KR100501607B1 - Non-contact vehicle speed detecting device - Google Patents
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- G08G1/01—Detecting movement of traffic to be counted or controlled
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Abstract
본 발명은 주행중인 차량의 속도를 레이저를 이용한 비접촉식으로 속도 및 거리를 보다 정확하게 측정하고 다 차선에서도 정확하게 측정할 수 있도록 하는 비접촉식 다차선 무인 속도감지기에 관한 것이다.The present invention relates to a non-contact multi-lane unmanned speed sensor that can more accurately measure the speed and distance by a non-contact type laser using a laser and to accurately measure even in multiple lanes.
이를 실현하기 위한 본 발명은, 거리측정을 위해 이동물체에 레이저신호를 조준하여 발사하는 레이저송신부, 이동물체에 반사되어 되돌아오는 상기 레이저신호를 수신하는 레이저수신부, 상기 레이저신호의 발사시점과 반사되어 되돌아온 귀환시점사이의 시간측정을 위해 기준클럭을 카운트하는 디지탈카운터부, 카운트된 최종 기준클럭의 펄스상승시점부터 귀환시점 사이의 카운트되지 못하는 잔여시간을 검출하는 잔여시간검출부, 상기 잔여시간에 대응된 검출펄스를 확장시키는 펄스확장부, 확장된 펄스를 디지탈신호로 변환하여 일정시간동안 그 결과값을 적분하는 아날로그/디지탈 변환부, 상기 디지탈카운터부의 측정시간과 아날로그/디지탈변환부에 의해 측정된 잔여시간을 합산하여 이동물체의 속도를 최종 판단하는 제어부로 이루어져, 다차선에서 정확하게 이동물체의 속도를 측정할 수 있는 효과가 있는 발명임.The present invention for realizing this, the laser transmitting unit for aiming and firing a laser signal to the moving object for distance measurement, the laser receiving unit for receiving the laser signal reflected back to the moving object, and reflected from the time of firing the laser signal A digital counter unit that counts the reference clock for measuring the time between the returned feedback points, a residual time detector that detects the remaining time that cannot be counted between the pulse rising time of the counted final reference clock and the return point, and corresponding to the remaining time A pulse expansion unit for expanding the detection pulse, an analog / digital conversion unit converting the extended pulse into a digital signal and integrating the resultant for a predetermined time, and the remaining time measured by the measurement time and the analog / digital conversion unit of the digital counter unit It is made up of a control unit for finally determining the speed of the moving object by summing the time, Im invention that is effective to measure the velocity of the moving object accurately from the lane.
Description
본 발명은 주행중인 차량의 속도를 무인으로 비접촉식 방식을 이용하여 측정할 수 있도록 하는 무인 속도감지기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 레이저를 이용한 비접촉식으로 속도 및 거리를 보다 정확하게 측정하고 다 차선에서도 정확하게 측정할 수 있도록 하는 비접촉식 다차선 무인 속도감지기에 관한 것이다.The present invention relates to an unmanned speed sensor that can measure the speed of a vehicle being driven unattended using a non-contact method, more specifically, to measure the speed and distance more precisely in a non-contact way using a laser and to accurately measure even in multiple lanes. The present invention relates to a non-contact multi-lane unmanned speed sensor that allows.
일반적으로 도로상에는 과속차량을 단속하여 교통안전을 기하기 위해 차량의 속도를 감지하는 장치와 함께 무인단속카메라를 설치하여 규정속도를 위반한 차량에 대해서는 번호판을 촬영하여 과태료를 부과하도록 하고 있다. In general, in order to ensure traffic safety by controlling speeding vehicles on the road, an unmanned speed camera is installed along with a device that detects the speed of the vehicle, and a license plate is imposed for a vehicle that violates the specified speed by photographing a license plate.
차량의 속도감지기로는 루프코일방식, 고주파방식, 레이저방식, 초음파방식을 이용한 센서를 채용한 기술들이 개시되어 있고, 주로 접촉식인 루프코일방식을 많이 사용하고 있다.As a speed sensor of a vehicle, techniques using a sensor using a loop coil method, a high frequency method, a laser method, and an ultrasonic method have been disclosed, and a lot of contact loop coil methods are mainly used.
루프코일방식은 차량속도를 감지하고자 하는 도로상에 루프코일을 매설하고 차량이 루프코일 위를 지나갈 때 루푸코일의 인덕턴스 변화를 감지하여 교통신호지역제어기로 전송하여 차량의 속도를 산출하도록 하고, 그 결과 과속차량이 감지된 경우 무인카메라를 작동시켜 차량의 번호판을 촬영하여 차량의 속도정보와 차량이미지정보를 교통관제센터로 전송하도록 하고 있다.The roof coil method embeds the roof coil on the road to detect the vehicle speed, detects the change in inductance of the lufu coil when the vehicle passes over the roof coil, and transmits it to the traffic signal area controller to calculate the speed of the vehicle. As a result, when the speeding vehicle is detected, the unmanned camera is operated to photograph the license plate of the vehicle and transmit the vehicle speed information and the vehicle image information to the traffic control center.
