智能交通傳感器及其應(yīng)用
隨著全球智能交通技術(shù)(ITS)的發(fā)展，與眾多的技術(shù)一樣，壓電薄膜交通傳感器在
過去數(shù)年里取得了長足的發(fā)展。它為用戶提供的不僅是良好的性能，高度的可靠性，簡
易的安裝方法，還有逐步降低的價(jià)格。它獨(dú)一無二的特性使其在日益擴(kuò)展的應(yīng)用中成為
理想的選擇。
美國 MEAS 公司經(jīng)過多年研究，開發(fā)出了一種壓電薄膜交通傳感器，該傳感器被用
于檢測(cè)車軸數(shù)、軸距、車速監(jiān)控、車型分類、動(dòng)態(tài)稱重(WIM)、收費(fèi)站地磅、闖紅燈拍
照、停車區(qū)域監(jiān)控、交通信息采集(道路監(jiān)控)及機(jī)場(chǎng)滑行道。壓電薄膜交通傳感器的長
處是可獲取精確的、具體的數(shù)據(jù)，如精確的速度信號(hào)、觸發(fā)信號(hào)和分類信息及長期反饋
交通信息統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。
檢測(cè)原理
壓電材料是一種經(jīng)特殊加工后能將動(dòng)能轉(zhuǎn)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。
壓電薄膜交通傳感器由金屬編織芯線、壓電材料和金屬外殼制成同軸結(jié)構(gòu)。在制造
過程中，將壓電材料置于一個(gè)強(qiáng)電場(chǎng)中極化，數(shù)量級(jí)為每一毫米厚的壓電材料大約
100000V。無護(hù)套電纜的電暈場(chǎng)也采用這種電場(chǎng)。極化場(chǎng)使非結(jié)晶聚合體變成半晶體的
形式，同時(shí)又保留了許多聚合體的柔韌特性。
壓電材料在受機(jī)械沖擊或振動(dòng)時(shí)產(chǎn)生電荷。在原子層，偶極子(氫-氟偶對(duì))的排列
順序被打亂，并試圖使其恢復(fù)原來的狀態(tài)。這個(gè)偶極子被打亂的結(jié)果就是有一個(gè)電子流
形成。就像海綿中的水，當(dāng)你擠壓一塊濕海綿時(shí)，水會(huì)從海綿中流出來，當(dāng)你松開時(shí)，
水又被吸回去，這同壓電傳感器十分相似。當(dāng)有壓力施加到傳感器上時(shí)，就產(chǎn)生了電荷
(電壓)，而當(dāng)去掉負(fù)載時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)相反極性的信號(hào)。它產(chǎn)生的電壓可以相當(dāng)高，
但傳感器產(chǎn)生的電流卻比較小。
壓電薄膜交通傳感器的檢測(cè)原理與其說是在車輛經(jīng)過時(shí)采集信息，倒不如說是在輪胎經(jīng)
過傳感器時(shí)采集信息。感應(yīng)線圈只能顯示出一個(gè)大金屬物體經(jīng)過了線圈，只能提供車輛
的有限的特征信息。而壓電薄膜交通傳感器檢測(cè)經(jīng)過傳感器的輪胎，產(chǎn)生一個(gè)與施加到
傳感器上的壓力成正比的模擬信號(hào)，并且輸出的周期與輪胎停留在傳感器上的時(shí)間相
同。每當(dāng)一個(gè)輪胎經(jīng)過傳感器時(shí)，傳感器就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)新的電子脈沖。壓電薄膜交通傳
感器在行駛中稱重(WIM)的檢測(cè)原理是對(duì)受力產(chǎn)生的信號(hào)積分 。
產(chǎn)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(hù)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(shù)： >20pC/N (標(biāo)稱值)。
7) 無源信號(hào)電纜：RG58型(HDPE)，采用地下/直埋外層護(hù)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(gè)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(dòng)態(tài)稱重(WIM)時(shí)為±7%，用
