我國(guó)北方寒冷冬天氣候寒冷,道路易結(jié)冰,引發(fā)的交通事故越來(lái)越多,給人們的生產(chǎn)生活帶來(lái)嚴(yán)重的影響,因此道路結(jié)冰檢測(cè)的意義顯得尤為重要。由于國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有的道路結(jié)冰檢測(cè)方法,量程小、精度低,本文采用了壓電陶瓷應(yīng)變片對(duì)道路結(jié)冰進(jìn)行檢測(cè)。首先,通過(guò)幾何方程、物理方程和平衡方程,求解得到和撓度相關(guān)的彎曲微分方程,由撓度微分方程和薄板在檢測(cè)時(shí)的邊界條件計(jì)算出薄板的諧振頻率和結(jié)冰厚度的關(guān)系。當(dāng)傳感器表面被冰或水覆蓋時(shí),傳感器的剛度和質(zhì)量會(huì)根據(jù)兩種物質(zhì)的不同發(fā)生改變,當(dāng)傳感器表面被水覆蓋時(shí),諧振頻率會(huì)隨著積水厚度的增加而降低;當(dāng)傳感器表面被冰層覆蓋時(shí),傳感器的諧振會(huì)隨著冰層厚度的增加而增加。因此通過(guò)水的不同狀態(tài)對(duì)諧振頻率的影響,可以判斷公路路面是否積水或者結(jié)冰,并通過(guò)諧振頻率的增加值計(jì)算出結(jié)冰厚度。其次,根據(jù)公路路面結(jié)冰實(shí)際需求設(shè)計(jì)了路結(jié)冰檢測(cè)系統(tǒng)的硬件,硬件系統(tǒng)包括傳感器探頭部分,信號(hào)中轉(zhuǎn)站系統(tǒng)和云平臺(tái)終端部分。傳感器探頭內(nèi)部控制芯片控制信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生多種頻率的正弦波,送入壓電陶瓷震動(dòng)片,控制芯片再采樣接收震動(dòng)片的返回信號(hào),根據(jù)返回信號(hào)數(shù)據(jù)通過(guò)RS485通信發(fā)送至中轉(zhuǎn)信號(hào)站。中轉(zhuǎn)信號(hào)站負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)處理和遠(yuǎn)程通... 

【文章來(lái)源】：哈爾濱理工大學(xué)黑龍江省

【文章頁(yè)數(shù)】：65 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

傳感器分類Fig.1-1Sensorclassification

哈爾濱理工大學(xué)工程碩士學(xué)位論文-4-位置的監(jiān)測(cè)點(diǎn)或者車載監(jiān)控來(lái)提供并自動(dòng)采集圖像，從而在對(duì)圖像進(jìn)行濾波、RGB梯度處理后、訓(xùn)練分類后，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)圖像的分類處理。該方法可達(dá)到85%~90%的分類正確率。MagerlG等人采用一個(gè)發(fā)射頻率為2.45GHz的發(fā)射器，通過(guò)接受經(jīng)過(guò)路面反射回來(lái)的信號(hào)，可以根據(jù)其不同的特性來(lái)對(duì)路面的干燥、積水、結(jié)冰等狀態(tài)進(jìn)行有效的判斷，并且能夠測(cè)量出水層厚度和水鹽含量[9]。1.3結(jié)冰檢測(cè)方法1.3.1光纖法光纖法就是通過(guò)光纖（即光導(dǎo)纖維，可以提供光傳輸?shù)耐ǖ溃﹤鞲衅鱽?lái)進(jìn)行路面結(jié)冰情況的監(jiān)測(cè)，光纖傳感器由發(fā)射光源、發(fā)射和接收光纖纖束和光電探測(cè)器構(gòu)成。圖1-2光纖傳感器原理圖Fig.1-2Schematicdiagramofopticalfibersensor根據(jù)上圖中的結(jié)構(gòu)，使用時(shí)要保證光纖傳感器探測(cè)頭的端面與路面平齊，且發(fā)射光纖束和接收光纖束均按照一定順序擺放，光纖傳感器主要利用冰對(duì)光的反射、折射、散射等光學(xué)特性來(lái)進(jìn)行測(cè)量。當(dāng)路面干爽沒有積水或冰層時(shí)，通過(guò)光纖傳輸?shù)陌l(fā)射光纖束經(jīng)探測(cè)頭端面射入空氣中，所以光電探測(cè)器探測(cè)不到信號(hào)；路面有水存在或是結(jié)冰后，通過(guò)光纖傳輸?shù)陌l(fā)射光纖束經(jīng)傳感器探測(cè)頭的端面即冰或水與路面接觸的交界面上發(fā)生反射、折射等光學(xué)變化，致使一

第1章緒論-5-部分光通過(guò)接收光纖通道被光電探測(cè)器接收，如此通過(guò)接收到光能的差異就可以對(duì)路面的積水或結(jié)冰情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)。但是當(dāng)用同軸電纜進(jìn)行信號(hào)測(cè)試時(shí)冰層厚度時(shí)，接收到的信號(hào)并不是一個(gè)單調(diào)函數(shù)，與冰層厚度的遞增關(guān)系并不匹配，所以本文不采用光纖式傳感器。1.3.2電容式結(jié)冰傳感器電容式結(jié)冰傳感器主要有兩種測(cè)量方法，一是固定電容法，二是相對(duì)電容法[10]。主要根據(jù)電容的計(jì)算公式：kdSC4(1-1)其中：是兩電極板間的介電常數(shù)，S是兩電極板相對(duì)應(yīng)的面積，d是兩電極之間的間距，k是靜電力常數(shù)。而每種物質(zhì)的介電常數(shù)都不相同，根據(jù)不同介電常數(shù)引起的電容大小的改變，進(jìn)而判斷兩電極板之間的物質(zhì)，從而判斷路面是干燥、結(jié)冰或積水狀態(tài)。太原理工大學(xué)崔麗琴教授通過(guò)CAV444集成電路測(cè)量等間距排布的電極，通過(guò)電極兩側(cè)的端口將電極引出，如下圖所示。利用不同電介質(zhì)的電導(dǎo)不相同進(jìn)行測(cè)量。圖1-3等間距排布電極板Fig.1-3Electrodeplatewithequalspacing當(dāng)兩電極之間是空氣時(shí)，此時(shí)兩電極之間的電容就會(huì)很小，當(dāng)兩電極之間是冰或者冰水混合物時(shí)，電容值會(huì)相較于空氣增大，但是由于冰水混合的電容值和冰的電容值相差很小，所以固定電容測(cè)量法只能區(qū)分空氣和冰，并不能區(qū)分冰水混合物和冰，可以利用溫度來(lái)區(qū)分兩者的狀態(tài)。如下圖所示。

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