그런데, 루프코일은 도로상에 설치됨으로 인해 설치시 루프코일에 대응하는 형상으로 도로면을 절단한 후 방수처리를 함과 아울러 감지신호를 전송하기 위해 루프코일에서 교통신호지역제어기까지 전송라인을 매설하여야 하는 등 설치작업이 복잡한 문제점이 있었다. 또한, 루프코일이 설치된 차선내에서만 차량의 속도감지가 가능하여, 설치위치가 노출된 지역에서는 단속효과가 저감되어지며, 차선마다 감지장치를 설치하기 위해서는 많은 노력과 비용이 수반되는 문제점이 있었다.However, since the roof coil is installed on the road, the transmission line is embedded from the roof coil to the traffic signal zone controller to cut the road surface into a shape corresponding to the roof coil at the time of installation and to perform waterproofing and to transmit a detection signal. There was a complicated problem with the installation work. In addition, the speed detection of the vehicle is possible only in the lane in which the roof coil is installed, and the intermittent effect is reduced in the area where the installation location is exposed, and there is a problem that a lot of effort and cost are involved in installing the detection device for each lane.
이에 따라 비접촉식으로 차량의 주행속도를 감지하기 위한 수단으로서 레이저방식을 이용한 속도감지기가 알려져 있는데, 이는 레이저를 차량에 발사하는 시점과 반사되어 되돌아오는 시점을 감지하여 발사시점과 귀환시점 사이의 시간을 계산함으로써 차량의 속도를 감지할 수 있도록 이루어진 것이다. 그런데 차량의 속도계산은 차량에 레이저를 펄스로 발사하여 차량에 반사되어 귀환되는 시간의 변화율로 연산을 하는데, 빛의 속도가 매우 빠르기 때문에 레이저 펄스 발사 시점과 귀환시점 사이의 시간을 측정하기란 매우 힘들고 나노세컨드 단위의 오차도 차량 속도를 측정함에 있어서 커다란 오차를 발생시킨다. 그래서 일반적인 카운터로 매우 짧은 시간을 측정할 수 있는 기술의 필요성이 대두되고 있다.Accordingly, a speed sensor using a laser method is known as a means for detecting a driving speed of a vehicle in a non-contact manner, which detects the time when the laser is fired on the vehicle and the return time is reflected back to determine the time between the launch time and the return time. By calculating the speed of the vehicle can be detected. However, the speed calculation of the vehicle is calculated by the rate of change of the time that the laser is emitted to the vehicle and reflected by the vehicle. Since the speed of light is very fast, it is very difficult to measure the time between the laser pulse firing point and the return point. Tough, nanosecond errors also cause big errors in measuring vehicle speed. Therefore, the need for a technology that can measure very short time with a general counter is emerging.
특히, 레이저를 이용하여 거리를 측정하기 위하여는 전자적 신호 처리와 광학적으로 레이저를 최대한의 에너지로 측정대상물에 보낼 수 있어야 하며 측정대상물에 비친 빛을 디텍팅하기 위하여 최대한으로 집광 할 수 있어야 한다. 레이저를 이용한 속도감지기에서 전자적 신호 처리부로는 레이저를 발사시키는 트리거부, 레이저수신부, 거리데이터추출부로 구성된다. 트리거부의 핵심은 얼마나 빠른 시간에 레이저 다이오드로 충분한 전류를 공급하느냐며 이것은 실제 레이저 펄스의 상승시간(rising time)을 결정하는 중요한 요소이다. 하지만 이것은 소자의 특성에 많은 부분이 의존하며 근래의 발전된 반도체 기술에 의하여 고속의 트랜지스터가 개발되었고 상품화되어 구현에 있어서 그다지 어려움이 없다. 하지만 레이저수신부나 거리데이터추출부는 소자의 특성에 의존하기보다 구현 방식에 따라 그 성능이 많이 좌우된다. In particular, in order to measure distance using a laser, it is necessary to be able to send the laser signal to the measurement object with electronic signal processing and optically at maximum energy, and to be able to focus as much as possible to detect the light reflected on the measurement object. In the speed sensor using a laser, the electronic signal processing unit includes a trigger unit for emitting a laser, a laser receiver, and a distance data extractor. The key to the trigger is how quickly the laser diode supplies enough current, which is an important factor in determining the rising time of the actual laser pulse. However, this depends largely on the characteristics of the device, and high speed transistors have been developed and commercialized by recent advanced semiconductor technologies, and there is no difficulty in implementation. However, the performance of the laser receiver or the distance data extractor depends on the implementation rather than on the characteristics of the device.
