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原文传递路况传感器原理及试验研究

论文题名：	路况传感器原理及试验研究
关键词：	高速公路;路况传感器;路面状态检测;压电平膜;光电检测;数据融合
摘要：	随着高速公路建设规模的不断扩大，由暴雨强降水、降雪、道路结冰等气象因素导致的交通安全事故频繁发生，以路况传感器为核心的道路气象检测预报系统越来越受到关注。通过对国内外路况传感器的研究与调研发现现有的路况传感器不能准确定量检测积水、结冰、积雪等多种路况，导致我国高速公路信息化建设严重受阻。针对这种现状，本文提出了以谐振原理和光电检测原理为基础的路况传感器。　　本文研究的路况传感器由压电平膜检测单元和光电检测单元构成。对于压电平膜单元，主要介绍了压电陶瓷材料PZT的压电效应，通过分析PZT圆形薄板小挠度模型下的谐振特性，与恒弹合金复合成压电平膜，利用负载质量和刚度对其谐振频率的改变实现传感器对结冰和积水状态的检测。对于光电检测单元，依据菲涅尔反射对近红外光在介质表面传播特性的分析，推导出不同负载情况下基于入射角的反射光强度计算模型，并与压电平膜检测单元数据融合，得到路况传感器路面状态检测原理。根据检测原理，本文还详细介绍了传感器机械结构设计、硬件电路设计以及软件程序设计，通过建立完整的检测系统实现对路面状态实时检测的目的。　　本文在传感器研究过程中进行了大量的原理性验证试验，其中包括传感器空载试验、结冰试验、积水试验以及积雪试验。通过提取试验中压电平膜检测单元和光电检测单元的数据特征，进行数据融合，实现传感器对空载、结冰、积水以及积雪状态的分类，分类正确率高达95%以上。且根据压电平膜谐振频率测得冰厚范围为0～4mm左右，积水厚度0～13mm左右，冰厚测量精度为0.1mm，积水厚度测量精度为1mm，满足了路况传感器在实际应用中的需求。
作者：	罗娟
专业：	控制工程
导师：	葛俊锋
授予学位：	硕士
授予学位单位：	华中科技大学
学位年度：	2018
正文语种：	中文