CZ306992B6 - A method of measuring speed in traffic and a non-destructive system for implementing this method - Google Patents
A method of measuring speed in traffic and a non-destructive system for implementing this method Download PDFInfo
- Publication number
- CZ306992B6 CZ306992B6 CZ2016-447A CZ2016447A CZ306992B6 CZ 306992 B6 CZ306992 B6 CZ 306992B6 CZ 2016447 A CZ2016447 A CZ 2016447A CZ 306992 B6 CZ306992 B6 CZ 306992B6
- Authority
- CZ
- Czechia
- Prior art keywords
- protective box
- interferometer
- optical fiber
- traffic
- signal
- Prior art date
Links
Abstract
Způsob měření rychlosti v dopravním provozu, kdy je softwarově nastavena úroveň amplitudy signálů vibrací, při jejímž zaznamenání se sepne časový spínač a je zaznamenáván časový záznam snímání laserového paprsku při průjezdu vozidla kolem prvního a druhého interferometru, při detekci signálu s dostatečnou hodnotou odstupu signálu od šumu v rámci druhé senzorové jednotky je časový spínač vypnut, fotodetektorem je signál změněn na měřitelný elektrický proud a z časového průběhu napětí na čase je mezi dvěma maximálními amplitudami dvou vibračně časově posunutých záznamů zjištěna vibrační odezva v časové a frekvenční oblasti a vyhodnocena rychlost vozidla na základě známé vzdálenosti mezi interferometry. Nedestruktivní systém pro měření rychlosti v dopravním provozu pro provádění způsobu měření rychlosti v dopravním provozu, který obsahuje laserový zdroj propojený přes optické vlákno s ochranným boxem, a dále obsahuje fotodetektor propojený koaxiálním kabelem se zařízením pro zpracování signálu, přičemž v ochranném boxuje uspořádán vláknově optický interferometr, kde dále systém obsahuje druhý ochranný box (8) s přesně definovanou vzdáleností od prvního ochranného boxu (8) a optické vlákno (4) intrinzitně spojující první ochranný box (8) s druhým ochranným boxem (8), přičemž ve druhém ochranném boxu (8) je uspořádán vláknově optický interferometr, kdy délka optického vlákna (4) mezi interferometry je 5 až 10 m a druhý ochranný box (8) je spojen optickým vláknem (8) s fotodetektorem (9).A method of measuring speed in traffic when it is software-set vibration amplitude level when the timer is closed and is the time recording of the laser scan is recorded beam when passing the vehicle around the first and second interferometer when detecting a signal with sufficient the signal-to-noise ratio within the other sensor units the timer is off, photodetector, the signal is converted to a measurable electrical the current and the time course of the voltage over time is between two maximum amplitudes of two vibration time vibration response in time a was detected for shifted records frequency domain and evaluate the vehicle speed on based on the known distance between interferometers. Non-destructive speed measurement system in traffic operation to perform a speed measurement method in traffic, which includes a laser source interconnected through an optical fiber with a protective box, and it also contains a photodetector connected by coaxial a cable with a signal processing device, wherein fiber optic arranged in protective box an interferometer, wherein the system further comprises a second protective device box (8) with precisely defined distance from the first a protective box (8) and an optical fiber (4) intrinsically connecting the first protective box (8) to the second protective box box (8), wherein in the second protective box (8) it is a fiber-optic interferometer is arranged when the length optical fiber (4) between interferometers is 5 to 10 m a the second protective box (8) is connected by optical fiber (8) with photodetector (9).
Description
Oblast technikyTechnical field
Navržený nedestruktivní intrinzitní měřicí systém slouží k monitorování rychlosti vozidel na pozemní nebo kolejové komunikaci dopravního provozu bez nutnosti zabudování měřicího systému do pozemní nebo kolejové komunikace.The designed non-destructive intrinsic measuring system is used to monitor the speed of vehicles on the road or rail road traffic without the need to incorporate the measuring system into the road or rail road.
Dosavadní stav technikyBACKGROUND OF THE INVENTION
Měřicí systémy určující rychlost vozidel na pozemní nebo kolejové komunikací, umístěné na pozemní nebo kolejové komunikaci, případně zabudované v pozemní nebo kolejové komunikaci, jsou tvořeny zejména indukčními smyčkami, mikrovlnnými detektory a kamerovými systémy.Measuring systems for determining the speed of vehicles on the road or rail, located on the road or rail, possibly incorporated in the road or rail, consist mainly of induction loops, microwave detectors and camera systems.
Detektory indukčních smyček jsou elektromagnetickými detektory se stacionárním polem pracující na principu změny indukce v elektromagnetickém poli. Tento typ detektoru se skládá z indukční smyčky, vlastního detektoru a analytické jednotky. Indukční smyčky se umísťují pod povrch pozemní komunikace do hloubky cca 25-65 mm, kde se nachází kabelový vodič vytvářející tuto indukční smyčku, kolem které je vytv ořeno magnetické pole. Magnetické pole vytvořené indukční smyčkou je vozidlem (kovovou karoserií vozidla) narušeno a tyto změny jsou následně zaznamenávány detektorem indukční smyčky. Tento systém je použitelný nejen pro měření rychlosti vozidel, ale i pro klasifikaci dopravního proudu, sběr dopravních dat a průzkumů apod. Vzhledem ke své jednoduchosti a spolehlivosti se řadí k nejčastěji používaným detektorům. Nevýhodou je jejich omezená možnost použití v kolejové komunikaci, vyšší náklady na odstraňování poruch vzhledem k instalaci uvnitř pozemní komunikace a náchylnost k přetržení kabelového vodiče vytvářejícího indukční smyčku vlivem těžké dopravy.Induction loop detectors are stationary field electromagnetic detectors working on the principle of induction change in electromagnetic field. This type of detector consists of an induction loop, the detector itself and an analytical unit. Induction loops are placed under the road surface to a depth of about 25-65 mm, where there is a cable conductor creating this induction loop, around which a magnetic field is created. The magnetic field created by the induction loop is disturbed by the vehicle (the metal body of the vehicle) and these changes are then recorded by the induction loop detector. This system is usable not only for measuring vehicle speed, but also for classification of traffic flow, collection of traffic data and surveys, etc. Due to its simplicity and reliability it belongs to the most commonly used detectors. The disadvantage is their limited possibility of use in the railroad, higher costs of troubleshooting due to installation inside the road and the tendency to break the cable conducting the induction loop due to heavy traffic.
