CN107687873A - 一种路面结冰传感器 - Google Patents

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Abstract

本发明属于路面结冰自动检测的技术领域，具体涉及一种路面结冰传感器，解决了现有结冰传感器操作复杂，精度容易受影响的问题，包括传感探头，所述的传感器探头设置于路基切出的凹槽中与路基直接接触，其包括密封的玻璃管，玻璃管里面装有一半体积的液态水，另一半体积为空气，玻璃管一端为硬质密封，另一端也为硬质密封、并设置有气体压力传感器和温度传感器，气体压力传感器的探头设置于玻璃管内，本发明使用原理简单，安装方便、数据稳定可靠、使用寿命长。

Description

一种路面结冰传感器
技术领域
本发明属于路面结冰自动检测的技术领域，具体涉及一种路面结冰传感器。
背景技术
近年来随着经济的发展，高速公路上的车辆越来越多，发生的交通安全事故也逐渐增多，特别是在冬季，路面结冰的情况下更容易发生意外事故。主要是由于人们没有及时得到路面状况信息而造成巨大的损失。
授权公告号为205301440U公开了一种根据金属电容片对冰、水、空气的不同相对介电常数的原理而发明的一种道路路面结冰传感器，该传感器可以检测是否结冰，但也存在一些问题，如需要安装多组金属片，操作复杂并且路面上如果有尘土等杂物也可能会影响测量精度。
发明内容
本发明为了解决现有结冰传感器操作复杂，精度容易受影响的问题，提供了一种一种路面结冰传感器，通过采集结冰传感器的信息到互联网或道路交通广播电台，这样通过信息传播给来往车辆车主进行提示以有效避免交通事故的发生，减少人身财产损失。该传感器具有结构简单、稳定性好、使用效果好的特点。
本发明采用如下的技术方案实现：
一种路面结冰传感器，包括传感探头，所述的传感器探头设置于路基切出的凹槽中与路基直接接触，其包括密封的玻璃管，玻璃管里面装有一半体积的液态水，另一半体积为空气，玻璃管一端为硬质密封，另一端也为硬质密封、并设置有气体压力传感器和温度传感器，气体压力传感器的探头设置于玻璃管内。
所述的路面结冰传感器还包括信号调理模块、存储模块、MCU数据处理模块、DC-DC电源模块以及传感器接口模块，所述的信号调理模块用于将气体压力传感器和温度传感器采集到的信号进行降噪、滤波处理，并发送到所述MCU数据处理模块，所述MCU数据处理模块用于将气体压力数据和温度数据融合，根据压力数据和温度数据判断路面结冰情况，并将判断结果通过传感器接口模块传输给外部；所述的存储模块用于存储测量数据，所述的DC-DC电源模块用于给传感探头、信号调理模块、MCU数据处理模块及存储模块提供电源，所述的传感器接口模块还用于连接外部电源给所述DC-DC电源供电。
所述MCU数据处理模块的判断依据如下：当同时满足气体压力数据增大且温度≤0℃两个条件时，则判定路面结冰，否则，判断路面不结冰。进一步的，当温度远大于0度时，不管压力传感器是否有压力，判断没有结冰；当温度大于0度接近于0度时，如果压力传感器压力等于0，则没有结冰，如果压力大于0，则判断正在融化中；当温度小于0度时，如果压力传感器压力大于0，则判断有冰，如果压力传感器压力为零则将要结冰。
所述的玻璃管沿平行于轴线的方向上有一个平切面。所述的凹槽垂直于路的走向，且靠路基外侧，传感器放置在凹槽内，传感器的平切面与路基平齐。以玻璃管圆心为起点，玻璃管半径的三分之二处作为平切面。
相同质量下的水和冰，冰的体积比水大。当路基的温度从零度以上降低到零度以下时，路基通过玻璃管壁把外界的路基温度传给玻璃管内部的水。玻璃管内部的水首先会变成零度的水，然后是冰水混合状态直至最后完全结冰，这个过程中，由于玻璃管的体积一定，同样质量下冰的体积比水大，所以玻璃管上方的气体压力会变大，这样就可以采用气体压力传感器检测玻璃管内气体的压力，并结合温度传感器采集的温度数据，综合判断路面的结冰情况，并将准确的路面结冰信息分别通过UART接口协议和开关量接口输出检测结果。
本发明具有如下有益效果：使用原理简单，安装方便、数据稳定可靠、使用寿命长等特点。该传感器含有已校准数字信号输出的温度和气压传感器的复合传感器，确保该具有极高的可靠性与卓越的长期稳定性，并与一个高性能8位单片机MCU数据处理模块相连接，单片机负责数据的融合处理及结果的输出。因此该传感器具有品质卓越、超快响应、抗干扰能力强、性价比极高等优点。该传感器采用单线制串行接口和开光量高输出接口，使系统集成变得简易快捷。超小的体积、极低的功耗，信号传输距离可达20米以上。
附图说明
图1是结冰传感器横向切面图结构图；
图2是结冰传感器纵向切面结构图；
图3是结冰传感器电气连接示意图；
图一中：1-硬质密封、2-液态水、3-空气、4-玻璃管、5-气体压力传感器、6-硬质密封圈、7-温度传感器、8-信号调理模块、9-存储模块、10-MCU数据处理模块、11-DC-DC电源模块、12-传感器接口模块、13-传感探头。
具体实施方式
结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。
一种路面结冰传感器，包括传感探头13，所述的传感器探头13设置于路基切出的凹槽中与路基直接接触，其包括密封的玻璃管4，玻璃管4里面装有占玻璃管体积一半的液态水2，另一半为空气3，玻璃管一端为硬质密封1，另一端也为硬质密封6、并设置有气体压力传感器5和温度传感器7，气体压力传感器的探头设置于玻璃管内。所述的玻璃管沿平行于轴线的方向上有一个平切面。所述的凹槽垂直于路的走向，且靠路基外侧，传感器放置在凹槽内，传感器的平切面与路基平齐。以玻璃管圆心为起点，玻璃管半径的三分之二处作为平切面。
路基通过接触探头玻璃管的玻璃管壁把路面温度传输到玻璃管4内部，从而会引起玻璃管4内部的水2和玻璃管内上方的空气3压力变化，从而引起传感探头内部气压传感器5和温度传感器7检测数据的变化并输出。
所述路面结冰传感器，还包括信号调理模块8、存储模块9、MCU数据处理模块10、DC-DC电源模块11、传感器接口模块12。
所述信号调理模块8用于是把气体压力传感器5和温度传感器7采集到的信号进行降噪、滤波等处理，并发送到所述MCU数据处理模块10，主要通过硬件电路实现。MCU数据处理模块10将气体压力数据和温度数据融合，根据压力数据和温度数据判断路面结冰情况，并将判断结果通过传感器接口模块12传输给外部。存储模块9用于存储测量数据、缓存数据。DC-DC电源模块11用于给传感探头13，信号调理模块8，MCU数据处理模块10，及存储模块9提供电源。传感器接口模块12用来与外部做数据通信及电源引入接口。
所述传感器放置到路基切出的凹槽中，路基通过接触传感探头13防爆玻璃管4的玻璃管壁把路面温度传输到玻璃管4内部，从而会引起玻璃管4内部的水2和玻璃管内上方的空气压力3变化，从而引起传感探头内部气压传感器5和温度传感器7检测数据的变化并输出信号到信号调理模块8，信号经过信号调理模块8的降噪、滤波等处理后被MCU数据处理模块10采集到，然后经过数据融合分析判断把结果通过UART接口协议和GPIO接口协议输出给传感器接口模块12该传感器通过检测玻璃管内部的气体3压力和水2的温度，综合判断是否结冰。当同时满足气体压力增大且温度≤0℃两个条件时，则判定结冰，否则，判断路面不结冰，提高了检测的准确性。进一步的，当温度远大于0度时，不管压力传感器是否有压力，判断没有结冰；当温度大于0度接近于0度时，如果压力传感器压力等于0，则没有结冰，如果压力大于0，则判断正在融化中；当温度小于0度时，如果压力传感器压力大于0，则判断有冰，如果压力传感器压力为零则将要结冰。
所述路面结冰传感器的技术参数：
工作电压：3.3V≤VCC≤12V
功耗：0.25w
通讯方式：UART串口和开关量输出
信号传输距离：可达20米以上
灵敏度：0.1℃/0.2%FS
工作温度范围：-40℃—125℃
工作湿度范围：≤90%
外壳防护等级：IP68
频率响应：0-1MHZ。

