王权利
范文一：传感器技术在交通检测中的应用
道路交通控制原理及应用课程作业
传感器技术在交通检测领域的应用
交通信息是城市交通规划和交通管理的重要基础信息，通过全面、丰富、实时的交通信息不但可以把握城市道路交通的发展现状，而且可以对未来发展进行预测。因此，交通信息采集与处理技术无论对城市的规划、路网建设、交通管理，还是对未来智能交通系统功能的实现都非常重要。
动态交通信息采集系统的目标是全面、自动、连续地从路网上获得不同地点和路段上的交通流信息。而要实现这一目标，就离不开信息传感器。
一、传感器的涵义及组成
国家标准（GB7665—1987）对传感器下的定义是：能感受到规定的被测量的量，并依据一定的规律转换成可用于输出信号的器件或装置。
在现代科学技术的发展过程中，非电量（例如压力、力矩、应变、位移、速度、流量、液位等）的测量技术（传感技术）已经成为各领域的重要组成部分，但传感技术最主要的应用领域是自动检测和自动控制，它将诸如温度、压力、流量等非电量变化为电量，然后通过电的方法进行测量和控制。因此，传感器是一种获得信息的手段，它获得的信息正确与否，关系到整个测量系统的精度。
传感器一般是利用物理、化学、生物等学科的某些反应或原理，按照一定的制造工艺研制出来的。因此，传感器的组成将随不同的情况而有较大差异。但是，总的来说，传感器是由敏感元件、传感元件、信号调节与转换电路和辅助电路组成。
敏感元件是直接感受非电量，并按一定规律转换成与被测量有确定关系的其他量（一般仍为非电量）的元件。传感元件又称变换器，一般情况下，它不直接感受被测量，而是将敏感元件输出的量转换成为电量输出。这种划分并无严格的界限，并不是所有的传感器都必须包含敏感元件和传感元件。如果敏感元件直接输出的是电量，它同时兼作为传感元件。
信号调节与转换电路一般是指把传感元件输出的电信号转换成为便于显示、记录、处理和控制的有用信号的电路。辅助电路通常包括电源，有些传感器系统采用电池供电。
二、交通检测中常见的传感器技术
1、红外线传感器
红外传感器是波束检测装置的一种，有主动和被动两种形式。主动式发射器和接收器分别为半导体激光器和光电二极管，将两者对中，水平安装在车道旁边。无车通过时，接收器接收细束线状红外光，有信号输出；车辆通过时，遮断光束，接收器无输出，通-断转换是对车辆的检测信号。新型主动反射式红外检测器的原理为：在相同的红外光辐射下，反射物的大小、材料和结构不同，反射能量就不一样。
被动式红外检测没有发射器，只有接收器。接收器感受路面和车辆以红外波长为主的辐射能量。路面和车体的材料温度和表面光洁度都不一样，它们的辐射能量也必然不相等。现代红外测温的分辨率已达到0.1%℃，因此区分道路和车辆己不存在困难。
2、环行线圈检测器
目前, 道路检测交通流状态用的最多的传感器件是环形线圈，它可以检测交通量、车速、占有率、车头时距、车长、长车比和车辆存在等多个项目。
环形线圈检测原理如图所示。线圈由专用电缆绕几匝(一般为4匝) 及其馈线构成，它通过一个变压器接到被恒流源支持的调谐回路，有源环形线圈构成LC 调谐回路的电感部分，并在线圈周围的空间产生电磁场。当含有铁金属的车体进入线圈磁场范围，车辆铁构件内产生自成闭回路的感应电涡流，此涡流又产生与原有磁场方向相反的新磁场，导致线圈的总电感变小，引起调谐频率偏离原有数值，从而发出车辆通过或存在的信号。
3、超声波传感器
超声波传感器是一种在道路上应用较多的检测器，它利用车辆形状对超声波波前的影响来实现检测。超声波车辆检测器的探头具有发射和接受双重功能，被设置于道路的正上方或斜上方，向路面发射超声波，并接受来自车辆的反射波。 超声波车辆检测器的工作原理可分为两种：传播时间差法和多普勒法。传播时间差法这是一种将超声波分割成脉冲射向路面然后接受其反射波的方法。当有车辆时，超声波会经车辆反射提前返回，检测出超前于地面的反射波，就表明车辆存在或通过。
泊车超声波探测器
多普勒法是将超声波探头向空间发射超声波同时接收信号，如果有移动物体，那么接收到的反射波信号就会呈现多普勒效应。利用此方法可检测正在驶近或在远离的车辆，而不能检测处于检测范围内的静止车辆。
4、微波交通检测器
前面介绍的超声、红外和光学检测器有一共同的严重缺点是穿透云雾、雨滴和雪花的能力很弱，无法在这些气候条件下进行检测。而波长3cm 左右的电磁波对云、雨的透射率达70%一90%。为此，人们利用成熟的雷达测距、测速和成像技术开发出微波交通检测器。
微波检测器检测区发射小功率以不同中心频率连续调制微波，中心频率大于1OGHz(波长约3cm) ，宽度45MHz ，进行分区扫描，获得被测物的反射回波。扫描区域的数量和大小可由软件控制，最多可分为8个区，每区长度2一10m(可调) ，宽度为2m(覆盖一个车道) ；每区还可进一步细分为2一4个小区，供测速使用。检测器最多可检测8个车道的交通量、平均车速、占有率、按长度划分的车型和排队长度等参数。
检测器面对高速公路车道行驶方向布设，称为前视检测。通常将一条车道划分为一个检测区，配置一台检测器。检测车速时，需要在检测区内沿行驶方向细分成几个窄区，并设定窄区间的距离长度；对通过窄区的车辆计时，就可测出车速及其他交通参数。前视可延长纵向区(车道) 监测长度，以提供更精确的数据。检测区及窄区的划分均由软件设定，修改软件可重新设定。因此，可应用于高速公路监测，城市交通检测，城市交通信号控制和区域交通事件报警等不同场合。检测器沿车道横向布置，称为侧视检测，可同时得出个车道的交通流状态变量的实时数据。在城市道路十字路口，
可以采用多个探头对四个道口的车辆检测和处
理，对监视和控制路口交通效果良好。
5、视频车辆检测器
视频车辆检测器是运用视频图像处理和计算机图形识别技术于近年开发出来的新产品，它可以取代环形线圈，进行高效益的广域视频监视并现场实时采集各种交通参数。
在需要重点监测的路段，安装一台或多台(如4台) 数字式摄像机，将一定范围的交通图像，经过一个图像处理硬件，输入计算机显示器；通过互动控制软件, 用鼠标操作在屏幕交通图像上，设定和叠加检测区，其尺寸、数量可随时调校。操作设定一旦建立，车辆经过检测区，就会产生检测信号，经过分析和处理(软件) ，可得到交通量、平均车速、占有率、车头间距随和排队长度等各种参数。在软件支持下，还可对不同检测区的信号进行逻辑处理(与、或、非等) ，对交通情况作出正确判断。在具有交通事件门限值和算法软件的配合下，可对交通事件的发生作出判别，发出预警信号。与其他交通控制软件结合，还可对城市交叉路口的交通信号控制，作出决策。由于检测元件是在屏幕上画出来的，在布置上有很大的灵活性，检测项目也可视需要而增设，功能存在巨大开发潜力。
视频车辆检测器由摄像机、联接箱、计算机(附外设) 和专用软件等组成。其中联接箱用来接收多个摄像机拍摄的交通图像，传输给计算机或加以存储。视频车辆检测器可以在-34一+74摄氏度和95%相对湿度下工作。
6、压电传感器
压电传感器可检测轴数、轴载和车速，其主要特点是体积小，使用方便。压电传
感器的工作原理为压电效应，由套管形压电聚合体，其内外均镀以金属层，形成一条可弯曲变形的压电电缆。当沿径向施加外力时，在两金属表面产生符号相反的电荷，电荷量与外力成正比。压电传感器的输出能量非常微弱，为了减小检测量误差，一般先将信号送到具有高输入阻抗的前置放大器(电压或电荷放大器) ，然后再进行一般的放大、检波等处理，最终输出指示信号。
市场供应管形压电检测器，压电电缆被凝结在挤压成性的工程塑料壳体内，壳体连同壳座一并埋设在车道路面下。当车轮滚过检测器时，检测器承受载荷而输出信号，每通过一根车轴，就会出现一个脉冲，故常用来监测车辆的轴数。脉冲的峰值越高，轴载也越大。因此，也可检测轴载和车载。隔一定距离埋设两根压电检测器，测出时间和已知距离，车速也就被测出。
压电传感器主要适用于动态称重、车辆分类统计、车速检测、计轴数、测轴距、闯红灯拍照、泊车区域监控、收费站地磅、交通信息采集和统计。
三、传感器技术的未来发展趋势
传感器技术发展整体呈现高精度、微型化、集成化、数字化、声表面波传感器、微加工技术等特点。同时还将朝着加速开发新型材料、高可靠性、宽温度范围、微功耗及无源化的方向发展。多传感器信息融合，MEMS 技术进一步的发展，敏感材料与智能材料系统的应用，纳米机械装置和传感器、化学传感器等新传感器的不断涌现，未来传感器产业将终将发展成为网络化传感器趋向。
范文二：无线传感器在交通领域的应用
无线传感器在交通领域的应用
【摘要】无线传感器的组成模块非常简单，主要是被封装在一个外壳当中，工作的时候主要以蓄电池或振动发电机来提供电源，从而构成无线传感器网络节点，再通过随机分布的集成有数据处理单元、传感器和通信模块等微型节点以自组织的方式来构成网络。随着设计科技的不断发展，无线传感器已经被应用到了各个领域，而其在交通领域的应用也为人们的生活提供了不少的便捷，所以在本研究当中，笔者将主要针对无线传感器在交通领域应用等方面的问题做出简要的分析和探讨，希望所得结果能够引起大家的关注和重视，也希望本研究能够为相关领域提供可行的参考。