Mikrovlnné detektory se využívají pro měření rychlosti vozidel, dále je možné je využít pro kategorizaci vozidel nebo pro určení intenzity provozu. Princip měření je založený na šíření elektromagnetických vln. Rychlost vozidel se měří pomocí Dopplerova jevu s využitím odražených radiových vln v mikrovlnném pásmu. Paprsek elektromagnetického záření vysílaný parabolickou anténou se odráží od karoserie projíždějících vozidel zpět k radaru, kde je zachycen anténou a zesílen. Zpracováním odraženého signálu složitými elektronickými obvody je vypočtena rychlost projíždějícího vozidla. Radar využívá kontinuální vlnu (CW - Continuous Wave) s konstantní frekvencí v čase nebo frekvenčně modulovanou kontinuální vlnu (FMCW - Frequency Modulated Continuous Wave) s proměnnou frekvencí. Mikrovlnné detektory lze používat jako stacionární nebo mobilní zařízení. Stacionární detektory se nejčastěji umísťují nad jízdní pruh proti pohybu dopravního proudu. Nevýhodou řešení je náchylnost na elektromagnetické interference, protože radarové vlny se odrážejí od kovových částí karosérie vozidel a některých terénních překážek, jako jsou například svodidla, sloupy veřejného osvětlení, železné či betonové konstrukce.Microwave detectors are used to measure the speed of vehicles, they can also be used to categorize vehicles or to determine the intensity of traffic. The principle of measurement is based on the propagation of electromagnetic waves. Vehicle speed is measured using the Doppler effect using the reflected radio waves in the microwave band. The beam of electromagnetic radiation emitted by the parabolic antenna is reflected from the body of passing vehicles back to the radar, where it is captured by the antenna and amplified. By processing the reflected signal by complex electronic circuits, the speed of the passing vehicle is calculated. The radar uses a CW (Continuous Wave) with a constant frequency over time or a Frequency Modulated Continuous Wave (FMCW) with a variable frequency. Microwave detectors can be used as stationary or mobile devices. Stationary detectors are most often placed above the lane against traffic flow. The disadvantage of the solution is the susceptibility to electromagnetic interference, as radar waves bounce off the metal parts of the vehicle body and some terrain obstacles such as crash barriers, street lighting poles, iron or concrete structures.
Velmi rozšířený je způsob monitorování pomocí videodetekčního systému. Princip činnosti je založen na digitalizaci statického obrazu, kdy průjezd vozidla změní hodnoty barev a jasu, což je pak signálem pro jeho detekci a identifikaci. Součástí systému je soubor jedné či více propojených videokamer a výkonný počítač pro zpracování a analýzu dat. Videodetekci lze použít pro detekci všech typů vozidel na pozemní i kolejové komunikaci. Systém kamer je schopný evidovat SPZ a na základě doby průjezdu vozidla měřeným úsekem a známé vzdálenosti mezi bodem vjezdu a výjezdu vypočítá průměrnou rychlost vozidla. Zařízení se nedá oklamat změnou jízdního pruhu, jelikož kamery monitorují všechny jízdní pruhy a jsou vzájemně propojeny.The method of monitoring by video detection system is very widespread. The principle of operation is based on the digitization of the static image, when the passage of the vehicle changes the values of color and brightness, which is a signal for its detection and identification. The system includes a set of one or more connected camcorders and a powerful computer for data processing and analysis. Video detection can be used to detect all types of vehicles on the road and rail. The camera system is able to record the license plate number and calculates the average vehicle speed based on the time of the vehicle passing through the measured section and the known distance between the entry and exit points. The device cannot be fooled by changing lanes, as the cameras monitor all lanes and are interconnected.
Akustické senzory jsou zapojeny do uzlů bezdrátových senzorových sítí a umožňují pomocí distribuovaných systémů sledovat a monitorovat dopravní provoz. Každá akustická aktivita způsoCZ 306992 B6 bená odrazem od vozidla je snímána citlivým mikrofonem a pomocí vyhodnocovací jednotky zpracována. Při využití více uzlů a pevně stanovené vzdálenosti lze stanovit i rychlost vozidla.Acoustic sensors are connected to nodes of wireless sensor networks and enable to monitor and monitor traffic using distributed systems. Any acoustic activity caused by the reflection from the vehicle is sensed by a sensitive microphone and processed by the evaluation unit. When using multiple nodes and a fixed distance, the vehicle speed can also be determined.
Optické dopravní senzory a aktivní infračervené dopravní senzory pracují na principu vysílání a příjmu optického paprsku (laserového nebo infračerveného) mezi dvěma referenčními body tvořenými vysílačem a přijímačem. Dva vhodně umístěné senzory v definované vzdálenosti lze použít například pro měření rychlosti. Případně lze zdroj i senzor umístit vedle sebe a snímat odražené paprsky od projíždějících vozidel.Optical traffic sensors and active infrared traffic sensors operate on the principle of transmitting and receiving an optical beam (laser or infrared) between two reference points formed by a transmitter and a receiver. Two suitably positioned sensors at a defined distance can be used, for example, to measure speed. Alternatively, the source and sensor can be placed side by side to capture reflected beams from passing vehicles.
