CN109764913B - 路面条件检测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种路面条件检测装置及方法。该装置包括：壳体，所述壳体上安装有环形电极和测温传感器，所述壳体内部包括：电容检测电路、电导率检测电路、温度检测电路，所述电容检测电路与所述电导率检测电路连接，所述温度检测电路与所述测温传感器连接，通过将所述环形电极分别接入所述电容检测电路和所述电导率检测电路，用以判断路面凝露或者路面结冰的状态。本申请解决了路面条件检测装置的测量结果不可靠和不准确的技术问题。通过本申请可以有效检测出当前路面是否已经发生了凝露、结冰，以及露水和结冰的厚度。此外，在本申请中通过多电极增加电容和电导率值测量的可靠性。

Description

路面条件检测装置及方法

技术领域

本申请涉及硬件领域，具体而言，涉及一种路面条件检测装置及方法。

背景技术

由于天气寒冷导致路面凝露、结冰而引发的大量的交通事故。

发明人发现，已有的路面条件检测装置在测量时由于需要将路面结冰情况转化为液体再进行液体导电率测量，从而导致测量结果不可靠。同时，也不能够准确获得凝露或者结冰的厚度，进而无法预知对交通安全的危害程度。

针对相关技术中路面条件检测装置的测量结果不可靠和不准确的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

本申请的主要目的在于提供一种路面条件检测装置及方法，以解决路面条件检测装置的测量结果不可靠和不准确的问题。

为了实现上述目的，根据本申请的一个方面，提供了一种路面条件检测装置。

根据本申请的路面条件检测装置包括：壳体，所述壳体上安装有环形电极和测温传感器，所述壳体内部包括：电容检测电路、电导率检测电路、温度检测电路，所述电容检测电路与所述电导率检测电路连接，所述温度检测电路与所述测温传感器连接，通过将所述环形电极分别接入所述电容检测电路和所述电导率检测电路，用以判断路面凝露或者路面结冰的状态。

进一步地，通过将所述环形电极分别接入所述电容检测电路时，用于检测所述路面凝露或者路面结冰的厚度。

进一步地，通过将所述环形电极分别接入所述电导率检测电路时，用于检测所述路面是否存在凝露或者路面是否结冰的状态。

进一步地，所述温度检测电路与所述测温传感器连接时，用于判断是否结冰。

进一步地，所述环形电极在接入所述电容检测电路时，用于作为电容。

进一步地，所述环形电极在接入所述电导率检测电路时，用于作为电极。

进一步地，所述壳体包括：上壳体和骨架，所述上壳体为聚四氟乙烯材质，所述骨架为不锈钢材质结构。

进一步地，所述壳体内部灌封环氧胶填充。

为了实现上述目的，根据本申请的另一方面，提供了一种路面条件检测方法。

根据本申请的路面条件检测方法包括：接入第一电极组以使所述第一电极组作为电容进行电容测量，第一测量结果作为路面凝露或者结冰厚度；接入第二电极组以使所述第二电极组作为电极进行电导率测量，第二测量结果用于判断路面是否存在凝露或者结冰；获取温度的第三测量结果，测量结果用于辅助判断是否有结冰；根据所述第一测量结果、所述第二测量结果以及所述第三测量结果，判断路面是否有凝露或结冰发生，以及在所述路面有凝露或结冰发生时获取对应的表面露水厚度或结冰层厚度。

进一步地，所述方法用于所述的路面条件检测装置，当所述路面条件检测装置表面露水或冰层厚度不同时，所述第一测量结果发生变化；当所述路面条件检测装置表面存在露水或结冰时，所述第二测量结果发生变化；当所述路面条件检测装置表面的温度值变化至使路面结冰的温度时，产生第三测量结果。

在本申请实施例中，采用壳体上安装环形电极和测温传感器，壳体内设置电容检测电路、电导率检测电路、温度检测电路的方式，通过所述电容检测电路与所述电导率检测电路连接，所述温度检测电路与所述测温传感器连接，达到了通过将所述环形电极分别接入所述电容检测电路和所述电导率检测电路，从而实现了判断路面凝露或者路面结冰的状态的目的技术效果，进而解决了路面条件检测装置的测量结果不可靠和不准确的技术问题。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解，使得本申请的其它特征、目的和优点变得更明显。本申请的示意性实施例附图及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1是根据本申请实施例的路面条件检测装置外部结构示意图；