【关键词】无线传感器；交通领域；应用
0. 引言
将智能交通系统应用到城市的交通当中主要可以从微观的交通信息采集、诱导方面和交通控制方面得以体现，它可以将对交通信息的有效使用和管理加以强化，以此来提高交通系统的效率。这个系统主要是通过信息的采集于输入、组策略控制、输出和执行、子系统之间的数据共享以及通信等子系统构成。信息采集利用传感器将车辆和路面的信息收集出来，组策略控制系统再根据设定的目标采取合适的方法计算最佳方案，最后将信号输出给直性子系统，最终达到引导和控制车辆通信的目的，这是无线传感器在交通领域所发挥的不可替代的作用。
1. 无线传感器和智能交通的关系
将无线传感器投入到交通领域，可以形成无线传感器网络，这是一种将短程通讯融合进来的无线通讯技术。无线传感器投入到交通领域便可能够快速形成智能交通，这也是因为其具备有良好的特点和特性。
①无线传感器的功耗相当低，仅凭两节普通的五号电池就能够支撑一个节点持续工作半年到两年之久[1]；
②无线传感器的组网能力很强大，网络可以达到多个节点，而且还支持多种形状的网络组合方式；
③无线传感器的传输距离很远，两节点的室外传输距离能够达到几百米，如果增加发射功率，就能够达到几千米；
④无线传感器具有很高的可靠性，有多级安全模式；
⑤无线传感器的成本较低，以开放的简化ZigBee 协议栈为主，其工作在
2.4Hz 的面执照ISM 频段。
范文三：分析霍尔传感器在现代交通中的应用
毕 业 设 计
设计题目：分析霍尔传感器在现代交通中的应用
系 部： 电子信息工程系 专业名称： 应用电子
班 级：134042学 号：35
姓 名：陈瑜
指导教师：陈军
完成时间： 2016年 5 月 7 日
分析霍尔传感器在现代交通中的应用
摘要：新世纪，我国加大了对科学技术的投入，这一系列的科技的投入产生了很多的新型的科技产品，而这些科技产品进入到我们的生活，给我们的生活带来了前所未有的新鲜感，这意味着我们已经进入了全新的信息化时代。我们在生活中，经常会遇到很多的使用信息的过程，而在我们对信息的使用环节时，必须要考虑的重点便是财务什么样的方式可以使得我们获取的速度、准确度有足够的提升，而解决这一问题的重点便是对传感器的使用。在当今时代的高科技的产品中，传感器的使用十分的常见，是当今的信息产业的顶梁柱。在日常生活中，我们可以很容易的发现，我们周围的大多数的电子设备都有传感原理的投入使用，而在这一系列的传感原理的使用当中，霍尔传感器又是在使用量中占据的百分比最多的一种。科学技术越是发展，越是制造更加高深的生活用品，其传感技术便越是值得相关的学者去研究，越需要国家及相关的单位加大投入。由此推断, 传感技术会越来越重要的影响我们的生活，必须加大其中的投入。
关键字：霍尔传感器；现代交通
Abstract:The progress of science and technology will bring upside down to the way people live, the arrival of the new technology revolution made the world into a brand new information age.People in the process of using information, the first thing you need to solve the problem of how accurate rapid access to information, including sensor is access to natural and production field in one of the important ways and means of information.Sensor technology has an important position in modern science and technology, is known as the three
pillars of modern information technology, (sensor technology, computer technology and communication technology).
Sensing technology has been applied to various fields of modern life, hall sensor has become the most widely used one of the most popular magnetic sensor usage, has important application in modern transportation applications including automotive, transportation and traffic facilities, etc.With the progress of science and technology sensing technology is brought to the attention of the people, now has developed into a specialized science and technology. It follows that sensing technology in the future economic development, promoting social progress plays an important role.
Key words:Hall sensor;Modern transportation
目 录
摘要................................................................ Abstract............................................................. 1 绪论.............................................................. 2 传感器概述.................................................
2.1霍尔传感器原理及组成..........................................
2.2霍尔传感器的作用及优缺点......................................
2.3霍尔传感器的应用范围.......................................... 3 霍尔传感器在现代交通中的应用现状...................................
3.1 交通工具..................................................
3.1.1汽车制造.................................................
3.1.2电动车制造...............................................
3.2 交通工具辅助设备..............................................
3.2.1 出租车计价器............................................
3.3 公路交通.....................................................
3.3.1 高速公路防疲劳驾驶预警系统.............................. 4 霍尔传感器在现代交通应用中的问题..................................
4.1存在的问题....................................................
4.2 产生问题的原因................................................
4.3 解决问题的方法以及策略........................................ 致谢................................................................. 参考文献.............................................................