Claims (6)

1.一种路面结冰传感器，其特征在于包括传感探头（13），所述的传感器探头（13）设置于路基切出的凹槽中与路基直接接触，其包括密封的玻璃管（4），玻璃管（4）里面装有一半体积的液态水（2），另一半体积为空气（3），玻璃管（4）一端为硬质密封（1），另一端也为硬质密封（6）、并设置有气体压力传感器（5）和温度传感器（7），气体压力传感器（5）的探头设置于玻璃管（4）内；
所述的路面结冰传感器还包括信号调理模块（8）、存储模块（9）、MCU数据处理模块（10）、DC-DC电源模块（11）以及传感器接口模块（12），所述的信号调理模块（8）用于将气体压力传感器（5）和温度传感器（7）采集到的信号进行降噪、滤波处理，并发送到所述MCU数据处理模块（10），所述MCU数据处理模块（10）用于将气体压力数据和温度数据融合，根据压力数据和温度数据判断路面结冰情况，并将判断结果通过传感器接口模块（12）传输给外部；所述的存储模块（9）用于存储测量数据，所述的DC-DC电源模块（11）用于给传感探头（13）、信号调理模块（8）、MCU数据处理模块（10）及存储模块（9）提供电源，所述的传感器接口模块（12）还用于连接外部电源给所述DC-DC电源模块（11）供电。
2.根据权利要求1所述的一种路面结冰传感器，其特征在于所述MCU数据处理模块的判断依据如下：当同时满足气体压力数据增大且温度≤0℃两个条件时，则判定路面结冰，否则，判断路面不结冰。
3.根据权利要求2所述的一种路面结冰传感器，其特征在于当温度远大于0度时，不管压力传感器是否有压力，判断没有结冰；当温度大于0度接近于0度时，如果压力传感器压力等于0，则没有结冰，如果压力大于0，则判断正在融化中；当温度小于0度时，如果压力传感器压力大于0，则判断有冰，如果压力传感器压力为零则将要结冰。
4.根据权利要求1或2或3所述的一种路面结冰传感器，其特征在于所述的玻璃管（4）沿平行于轴线的方向上有一个平切面。
5.根据权利要求4所述的一种路面结冰传感器，其特征在于所述的凹槽垂直于路的走向，且靠路基外侧，传感器放置在凹槽内，传感器的平切面与路基平齐。
6.根据权利要求5所述的一种路面结冰传感器，其特征在于以玻璃管（4）圆心为起点，玻璃管半径的三分之二处作为平切面。
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