첫번째로 거리 및 속도 측정을 위한 시스템의 레이저수신부 설계 시 유의해야 할 점은 빛의 특성이다. 빛은 거리에 따라서 그 에너지가 분산된다는 것이다. 이것은 레이저 펄스의 분산(dispersion)으로 나타나며 이것은 거리를 측정하기 위한 타이밍 에러(timing error)를 야기시킨다. 즉 레이저가 발사되는 시점과 반사되어 되돌아오는 귀환시점의 변화로 속도를 계산하는데 빛이 반사되어 오는 귀환시점을 정하는 기준을 정하여 놓는다면 입사되는 빛의 상승하는 기울기가 변하기 때문에 그 기울기의 변화로 인한 기준시간이 흔들릴 수 있다. 다른 하나는 매우 적은 양의 빛 에너지를 감지해야 하기 때문에 APD(Avalanche Photo Diode) 라는 레이저 다이오드를 사용해야 하며 이를 구동하기 위해서는 고전압의 바이어스가 필요하다. 그런데 APD의 특성상 이 소자는 온도에 따라 그 출력전류의 특성이 변하기 때문에 온도의 변화에 따라 바이어스 전압을 변화 시켜야 한다. 온도 변화에 따라 바이어스 전압을 조절하는 것은 자동이득제어회로(AGC)를 이용하면 되나 빛의 분산에 의한 타이밍에러는 대표적인 해결 방법이 없다. 또한, AGC를 사용하는 것은 응답의 속도가 문제가 되며 액티브 회로의 증가는 노이즈 소스의 증가와 같기 때문에 적합한 솔루션이 될 수 없다. The first thing to keep in mind when designing the laser receiver of a system for distance and speed measurements is the nature of the light. Light is its energy dissipated over distance. This is represented by the dispersion of the laser pulses, which causes a timing error to measure the distance. In other words, if you set the standard to determine the return point from which the light is reflected, the speed of the incident light changes as the rising slope of the incident light changes. The reference time may shake. The other must sense a very small amount of light energy, so a laser diode called the APD (Avalanche Photo Diode) must be used, which requires a high voltage bias. However, due to the nature of the APD, the device's output current varies with temperature, so the bias voltage must change with temperature. Adjusting the bias voltage according to the temperature change can be performed by using an automatic gain control circuit (AGC), but there is no representative solution to the timing error due to light dispersion. Also, using AGC is not a suitable solution because the speed of the response is an issue and the increase in active circuits is equivalent to the increase in noise sources.
본 발명은 상기한 사정을 감안하여 발명한 것으로, 레이저를 이동중인 차량에 발사하여 되돌아오는데 걸리는 시간을 측정하여 차량의 이동속도를 감지할 수 있도록 하는 차량속도감지장치에 있어서 속도감지시 보다 미세한 범위까지도 고려하도록 함으로써 보다 정확하게 차량의 주행속도를 측정할 수 있도록 하는 비접촉식 다차선 무인 속도감지기를 제공하고자 함에 발명의 목적이 있다.The present invention has been invented in view of the above circumstances, and in a vehicle speed sensing device capable of detecting a moving speed of a vehicle by measuring a time taken for the laser to be returned to a moving vehicle, the vehicle can be detected even at a finer range. It is an object of the present invention to provide a non-contact multi-lane unmanned speed sensor that can more accurately measure the traveling speed of a vehicle.
또한 본 발명의 다른 목적은 속도감지기를 다른 차선 차량의 속도감지를 위해 회전시킴에 따라 광학계의 기계적 유동성이 발생할지라도 정확하게 차량의 주행속도를 측정할 수 있도록 하여 다차선의 차량속도감지에 적용할 수 있도록 된 다차선 무인 속도감지기를 제공하고자 함에 발명의 목적이 있다.In addition, another object of the present invention is to rotate the speed sensor for the speed detection of another lane vehicle, so that even if the mechanical fluidity of the optical system occurs, it is possible to accurately measure the running speed of the vehicle can be applied to multi-lane vehicle speed detection An object of the present invention is to provide a multi-lane unmanned speed sensor.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 거리측정을 위해 이동물체에 레이저신호를 조준하여 발사하는 레이저송신부, 이동물체에 반사되어 되돌아오는 상기 레이저신호를 수신하는 레이저수신부, 상기 레이저신호의 발사시점과 반사되어 되돌아온 귀환시점사이의 시간측정을 위해 기준클럭을 카운트하는 디지탈카운터부, 카운트된 최종 기준클럭의 펄스상승시점부터 귀환시점 사이의 카운트되지 못하는 잔여시간을 검출하는 잔여시간검출부, 상기 잔여시간에 대응된 검출펄스를 확장시키는 펄스확장부, 확장된 펄스를 디지탈신호로 변환하여 일정시간동안 그 결과값을 적분하는 아날로그/디지탈 변환부, 상기 디지탈카운터부의 측정시간과 아날로그/디지탈변환부에 의해 측정된 잔여시간을 합산하여 이동물체의 속도를 최종 판단하는 제어부로 이루어져 있다.The present invention for achieving the above object, a laser transmitter for aiming and firing a laser signal to the moving object for distance measurement, a laser receiver for receiving the laser signal reflected back to the moving object, the launch point of the laser signal Digital counter unit for counting the reference clock for measuring the time between the return and the return time is reflected, the remaining time detection unit for detecting the remaining time that can not be counted between the pulse rising time of the counted final reference clock and the return time, the remaining time A pulse expansion unit for extending the detection pulse corresponding to the analog signal, an analog / digital conversion unit converting the extended pulse into a digital signal and integrating the resultant value for a predetermined time, and a measurement time and the analog / digital conversion unit of the digital counter unit. The controller determines the final speed of the moving object by adding up the measured remaining time. It becomes bait.