于其它用途，如車輛分類統(tǒng)計(jì)、車速監(jiān)測(cè)、闖紅燈拍照等時(shí)為±20%。
11) 工作溫度范圍: -40℃～80℃ 。
12) 溫度靈敏度: 0.2%/℃ (取決于封灌材料)產(chǎn)品特點(diǎn)
電容式傳感器：不能檢測(cè)靜止在傳感器上的車輛。只能檢測(cè)動(dòng)態(tài)信號(hào)，內(nèi)阻很高，
在低頻時(shí)信號(hào)衰減很大，低速時(shí)應(yīng)考慮采用較高的電路輸入阻抗，速度范圍取決于電路
設(shè)計(jì)，一般為5公里/小時(shí)到200公里/小時(shí)，較成功的系統(tǒng)達(dá)到10米/分鐘( 0.6公里/
小時(shí))。
(cid:153) 無源傳感器：可在前置放大器前長距離傳送而不需要供電。
(cid:153) 壽命長：超過 4 千萬次 ESAL(等效單軸負(fù)載)，如果安裝質(zhì)量好，可達(dá)一億次
(ESAL)。
(cid:153) 大信號(hào)：200公斤輪載，在以時(shí)速88.5公里行駛時(shí)，輸出最小250mV信號(hào)。
(cid:153) 動(dòng)態(tài)特性好： 可測(cè)自行車，摩托車，小汽車及重型貨車。
(cid:153) 高信噪比：傳感器的扁平結(jié)構(gòu)（即寬厚比為 6:1）使非受力方向的噪聲最小，
包括路面噪聲和鄰車道車輛的噪聲。
(cid:153) 最小的路面破壞：安裝切口僅為19mm×19mm，并可與路面輪廓一致。
(cid:153) 易搬運(yùn)：盤卷在600mm×600mm的紙盒內(nèi), 卷曲直徑不小于300mm就不會(huì)損壞。
一次安裝獲取多種信號(hào)：如軸數(shù)、重量、車速、軸距，與電感線圈配合(見后附典
型配置圖)，從而實(shí)現(xiàn)行駛中稱重(WIM)、車輛分類統(tǒng)計(jì)、車速監(jiān)測(cè)、闖紅燈拍照。
應(yīng)用范圍
壓電薄膜交通傳感器主要應(yīng)用于行駛中稱重(WIM)，計(jì)軸數(shù)，測(cè)軸距，車輛分類統(tǒng)
計(jì)，車速監(jiān)測(cè)，闖紅燈拍照，泊車區(qū)域監(jiān)控，收費(fèi)站地磅，交通信息采集和統(tǒng)計(jì)(道路
監(jiān)控 )，及機(jī)場(chǎng)滑行道。
車速監(jiān)測(cè)
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(shù)據(jù)。使用兩
個(gè)傳感器可計(jì)算出車輛的速度。當(dāng)輪胎經(jīng)過傳感器A時(shí)，啟動(dòng)電子時(shí)鐘，當(dāng)輪胎經(jīng)過傳
感器 B 時(shí)，時(shí)鐘停止。兩個(gè)傳感器之間的距離一般是 3 米，或比 3 米短一些(可根據(jù)需
要確定)。傳感器之間的距離已知，將兩個(gè)傳感器之間的距離除以兩個(gè)傳感器信號(hào)的時(shí)
間周期，就可得出車速。根據(jù)德國PTB的報(bào)告，當(dāng)汽車以200公里/小時(shí)的勻速行駛時(shí)，
測(cè)量精度可達(dá)到1%。
壓電傳感器可以區(qū)分差別很小的車輛，這一點(diǎn)使其可與速度相機(jī)觸發(fā)器在固定地點(diǎn)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(yàn))。當(dāng)輪胎經(jīng)
過傳感器時(shí)，根據(jù)從A 到B，再從 B 到C，最終從A 到C 的時(shí)間，計(jì)算出車速。然后對(duì)
這幾個(gè)車速進(jìn)行對(duì)比，它們都應(yīng)在規(guī)定的范圍內(nèi)，通常不超過2%。如果車輛超過了規(guī)定
的時(shí)速，在前輪經(jīng)過最后一個(gè)傳感器時(shí)，立刻給車輛拍照，并計(jì)算出車速。在第一張照
片拍攝后的固定時(shí)間進(jìn)行第二次拍照，這樣觀測(cè)儀可以校驗(yàn)車速。即使在車流量很高的
情況下，也可得到各個(gè)車道的信息。傳感器可以交錯(cuò)安裝，以便照相機(jī)有穩(wěn)定的焦點(diǎn)，
從而使得照片清晰可讀。
