CN1252446C - 一种车辆超高监测预警装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种保护路桥的车辆超高监测预警装置，包括红外激光探测器，红外激光探测器由调制激光发射电路、接收由于车辆超高部分阻挡而漫反射回来的调制激光接收电路、与调制激光接收电路输出连接的解调电路、与解调电路输出连接的警示电路组成。本发明安装于公路桥梁侧面，其发射的红外调制激光波束离地面的高度为公路桥梁的限高高度，当超高车辆驶向公路桥梁并进入有效监测范围时，该系统的接收电路将接收到由于车辆超高部分阻挡而漫反射回来的红外调制激光，对其进行光电转换、放大和解调等处理后，驱动系统的示警电路发出声光预警，为穿过公路桥梁的超高车辆及时提供预警信息，避免事故的发生，从而保护了桥梁及车辆人员的安全。

Description

一种车辆超高监测预警装置

技术领域

本发明涉及一种保护路桥的车辆超高监测预警装置。

背景技术

近年来，由于超高，车辆在穿过公路桥梁时与桥梁相撞的事故时有发生，造成了生命财产的严重损失。传统的在公路桥梁上书写限高警示语或悬挂限高警示标牌的方法是难以有效消除此类事故发生的。

发明内容

本发明针对上述问题，提供一种车辆超高监测预警装置，该装置能对穿过公路桥梁的来往车辆进行超高监测，对超高车辆及时给司机提供预警信息，避免事故的发生。

本发明提供的技术方案是：一种车辆超高监测预警装置，包括红外激光探测器，红外激光探测器由调制激光发射电路、接收由于车辆超高部分阻挡而漫反射回来的调制激光接收电路、与调制激光接收电路输出端连接的解调电路、与解调电路输出端连接的警示电路组成；调制激光发射电路包括发射触发信号产生电路和激光发射管驱动电路，发射触发信号产生电路的输出端与激光发射管驱动电路输入端相连；调制激光接收电路由光电转换器件的高压工作电源电路、雪崩二极管光电转换电路和多级接收放大电路组成，高压工作电源电路的输出端与雪崩二极管光电转换电路输入端相连，多级接收放大电路输入端与雪崩二极管光电转换电路输出端相连，多级接收放大电路输出端与警示电路的输入端相连。

上述调制激光发射电路还包括能量储备电路和温度补偿电路；能量储备电路输入端与发射触发信号产生电路的输出相连，能量储备电路输出端与激光发射管驱动电路相连，温度补偿电路输出端与能量储备电路相连。

上述解调电路由整形器、分频器和解调器组成；整形器输出端与分频器输入端相连，解调器输入端与分频器输出端相连。

上述警示电路由报警电路和示警电路组成；报警电路和示警电路的输入端分别与解调电路的输出端相连。

本发明可设有四套红外激光探测器，两套为一组，它们分置于公路桥梁两侧面，每个侧面的两个红外激光探测器发射的激光相交汇。

本发明安装于公路桥梁侧面，其发射的红外调制激光波束离地面的高度为公路桥梁的限高高度，当超高车辆驶向公路桥梁并进入有效监测范围时，该系统的接收电路将接收到由于车辆超高部分阻挡而漫反射回来的红外调制激光，对其进行光电转换、放大和解调等处理后，驱动系统的示警电路发出声光预警，为穿过公路桥梁的超高车辆及时提供预警信息，避免事故的发生，从而保护了桥梁及车辆人员的安全。

附图说明

图1是本发明中的红外激光探测器的电路框图；

图2是本发明中红外激光探测器的调制激光发射电路原理图；

图3是本发明中红外激光探测器的电源电路原理图；

图4是本发明中红外激光探测器的调制激光接收电路原理图；

图5是本发明中红外激光探测器的选频、报警和示警电路原理图；

图6是本发明中红外激光探测器的发射头结构示意图；

图7是本发明中红外激光探测器的接收头结构示意图；

图8是本发明安装在公路桥梁上的使用状态示意图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例，对本发明作进一步详细的描述。

