- 智能交通傳感器應用指南
- 來源：傳感器信息網 發表于 2010/7/5
隨著全球智能交通技術(ITS)的發展，與眾多的技術一樣，一種共聚物壓電軸傳感器在過去數年里取得了長足的發展。它為用戶提供的不僅僅是良好的性能，高度的可靠性，簡易的安裝方法，還有逐步降低的價格。它獨一無二的特性使其在日益擴展的應用中成為理想的選擇。
美國MSI公司經過多年研究，開發出了一種共聚物壓電軸傳感器，該傳感器被用于檢測車軸數、軸距，車速監控，車型分類，動態稱重(WIM)，收費站地磅，闖紅燈拍照，停車區域監控，交通信息采集(道路監控)及機場滑行道。共聚物壓電軸傳感器的長處是可獲取精確的、具體的數據，如精確的速度信號、觸發信號和分類信息及長期反饋交通信息統計數據 。
檢測原理
壓電材料是一種經特殊加工后能將動能轉化成電能的材料。一些聚合體材料，例如共聚物P(VDF-TrFE)使這一特性有了很大提高。
壓電傳感器由金屬編織芯線、壓電材料和金屬外殼制成同軸結構。在制造過程中，將壓電材料置于一個強電場中極化，數量級為每一毫米厚的壓電材料大約 100000V。無護套電纜的電暈場也采用這種電場。極化場使非結晶聚合體變成半晶體的形式，同時又保留了許多聚合體的柔韌特性。
壓電材料在受機械沖擊或振動時產生電荷。在原子層，偶極子(氫-氟偶對)的排列順序被打亂，并試圖使其恢復原來的狀態。這個偶極子被打亂的結果就是有一個電子流形成。就像海綿中的水，當你擠壓一塊濕海綿時，水會從海綿中流出來，當你松開時，水又被吸回去，這同壓電傳感器十分相似。當有壓力施加到傳感器上時，就產生了電荷(電壓)，而當去掉負載時，就會產生一個相反極性的信號。它產生的電壓可以相當高，但傳感器產生的電流卻比較小。
共聚物壓電軸傳感器的檢測原理與其說是在車輛經過時采集信息，倒不如說是在輪胎經過傳感器時采集信息。感應線圈只能顯示出一個大金屬物體經過了線圈，只能提供車輛的有限的特征信息。而壓電傳感器檢測經過傳感器的輪胎，產生一個與施加到傳感器上的壓力成正比的模擬信號，并且輸出的周期與輪胎停留在傳感器上的時間相同。每當一個輪胎經過傳感器時，傳感器就會產生一個新的電子脈沖。共聚物壓電薄膜傳感器在行駛中稱重(WIM)的檢測原理是對受力產生的信號積分 。
產品特性
1)芯線：16AWG扁平編織鍍銀銅芯線。
2)壓電材料：極化壓電聚合物涂層P(VDF~TrFE) 。
3)外護套： 0.4mm黃銅管,CDA-260,ASTM B587-88。
4)外形尺寸： 6.6mm寬×1.6mm厚。
5) 絕緣電阻：芯線與屏蔽層間的絕緣電阻: >500MOhm。
6)壓電常數： >20pC/N(標稱值)。
7)無源信號電纜：RG58型(HDPE)，采用地下/直埋外層護套。電纜外徑為4.75mm
額定電容為89pF/m。
8)包裝：傳感器的包裝為每箱2條，包裝箱尺寸600×550×75mm。
9) 安裝支架：隨傳感器附送安裝支架，每150mm配1個支架。
10)輸出一致性：傳感器長度方向的輸出一致性在用于動態稱重(WIM)時為±7%，用于其它用途，如車輛分類統計、車速監測、闖紅燈拍照等時為±20%。
11)工作溫度范圍: -40°C ~80°C
12)溫度靈敏度: 0.2%/°C (取決于封灌材料)
產品特點
電容式傳感器：不能檢測靜止在傳感器上的車輛。只能檢測動態信號，內阻很高，在低頻時信號衰減很大，低速時應考慮采用較高的電路輸入阻抗，速度范圍取決于電路設計，一般為5公里/小時到200公里/小時，較成功的系統達到10米/分鐘(0.6公里/小時)。
無源傳感器：可在前置放大器前長距離傳送而不需要供電。
壽命長: 超過4千萬次ESAL(等效單軸負載)，如果安裝質量好，可達一億次(ESAL)。
大信號： 200公斤輪載，在以時速55英里行駛時，輸出最小250mV信號。
動態特性好： 可測自行車，摩托車，小汽車及重型貨車。
高信噪比：傳感器的扁平結構（即寬厚比為6:1）使非受力方向的噪聲最小，包括路面噪聲和相鄰車道車輛的噪聲。
最小的路面破壞：安裝切口僅為19mm×19mm，并可與路面輪廓一致。
易搬運：盤卷在600mm×600mm的紙盒內， 卷曲直徑不小于300mm就不會損壞。
一次安裝獲取多種信號：如軸數、重量、車速、軸距，與電感線圈配合(見后附典型配置圖)，從而實現行駛中稱重(WIM)、車輛分類統計、車速監測、闖紅燈拍照。
應用范圍
共聚物壓電薄膜軸傳感器主要應用于行駛中稱重(WIM)，計軸數，測軸距，車輛分類統計，車速監測，闖紅燈拍照， 泊車區域監控，收費站地磅，交通信息采集和統計(道路監控 )，及機場滑行道。
車速監測
通常在每條車道上安裝兩條傳感器，這便于分別地采集每條車道的數據。使用兩個傳感器可計算出車輛的速度。當輪胎經過傳感器A時，啟動電子時鐘，當輪胎經過傳感器B時，時鐘停止。兩個傳感器之間的距離一般是3米，或比3米短一些(可根據需要確定)。傳感器之間的距離已知，將兩個傳感器之間的距離除以兩個傳感器信號的時間周期，就可得出車速。根據德國PTB的報告，在汽車以200公里/小時的勻速行駛時，測量精度可達到1%。
壓電傳感器可以區分差別很小的車輛，這一點使其可與速度相機觸發器在固定地點一同使用。通常都安裝2條傳感器作為一組，有的國家也安裝3條(增加了校驗)。當輪胎經過傳感器時，根據從A到B，再從B到C，最終從A到C的時間，計算出車速。然后對這幾個車速進行對比，它們都應在規定的范圍內，通常不超過2%。如果車輛超過了規定的時速，在前輪經過最后一個傳感器時，立刻給車輛拍照，并計算出車速。在第一張照片拍攝后的固定時間進行第二次拍照，這樣觀測儀可以校驗車速。即使在車流量很高的情況下，也可得到各個車道的信息。傳感器可以交錯安裝，以便照相機有穩定的焦點，從而使得照片清晰可讀。
通過車速監測既可以對超速車輛罰款，又可以根據車流量建立可變限速標志和可變情報板。在車流量較高時，設置較低的限速；流量較低時，設置較高的限速，建立動態的管理系統，從而實現路面管理智能化。
車輛分類統計
壓電薄膜共聚物軸傳感器的主要用途是車型分類，車速數據可被轉換為可靠的分類數據。不同的國家使用不同的分類表對車輛分類。在美國，FHWA把車輛定義為從摩托車到多用途拖車的13種類型(見高速公路動態稱重(WIM)系統的標準規范及用戶要求與試驗方法ASTM1318--94)。車輛的類型是根據軸數和軸距確定的。
軸距
由于車速在3米或小于3米的距離內基本上是均速，用車軸經過傳感器時建立的信號時間差乘以車速，就得出軸距。
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