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汽车激光测速系统的组成及原理概况


编辑:来涞科技时间:2017-05-18 16:44浏览:

    随着人民生活水平的不断提高,汽车的普及率也越来越高,因而交通管理加重,急需对汽车车速有一个有效的检测手段。

针对民用交通测速,在远程和精度不高的情况下,脉冲测速功率较大,系统比相位法简单,易实现,更易于操作,整个系统较其他方法易达到使用者需求。因此,应用在交通控制如电子警察方面,脉冲激光测速法无疑是最好的一种方法。

图1、激光测速系统测量角度示意图

值得提出注意的是,天气是制约激光测速的重要因素,如在大雾天气时激光测速的效果就较差。因为在激光脉冲传播途中存在漫反射,所以为扩大测量范围、提高测量精度,激光脉冲应具有足够的强度。无论怎样改善光束的方向性,总不可避免要有一定的发散,再加上空气对光的吸取和散射,目标越远,反射回来的光能量就越弱,甚至根本接收不到。因此,为了测量较远的距离,一方面要使光源发射具有较高功率密度的光强;另一方面要求激光脉冲的方向性要好。这样,可以把光的能量集中在较小的发散角内,以射得更远一些,光斑更小一些,从而也可准确判断目标的方位。
上述两种措施虽可扩大测量范围,但要提高测量精度,对激光脉冲也还有以下三点要求:
①激光脉冲的单色性要好。因为无论白天还是黑夜,空气中总会存在着各种杀杂散光,它往往会比反射回来的光信号强得多。所以,激光脉冲的单色性越好,窄带滤波片的效果就越佳,就越能够有效提高接收系统的信噪比,保证测量的准确性;
②激光脉冲的宽度要窄。即脉冲上升时间和持续时间要短。因为光速极快,光往返时间极短,光脉冲周期至少应该远远小于光往返时间才能正常测量,并且减小测量误差,还可以提高系统的信噪比;
③接收的探测器的响应速度要足够快。这样,才能有效地提取脉冲信号。
此外,影响激光脉冲测速的范围和精度的因素还有:接收机带宽,计数器计数的精度,天气变化,统计的脉冲误差等。

激光脉冲测速系统的总体结构框图如图2所示。

汽车激光测速原理图


激光脉冲测速系统主要由光学系统、硬件电路与App处理3大部分组成。其中,光学系统部分由光学准自部分、分光系统组成;硬件电路部分由发射模块(包括脉冲驱动电路)、接收模块(包括信号放大、整形滤波、计数电路)、计算机接口电路组成;App处理部分由CPLD脉冲驱动、计数程序和单片机串口程序,以及与上位机通信处理部分组成。
激光发射模块由脉冲驱动电路、激光器、发射光学系统组成;激光接收模块由接收光学系统、光电探测器、信号放大器、整形滤波电路与计数接口电路组成。此外,激光电源由160V高压电源和12V与5V低压电源组成。
激光脉冲测速系统的基本工作原理是,通过双胶合透镜①,将激光器发出的脉冲光聚焦为平行光发射(即激光器的准自系统),然后一部分光经分束镜②、④到光电探测器,这是计时开始时刻t1;大部分光经双胶合透镜③汇聚后射向目标点,经目标点反射回来的散射光先通过笮带滤波片⑥滤除杂波,再由双胶合透镜⑤将微弱的反射光会聚到小面积的光电探测器上,这是计时结束时刻t2。这样,就可得到第1次测量的距离S1=(t2-t1)c/2。同理,对应第2次测量计时开始时刻t3与计时结束时刻t4,可得到测量的距离S2,因而可计算出这段时间内的平均速度 (1)
由于测量时间极短,因此这个平均速度可以认为是瞬时速度(注:任意两次测量开始的时间间隔Δt一样,即驱动电路重复频率的倒数)。



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