CN102590136B - 激光酒驾道边在线监测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种激光酒驾道边在线监测系统，包括有机箱，机箱内安装有DFB激光器，机箱的侧壁上安装有接收望远镜，接收望远镜镜筒中安装有光束准直器，DFB激光器与光束准直器之间通过光纤连接，接收望远镜前方安装有角反射镜，后端安装有光电探测模块，光电探测器的信号输出接入信号数据采集和处理模块。本发明在使用时只需将发射光束穿过马路对准对面的角反镜，测量光束可原路返回，光源的高频调制使得测量可以快速完成，并将测量结果向上级平台发送，并且测量的过程无需人工干预,是可靠的无人值守的监测平台。
Description
技术领域
本发明涉及交通安全检测设备领域，是一种适用于交警部门对酒后驾驶快速查处的检测仪器。
背景技术
酒后驾驶是造成道路交通事故的主要原因。全球每年约有120万人死于道路交通事故，其中大约50%—60%的交通事故与酒后驾驶有关。然而酒后驾驶只有不到千分之一被交通管理部门查处，绝大部分没有受到交通管理部门检查，给交通安全带来巨大隐患。因此酒后驾车已经成为交通管理部门重点打击的范畴。但我国公安交警警力的增长严重滞后于公路、机动车和驾驶人的增长，因此公安交通管理部门急需相应的技术手段来完成酒后驾驶的快速筛选，提高执法效率，减轻工作压力。
目前，可以对气体中酒精含量进行检测的设备有五种基本类型，分别是：燃料电池型（电化学）、半导体型、红外线型、气体色谱分析型、比色型。由于价格和使用是否方便等因素所决定，目前普遍使用的只有燃料电池型（电化学型）和半导体型。这二种能够制造成便携型呼气酒精测试器，适合于现场使用，是目前交警用呼吸式酒精探测仪对驾驶员进行测试是最为普遍的方法。
半导体型采用氧化锡半导体作为传感器，这类半导体器件具有气敏特性，当接触的气体中其敏感的气体浓度增加，它对外呈现的电阻值就降低，半导体型呼气酒精测试仪就是利用这个原理做成的。这种半导体在不同工作温度时，对不同的气体敏感程度是不同的，因此半导体型呼气酒精测试仪中都采用加热元件，把传感器加热到一定的温度，在该温度下，该传感器对酒精具有最高的敏感度。
燃料电池型呼气酒精测试仪采用燃料电池酒精传感器作为气敏元件，它属于电化学类型，因此又称为电化学型。燃料电池是当前全世界都在广泛研究的环保型能源，它可以直接把可燃气体转变成电能，而不产生污染。作为酒精传感器只是燃料电池的一个分支。燃料电池酒精传感器采用贵金属白金作为电极，在燃烧室内充满了特种催化剂，它能使进入燃烧室内的酒精充分燃烧转变为电能，也就是在二个电极上产生电压，电能消耗在外接负载上，此电压与进入燃烧室内气体的酒精浓度成正比。
采用呼吸式酒精检测仪首先需要交警通过目测筛选出行驶过程中出现异常的车辆，将可疑车辆拦下，再对驾驶员进行酒精含量检测。 这种方法的缺点是：1)交警的目测会受到天气的影响，视线不好时会影响判断的准确性；2)即便是酒后驾车，但是车辆行驶过程显示正常，也容易影响交警的判断。而这些侥幸逃过交警法眼的“漏网之鱼”等到酒劲上来后会成为“马路杀手”。3)若交警提高拦车检查几率则会导致大量非酒后驾驶车辆被查，严重时甚至造成交通堵塞，引发民怨。
基于TDLAS技术的酒精遥测方法是目前最新的检测方法，它采用窄线宽的可调谐半导体激光器光源，通过扫描分子的吸收谱线来实现对分子浓度的测量。国外早在2000年就开展了基于TDLAS的酒驾在线监测方法研究。但国内基于TDLAS的酒精检测还未见报道。基于TDLAS的酒精检测有响应快速，选择性强的特点，并且是非接触测量，易于实现小型化，能满足交通管理部门对酒后驾驶的快速检测需求，具有良好的应用前景。
发明内容
本发明的目的是提供一种激光酒驾道边在线监测系统，以实现基于吸收光谱法对机动车内酒精蒸汽的浓度测量。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：
激光酒驾道边在线监测系统，包括有机箱，机箱内安装有DFB激光器及其控制模块，控制模块包括有温度电流控制单元和信号发生单元，功能主板上集成有数据采集和处理模块、通讯与接口模块、电源转换模块，机箱内设置有直流稳压电源，机箱箱壁上还安装有与直流稳压电源电连接的交流电插头与机箱总开关、风扇、与通讯与接口模块电连接的串行通讯接口，直流稳压电源与功能主板上的电源转换模块电连接，其特征在于：所述的机箱内安装有DFB激光器，机箱的侧壁上安装有接收望远镜，接收望远镜镜筒中安装有光束准直器，所述的DFB激光器的激光出口与光束准直器的准直孔之间通过光纤连接；接收望远镜前方安装有角反射镜，后端安装有光电探测模块，；所述的光电探测模块的信号输出接入信号数据采集和处理模块。DFB激光器能实现周期性的波长扫描，这样重复扫描过所选酒精吸收峰。所述的所述光束准直器与接收望远镜同光轴设置。所述DFB激光器对近红外1.392μm处酒精吸收峰实现周期性扫描。
