一种高精度非接触式路面温度测量装置及其测量方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种高精度非接触式路面温度测量装置，包括红外光信号探测模块、信号调理模块以及信号采集与处理模块；所述红外光信号探测模块实现光信号的探测和波段的选择；所述信号调理模块信号实现了采集信号的放大和调理；所述信号采集与处理模块实现了模数转换和温度的反演等功能。本发明专利技术还提供一种高精度非接触式路面温度测量装置的测量方法。本发明专利技术采用双探测器测量系统，通过其中一个探测器直接检测装置本身温度引起的红外辐射，在测量目标路面的红外辐射时扣除其影响，准确得到目标路面的红外辐射量，实现目标路面温度的准确反演，有效地提高了测量装置的准确性和实用性。

High precision non-contact type road surface temperature measuring device and measuring method thereof

The invention provides a non-contact surface temperature measurement device with high accuracy, including infrared signal detection module, signal conditioning module and signal acquisition and processing module; selection of the infrared signal detection module and the detection band optical signal; the signal conditioning module realizes signal acquisition signal amplifying and conditioning; the the signal acquisition and processing module of the analog-to-digital conversion and temperature inversion etc.. The invention also provides a measuring method of a high-precision non-contact type pavement temperature measuring device. The invention adopts double probe measurement system, through which a probe for direct detection of infrared radiation temperature caused by the device itself, after deducting its impact on the measurement of infrared radiation of the target surface, get the exact amount of the infrared radiation of the road, to achieve accurate temperature inversion of the target surface, effectively improves the accuracy and practicability of measuring device.