Podstatnou nevýhodou řešení pracujících na principu detekce odrazu paprsku světelného záření od projíždějících vozidel je jejich snížená účinnost vzhledem k nepříznivým vlivům počasí a možné detekci jiných proměnných (např. chodec).A significant disadvantage of solutions based on the principle of detecting the reflection of light beam from passing vehicles is their reduced efficiency due to adverse weather conditions and possible detection of other variables (eg pedestrians).
K měření rychlosti se používají také interferometrické senzory využívající vláknově optické interferometry. Tyto interferometrické senzory jsou založeny na fázové modulaci světelné vlny, která se šíří optickým vláknem, vyvolané působením tlaku při průjezdu vozidla přes optické vlákno. Ze změny fáze detekované světelné vlny se zjišťují naměřené fyzikální veličiny.Interferometric sensors using fiber optic interferometers are also used to measure speed. These interferometric sensors are based on phase modulation of the light wave that propagates through the optical fiber, caused by the pressure applied by the vehicle as it passes through the optical fiber. The measured physical quantities are determined from the phase change of the detected light wave.
Užitný vzor CN201498105 popisuje měření rychlosti a hmotnosti vozidel. Je zde využit interferometr typu Fabry-Perot. Interferometr i optické vlákno je nutné zabudovat do pozemní komunikace, jedná se tedy o destruktivní senzor. Průjezd vozidla kolem interferometrického zařízení způsobí změnu fáze světelné vlny, tato změna se následně vyhodnocuje.Utility model CN201498105 describes the measurement of speed and weight of vehicles. A Fabry-Perot interferometer is used here. Both the interferometer and the optical fiber must be built into the road, so it is a destructive sensor. The passage of a vehicle around an interferometric device causes a change in the phase of the light wave, which is then evaluated.
Dokument WO 02065425 se týká detekce projíždějících vozidel. Pro detekci se využívá optický interferometr s optickým vláknem zabudovaným v pozemní komunikaci. Jedná se tedy o destruktivní senzor. Při průjezdu vozidla přes optické vlákno dojde působením tlaku ke změně fáze světelné vlny, která se vyhodnotí v interferometru. Pro měření rychlosti lze využít přesně definované vzdálenosti zabudovaných optických vláken.WO 02065425 relates to the detection of passing vehicles. Optical interferometer with optical fiber incorporated in the road is used for detection. It is therefore a destructive sensor. When the vehicle passes through the optical fiber, the pressure changes the phase of the light wave, which is evaluated in the interferometer. Precisely defined distances of embedded optical fibers can be used to measure speed.
Užitný vzor CN 200962255 se týká detekce projíždějících vozidel a měření jejich rychlosti za použití dvou vláknově optických interferometrů typu Mach-Zehnder. Dualita zapojení interferometrů způsobuje zvýšení citlivosti, tedy zlepšení poměru signál/šum. Optické vlákno je zabudované v pozemní komunikaci v ochranném kovovém krytu. Jedná se o destruktivní senzor.Utility model CN 200962255 relates to the detection of passing vehicles and the measurement of their speed using two fiber optic interferometers of the Mach-Zehnder type. Dual wiring of interferometers causes increased sensitivity, thus improving signal / noise ratio. Optical fiber is built into the road in a protective metal housing. This is a destructive sensor.
Nevýhody výše uvedených řešení založených na využití interferometru spočívají v tom, že předmět řešení narušuje celistvost pozemní komunikace vzhledem k nutnosti zabudování optického vlákna na/do pozemní komunikace.The disadvantages of the above-mentioned interferometer based solutions are that the object of the solution interferes with the integrity of the road due to the necessity of incorporating the optical fiber on / into the road.
Dokument CN 1641359 popisuje měření rychlosti vozidel za použití dvou interferometrů typu Michelson. Při průjezdu vozidla kolem prvního interferometru dojde k detekování odraženého paprsku laserového záření od vozidla a k sepnutí časového spínače. Po průjezdu vozidla kolem druhého interferometru dochází opět k detekování odraženého paprsku laserového záření od vozidla a časovač se vypne. Z předem dané vzdálenosti interferometrických detektorů a časového intervalu průjezdu vozidla mezi interferometry lze vypočítat rychlost vozidla. Jedná se tedy o nedestruktivní detektor interferometrického záření pro určení rychlosti vozidel, kde optické vlákno slouží pouze k přenosu informace a vlastní detekce vozidla probíhá mimo senzor (extrinzitní senzor). U tohoto systému tedy vzhledem k nepříznivým vlivům počasí a možné detekci jiných proměnných (např. chodec, protijedoucí vozidlo) může docházet ke snížení účinnosti tohoto zařízení. Dále vzhledem k tomu, že laserový paprsek opouští při detekci optické vlákno, může nasazení tohoto řešení například ve městech představovat bezpečnostní riziko (oční kontakt) pro chodce.CN 1641359 discloses measuring vehicle speed using two Michelson-type interferometers. Passing the vehicle around the first interferometer detects the reflected laser beam from the vehicle and activates the timer. After passing the vehicle past the second interferometer, the reflected laser beam is again detected from the vehicle and the timer is turned off. The vehicle speed can be calculated from a predetermined distance of the interferometric detectors and the time interval of the vehicle passing between the interferometers. It is therefore a non-destructive detector of interferometric radiation for determining the speed of vehicles, where the optical fiber serves only for the transmission of information and the actual detection of the vehicle takes place outside the sensor (extrinsity sensor). Thus, due to adverse weather conditions and the possible detection of other variables (eg pedestrian, oncoming vehicle), this device may be less efficient. Furthermore, since the laser beam leaves the optical fiber upon detection, the deployment of this solution, for example in cities, may present a safety risk (eye contact) for pedestrians.
