专利名称：道路车辆行驶速度检测方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明属于速度检测技术领域，特别是涉及一种基于光纤干涉仪技术的光电传感的道路车辆行驶速度检测方法及其装置。
背景技术：
车辆超速行驶已成为影响公共安全的主要因素之一。现有的车辆行驶速度检测方法主要分固定式和移动式两类。
A、固定式主要有三种1)微波雷达多普勒测速技术；2)地感线圈测速技术；3)相机连续拍照技术。其中微波雷达测速技术由于有较大区域的微波辐射，易于被反测速装置检测并被干扰而无法实现测速(注地下市场上已有价格在几百元左右的反雷达测速器出售)。地感线圈测速技术由于其安装要破坏路面，施工难度较大，而且一旦线圈被损坏，维修时也要挖开路面，导致其没能被时常接受。相机连续拍照测速技术在夜间及有雾气候时工作不理想，而恰恰在这两种情况下车辆行驶时危险系数却是较大的。
B、移动式测速技术主要有1)激光测距测速技术；2)移动式微波雷达测速技术。激光测距测速技术由于其价格昂贵(1万美元以上)而无法普及；移动式微波雷达测速由于其辐射较大，同样易于被反测速装置检测并被干扰而无法实现测速；同时，长期近距离使用这类高强度微波辐射的仪器会对警员的身体健康产生�：�。
发明内容
鉴于现有运动车辆测速技术存在的上述不足，本发明提供一种道路车辆行驶速度检测方法及其装置，它基于光学干涉技术的光电传感测速技术，测速的准确度高，安装无需破坏路面，可全天候工作，利用它可以研制成固定单车道测速仪，也可以研制成车载移动式路旁测速仪。
本发明道路车辆行驶速度检测方法，包括如下步骤a、间隔一定距离安装第一、第二两个光学干涉仪，两者随时检测来自路面行驶车辆的反射光信号，当第一光学干涉仪检测到行驶车辆的第一反射光信号时，启动计时器开始计时，稍后，当第二光学干涉仪检测到所述车辆的第二反射光信号时，使计时器停止计时；b、根据两个光学干涉仪探测光束之间的距离和所述定时器测得的时间值计算所述车辆的行驶速度。
实现上述方法的一种车辆行驶速度检测装置包括第一光纤干涉仪和第二光纤干涉仪，两者间隔一定距离安装，两者的探测臂光束射向路面，分别用来检测来自路面的行驶车辆的第一、第二反射光信号；信号处理分析器，它接收、放大处理所述第一光纤干涉仪和第二光纤干涉仪的输出信号；计时器，它输入端接信号处理分析器，测量所述车辆的第一反射信号与第二反射信号之间的时间；以及，控制器，控制计时器的工作，根据两个光学干涉仪探测光束之间的距离和计时器测出的时间值计算所述车辆的行驶速度。
与现有技术相比，本发明具有下列优点1、由于激光准直的方向性好，探测光束细，因此本技术测速的准确度与现有其它技术相比是最高的。
2、采用干涉检测技术，利用激光光源，检测信噪比高达100dB，因此本发明检测装置可以在全天候工作。
3、本发明利用检测地面和车辆的反射光信号，因此本发明检测装置安装时不用挖开路面铺设探测器，施工费用低。
4、本发明检测装置的各种器件都相当成熟、价格低廉、性能稳定，所以装置成本低、易获�。咨资褂�。
5、本发明技术采用近红外、低功率光源，因此不会被反测速装置检测到，同时不会对仪器使用者的健康产生�：�。
图1是本发明车辆行驶速度检测装置的原理框图；图2a、b是其光纤干涉仪在无车辆经过和有车辆经过时的输出信号。
具体实施例方式
以下结合实施例对本发明详细说明。
本发明方法利用两个光学干涉仪检测来自路面行驶车辆的反射光信号，间隔一定距离安装第一、第二两个光学干涉仪，两者随时检测来自路面行驶车辆的反射光信号，当第一光学干涉仪检测到一行驶车辆的第一反射光信号时，启动计时器开始计时，稍后，当第二光学干涉仪检测到所述车辆的第二反射光信号时，使计时器停止计时，计时器所记录的时间值就是所述车辆从到达第一个光学干涉仪探测光束至到达第二个光学干涉仪探测光束的时间。单片机或PC机根据两个光学干涉仪探测束之间的距离和所述定时器的侧得的时间值即可计算所述车辆的行驶速度。
