一种高速公路能见度及降水量检测器的制作方法

1.本实用新型涉及高速公路气象环境检测领域，具体为一种高速公路能见度及降水量检测器。


背景技术：

2.高速公路行车环境关系着车辆行驶安全，能见度过低时驾驶员无法及时判断道路情况，降水量过大时会造成路面湿滑且能见度下降，这种情况下行驶存在相当大的安全隐患，所以道路管理部门要及时关闭高速公路；本实用新型提供的能见度及降水量检测装置可以准确测量高速公路气象环境，为道路管理部门提供准确的管理依据。
3.目前，高速公路气象能见度的主流检测方法是散射式光学检测法检测尘埃对光线的消散程度计算数值，红外发射模块发射的红外线照射到空气中尘埃，尘埃散射红外线到红外接收模块，当空气中尘埃浓度大时(低能见度) 接收模块收到的红外线强度高，反之，则收到的红外线强度低；在使用时红外发射和接收模块虽然由镜头封闭在设备内部，但镜头容易被污染(积灰或雨水溅射)，造成测量不准确。
4.降水量的检测多是通过雨量桶累计检测方式，只有当降水积累到一定重量时才会触发机械核心产生信号，不是实时的降水检测，为此，本领域的工作人员提出了一种高速公路能见度及降水量检测器。


