路面状态检测传感器及其检测系统技术方案

路面状态检测传感器及其检测系统，基于电容原理，采用环形电容器作为检测传感器设置在路面，用于路面干燥、潮湿或冰冻状态的检测，检测传感器受到激励电路的外加方波激励后，其输出波形将随着敏感部分的电学参数的变化而变化，通过波形变化的不同来推断表面覆盖物。本实用新型专利技术不影响道路平整的情况下能够提供路面干、湿、冰状态，对路面影响小，检测效果好，检测结果与路面真实情况一致性好。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术属于信息传感采集
，用于路面干燥、潮湿或冰冻状态的检测， 为一种路面状态检测传感器及其检测系统和检测方法。
技术介绍
随着我国公路建设的快速发展，公路建设的监测和维护工作也显得越来越重要。 公路路面在实际使用的过程中，温度、水分以及载荷等因素均会对整个路面结构产生不利影响，并极大的增大了交通事故的发生几率，带来了极大的财产和生命损失。冰水检查一直是路面状况检测中很重要的一项，目前还没有相关成熟技术可用于这方面的传感测量。已经有的一些冰水测量技术大多是基于电容原理，其结构大多采取上下极板形状，利用冰和水不同的介电常数，来分辨极板间不同的电介质，以此达到冰水检测的目的。但是这种方法有很多技术缺陷，例如这种结构很难运用于交通领域，尤其是对道面检测首先，这种上下极板的传感器结构设置在路面上，会对环境产生干涉，容易在传感器的极板间积水，结冰，而不能正确反映路面的真实情况；其次，这种传感结构放在路面上会破坏路面平整度，影响行车安全；第三，这种传感器必须在有很明显的冰状态或水状态的情况下才能检测出来，分辨能力较为低下。
技术实现思路
本技术要解决的问题是现有的冰水检测所用的电容检测装置不适于路面冰水状态检测，会影响路面通行，同时检测效果不理想。本技术的技术方案为一种路面状态检测传感器，由至少两层金属层和低介电常数胶组成电容器型传感器，所述低介电常数胶为介电常数e [2,4)的胶体，填充在金属层之间后固化为固体材料，传感器嵌在路面中，金属层竖直设置，金属层之间的低介电常数胶裸露面为传感器的敏感检测部分，所述裸露面与路面平齐。传感器外形为圆柱体，所述金属层由内向外一层一层同轴布置，敏感检测部分位于圆柱体的上下底面。作为优选方式，由两层金属和低介电常数胶组成传感器，所述两层金属由内向外分别为内层和外层，内层横截面的形状为四瓣花形，所述四瓣花形为中心对称图形，且轮廓线为光滑弧线；外层横截面形状为圆形，与内层横截面的中心同心，对应内层横截面形状的部分空心。外层横截面上的最远两点之间距离小于70mm，，内层横截面上的最远两点之间距离为外层内径的50% 90%，内层和外层两两之间的间距均勻且小于3mm，间距之中填充低介电常数胶。作为另一优选方式，由三层金属和低介电常数胶组成传感器，所述三层金属由内向外分别为内芯、中环和外环，内芯横截面形状为圆形，中环横截面的形状为四瓣花形，所述四瓣花形为中心对称图形，且轮廓线为光滑弧线，中环横截面对应内芯的部分空心，外环横截面形状为圆形，对应中环横截面形状的部分空心，内芯、中环和外环的横截面同中心。所述外环横截面上的最远两点之间距离小于70mm，中环横截面上的最远两点之间距离为外层内径的50 % 90 %，内芯直径为外环内径的5 % 30 %，内芯、中环和外环两两之间的间距均勻且小于3mm，间距之中填充低介电常数胶。基于上述路面状态检测传感器的检测系统，包括检测传感器、激励电路、数据传输电路、数据处理器和电源，数据处理器的输出连接激励电路，激励电路输出至检测传感器， 检测传感器的输出经数据传输电路输入数据处理器，电源对检测系统供电。数据处理器连接通信模块。上述的检测系统的检测方法，将检测传感器设置在路面，敏感检测部分与路面平齐，检测传感器的电学参数随路面环境为干燥、潮湿或冰冻而变化，数据处理器控制激励电路向检测传感器发出不同频率的激励信号，检测传感器受到激励电路的外加方波激励后， 其输出波形随着敏感检测部分的电学参数的变化而变化，检测传感器的输出波形输入数据处理器，数据处理器通过波形变化的不同来推断表面覆盖物，分析路面状态。数据处理器通过通信模块将数据发送到上位机。