所述光学干涉仪检测来自路面的行驶车辆的反射光信号的步骤为，使光学干涉仪的光源的相干长度为车辆高度的1％～90％，光源发出的光通过分光器分为两束，一束射向振动式参考反射镜，另一束作为探测光束射向路面，无车辆时，路面反射光和来自振动式参考反射镜的反射光返回到分光器处叠加发生干涉，产生干涉光信号；如有行驶车辆经过干涉仪的探测光束时，所述车辆的反射光不会与振动式参考反射镜的反射光发生干涉，干涉仪无信号输出。
根据本发明方法可以研制成固定单车道测速仪，也可以研制成车载移动式路旁测速仪。图1为实现上述方法的一车辆行驶速度检测装置，图示检测装置包括第一光纤干涉仪和第二光纤干涉仪，两者间隔一定距离安装，两者的探测臂光束射向路面，分别用来检测来自路面的行驶车辆的第一、第二反射光信号；信号处理分析器7，它接收、放大处理所述第一光纤干涉仪和第二光纤干涉仪的输出信号；计时器8，它输入端接信号处理分析器7，测量所述车辆的第一反射信号与第二反射信号之间的时间；以及，控制器9，控制计时器8的工作，根据两个光学干涉仪探测光束之间的距离和计时器测出的时间值计算所述车辆的行驶速度。
上述车辆行驶速度的检测装置基于第一、第二两个光纤干涉仪。每个光纤干涉仪含激光二极管光源1、分光器2、振动式参考反射镜3以及光电探测器6，分光器2采用带准直器的光纤耦合器，所述光纤耦合器的输入端通过光纤与激光二极管光源1连接，光纤耦合器两个输出端经准直的两束光分别通过光纤射向振动式参考反射镜3和路面5；光纤耦合器的干涉光输出端通过光纤与光电探测器5连接。
激光二极管光源1发出的光通过光纤耦合器分为两束，其中，参考臂光束射向振动式参考反射镜3，探测臂光束4射向路面5；无车辆时，由路面5的反射光和来自振动式参考反射镜3的反射光返回到分光器2处叠加发生干涉，分光器2输出干涉光信号，此信号由光电探测器6转换成图2a所示的无车辆经过时的输出信号。
激光二极管光源1的相干长度确定为车辆高度的1％～90％，通常光源的相干长度可为10-50厘米。由于光源的相干长度远小于车辆高度，如有行驶车辆10经过干涉仪的探测光束时，虽然从车辆的表面对探测光束也存在反射，但由于光源的相干长度小于车辆高度，从车辆10反射回干涉仪的光将不与来自振动式参考反射镜3的反射光发生干涉，分光器2输出端无干涉光信号，由光电探测器6转换成图2b所示的有车辆经过时的输出信号。根据光纤干涉仪的输出信号即可判断有无来自路面的行驶车辆的反射光信号，也就是有无车辆经过光纤干涉仪的探测光束。
固定两个干涉仪探测臂光束的距离，当一行驶车辆到达第一个光纤干涉仪的探测光束时，其干涉信号消失，其输出信号经过信号处理分析器7放大处理后启动计时器8开始计时，当该车辆到达第二个光纤干涉仪的探测光束时其干涉信号也消失，输出信号经过信号处理分析器7放大处理后触发计时器8停止计时，两个干涉仪探测臂光束的距离除以计时器8所得到的时间值，即得该车辆的行驶速度。
具体实施例中，两个相同的光纤干涉仪由下列器件组成，光源1采用波长1310纳米、带宽约为2-3纳米、功率为2毫瓦的F-P腔光纤耦合二极管激光器，其相干长度约为25-35厘米，小于车辆高度。
分光器2选用50％∶50％光纤耦合器。探测臂光束选用直径40毫米焦长80毫米的K9玻璃透镜来准直。
振动式参考反射镜3包括镀金的反射镜，该反射镜固定在一个压电陶瓷片或振动线圈上，该压电陶瓷片或振动线圈连接在一正弦信号驱动电路中。振动式参考反射镜的振动频率可为几百Hz～几十KHz，它可通过一压电陶瓷器件或电动平移台驱动。本例中压电陶瓷片由500Hz、10伏正弦功率信号驱动，产生振幅为20微米振动，带动参考反射镜移动，改变参考光路的光程。也可用振动线圈(如扬声器)或电动平移台代替压电陶瓷片来实现。
光电探测器6选用带前放的InGaAs光电二极管，也可以采用雪崩二极管或CCD器件等。
信号处理分析器7包括放大电路、滤波电路和检波电路，滤波器连接于放大电路输出端，滤波电路的输出接检波电路的输入端。放大电路可选用Burr-Brown公司的OP27运算放大器实现，滤波电路选用江苏联能电子技术有限公司YE3790A型带通滤波器。检波电路选用电压比较器组成。