参见图1，本发明中的红外激光探测器主要包括：红外调制激光发射电路1，调制激光接收电路2，解调电路3，报警和示警电路4。

图2中555芯片及其周围元件构成多谐振荡器以产生发射触发信号，触发信号处于高电平时，经D2、R21和R11后，在三极管Q2基极形成偏置电压使Q2饱和导通。L1是一自身电阻值极小的电感，Q2饱和导通期间，L1流过足够大的电流使其储备了相当的能量；触发信号为低电平时，Q2截止，电感电路由于发生换路而进入暂态过程，L1两端建立起一极高的感应电压，其通过二极管D8、D9向电容C7、C8充电，由于C7受到与其并连的稳压管D7的稳压限制，L1的储能大部分转移到了C8上，使C8两端建立起高压。555芯片产生的发射触发信号的高电平还经过C6和R15构成的微分电路和D4后形成三极管Q3基极的正向触发脉冲。D4的作用除隔离微分电路产生的负向脉冲外，还利用其正向压降把干扰脉冲阻挡在外而避免误触发。Q3组成的是一射极跟随器，其基极出现正向触发脉冲后，C7放电Q3导通射极输出一上升沿极陡的正向脉冲，该脉冲触发Q4导通，C8迅速放电，在短时间内形成对激光管D10的极大注入电流，超过激光管发射阈值而使其发射出激光脉冲。由于555芯片产生的是一周期触发信号，故而激光管发射的是一调制激光脉冲。图2中运放U1、U2及其周围元件构成温度补偿电路，以稳定发射电路的工作状态。其工作原理是：D1为电压型温度传感器，温度上升，两端电压增加；温度下降，两端电压减小。温度升高时，U1同相端电压增加，U2反相端电压增加，调整管Q1基极电压减小，其电流变大，Q1集电极与发射极间电压变小，Q1集电极的电位变大，L1储能就多些，其向C8转移的能量也多些，当C8放电时对激光管D10的注入电流也大些，从而削弱了由于温度升高而导致的激光管发射阈值升高带来的发射功率降低的问题。同理，温度下降时，温度补偿电路同样可以稳定激光管发射功率。

激光对人眼损伤的程度取决于激光的波长，人眼受激光作用时间和剂量。在设计发射电路时，可通过选用小功率激光发射管和降低激光脉冲的占空比等措施来确保使用的安全。

图4中555芯片及其周围元件构成多谐振荡器驱动开关管Q5将VCC直流斩波，升压变压器T1及D14管组成单端反激式升压开关电源，R25、C12和C13组成滤波电路，其输出接入调整管Q8和由对管Q6Q7及周围元件构成的差动放大电路以完成自动调压功能，从而得到稳定的直流高压作接收电路中光电转换器件雪崩二极管APD的高压工作电源。多级接收放大电路的前置级由两个场管Q10Q11组成，Q11的高输入阻抗适合于接入微弱信号，Q10的高输出阻抗充当了Q11的输出端电阻以确保前置级具有较高的增益；其后几级分别是由Q13和Q14组成的两级选频放大电路，由Q12和Q16组成的两级射极跟随器：选频放大电路只对接收到的光电信号基波分量予以放大以提高接收电路可靠性；射极跟随器实现信号顺利可靠地级间传递。多级接收放大电路级间采用阻容耦合方式，其中电容值较小，这些电容一方面起到高通滤波作用，增强了多级接收放大电路抗干扰能力；另一方面由于高通滤波只保留信号高频分量，所以还具有一定的信号波形整形作用，使得最初输入的脉冲信号幅度虽有所差异，但最终放大处理后输出的脉冲信号幅度却大致相同，从而实现了接收信号稳定性。

