激光测量汽车速度装置的设计

激光测量汽车速度装置的设计09机设（2）班 蔡敏 摘要：随着人们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。本文介绍了用于交通中较常用的微波雷达测速更准确的新的汽车激光测速装置的设计，简述了激光测速的方法与特点，汽车激光测速装置的组成与原理等。关键词：激光测速 脉冲法 相位法 1、激光测速的方法与特点1.1激光测速的方法（主要有二类）： 1.1.1脉冲法测速激光脉冲法测速是在测距的基础上实现测速。而激光测距是利用激光脉冲持续时间极短，能量在时间上相对集中，瞬时功率很大的特点进行测距，在有合作目标的情况下，脉冲激光测距可以达到极远的测程。在进行几百米的近程测距时，如果精度要求不高，即使不使用合作目标，仅利用被测目标对脉冲激光的漫反射所取得的反射信号，也可以进行测距与测速。激光脉冲法测速的原理是，当系统工作时，脉冲激光由发射单元发射，以光速到达目标物后反射回来被接收单元接收，通过激光脉冲法测距原理计算距离而得到目标物距离，进而由连续测量的距离得到某段时间内的平均速度，因为这个测量时间极短，因此这个平均速度可认为是瞬时速度，即实现脉冲激光的测速。1.1.2相位法测速激光相位法测速，由相位测距法多次测量距离来实现。连续激光测距一般最大可测距离达百余千米，采用合作目标时可测几百至几十万千米，且精度很高。在民用领域：如地形测量、产品误差检测等系统中，得到了普遍应用。由激光相位法连续测量的距离，得到某段时间内的平均速度，就实现了激光相位法测速。1.2激光测速的特点（这种激光测速具有以下几个特点：）1.2.1由于激光光束强、方向性好，其测速距离相对于雷达测速有效距离远，可测1km外；1.2.2测速精度高，误差小于1km/h；1.2.3激光光束必须要瞄准垂直于激光光束的平面反射点。由于被测车辆距离远而处于移动状态，是非合作目标而不容易瞄准。目前美国激光技术公司已生产出带连续自动测速功能的激光测速仪，专门用于解决这一问题。1.2.4鉴于激光测速原理，激光测速仪不可能在运动中使用，只能在静止状态下应用，所以一般交警都把仪器放在巡逻车上，停车静止时使用；1.2.5激光测速仪的取证能力远远大于雷达测速仪，因而受到全世界广泛的认可和推广；1.2.6目前大部分国家采用的激光测速仪使用的是一类安全激光，对人眼晴安全。2、汽车激光测速装置的组成及原理由上述可知，相位法测速测量精度高，适于观测地形和诲浪起伏等需要更高精度的场合，但它对光路要求非常严格，设计复杂。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，脉冲测速法无疑是最好的一种方法。但是，不管脉冲法还是相位法，激光测速系统对于测量角度要求非常高，测速系统应该正对运动物体的运动方向，测量偏差角度应该小于100，这样才能保证准确测量。如图1所示。 图1、激光测速系统测量角度示意图激光脉冲测速装置的总体结构框图如图2所示。 图2、激光脉冲测速装置的总体结构框图激光脉冲测速装置主要由光学系统、硬件电路与软件处理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；软件处理部分由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。在图2内，虚线框内是激光发射和接收的光学系统。图中，、为双胶合透镜；、为分束镜；为窄带滤波片。这种滤波片的主峰波长为905nm，半宽2nm，主峰偏差0.5nm。激光脉冲测速装置的基本工作原理是，通过双胶合透镜，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、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汇聚后射向目标点，经目标点反射回来的散射光先通过窄带滤波片滤除杂波，再由双胶合透镜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参考文献：1金发庆，传感器技术与应用 M.北京:机械工业出版社，2002 2柳桂国，检测技术及应用 M.北京:电子工业出版社