图2是根据本申请实施例的路面条件检测装置内部结构示意图；

图3是根据本申请另一实施例的路面条件检测装置外部结构示意图；

图4是根据本申请实施例的路面条件检测方法流程示意图；

图5是根据本申请另一实施例的路面条件检测方法流程示意图；

图6是电容检测电路和电导率检测电路的电路原理示意图；

图7是温度检测电路的电路原理示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

在本申请中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“中”、“竖直”、“水平”、“横向”、“纵向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系。这些术语主要是为了更好地描述本申请及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。

并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本申请中的具体含义。

此外，术语“安装”、“设置”、“设有”、“连接”、“相连”、“套接”应做广义理解。例如，可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，或电连接；可以是直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

如图1所示，该路面条件检测装置包括：壳体1，所述壳体1上安装有环形电极3和测温传感器2，所述壳体1内部包括：电容检测电路4、电导率检测电路5、温度检测电路6，所述电容检测电路4与所述电导率检测电路5连接，所述温度检测电路6与所述测温传感器2连接，通过将所述环形电极3分别接入所述电容检测电路4和所述电导率检测电路5，用以判断路面凝露或者路面结冰的状态。所述壳体1可以为图1所示的形状，或者也可以采用其他便于安装测量的形状，在本申请的实施例中并不进行限定。在所述壳体1上安装有环形电极3，所述环形电极3可以包括多个用于与壳体1内部的电路结构通过导线相连接。所述壳体1上安装有测温传感器2，所述测温传感器2可以是NTC测温传感器或者其它可测量温度的传感器，在本申请的实施例中并不进行限定。所述壳体1内部还具体包括电容检测电路4、电导率检测电路5、温度检测电路6的电路结构，并且在所述电路结构之间通过导线连接。所述电容检测电路4用于执行电容检测，通过所述电容检测电路4能够根据壳体1表面的露水或者冰层厚度相关的电容之间的电压值获取得到凝露或者冰层的厚度。所述电导率检测电路5用于执行电导率检测，通过所述电导率检测电路5能够根据壳体1表面存在露水或者结冰时，电极之间的介质参数会发生改变。所述温度检测电路6用于执行温度检测，并且通过所述温度检测电路6与所述测温传感器2连接，通过所述温度检测电路6能够直接获取所述壳体1表面的温度值。所述通过将所述环形电极3分别接入所述电容检测电路4和所述电导率检测电路5，用以判断路面凝露或者路面结冰的状态可以包括路面凝露或者路面结冰的厚度以及路面是否结冰等状态判断结果。

从以上的描述中，可以看出，本申请实现了如下技术效果：

在本申请实施例中，采用壳体上安装环形电极和测温传感器，壳体内设置电容检测电路、电导率检测电路、温度检测电路的方式，通过所述电容检测电路与所述电导率检测电路连接，所述温度检测电路与所述测温传感器连接，达到了通过将所述环形电极分别接入所述电容检测电路和所述电导率检测电路，从而实现了判断路面凝露或者路面结冰的状态的目的技术效果，进而解决了路面条件检测装置的测量结果不可靠和不准确的技术问题。

根据本申请实施例，作为本实施例中的优选，通过将所述环形电极3分别接入所述电容检测电路4时，用于检测所述路面凝露或者路面结冰的厚度。具体地，首先，将环形电极3中一组电极(31，32)组成的电容接入了P电极和N电极之间。然后，输出特定频率的脉冲信号，并对所述P电极和所述N电极之间的电容周期性地进行充放电。最后，由于所述壳体1表面的露水或冰层厚度不同，所述P电极和所述N电极之间的电容大小就会不同，电容大小的不同会影响产生不同电压值，通过所述电压值与壳体表面的露水或冰层厚度有个函数关系。优选地，在进行上述用于检测所述路面凝露或者路面结冰的厚度的操作时，所述环形电极在接入所述电容检测电路时，用于作为电容。

