CN212180213U - 基于桥梁健康监控系统的车轴车速仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出了基于桥梁健康监控系统的车轴车速仪，采用MOS管作为低噪声放大器内部的微波晶体管，提供较低的噪声系数，MOS管的噪声系数直接影响信号接收系统的噪声系数，同时采用MOS管还可以提高信号接收系统的灵敏度；通过在低噪声放大器中设置偏置电路，可以为MOS管提供稳定的偏置电流，并确定MOS管静态工作点，以便提高放大器的输入电阻，降低输入偏置电流、输入失调电流及其温漂；通过在低噪声放大器中设置保护电路，可以在低噪声放大器失去放大作用时，保护MOS管不被损坏；同时能够将直流偏置信号即低频信号传输到MOS管上去，而又能防止MOS管的射频信号进入直流通路。

Description

基于桥梁健康监控系统的车轴车速仪

技术领域

本实用新型涉及桥梁健康监测系统领域，尤其涉及基于桥梁健康监控系统的车轴车速仪。

背景技术

一般情况下，桥梁健康监测系统包含如图1所示的四个子系统，并通过网络互联工作。其中，传感器系统包括：位移计、加速度计、水平仪、温度计、风速风向仪、车轴车速仪和信息放大处理器等。车轴车速仪用于检测车辆通过桥梁的速度，车辆速度是桥梁结构健康监测系统的测评参数。目前，车轴车速仪检测车速的方法主要有GPS测速、多普勒雷达测速、激光测速、双传感器触发测速、基于视频图像的测速以及基于RFID的测速方法，其中，基于RFID的测速方法以其不受环境影响、成本低、不会对路面造成损坏、使用寿命长等优点广泛应用与车道车速检测中。

基于RFID道路系统的车速检测系统一般由铺设于路面的无源RFID标签、安装在车上的RFID阅读器、信息处理模块以及信息共享模块组成，通过RFID阅读器读取路面的标签，并由信息处理模块记录RFID阅读器每一次读取标签的时间，选取阅读器连续读取两个相邻标签的时间差，在提前已知标签间距的情况下，就可以计算出机动车在该两个连续标签之间的平均速度。

基于RFID道路系统中信号发射系统和信号接收系统通常会集成到一块，信号接收系统的一般结构如图2所示，信号接收系统负责将从空间接收到的信号预处理，滤波器将无用的信号滤除掉，有用信号被保留下来。但此时的信号功率非常小，需要送到低噪声放大器中放大，然后信号在下变频器中与本振源产生的本振频率信号混频输出中频信号，中频信号再经过一系列的处理转换为处理器能够工作的基带信号。然而现有的信号接收系统存在噪声系数低并且灵敏度低的问题，因此，为解决上述问题，本实用新型提供基于桥梁健康监控系统的车轴车速仪，其基于RFID道路系统实现车速检测，并且优化设计RFID道路系统的信号接收系统，使信号接收系统具有较低的噪声系数和较高的灵敏度。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提出了基于桥梁健康监控系统的车轴车速仪，其基于RFID道路系统实现车速检测，并且优化设计RFID道路系统的信号接收系统，使信号接收系统具有较低的噪声系数和较高的灵敏度。

本实用新型的技术方案是这样实现的：本实用新型提供了基于桥梁健康监控系统的车轴车速仪，其包括RFID芯片、天线、滤波器、低噪声放大器和混频器，低噪声放大器包括MOS管、偏置电路和保护电路；

天线通过滤波器与MOS管的栅极电性连接，偏置电路的输入端与电源电性连接，偏置电路的输出端与保护电路的输入端电性连接，保护电路的输出端分别与MOS管的栅极和漏极电性连接，MOS管的源极接地，MOS管的漏极与混频器的射频信号输入端电性连接，混频器的本振信号输入端与本振信号电性连接，混频器的输出端与RFID芯片的射频信号接收端电性连接。

在以上技术方案的基础上，优选的，偏置电路包括：电阻R41-R43；

电源通过分别与电阻R42的一端和电阻R43的一端电性连接，电阻R43的另一端与保护电路的输入端电性连接，电阻R42的另一端分别与电阻R41的一端和保护电路的输入端电性连接，电阻R41的另一端接地。

进一步优选的，保护电路包括：电感L10-L15、电容C33-C37、阻抗Z14和阻抗Z15；

电感L10的一端与电阻R42的另一端电性连接，电感L10的另一端与MOS管的栅极电性连接，MOS管的栅极通过串联的电容C36和电感L14与滤波器的输出端电性连接，电容C37的一端与电容C36和电感L14的中间连接点电性连接，电容C34、电感L15和阻抗Z14相互并联，电感L15的一端与电感L14和滤波器的输出端的中间连接点电性连接，电容C37的另一端和电感L15的另一端均接地；

