基于压电谐振式传感器的道路结冰检测
发布时间：2021-01-13 07:13
我国北方寒冷冬天气候寒冷,道路易结冰,引发的交通事故越来越多,给人们的生产生活带来严重的影响,因此道路结冰检测的意义显得尤为重要。由于国内外现有的道路结冰检测方法,量程小、精度低,本文采用了压电陶瓷应变片对道路结冰进行检测。首先,通过几何方程、物理方程和平衡方程,求解得到和挠度相关的弯曲微分方程,由挠度微分方程和薄板在检测时的边界条件计算出薄板的谐振频率和结冰厚度的关系。当传感器表面被冰或水覆盖时,传感器的刚度和质量会根据两种物质的不同发生改变,当传感器表面被水覆盖时,谐振频率会随着积水厚度的增加而降低;当传感器表面被冰层覆盖时,传感器的谐振会随着冰层厚度的增加而增加。因此通过水的不同状态对谐振频率的影响,可以判断公路路面是否积水或者结冰,并通过谐振频率的增加值计算出结冰厚度。其次,根据公路路面结冰实际需求设计了路结冰检测系统的硬件,硬件系统包括传感器探头部分,信号中转站系统和云平台终端部分。传感器探头内部控制芯片控制信号发生器产生多种频率的正弦波,送入压电陶瓷震动片,控制芯片再采样接收震动片的返回信号,根据返回信号数据通过RS485通信发送至中转信号站。中转信号站负责数据处理和远程通...
【文章来源】：哈尔滨理工大学黑龙江省
【文章页数】：65 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
传感器分类Fig.1-1Sensorclassification
哈尔滨理工大学工程硕士学位论文-4-位置的监测点或者车载监控来提供并自动采集图像，从而在对图像进行滤波、RGB梯度处理后、训练分类后，可以实现对图像的分类处理。该方法可达到85%~90%的分类正确率。MagerlG等人采用一个发射频率为2.45GHz的发射器，通过接受经过路面反射回来的信号，可以根据其不同的特性来对路面的干燥、积水、结冰等状态进行有效的判断，并且能够测量出水层厚度和水盐含量[9]。1.3结冰检测方法1.3.1光纤法光纤法就是通过光纤（即光导纤维，可以提供光传输的通道）传感器来进行路面结冰情况的监测，光纤传感器由发射光源、发射和接收光纤纤束和光电探测器构成。图1-2光纤传感器原理图Fig.1-2Schematicdiagramofopticalfibersensor根据上图中的结构，使用时要保证光纤传感器探测头的端面与路面平齐，且发射光纤束和接收光纤束均按照一定顺序摆放，光纤传感器主要利用冰对光的反射、折射、散射等光学特性来进行测量。当路面干爽没有积水或冰层时，通过光纤传输的发射光纤束经探测头端面射入空气中，所以光电探测器探测不到信号；路面有水存在或是结冰后，通过光纤传输的发射光纤束经传感器探测头的端面即冰或水与路面接触的交界面上发生反射、折射等光学变化，致使一
第1章绪论-5-部分光通过接收光纤通道被光电探测器接收，如此通过接收到光能的差异就可以对路面的积水或结冰情况进行监测。但是当用同轴电缆进行信号测试时冰层厚度时，接收到的信号并不是一个单调函数，与冰层厚度的递增关系并不匹配，所以本文不采用光纤式传感器。1.3.2电容式结冰传感器电容式结冰传感器主要有两种测量方法，一是固定电容法，二是相对电容法[10]。主要根据电容的计算公式：kdSC4(1-1)其中：是两电极板间的介电常数，S是两电极板相对应的面积，d是两电极之间的间距，k是静电力常数。而每种物质的介电常数都不相同，根据不同介电常数引起的电容大小的改变，进而判断两电极板之间的物质，从而判断路面是干燥、结冰或积水状态。太原理工大学崔丽琴教授通过CAV444集成电路测量等间距排布的电极，通过电极两侧的端口将电极引出，如下图所示。利用不同电介质的电导不相同进行测量。图1-3等间距排布电极板Fig.1-3Electrodeplatewithequalspacing当两电极之间是空气时，此时两电极之间的电容就会很小，当两电极之间是冰或者冰水混合物时，电容值会相较于空气增大，但是由于冰水混合的电容值和冰的电容值相差很小，所以固定电容测量法只能区分空气和冰，并不能区分冰水混合物和冰，可以利用温度来区分两者的状态。如下图所示。