根据本申请实施例，作为本实施例中的优选，通过将所述环形电极3分别接入所述电导率检测电路5时，用于检测所述路面是否存在凝露或者路面是否结冰的状态。具体地，将环形电极3中一组电极(31,32)分别作为电极，分别接入信号驱动接口和模数转换接口之间。当所述壳体1的表面存在露水或结冰时，就会改变所述电极之间的介质参数，从而导致电压值的变化。通过所述电导率检测电路5可以辅助判断凝露或者结冰的情况。优选地，在进行上述检测所述路面是否存在凝露或者路面是否结冰的状态操作时，所述环形电极在接入所述电导率检测电路时，用于作为电极。

根据本申请实施例，作为本实施例中的优选，所述温度检测电路与所述测温传感器连接时，用于判断是否结冰。具体地，将设定阻值的电阻与所述测温传感器组成分压电路，通过固定电压信号产生的电压可以直接换算出当前所述壳体1的表面温度值。

根据本申请实施例，作为本实施例中的优选，所述壳体1包括：上壳体11和骨架12，所述上壳体11体为聚四氟乙烯材质，所述骨架12为不锈钢材质结构。具体地，所述上壳体11整个壳体骨架使用的是做过磨砂处理的304不锈钢材质，既可以防腐蚀，又可以起到增加阻尼防止安装过程中因为手滑而跌落损坏。在本申请的实施例中，并不对具体的不锈钢材质进行限定，只要能够符合相关功能即可。此外，所述上壳体11的主体采用聚四氟乙烯材质，可以有效防止腐蚀，同时也做了表面磨砂处理，防止操作中滑落损坏。

根据本申请实施例，作为本实施例中的优选，所述壳体1内部灌封环氧胶填充。具体地，所述壳体1的内部整体灌封环氧胶，既起到密封防水的效果，又增强结构整体的牢固性。

优选地，所述上壳体11的中心是所述测温传感器2比如是一个NTC测温传感器，所述壳体1的内部装聚四氟乙烯作为上壳体11，并在内部用灌封环氧胶密封固定，保证传感器与壳体充分接触、利于温度传到；同时达到了密封的效果，保证设备表面的液体不会渗透进设备内部。然后通过导线连接到内部的测试电路上。

优选地，所述上壳体11设置有4对所述环形电极3，每对环形电极3包含内外圈2个电极，分别用螺丝固定到所述上壳体11，然后在所述壳体1内部通过导线连接到检测功能电路板上对应的位置。

需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

根据本申请实施例，还提供了一种用于实施上述路面条件检测装置的路面条件检测方法，如图4所示，该方法包括：

步骤S102，接入第一电极组以使所述第一电极组作为电容进行电容测量，第一测量结果作为路面凝露或者结冰厚度；

具体地，首先，将第一电极组组成的电容接入P电极和N电极之间。然后，输出特定频率的脉冲信号，并对所述P电极和所述N电极之间的电容周期性地进行充放电。最后，由于所述装置表面的露水或冰层厚度不同，所述P电极和所述N电极之间的电容大小就会不同，电容大小的不同会影响产生不同电压值，通过所述电压值与壳体表面的露水或冰层厚度有个函数关系。

步骤S104，接入第二电极组以使所述第二电极组作为电极进行电导率测量，第二测量结果用于判断路面是否存在凝露或者结冰；

具体地，将第二电极组的电极分别作为电极，分别接入信号驱动接口和模数转换接口之间。当所述装置的表面存在露水或结冰时，就会改变所述电极之间的介质参数，从而导致电压值的变化。通过所述接入第二电极组以使所述第二电极组作为电极进行电导率测量可以辅助判断凝露或者结冰的情况。优选地，在进行上述检测所述路面是否存在凝露或者路面是否结冰的状态操作时，所述环形电极在接入所述电导率检测电路时，用于作为电极。

步骤S106，获取温度的第三测量结果，测量结果用于辅助判断是否有结冰；

具体地，将设定阻值的电阻与所述测温传感器组成分压电路，通过固定电压信号产生的电压可以直接换算出当前所述装置的表面温度值。

步骤S108，根据所述第一测量结果、所述第二测量结果以及所述第三测量结果，判断路面是否有凝露或结冰发生，以及在所述路面有凝露或结冰发生时获取对应的表面露水厚度或结冰层厚度。