1 绪 论
随着科技的发展, 在瞬息万变的信息时代中, 各式各样的传感器已经渗透进人类生活的个各方面面, 而传感器系统将所有采集到的数据构成了智能物联的基础。但是，传感器又是我们使用的全部电子设备的感受外界器官，它能够通过一定的方式，对周围的环境采取相关的信息，同时，他也有面向的范围非常广, 其覆盖的层面也非常的多的特点。传感器收集的有关数据, 在极大程度上得以充分的分析利用, 而这些则取决于传感器有多精确、多灵敏。
2传感器概述
通常情况下，我们都是通过我们的感觉器官来对周围的环境进行感觉，通过对周围的环境进行感觉，最终来得到对自己有价值的信息。但是，就一般来说，我们通过感官器官可以获得的信息仅仅是我们周围的环境信息，所获得的信息量是很少的，在真正的科学研究和规律的总结中，这些信息是及其不够的，我们必须借助于感官以外的物品来做感受。而这里，我们所使用的其他物品被称为传感器，从另一个层面来说，他是我们感觉器官更为深入的一个物品，我们通常给他有一个别名：电子五官。
作为用来对周围环境进行一定程度上的检测的装置，传感器（transducer ）可以对相关的信息进行一定程度上的感受，并对这一系列的信息进行很好的测量，最终通过一定的编码进行分析，以一种电或其他信号的形式输出，被相关的人员进行接收后，满足一定的要求。通常情况下，组成它的元件包括：敏感和转换相关的原件，可以进行变换的电路以及相应的有辅助作用的电源等等一系列的相关部分所组成。
一般情况下，我们所说的敏感元件是指：能够对周围的环境相关的信息进行一定成都的测量，进而对所测得的信息通过分析总结，输出相应的信号的元件；转换与案件则是指：可以将上述的相应的元件所输出的信号，进行一系列的转变，最终获得电信号，并将其输出的相关的元件；变换电路负责对转换元件输出的电信号进行放大调制；转换元件和变换电路一般还需要辅助电源的供电。
当前社会的条件下，在我们的现实生活中，传感器的应用已经渗透到相关的各个领域，从翱翔于浩瀚银河的宇宙飞船，到可以潜沉于大海深处的游艇，各种高端的科技都少不了传感器的使用，而传感器不仅仅是只出现在这些高端的物件上，在我们日常生活中的微小的比如手机等物品，其中也有传感器的存在，我们的生活已经越来越离不开它了 。
2.1 霍尔传感器的原理及组成
由霍尔效应的原理知，相应的电势的高低，主要由以下各个因素所影响：作为霍尔常数，Rh 一般和构成半导体的材料有着密切的关系；而I 则是相关的物件的内部电流；B 是相应的磁场强度大小；d 是相关的半导体材料的厚度大小。因此，从上述的一系列因素中可以看出，针对某固定的霍尔器件，当偏置电流 I 一定的时候，相关的磁场强度会直接的影响UH 的大小。
通常情况下，对于一个霍尔元件来说，包括四个端口来完成整个回路，四个端口中，有两个端口作为输入端而存在，而剩下的两个端口则是作为相关的电流的输出端而存在的，一旦输入端以及输出端相连接，那么就会有电流的输入以及输出，最终会有一个完整地电路出现，从而产生相应的霍尔电流。通常情况下，回路中的偏置电流的大小不在回路内的相关的基准电压来决定；而有些情况下，我们需要相对鬓角精确地电流，此时，我们就需要用恒定的电流来代替相应的电压。在一些比较特殊的情况时，我们可能会用到具有较高灵敏度的传感元件，而这时，我们一般会采取的方案是在相关得传感元件上装置一定的坡莫合金，它具有导磁系数高，电势大等一系列的特点，而这些特点也使得相关的灵敏度有一定程度的升高。
2.2霍尔传感器的作用及优缺点
对于相应的传感器进行分类，如果按照其检测对象的性质这个标准来划分的话，我们能够将其分为间接以及直接应用两种不同的传感器。间接应用是指相关的实验人员，在传感器上做了一些手脚，使得传感器可以对众多不是电流的物理量，如速度、距离等等一系列的量进行测量，并通过相应的算法，来输出相关的电流量，最终研究人员可以对电流量来对相关的物理量进行计算，而直接应用则是使用传感器直接对相关的电流量或者磁场量进行检测。
相关的传感器中，与其他不同的元件相对比，霍尔器件拥有者很多其他元件不存在的优势，包括：结构硬，耗能低，占地小，质量小，装卸方便等等一系列的相关的优势，也因为这些优势，使得他们能够适用于很多条件不好的环境，具体如下所示：
1、具有优质的精确度（可以对不同的波形进行定量的检测，同时，在它的适宜工作的温度范围内，精确度达到1%)；
2、线性度好；
3、该元件能够对所有的不同波形的电流和电压进行定量的检测，包括诸多正常与非正常的情况。而这一优点则是其他的普通的传感器所无法达到的。
4、该传感器具有广泛的测量的范围：由于霍尔传感器是一个系列的产品，他所能够检测到的电压以及电流量都是极大的，范围也比其他的传感器范围大很多。
5、副边电路与原边电路之间有良好的电气隔离；
6、相对于传统的传感器原件来说，相关的霍尔元件在开关上有着极其优良的性质，它的开关并没有触点，而且输出的波形也有着清晰的特点，总的来说，它的精准度比较高。此外，相关的传感器的元件的工作条件要求并不严格，工作的适应温度范围比较宽广。
7、宽带宽：该传感器原件中电流通过的时间可以很小，同时电压相对来说比较窄，而且通过的时间也特别小。
2.3霍尔传感器的应用范围
一般而言，相关的霍尔传感器通常可以由开关型以及线型两种不同的传感器所组成。
(一) 相关的霍尔元件构成的传感器的组成部分包括相应的稳压器、放大器以及霍尔元件等一系列的其他的元件，这种传感器中一般是由数字的形式输出的。而他有一种比较特别的形式，我们一般把它定义为锁键型。
(二) 剩下的还有一种我们成为线性型的传感器，它不仅仅包含相关的霍尔元件，还有其他的相应的放大以及跟随器设备，一般来说，他是通过模拟量来传播信息的。
我们又可以把后者，线性型的传感器划分成闭环以及开环两种不同的模式，其中前者又被定义为零磁通传感器。这种传感器一般我们将其用在对交流以及直流的电流以及电压进行测量中。
霍尔传感器广泛应用于：
1位移测量
2力测量
3角速度测量
4线速度测量
3 霍尔传感器在现代交通中的应用
当前我们的社会中，霍尔传感器在我们的生活的各个领域中，都有着及其广泛的使用，同时他也为我们的相关的科学领域做出了诸多的一系列的贡献。其中最为突出的当属在现代交通中的应用。其中在交通工具以及辅助设备的使用率最高, 无论是传统的内燃机还是现代新能源交通工具, 都离不开霍尔传感器。当前社会，人们对汽车有着极其高的要求，而相应的制造商也应用高科技，将汽车变得越来越智能化，目前，汽车的电子化率在整个汽车中已经占据了三到四成，而随着人们的要求的不断升高，汽车的电子化率必将一步步的有所提升，不单单是在保证汽车的安全上面，还在保证满足人们对汽车的简单操作以及可娱乐化的相关的方面进行提升。其中使用传感器的占电子化率的7成, 霍尔传感器又是在交通工具制造和检测所使用传感器中最广泛和最基础的。