【技术实现步骤摘要】
一种高精度非接触式路面温度测量装置及其测量方法
本专利技术涉及道路交通安全气象要素探测
，具体是一种高精度非接触式路面温度测量装置及其测量方法。
技术介绍
随着道路交通的发展和车辆的激增，路面气象状态对交通运输的影响也越来越广泛，恶劣的路面气象状态造成了较多的交通事故，甚至威胁人们的生命财产安全。路面温度是路面气象状态中很重要的一项指标。随着温度的变化，路面的材料强度和刚度也会随之发生变化。由于路面材料热传导性能差，温度变化时，结构表面温度变化迅速，结构内部温度变化很小，各个部分处于不同的温度状态，材料的体积也会产生膨胀和收缩，当这种膨胀和收缩受到阻碍时，会产生很大的温度应力，引起结构变形、开裂，进而破坏道路结构，影响行车安全。同时，高温是诱发车辆“爆胎”的元凶，夏季的地面温度会达到50℃以上，汽车长时间在高温路面行驶致使胎压增加极易引发爆胎事故，发生严重交通事故。目前国内外对路面温度的测量主要有接触式和非接触式两种方法。前者，采用热电偶、热电阻等埋入路面测量，通过感知物理特性的某些变化来判断路面温度，该类测量装置都需要埋入路面使用，一方面会对路面造成破坏，安装维护也不便；另一方面，接触式测温需要与被测物体进行充分的热交换，经过一定的时间后才能达到热平衡，存在延迟现象。非接触式测量大多是通过红外辐射来反演路面温度。基本原理是：红外辐射存在于自然界的任何一个角落，在自然界中，任何温度超过零度的物体都会不断地向周围空间发出红外辐射，这种辐射具有光反射与折射等一系列特征，且辐射强度与温度大小存在确定的关系。该类测量装置可以直接安装在道路、桥梁、高架两侧，安装维护简单，准确度高。我国高速公路承载的运输量大，破损较快，路面经常性翻新或维修，接触式更易损坏，增加了维护成本。此外，非接触式测温还具有响应速度快、测温范围宽、无需接触被测物体、不干扰被测温度场的优点。因此，非接触式更具有应用前景。然而，目前国内尚无成熟的该类产品，国外进口产品价格昂贵，因此有必要对路面温度状态的非接触式实时监测进行研究。现有技术中，通过探测物体发出的红外辐射量，可以通过相应的算法得到其相应的温度值。但是，用于路面温度测量的红外测温仪器，安装在野外用于长期不间断的实时测量，而外界的温度变化很大，昼夜温差、不同季节的温差都造成仪器本身发生较大温度波动，而本身也是辐射体，随着温度的变化辐射量也会发生变化，并且由于仪器本身距离探测器较近，对探测器测量到的信号贡献较大，其自身辐射会叠加到探测器上，对实际目标物辐射量的检测产生影响，影响路面温度的反演，因此，这部分的影响因素一定要扣除。一般的修正方法是通过接触式温度传感器测量仪器某部件的温度后，反推出仪器的辐射量，再在测量中扣除这部分辐射量，进行目标物温度反演。但实际上，仪器本身材料是由金属等多种材料组成，具有不同的辐射特性，通过上述方法反推得到的仪器本身的辐射量是不准确的；同时，在仪器中外壳、光学透镜甚至是腔体内的空气都会产生红外辐射，只用测量仪器本身某部件的温度，不能全面反映出该干扰因素的确定值。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种高精度非接触式路面温度测量装置及其测量方法。采用双探测器扣除装置本身的辐射影响，即采用一个探测器直接测量装置本身的红外辐射量，而采用另一个探测器测量目标路面的红外辐射量和装置本身的红外辐射量，通过扣除装置本身背景辐射的方法，直接精确测量到目标路面的红外辐射量，以保证目标路面的实际温度的准确反演。本专利技术的技术方案为：一种高精度非接触式路面温度测量装置，该装置包括红外光信号探测模块、信号调理模块以及信号采集与处理模块；所述红外光信号探测模块包括红外光透镜、窗口滤光片、主探测器、副探测器、主探测器滤光片和副探测器滤光片；所述红外光透镜位于窗口滤光片的前端，所述窗口滤光片位于主探测器滤光片和副探测器滤光片的前端，所述主探测器滤光片位于主探测器的前端，所述副探测器滤光片位于副探测器的前端；所述红外光透镜用于对目标路面的红外辐射信号进行聚焦；所述窗口滤光片用于对经过红外光透镜聚焦的目标路面的红外辐射信号进行滤光；所述主探测器滤光片和副探测器滤光片均用于对装置本身的红外辐射信号和透过窗口滤光片的目标路面的红外辐射信号进行滤光，其中，目标路面的红外辐射信号在副探测器滤光片上被截止；所述主探测器用于接收透过主探测器滤光片的装置本身的红外辐射信号和目标路面的红外辐射信号，所述副探测器用于接收透过副探测器滤光片的装置本身的红外辐射信号；所述主探测器和副探测器均用于将接收到的红外辐射信号转换成电信号，所述电信号经过信号调理模块调理后进入信号采集与处理模块。所述的高精度非接触式路面温度测量装置，所述信号调理模块包括前置放大电路、二级放大电路和低通滤波电路，所述信号采集与处理模块包括温湿度补偿电路、模数转换电路、中央处理器和信号输出电路；所述前置放大电路用于对主探测器和副探测器输出的电信号进行电流到电压的转换和放大；所述二级放大电路用于对前置放大电路输出的电压信号进行二级放大；所述低通滤波电路用于对二级放大电路输出的电压信号中的高频交流干扰成分进行隔离；所述温湿度补偿电路用于测量大气温度和湿度并传输至中央处理器；所述模数转换电路用于将低通滤波电路传输过来的信号进行模数转换，再传输至中央处理器；所述信号输出电路用于将中央处理器处理得到的测量结果输出显示。所述的高精度非接触式路面温度测量装置，所述红外光透镜采用菲涅尔透镜。所述的高精度非接触式路面温度测量装置，所述窗口滤光片采用主要透过波长为5～8um的红外辐射信号的滤光片；所述主探测器滤光片采用主要透过波长为5～14um的红外辐射信号的滤光片；所述副探测器滤光片采用主要透过波长为8～14um的红外辐射信号的滤光片。所述的高精度非接触式路面温度测量装置，所述主探测器和副探测器均采用热电堆光电探测器。一种高精度非接触式路面温度测量装置的测量方法，该方法包括以下步骤：a、目标路面的红外辐射信号依次经过红外光透镜聚焦、窗口滤光片滤光后在副探测器滤光片上被截止，仅经过主探测器滤光片滤光后照射到主探测器上；装置本身的红外辐射信号经过主探测器滤光片滤光后照射到主探测器上，经过副探测器滤光片滤光后照射到副探测器上；b、主探测器和副探测器将接收到的红外辐射信号转换成电信号，所述电信号经过信号调理模块调理后进入信号采集与处理模块；c、信号采集与处理模块对来自于主探测器和副探测器的两路信号数值按照预先标定的主探测器测量的装置本身的红外辐射量值与副探测器测量的装置本身的红外辐射量值之间的关系进行计算，得到目标路面的红外辐射量值；d、根据得到的目标路面的红外辐射量值，从预存的目标路面的红外辐射量值与温度值的对应表中，查询出对应的目标路面的温度值。所述的高精度非接触式路面温度测量装置的测量方法，步骤c中，所述主探测器测量的装置本身的红外辐射量值与副探测器测量的装置本身的红外辐射量值之间的关系，通过以下步骤获得：c1、用黑色塑料堵头将红外光透镜的前端完全挡住，将装置放置于温控箱内，控制温度从-20℃逐步上升到50℃，在上升过程中每隔5℃记录下主探测器、副探测器接收到的红外辐射信号经过信号调理模块调理、信号采集与处理模块处理得到的两路信号数值L1′(n)、L2(n本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高精度非接触式路面温度测量装置，其特征在于：该装置包括红外光信号探测模块(100)、信号调理模块(200)以及信号采集与处理模块(300)；所述红外光信号探测模块(100)包括红外光透镜(101)、窗口滤光片(102)、主探测器(104)、副探测器(106)、主探测器滤光片(103)和副探测器滤光片(105)；所述红外光透镜(101)位于窗口滤光片(102)的前端，所述窗口滤光片(102)位于主探测器滤光片(103)和副探测器滤光片(105)的前端，所述主探测器滤光片(103)位于主探测器(104)的前端，所述副探测器滤光片(105)位于副探测器(106)的前端；所述红外光透镜(101)用于对目标路面的红外辐射信号进行聚焦；所述窗口滤光片(102)用于对经过红外光透镜(101)聚焦的目标路面的红外辐射信号进行滤光；所述主探测器滤光片(103)和副探测器滤光片(105)均用于对装置本身的红外辐射信号和透过窗口滤光片(102)的目标路面的红外辐射信号进行滤光，其中，目标路面的红外辐射信号在副探测器滤光片(105)上被截止；所述主探测器(104)用于接收透过主探测器滤光片(103)的装置本身的红外辐射信号和目标路面的红外辐射信号，所述副探测器(106)用于接收透过副探测器滤光片(105)的装置本身的红外辐射信号；所述主探测器(104)和副探测器(106)均用于将接收到的红外辐射信号转换成电信号，所述电信号经过信号调理模块(200)调理后进入信号采集与处理模块(300)。...