또한, 상기 펄스확장부는 반전 지연펄스가 입력되는 제1트랜지스터와 비반전 지연펄스가 입력되는 제2트랜지스터로 이루어진 차동증폭수단, 상기 제2트랜지스터의 컬렉터에 연결되는 제1정전류원, 상기 제1트랜지스터의 컬렉터측에 연결되는 접지, 상기 제1, 제2 트랜지스터의 에미터에 연결되는 제2정전류원, 상기 제2트랜지스터의 출력단인 컬렉터측에 펄스확장용으로 사용되도록 연결된 충방전 커페시터와 과전압방지용으로 일측에 기준전압이 인가되어 있는 다이오드로 이루어져 그 출력단에 아날로그/디지탈 변환기가 연결되어 이루어진 것을 특징으로 한다.The pulse expanding unit may include differential amplifying means including a first transistor to which inverted delay pulses are input and a second transistor to which non-inverted delay pulses are input, a first constant current source connected to a collector of the second transistor, and the first transistor. Grounding connected to the collector side of the circuit, a second constant current source connected to the emitters of the first and second transistors, and a charge / discharge capacitor connected to the collector side, which is an output terminal of the second transistor, for use in pulse extension and for overvoltage protection. It consists of a diode applied to the reference voltage on one side, characterized in that the analog / digital converter is connected to the output terminal.
아울러, 상기 레이저송신부와 레이저수신부가 설치되는 광학부는 레이저송신 다이오드에서 발사된 빛을, 평행광으로 측정대상물체에 발사되도록 레이저송신 다이오드의 발사방향에 반사용 오목거울을 설치하고, 레이저송신 다이오드의 발사방향 반대편에는 레이저수신 다이오드를 설치하며, 레이저수신 다이오드의 전방에는 외부로부터 수신된 빛을 수신하여 레이저수신 다이오드로 집광시키도록 초첨거리가 레이저수신 다이오드에 맞추어지는 렌즈가 설치되어, 레이저송신 다이오드와 레이저수신 다이오드가 동일 광축상에 설치된 것을 특징으로 한다. In addition, the optical unit provided with the laser transmitter and the laser receiver is provided with a concave mirror for reflection in the firing direction of the laser transmitter diode so that the light emitted from the laser transmitter diode is emitted to the object to be measured as parallel light. A laser receiving diode is installed on the opposite side of the firing direction, and a lens having a focal length adapted to the laser receiving diode is installed in front of the laser receiving diode to receive the light received from the outside and to condense the laser receiving diode. A laser receiving diode is characterized in that it is installed on the same optical axis.
이하 본 발명의 바람직한 일실시예에 대한 구성 및 작용을 예시도면에 의거하여 상세히 설명한다.Hereinafter, the configuration and operation of the preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1a와 도 1b는 본 발명에 따른 레이저송신부와 레이저수신부의 개략적 구성도를 도시한 것이다.1A and 1B show schematic diagrams of a laser transmitter and a laser receiver according to the present invention.
첨부도면에 의거 설명을 하면 다음과 같다. 제어부(1)에 의거 레이저드라이버(2)가 구동되어 발생되는 레이저신호는 레이저송신 광학부(3)를 통해 이동중인 측정대상물체 즉 차량을 향해 발사되며, 이후 측정대상물에서 반사되어 되돌아오는 빛을 레이저 다이오드(4)가 수신하게 된다. 이때 레이저 다이오드(4)에서는 수신된 빛의 양에 비례하는 전류가 발생된다. 레이저 다이오드(4)의 출력전류는 트랜스 임피던스(5)를 거쳐 전압신호로 변환된 후 유닛레벨증폭기(6)에 의거 그 결과값을 입력 신호 값에 관계없이 일정크기로 증폭한다. According to the accompanying drawings, the explanation is as follows. The laser signal generated when the laser driver 2 is driven by the controller 1 is emitted toward the measurement object, that is, the vehicle, which is moving through the laser transmission optical unit 3, and then the light reflected from the measurement object is returned. The laser diode 4 will receive. At this time, the laser diode 4 generates a current proportional to the amount of light received. The output current of the laser diode 4 is converted into a voltage signal through the trans impedance 5, and then amplified to a predetermined magnitude regardless of the input signal value by the unit level amplifier 6.