V patentovém spise CZ 305889 Bóje popsán optovláknový interferometrický senzor pro monitorování dopravního provozu ke zjišťování typu projíždějícího motorového vozidla na základě spektrální analýzy z jednoho interferometru, kde je uvedeno, že je možné rozšířit aplikační mož-2CZ 306992 B6 nosti vynálezu na měření hmotnosti nebo rychlosti, kde tento senzor obsahuje laserový zdroj propojený přes optické vlákno s ochranným boxem, z kterého vede optické vlákno do fotodetektoru, který je dále propojen se zařízením pro zpracování signálu, přičemž na vstupu do boxu a výstupu z boxu optické vlákno prochází přes referenční vazební člen a měřicí vazební člen, v nichž se optické vlákno dělí na referenční větev a měřicí větev, přičemž měřicí větev interferometru tvoří měřicí optické vlákno uspořádané na rezonátoru, zatímco referenční větev interferometru tvoří referenční optické vlákno umístěné na tlumicí první ploše, přičemž druhá tlumicí plocha je uspořádaná v odstupu nad první tlumicí plochu.In the patent CZ 305889, a fiber optic interferometric sensor for monitoring traffic traffic for detecting the type of a passing motor vehicle based on spectral analysis from a single interferometer is disclosed, which discloses that it is possible to extend the application of the invention to mass or speed measurement. wherein the sensor comprises a laser source coupled via an optical fiber to a protective box from which the optical fiber is routed to a photodetector, which is further coupled to a signal processing device, at the inlet and outlet of the box the optical fiber passes through a reference coupler and a coupler in which the optical fiber is divided into a reference branch and a measuring branch, the interferometer measuring branch forming the measuring optical fiber arranged on the resonator, while the interferometer reference branch forming the reference optical fiber um disposed on the damping first surface, the second damping surface being spaced above the first damping surface.
Podstata vynálezuSUMMARY OF THE INVENTION
Cílem vynálezu je poskytnout způsob měření rychlosti v dopravním provozu spočívající v tom, že je softwarově nastavena úroveň amplitudy signálu vibrací, při jejímž zaznamenání se sepne časový spínač a je zaznamenáván časový záznam snímání laserového paprsku při průjezdu vozidla kolem prvního a druhého interferometru, při detekci signálu s dostatečnou hodnotou odstupu signálu od šumu v rámci druhé senzorové jednotky je časový spínač vypnut, fotodetektorem je signál změněn na měřitelný elektrický proud a z časového průběhu napětí na čase je mezi dvěma maximálními amplitudami dvou vibračně časově posunutých záznamů zjištěna vibrační odezva v časové a frekvenční oblasti a vyhodnocena rychlost vozidla na základě známé vzdálenosti mezi interferometry.It is an object of the present invention to provide a method of measuring speed in traffic, comprising adjusting the amplitude level of a vibration signal by recording a timer switch and recording a laser beam scanning time when passing a vehicle around the first and second interferometers, with a sufficient signal-to-noise ratio within the second sensor unit, the timer is turned off, the signal is transformed into a measurable electric current by a photodetector, and a vibration response in the time and frequency domain is detected between the two maximum amplitudes of two vibration-shifted records; vehicle speed based on the known distance between interferometers.
Dalším cílem předkládaného vynálezu je vytvoření měřicího systému, který by jednak nevyžadoval zásah do celistvosti pozemní komunikace, nebyl rušen různými vnějšími vlivy, např. nezávislost na počasí, nezávislost na pohybujících se osobách a elektromagnetická imunita, a byl pasivní z hlediska napájení.Another object of the present invention is to provide a metering system which, on the one hand, does not require interference with the integrity of the road, is not disturbed by various external influences, eg independence from weather, independence from moving persons and electromagnetic immunity, and passive in power.
Tohoto cíle je dosaženo prostřednictvím nedestruktivního systému pro měření rychlosti v dopravním provozu pracujícího na bázi dvou vláknově optických interferometrů uspořádaných ve vzájemné přesně definované vzdálenosti, jehož podstata spočívá v tom, že má laserový zdroj propojen přes optické vlákno s prvním ochranným boxem, ze kterého je vedeno optické vlákno přes druhý ochranný box do fotodetektoru, který je dále propojen koaxiálním kabelem se zařízením pro zpracování signálu, přičemž jak v prvním ochranném boxu, tak ve druhém ochranném boxu je uspořádán vláknově optický interferometr. Ochranné boxy interferometru se umísťují přímo do kontaktu s dráhou prostředku, jehož rychlost je měřena, nebo ve vzdálenosti typicky jednotek m od této dráhy. Mohou tak být položeny, např. za krajnicí vozovky, do kolejiště, na hranici kolejového svršku apod.This is achieved by a non-destructive speed measurement system in traffic operating on the basis of two fiber optic interferometers arranged at a precisely defined distance from each other, which consists in having a laser source connected via an optical fiber to the first protective box from which it is led the optical fiber through a second protective box to a photodetector, which is further connected by a coaxial cable to a signal processing device, wherein a fiber optic interferometer is provided in both the first protective box and the second protective box. The interferometer protective boxes are placed directly in contact with the path of the device whose velocity is measured, or at a distance of typically units of m from the path. They can thus be laid, eg behind the roadside, into the track, on the edge of the track superstructure, etc.