通過車速監(jiān)測(cè)既可以對(duì)超速車輛罰款，又可以根據(jù)車流量建立可變限速標(biāo)志和可變情報(bào)
板。在車流量較高時(shí)，設(shè)置較低的限速；流量較低時(shí)，設(shè)置較高的限速，建立動(dòng)態(tài)的管
理系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)路面管理智能化。
車輛分類統(tǒng)計(jì)
壓電薄膜交通傳感器的主要用途是車型分類，車速數(shù)據(jù)可被轉(zhuǎn)換為可靠的分類數(shù)據(jù)。不
同的國家使用不同的分類表對(duì)車輛分類。在美國，F(xiàn)HWA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(dòng)態(tài)稱重(WIM)系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范及用戶要求與試驗(yàn)方法
ASTM1318—94］。車輛的類型是根據(jù)軸數(shù)和軸距確定的。
軸 距由于車速在3米或小于3米的距離內(nèi)基本上是勻速，用車軸經(jīng)過傳感器時(shí)建立的信號(hào)時(shí)
間差乘以車速，就得出軸距。
軸 數(shù)
由于傳感器是檢測(cè)壓過輪胎的力，因此即使在車輛靠得很近時(shí)也很容易測(cè)出軸數(shù)，但在
車流密集、低速及車型相似時(shí)，不能區(qū)分所計(jì)軸數(shù)是同一輛車還是兩輛車，而電感線圈
不能計(jì)軸數(shù)，因而用電感線圈+壓電傳感器的方案既可測(cè)得軸數(shù)又可測(cè)得車數(shù)。配置方
案既可以是傳感器+線圈+傳感器,也可以是線圈+傳感器+線圈，為獲取車速信號(hào)并進(jìn)行
其它計(jì)算，兩個(gè)方案都可以，但前一個(gè)配置較好。
輪 距
有些國家如南韓，車輛的分類需要檢測(cè)輪距，我國車輛的種類很多，存在同軸距不同輪
距的問題，如解放車和黃河車，其載重能力的差別很大。如果檢測(cè)器能分辨輪距，將增
加系統(tǒng)的覆蓋率和準(zhǔn)確性。將傳感器以一定角度斜埋就可解決這個(gè)問題。
輪胎數(shù)
其他國家車輛分類的標(biāo)準(zhǔn)，如巴西是以雙輪胎作為等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)的。為了探測(cè)雙輪胎，

您好，智能交通傳感器是一種先進(jìn)的技術(shù)設(shè)備，主要用于提升道路交通系統(tǒng)的效率和安全性。它們主要應(yīng)用于以下幾個(gè)方面： 1. 交通流量監(jiān)測(cè)：通過安裝在道路、橋梁和隧道的傳感器，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)車輛的數(shù)量和速度，幫助城市規(guī)劃者優(yōu)化信號(hào)燈控制，減少擁堵。 2. 自動(dòng)駕駛輔助：智能傳感器如雷達(dá)、激光雷達(dá)（LiDAR）和攝像頭，為自動(dòng)駕駛汽車提供環(huán)境感知能力，識(shí)別其他車輛、行人、障礙物等，確保行駛安全。 3. 道路狀況監(jiān)控：可以檢測(cè)路面濕滑、坑洼、施工等情況，及時(shí)預(yù)警，保障行車安全。 4. 交通事故預(yù)防：通過對(duì)異常行為（如急剎車、超速）的識(shí)別，預(yù)測(cè)可能發(fā)生的事故，提前采取措施。 5. 公共設(shè)施管理：用于監(jiān)控公共充電樁的狀態(tài)，方便電動(dòng)汽車用戶查找和使用。 6. 智能交通管理系統(tǒng)：收集的數(shù)據(jù)可用于交通數(shù)據(jù)分析，優(yōu)化路線規(guī)劃，提高整體交通系統(tǒng)的運(yùn)行效率。 這些傳感器通過集成人工智能算法，能夠?qū)崟r(shí)處理大量數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)交通的智能化管理和優(yōu)化，是未來智慧城市和智能交通系統(tǒng)的重要組成部分。如果您有關(guān)于具體產(chǎn)品或應(yīng)用的問題，歡迎隨時(shí)提問！