【参考文献】：
期刊论文
[1]云服务评价指标体系与评价方法[J]. 熊剑芳,李连英,周莉莉. 统计与决策. 2019(04)
[2]云服务在地铁综合监控系统中的应用[J]. 翁伊炯. 机电信息. 2019(06)
[3]基于云服务的变电站监测系统开发与应用[J]. 吕卫阳,王国锋. 国内外机电一体化技术. 2019(01)
[4]基于不同无线通信方式的智能水表比较研究[J]. 冼峰. 中国管理信息化. 2019(04)
[5]基于Modbus协议在智能家居中的应用[J]. 邵先来,赵佳. 集成电路应用. 2019(02)
[6]信息化革命的第三次飞跃——云计算[J]. 魏清. 南方农机. 2019(02)
[7]基于GPRS无线聚抄系统的设计研究[J]. 李中阳,陈鑫,陈海棠. 电子世界. 2019(02)
[8]无线通信数据链协议栈软件设计与实现[J]. 曾诚. 电子质量. 2019(01)
[9]基于DS18B20温度传感器测温系统的研究与设计[J]. 罗小敏,麻淑婉,金长华,张声岚,张玉. 轻工科技. 2019(01)
[10]基于GPRS的沼气工程物联网监控系统[J]. 席瑞鑫,郞曼. 通信电源技术. 2018(12)
博士论文
[1]基于路面振动物联网监测的车路综合信息获取技术[D]. 叶周景.北京科技大学 2019
硕士论文
[1]基于支持向量机的路面状态视频图像识别技术研究[D]. 武洪强.北京交通大学 2017
[2]道路结冰与积水智能传感器系统研究[D]. 陆侃.中国科学技术大学 2016
[3]基于LabVIEW和Matlab的图像去噪研究[D]. 杨小静.湖南师范大学 2014
[4]六辊可逆冷轧板形分析模型研究[D]. 林秉敬.重庆大学 2008
[5]振动法测冰技术的研究及应用[D]. 高庆坤.哈尔滨工程大学 2005
[6]基于振动原理的结冰探测技术研究[D]. 王华.哈尔滨工程大学 2003
本文编号：2974452
【文章来源】：哈尔滨理工大学黑龙江省
【文章页数】：65 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
传感器分类Fig.1-1Sensorclassification
哈尔滨理工大学工程硕士学位论文-4-位置的监测点或者车载监控来提供并自动采集图像，从而在对图像进行滤波、RGB梯度处理后、训练分类后，可以实现对图像的分类处理。该方法可达到85%~90%的分类正确率。MagerlG等人采用一个发射频率为2.45GHz的发射器，通过接受经过路面反射回来的信号，可以根据其不同的特性来对路面的干燥、积水、结冰等状态进行有效的判断，并且能够测量出水层厚度和水盐含量[9]。1.3结冰检测方法1.3.1光纤法光纤法就是通过光纤（即光导纤维，可以提供光传输的通道）传感器来进行路面结冰情况的监测，光纤传感器由发射光源、发射和接收光纤纤束和光电探测器构成。图1-2光纤传感器原理图Fig.1-2Schematicdiagramofopticalfibersensor根据上图中的结构，使用时要保证光纤传感器探测头的端面与路面平齐，且发射光纤束和接收光纤束均按照一定顺序摆放，光纤传感器主要利用冰对光的反射、折射、散射等光学特性来进行测量。当路面干爽没有积水或冰层时，通过光纤传输的发射光纤束经探测头端面射入空气中，所以光电探测器探测不到信号；路面有水存在或是结冰后，通过光纤传输的发射光纤束经传感器探测头的端面即冰或水与路面接触的交界面上发生反射、折射等光学变化，致使一