Na rozdíl od extrinzitní detekce vozidla probíhající mimo senzor popsané v dokumentu CN 1641359, kde řešení pracuje ve své podstatě jako dvě laserové brány, kdy přerušení paprsku značí detekci a optické vlákno slouží pouze k přenosu informace, tudíž je tento systém náchylný k rušení v závislosti na vnějších podmínkách včetně možné nežádoucí detekce chodců, motocyklů ěi jiných, i protijedoucích, prostředků, je navržený nedestruktivní systému pro měření rychlosti v dopravním provozu tzv. intrinzitní. To znamená, že navrhované řešení nedestruktivního systému pro měření rychlosti v dopravním provozu dle vynálezu umožňuje měřit rychlost na bázi detekce vibrační odezvy projíždějících vozidel přímo od vozovky nebo kolejiště. Díky tomu lze snadno z úrovně amplitudy detekovaného signálu detekovat jen vozidla (chodec, motocykl apod. způsobí oproti automobilu mnohem menší vibrační odezvu). Stačí totiž jen softwarově nastavit určitou úroveň (trigger), odkdy nedestruktivní systém detekovaný signál považuje za užitečný signál.Unlike the extrinsic vehicle detection outside the sensor described in CN 1641359, where the solution operates essentially as two laser gates, where the beam interruption is a detection and the optical fiber only serves to transmit information, this system is susceptible to interference depending on external conditions including possible unwanted detection of pedestrians, motorcycles and other oncoming vehicles, is designed non-destructive system for measuring speed in traffic so-called intrinsic. That is, the proposed solution of the non-destructive speed measuring system in traffic according to the invention allows to measure speed by detecting the vibration response of passing vehicles directly from the roadway or track. Thanks to this, only vehicles can be detected from the amplitude level of the detected signal (pedestrian, motorcycle, etc. will cause much less vibration response compared to the car). It is sufficient to set a certain level of software (trigger) since the non-destructive system considers the detected signal to be a useful signal.
U navrženého nedestruktivního systému pro měření rychlosti v dopravním provozu dualita zapojení a detekce vibrační odezvy projíždějících vozidel přímo od vozovky nebo kolejiště zaručí, že bude vždy detekováno stejné vozidlo - signál z prvního a druhého interferometru je v zařízení pro zpracování signálu porovnán a teprve pokud je shodný s předem stanovenou podobností, např.With the designed non-destructive speed measurement system in traffic, wiring duality and vibration response detection of passing vehicles directly from the roadway or track will ensure that the same vehicle is always detected - the signal from the first and second interferometer is compared in the signal processing device only with a predetermined similarity, e.g.
- 3 CZ 306992 B6 %, stanovuje se rychlost vozidla. Případně lze provést FFT a porovnat signály na základě frekvenční analýzy.The vehicle speed is determined. Alternatively, FFT can be performed and signals can be compared based on frequency analysis.
V konkrétním provedení nedestruktivního systému pro měření rychlosti v dopravním provozu na vstupu každého ochranného boxuje uspořádán vazební dělič, ve kterém je optické vlákno rozděleno na referenční část interferometru a měřicí Část interferometru, a na výstupu každého ochranného boxu je uspořádán vazební dělič pro sloučení optického vlákna z referenční části interferometru a měřicí části interferometru, přičemž referenční část interferometru je umístěna v tlumicí části referenčního ramene. Vláknově optické interferometry uspořádané v prvním a druhém ochranném boxu jsou typu Mach-Zehnder. Snímají nízké frekvence do 3000 Hz pro detekci vibrací projíždějících vozidel. Navržený nedestruktivní systém zpracovává vibrační odezvu v časové a frekvenční oblasti, ze kterých se následně vyhodnocuje rychlost vozidla.In a particular embodiment of a non-destructive system for measuring speed in traffic at the inlet of each protective box, there is a splitter in which the optical fiber is divided into an interferometer reference portion and a measurement portion of the interferometer, and the interferometer reference portion and the interferometer measuring portion, wherein the interferometer reference portion is located in the cushioning portion of the reference arm. The fiber optic interferometers arranged in the first and second protective boxes are of the Mach-Zehnder type. Sensing low frequencies up to 3000 Hz for vibration detection of passing vehicles. The designed non-destructive system processes the vibration response in time and frequency domain, from which the speed of the vehicle is subsequently evaluated.
Oba vláknově optické interferometry jsou zapojeny a uloženy v ochranném boxu s ohledem na co největší citlivost v oblasti nízkých frekvencí pro detekci vibrační odezvy vozidel. Ochranný box je voděodolný, chrání senzor před vnějšími vlivy (nečistoty) a neabsorbuje (dobře přenáší) nízké frekvence odpovídající vibrační odezvě vozidel.Both fiber optic interferometers are wired and housed in a protective box for maximum sensitivity in the low frequency range to detect vehicle vibration response. The protective box is waterproof, protects the sensor from external influences (dirt) and does not absorb (well transmits) low frequencies corresponding to the vibration response of vehicles.
Referenční část interferometru je navržena a uspořádána takovým způsobem, aby došlo k maximální eliminaci nežádoucích signálů. Měřená veličina (vibrační odezva automobilů) působící na měřicí část způsobí změnu optické délky ramene (součin indexu lomu a geometrické délky).The reference part of the interferometer is designed and arranged in such a way as to eliminate undesirable signals as much as possible. The measured quantity (vibration response of cars) acting on the measuring part causes a change in the optical length of the arm (the product of the refractive index and the geometric length).
Oba vláknově optické interferometiy jsou plně pasivní z hlediska napájení elektrickou energií. Navíc vzhledem k malému útlumu optických vláken je možné umístit vyhodnocovací jednotky vzdáleně, až do vzdálenosti jednotek km a oddělit tak místa měření od místa zpracování a vyhodnocování dat. Výše uvedené dělá nedestruktivní systém pro měření rychlosti v dopravním provozu výhodným zejména pro zvláštní provozy - např. aplikace v chemickém průmyslu, monitoring vozů v dole, kde je jiskrové nebezpečí atd.Both fiber optic interferometers are fully passive in terms of power supply. In addition, due to the low attenuation of the optical fibers, it is possible to place the evaluation units remotely up to a distance of units of km, thus separating the measurement sites from the processing and data evaluation site. The above makes the non-destructive speed measuring system in traffic convenient especially for special operations - eg applications in the chemical industry, monitoring cars in mine where there is a spark hazard, etc.
