路面传感器系统中水膜传感器技术的研究

摘要

路面传感器在公路交通领域有很重要的应用，如可以为公路气象站服务，远程监控特定地点，全天候、方便、快速、准确的提供路面路况信息。路面环境状况的全面评估可以大大提高交通安全系数。随着我国高速公路建设的推进，路面传感器市场前景广阔。国外有很多致力于路面传感器方面的研究，某些传感器已经商业化生产。目前我国路面传感器市场主要被国外企业垄断，本课题的工作致力于实现路面传感器国产化，研制出适合我国国情的路面检测系统。
　　本文重点研究路面传感器系统中水膜厚度检测技术，分别对水膜模块的硬件和软件进行研究。硬件主要存在两个问题：工作性能不稳定和温度效应；软件没有考虑温度效应的影响。主要任务包括：
　　(1)针对水膜厚度传感器性能不稳定问题研究分析，提出了相应的硬件解决方案，这种解决方案主要调节水膜工作频率点的范围，提高水膜检测的分辨率，减小测量结果波动性。
　　(2)为了改善水膜厚度传感器因温度变化导致测量结果出现偏差的问题，提出了ADS与HFSS协同仿真的解决方案，最终，得到一种水膜厚度测量模型。这种测量模型的重点是天线尺寸的设计和水膜厚度传感器工作频率的调整。
　　(3)开发了一种快速、低误差的水膜厚度标定软件，有效的补偿了水膜厚度传感器温度效应的影响。水膜传感器数据处理软件主要采用双线性插值算法和最小二乘法，极大地改善了测量分辨率，降低了温度漂移现象。
　　(4)改善后的水膜厚度传感器具有较高的分辨率和稳定性，水膜厚度检测量程：0mm～8mm，误差范围：0.1mm(0mm～1mm)和0.5mm(1mm～6mm)。
　　水膜厚度传感器技术的研究最终解决了传感器硬件和软件存在的问题，通过仿真、设计和测试，水膜厚度传感器的分辨率提高了，工作性能更加稳定性，温度效应得到补偿。