本发明提供了一种激光酒驾道边在线监测系统，设计了可实际应用于机动车内的实时在线的非侵入式酒精浓度测量。激光经单模光纤出射后由光束准直器发射。由接收望远镜接收来自角反镜的反射光，光电探测模块将接收后的光信号转换为电信号，并送入功能主板的信号采集与处理模块进行处理反演浓度。系统反演出浓度后，根据设定报警限确定是否进行报警，并将报警信息经过通讯串口向网络发出。单激光器扫描酒精的特征吸收峰，当待测车辆经过吸收光路，穿过车窗玻璃的吸收光束中包含的酒精浓度信息将被系统识别，用于浓度反演。由于采用低噪声光电探测模块，系统噪声极低，适用于对目标车辆的酒精蒸汽遥测。
本发明利用近红外可调谐半导体激光吸收光谱技术，结合激光遥测技术探测带有吸收信息的信号，采集处理后反演酒精浓度。可调谐半导体激光吸收光谱的高分辨性，使其容易通过仔细的吸收线选取消除其它环境气体成分的干扰；光源调制方式经特殊设计，使得用于反演的信号对背景光波动不敏感，对探测光强的变化如车窗玻璃的损耗不敏感。反演方法采用线性回归方法，该方法比较酒精吸收前后信号的相关性，能消除其它气体的干扰，只要接收的信号足够强，就可以对光路上的酒精浓度做出测量。
本发明的优点是：本发明在使用时只需将发射光束穿过马路对准对面的角反镜，测量光束穿过车窗后可原路返回，光源的高频调制使得测量可以快速完成，并将测量结果向上级平台发送，并且测量的过程无需人工干预,是可靠的无人值守的监测平台。
附图说明
图1为本发明结构示意图。
图2是在测量波段获取的酒精蒸汽的吸收谱线。
具体实施方式
如图1所示，激光酒驾道边在线监测系统，包括有机箱1，机箱1内安装有DFB激光器及其控制模块10，控制模块包括有温度电流控制单元和信号发生单元，功能主板3上集成有数据采集和处理模块5、通讯与接口模块4、电源转换模块11，机箱1内设置有直流稳压电源12，机箱1箱壁上还安装有与直流稳压电源12电连接的交流电插头13与机箱总开关14、风扇15、与通讯与接口模块4电连接的串行通讯接口2，直流稳压电源12与功能主板3上的电源转换模块电连接11，其特征在于：所述的机箱1内安装有DFB激光器9，机箱1的侧壁上安装有接收望远镜8，接收望远镜8镜筒中安装有光束准直器7，所述的DFB激光器9与光束准直器之间通过光纤连接，接收望远镜8后端安装有光电探测器6，还包括安装于接收望远镜8前方的角反射镜16；所述的光电探测器6的信号输出接入数据采集和处理模块5。DFB激光器9能实现周期性的波长扫描，这样重复扫描过所选酒精吸收峰。所述的所述光束准直器7与接收望远镜8同光轴设置。所述DFB激光器9实现近红外1.392μm处酒精吸收峰实现周期性扫描。
本发明利用酒精在近红外1.392μm处的泛频吸收带处一处较明显的吸收峰的特征来反演酒精浓度。尽管酒精在1.392μm处是宽带吸收，该吸收峰宽度较窄，因此可以用半导体激光器来对该吸收峰进行扫描。由DFB激光器及其控制模块10控制DFB激光器9的基准工作状态，通过激光器工作温度和激光器基本偏置电流的调节来改变激光器的出光中心波长。DFB激光器及其控制模块10集成了信号发生单元，该信号发生单元产生锯齿信号注入到DFB激光器9的偏置电流上，锯齿信号周期性的改变激光器的注入电流大小实现周期性的波长扫描，这样重复扫描过所选酒精吸收峰1.392μm处。DFB激光器9的出射光由光束准直器7发射，并由接收望远镜8接收角反射镜16反射的回波信号。该信号经光电探测模块6转换为电信号。转换后的电信号经过数据采集与处理模块5进行处理，提取光谱信息并反演酒精浓度。反演出来的浓度信息由通讯与接口模块4经串行通讯接口2对上级平台进行上传。
如图2所示，图2为测量得到的酒精吸收谱线，可用来进行浓度反演。
Claims (1)
1.激光酒驾道边在线监测系统，包括有机箱，机箱内安装有DFB激光器及其控制模块，控制模块包括有温度电流控制单元和信号发生单元，功能主板上集成有数据采集和处理模块、通讯与接口模块、电源转换模块，机箱内设置有直流稳压电源，机箱箱壁上还安装有与直流稳压电源电连接的交流电插头与机箱总开关、风扇、与通讯与接口模块电连接的串行通讯接口，直流稳压电源与功能主板上的电源转换模块电连接，其特征在于：所述的机箱的侧壁上安装有接收望远镜，接收望远镜镜筒中安装有光束准直器，所述的DFB激光器与光束准直器之间通过光纤连接，接收望远镜前方安装有角反镜，后端安装有光电探测器；所述的光电探测器的信号输出接入数据采集和处理模块，DFB激光器能实现周期性的波长扫描，这样重复扫描过所选酒精吸收峰；所述光束准直器与接收望远镜同光轴设置；所述DFB激光器对近红外1.392μm处酒精吸收峰实现周期性扫描。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |