[发明专利]基于光纤传感测量公路路面表层水膜厚度的方法

说明书

技术领域

本发明涉及光纤传感技术领域，尤其涉及一种基于光纤传感测量公路路面表层水膜厚度的方法。

背景技术

随着我国高速公路网的飞速建设，随之而来的各种配套公路路况测量信息也越来越被政府和民众所关注，为了能够更加有效地对几百上千公里的高速公路进行路面状况信息的采样、收集和分析，各种路况传感器设计方案和测试方法如今已经被采纳和使用。借助这些成熟方案、方法，当很多冰霜雪雾、雷雨暴风等恶劣天气出现时，有关交通部门已能够及时有效地完成车辆限行和车辆分流等交通调度，在降低高速公路网的事故发生率、保证交通运输的安全可靠性的同时，还提高了公路资源的利用效率。

从传统的传感技术方法来讲，公路路面水膜厚度的测量是通过测量电参量间接实现的，通过安装在公路沿线的分布式电传感器收集到不同降水量对应电容值或者电阻值，然后，经过数据处理得到这一地区路面积水厚度。这种技术方案的一个弱点是收集到的电参量值容易受到雨水电解质含量的影响，比如出现极薄的盐水水膜或者大雨或暴雨过后路面积水层很厚但电解质很少这两种情况。高精度大量程的水膜厚度监测对于防御路面积水打滑、强降水时的低能见度造成交通事故具有重要的研究意义。

发明内容

(一)要解决的技术问题

针对利用电参量间接测量水膜厚度这一技术方案的缺点，本发明的主要目的在于提供一种基于光纤传感测量公路路面表层水膜厚度的方法，以提高路面水膜测量值的准确性和可靠性。

(二)技术方案

为达到上述目的，本发明提供了一种基于光纤传感测量公路路面表层水膜厚度的方法，包括：

激光器LD发出的激光信号经过发射光纤5传输进入待测路面平面，在路面水膜与空气分界面10处发生反射；

反射后的激光信号分别通过第一接收光纤4和第二接收光纤6进入第一光探测器PD₁和第二光探测器PD₂，第一光探测器PD₁和第二光探测器PD₂根据该激光信号的功率大小，输出第一电流I₁和第二电流I₂；

第一电流I₁和第二电流I₂通过电缆进入外部电路，外部电路以双路相比的比值量处理，得到水膜厚度。

上述方案中，所述激光器LD采用1310nm光源的半导体激光器，避开水对光的吸收峰和可见光信号的干扰，提高测量反射光信号的精度。

上述方案中，所述发射光纤5、第一接收光纤4和第二接收光纤6构成三光纤式光信号发射探测结构，在该三光纤式光信号发射探测结构中所述发射光纤5位于所述第一接收光纤4和所述第二接收光纤6之间。

上述方案中，所述第一接收光纤4为直径50μm的多模光纤，所述第二接收光纤6为直径1mm的特种光纤。

上述方案中，所述发射光纤5将激光信号从1310nm光源的半导体激光器LD引出，并由位于发射光纤5两侧的所述第一接收光纤4和所述第二接收光纤6接收。

上述方案中，所述第一光探测器PD₁和所述第二光探测器PD₂均是一光电二极管，通过该三光纤式光信号发射探测结构将激光信号通过所述第一接收光纤4和所述第二接收光纤6分别送入所述第一光探测器PD₁和所述第二光探测器PD₂产生电信号。

上述方案中，所述第一光探测器PD₁和所述第二光探测器PD₂构成双路探测器作为光探测结构。

(三)有益效果

本发明提供的这种基于光纤传感测量公路路面表层水膜厚度的方法，利用光纤传感技术通过监测路面水膜反射回探测器的光功率大小测量路面水膜厚度，提高了路面水膜测量值的准确性和可靠性，并采用双路光探测器结构，排除了激光器输出光功率、水面反射率等因素的干扰。

附图说明

图1是光纤传感测试水膜厚度模型的示意图；

图2是水膜检测厚度与接收光纤半径r₃的关系曲线；

图3是水膜检测厚度与发射光纤数值孔径NA的关系曲线；

图4是水膜厚度仿真测量结果的一个示意图；

图5是本发明提供的基于光纤传感测量公路路面表层水膜厚度的方法流程图；

图6是光纤传感探头加工模型及实物的示意图；

图7是水膜厚度检测实验平台的示意图；