公路监理工程师

2 多路激光路面车辙检测系统

2.1 激光位移传感器

实际检测中，路面车辙检测范围较大，外界环境特别是太阳光严重影响激光位移传感器的成像质量，为满足车辙检测精度和范围的需要，设计了如图2所示的激光位移传感器。

激光器发出的激光经准直透镜形成准直激光束照射在路表面上，路面散射激光点通过窄带滤光片后，经成像镜头成像在光电接收器CCD(电荷耦合器件)上，像面上的光点位置与路表面的高低变化一一对应。图2中：

H—路面高度值；

x—成像点在像面上的位置；

S—激光位移传感器的工作距离；

α1—准直激光束与路表面法线的夹角；

α2—成像镜头光轴与路表面法线的夹角；

ω—像面倾角；

f—成像镜头的焦距。

图2中窄带滤光片用于减小太阳光的干扰，使散射激光点在像面上成清晰像，从而提高信号的信噪比。为减小系统结构，激光束光轴和成像光轴设计成锐角。由于激光束光轴和成像光轴不垂直，对应路面的高低变化，像面呈非线性分布，为了在检测范围内都能获得最佳信号，光电接收器CCD和成像光轴的法线成ω角度。经推导，可得激光位移传感器的计算公式

从式(7)可以看出，当已知S、α1 、α2、ω、f，读取x，代入式(7)可以计算出路面的高低变化［4］。

2.2 系统结构设计

高速公路行车道路幅宽度为3 750 mm，如果将传感器布置在整个车道宽度上，车辙检测时将会严重影响到其他行驶车辆的安全，为此刚性梁设计成如图3所示的双层伸缩结构。为减小路面颠簸对传感器和刚性梁的影响，整个结构通过专门设计的减震系统悬浮在车体内。其中下层梁固定，上层梁可沿精密轨道自由伸缩。在运输或停放时，上层合上；测试时，上层两边拉开。31路激光位移传感器依据车辙统计分布规律非均匀安装在测梁上。其中轮迹带附近分布较密，两边较疏，两边激光位移传感器倾斜放置，使测量宽度达到3 750 mm。

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