그런데, 유닛레벨증폭기(6) 만으로는 매우 적은 양의 빛에 의한 타이밍 에러를 해결되지 않으므로, 유닛레벨증폭기(6)의 출력신호를 비교기(7)에 입력시킴과 아울러 상기 비교기(7)의 기준신호로써 유닛레벨증폭기(6)의 출력신호를 지연회로(8)를 사용하여 일정 시간 지연시킨 신호가 사용된다. 그러면 입력 신호의 크기에 따라서 기준신호의 크기도 변하게 됨으로써 기준신호의 크기는 고정되지 않게 된다. 결국 유동성 기준신호(floating reference signal)가 생성되어 고정성 기준신호개념에서 발생되던 시간오차가 줄어들게 되는 것이다.However, since the timing error caused by a very small amount of light is not solved by the unit level amplifier 6 alone, the output signal of the unit level amplifier 6 is input to the comparator 7 and the reference signal of the comparator 7 is used. As a result, a signal obtained by delaying the output signal of the unit level amplifier 6 by the delay circuit 8 for a predetermined time is used. Then, the magnitude of the reference signal is also changed according to the magnitude of the input signal, so that the magnitude of the reference signal is not fixed. As a result, a floating reference signal is generated to reduce the time error generated in the fixed reference signal concept.
다음은 도 2에 도시된 거리데이터추출부에 의거 속도감지동작에 대해 설명한다.Next, the speed detection operation based on the distance data extraction unit shown in FIG. 2 will be described.
첨부도면에 의거 설명하기에 앞서 본 발명의 개요를 설명한다. 통상 거리 데이터 추출의 어려움은 빛이 가지는 고유의 속도에 기인한다. 예컨대, 1cm로 분할할 수 있으려면 150ps를 측정할 수 있어야 한다. 요즘 시판되고 있는 고가의 오실로스코프에서는 이러한 시간을 측정할 수 있지만 무인 검사기에서는 보다 간편하고 저가의 솔루션이 요구되며 작은 크기가 요구된다. 레이저 거리 추출기의 요구 사항은 매우 높은 분해능과 넓은 측정 범위를 필요로 한다는 점이다. 그리하여 매우 짧은 간격을 측정하는 방법은 많은 연구자료가 개방되어 많이 있으나 높은 분해능과 넓은 동적 범위를 동시에 만족시키는 방식은 희귀하다. 따라서 본 발명에서는 다음과 같은 방법으로 측정대상물체까지의 거리를 추출한다.An overview of the present invention will be described before explaining the accompanying drawings. The difficulty of extracting distance data is usually due to the inherent speed of light. For example, to be able to divide by 1cm, you need to be able to measure 150ps. Today's expensive oscilloscopes can measure this time, but unattended testers require simpler, lower cost solutions, and smaller sizes. The requirement of a laser distance extractor is that it requires very high resolution and a wide measuring range. Thus, the method of measuring very short intervals is open to many studies, but it is rare to satisfy high resolution and wide dynamic range at the same time. Therefore, in the present invention, the distance to the measurement object is extracted by the following method.
본 발명에서는 레이저의 발생 시간부터 빛이 되돌아올 때까지의 시간을 측정하기 위해 타이머 즉 카운터를 사용한다. 이를 위해 본 발명의 실시예에서는 우선 100MH의 디지탈 카운터(11)를 FPGA(Field Programmable Gate Array)로 구현한다. 이것은 시작을 알리는 신호(레이저 트리거)에서 계수를 시작하여 귀환신호(optical receiver response)가 수신되면 계수동작을 멈추는 것인데, 이때 문제는 클럭 중간에 귀환신호가 수신되는 것이며, 다른 하나는 분해능을 피코 세컨드 정도로 가져가야 하는 것이다. 즉 정확한 위치에서 디지탈 카운터(11)가 세지 못한 부분을 알아내어 그 부분의 시간을 측정해야 하는 것이다. In the present invention, a timer, or counter, is used to measure the time from the time of laser generation until the light returns. To this end, in the embodiment of the present invention, the digital counter 11 of 100MH is first implemented as a field programmable gate array (FPGA). This starts counting from a signal to start (laser trigger) and stops counting when an optical receiver response is received. The problem is that the return signal is received in the middle of the clock, and the other is picosecond resolution. It should be taken enough. In other words, at the correct position, the digital counter 11 must find out the part that has not been counted and measure the time of the part.
이 부분을 측정하기 위하여 측정 못한 부분에 대한 펄스를 만들고 그 펄스를 확대시켜 그 폭을 측정하는 것이다. 즉, 디지탈 카운터(11)가 예컨대 기준펄스의 상승시점에서 카운트를 한다면, 기준클럭과 기준클럭 사이에 귀환신호가 들어옴으로써 직전에 카운트된 펄스상승시점부터 다음 기준펄스의 펄스상승시점사이에서 귀환신호가 수신되어 카운트가 중단될 때까지의 펄스를 만든다.In order to measure this part, a pulse is generated for the unmeasured part, and the pulse is enlarged to measure the width. That is, if the digital counter 11 counts, for example, at the rising point of the reference pulse, the feedback signal is input between the reference clock and the reference clock so that the feedback signal is between the pulse rising point counted immediately before the pulse rising point of the next reference pulse. Pulses until is received and the count stops.
이를 도 2 및 도 3을 참조하여 설명한다.This will be described with reference to FIGS. 2 and 3.