Nedestruktivní systém pro měření rychlosti v dopravním provozu se vyznačuje maximální odolností proti elektrickému a elektromagnetickému rušení, kdy zejména elektrické a elektromagnetické systémy mají s nástupem nových trakčních technologií do tramvajových a železničních vozidel problémy s funkční spolehlivostí. Dalším současným problémem elektrických detekčních systémů, který je překonán řešením dle tohoto vynálezu, je malá odolnost proti ovlivnění, nebo proti poškození atmosférickým výbojem, respektive úderem blesku.The non-destructive system for measuring speed in traffic is characterized by maximum resistance to electrical and electromagnetic disturbances, especially when electrical and electromagnetic systems have problems with functional reliability with the advent of new traction technologies in tram and railway vehicles. Another current problem of electrical detection systems, which is overcome by the solution according to the invention, is a low resistance to influence or damage by atmospheric discharge or lightning strike.
Nedestruktivní systém pro měření rychlosti v dopravním provozuje nenáročný z hlediska instalace (vláknově optické interferometry není nutno zabudovat do vozovky/ kolejiště). Z hlediska stavebních úprav a dodatečných financí se jedná o nezanedbatelnou výhodu. Ochranné boxy s vláknově optickými interferometry je dokonce možné jednoduše umístit např. do kolejiště a uchytit mezi pražce.The non-destructive speed measurement system in the traffic system is easy to install (fiber optic interferometers do not need to be built into the road / rail). This is a significant advantage in terms of construction modifications and additional funding. Protective boxes with fiber optic interferometers can even be easily placed eg in the rails and attached between sleepers.
Navržený nedestruktivní systém pro měření rychlosti v dopravním provozu tedy plně využívá všech potenciálních výhod optických vláken (elektromagnetická imunita, pasivita z hlediska napájení apod.). Mezi další výhodné vlastnosti nedestruktivního systému pro měření rychlosti v dopravním provozu patří:The proposed non-destructive system for measuring speed in traffic therefore fully exploits all potential advantages of optical fibers (electromagnetic immunity, passivity in terms of power supply, etc.). Other advantageous features of the non-destructive speed measurement system in traffic include:
Dualita zapojení vláknově optických interferometrů zvyšující detekční přesnost systémuDual connection of fiber optic interferometers increasing the detection accuracy of the system
Výstup z druhého ochranného boxuje při vhodné konstrukci přímo napojitelný na stávající telekomunikační vláknově optické sítě.The output of the second protective box is of a suitable design directly connectable to the existing telecommunication fiber optic networks.
-4CZ 306992 B6-4GB 306992 B6
Objasnění výkresůClarification of drawings
Vynález je blíže osvětlen za využití výkresů, na kterých obr. 1 zobrazuje základní blokové schéma nedestruktivního systému pro měření rychlosti v dopravním provozu dle vynálezu, obr. 2 zobrazuje jednotlivé prvky ochranného boxu, obr. 3 zobrazuje celkové schéma zapojení nedestruktivního systému pro měření rychlosti v dopravním provozu se zobrazenými prvky ochranných boxů, obr. 4 zobrazuje záznam signálu průjezdu automobilu, obr. 5 zobrazuje možnou implementaci senzorů v kolejišti a obr. 6 zobrazuje možnou implementaci senzorů v pozemní komunikaci.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 shows a basic block diagram of a non-destructive speed measuring system in traffic according to the invention; FIG. 2 shows individual elements of a protective box; FIG. Fig. 4 shows a record of the car's passage signal, Fig. 5 shows a possible implementation of sensors in the track and Fig. 6 shows a possible implementation of sensors in the road.
Příklady uskutečnění vynálezuDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Předmětem vynálezu je nedestruktivní vláknově optický senzorový systém pro měření rychlosti v dopravním provozu, jehož podstata bude vysvětlena na jednotlivých příkladech jeho provedení. Je nasnadě, že níže uvedené popisy jsou ilustrativním vyjádřením aplikace principů tohoto vynálezu.It is an object of the present invention to provide a non-destructive fiber optic sensor system for measuring speed in traffic, the nature of which will be explained in the following examples. It is understood that the descriptions below are illustrative of the application of the principles of the invention.