通过融合根据所述第一测量结果、所述第二测量结果以及所述第三测量结果三种测量数据来达到准确测量路面有无凝露或结冰发生、以及具体露水或冰层的厚度是多少的目的。具体地，通过电容测量计算表面露水或冰层厚度；然后，通过电导率值辅助判断凝露和结冰情况；根据温度值测量，辅助判断是否有结冰存在，增加结冰检测的可靠性。

作为本实施例中的优选，在本申请实施例中的方法用于所述的路面条件检测装置，请参考图5，所述方法还包括：

步骤S202，当所述路面条件检测装置表面露水或冰层厚度不同时，所述第一测量结果发生变化；

由于在所述路面条件检测装置表面露水或冰层厚度不同时，所述第一测量结果会发生变化，所以根据所述第一测量结果的变化量与所述路面条件检测装置表面露水或冰层厚度的关系，得到露水或冰层厚度。

步骤S204，当所述路面条件检测装置表面存在露水或结冰时，所述第二测量结果发生变化；

由于在所述路面条件检测装置表面存在露水或结冰时，所述第二测量结果发生变化，所以根据所述第二测量结果的变化量与表面是否存在露水或结冰时的不同，得到表面是否在露水或结冰。

步骤S206，当所述路面条件检测装置表面的温度值变化至使路面结冰的温度时，产生第三测量结果。

由于在所述路面条件检测装置表面的温度值变化至使路面结冰的温度时，产生第三测量结果。所以根据所述第三测量结果与表面的温度值是否变化至使路面结冰的温度时，得到表面温度。

请参考图6至7，对本申请中路面条件检测装置的实现原理进行详细地说明。在本申请的实施例中具体通过所述电容检测电路4、所述电导率检测电路5以及所述温度检测电路6实现不同的测量模式，具体包括：

(1)电容测量模式

如图6所示，通过给信号网络CH1_MODE高电平，来控制模拟开关芯片U9和U10，并且将电极CH1_ELECTRODE_1和CH1_ELECTRODE_2分别接通到信号网络，ELECTRODE_P和ELECTRODE_N。位于装置壳体顶端的一组电极组成的电容就接入了ELECTRODE_P和ELECTRODE_N之间。此时，给网络MOI-DRIVE1低电平，并通过Q2将电源VCC-MCU给到有源晶振Y3、异或门U8等。此时晶振Y3开始输出特定频率的脉冲信号，这个脉冲信号经过R18给ELECTRODE_P和ELECTRODE_N之间的电容周期性地充放电。

进一步地，由于装置壳体表面露水或冰层厚度不同，导致ELECTRODE_P和ELECTRODE_N之间的电容大小就会不同，电容的不同会导致R18两端的电压值不同也就是即异或门U8的两个输入引脚1、2间电压不同，进而导致异或门U8的引脚4输出的电压波形不同，引脚4上的电压信号被R20和C25组成的滤波器平滑处理后，在输出网络MOI-ADC1上会相应产生一个稳定的电压。这个电压值与壳体表面的露水或冰层厚度具有固定的函数关系。通过所述电压值与壳体表面的露水或冰层厚度具有固定的函数关系，可以得到露水或冰层厚度。

(2)电导率EC测量模式

如图6所示，通过给信号网络CH1_MODE低电平，来控制模拟开关芯片U9、U10，将电极CH1_ELECTRODE_1和CH1_ELECTRODE_2分别接通到信号网络EC-DRIVE1和EC-ADC1。从而在装置壳体顶端的一组电极就接入了EC-DRIVE1和EC-ADC1之间。接着，再给EC-DRIVE1一个高电平脉冲，所述高点平脉冲会通过电机EC-DRIVE1和EC-ADC1之间的介质传到电阻R21上，并在R21上产生一个正脉冲。这个脉冲的最大值跟这对电极之间的介质参数有关系，通过测量R21上的最大值，可以推测出电极之间的介质情况。

具体地，在本方案中，当壳体表面存在露水或结冰时，就会改变电极之间的介质参数，从而导致电阻R21两端电压值得变化。通过所述电极之间的介质参数变化情况判断出壳体表面是否存在露水或结冰。