제어부(1)는 레이저드라이버(2)를 트리거시킴과 동시에 디지탈카운터(11)를 작동시켜 도 3의 (a)와 같이 주기적으로 발생되는 기준클럭을 계수한다. 또한, 제어부(1)는 기준클럭을 카운트 즉 기준클럭의 펄스상승시점마다 지연회로(12)를 통해 펄스를 지연시켜 지연펄스(도 3의 (c)에서 점선으로 도시된 펄스)를 만든다. 이러한 계수동작 및 펄스지연동작은 레이저다이오드(4)에 의거 귀환신호가 수신될 때까지 매 기준클럭의 발생시마다 반복된다.The controller 1 triggers the laser driver 2 and simultaneously operates the digital counter 11 to count the reference clock generated periodically as shown in FIG. In addition, the controller 1 counts the reference clock, i.e., delays the pulse through the delay circuit 12 every time the pulse of the reference clock rises, thereby producing a delay pulse (a pulse shown by a dotted line in Fig. 3C). This counting operation and pulse delaying operation are repeated at every occurrence of the reference clock until the feedback signal is received based on the laser diode 4.
이와 같은 계수동작도중에 레이저신호의 귀환신호가 도 3의 (b)와 같이 입력되면 디지탈카운터(11)는 계수동작을 중지하고 그때까지의 계수값을 저장한다. 아울러 지연회로(12)에서는 도 3의 (c)에서 실선으로 도시된 펄스와 같이 기준클럭발생시점에 발생되는 펄스를 귀환신호가 수신될 때까지 지연시킨 지연펄스를 발생시킨다. 이러한 지연펄스는 디지탈카운터(11)가 측정하지 못한 잔여시간에 해당된다.During the counting operation, if the feedback signal of the laser signal is input as shown in Fig. 3B, the digital counter 11 stops counting operation and stores the count value up to that point. In addition, the delay circuit 12 generates a delay pulse in which a pulse generated at the time of the reference clock generation is delayed until a feedback signal is received, as shown in the solid line in FIG. This delay pulse corresponds to the remaining time that the digital counter 11 did not measure.
상기 지연펄스는 펄스폭이 피코 세컨드 단위로 작으므로 다음과 같이 확장하여 측정하도록 한다.Since the delay pulse has a small pulse width in picoseconds, the delay pulse is extended as follows.
제어부(1)에서는 지연회로(12)에 의거 발생된 지연펄스와 그 반전신호를 차동증폭회로를 구성하고 있는 트랜지스터(Q1)와 트랜지스터(Q2)에 각각 입력시키도록 이루어져 있는데, 트랜지스터(Q2)의 컬렉터측에는 제1정전류원(13)이 연결되어 있고, 트랜지스터(Q1)와 트랜지스터(Q2)의 각 에미터측에는 제2정전류원(14)이 연결되어 있으며, 또한 트랜지스터(Q2)의 컬렉터측에는 펄스확장용으로 사용되는 충방전 커페시터(C1)와 과전압방지용으로 일측에 기준전압이 인가되어 있는 다이오드(D1) 및 아날로그/디지탈 변환기(16)가 연결되어 있다. The control unit 1 is configured to input the delay pulse generated by the delay circuit 12 and its inverted signal to the transistors Q1 and Q2 constituting the differential amplifier circuit, respectively. A first constant current source 13 is connected to the collector side, a second constant current source 14 is connected to each emitter side of the transistors Q1 and Q2, and a pulse extension is provided on the collector side of the transistor Q2. Charge and discharge capacitor (C1) used for the purpose and the diode (D1) and the analog-to-digital converter 16, the reference voltage is applied to one side for overvoltage protection is connected.
이와 같은 회로부에서는 커페시터(C1)에 적은 전류량으로 충전을 시키고 많은 양의 전류를 빼내어서 커페시터(C1)의 방전시간을 늘림으로써 펄스를 확대시키고 그 전압의 변화를 아날로그/디지탈 변환을 통하여 펄스 폭을 측정한다. 즉 평소 커페시터(C1)에 일정 전압으로 충전이 되어 있다가 지연펄스가 입력되면 트랜지스터(Q2)가 스위칭온되어 커페시터(C1)에 충전시키는 전류를 차단시키면서 커페시터(C1)에 충전된 전류가 제1정전류원(14)을 통해 빠르게 방전이 되고, 지연펄스의 경과 이후 다시 트랜지스터(Q2)가 오프되면 제1정전류원(13)에서 공급되는 적은 양의 전류로 커페시터(C1)에 충전을 하는 것이다. In such a circuit portion, the capacitor C1 is charged with a small amount of current and a large amount of current is drawn out to increase the discharge time of the capacitor C1, thereby expanding the pulse and changing the voltage width through an analog / digital conversion. Measure That is, when the capacitor C1 is charged with a constant voltage and the delay pulse is input, the transistor Q2 is switched on to cut off the current charged in the capacitor C1 while the current charged in the capacitor C1 is first. When the capacitor Q2 is quickly discharged through the constant current source 14 and the transistor Q2 is turned off after the delay pulse passes, the capacitor C1 is charged with a small amount of current supplied from the first constant current source 13.