【技术特征摘要】
1.一种高精度非接触式路面温度测量装置，其特征在于：该装置包括红外光信号探测模块(100)、信号调理模块(200)以及信号采集与处理模块(300)；所述红外光信号探测模块(100)包括红外光透镜(101)、窗口滤光片(102)、主探测器(104)、副探测器(106)、主探测器滤光片(103)和副探测器滤光片(105)；所述红外光透镜(101)位于窗口滤光片(102)的前端，所述窗口滤光片(102)位于主探测器滤光片(103)和副探测器滤光片(105)的前端，所述主探测器滤光片(103)位于主探测器(104)的前端，所述副探测器滤光片(105)位于副探测器(106)的前端；所述红外光透镜(101)用于对目标路面的红外辐射信号进行聚焦；所述窗口滤光片(102)用于对经过红外光透镜(101)聚焦的目标路面的红外辐射信号进行滤光；所述主探测器滤光片(103)和副探测器滤光片(105)均用于对装置本身的红外辐射信号和透过窗口滤光片(102)的目标路面的红外辐射信号进行滤光，其中，目标路面的红外辐射信号在副探测器滤光片(105)上被截止；所述主探测器(104)用于接收透过主探测器滤光片(103)的装置本身的红外辐射信号和目标路面的红外辐射信号，所述副探测器(106)用于接收透过副探测器滤光片(105)的装置本身的红外辐射信号；所述主探测器(104)和副探测器(106)均用于将接收到的红外辐射信号转换成电信号，所述电信号经过信号调理模块(200)调理后进入信号采集与处理模块(300)。2.根据权利要求1所述的高精度非接触式路面温度测量装置，其特征在于：所述信号调理模块(200)包括前置放大电路(201)、二级放大电路(202)和低通滤波电路(203)，所述信号采集与处理模块(300)包括温湿度补偿电路(301)、模数转换电路(302)、中央处理器(303)和信号输出电路(304)；所述前置放大电路(201)用于对主探测器(104)和副探测器(106)输出的电信号进行电流到电压的转换和放大；所述二级放大电路(202)用于对前置放大电路(201)输出的电压信号进行二级放大；所述低通滤波电路(203)用于对二级放大电路(202)输出的电压信号中的高频交流干扰成分进行隔离；所述温湿度补偿电路(301)用于测量大气温度和湿度并传输至中央处理器(303)；所述模数转换电路(302)用于将低通滤波电路(203)传输过来的信号进行模数转换，再传输至中央处理器(303)；所述信号输出电路(304)用于将中央处理器(303)处理得到的测量结果输出显示。3.根据权利要求1所述的高精度非接触式路面温度测量装置，其特征在于：所述红外光透镜(101)采用菲涅尔透镜。4.根据权利要求1所述的高精度非接触式路面温度测量装置，其特征在于：所述窗口滤光片(102)采用主要透过波长为5～8um的红外辐射信号的滤光片；所述主探测器滤光片(103)采用主要透过波长为5～14um的红外辐射信号的滤光片；所述副探测器滤光片(105)采用主要透过波长为8～14um的红外辐射信号的滤光片。5.根据权利要求1所述的高精度非接触式路面温度测量装置，其特征在于：所述主探测器(104)和副探测器(106)均采用热电堆光电探测器。6.根据权利要求1所述的一种高精度非接触式路面温度测量装置的测量方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：a、目标路面的红外辐射信号依次经过红外光透镜(101)聚焦、窗口滤光片(102)滤光后在副探测器滤光片(105)上被截止，仅经过主探测器滤光片(103)滤光后照射到主探测器(104)上；装置本身的红外辐射信号经过主探测器滤光片(103)滤光后照射到主探测器(104)上，经过副探测器滤光片(105)滤光后照射到副探测器(106)上；b、主探测器(104)和副探测器(106)将接收到的红外辐射信号转换成电信号，所述电信号经过信号调理模块(200)调理后进入信号采集与处理模块(300)；c、信号采集与处理模块(300)对来自于主探测器(104)和副探测器(106)的...

【专利技术属性】
技术研发人员：程寅，刘文清，刘建国，陆亦怀，桂华侨，邓国庆，戴庞达，谢乐，
申请(专利权)人：皖江新兴产业技术发展中心，
类型：发明
国别省市：安徽,34