3.1交通工具
3.1.2汽车制造
从现在的汽车行业来看，当前的汽车中，所安装的传感器是汽车与周围环境所相互交通的桥梁，是汽车实现智能化最为重要的一项工具之一，同时他也是当前我们对汽车研究的重中之重。我们可以看到，现在每辆汽车都装有几十个到上百个不等的传感器，而对于那些比较高档的豪华车辆，他们当中所安装的传感器甚至高达数百个。当前，人们对汽车的要求越来越高，这就意味着汽车中所安装的传感器的数量将有着越来越高的趋势，而这些也是保证汽车的安全、舒适并满足人们的相应的需求的最为基本的条件。
现阶段已经应用于汽车上的相关的霍尔传感器主要有:
（1）在分电器中用作信号的传感器；
（2）对于缺少相关的点火装置的系统，可用作发动机转速以及点火脉冲的相应的传感器；
（3）用作各种开关；
（4）对于直流电流可以进行换向并感受其未知的相应的传感器；
（5）用作各种液体检测器；
（6）用作各种用电负载的电流检测以及其工作状态诊断；
（7）用作自动制动系统(替代手动制动) 中的速度传感器；
（8）对相关的汽车中的蓄电池的充电与否进行控制，感受蓄电池的电量，进而操控其充电。同时也可以用于导航、感受路面环境、对相应的特殊地段，汽车速度的及时的变化情况等，作出相关的感受。
(9)用作汽车中的防抱死刹车系统（ABS ）。它能够在汽车出现紧急的情况时，通过感受周围的环境，对汽车的轮胎进行有缓冲的组织，防止相应的翻车的事件的发生，同时也能够达到刹车的目的，最终使得汽车避免相关的交通事故。对相关的紧急情况进行感受，并对其进行调整的元件。
当前的汽车行业在迅速的发展，人们对汽车的相关的要求也在不断地提升，而这些高科技的发展也正一步步的满足人们的相关的要求，传感器在多种不同的汽车中越来越使用的广泛，而且其中的功能也越来越多。由此可以预见, 霍尔器件在汽车中的使用会变得越来越多并且扮演着越来越重要的角色。同时霍尔传感器在汽车制造中的应用具有非常广阔的前景。
3.1.2电动车制造
现阶段，相关的传感器在电动车上的应用也特别的广泛，基本上每辆电动车中都有许多不同的元件构成。而相关的霍尔元件，体积比较小，质量比较轻，安装也相对方便等等这一系列的有点使得相关的厂家对其有所青睐，所以，电动车上已经有了多种传感器的应用。电动车上比较敏感的传感器，为相应的车身提供了比较充足的并且变化较快，比较敏感稳定的电流，能够使得相关的车子在前进过程中正好的进行。而这也恰恰是相关的制造者、销售商以及相应的购买者所必须要考虑的问题。此外，霍尼韦尔传感器配有可靠的高磁灵敏度开关点。
霍尔传感器对电动车调速转把
这里所说的调速转把，我们可以从字面意思上对其进行相应的解释。通过对电动车把的调整，转动一定的角度，为电动车本身提供相应的电流，使得电动车可以向前走，改变通过车身的电流的大小，它是一种调节速度的装置，一般位于车身，而其调节器则位于车的右把手部分，通过对右把手做一定角度的旋转，可以使得相应的电动车的速度进行改变，而考虑到人体工程学的舒适度，一般情况下，我们将把的可旋转度定义在30度以内，目前调速把手的样式很多但工作原
理基本一致。
当前市场上所生产的电动车中，对于转把手的情况主要分为电光以及霍尔两种形式，而其中使用霍尔形式的有占有很大的地位。霍尔的相应的传感器通过对电路中的电压大小进行一系列的调节，使得信誉值相关的磁感应强度有所变化，而我们有知道，磁场强度的改变，一定会导致相关的电流大小的改变，进而改变了输出的电压。而相应的霍尔感受器就是通过相关的上述的方法来对电动车上的输出的电压进行大小的改变，进而对相应的电动车的速度进行改变，使用霍尔元件在根本上有着很大的优势，可以提高电源电压可增加灵敏度。
霍尔传感器对电动车刹把
相关的电动车的刹车信号一旦发出，那么必须将电动车的发动机停止转动，同时，电动车的刹车把也会将相应的信号传送至轮胎，将轮胎进行制动。电动机以及轮胎这两个方面同时进行停止，才可以将电动车刹车的整个过程进行完成。这才算是符合电动车的相应的刹车的标准。所以，应该在电动车的相关的位置进行相应的传感器的元件的安装，在电动车的把手处，安装一定的传感器，一旦刹车启动，可以把相应的刹车信号传送至相应的控制器，使得发动机的相关行为受到控制器的控制，停止转动，此外，对于轮胎而言，当感受到刹车信号时，轮胎的制动也随即启动。
一般情况下，对于电动车的相应的刹车闸的位置应该配备有机械开关型以及相应的霍尔元件两种传感器。前者又包括经常开放式的以及经常关闭式的两种不同的形式，而后者又包括高电位以及低电位进行刹车的两种不同的元件。对于相关的机械开关来说，存在有两条不同的电线，两条电线中，一条电线连接的是负极，而与此相对应的，另一条电线则连接的是截断作用的电线，这些相应的标准与低电位的刹车控制器相匹配，而对于高电位的相关的控制器所连接的相应的电线正好相反；而相对来说，后者，霍尔型的相应的传感器元件需要连接三个不同的电线，分别是：刹车、负极以及断电。
电动车是通过相应的内部的蓄电池来为其提供一定的动力，而发电机可以调剂输出电流的大小，从而调节相应的电动车的速度，最终使得电动车可以前进。然而，电动车又是高科技电子化的产物，除了传统的传动设备外还会有许多的“电子装备”，其中必然是霍尔传感器作为核心的传感器的应用。装备了相应的霍尔元件的电动车，在一定程度上不仅仅是高科技的体现，可以在绿色环保，以及安全经济上有所体现，它在节能安全上有着重大的贡献，此外，与之前的一系列的发动机相比，不同的是这种电动车不必为变速箱节省出相关的位置，同时它自身就承担了变速的功能，是一个极其敏感的变速元件。而且电动车不需要像传统内燃机动力交通工具一样需要定期的进行保养维护，随着环保以及节能减排的深入人心，再加上电动车与生俱来的优势、电动自行车以及电动汽车在将来会有非常巨大的前景。
3.2 交通辅助设备
3.2.1出租车计价器
在相应的出租车的车轮上，对传感器的安装，能够提供所行走的历程，花费的时间等一系列的信息，他是通过感受周围的环境，将所获得的相应的信号进行传输至相关的系统中心，通过一定的分析并进行相应的计算可以输出其乘客应付的金
额。相应的传感器是通过对车轮的周长进行统计，以及车轮转了多少周，最终得出的结果，而这些信号可以进行传输并保留。当车轮转至一定的圈数后，其相应的金额的大小也就会发生一定的变化，从而对其进行金额的统计，最终在一段路结束后，将出租车的价格进行输出。
3.3 公路交通
3.3.1 高速公路防疲劳驾驶预警系统