第1章绪论-5-部分光通过接收光纤通道被光电探测器接收，如此通过接收到光能的差异就可以对路面的积水或结冰情况进行监测。但是当用同轴电缆进行信号测试时冰层厚度时，接收到的信号并不是一个单调函数，与冰层厚度的递增关系并不匹配，所以本文不采用光纤式传感器。1.3.2电容式结冰传感器电容式结冰传感器主要有两种测量方法，一是固定电容法，二是相对电容法[10]。主要根据电容的计算公式：kdSC4(1-1)其中：是两电极板间的介电常数，S是两电极板相对应的面积，d是两电极之间的间距，k是静电力常数。而每种物质的介电常数都不相同，根据不同介电常数引起的电容大小的改变，进而判断两电极板之间的物质，从而判断路面是干燥、结冰或积水状态。太原理工大学崔丽琴教授通过CAV444集成电路测量等间距排布的电极，通过电极两侧的端口将电极引出，如下图所示。利用不同电介质的电导不相同进行测量。图1-3等间距排布电极板Fig.1-3Electrodeplatewithequalspacing当两电极之间是空气时，此时两电极之间的电容就会很小，当两电极之间是冰或者冰水混合物时，电容值会相较于空气增大，但是由于冰水混合的电容值和冰的电容值相差很小，所以固定电容测量法只能区分空气和冰，并不能区分冰水混合物和冰，可以利用温度来区分两者的状态。如下图所示。
【参考文献】：
期刊论文
[1]云服务评价指标体系与评价方法[J]. 熊剑芳,李连英,周莉莉. 统计与决策. 2019(04)
[2]云服务在地铁综合监控系统中的应用[J]. 翁伊炯. 机电信息. 2019(06)
[3]基于云服务的变电站监测系统开发与应用[J]. 吕卫阳,王国锋. 国内外机电一体化技术. 2019(01)
[4]基于不同无线通信方式的智能水表比较研究[J]. 冼峰. 中国管理信息化. 2019(04)
[5]基于Modbus协议在智能家居中的应用[J]. 邵先来,赵佳. 集成电路应用. 2019(02)
[6]信息化革命的第三次飞跃——云计算[J]. 魏清. 南方农机. 2019(02)
[7]基于GPRS无线聚抄系统的设计研究[J]. 李中阳,陈鑫,陈海棠. 电子世界. 2019(02)
[8]无线通信数据链协议栈软件设计与实现[J]. 曾诚. 电子质量. 2019(01)
[9]基于DS18B20温度传感器测温系统的研究与设计[J]. 罗小敏,麻淑婉,金长华,张声岚,张玉. 轻工科技. 2019(01)
[10]基于GPRS的沼气工程物联网监控系统[J]. 席瑞鑫,郞曼. 通信电源技术. 2018(12)
博士论文
[1]基于路面振动物联网监测的车路综合信息获取技术[D]. 叶周景.北京科技大学 2019
硕士论文
[1]基于支持向量机的路面状态视频图像识别技术研究[D]. 武洪强.北京交通大学 2017
[2]道路结冰与积水智能传感器系统研究[D]. 陆侃.中国科学技术大学 2016
[3]基于LabVIEW和Matlab的图像去噪研究[D]. 杨小静.湖南师范大学 2014
[4]六辊可逆冷轧板形分析模型研究[D]. 林秉敬.重庆大学 2008
[5]振动法测冰技术的研究及应用[D]. 高庆坤.哈尔滨工程大学 2005
[6]基于振动原理的结冰探测技术研究[D]. 王华.哈尔滨工程大学 2003
本文编号：2974452
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