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移動物體的超聲波測量

內容來源:超聲波清洗機   發布日期:2016-06-06 08:24:50

  目前已有的車流檢測器主要有兩大類:一類是利用埋入道路下面的線圈檢測車流信息,另一類是利用超聲波檢測車流信息,這些檢測器耐用性差,檢測精度也難于達到要求。針對這種情況,研制了多探頭超聲波車流檢測系統。該系統采用了多探頭結構的間斷脈沖回波檢測方式,可用于檢測行使中的機動車的車速、車長、大中小分型以及大中小分型累計車流量、車隊長度、車流密度、紅燈時路口的等車隊長度等信息,這些都是交通流量的調查統計及路口交通信號的自動控制以及各種與機動車輛經過或到達有關的自動控制系統,如路、橋自動收費系統等所需要的重要參數。系統結構如所示。目前,在交通車輛信息檢測中,有些使用了超聲波檢測,但現有的超聲波檢測設備普遍存在的問題就是信號不穩」接收信號一地址鍍存程序存儲器數實時鐘電路定,因而測量誤差較大。在研制的“多探頭超聲波車流檢測器”中采用了多種抗干擾技術,較好地解決了這個問題D 2多探頭超聲波車流檢測器的特點bookmark2系統由信息融合單元和信息檢測單元組成,信息融合單元包括CPU、存儲器、實時鐘、光電耦合、看門狗及鍵盤、顯示、通訊接口,它完成超聲波發射及被測物反射信號的接收、放大、濾波、整形及模糊識別、信息融合等綜合處理,處理結果存入數據庫,并隨時顯示各種數據;信息檢測單元由振蕩、分時、發射、時基控制、信號接收、放大、濾波、整形等部分組成,它接受信息融合單元的控制并將接收的回波信號做初步處理后轉換成所需的信號提供給信息融合單元組成。

  該檢測系統有以下幾個突出特點。

  (1)檢測單元設計為多探頭結構。多個探頭相互之間有一定距離和交織發射角度,對準同一個被測物體的反射面,同步發射同一頻率的探測波,并分別接收同一被測物體的反射面反射回的回波信號,或一部分探頭發射而另一部分探頭接收;包含有這種多探頭結構的檢測單元以各探頭中最早收到的那個回波信號為本檢測單元的檢測信號;這種包含有多探頭結構的檢測單元,可以使檢測范圍內的每一個固定點上反射面的可測方位個數較單探頭結構的檢測單元有所增加。如所示,具有雙探頭結構的檢測單元在檢測范圍空間內每一點上都能檢測到A,B,C三個方位反射面的反射波,從而使在檢測范圍內每一點上被測物體反射面的可檢測方位個數較單探頭結構的檢測單元增多三倍,大大降低了回波漏檢率。這種包含有多個探頭和多探頭結構的檢測單元的多個探頭相互之間有一定距離和交織發射角度,對準同一個被測物體的反射面,可以是對稱的,也可以是不對稱的。有時采用不對稱多探頭結構比采用對稱多探頭結構更能增加檢測范圍內的每一個固定點上反射面的可測方位個數。

  用一個行走中的微型平頂面包車所做(設車長為4m)。由表1可知,在這個范圍內,車輛表1車輛速度數據車輛速度/kmh,車輛本身通過所需周期數車輛間距/m車輛間距所需周期數本身通過探頭至少需要4個檢測周期,而車輛通過兩車之間隔至少需要60個檢測周期,實際測試結果與表中的理論推導值相同。在信息處理過程中,利用車輛反射的回波信號可以計算車輛的高度,從而進行車輛分型;利用地面反射的回波信號來記錄車輛首尾的通過時間,從而進行車輛記數。在忽略干擾信號的理想狀態下,檢測單元的探頭應只能接收到車輛反射回波和地面反射回波,信號波形將是整整齊齊的一段車輛信號脈沖串,一段地面信號脈沖串;但實際上,由于環境因素,不論是車輛信號脈沖串還是地面信號脈沖串,都有可能受到干擾,正確的信號脈沖可能接收不到,也可能出現相移。為了克服干擾產生的誤判,采用了這樣的模糊識別原則:車輛反射面不可能突變,而地面更是相對平整,若在某一脈沖串中缺少幾個脈沖或出現脈沖相移,則必定是干擾所致,在程序中則將幾個相臨的脈沖作為一組,以前一個判斷結果為依據,結合本脈沖串中數量多的那種脈沖進行判斷得出正確結果,例如若前一組脈沖串的判斷結果是車輛間距,則本組脈沖串一定是車輛之車長,反之亦然。這樣就可以有效地排除干擾。

  信號觸發鎖定和時基控制電路。信號觸發鎖定電路由每個檢測周期中最早收到的那個回波信號觸發,并將信號保持到本檢測周期結束,而由時基控制電路使該信號終止。這就有效保證了多探頭結構的檢測單元能夠有效地實現以各探頭中最早收到的那個回波信號為本檢測單元檢測信號,也能有效保證接有多個檢測單元的系統不致因有數個檢測單元同時檢測到信號造成信息丟失。時基控制電路有三個基本控制作用:①使各級放大器在超聲波發射和測量盲區不再放大;②使比較器的門檻電壓適當提高,從而有效地濾除干擾信號;③使信號觸發鎖定電路在每一周期的超聲波發射期間和測量盲區期間恢復復位狀態,并保持至接收到第一個回波信號為止,從而使系統保持良好的工作狀態,有效提高信噪比。

  在系統初始化階段可利用路面反射的回波信號自動標定檢測單元高度;還可由按鍵設定測速用的兩個檢測單元之間的距離。通常視超聲波為一個常數,用其乘以各檢測單元測得的路面反射回波到達時間即可標定各檢測單元的架設高度。系統的這一特點的意義是非常明顯的,它可以大大提高系統的批量生產能力,降低生產成本。因為系統的各檢測單元都是架設在路面上空,有的還可能與路面上空其它標志共同使用同一個架設橫桿,故其架設高度不可能完全一致。如若不能自動標定各檢測單元的架設高度,則勢必要根據不同的高度設計生產特定的產品,否則必將造成車高測量誤差或限制產品的使用范圍。同理,設定測速用的兩個檢測單元之間的長度,可以使安裝簡單方便,盡可能利用原有的架設橫桿,節省人力物力,降低生產成本。

  在信息融合單元的控制下,由各檢測單元豎直向下周期性地間斷發射一個個超聲波束,超聲波束發射必須保證在路面與檢測單元之間無任何遮擋物時能由檢測單元檢測出經路面反射的回波;系統每在下一次發射超聲波之前能根據檢測到的回波到達時間確認本周期內有無收到路面反射的回波信號,系統根據有無路面回波信號確認并在存儲器中記錄在路面與檢測單元之間有無遮擋物,再由信息融合單元按融合方案和模糊識別技術確認所測遮擋物是否為機動車。

  可通過計算獲得機動車車速、車長、車輛大中小分型等復合信息。①運動物體的速度;②運動物體的長度;③根據運動物體速度和長度,判斷是否為機動車。

  根據遮擋物的高度和長度,與信息融合單元中預存的機動車特征數相比較即可進行機動車大中小分型,亦可融合機動車的分型累計車流量、行進中的車隊長度以及路口紅燈時的等車隊長度。

  檢測車速、車長、車輛大中小分型和分型累計年息檢測單元設在路口上游一定的距離處,并把路口紅燈信號起始時間告知本檢測器,使其根據所測車速,估算紅燈信號起始時的可能受阻車輛數及累計后續到達車輛數,從而得出紅燈時路口等車隊長度。

  系統信息融合單元可累計機動車通過的數量作為本車道的累計車流量;可把有車時間與無車時間相比得出本車道的車流密度;可把相臨車頭距離小于給定值的一隊機動車視為一個車隊,并計算其時間長度、空間長度或總車輛數。該單元可連接多個車道上的多個檢測單元,融合記錄各車道、各方向的機動車車流量、車流密度、車隊長度。

  數據庫和通訊接口電路。數據庫可以存儲最近一個時期內分時段累計的超聲波車流檢測數據,如一日內每15分鐘的分型車流量,一周內每天的車流量,一年內每月的車流量。數據庫中不同時期的時間分段格式可根據實際需要通過按鍵人工設置或修改,比如也可改為累計一日內每小時的分型車流量。

  通訊接口電路則可在任意時刻把數據庫內的數據信息打包送給其他微機、上位機或與微機聯網傳送實時檢測信息。使用組合序列功能鍵還可慎重地清除數據庫:前期按動的“清零”鍵,可使系統的LED顯示組合顯示若在一定時間內再次按動組合“清零”鍵,則系統所有檢測數據將被清除;而若再次按3結束語總之,系統檢測單元懸掛在車道上方一定高度處,能夠隨道路拓寬或車道渠劃變更而自由移動架設位置,特別經濟實用,對經濟可能拓寬道路或變更車道渠劃的發展中的城市和經常可能自由移動各檢測單元架設位置的科學研究尤其適用,可廣泛用于交通調查、交通管理、交通信號控制以及路橋收費系統等與車輛經過或到達有關的控制系統,或組成理想的交通流量檢測系統。因而具有測量精度高、分型準確、安全可靠、結構簡單、安裝方便、維修容易、成本低、耗電少的優點。

  張曉峰等。超聲波車輛檢測中的抗干擾技術。電子技術應段里仁。城市交通自動控制。中國人民大學出版社,1991.

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