(3)温度测量

如图7所示，R22与J7具体地比如是由NTC传感器组成的分压电路，在信号网络TEM-DRIVE施加固定电压的信号，TEM-ADC会产生相应的电压，通过这个电压可以直接换算出当前设备表面的温度值。

综上，在本申请的实施例中，通过电容测量计算表面露水或冰层厚度。通过EC电导率值辅助判断凝露和结冰情况。通过温度值测量辅助判断是否有结冰存在，增加结冰检测的可靠性。此外，采用多对电极增加电容和EC电导率值测量的可靠性。

显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本申请的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本申请不限制于任何特定的硬件和软件结合。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种路面条件检测装置，其特征在于，包括：壳体，所述壳体上安装有环形电极和测温传感器，其中环形电极包括电极组，采用4对所述环形电极，每对环形电极包含内外圈2个电极，所述壳体内部包括：电容检测电路、电导率检测电路、温度检测电路，所述电容检测电路与所述电导率检测电路连接，所述温度检测电路与所述测温传感器连接，通过将所述环形电极的电极组分别接入所述电容检测电路和所述电导率检测电路，用以判断路面凝露或者路面结冰的状态；

通过将所述环形电极的电极组分别接入所述电容检测电路时，用于检测所述路面凝露或者路面结冰的厚度；将环形电极中一组电极组成的电容接入P电极和N电极之间，输出特定频率的脉冲信号，并对所述P电极和所述N电极之间的电容周期性地进行充放电；

通过将所述环形电极的电极组分别接入所述电导率检测电路时，用于检测所述路面是否存在凝露或者路面是否结冰的状态；将环形电极中一组电极分别作为电极，分别接入信号驱动接口和模数转换接口之间。

2.根据权利要求1所述的路面条件检测装置，其特征在于，所述温度检测电路与所述测温传感器连接时，用于判断是否结冰。

3.根据权利要求1所述的路面条件检测装置，其特征在于，所述环形电极的电极组在接入所述电容检测电路时，用于作为电容。

4.根据权利要求1所述的路面条件检测装置，其特征在于，所述环形电极的电极组在接入所述电导率检测电路时，用于作为电极。

5.根据权利要求1所述的路面条件检测装置，其特征在于，所述壳体包括：上壳体和骨架，所述上壳体为聚四氟乙烯材质，所述骨架为不锈钢材质结构。

6.根据权利要求5所述的路面条件检测装置，其特征在于，所述壳体内部灌封环氧胶填充。

7.一种路面条件检测方法，其特征在于，包括：

电容检测电路接入环形电极的第一电极组以使所述第一电极组作为电容进行电容测量，第一测量结果作为路面凝露或者结冰厚度；采用4对所述环形电极，每对环形电极包含内外圈2个电极；通过将所述环形电极的电极组分别接入所述电容检测电路时，用于检测所述路面凝露或者路面结冰的厚度；将环形电极中一组电极组成的电容接入P电极和N电极之间，输出特定频率的脉冲信号，并对所述P电极和所述N电极之间的电容周期性地进行充放电；

电导率检测电路接入环形电极的第二电极组以使所述第二电极组作为电极进行电导率测量，第二测量结果用于判断路面是否存在凝露或者结冰；通过将所述环形电极的电极组分别接入所述电导率检测电路时，用于检测所述路面是否存在凝露或者路面是否结冰的状态；将环形电极中一组电极分别作为电极，分别接入信号驱动接口和模数转换接口之间；

获取温度的第三测量结果，测量结果用于辅助判断是否有结冰；

根据所述第一测量结果、所述第二测量结果以及所述第三测量结果，判断路面是否有凝露或结冰发生，以及在所述路面有凝露或结冰发生时获取对应的表面露水厚度或结冰层厚度。

8.根据权利要求7所述的路面条件检测方法，其特征在于，用于如权利要求1所述的路面条件检测装置，

当所述路面条件检测装置表面露水或冰层厚度不同时，所述第一测量结果发生变化；

当所述路面条件检测装置表面存在露水或结冰时，所述第二测量结果发生变化；当所述路面条件检测装置表面的温度值变化至使路面结冰的温度时，产生第三测量结果。

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