Na obr. 1 je znázorněno blokové schéma základního provedení nedestruktivního systému pro měření lychlosti v dopravním provozu dle vynálezu. V tomto provedení je jádro nedestruktivního systému pro měření rychlosti v dopravním provozu tvořeno dvěma vláknově optickými interferometry typu Mach-Zehnder uloženými v ochranných voděodolných boxech, které jsou navzájem propojeny konvenčním optickým vláknem. Oba vláknově optické interferometry jsou uspořádány ve vzájemné přesně definované vzdálenosti 1 m, 2 m nebo 5 m. Vláknově optický interferometr uložený v prvním ochranném voděodolném boxu je konvenčním optickým vláknem spojen s laserovým zdrojem i, který musí pracovat s hodnotami výstupního výkonu v rozmezí 2 až 10 mW při dostatečné stabilitě a koherentní délce. Vláknově optický interferometr uložený ve druhém ochranném voděodolném boxu je naopak konvenčním optickým vláknem spojen s fotodetektorem 9, který je dále propojen koaxiálním kabelem 10 se zařízením 11 pro signálové zpracování. Fotodetektor 9 registruje signál vzniklý následkem interference optických paprsků z referenční části 6 interferometru a měřicí části 5 interferometru a mění jej na měřitelný elektrický proud. Zařízení pro signálové zpracování JJ. využívá filtr typu horní propust pro zajištění nulového offsetového napětí, zesilovač a analogově digitální převodník. Software pracuje se signálem v časové doméně. Aplikace zobrazuje průběh zachyceného signálu ve formě napětí v závislosti na čase (amplitudová spektra vstupního signálu) a v podobě amplitudově frekvenčního spektra. Funkce trigger umožňuje nastavit dostatečnou úroveň odstupu signálu od šumového pozadí (SNR), od této úrovně je naměřený signál snímán, je uložena maximální hodnota amplitudy a sepne časový spínač (detekován průjezd vozidla kolem první senzorové jednotky). Při detekci signálu s dostatečnou hodnotou odstupu signálu od šumu v rámci druhé senzorové jednotky časový spínač vypne a aplikace na základě získaných dat stanovuje rychlost vozidla.FIG. 1 is a block diagram of a basic embodiment of a non-destructive system for measuring the lychiness in traffic according to the invention. In this embodiment, the core of a non-destructive speed measurement system in traffic is comprised of two Mach-Zehnder fiber optic interferometers housed in protective waterproof boxes interconnected with a conventional optical fiber. The two fiber optic interferometers are arranged at a precisely defined distance of 1 m, 2 m or 5 m. The fiber optic interferometer housed in the first waterproof protective box is connected by a conventional optical fiber to the laser source i, which must operate with output power values ranging from 2 to 10 mW with sufficient stability and coherent length. Conversely, the fiber optic interferometer housed in the second protective waterproof box is connected to a photodetector 9 by a conventional optical fiber, which is further connected by a coaxial cable 10 to the signal processing device 11. The photodetector 9 registers the signal resulting from the interference of the optical beams from the interferometer reference portion 6 and the interferometer measuring portion 5 and converts it into a measurable electric current. Signal processing equipment JJ. it uses a high-pass filter to provide zero offset voltage, an amplifier and an analog to digital converter. The software works with the time domain signal. The application displays the waveform of the captured signal in the form of voltage versus time (amplitude spectra of the input signal) and in the form of an amplitude frequency spectrum. The trigger function allows to set a sufficient level of signal to background noise (SNR), from which the measured signal is sensed, the maximum amplitude value is stored and the timer is activated (vehicle passage around the first sensor unit detected). When a signal with a sufficient signal-to-noise ratio within the second sensor unit is detected, the timer switches off and the application determines the vehicle speed based on the data obtained.
Propojení pro vláknově optické interferometry z pohledu vstupního a výstupního rozhraní reprezentuje konvenční jednovidové optické vlákno standardu G.652. Délka kabelu musí být volena v rozmezí l až 5000 m. Délka optického vlákna 4 pro spojení vláknově optických interferometrů standardu G.652 musí být zvolena v rozmezí 5 až 10 m v závislosti na vzdálenosti umístění jednotek od sebe, avšak minimální vzdálenost je 5 m.The connection for fiber optic interferometers in terms of input and output interfaces represents a conventional single-mode fiber optic of the G.652 standard. The length of the cable must be chosen between 1 and 5000 m. The length of the optical fiber 4 for the connection of G.652 fiber optic interferometers must be chosen between 5 and 10 m depending on the distance between the units, but the minimum distance is 5 m.
Obr. 2 zobrazuje detailně jednotlivé prvky ochranného boxu. Na vstupu, resp. výstupu, každého ochranného boxu 8_optické vlákno 4 prochází přes vazební dělič 3, ve kterém se optické vlákno 4 dělí na referenční část 6 interferometru a měřicí část 5 interferometru, resp. referenční část 6 interferometru a měřicí část 5 interferometru se slučují do optického vlákna 4, přičemž referenční část 6 interferometru je umístěna v tlumicí části referenčního ramene 7 zahrnující tlumicí materiál. Vazebními členy jsou vláknové děliče s dělicím poměrem 50:50 s tolerancí +/- 5%.Giant. 2 shows in detail the individual elements of the protective box. At the input, respectively. The optical fiber 4 passes through a coupler 3 in which the optical fiber 4 is divided into an interferometer reference portion 6 and an interferometer measuring portion 5, respectively. the interferometer reference portion 6 and the interferometer measuring portion 5 are combined into the optical fiber 4, the interferometer reference portion 6 being located in the cushioning portion of the reference arm 7 comprising the cushioning material. The couplers are fiber splitters with a 50:50 split ratio with +/- 5% tolerance.
-5 CZ 306992 B6-5 CZ 306992 B6
Obr. 3 pak zobrazuje celkové schéma zapojení nedestruktivního systému pro měření lychlosti v dopravním provozu se zobrazenými prvky ochranných boxů. Jsou na něm patrné optické spojky 2 s ochranou spojující optická vlákna na vstupu a výstupu z jednotlivých ochranných boxů.Giant. 3 then shows an overall wiring diagram of a non-destructive system for measuring lychiness in traffic with protective box elements shown. It shows optical couplings 2 with a protection connecting the optical fibers at the inlet and outlet of the individual protective boxes.
Obr. 4 pak schematicky zobrazuje princip vyhodnocení časového intervalu mezi dvěma vozidly, který je stanoven ze dvou maximálních amplitudových hodnot. Na základě pevně známé vzdálenosti mezi senzory je pak stanovena rychlost vozidel.Giant. 4 then schematically illustrates the principle of evaluating the time interval between two vehicles, which is determined from two maximum amplitude values. Based on a fixed distance between the sensors, the speed of the vehicles is then determined.