电感L11的一端与电阻R43的另一端电性连接，电感L11的另一端与MOS管的漏极电性连接，MOS管的漏极通过串联的电容C33和电感L13与混频器的射频信号输入端电性连接，电感C35的一端和阻抗Z15的一端分别并联在电感L13的两端，电感C35的另一端和阻抗Z15的另一端分别接地；

MOS管的源极通过电感L12接地。

本实用新型的基于桥梁健康监控系统的车轴车速仪相对于现有技术具有以下有益效果：

(1)采用MOS管作为低噪声放大器内部的微波晶体管，提供较低的噪声系数，MOS管的噪声系数直接影响信号接收系统的噪声系数，同时采用MOS管还可以提高信号接收系统的灵敏度；

(2)通过在低噪声放大器中设置偏置电路，可以为MOS管提供稳定的偏置电流，并确定MOS管静态工作点，以便提高放大器的输入电阻，降低输入偏置电流、输入失调电流及其温漂；

(3)通过在低噪声放大器中设置保护电路，可以在低噪声放大器失去放大作用时，保护MOS管不被损坏；同时能够将直流偏置信号即低频信号传输到MOS管上去，而又能防止MOS管的射频信号进入直流通路。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为桥梁健康监控系统的结构示意图；

图2为RFID系统中信号接收系统的结构示意图；

图3为本实用新型基于桥梁健康监控系统的车轴车速仪的结构示意图；

图4为本实用新型基于桥梁健康监控系统的车轴车速仪中低噪声放大器的电路图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施方式，对本实用新型实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本实用新型一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本实用新型中的实施方式，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方式，都属于本实用新型保护的范围。

本实施例中，车轴车速仪采用RFID道路系统完成测量运行中车辆速度的功能。RFID道路系统的原理为：一般由铺设于路面的无源RFID标签、安装在车上的RFID阅读器、信息处理模块以及信息共享模块组成，通过RFID阅读器读取路面的标签，并由信息处理模块记录RFID阅读器每一次读取标签的时间，选取阅读器连续读取两个相邻标签的时间差，在提前已知标签间距的情况下，就可以计算出机动车在该两个连续标签之间的平均速度。其中，RFID阅读器读取路面的标签信息属于信号接收系统，信号接收系统的结构图如图2所示。实际应用中，对信号接收系统的灵敏度要求越来越高，现有的信号接收系统无法达到要求，由于低噪声放大器对整个信号接收系统灵敏度影响最大，因此，本实施例中，设计优化低噪声放大器的结构，使信号接收系统具有较低的噪声系数和较高的灵敏度。

如图1所示，本实用新型的基于桥梁健康监控系统的车轴车速仪，其包括RFID芯片、天线、滤波器、低噪声放大器和混频器。其中，滤波器将无用的信号滤除掉，起到信道选择的作用，有用信号被保留下来；低噪声放大器滤除信号中的背景噪声，在噪声的干扰下分离出有用的微弱信号，并将该微弱信号进行放大；混频器将放大后的信号与本振源产生的本振频率信号混频，并输出中频信号，中频信号再经过一系列的处理转换成RFID芯片可以处理的基带信号。

进一步优选的，如图3所示，低噪声放大器包括MOS管、偏置电路和保护电路；

具体的连接方式为：天线通过滤波器与MOS管的栅极电性连接，偏置电路的输入端与电源电性连接，偏置电路的输出端与保护电路的输入端电性连接，保护电路的输出端分别与MOS管的栅极和漏极电性连接，MOS管的源极接地，MOS管的漏极与混频器的射频信号输入端电性连接，混频器的本振信号输入端与本振信号电性连接，混频器的输出端与RFID芯片的射频信号接收端电性连接。

进一步优选的，偏置电路，向MOS管提供合适的偏置电流，确定MOS管静态工作点。MOS管的输入级通常要求提供一个比较小的偏置电流，而且应该非常稳定，以便提高放大器的输入电阻，降低输入偏置电流、输入失调电流及其温漂等。本实施例中，偏置电路包括：电阻R41-R43；具体的连接方式为：电源通过分别与电阻R42的一端和电阻R43的一端电性连接，电阻R43的另一端与保护电路的输入端电性连接，电阻R42的另一端分别与电阻R41的一端和保护电路的输入端电性连接，电阻R41的另一端接地。