이때, 커페시터(C1)의 양단간 전압의 변화량을 아날로그/디지탈 변환부(16)에서 아날로그/디지탈 변환하여 그 결과값을 일정시간동안 적분하면 매우 높은 분해능을 가질 수 있고 매우 적은 펄스 폭을 측정 할 수 있다. 이때 중요한 점은 정확한 시점에 커페시터에 정밀한 전류를 공급하고 빼내는 것이다. At this time, if the amount of change in the voltage between the both ends of the capacitor (C1) by the analog / digital conversion unit 16 to the analog / digital conversion for a predetermined time can have a very high resolution and very small pulse width can be measured have. The important point is to supply and draw precise current to the capacitor at the right time.
도 4는 지연펄스와 펄스확장간의 관계를 나타내는 그래프이다.4 is a graph showing the relationship between delay pulse and pulse extension.
도 4에서 (a)는 지연펄스를 나타내고, (b)는 커페시터(C1)의 충방전곡선을 나타낸다. 도면 및 다음 관계식에서 은 지연펄스폭, 는 확대펄스폭, 은 방전전류, 는 충전전류, 은 방전에 따른 커페시터(C1) 양단의 전압변화, 는 충전에 따른 커페시터(C1) 양단의 전압변화, 는 초기의 커페시터(C1) 양단의 전압을 각각 나타낸다.In FIG. 4, (a) shows a delay pulse and (b) shows the charge / discharge curve of the capacitor C1. In the drawing and the following relationship Is the delay pulse width, The enlarged pulse width, Silver discharge current, Is the charging current, Changes in voltage across the capacitor (C1) due to the discharge, Is the voltage change across the capacitor (C1) according to the charge, Denotes the voltages across the initial capacitor C1, respectively.
커페시터(C1)의 양단간의 전압은 스위칭 다이오드(D1)에 의하여 초기값이 정하여진다. 즉, 스위칭 다이오드(D1)에 의하여 는 충전되고 은 트랜지스터(Q1)(Q2)에 의하여 스위칭된다. 트랜지스터(Q2)가 스위칭온되면 에 의하여 방전이 되고 트랜지스터(Q2)가 스위칭오프되면 트랜지스터(Q1)가 스위칭온되므로 은 트랜지스터(Q1)의 접지로 흐른다. 그리고 는 기준전압부(15)에서 스위칭다이오드(D1)에 가해진 기준전압까지 서서히 충전된다. 즉 커페시터(C1)의 양단간의 전압은 방전전과 방전후의 값이 같아지게 된다.The voltage between both ends of the capacitor C1 is determined by the switching diode D1 at an initial value. That is, by the switching diode D1 Is being charged Is switched by transistors Q1 and Q2. When transistor Q2 is switched on Is discharged and the transistor Q1 is switched off when the transistor Q2 is switched off. Flows to the ground of transistor Q1. And Is slowly charged from the reference voltage unit 15 to the reference voltage applied to the switching diode D1. That is, the voltage between the both ends of the capacitor C1 becomes equal to the value before and after the discharge.
여기서 이고 이다. 이때 는 같으므로 이다.here ego to be. At this time Is the same to be.
그러면 과 는 이다. 즉, 전류 과 의 비로 확대펄스의 폭을 조절할 수 있게 된다.then and Is to be. Ie current and The ratio of the expansion pulses can be adjusted by the ratio of.
그리하여 제어부(1)는 상기 디지탈카운터(11)에서 측정된 시간과 아날로그/디지탈변환부(16)를 통해 입력되는 잔여시간을 반영하여 최종적으로 레이저신호가 송신된 시점부터 수신된 시점까지의 시간을 측정함으로써 보다 정확한 측정결과를 얻을 수 있게 되는 것이다.Thus, the controller 1 reflects the time measured by the digital counter 11 and the remaining time input through the analog / digital converter 16 to determine the time from the time when the laser signal was transmitted to the time when the signal was received. By measuring, more accurate measurement results can be obtained.
도 5는 본 발명에 따른 레이저송수신부의 광학계 구성도이다.5 is a diagram illustrating an optical system of the laser transmitter and receiver according to the present invention.
현재 설치되어 있는 무인 속도감지시스템은 하나의 시스템에 하나의 차선만을 검지 할 수 있다. 이것은 매설식이기도 하지만 비매설식 이라고 하여도 기존의 광학계를 사용한다면 비매설식도 하나의 시스템으로 하나의 차선만을 감지 할 수 밖에 없다. 그 이유로는 감지시스템이 차선을 스캔하는 방식인데 이때 레이저 발광부와 수광부의 광학계가 독립적으로 설계되어 있기 때문에 이것이 움직이면서 진동에 의하여 광축이 변할 수 있기 때문에 문제가 되고 또한 비용도 증가한다. 때문에 본 발명에서는 다음과 같이 개선하였다.Currently installed unmanned speed detection system can detect only one lane in one system. Although this is a buried type, even if it is a non-embedded type, if a conventional optical system is used, the non-embedded type can only detect one lane with one system. The reason for this is that the detection system scans the lane, which is problematic because the optical axis of the laser light emitting part and the light receiving part is designed independently, which can cause a problem in the optical axis due to vibrations. Therefore, the present invention has been improved as follows.