定时计数器8可选用NI公司的PCI-6111型数据采集卡上的定时计数器，用于控制定时计数器8的计算机9选用TCL公司的A100型计算机等。定时计数器8和计算机9可以由8051单片机及其自带的计数器来组成以实现同样的功能。
按上述配置的系统干涉仪在无车辆经过时的输出信号如图2a所示，有车辆经过时的输出信号如图2b所示。当两个干涉仪的探测束之间的距离为1米，计数器的时钟频设为1MHz，车辆速度检测范围从1公里/小时到300公里/小时，测量误差为实际速度的±0.6％。
权利要求
1.一种道路车辆行驶速度检测方法，其特征是包括如下步骤a、间隔一定距离安装第一、第二两个光学干涉仪，两者随时检测来自路面行驶车辆的反射光信号，当第一光学干涉仪检测到某行驶车辆的第一反射光信号时，启动计时器开始计时，稍后，当第二光学干涉仪检测到所述车辆的第二反射光信号时，使计时器停止计时；b、根据两个光学干涉仪探测光束之间的距离和所述定时器测得的时间值计算所述车辆的行驶速度。
2.根据权利要求1的道路车辆行驶速度检测方法，其特征是所述光学干涉仪检测来自路面的行驶车辆的反射光信号的步骤为，使光学干涉仪的光源的相干长度为车辆高度的1％～90％，光源发出的光通过分光器分为两束，一束射向振动式参考反射镜，另一束作为探测光束射向路面，无车辆时，路面反射光和来自振动式参考反射镜的反射光返回到分光器处叠加发生干涉，产生干涉光信号；如有行驶车辆经过干涉仪的探测光束时，所述车辆的反射光不会与振动式参考反射镜的反射光发生干涉，干涉仪无信号输出。
3.根据权利要求2的道路车辆行驶速度检测方法，其特征是所述光学干涉仪的光源的相干长度为10-50厘米。
4.车辆行驶速度检测装置，其特征是包括第一光纤干涉仪和第二光纤干涉仪，两者间隔一定距离安装，两者的探测臂光束射向路面，分别用来检测来自路面的行驶车辆的第一、第二反射光信号；信号处理分析器，它接收、放大处理所述第一光纤干涉仪和第二光纤干涉仪的输出信号；计时器，它输入端接信号处理分析器，测量所述车辆的第一反射信号与第二反射信号之间的时间；以及，控制器，控制计时器的工作，根据两个光学干涉仪探测光束之间的距离和计时器测出的时间值计算所述车辆的行驶速度。
5.根据权利要求4的车辆行驶速度检测装置，其特征是每个光纤干涉仪含激光二极管光源、分光器、振动式参考反射镜以及光电探测器，分光器采用带准直器的光纤耦合器，所述光纤耦合器的输入端通过光纤与激光二极管光源连接，光纤耦合器两个输出端经准直的两束光分别通过光纤射向振动式参考反射镜和路面；光纤耦合器的干涉光输出端通过光纤与光电探测器连接。
6.根据权利要求5的车辆行驶速度检测装置，其特征是光纤干涉仪的激光二极管光源的相干长度为车辆高度的1％～90％。
7.根据权利要求5的车辆行驶速度检测装置，其特征是所述振动式参考反射镜包括镀金的反射镜，该反射镜固定在一个压电陶瓷片或振动线圈上，该压电陶瓷片或振动线圈连接在一个正弦信号驱动电路中。
全文摘要
本发明涉及道路车辆行驶速度检测方法及装置，其方法采取如下步骤间隔一定距离安装第一、第二两个光学干涉仪，两者随时检测来自路面行驶车辆的反射光信号，当第一光学干涉仪检测到一行驶车辆的第一反射光信号时，启动计时器开始计时，稍后，当第二光学干涉仪检测到所述车辆的第二反射光信号时，使计时器停止计时；根据两个光学干涉仪探测光束之间的距离和所述定时器测得的时间值计算所述车辆的行驶速度。其采用干涉检测技术，利用激光光源，检测信噪比高达100dB，测速的准确度高，装置可全天候工作，安装无需破坏路面，施工费用低。
文档编号G01P3/68GK1641359SQ20041007720
公开日2005年7月20日 申请日期2004年12月9日 优先权日2004年12月9日
发明者何永红, 马辉, 郭继华 申请人:清华大学深圳研究生院
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