通常情况下，对于高速公路上形式的汽车来说，防止司机在疲劳时进行驾驶是一项非常重要的事情。一般而言，传感器通过对车轮的是否运动以及如何运动等相关的信息进行统计，而得出汽车的行驶状态，而判断司机疲劳与否则是在规定的时间内，其司机是否转动方向盘，以及其频率来对司机的疲劳与否进行断定。在方向盘内安装霍尔元件。即在方向盘内以扇形的位置安装磁铁, 然后在距离方向盘2～3厘米处下方的转轴的部位装置相应的霍尔元件，而这里的霍尔元件并不会因为轴的转动而跟随转动。当相关的方向盘下方的感受其经过一定的磁场之时，相应的感受其会发出一定的警报声来提醒驾驶员，对此，驾驶员采取一定的警觉。为了防止因为方向盘转动的幅度过小而导致霍尔传感器无法捕捉到, 可将方向盘下的磁铁分成较密集的磁铁增加装置的灵敏度。只要其中一个掠过霍尔传感器时, 便会产生信号。单片机可设置检测信号（也可根据需要自由设定，如：5s ）。同理也可制造出应用于检测车轮的装置, 扫描周期也可以更改。
4 霍尔传感器在现代交通应用中的问题
4.1 存在的问题
1.霍尔传感器作为在现代交通中的应用还不够广泛
2.许多应用的传感器还比较落后
3.传感器的使用成本较高
4.2 产生问题的原因
1. 霍尔传感器大多用在交通工具的制造上, 其中占比率最高的属于飞机以及航天器材等高科技器件, 但使用数量总数最多的属于汽车制造和电动车制造，其中对于生活中的普及率也是非常的高。
2.由于传感器一直属于科技类产物，所以注定从研发出现到最后普及需要经历一定的阶段，从而导致了目前许多应用较为多的传感器是相对目前比较落后。
3.传感器作为高科技产品，本身从研发到推广就需要经过一个非常漫长的过程，而真正进入市场所被应用的必定是有着相对成熟的技术以及实际使用证明。因为这些也属于成本范围内，所以导致霍尔传感器的使用成本较高。
4.3 解决问题的方法及策略
1. 鼓励传感器科研单位根据各行各业的特点和需求，研发出适合各自行业的专业传感器，促进霍尔传感器的普及和使用率。
2.加快传感器新产品的科研周期，降低产品的研发成本。
3.有关企业（比如汽车制造厂商等）可以和有关传感器科研单位进行合作，合资研发传感器应用到厂商的产品上。这样既可以降低科研单位的前期研发成本压力，长远来看又能降低合作厂商后期的使用传感器成本。以达到双赢。
总结
关于分析霍尔传感器在现在交通中的应用到这里基本完成，此文章形象而又生动的分析了霍尔传感器在现代交通中的情况，在各个领域的应用情况以及分析了存在的问题和解决问题的方法。整个论文的写作中，首先反复的阅读过书本上相关的知识，对于传感器中的霍尔传感器也进行了深度的了解，并且独立完成了论文的写作与修改工作。本科毕业论文的撰写与设计，对我而言，不单单是一项必须完成的任务，更是对自己之前的所学所知进行总结并用的过程，同时也将我的能力提高了不少，从这里，我学到了很多以前忽略的细节。比如面对一个陌生的课题，如何独立思考和查阅相关资料，包括与同学们的讨论学习，包括和老师的交流沟通都让我认识到了独立学习的重要信。整个过程是艰难的，但是到最后自己尝到了胜利的果实的喜悦，觉得这一切都是值得的。由于本人掌握的知识可能不太完整，整个论文中可能有很所不充分的地方，但是这也是一个学习的过程，在以后的学习以及工作中，我会逐步发现自己的问题并解决，不断完善自己，提高自己。
致谢
三年美好的大学时光仿佛就要在这一刻落下帷幕，心中有些不舍，却又感到很充实。回顾大学三年，仿佛看到了那个曾经在图书馆认真学习的我，在运动场上努力拼搏的我，难忘和同学一起朝夕相处的日子。本次论文是在南京交通职业技术电子信息工程学院陈军老师下指导完成的，陈老师作为一名对学生认真负责、经验丰富的教师，具有丰富的知识，在指导论文写作的过程中，即严厉又很有耐心，丰富了我的知识，鼓励我大胆的去完成写作，在我思想遇到瓶颈的时候，带我走出困境，这让我在整个大学生涯中，又有了一笔财富，锻炼了我刻苦的精神，自主的学习能力，所以，我想对我的论文知道老师陈军，诚挚的表达我我的感谢之情！在论文即将完成的时候，我的内心五味成杂，始终无法平静。从只有一个论文题目，一直到现在的论文完稿，这其中的每一个环节，都有着我的指导老师的辛勤参与，同学们的相互陪伴，以及学院的其他任课老师的关心爱护，是他们，付出了自己的时间，站在课堂，将所知，所学传授给我们。同时，我要感谢电子134042班的全体同学，是你们的互相帮助和鼓励让我有勇气去面对和克服一个又一个的困难，帮助了我了解许多我不懂的知识，在这里，我想对应用电子134042班的全体同学说一声，谢谢你们！
参考文献
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范文四：[生活]无线传感器网络在智能交通系统中的应用
无线传感器网络在智能交通系统中的应用
无线传感网促进智能交通的发展
智能交通系统(ITS)应用在城市交通中主要体现在微观的交通信息采集、交通控制和诱导等方面，通过提高对交通信息的有效使用和管理来提高交通系统的效率，主要是由信息采集输入、策略控制、输出执行、各子系统间数据传输与通信等子系统组成。信息采集子系统通过传感器采集车辆和路面信息，策略控制子系统根据设定的目标(如通行量最大、或平均候车时间最短等)运用计算方法(例如模糊控制、遗传算法等)计算出最佳方案，并输出控制信号给执行子系统(一般是交通信号控制器)，以引导和控制车辆的通行，达到预设的目标。
无线传感器网络是一种融合短程无线通讯技术、微电子传感器、嵌入式系统的新技术，逐渐被用于智能交通系统等需要数据采集与检测的相关领域。基于IEEE802.15.4规范的ZigBee技术，具备以下良好特性:?功耗低，2节普通5号电池可支持一个节点工作6~24个月;?组网能力强，网络最多可达个节点，并支持树状、星状、网状等多种组网方式;?传输距离远，两节点室外传输距离可达几百米，在增加发射功率后可达几千米;?可靠性高，具备多级安全模式;?成本低，开放的简化ZigBee协议栈，工作在2.4GHz免执照的ISM频段。
无线传感器网络具备优良特性，可以为智能交通系统的信息采集提供一种有效手段，可以监测路口各个方向上的车辆，根据监测结果，改进简化、改进信号控制算法，提高交通效率。无线传感器网络可以应用于执行子系统中的控制子系统和引导子系统等方面。例如可以应用该技术改进信号控制器，实现智能公交系统的公交优先功能。
用于ITS的无线传感器网络构建
如图1所示，在无线传感器网络结构中，安装道路两旁的汇聚节点组成一个自组织的多跳网状Mesh基础网络构架，交通信息采集专用的传感器终端节点与每个临近的汇聚节点组成星型网络进行通讯，最终的数据将被汇聚到网关节点上。网关节点可以作为一个模块安装在交叉路口的交通信号控制器内，通过信号控制器的专有网络，将所采集到的数据发送到交管中心作进一步处理。
在无线传感器网络部署中，汇聚节点可以安装在路边立柱、横杠等交通设施上，网关节点可以集成再交叉路口的交通信号控制器内，专用传感器终端节点可以填埋在路面下或者安装在路边，道路上的运动车辆也可以安装传感器节点动态加入传感器网络。
用于智能交通信息采集的无线传感器网络结构
采用无线传感器网络进行交通信息采集
在交通信息采集中，终端节点可采用非接触式地磁传感器来定时收集和感知区域内车辆的速度、车距等信息。当车辆进入传感器的监控范围后，终端节点通过磁力传感器来采集车辆的行驶速度等重要信息，并将信息传送给下一个定时醒来的节点。当下一个节点感应到该车辆时，结合车辆在两个传感器节点间的行驶时间估计，就可估算出车辆的平均速度。多个终端节点将各自采集并初步处理后的信息通过汇聚节点汇聚到网关节点，进行数据融合，获得道路车流量与车辆行使速度等信息，从而为路口交通信号控制提供精确的输入信息。通过给终端节点安装温湿度、光照度、气体检测等多种传感器，还可以进行路面状况、能见度、车辆尾气污染等检测。
用于交通信息采集的无线传感器网络部署
无线传感器网络在ITS中的应用
实现智能公交系统中的公交优先功能需要对现有交通信号控制器进行改造。通过添加传感器等辅助设备，交通信号控制器可以估算出公交车辆到达交叉路口的时间(旅行时间)，计算出公交车辆在路口是否需要给予优先(可选择乘客数量作为优先权重)，然后选择合适的优先控制策略，通过调整绿信比来优先放行公交车辆。交通信号控制器的改造包括:
?车载无线通讯终端节点;
?交叉路口交通信号控制器上集成无线网关;
?用于公交车辆定位的终端节点;
?通过构建基于ZigBee的无线传感器网络可以实现上述功能。
当要临近路口时，车载ZigBee无线终端节点进行公交车辆信息广播，路边部署的无线传感器网络获取信息后，公交车辆定位的终端节点对其跟踪获取信息并汇聚到无线传感器网络网关节点上，通过内部连接最后信息传送给交通信号控制器，进行相应的优先处理。
网络节点和网关节点的设计
网络节点软件功能设计
在ITS无线传感器网络的设计中，网络节点按照功能不同，需要分别进行设计。终端节点、汇聚节点和网关节点的软件功能如图3所示。终端节点安装不同的传感器用于运动车辆信息采集和道路信息获取等。其功能实现可按照精简功能设备(RFD，ReducedFunctionDevice)标准来实现。终端节点与汇聚节点按照星型网络组网，在固定时间点由睡眠状态醒来与汇聚节点主动通讯。信息路由则交给父(汇聚)节点及网络中具有路由功能的协调器和路由器完成，降低了节点功耗和软件实现复杂度。汇聚节点是终端节点软件功能上的扩展，实现了扩展网络及路由消息的功能，允许更多重点节点接入网络。可按照全功能设备(FFD，FullFunctionDevice)标准进行设计。
无线传感器网络节点软件功能 网关节点是网络中所需要的协调器，负责启动网络、配置网络成员地址、维护网络、维护节点的绑定关系表等，还负责将所采集的数据初步处理并交付交通信号控制器传输到上一级信息中心，需要较多存储空间、计算及通讯能力。
网络节点硬件功能设计
现有较多的无线传感网解决方案，包括各芯片产商推出的单片机外接射频芯片和集成射频、微处理器的单芯片等。在节点设计中较常采用的ZigBee射频芯片有Atmel的AT86RF230、TI的CC2420、Freescale的MC1319x和MC1320x、Microchip的MRF24J40等。此外，芯片产商推出了单芯片解决方案，如TICC2430延用了CC2420芯片的架构，在单个芯片上整合了ZigBee射频前端、内存和微控制器;Freescale的MC1321x/MC1322x和Jennic的JN5121/JN513x单芯片解决方案等。
?基于Atmel的AT86RF230射频芯片和AVR单片机设计方案
典型的终端节点和汇聚节点设计如图4所示，采用Atmel的8位RISC结构低功耗ATMegal1281VMCU作为系统控制核心。采用512KB的AT45DB041D作为外部程序存储器。射频模块使用Atmel的支持ZigBee协议的AT86RF230，RF功率达到3dBm，室外传输距离可达300米以上节点的扩展接口可连接模拟输入、数字I/O、I2C、SPI和UART接口，这些扩展接口使其易于与传感器及其它外设连接，例如外接光度、温温度、气压、声、地磁和加速度等传感器。
传感器节点设计
?基于TI的CC2420芯片和ARM单片机设计方案
在设计无线传感器网络网关时，需要较强的数据处理能力，用以实现复杂路由协议以及信息处理等。如图5所示Crossbow的imote2节点采用了MarvellPXA271高性能、低功耗处理器。该处理器使用动态电压调节技术，频率范围13MHz~416MHz，可工作于低电压(0.85V)低频率(13MHz)模式，具备了优良的动态电源管理技术。此外，该处理器封装内集成三个芯片256KBSRAM，32MBFLASH以及32MBSDRAM，减小了体积。通过提供多种I/O，能够灵活的支持不同种类的传感器。该处理器还支持一个MMX协处理器，提高多媒体处理能力，可以用于无线多媒体传感器网络中的语音和图像处理。Imote2使用TI的CC2420ZigBee射频芯片，支持2.4GHz、16通道250kb/s数据传输，发送功率-24,0dBm。有效通讯距离是30米，可以通过SMA接口外接天线来增加传输距离。
Imote2系统结构
?节点设计其他考虑
在智能交通系统专用无线传感器网络节点设计时需要如下考虑:
?节点低功耗设计。终端节点都是电池(可用太阳能蓄电池)供电。
?节点成本要低廉。在进行大规模交通信息采集等部署时，节点成本将是项目关键。
?节点的数据处理及存储能力。一些节点需要进行高速信息采集并且运行识别算法，所以需要数据处理能力。还需要考虑在有限的空间之内存储程序、数据、以及支持代码在线更新等功能。
?此外，根据不同应用场合的需要，无线传感器节点要具有不同的传感器接口，能外接不同的传感器。
其中，能耗管理应该作为重点考虑。特别是采用32位ARM处理器外接射频芯片的解决方案，需要有效降低节点能耗，需要在系统级软件上进一步改善能耗管理，例如优化TinyOS或嵌入式Linux电源管理功能。
结语
无线传感器网络技术应用与研究得到更多关注。本文结合智能交通系统中的典型应用，讨论了无线传感器网络的设计等问题。随着技术发展与成熟，无线传感器网络技术可以在智能交通系统中更多关键性场合得到应用，例如电子收费、交通安全与自动驾驶、停车管理、交通诱导系统等，更进一步推动智能交通系统的发展。
范文五：压电薄膜轴传感器及其在智能交通系统中的应用
压电薄膜轴传感器及其在智能交通系统中的应用 中国运载火箭技术研究院第七○二研究所 刘九卿
【摘 要】 本文介绍了共聚物压电薄膜材料的压电效应、特性参数,压电薄膜轴传感器的检测原 理、技术性能,以及该传感器在智能高速公路管理系统和车辆超限监测系统中,用于车辆轴数、轴 距、轮胎数计量,车速监测,车型分类,动态称重,道路监控等实施方案与测量原理。