레이저송신 다이오드(20)의 발사방향으로 반사용 오목거울(21)을 설치하여, 그 반사 된 빛이 평행광으로 측정대상물체로 발사되도록 하고, 레이저수신 다이오드(4)는 레이저송신 다이오드(20)의 반대 편에 붙여서 렌즈(22)를 통하여 집광되는 빛의 초점거리에 설치한다. 이때 레이저송신 다이오드(20) 뒷면에서 오목거울(21)에 의하여 반사되는 빛이 다시 레이저송신 다이오드(20)로 입사되는 것을 최대한 줄이도록 거울의 곡률반경을 설계함이 바람직하다. 한편, 출력부 렌즈(22)는 무 반사 코팅을 하여 렌즈(22)에서 반사되는 빛을 제거하도록 함이 바람직하다. 이와 같이 하여, 결국 하나의 광학계에서 수광과 발광이 함께 일어남으로써, 본 시스템을 다른 차선으로 변경시켜도 광축이 흐트러지지 않게 되어 정확하게 측정할 수 있게 되는 것이다.A reflection concave mirror 21 is installed in the firing direction of the laser transmitting diode 20 so that the reflected light is emitted to the measurement object as parallel light, and the laser receiving diode 4 is the laser transmitting diode 20. Attached to the opposite side of the installed at the focal length of the light collected through the lens 22. At this time, it is preferable to design the radius of curvature of the mirror so that the light reflected by the concave mirror 21 from the back of the laser transmitting diode 20 is reduced to the maximum incident to the laser transmitting diode 20 again. On the other hand, the output lens 22 is preferably a non-reflective coating to remove the light reflected from the lens 22. In this way, light reception and light emission occur together in one optical system, so that the optical axis is not disturbed even when the system is changed to another lane, so that accurate measurement can be performed.
상기한 바와 같이 본 발명은 레이저신호가 발신되어 측정대상물체로부터 반사된 후 귀환될 때까지 디지탈카운터를 작동시켜 거리를 측정하도록 함에 있어, 기준클럭의 중간에 반사신호가 귀환됨에 따라 디지탈카운터에서 측정하지 못하더라도 측정되지 못한 시간에 대한 펄스 폭을 갖는 지연신호를 발생시켜 이를 펄스폭확대한후 아날로그/디지탈변환하여 측정하도록 함으로써 펄스분해능을 높여 보다 정확하게 속도를 측정할 수 있는 효과가 있다. 또한, 동일 광축상에 레이저송신 다이오드와 레이저수신 다이오드를 설치한 광학계를 제공함으로써 타 차선의 감지를 위해 본 시스템을 회전시켜도 광축이 변하지 않으므로 다차선을 감지할 수 있도록 하는 효과가 있다. As described above, the present invention measures the distance by operating the digital counter until the laser signal is transmitted and reflected from the object to be measured and then returned. The measurement is performed at the digital counter as the reflected signal is returned in the middle of the reference clock. Even if it does not, by generating a delay signal having a pulse width for the unmeasured time to increase the pulse width and then analog / digital conversion to measure by increasing the pulse resolution has the effect of measuring the speed more accurately. In addition, by providing an optical system in which a laser transmitting diode and a laser receiving diode are installed on the same optical axis, the optical axis does not change even if the system is rotated for the detection of other lanes.
도 1a와 도 1b는 본 발명에 따른 레이저송신부와 수신부의 각 구성도,1a and 1b is a configuration diagram of the laser transmitter and receiver according to the present invention,
도 2는 본 발명에 따른 거리데이터추출부의 구성도,2 is a block diagram of a distance data extraction unit according to the present invention;
도 3은 본 발명에 따른 지연펄스검출작용을 설명하기 위한 타임차트,3 is a time chart for explaining a delay pulse detection operation according to the present invention;
도 4는 지연펄스와 펄스확장간의 관계를 나타내는 그래프,4 is a graph showing a relationship between a delay pulse and a pulse extension;
도 5는 본 발명에 따른 레이저송수신부의 광학계 구성도이다.5 is a diagram illustrating an optical system of the laser transmitter and receiver according to the present invention.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
1 -- 제어부, 2 -- 레이저드라이버,1-control unit, 2-laser driver,
3 -- 레이저송신광학부, 4 -- 레이저수신 다이오드,3-laser transmitting optics, 4-laser receiving diode,
5 -- 트랜스 임피던스, 6 -- 유닛레벨증폭기,5-trans impedance, 6-unit level amplifier,
7 -- 비교기, 8 -- 지연회로,7-comparator, 8-delay circuit,
11 -- 디지탈카운터, 12 -- 지연회로,11-digital counter, 12-delay circuit,
13,14 -- 제1,제2 정전류원, 15 -- 기준전압부,13,14-first and second constant current source, 15-reference voltage section,
16 -- 아날로그/디지탈변압부,20 -- 레이저송신 다이오드16-analog / digital transformer, 20-laser transmitting diode
21 -- 오목거울, 22 -- 렌즈.21-concave mirror, 22-lens.
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