Obr. 5 zobrazuje možnou implementaci měřicího systému rychlosti v rámci kolejového provozu a ío obr. 6 zobrazuje možnou implementaci měřicího systému v rámci silničního provozu.Giant. 5 shows a possible implementation of a speed measuring system in rail traffic, and FIG. 6 shows a possible implementation of a speed measuring system in road traffic.
Průmyslová využitelnostIndustrial applicability
Navržený nedestruktivní vláknově optický senzorový systém pro měření rychlosti v dopravním provozu lze použít při monitorování a řízení bezpečnosti a hustoty silniční a železniční dopravy, případně dopravy ve zvláštních provozech, např. v dolech, kde hrozí jiskrové nebezpečí.The designed non-destructive fiber optic sensor system for measuring speed in traffic can be used to monitor and control the safety and density of road and rail traffic, or traffic in special operations, eg in mines where there is a risk of spark.
Claims (4)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2016-447A CZ2016447A3 (en) | 2016-07-21 | 2016-07-21 | A method of measuring speed in traffic and a non-destructive system for implementing this method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2016-447A CZ2016447A3 (en) | 2016-07-21 | 2016-07-21 | A method of measuring speed in traffic and a non-destructive system for implementing this method |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CZ306992B6 true CZ306992B6 (en) | 2017-11-01 |
| CZ2016447A3 CZ2016447A3 (en) | 2017-11-01 |
Family
ID=60158035
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CZ2016-447A CZ2016447A3 (en) | 2016-07-21 | 2016-07-21 | A method of measuring speed in traffic and a non-destructive system for implementing this method |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CZ (1) | CZ2016447A3 (en) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2014032390A1 (en) * | 2012-08-28 | 2014-03-06 | Jian Shuisheng | Safe driving method and safe driving system of train based on intelligent optical fiber sensing technology and e-shaped and reverse e-shaped leaky coaxial cables |
| WO2016000064A1 (en) * | 2014-07-04 | 2016-01-07 | Hifi Engineering Inc. | Method and system for detecting dynamic strain |
| US20160061672A1 (en) * | 2014-09-03 | 2016-03-03 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Interferometric optical fiber sensor system and interferometric optical fiber sensor head |
| CZ305889B6 (en) * | 2015-03-05 | 2016-04-20 | Vysoká Škola Báňská - Technická Univerzita Ostrava | Optical-fiber interferometric sensor for monitoring traffic operations |
-
2016
- 2016-07-21 CZ CZ2016-447A patent/CZ2016447A3/en unknown
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2014032390A1 (en) * | 2012-08-28 | 2014-03-06 | Jian Shuisheng | Safe driving method and safe driving system of train based on intelligent optical fiber sensing technology and e-shaped and reverse e-shaped leaky coaxial cables |
| WO2016000064A1 (en) * | 2014-07-04 | 2016-01-07 | Hifi Engineering Inc. | Method and system for detecting dynamic strain |
| US20160061672A1 (en) * | 2014-09-03 | 2016-03-03 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Interferometric optical fiber sensor system and interferometric optical fiber sensor head |
| CZ305889B6 (en) * | 2015-03-05 | 2016-04-20 | Vysoká Škola Báňská - Technická Univerzita Ostrava | Optical-fiber interferometric sensor for monitoring traffic operations |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CZ2016447A3 (en) | 2017-11-01 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10401199B2 (en) | Tracking using distributed fibre optic sensing | |
| US5330136A (en) | Railway coded track circuit apparatus and method utilizing fiber optic sensing | |
| RU2639602C2 (en) | Transport network infrastructure monitoring | |
| US10198946B2 (en) | Traffic monitoring | |
| TWI648548B (en) | Evaluation unit, sensor configuration and corresponding method for sensor configuration for track monitoring | |
| CA2273400C (en) | Method and apparatus for controlling trains by determining a direction taken by a train through a railroad switch | |
| WO2013114135A2 (en) | Control of transport networks | |
| CN109541715B (en) | Railway foreign matter invasion safety sensing and identifying system based on distributed optical fiber sensing | |
| JP7164027B2 (en) | OPTICAL FIBER SENSOR, MONITORING SYSTEM, SENSING POSITION CORRECTION METHOD, AND SENSING POSITION CORRECTION PROGRAM | |
| Nedoma et al. | Non-destructive fiber-optic sensor system for the measurement of speed in road traffic | |
| Wiesmeyr et al. | Distributed acoustic sensing for vehicle speed and traffic flow estimation | |
| JP3528435B2 (en) | Road object detection device | |
| Hussain et al. | Overhead infrared sensor for monitoring vehicular traffic | |
| Nedoma et al. | Fiber-optic interferometric sensor for monitoring automobile and rail traffic | |
| Nedoma et al. | Analysis of the use of fiber-optic sensors in the road traffic | |
| CN108320420B (en) | Double-parameter OTDR perimeter safety monitoring system | |
| CZ306992B6 (en) | A method of measuring speed in traffic and a non-destructive system for implementing this method | |
| CZ30137U1 (en) | Non-destructive system to measure speed in traffic operations | |
| Ahmed et al. | Active and passive infrared sensors for vehicular traffic control | |
| JP7173276B2 (en) | SENSOR SIGNAL PROCESSING DEVICE, OPTICAL FIBER SENSOR DEVICE AND SENSOR SIGNAL PROCESSING METHOD | |
| Ružička et al. | Distributed optical fiber acoustic sensing system for perimeter security | |
| Anderson | Detecting flat wheels with a fiber-optic sensor | |
| CN110045390A (en) | A kind of optical-fiber laser radar train recognition methods based on energy spectral factorization | |
| KR20010027668A (en) | Gathering Principle of Vehicle Perception and Traffic Information with Fiber Optic Sensor | |
| JP2000180219A (en) | Rock fall detecting system |