CN104314019A - 一种交通探测传感器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种交通探测传感器，包括传感器组件和硬质金属板，所述的传感器组件包括复合材料薄片、上铜电极、下铜电极、导线以及硬质金属板；上铜电极和下铜电极分别通过强力胶粘贴在复合材料薄片的上下表面，然后喷涂一层防护密封材料；复合材料薄片采用量子隧道效应复合材料制成。本发明体积小，可以直接安置于路面进行交通监测，无需切割路面进行安装，具有安装方便，不破坏路面的有点。由于其超高压敏性，所以具有响应速度快，精度高等优点。另外，与其它探测技术，如微波雷达(测车速)、视频图像处理器(车违章)等相比，本发明可以同时集车速、车流量、车道占有率和车型等交通数据监测于一体，可以大大节约成本，提高路面利用率。

Description

一种交通探测传感器
技术领域
本发明涉及一种智能交通管理系统的交通探测系统，特别是一种交通探测传感器。
背景技术
智能交通系统(ITS)是一种在大范围内实时、准确、高效、全方位发挥作用的综合运输和管理系统，交通探测系统是智能交通系统的重要组成部分，负责采集交通流量、车速、车头间距、交通密度和车道占有率等交通数据。目前交通探测系统中用于采集这些交通数据的传感器有多种类型，如电学传感器、磁敏传感器、光敏传感器、声敏传感器等。在这些传感器中，由于具有成熟的技术、低廉的价格和对环境的良好鲁棒性，其中感应线圈检测器是最常用的交通探测传感器。感应线圈检测器可以较为准确的监测车道占有率、车速和车头间距，一般安装在路面下方。近年来信息技术、通讯技术、传感技术以及计算机技术的发展促进了其它探测技术(微波雷达、红外线传感器、视频图像处理器)的发展，这些探测技术具有较高的精确度，使用方便，应用范围也较广。
感应线圈检测器需要切开路面进行布置，其与路面的相容性较差，影响了道路的使用年限，并且对汽车结构有一定的要求，准确度一般。
微波雷达、红外线传感器、视频图像处理器功能单一，价格较贵、维修费用较高而且恶劣环境(雨、雪、雾)下的工作性能较差。另外，这些探测技术在使用过程中，需长期处于工作状态，能耗较大。
发明内容
为解决现有技术存在的上述问题，本发明要设计一种探测结果准确、制造成本低廉、能耗较小的交通探测传感器。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种交通探测传感器，包括传感器组件和硬质金属板，所述的传感器组件包括复合材料薄片、上铜电极、下铜电极和导线；
所述的上铜电极和下铜电极分别通过强力胶粘贴在复合材料薄片的上下表面，然后喷涂一层防护密封材料；
所述的上铜电极和下铜电极分别与导线连接；
所述的硬质金属板通过强力胶固定在下铜电极上；
所述的复合材料薄片采用量子隧道效应复合材料制成，所述的量子隧道效应复合材料的制造方法包括以下步骤：
A、将刺球状镍粉掺入液态硅橡胶，所述的刺球状镍粉和硅橡胶的质量比为3:1-5:1；
B、搅拌5-20min后压制成型并硫化；
C、切割成长方形的薄片。
本发明所述的传感器组件有两个或两个以上，采用分布式的方式固定在硬质金属板上。
本发明所述的镍粉为纳米或微米级刺球形镍粉。
本发明的工作原理是：本发明的复合材料薄片是由刺球状镍粉均匀地分布在硅橡胶基体中而制成，由于硅橡胶的包覆，镍粉间未形成导电通路，在未受压时，复合材料电阻高达1013Ω，可近似认为是绝缘体。在电场作用下，刺球状镍粉的刺尖周围形成局部高电场，可以压抑镍粉的表面势垒,使其高度降低、宽度变窄,从而导致镍粉内的电子由于隧道效应穿透表面势垒逸出形成场致电子发射。同时，当镍粉掺量达到一定值时,镍粉粒子间距离很小,复合材料内部的局部高场强也能导致形成隧道效应。当复合材料受压变形时，由于镍粉粒子间的间距减小，当局部区域中镍粉粒子间的距离减小到一定程度时，量子隧道效应增强，宏观上表现为复合材料的电阻迅速减小，最小可降至1Ω甚至1Ω以下，变成良好的导体。镍粉掺量越大的硅橡胶复合材料的压敏效应越显著。综上所述,镍粉硅橡胶复合材料的超高压敏性是由于量子隧道效应而产生的。本发明利用这种复合材料的超高压敏性，当车辆通过时，传感器发生变形，表现出电阻急剧下降或传感器两端电压瞬间减小，从而探测出车辆的通过。
本发明工作时，通过数据采集卡采集由引出导线引出的电极间的电压、电阻等电学信号，经计算获得车流量、车速、车重量等交通参数，实现了对交通状况的监测，对电学信号可通过有线或无线的方式采集并传输。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、本发明由于原材料廉价易得，耐久性好，制备方法简便，具有结构简单，造价低、耐久性好、维护方便，寿命长和不受环境因素影响等特点。