进一步优选的，由于低噪声放大器在极端情况下，会表现出不稳定或者振荡的情况，这样会对低噪声放大器产生损害，失去了其放大的作用，低噪声放大器失去放大的作用即MOS管被损坏，因此，为了保护MOS管不被损坏，本实施例中，设置了保护电路，能够将直流偏置信号即低频信号传输到MOS管上去，而又能防止MOS管的射频信号进入直流通路。

本实施例中，保护电路包括：电感L10-L15、电容C33-C37、阻抗Z14和阻抗Z15；具体的连接关系为：电感L10的一端与电阻R42的另一端电性连接，电感L10的另一端与MOS管的栅极电性连接，MOS管的栅极通过串联的电容C36和电感L14与滤波器的输出端电性连接，电容C37的一端与电容C36和电感L14的中间连接点电性连接，电容C34、电感L15和阻抗Z14相互并联，电感L15的一端与电感L14和滤波器的输出端的中间连接点电性连接，电容C37的另一端和电感L15的另一端均接地；

电感L11的一端与电阻R43的另一端电性连接，电感L11的另一端与MOS管的漏极电性连接，MOS管的漏极通过串联的电容C33和电感L13与混频器的射频信号输入端电性连接，电感C35的一端和阻抗Z15的一端分别并联在电感L13的两端，电感C35的另一端和阻抗Z15的另一端分别接地；

MOS管的源极通过电感L12接地。

其中，电感L12是MOS管的负反馈，通过调节电感L12的参数，可以使低噪声放大器的工作频率稳定；电容C36和电容C33是隔离电容，阻止直流信号传输到滤波器和混频器中；电感L10和电感L11分别用于去除高频共模干扰；电容C34和电感L15起谐振作用；电感L14和电容C37，以及电感L13和电容C35分别组成LC滤波器；阻抗Z14和阻抗Z15分别起到限制电流的作用。

本实施例的有益效果为：采用MOS管作为低噪声放大器内部的微波晶体管，提供较低的噪声系数，MOS管的噪声系数直接影响信号接收系统的噪声系数，同时采用MOS管还可以提高信号接收系统的灵敏度；

通过在低噪声放大器中设置偏置电路，可以为MOS管提供稳定的偏置电流，并确定MOS管静态工作点，以便提高放大器的输入电阻，降低输入偏置电流、输入失调电流及其温漂；

通过在低噪声放大器中设置保护电路，可以在低噪声放大器失去放大作用时，保护MOS管不被损坏；同时能够将直流偏置信号即低频信号传输到MOS管上去，而又能防止MOS管的射频信号进入直流通路。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施方式而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (3)

1.基于桥梁健康监控系统的车轴车速仪，其包括RFID芯片、天线、滤波器、低噪声放大器和混频器，其特征在于：所述低噪声放大器包括MOS管、偏置电路和保护电路；

所述天线通过滤波器与MOS管的栅极电性连接，偏置电路的输入端与电源电性连接，偏置电路的输出端与保护电路的输入端电性连接，保护电路的输出端分别与MOS管的栅极和漏极电性连接，MOS管的源极接地，MOS管的漏极与混频器的射频信号输入端电性连接，混频器的本振信号输入端与本振信号电性连接，混频器的输出端与RFID芯片的射频信号接收端电性连接。

2.如权利要求1所述的基于桥梁健康监控系统的车轴车速仪，其特征在于：所述偏置电路包括：电阻R41-R43；

所述电源通过分别与电阻R42的一端和电阻R43的一端电性连接，电阻R43的另一端与保护电路的输入端电性连接，电阻R42的另一端分别与电阻R41的一端和保护电路的输入端电性连接，电阻R41的另一端接地。

3.如权利要求2所述的基于桥梁健康监控系统的车轴车速仪，其特征在于：所述保护电路包括：电感L10-L15、电容C33-C37、阻抗Z14和阻抗Z15；

所述电感L10的一端与电阻R42的另一端电性连接，电感L10的另一端与MOS管的栅极电性连接，MOS管的栅极通过串联的电容C36和电感L14与滤波器的输出端电性连接，电容C37的一端与电容C36和电感L14的中间连接点电性连接，电容C34、电感L15和阻抗Z14相互并联，电感L15的一端与电感L14和滤波器的输出端的中间连接点电性连接，电容C37的另一端和电感L15的另一端均接地；

所述电感L11的一端与电阻R43的另一端电性连接，电感L11的另一端与MOS管的漏极电性连接，MOS管的漏极通过串联的电容C33和电感L13与混频器的射频信号输入端电性连接，电感C35的一端和阻抗Z15的一端分别并联在电感L13的两端，电感C35的另一端和阻抗Z15的另一端分别接地；

所述MOS管的源极通过电感L12接地。

Images