【关键词】 共聚物 压电薄膜 轴传感器 压电效应 动态称重 超限监测 信息采集
一、概 述
20世纪 60年代,美国科学家发现在鲸鱼的骨和腱内存在着微弱的压电效应,于是开始了对其 它有可能具有压电效应的有机材料的研究工作。1969年 Kawai(凯沃)发现在极化的含氟聚合物聚 偏氟乙烯(PVDF)中有很高的压电能力,其它材料如尼龙和 PVC 也都具有压电效应,但没有一种能 像 PVDF 及其共聚物一样呈现出那么高的压电效应。
PVDF 压电薄膜通常很薄,不但柔软、密度低、灵敏度极好,而且还具有很强的机械韧性,其柔 顺性比压电陶瓷高出 10倍。可以说是一种柔性、质轻、韧度高的塑料膜,可制成较大面积和多种 厚度。它可以直接贴附在机件表面,而不会影响机件的机械运动,非常适用于需要大带宽和高灵敏 度的应变传递。作为一种执行器件,聚合物很低的声阻抗,使其可以有效的向空气和其它气体中传 送能量。PVDF 压电薄膜传感元件,在美国已形成具有一定规模的产业,有较大的发展空间。 近年来,又研制出 PVDF 新的共聚物,近一步扩大了共聚物压电薄膜传感器的应用。这种共聚 物可以在 135℃高温下使用,同时还能提供所需要的形状,如圆柱形、半球形等,最小厚度可达 28μm。应用于 20多个科研、工业、商业、医疗、汽车、交通等领域,例如:机器人技术的触角感应 器,微定位器,缓冲器等;汽车的加速度计、座位占据感应器、汽油液位计、轮胎转速器、防盗感 应器等;医疗诊断的血压臂套、脉搏计数器、呼吸监视器等;智能交通系统的车辆轴数、轴距、轮 胎数计量,车速监测、车道控制,停车区域监控,动态称重等。
二、共聚物压电薄膜的压电效应与特性参数
共聚物聚偏氟乙烯(PVDF)是一种经特殊加工后能将动能转化成电能的聚合体材料,具有很高 的压电性能。应用此种压电材料制成的传感器,当受到机械冲击或振动时,压电材料原子层的偶极 子(氢—氟偶对)的排列顺序被打乱,并试图使其恢复原来的状态,这个偶极子被打乱的结果就是 一个电子流的形成而产生电荷,这就是 PVDF 的压电效应。此压电效应是可逆的,它可以把机械能
转换为电能, 也可以把电能转换为机械能。 即当有外载荷施加到传感器上时, 就会产生电荷 (电压) , 而当卸去外载荷时,就会产生一个极性相反的信号。它产生的电压可以相当高,但传感器产生的电 流却比较小。
PVDF 压电薄膜具有密度低、材质轻、灵敏度高、机械韧性好等特点,可制成多种厚度和较大面 积。作为一种传感器它的主要特性参数如下:
(1)频带宽:0.001Hz~109Hz;
(2)动态范围广:10-8~109Psi(磅/平方英寸) ;
(3)声阻抗低:与水、人体组织和粘胶体系接近;
(4)弹性柔顺性好;
(5)高电压输出:在同样受载条件下,比压电陶瓷高 10倍;
(6)高介电强度:可耐强电场作用(75V/μm) ,此电场强度大部分陶瓷都退极化;
(7)机械强度高,耐冲击、振动性能好;
(8)稳定性高:耐潮湿、耐多数化学品、耐氧化剂、耐强紫外线和核辐射;
(9)可加工成特定形状;
(10)可以用市售胶粘合。
三、PVDF 压电薄膜轴传感器的检测原理与技术性能
PVDF 压电薄膜轴传感器是由镀银铜丝编织成的扁平芯线, 缠绕在芯线上的在强电场中极化的薄 膜(或涂层)和 0.4mm 的黄铜管外护套制成的同轴“线缆”式结构。在制造过程中,将 PVDF 材料 置于一个强电场中进行极化,数量级为一毫米厚的压电材料大约 100000V。极化场使非结晶聚合体 变成半晶体形式,同时又保留了许多聚合体的柔韧特性。
共聚物 PVDF 压电薄膜轴传感器的检测原理,与其说是在车辆经过时采集信息,不如说是在车 辆轮胎压过轴传感器时采集信息。即轮胎压过压电薄膜轴传感器时,便产生一个与轮胎压力成正比 的模拟信号, 并且输出的周期与轮胎停留在轴传感器上的时间相同。 每当一个轮胎经过轴传感器时, 轴传感器就会产生一个新的电子脉冲。由此不难得出,压电薄膜轴传感器用于公路行驶车辆动态称 重的检测原理是对动态载荷产生信号的积分。共聚物 PVDF 压电薄膜轴传感器的尺寸参数与技术性 能如下:
(1)芯线:16AWG扁平编织镀银铜线;
(2)压电材料:在强电场极化的共聚物 PVDF 涂层;
(3)外护套:0.4mm黄铜管;
(4)外形尺寸(宽×厚)6.6×1.6mm;
(5)绝缘电阻:芯线与屏蔽层间的绝缘电阻>500MΩ;
(6)压电常数:>20PC/N(标称值) ;
(7) 无源信号电缆:RG58型 (HDPE) 电缆外径为 4.75mm, 额定电容率 (介电常数) 为 98PF/m,
采用地下直埋外层护套;
(8)温度灵敏度:0.2%/℃(取决于灌封材料) ;
(9)输出一致性(长度方向) :用于动态称重时±7%;
(10)工作温度范围:-40℃~80℃;
(11)车辆速度范围:5~200km/h;
(12)包装:压电薄膜轴传感器可盘卷装箱包装。
共聚物 PVDF 压电薄膜轴传感器属于电容式传感器类型,不能检测静止在轴传感器上的车辆, 只能检测行驶中车辆的动态信号。由于内阻很高,在低频时信号衰减很大,低速时应考虑采用较高 的电路输入阻抗。 车辆行驶速度范围取决于电路设计, 一般为 5~200km/h, 较好的系统可达 10m/min (0.6km/h) 。共聚物 PVDF 压电薄膜轴传感器的技术特性如下:
(1)无源传感器:可在前置放大器前长距离传送而不需要供电;
(2)工作寿命长:等效轴载荷可超过四千万次,如果安装质量好可达 1亿次;
(3)输出信号大:200kg轮载荷,55英里/小时(88.5km/h)时,最小输出信号 250mv;
(4)动态特性好:轴传感器 6∶1宽厚比的扁平结构,使非受载方向的噪声最小,包括路面噪 声和车道车辆的噪声;
(5)对路面破坏最小:安装轴传感器切口仅为 19×19mm,并可以与路面轮廓一致;
(6)一次安装可获取多种信号:可测量轴数、轴距、车速、动态称重、车辆分类统计等。 共聚物 PVDF 压电薄膜轴传感器有永久性的和临时性的两种安装方式。
永久性的是安装在公路中间,使轴传感器的灌封材料顶部与路面平齐,必须经得住年复一年的 高密度车辆往来, 盐、 砂、 水等覆盖和扫雪车辆的清扫、 铲刮。 由于轴传感器独特的扁平结构外形, “导线”一般的柔顺性能,很容易与路面轮廓保持一致。只要在路面上开一个 19×19mm切口的长 槽, 将轴传感器安装在槽内间距为 150mm 的若干个支架上, 用与路面材料温度性能基本一致的材料, 调成浆状进行灌封即可。
