基于压电传感器的交通违章检验专业系统设计.doc
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1、淮海工学院课程设计报告书 课程名称:传感器原理及应用课程设计题 目:基于压电传感器交通违章检测系统设计 系 (院): 电子工程学院测控系 学 期: -1 专业班级: 测控131 姓 名: 学 号: 评语:成绩:签名:日期:基于压电传感器交通违章检测系统设计一、设计目 1. 能较全面地巩固和应用“传感器及检测技术”课程中所学基本理论和基本办法,并初步掌握小型数字系统设计基本办法。2. 通过传感器及检测技术课程设计,掌握传感器及检测系统设计办法和设计原则及相应硬件调试办法。进一步理解传感器及检测系统设计和应用。 3. 培养独立思考、独立准备资料、独立设计规定功能数字系统能力。4. 培养书写综合设计
2、报告能力。二、详细设计规定 压电式交通信息调查系统是一种满足交通流量调查和动态称重调查多用途系统。系统是一种在不中断交通状况下记录交通信息高性价比设备。 系统概述:这种系统在每一车道安装2条压电轴载称重传感器及1个地感应线圈。系统控制器设备安装在路边机箱内并与道路上传感器连接。控制器可监测到车辆通过压电传感器时所产生信号,此信号可以用来计算轴负荷,车速及车辆轴距,并进一步计算出车型、车速、轴载等指标。地感线圈信号重要用以鉴定车辆存在信息,也可用来鉴定车辆底盘长度,同步还可以被系统用于区别先后车辆之间间隔 系统设计规定:当正常行驶车辆,其轮胎压过铺设在车道路面中压电膜称重传感器时,会产生一种与施
3、加到传感器上压力成正比模仿信号,并且输出周期与轮胎停留在传感器上时间相似,通过信号线缆传向路侧中央数据采集控制器。中央数据采集控制器通过高速A/D转换器将模仿信号转换成数字信号,经程序解决,计算出车辆触发时间、轴载荷及车辆总重;通过先后布置两条压电膜称重传感器进一步计算出车辆行驶速度;安装在道路两侧激光传感器可以检测车高,辅助判断车型;两条压电膜传感器之间线圈检测器,通过内部电路解决,可以检测车辆底盘高度等特性信息,并提供车辆收尾信号。车辆收尾后来,中央数据采集控制器对车辆轴距、车长、车辆底盘高度、车高等信息进行集中解决,并对数据进行存储、打包,按照交通运送部规定数据解决周期将记录数据通过网络
4、上传。三、总体实现原理和方案设计压电传感器分类及特点: 图1 压电传感器是运用压电陶瓷片压电效应,将应力(或应变)转换成电压(或电荷),再通过放大器进行放大和输出装置。压电陶瓷是其中核心部件,从信号变换角度来看,压电陶瓷片相称于一种电荷发生器。压电传感器是有将外界力传递到压电陶瓷片力学系统、压电陶瓷片和将电荷传递到仪表测量电路三某些构成。 图2压电介质可分为三类:(1)石英晶体(天然,单晶休);(2)压电陶瓷(人工制造,多晶体);(3)高分子压电材料。1.石英晶体石英晶体是一种天然形成性能极为优秀单晶体压电材料。它具备稳定性好、可靠性高、响应速度快、压电常数自然变化率低(在20-200时,仅为
5、-0.0001/摄氏度 )等特点,广泛用于制作原则传感器以及高精度传感器。2.压电陶瓷压电陶瓷是一种人工合成多晶体压电材料,内部具备大址微观极化区。无外电场作用时,各极化区在晶体中呈杂散状、极化方向各异,因而压电陶瓷平时呈电中性。当施加外电场时,极化方向统一,此时环绕原子核电子获得动能,脱离原子核束缚成为自由电子。这些自由电子和失去电子显正电性原子核在外电场作用下逐渐形成内部薄弱势垒电场。从电工学理论可知,微观上所谓势垒电场就是“两侧堆积电性各异电子构成作用范畴”,宏观上体现为压电陶瓷表面呈现大量电荷。压电陶瓷不同于自然界其她电介质,在外电场失去时,其内部极化区仍存有很强剩余极化强度,如沿极化
6、方向施加外力,其表面也能产生电荷。换句话说,压电陶瓷也具备压电效应。惯用压电陶瓷有钻钦酸铅系列压电陶瓷(PZT)、非铅系压电陶瓷等。3.高分子压电材料高分子压电材料是近年来发展较快一种新型压电材料。它特点是压电常数较高,如聚偏二氟乙烯(PVF2或PVDF)压电常数比压电陶瓷高十几倍,其输出脉冲电压可直接驱动 CMOS集成门电路。这种材料质地柔软,可以拉伸成薄膜或套管状。此外,价格便宜,不易破碎,具备防水性。其测量范畴可达80dB,频响范畴从0.1Hz直至10九次方Hz。可见它是一种较为抱负电声材料。高分子压电材料工作溢度合用范畴为100如下,机械强度较低,不耐紫外线照射。国内外发呈现状:在国内
7、压电传感器研究与应用明显落后于世界先进水平,自70年代以来,压电传感器应用重要是为了满足航天技术发展需要。改革开放之后,随着引进国外先进技术和管理经验,国民经济进入快阶段,当代测量技术发展与应用成为必然。因而,压电传感器测术引起了一定限度注重。但是,由于在压电传感器测量技术研究与应用上与国外发达国家相比,起步较晚,技术基本薄弱。直到当前压电传感器总体技术水平依然处在上述第一发展阶段。国内进行智能传感器研究单位重要有:中科院合肥智能机械研究所传感器技术国家重点实验室(国家“863”筹划资助项目:安徽省自然科金资助项目;中华人民共和国博士后科学基金资助项目);中华人民共和国科技大学;电子科学自动化
8、系;北京大学计算机科学技术系(国家“863”筹划资助项目),华南理工大学机电工程系(广州省重点攻关项目;广州市重点攻关项目);东南大学仪器科学与工程系(973筹划项目)。通过几年努力,这些单位都在网络化测控系统和智能传感器开发平台研究中获得了不同限度成就。四、传感器选用压电传感器为ROADTRAX型传感器,其特点:Roadtrax BL型压电薄膜交通传感器设计成可永久性或暂时性安装于道路面下以收集各类交通数据。传感器独特构造使其能以柔性外形直接安装于道路面下并保持与路面轮廓一致。传感器扁平构造对于路面弯曲,临近车道以及接近车辆弯曲波所产生道路噪音具备良好抑制能力。安装时对路面小切口减少了对路面
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