[发明专利]一种基于多个震动检测传感器的车辆检测装置

摘要

本发明公开一种基于多个震动检测传感器的车辆检测装置，包括震动检测单元、震动信号调理电路、数据采集单元、微处理器、存储单元和无线发射模块，震动检测单元、震动信号调理电路、数据采集单元和微处理器依次连接，存储单元、无线发射模块分别与微处理器连接，车辆行驶过程中，车轴通过车轮对路面产生连续激励，造成的路面震动由多个震动传感器检测到，并将检测信号通过信号调理电路后输入微控制器，由微控制器处理震动数据获得震源定位，进而获得车轴定位数据，从而获得轴数、轴距、车速、车型分类等车辆信息。本发明具有不受雨、雪、雾等天气因素和车辆的外形尺寸等因素的影响，安装维护简单，运行稳定的优点。

主权项

一种基于多个震动检测传感器的车辆检测装置，包括震动检测单元、震动信号调理电路、数据采集单元、微处理器、存储单元和无线发射模块，其特征在于：震动检测单元、震动信号调理电路、数据采集单元和微处理器依次连接，存储单元、无线发射模块分别与微处理器连接，车辆行驶过程中，车轴通过车轮对路面产生连续激励，造成的路面震动，由安装于道路表面或内部的震动检测单元检测到，并将路面震动强度信息转换成加速度强度信号发送给震动信号调理电路，震动信号调理电路整理震动检测单元发送的加速度强度信号，并传输此信号给数据采集单元；数据采集单元将接收到的加速度强度信号转换成数字信号并发送给微处理器；微处理器对接收到的数字加速度信号进行处理分析和计算，获得车辆参数信息，并将车辆参数信息通过存储单元和无线发射模块进行转存和发送；所述的震动检测单元包括三个或三个以上加速度或震动传感器，以空间阵列的形式布设道路表面或埋设于道路内部，通过多个震动传感器的同时工作获得震源定位；微处理器分析路面加速度数据获得车辆参数信息的具体步骤：1)以某一已知位置为原点在道路平面上建立平面坐标系，三个加速度传感器所在位置坐标为已知量，通过计算震动信号到达三个加速度传感器的时间间隔，结合已知的传感器位置坐标，能够计算出震源位置，即车轴位置；计算公式为：$\sqrt[2]{{(x_1-x)}^2+{(y_1-y)}^2}=l_1$$\sqrt[2]{{(x_2-x)}^2+{(y_2-y)}^2}=l_2$$\sqrt[2]{{(x_3-x)}^2+{(y_3-y)}^2}=l_3$${\mathrm{\τ}}_1\left(t\right)=\frac{l_1-l_2}{v_s}$${\mathrm{\τ}}_2\left(t\right)=\frac{l_2-l_3}{v_s}$式中：(x₁，y₁)——第一加速度传感器平面坐标；(x₂，y₂)——第二加速度传感器平面坐标；(x₃，y₃)——第三加速度传感器平面坐标；(x，y)——车轴即震源中心点平面坐标；l₁——车轴即震源中心点到第一加速度传感器的距离；l₂——车轴即震源中心点到第二加速度传感器的距离；l₃——车轴即震源中心点到第三加速度传感器的距离；τ₁(t)——车轴即震源产生的震动波到达第一加速度传感器和第二加速度传感器的时间差；τ₂(t)——车轴即震源产生的震动波到达第二加速度传感器和第三加速度传感器的时间差；v_s——车轴震源产生的震动波在道路表面传播的速度；通过计算，得(x，y)，即得车轴中心点的平面坐标；2)同一辆车各车轴产生的震动波信号具有一定相关性，通过震动信号相关性分析，能够将车轴位置信息按同属车辆分组，从而获得车辆轴数信息；将同一辆车各车轴位置数据做差得轴距信息；信号相关系数计算公式为：${\mathrm{\ρ}}_{x_1{x}_2}=\frac{{\mathrm{\Σ}}_{n=0}^{\∞}{X}_1\left(n\right)X_2\left(n\right)}{\left[{\mathrm{\Σ}}_{n=0}^{\∞}{X}_1^2\left(n\right)X_2^2\left(n\right)\right]}$式中：——信号相关系数；X₁(n)——第一车轴产生信号序列；X₂(n)——第二车轴产生信号序列；将计算得到的信号相关性系数与存储在微处理器中的相关性系数阈值进行对比，若计算结果达到此阈值则判断这两个信号相关，即这两个车轴属同一辆车。轴距计算公式为：$L_{\mathrm{axle}}=\sqrt[2]{{(x^{\′}-x^{\′\′})}^2+{(y^{\′}-y^{\′\′})}^2}$式中：L_axle——车辆轴距；(x′，y′)——车辆前轴中心点平面坐标；(x″，y″)——车辆后轴中心点平面坐标；3)根据一定时间间隔检测到的同一车轴定位数据变化，计算得到车辆行驶速度，在车辆正常行驶时，设车辆的行驶速度在较短的时间内是速度恒定的，设为v_c，则得：$v_c=\frac{\sqrt[2]{{(x\left(t_1\right)-x\left(t_2\right))}^2+{(y\left(t_1\right)-y\left(t_2\right))}^2}}{t}$这里t是车辆第一个车轴按照恒定速度v_c行驶到两加速度传感器中心点所需的时间；4)根据车辆轴数和轴距数据对车辆大小和类型进行详细区分。