灌封材料对轴传感器的工作寿命影响很大, 应选择压电薄膜轴传感器制造商推荐的产品, 美国 MSI 公司推荐的灌封材料主要有:Global Resin PU200,E-Mond G-100,ECM P5G,IRD AS-475等。 临时性的是将压电薄膜轴传感器粘贴在路面上,进行短期监测。
永久性安装的轴传感器在对行驶车辆进行动态称重时, 要求轴传感器在长度方向上的输出一致 性为±7%,对临时安装的轴传感器要求不高,达到±20%即可。
四、共聚物 PVDF 压电薄膜轴传感器的应用
共聚物 PVDF 压电薄膜轴传感器主要用于智能高速公路管理系统,公路车辆超限监测系统和桥 梁、遂道保护预警系统等。检测项目为轴数、轴距、轮胎数测量,车速测量,车辆动态称重等。 1.车速监测
在车辆行驶道路上安装 A、B 两条永久性的轴传感器,一般 A、B 轴传感器的距离为 3m(可根据
需要确定) 。当行驶车辆的轮胎经过轴传感器 A 时,电子时钟起动,经过轴传感器 B 时,时钟停止, 此时距离和时间已知,就可求出车辆行驶速度。根据德国 PTB 的报告,汽车以 200km/h的速度行驶 时,测量准确度可达 1%。
有的国家在行车道上安装 A、B、C 三条轴传感器,车轮从轴传感器 A 到 B,再到 C,最终从轴 传感器 AB、BC 和 AC 三个间距中,可计算出 3个车辆行驶速度,然后对 3个车速进行对比,它们都 应在规定的范围内,之间的误差通常不超过 2%。
2.轴距测量
由于车速在 A、B 轴传感器 3m 间距内基本是匀速,用车轴经过轴传感器时建立的信号时间差乘 以车速,就可得出轴距。
3.轴数测量
由于轴传感器是检测轮胎压过时的力,因此即使轮胎靠得很近时,也很容易计量出轴数。但当 车辆密集、低速行驶及车型相似时,很难区分所计轴数是同一辆车的还是两辆车的,而电感线圈只 能感受不能计量轴数。因而用电感线圈+压电薄膜轴传感器的方案即可测得车数又能计量轴数。一 般多采用轴传感器+电感线圈+轴传感器的方案,来获取车速信号并进行轴数等其它计算。
4.轮胎数测量
尽管世界上各国的车辆分类标准有所不同,但都有自己国家在用车型的特点,有些国家是以双 轮胎作为车辆等级划分标准。为了检测双轮胎,通常在与行车方向成 300~450角再加装一条压电薄 膜轴传感器。当双轮胎经过斜埋的轴传感器时,就会产生双峰脉冲,通过电路处理即可识别双轮胎 信号。垂直行车方向安装的轴传感器仍用来检测车速、轴数,并与斜埋的轴传感器计量数据进行比 较。
我国交通部颁布的并于 2000年 4月 1日起实施的《超限运输车辆行驶公路管理规定》 ,要求公 路车辆动态称重系统应具备识别单、双轮胎的能力,通过斜埋压电薄膜轴传感器就可解决此问题。 5.轮距测量
我国的车辆种类很多,存在同轴距而不同轮距的问题,如果检测系统能分辨轮距,将增加系统 的覆盖率和准确度。将压电薄膜轴传感器以一定角度斜埋路面就可完成轮距测量任务。
6.车辆分类统计
压电薄膜轴传感器的主要用途是车型分类,根据所用车辆的种类,不同国家制定了不同的车型 分类表,对行驶车辆进行分类。车辆的类型是根据检测的轴数、轴距、轮距等数据确定。
7.动态称重(WIM)
公路车辆行驶中称重主要是用于整车或轴载超限监测的预选和桥梁超载警告系统。 压电薄膜轴 传感器用于动态称重时,必须采用永久性的安装方式,按工艺要求的安装程序将轴传感器埋在路面 内,必须确保轴传感器笔直平整,并使支架顶部、灌封材料与路面平齐,灌封材料应完全包住轴传 感器及引线的连接区域。轴传感器的称量准确度与车辆振动、轮胎压在轴传感器上的面积、环境温
度等有关。尤其是道路质量对动态称重准确度影响较大,用在水泥路面较好,工作寿命长于沥青路 面。 车辆行驶速度范围可以从 5km/h到 200km/h, 较成功的系统在低速端可达到 10m/min(0.6km/h) 。 动态称量准确度为±10%,个别成功的系统可达 1~2%。
8.不停车电子收费系统(ETC)
我国现行的公路车辆收费标准,一直采用传统的按客车座位数分类,收费效率低,制约了车流 量的提高, 是极待解决的问题。 由于行驶车辆种类繁多, 按现行分类方法在不停车电子收费系统中, 引入自动分类法十分困难。如按轴距、轴数分类,再考虑整车重量,应是比较合理的方法。建立合 理的车辆分类标准是解决 ETC 问题的关键。制订标准的基础是各参数的检测手段,应将压电薄膜轴 传感器技术与视频技术及网络技术结合起来,针对车辆的轴数、轴距、轮数,长、宽、高等物理特 性设计车型识别系统。
9.道路监控
随着智能高速公路管理系统和交通信息采集统计系统的发展, 压电薄膜轴传感器的应用范围不 断扩大,并形成了一门专业技术。近年来我国高速公路里程仅次于美国居世界第二位,极需对公路 的交通负载、车辆类型和轴载、车载进行监控,以确定道路的磨损类型和等级。在这种方式下,通 常应用的是周期信息采集。由于我国高速公路车辆流量大且超限严重,加重了道路负荷,在设计使 用年限之初就出现龟裂、塌陷、车辙而过早损坏,使道路破坏修复次数增加,造成养护费用上升, 因此对公路状态的监测变得越来越重要。利用网络技术、视频技术及埋在路面下的地感线圈和压电 薄膜轴传感器组成的检测系统,就能实现交通信息的短期或长期采集,将车流量、车轴数、车速、 轴距、车辆分类、载重量等信息进行收集分析,为公路规划、设计、维护和决策提供可靠、全面的 数据。
五、结 语
本文介绍的美国 MSI 公司研制的共聚物 PVDF 压电薄膜轴传感器,以及瑞士 Kistler(奇石乐) 公司研制的压电石英晶体动态称重传感器,已在世界许多国家的智能高速公路管理系统、动态公路 车辆称重系统、高速公路超限监测预选、桥梁超载报警、遂道保护和自动电子收费系统中得到广泛 应用。压电薄膜轴传感器和压电石英称重传感器,其动态响应速度之快,测量与监控参数之多,安 装、 调试、 使用之方便, 是以传统的电阻应变式称重传感器为基础的各种动态称重系统无法比拟的。 利用这两种传感器的动态称重系统与车辆自动识别器(AVI)和车辆伴侣(Trucking Companies) 组成的智能高速公路管理系统,正是现代公路工程智能化管理所需要的。
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作者简介
刘九卿(1937— ) ,男,1960年毕业于吉林工业大学。中国航天科技集团公司下属中国运载 火箭技术研究院第七○二研究所研究员,享受国家特殊津贴专家。现为中国衡器技术专家委员会顾 问, 《衡器》杂志编委。编著《电阻应变式称重传感器》 ,在有关杂志上共发表学术论文 80余篇。 通讯地址:北京市丰台区桃源里小区 11号楼 2单元 6号
邮政编码:100076
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