当汽车超高后，调制激光脉冲被阻挡，接收电路将接收到漫反射回来的调制激光，对其进行光电转换、放大后向图5中的斯密特触发器U3A(整形器)输入周期脉冲信号以进行整形，D触发器U4A(分频器)对整形后的信号二分频然后输入LM567及其周围元件构成的解调器，若此输入信号频率等于解调器的特征频率，LM567的8脚输出由高电平变为低电平，图5中VT1截止，VT2、Q17饱和导通，继电器RELAY-SPST常开开关吸合，警示灯RED-BULK点亮；与此同时报警集成电路KD9561获得电源而工作，从其0/P脚输出报警信号，最后经VT3，VT4构成的互补放大电路放大后推动扬声器发出报警声(“前方车辆超高，请立即停车”)。

图3中电源部分平时把路灯照明系统的供电降压整流后通过一片7812来向整个系统提供稳压。当断电时，后备蓄电池12V电源投入工作以维持系统的正常工作。

如图6、图7所示，本发明的红外激光探测器设有发射头7和接收头9，发射头7内设有激光光源5及发射物镜6，将激光光源5置于发射物镜6的焦点附近，光源经过物镜发出发射角很小的准平行光。在这里选择的发射物镜成像球差要小，透过率要高。发射头7的出光口下端设有光束下挡板8，安装时，为校正准直误差，发射头7略向上倾斜，配合发射头光束下挡板8，确保发射红外激光束平行于路面。接收头9内设有物镜10及位于物镜焦点的接收管12，则反射回来的光束经过接收物镜10将光能聚集到接收管12的光敏面，大大增强了光敏面上的接收光强。在设计接收光学系统时，选择的接收物镜10的口径尽可能大，视场角尽可能小，以增大接收光能量，减小入射的背景杂散光；此外还可考虑增加滤光片11来衰减发射光频谱范围的背景光噪音。

本发明由四套红外激光探测器组成(参见图8)，它们分置于公路桥梁14两侧面，每边两套。每个侧面的两套红外激光探测器发射的激光相交汇(交汇点位于被监测车道上方)，交汇点13与公路桥梁的距离应保证汽车有足够的刹停距离；交汇点13与两个激光发射点所构成的平面与路面平行且相距的距离为本公路桥梁的限高高度。

Claims (7)

1.一种车辆超高监测预警装置，包括红外激光探测器，其特征在于：红外激光探测器由调制激光发射电路、接收由于车辆超高部分阻挡而漫反射回来的调制激光接收电路、与调制激光接收电路输出端连接的解调电路、与解调电路输出端连接的警示电路组成；调制激光发射电路包括发射触发信号产生电路和激光发射管驱动电路，发射触发信号产生电路的输出端与激光发射管驱动电路输入端相连；调制激光接收电路由光电转换器件的高压工作电源电路、雪崩二极管光电转换电路和多级接收放大电路组成，高压工作电源电路的输出端与雪崩二极管光电转换电路输入端相连，多级接收放大电路输入端与雪崩二极管光电转换电路输出端相连，多级接收放大电路输出端与警示电路的输入端相连。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：调制激光发射电路还包括能量储备电路和温度补偿电路；能量储备电路输入端与发射触发信号产生电路的输出相连，能量储备电路输出端与激光发射管驱动电路相连，温度补偿电路输出端与能量储备电路相连。

3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于：解调电路由整形器、分频器和解调器组成；整形器输出端与分频器输入端相连，解调器输入端与分频器输出端相连。

4.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于：警示电路由报警电路和示警电路组成；报警电路和示警电路的输入端分别与解调电路的输出端相连。

5.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于：红外激光探测器设有发射头和接收头，发射头内设有激光光源及发射物镜，接收头内设有物镜及位于物镜焦点的接收管。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于：发射头出光口下端设有光束下挡板，接收头内物镜与接收管之间设有滤光片。

7.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于：设有四套红外激光探测器，两套为一组，它们分置于公路桥梁两侧面，每个侧面的两个红外激光探测器发射的激光相交汇。

Images