光纤光栅串带1用于检测车辆的有无，并将检测的信息传输到解调控制器2中，所述光纤光栅串带1由若干个光纤光栅通过导线串联形成，光纤光栅串带1在道路上设置有多条，且呈平行设置，光纤光栅串带1主要安装在道路地面上；所述解调控制器2主要用来判断光纤光栅串带1传来的数据信息，并根据判断的信息来控制读写单元3进行读写；所述读写单元3主要对进过ETC通道内的车辆信息进行读写，并同时通过微波天线唤醒车载电子标签4，所述车载电子标签4粘接在车辆的前挡风玻璃上，车载电子标签4的形状为圆形或正方形；并快速与车载电子标签4进行通信；所述车载电子标签4用于记录车辆的信息，便于读写单元3能快速进行读取数据，并通过读写单元3读取数据情况来通过解调控制器2控制电动栏杆5的升降；所述解调控制器2为单片机程序解调控制器。

本发明利用光纤光栅地感传感器检测车辆的方法可以是用于下列几种情况，包括：车辆卡口监控系统(出入唤醒状态检测)、车辆超速自动监控系统(行车速度测定)、车辆闯红灯电子警察抓拍系统(出入状态检测)、车辆逆行抓拍系统(安装状态检测)、车辆通行量检测系统(车辆流量检测)。由于光纤光栅传感器具有体积小而轻、抗电磁干扰、抗腐蚀能力强，可以多点测试，大容量等优点，且具有强大的组网能力，可以替代或补偿传统地感线圈，适合与城市道路和高速公路的车辆状态检测；

(1)对车辆的唤醒状态检测

如图1所示，利用光纤光栅地感传感器检测车辆有无，当装有车载电子标签(On board Unit，OBU)的车辆进入ETC(Electronic Toll Collection System，ETC)车道内，触发装在路面下的光纤光栅地感传感器，将信息接入路侧解调控制中心，识别来车状态，唤醒路侧读写单元(Road side unit，RSU)。RSU通过微波天线唤醒OBU，并快速与OBU进行通信。完成ETC交易，然后电动栏杆抬起，放行车辆。待车辆驶出，电动栏杆落下，一次ETC交易过程结束。

(2)对车辆的出入状态检测

在智慧停车场检测停车场的车流量情况时，将光纤光栅地感传感器填埋至出入口，当车辆进入停车场，首先压过图2左侧的一串光纤光栅地感传感器，车辆压住传感器时地感检测器出现波长漂移，车辆离开时地感检测器恢复原始状态，此时电动闸栏抬起，待车辆压到第二个光纤光栅地感传感器时，电动闸栏落下，等待另一辆车进入。在此过程中可以统计来车数量。同时当光纤光栅地感传感器按照上述的方式埋入至各个停车位，在此感知各个停车位的空占车位状态；同样，在城市交通路口处，在沿行车方向斑马线的前后填埋光纤光栅地感传感器，在红灯情况下，只有车辆前后轮都压过地感传感器，才确定为闯红灯；最后，基于这样的原理可以统计某个区段或者时段内双向的车流量。当车压过传感器，车量增加1。光纤光栅传感器的分布式复用和大容量可以多区域进行车流量的统计。

(3)对车辆的行车速度检测

机动车超速自动监测系统是指安装在高速公路和城市道路上具有超速监测和执法取证双重功能的交通执法和管理的技术设备。对速度的检测的准确、可靠有很高的要求。此发明中速度检测原理如图3所示，每个车道必须安装两组光纤光栅地感传感器串，同时通过安装工艺要固定两组光纤光栅地感传感器串的距离L，可以通过压过两路传感器后的时间差，很容易解算出车辆通过时的速度。

(4)光纤光栅地感传感器

上述系统中的光纤光栅地感传感器都是基于FBG原理，FBG是波长选择型滤波器，其反射特性波长的光信号。此光纤光栅地感传感器为FBG应变传感器，是将车辆压过应变传感器后，引起传感器的中心波长出现移动。发明中使用的FBG传感器为温度解耦后的温度传感器，材质为不锈钢材质，FBG使用环氧树脂胶固定在基地不锈钢材质上；根据公路或者地面的具体情况，传感器的埋入深度需要根据实际路基决定。如果出现大应变的情况下，需要对传感器本身做减敏处理。同时粘接传感器栅区位置悬空，保证地面的变形只通过固定端传递给栅区部分；为了保证车轮能够压到传感器，要求传感器的布设位置离两边车道分割线30cm，按照国内车道宽度为3.5m宽度，所以测试每个传感器通路可以布设6个以上的FBG应变传感器，在车轮胎(宽度为17.5cm)压过的位置保证两个传感器间的距离10cm到15cm之间每一侧保证至少3个传感器，左侧的三个传感器和右侧的传感器距离为2.4m。这个参数可以根据实际应用场合改变参数。

(5)对于多路地感传感器的复用

在公路的多段区域进行超速监控或者市内多路段的流量监测时，可以通过时分空分复用系统增加测试容量。使用更多的链路。图4给出一种多路复用系统设计。右侧的光开关每路上的FBG应变传感器可以布设在一个车道上，如果数量允许，可以布设在不同车道上，因为每个光栅的中心波长不同，可以通过后期解调设备进行区分。解调时判断波长改变量大于某一值时确定判定有车通过，这样可以减少结果误判的概率；通过光开关的切换可以切换值不同车道，不同区域的检测位置。此处重点考虑的是实时监测。决定时分和空分复用的最小时间。否则会出现漏判，错判情况。

本发明提出一种基于光纤光栅的车辆状态检测系统，可以通过光纤光栅用对ETC领域的多车道车辆唤醒状态检测，可以实时监测同时对智能停车场或交叉路口的机动车闯红灯检测，通过公路直接检测传感器的状态可以统计车流量，通过合适的在高速公路上的传感器布局，可以解算出车辆速度，为安全驾驶提供判

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。