智能交通传感器应用指南

　　随着全球智能交通技术(ITS)的发展，与众多的技术一样，一种共聚物压电轴传感器在过去数年里取得了长足的发展。它为用户提供的不仅仅是良好的性能，高度的可靠性，简易的安装方法，还有逐步降低的价格。它独一无二的特性使其在日益扩展的应用中成为理想的选择。

　　美国MSI公司经过多年研究，开发出了一种共聚物压电轴传感器，该传感器被用于检测车轴数、轴距，车速监控，车型分类，动态称重(WIM)，收费站地磅，闯红灯拍照，停车区域监控，交通信息采集(道路监控)及机场滑行道。共聚物压电轴传感器的长处是可获取精确的、具体的数据，如精确的速度信号、触发信号和分类信息及长期反馈交通信息统计数据 。

　　  检测原理

　　压电材料是一种经特殊加工后能将动能转化成电能的材料。一些聚合体材料，例如共聚物P(VDF-TrFE)使这一特性有了很大提高。

　　压电传感器由金属编织芯线、压电材料和金属外壳制成同轴结构。在制造过程中，将压电材料置于一个强电场中极化，数量级为每一毫米厚的压电材料大约 100000V。无护套电缆的电晕场也采用这种电场。极化场使非结晶聚合体变成半晶体的形式，同时又保留了许多聚合体的柔韧特性。

　　压电材料在受机械冲击或振动时产生电荷。在原子层，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有一个电子流形成。就像海绵中的水，当你挤压一块湿海绵时，水会从海绵中流出来，当你松开时，水又被吸回去，这同压电传感器十分相似。当有压力施加到传感器上时，就产生了电荷(电压)，而当去掉负载时，就会产生一个相反极性的信号。它产生的电压可以相当高，但传感器产生的电流却比较小。
共聚物压电轴传感器的检测原理与其说是在车辆经过时采集信息，倒不如说是在轮胎经过传感器时采集信息。感应线圈只能显示出一个大金属物体经过了线圈，只能提供车辆的有限的特征信息。而压电传感器检测经过传感器的轮胎，产生一个与施加到传感器上的压力成正比的模拟信号，并且输出的周期与轮胎停留在传感器上的时间相同。每当一个轮胎经过传感器时，传感器就会产生一个新的电子脉冲。共聚物压电薄膜传感器在行驶中称重(WIM)的检测原理是对受力产生的信号积分 。

　　产品特性

　　1)芯线：16AWG扁平编织镀银铜芯线。
　　2)压电材料：极化压电聚合物涂层P(VDF~TrFE) 。
　　3)外护套： 0.4mm黄铜管,CDA-260,ASTM B587-88。
　　4)外形尺寸： 6.6mm宽×1.6mm厚。
　　5) 绝缘电阻：芯线与屏蔽层间的绝缘电阻: >500MOhm。
　　6)压电常数： >20pC/N(标称值)。
　　７)无源信号电缆：RG58型(HDPE)，采用地下/直埋外层护套。电缆外径为4.75mm
　　额定电容为89pF/m。
　　8)包装：传感器的包装为每箱2条，包装箱尺寸600×550×75mm。
　　9) 安装支架：随传感器附送安装支架，每150mm配1个支架。
　　10)输出一致性：传感器长度方向的输出一致性在用于动态称重(WIM)时为±7%，用于其它用途，如车辆分类统计、车速监测、　　闯红灯拍照等时为±20%。
　　11)工作温度范围: -40°C ~80°C
　　12)温度灵敏度: 0.2%/°C (取决于封灌材料)

　　产品特点

　　电容式传感器：不能检测静止在传感器上的车辆。只能检测动态信号，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，速度范围取决于电路设计，一般为5公里/小时到200公里/小时，较成功的系统达到10米/分钟(0.6公里/小时)。

　　无源传感器：可在前置放大器前长距离传送而不需要供电。
　　寿命长: 超过4千万次ESAL(等效单轴负载)，如果安装质量好，可达一亿次(ESAL)。
　　大信号： 200公斤轮载，在以时速55英里行驶时，输出最小250mV信号。
　　动态特性好： 可测自行车，摩托车，小汽车及重型货车。
　　高信噪比：传感器的扁平结构（即宽厚比为6:1）使非受力方向的噪声最小，包括路面噪声和相邻车道车辆的噪声。
　　最小的路面破坏：安装切口仅为19mm×19mm，并可与路面轮廓一致。
　　易搬运：盘卷在600mm×600mm的纸盒内， 卷曲直径不小于300mm就不会损坏。
　　一次安装获取多种信号：如轴数、重量、车速、轴距，与电感线圈配合(见后附典型配置图)，从而实现行驶中称重(WIM)、车　　辆分类统计、车速监测、闯红灯拍照。

　　应用范围

　　共聚物压电薄膜轴传感器主要应用于行驶中称重(WIM)，计轴数，测轴距，车辆分类统计，车速监测，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(道路监控 )，及机场滑行道。

　　车速监测

　　通常在每条车道上安装两条传感器，这便于分别地采集每条车道的数据。使用两个传感器可计算出车辆的速度。当轮胎经过传感器A时，启动电子时钟，当轮胎经过传感器B时，时钟停止。两个传感器之间的距离一般是3米，或比3米短一些(可根据需要确定)。传感器之间的距离已知，将两个传感器之间的距离除以两个传感器信号的时间周期，就可得出车速。根据德国PTB的报告，在汽车以200公里/小时的匀速行驶时，测量精度可达到1%。

　　压电传感器可以区分差别很小的车辆，这一点使其可与速度相机触发器在固定地点一同使用。通常都安装2条传感器作为一组，有的国家也安装3条(增加了校验)。当轮胎经过传感器时，根据从A到B，再从B到C，最终从A到C的时间，计算出车速。然后对这几个车速进行对比，它们都应在规定的范围内，通常不超过2%。如果车辆超过了规定的时速，在前轮经过最后一个传感器时，立刻给车辆拍照，并计算出车速。在第一张照片拍摄后的固定时间进行第二次拍照，这样观测仪可以校验车速。即使在车流量很高的情况下，也可得到各个车道的信息。传感器可以交错安装，以便照相机有稳定的焦点，从而使得照片清晰可读。

　　通过车速监测既可以对超速车辆罚款，又可以根据车流量建立可变限速标志和可变情报板。在车流量较高时，设置较低的限速；流量较低时，设置较高的限速，建立动态的管理系统，从而实现路面管理智能化。

　　车辆分类统计

　　压电薄膜共聚物轴传感器的主要用途是车型分类，车速数据可被转换为可靠的分类数据。不同的国家使用不同的分类表对车辆分类。在美国，FHWA把车辆定义为从摩托车到多用途拖车的13种类型(见高速公路动态称重(WIM)系统的标准规范及用户要求与试验方法ASTM1318--94)。车辆的类型是根据轴数和轴距确定的。

　　轴距

　　由于车速在3米或小于3米的距离内基本上是均速，用车轴经过传感器时建立的信号时间差乘以车速，就得出轴距。

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