本技术的检测传感器也是基于电容原理，但是传感器结构上做了全新的设计，传统传感器多为上下两层或多层片状结构，对路面侵入性大，并且检测时需要人为干预，不能用于对路面状态的真实反应和自动检测，而本技术的传感器金属层竖直设置， 通过低介电常数胶自动检测路面状态，传感器的敏感检测部分与路面平齐，整体嵌在路面中，表面平整，不存在影响路面的情况，敏感检测部分与路面平齐，也就是作为路面的一部分，所检测的结果能够准确反应路面的状态，并且本技术采用固态的低介电常数胶作为电容器介质，使得传感器整体结构稳定，不易受外界环境影响，且易于安装。由物理学可知C= ε rs/d0电容量的大小取决于介电常数ε ρ极板面积s和极板间的距离d。对两极板间距离d与板间面积s固定的电容器，其电容值C随极板间介质的介电常数不同而变化。常温下，空气的介电常数约为1，水的介电常数为80，而冰的介电常数为3 4，雪的介电常数为1 2。因此，当电容器间的介质分别是雪、冰和水时，电容器所反映的电容量各不相同，本技术在金属层之间填充满低介电常数胶，同时低介电常数胶部分裸露于路面，造成其电容值变化的原因是位于传感器上表面空间处，也就是裸露的敏感检测部分上方存在着泄露电场，正是由于覆盖在这里的具有不同介电常数的物质在泄露电场的作用下引起电极化，造成了整个电容传感器的电容值发生变化，物质介电常数与很多因素有关，如温度、压强、检测的频率等，且不同物质介电常数的变化不尽相同。随着外部环境及敏感部分表面覆盖物的变化，本技术检测传感器的敏感部分的电容值也将发生相应的变化。本技术检测系统中，检测传感器受到激励电路的外加方波激励后，其输出波形将随着敏感检测部分的电学参数的变化而变化。通过波形变化的不同来推断表面覆盖物。考虑到单一频率不能完全反应和区分不同的覆盖物，所以，本技术系统使用四种频率测试，获取各个频率下的响应波形，并综合判断，推测出表面覆盖物的具体情况。本技术的有益效果是不影响道路平整的情况下能够提供路面干、湿、冰状态，对路面影响小，检测效果好，同传统的两层或多层片状结构的传感器相比，避免了覆盖物难于进入检测区，进入检测区后难于排开造成的误判问题，极大的提高了检测的准确性，实验表明，检测分辨正确率大幅超过传统结构的传感器，检测结果与路面真实情况一致性好。附图说明图1为本技术检测传感器结构的实施例1的截面示意图。图2为本技术检测传感器结构的实施例2的截面示意图。图3为本技术检测传感系统的结构示意图。图4为本技术方法中，检测传感器在路面的设置示意图。图5为本技术实施例频率fl时对不同路面状态的检测波形图， 冰，b)为路面干燥，(c)为路面积水，(d)为路面积雪。图6为本技术实施例频率f2时对不同路面状态的检测波形图， 冰，b)为路面干燥，(c)为路面积水，(d)为路面积雪。图7为本技术实施例频率f3时对不同路面状态的检测波形图， 冰，b)为路面干燥，(c)为路面积水，(d)为路面积雪。图8为本技术实施例频率f4时对不同路面状态的检测波形图， 冰，b)为路面干燥，(c)为路面积水，(d)为路面积雪。具体实施方式本技术的路面状态检测传感器由至少两层金属层和低介电常数胶组成电容器型传感器，传感器嵌在路面中，金属层竖直设置，金属层之间的低介电常数胶裸露面为传感器的敏感检测部分，所述裸露面与路面平齐，通过低介电常数胶的裸露面来检测路面状态，所述低介电常数胶为介电常数e [2,4)的胶体，填充在金属层之间之后固化本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种路面状态检测传感器，其特征是由至少两层金属层和低介电常数胶组成电容器型传感器，所述低介电常数胶为介电常数∈［２，４）的胶体，填充在金属层之间后固化为固体材料，传感器嵌在路面中，金属层竖直设置，金属层之间的低介电常数胶裸露面为传感器的敏感检测部分，所述裸露面与路面平齐。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：殷刚毅，丁卯，黄庆安，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：实用新型
国别省市：84