2、与磁感应线圈相比，本发明体积小，可以直接安置于路面进行交通监测，无需切割路面进行安装，具有安装方便，不破坏路面的有点。由于其超高压敏性，所以具有响应速度快，精度高等优点。另外，与其它探测技术，如微波雷达(测车速)、视频图像处理器(车违章)等相比，本发明可以同时集车速、车流量、车道占有率和车型等交通数据监测于一体，可以大大节约成本，提高路面利用率。
3、本发明在工作状态，由于量子隧道效应复合材料的特点，其在未受压时处于绝缘状态，这样如果没有车辆经过，整个传感器是处于断路状态，所以本发明具有节能的优点。
4、本发明可应用于实时长期的交通探测，集车速，车重，车流量和车型等交通参数监测于一体，可根据具体情况布置在道路不同位置，对交通违章如超速，违章掉头，违章停车，闯红灯等进行监控，是保障城市和公路的交通安全和顺畅的一种有效手段。
附图说明
本发明共有附图5张，其中：
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明采用整体式布置的结构示意图。
图3是本发明采用分布式布置的结构示意图。
图4为本发明典型的信号图谱。
图5是车辆通过两条平行布置的交通探测传感器时典型的信号图谱。
图中：1、导线，2、上铜电极，3、复合材料薄片，4、下铜电极，5、硬质金属硬质金属板，6、传感器组件。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行进一步地描述。
实施例一：如图1-2所示，一种交通探测传感器，包括硬质金属板5和传感器组件6，所述的传感器组件6包括复合材料薄片3、上铜电极2、下铜电极4和导线1；所述的上铜电极2和下铜电极4分别通过强力胶粘贴在复合材料薄片3的上下表面，然后喷涂一层防护密封材料；所述的上铜电极2和下铜电极4分别与导线1连接；
所述的硬质金属硬质金属板5通过强力胶固定在下铜电极4上；所述的复合材料薄片3采用量子隧道效应复合材料制成，所述的量子隧道效应复合材料的制造方法包括以下步骤：
A、将刺球状镍粉掺入液态硅橡胶，所述的刺球状镍粉和硅橡胶的质量比为3:1-5:1；
B、搅拌5-20min后压制成型并硫化；
C、切割成长方形的薄片。
本实施例可使用于水泥混凝土或沥青混凝土铺制的路面或桥面上，通过数据采集卡采集由导线1引出的电极间的电压、电阻等电学信号，经计算获得车流量、车速、车重量等交通参数，实现了对交通状况的监测，对电学信号可通过有线或无线的方式采集并传输。
实施例二：如图3所示，传感器组件6采用分布式布置方式。
本发明可以布置在现有路面或桥面结构的表层，复合材料薄片的长度可为现有路面或桥面的宽度或半个路面或桥面的宽度；也可将交通探测传感器布置在现有路面或桥梁结构的伸缩缝等处。本发明可根据具体情况在需要进行交通参数监测的路段布置。
图4为车辆通过一条交通探测传感器时典型的信号图谱，横坐标为时间，纵坐标为交通探测传感器两端电压。交通探测传感器和一个15Ω的电阻串联在一个1.5V电池供电的回路中，当没有车辆通过时，交通探测传感器电阻非常大，整个电路可以当做断路，这时交通探测传感器两端电压约为1.5V；当车辆通过时，由于交通探测传感器受压，电阻急剧下降，由于和串联电阻分压，所以交通探测传感器两端电压减小，表现在图4中就是出现电压信号突变峰。两条峰分别对应前后轮压过信号。由于车身前后重量不同，所以峰值大小也不一样，由此可以看出，一般车头较车尾重，对应于图4为前轮压过的峰比后轮压过的峰长。利用这一特点，可以用来监测车流量，车重等交通数据。
当要实现对交通测速的目的时，必需同时平行铺设两条交通探测传感器，间距为2m至20m。车辆通过两条平行布置的交通探测传感器时典型的信号图谱如图5所示。

Claims (3)

1.一种交通探测传感器，包括传感器组件(6)和硬质金属板(5)，其特征在于：所述的传感器组件(6)包括复合材料薄片(3)、上铜电极(2)、下铜电极(4)和导线(3)；
所述的上铜电极(2)和下铜电极(4)分别通过强力胶粘贴在复合材料薄片(3)的上下表面，然后喷涂一层防护密封材料；
所述的上铜电极(2)和下铜电极(4)分别与导线(3)连接；
所述的硬质金属板(5)通过强力胶固定在下铜电极(4)上；
所述的复合材料薄片(3)采用量子隧道效应复合材料制成，所述的量子隧道效应复合材料的制造方法包括以下步骤：
A、将刺球状镍粉掺入液态硅橡胶，所述的刺球状镍粉和硅橡胶的质量比为3:1-5:1；
B、搅拌5-20min后压制成型并硫化；
C、切割成长方形的薄片。
2.根据权利要求1所述的一种交通探测传感器，其特征在于：所述的传感器组件(6)有两个或两个以上，采用分布式的方式固定在硬质金属板上。
3.根据权利要求1所述的一种交通探测传感器，其特征在于：所述的镍粉为纳米或微米级刺球形镍粉。
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