CN101995417B

CN101995417B - 非接触式冻结温度确定

Info

Publication number: CN101995417B
Application number: CN201010280914.XA
Authority: CN
Inventors: A·施米茨-许布施
Original assignee: G Lufft Mess und Regeltechnik GmbH
Current assignee: G Lufft Mess und Regeltechnik GmbH
Priority date: 2009-08-11
Filing date: 2010-08-10
Publication date: 2014-07-23
Anticipated expiration: 2030-08-10
Also published as: CN101995417A; US8838407B2; ES2379867T3; CA2712855C; ATE545859T1; EP2284525A1; CA2712855A1; US20110040518A1; EP2284525B1

Abstract

本发明公开了一种非接触式冻结温度确定。本发明涉及一种用于确定路面上冰水混合物的冻结温度的方法，包括：针对不同盐含量的参考冰水混合物提供依赖于道路温度的冰与水比率的参考测量；检测该路面上的水层的厚度；检测该路面上的冰层的厚度；根据所检测的水层的厚度和所检测的冰层的厚度确定所述冰水混合物的冰与水比率；检测所述路面的温度；借助于所提供的参考测量，根据所确定的冰与水比率和所检测的温度确定所述冰水混合物的冻结温度。

Description

非接触式冻结温度确定

技术领域

本发明涉及一种道路上冻结温度的确定，并尤其涉及一种借助于光学传感器的冻结温度的非接触式确定。

背景技术

总的来说，在寒冷的道路上使用道路用盐(road salt)以便增加道路安全性。用于冬季道路养护的组织以及要洒布所需量的道路用盐的重要参数是道路上的冻结温度。根据现有技术冻结温度是通过安装在道路中的传感器系统予以检测的。该传感器系统例如包括：电极，借助于其来感测道路上水或冰水混合物的传导率，并因此感测盐含量。于是基于该盐含量，确定冻结温度。根据另一方案，盐水溶液被主动冷却，并以所检测的焓跃(enthalpy jump)为基础确定冻结温度。

然而，传感器系统的安装和维护需要大量的工作以及由于安装和维护所需要的封路的原因而造成的交通流中断。而且，所安装的传感器系统仅仅在本地以及相对小的区域提供有关冻结温度的信息。

本发明是基于克服传统冻结温度确定的上述缺点的目的的，并提供了一种对寒冷道路的本地的或者非本地的可靠冻结温度确定。

发明内容

上述目的是通过根据权利要求1所述的方法和根据权利要求8所述的装置来达到的。因此，提供了：

一种用于确定路面上冰水混合物的冻结温度的方法，包括：

针对不同盐含量的参考冰水混合物，提供依赖于道路温度的冰与水比率的参考测量；

确定所述冰水混合物的冰与水比率；

检测所述路面的温度；和

借助于所提供的参考测量根据所确定的冰与水比率和所检测的温度来确定所述冰水混合物的所述冻结温度。

因此，可以检测出道路上水层的厚度(水的厚度)和道路上冰层的厚度(冰的厚度)，以及可以根据所检测的水层厚度和所检测的冰层厚度确定所述冰水混合物的冰与水比率。

此外，提供了：

一种用于(非接触式)确定路面上冰水混合物的冻结温度的装置，包括：

存储单元，适于存储针对不同盐含量的参考冰水混合物的依赖于道路温度的冰与水比率的参考测量值；

第一传感器装置，适于检测道路的温度(道路表面温度)；和

计算单元，适于确定冰水混合物的冰与水比率；并根据所确定的冰与水比率(冰在冰水混合物中的比例)、所检测的道路的温度和所存储的参考测量值，来确定所述冰水混合物的所述冻结温度。

此外，该装置可以包括第二传感器装置，其适于检测道路上水层的厚度(水的厚度)和道路上冰层的厚度(冰的厚度)。在这种情况下，所述计算单元适于根据所检测的水层的厚度和所检测的冰层的厚度来确定所述冰水混合物的冰与水比率。

严格的讲，测量道路的温度是针对道路的表面来执行的。如果出于简化的原因，在下文多段中所涉及到了道路，应当理解，测量了路面的温度，并测量了路面上冰水混合物的水层/冰层的厚度。不言而喻，检测了其厚度的水层/冰层，可以包括多个层，也就是说，所检测的厚度对应于冰水混合物中存在的若干水层/冰层的总厚度。特别地，该冰水混合物通常将不包括仅仅一个均质的水层和其上或其下的一个均质的冰层。

冻结温度以这样的方式来确定：在借助于其确定道路上的冻结温度的装置和路面之间直接的机械接触不是必须的。具体而言，根据本发明的装置可以安装在车辆上，例如汽车或卡车上，并且随着该车辆沿着道路行驶，可以沿着至少一部分道路连续或不连续地确定该冻结温度。

与前面所描述的现有技术相反，因此可以以移动的方式在道路的多个位置处确定道路上存在的冰水混合物的冻结温度。该装置的安装和维护，道路工作(roadwork)不是必不可少的。冻结温度，即冰水混合物的水开始冻结/结晶的温度，可以以预先实施的测量系列为基础予以可靠地确定，该测量系列建立了针对不同盐含量的参考冰水混合物的参考冰水混合物中冰的比例(具体而言百分比)和不同道路温度之间的关系。应当注意，根据本申请的冰水混合物基本上可以含有0到100％的冰。

根据示例，借助于所提供的参考测量根据所确定的冰与水比率和所检测的道路温度确定冻结温度的步骤包括：借助于所提供的参考测量根据所确定的冰与水比率和所检测的道路温度来确定所述冰水混合物的盐含量；和根据所确定的盐含量和所提供的参考测量/参考测量曲线(对于细节，见下面参考附图的描述)来确定冻结温度。

水层的厚度和/或冰层的厚度可以借助于光学传感器(具体而言是借助于红外光谱法)来检测。道路的温度可以借助于红外温度传感器来检测。为了检测水层厚度/冰层厚度，可以使用如根据DE 4133359A1可知的装置。对于温度测量可以使用在商业上可获得的商高温计(quotient pyrometer)，窄带高温计或带辐射高温计。因此，以非接触式方式可靠地且相对不费力地进行水层厚度/冰层厚度的检测和因此冰的百分比(冰百分比)的检测以及道路温度的检测是可能的。

因此，上面描述的创造性的装置可以以这样的方式来提供：第二传感器装置包括至少一个光学传感器和/或第一传感器装置包括红外温度传感器。第二传感器装置可以包括红外光谱法设备。而且，该创造性的装置可以包括至少一个光源，其适于辐射预定波长范围内的光，具体而言是红外范围内的光。然后检测穿过冰水混合物后被道路反射的光。该光源例如可以发射已知光谱的宽带光。由于冰水混合物吸收依赖于波长的辐射，所以对反射光的分析允许确定冰层和水层的厚度。这里，利用了冰和水的吸收带不同的事实。

根据进一步的发展，该装置的计算单元适于借助于所存储的参考测量值，根据所确定的冰与水比率和所检测的温度来确定冰水混合物的盐含量；并根据所确定的盐含量和所存储的参考测量值来确定冻结温度。

附图说明

下面借助于附图将对本发明的其它特征和示例性实施例进行详细解释。应当理解，该实施例未穷尽本发明的范围。

图1描绘了用于图示根据本发明的方法的示例性实施例的一些步骤的流程图。

图2示出了参考测量值的参考曲线，其用来创造性确定路面上冰水混合物的冻结温度。

具体实施方式

如图1所示，用于非接触式确定路面上冰水混合物的冻结温度的创造性方法包括测量道路温度的步骤10，在此步骤中，具体而言，能够检测出路面的热辐射。此外，步骤20，测量水层的厚度和冰层的厚度。该测量可以借助于例如在近红外范围的光谱法来实现。例如，能够发射波长为1450nm和1190或1080nm的光，并能够检测反射光，如DE 4133359A1中所描述的。应该理解，温度测量和厚度测量的次序是不相关的。步骤30，可以直接根据水层的厚度与冰层的厚度的比率来确定道路上冰水混合物中冰的百分比(冰百分比)。再一次指出，假设没有均质的水层/冰层，而是把道路上冰水混合物中存在的冰和水的厚度作为整体予以确定。在这样做的过程中，具体而言，冰水混合物中存在的冰的总厚度和冰水混合物中存在的水的总厚度基本上可以借助于现有技术已知的使用具有不同波长灵敏度的滤波器的滤波来检测。

依据在此描述的实施例，步骤40，在步骤30中所确定的冰水混合物中冰的百分比的基础上，确定该冰水混合物的盐含量/盐浓度。为此目的，应用针对参考冰水混合物而预先建立的参考测量值。这些参考测量值可以通过如下方式得到。连续地使具有明确定义的盐含量的盐水溶液冷却下来。在到达冻结温度时首先形成冰晶体。随着温度继续降低，冰的百分比增加，直到最初的液体盐水溶液最终完全冻结(100％冰百分比)。对多个不同盐含量的参考冰水混合物(在每种情况中都从完全的液体溶液进行)确定根据经验得到的冰百分比和温度的函数关系，并被提供为参考测量。

为了确定道路上冰水混合物的实际冻结温度，在受控测试条件下所控制的温度被设置为等同于所测量的道路温度。在受控测试条件下所确定的冰的相应百分比被设置为等同于冰与水比率，其是借助于道路上冰水混合物的水层和冰层的所测厚度予以确定的。

图2以具有不同盐含量的参考冰水混合物的参考测量曲线的形式示出了参考测量值的示例。冰的百分数(冰百分比)绘制在图2的示图的纵坐标上；图2的示图的横坐标绘制了道路温度(等同于在测试条件下所控制的温度)。在本示例中，依赖于针对盐含量(NaCl)为2％、4％、8％和16％的道路温度(从只低于0摄氏度到近似-30摄氏度)来实施冰百分比(从0到100％)的测量系列。

如可以从图2中看出，根据图1的步骤30中所确定的冰的百分比，例如，大约为50％，和图1的步骤10中所测量的道路温度，例如，-6.8摄氏度，根据从右数第三条测量曲线可以确定盐含量为8％(图1中的步骤40)。换句话说，对于每对冰百分比和道路温度，可以唯一地确定测量曲线，或者通过所提供的测量曲线/测量系列的插值所计算得到的曲线，以及因此确定相关联的盐含量。

如果标识出对应的测量曲线，或者通过对现有的测量曲线的插值计算得到了对应的曲线，那么在图1的步骤50中，对应于0冰百分比的相关联的冻结温度可以直接读出/确定，如图2所示。在选择的示例中，因此确定了对应于该对冰百分比和道路温度的盐含量为8％的冻结温度近似为-5.3摄氏度。

Claims

1.—种用于确定路面上冰水混合物的冻结温度的方法，包括：

检测所述路面上的水层的厚度；

检测所述路面上的冰层的厚度；

根据所检测的水层的厚度和所检测的冰层的厚度来确定所述冰水混合物的冰与水比率；

检测所述路面的温度；以及

2.根据权利要求1所述的方法，其中，借助于所提供的参考测量根据所确定的冰与水比率和所检测的温度来确定所述冻结温度的步骤包括：

借助于所提供的参考测量根据所确定的冰与水比率和所检测的温度确定所述冰水混合物的盐含量；和

根据所确定的盐含量和所提供的参考测量确定所述冻结温度。

3.根据权利要求1所述的方法，其中借助于光学传感器来检测所述水层的厚度和/或所述冰层的厚度。

4.根据权利要求3所述的方法，其中借助于红外光谱法来检测所述水层的厚度和/或所述冰层的厚度。

5.根据权利要求1所述的方法，其中借助于红外温度传感器来检测所述路面的温度。

6.根据权利要求1所述的方法，其中，借助于附连于车辆的装置，沿着至少一部分道路连续地或不连续地确定所述冻结温度，并且其中所述方法包括通过移动所述车辆来沿着所述道路移动所述装置。

7.—种用于确定路面上冰水混合物的冻结温度的装置，包括：

第一传感器装置，适于检测所述路面的温度；

第二传感器装置，适于检测路面上水层的厚度和路面上冰层的厚度；以及

计算单元，适于根据所检测的水层的厚度和所检测的冰层的厚度来确定所述冰水混合物的冰与水比率，以及根据所确定的冰与水比率、所检测的路面的温度和所存储的参考测量值来确定所述冰水混合物的所述冻结温度。

8.根据权利要求7所述的装置，其中，所述第二传感器装置包括至少一个光学传感器和/或所述第一传感器装置包括红外温度传感器。

9.根据权利要求8所述的装置，其中，所述第二传感器装置包括红外光谱法设备。

10.根据权利要求7所述的装置，其包括至少一个光源，其适于辐射预定波长范围内的光。

11.根据权利要求10所述的装置，其中，所述预定波长范围是红外范围。

12.根据权利要求7所述的装置，其中，所述计算单元适于

借助于所存储的参考测量值根据所确定的冰与水比率和所检测的温度确定所述冰水混合物的盐含量；和

根据所确定的盐含量和所存储的参考测量值来确定所述冻结温度。

13.根据权利要求7所述的装置，其中所述装置适于安装在车辆上。

14.根据权利要求13所述的装置，其中，所述车辆是汽车或卡车。