技术实现要素：

5.针对现有技术的不足，本实用新型提供了一种高速公路能见度及降水量检测器，解决了检测器安装方便与避免了设备使用一段时间后镜头污染对检测精度的干扰以及使用了多普勒效应超声波法实时测量降水量，不受外界环境影响，测量结果准确的问题。
6.为实现以上目的，本实用新型通过以下技术方案予以实现：一种高速公路能见度及降水量检测器，包括能见度检测发射单元、能见度检测接收单元和降水量检测单元，所述能见度检测发射单元包括第一红外发射单元和第二红外发射单元，所述能见度检测接收单元包括第一红外接收单元和第二红外接收单元，所述降水量检测单元的一侧设置有mcu控制单元，所述mcu控制单元的一侧安装有安装抱箍，所述第一红外发射单元和第二红外发射单元的内部均安装有红外发射模块和校准接收模块，所述第一红外接收单元和第二红外接收单元的内部均安装有红外接收模块和校准发射模块，所述第一红外发射单元、第二红外发射单元、第一红外接收单元和第二红外接收单元的内部均设置有反射镜，所述第一红外发射单元、第二红外发射单元、第一红外接收单元和第二红外接收单元的外侧均安装有镜头。
7.作为本实用新型进一步的技术方案，所述第一红外发射单元、第二红外发射单元、第一红外接收单元、第一红外接收单元和降水量检测单元的内部均设置有排风口。
8.作为本实用新型进一步的技术方案，所述第一红外发射单元、第二红外发射单元、第一红外接收单元和第二红外接收单元的形状相同。
9.作为本实用新型进一步的技术方案，所述第一红外发射单元、第二红外发射单元、第一红外接收单元、第二红外接收单元和降水量检测单元均与mcu 控制单元之间为电性连接，所述反射镜和mcu控制单元之间为电性连接。
10.作为本实用新型进一步的技术方案，所述安装抱箍和mcu控制单元通过螺栓进行固定连接，所述安装抱箍的高度小于mcu控制单元的高度。
11.作为本实用新型进一步的技术方案，所述红外发射模块、红外接收模块、校准接收模块和校准发射模块的数量均为两组，所述反射镜和镜头的数量均设置有四组，所述镜头为圆形透明结构。
12.有益效果
13.本实用新型提供了一种高速公路能见度及降水量检测器。与现有技术相比具备以下有益效果：
14.1、一种高速公路能见度及降水量检测器，在实际使用时，由于设备体积小在检测能见度的同时可以测量降水量，检测光路不受空间限制，安装方便。
15.2、一种高速公路能见度及降水量检测器，使用了两套型号性能相同的红外发射器和红外接收器，可以自动校准，避免了设备使用一段时间后镜头污染对检测精度的干扰，使检测结果输出稳定，并可长期稳定工作。
16.3、一种高速公路能见度及降水量检测器，使用了多普勒效应超声波法实时测量降水量，不受外界环境影响，测量结果准确，并可长期稳定工作。
附图说明
17.图1为一种高速公路能见度及降水量检测器的正视图；
18.图2为一种高速公路能见度及降水量检测器的俯视图；
19.图3为一种高速公路能见度及降水量检测器的能见度校准光路原理示意图；
20.图4为一种高速公路能见度及降水量检测器的能见度检测光路原理示意图。
21.图中：1、能见度检测发射单元；101、第一红外发射单元；102、第二红外发射单元；2、能见度检测接收单元；201、第一红外接收单元；202、第二红外接收单元；3、降水量检测单元；4、安装抱箍；5、红外发射模块；6、红外接收模块；7、校准接收模块；8、校准发射模块；9、反射镜；10、镜头； 11、mcu控制单元。
具体实施方式
22.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
23.请参阅图1-4，本实用新型提供一种高速公路能见度及降水量检测器技术方案：一种高速公路能见度及降水量检测器，包括能见度检测发射单元1、能见度检测接收单元2和降水量检测单元3，能见度检测发射单元1包括第一红外发射单元101和第二红外发射单元102，能见度检测接收单元2包括第一红外接收单元201和第二红外接收单元202，降水量检测单元3的一侧设置有 mcu控制单元11，mcu控制单元11的一侧安装有安装抱箍4，第一红外
发射单元101和第二红外发射单元102的内部均安装有红外发射模块5和校准接收模块7，第一红外接收单元201和第二红外接收单元202的内部均安装有红外接收模块6和校准发射模块8，第一红外发射单元101、第二红外发射单元 102、第一红外接收单元201和第二红外接收单元202的内部均设置有反射镜 9，第一红外发射单元101、第二红外发射单元102、第一红外接收单元201 和第二红外接收单元202的外侧均安装有镜头10。
24.进一步的，第一红外发射单元101、第二红外发射单元102、第一红外接收单元201、第一红外接收单元201和降水量检测单元3的内部均设置有排风口。
25.需要说明的，第一红外发射单元101、第二红外发射单元102、第一红外接收单元201、第一红外接收单元201和降水量检测单元3处设置排风口用来将设备内空气排出，此位置具有一定正压，在为设备内部降温的同时可以防止飞虫、蜘蛛网的干扰检测光路的情况发生。
26.请参阅图1-4，第一红外发射单元101、第二红外发射单元102、第一红外接收单元201和第二红外接收单元202的形状相同，第一红外发射单元101、第二红外发射单元102、第一红外接收单元201、第二红外接收单元202和降水量检测单元3均与mcu控制单元11之间为电性连接，反射镜9和mcu控制单元11之间为电性连接。
27.需要说明的，在第一红外发射单元101、第二红外发射单元102、第一红外接收单元201和第二红外接收单元202外侧都设置反射镜9，第一红外发射单元101和第二红外发射单元102与第一红外接收单元201和第二红外接收单元202的性能相同，第一红外发射单元101和第一红外接收单元201用于检测使用，第二红外发射单元102和第二红外接收单元202作为校准使用，根据时间和温度的变化间断开启，作为校准检测结果使用。
28.如图4所示，正常检测时第二红外发射单元102和第二红外接收单元202 的反射镜9不遮挡检测光路，第二红外发射单元102的红外线照射到尘埃，尘埃散射的红外线由第二红外接收单元202的红外接收模块6接收并转换为信号计算尘埃浓度，尘埃浓度越高能见度越低，反之，尘埃浓度越低能见度越高；当能见度检测发射单元1和能见度检测接收单元2使用一段时间后， mcu控制单元11将反射镜9旋转45
°
，如图3所示，此时第一红外发射单元 101的红外线被反射镜9反射到校准接收模块7，第一红外接收单元201的校准发射模块8发射红外线经反射镜9反射到测量红外接收模块6，mcu控制单元11记录此时无任何干扰(污染)时的信号值，再对比尘埃浓度最低时的信号值，就能计算出镜头10污染程度，在正常检测时将污染程度作为信号补偿参与到时间能见度计算过程，就能得到准确的测量结果。
29.请参阅图1-4，安装抱箍4和mcu控制单元11通过螺栓进行固定连接，安装抱箍4的高度小于mcu控制单元11的高度，红外发射模块5、红外接收模块6、校准接收模块7和校准发射模块8的数量均为两组，反射镜9和镜头10的数量均设置有四组，镜头10为圆形透明结构。
30.降水量检测单元3时使用了多普勒效应原理，用超声波作为介质进行测量，降水颗粒在下落过程中,重力和空气阻力逐渐达到平衡，使降水颗粒下降速度达到匀速，下降速度与颗粒尺寸成正比关系，颗粒尺寸越大下降速度越大，颗粒尺寸越小下降速度越小。
31.进一步的，降水量检测单元3发射超声波到降水颗粒，降水颗粒反射超声波到检测模块，根据多普勒效应原理，在运动的波源前面，波被压缩，波长变短，频率变高，波在波源移向观察者时接收频率变高，在这里将降水颗粒作为波源，降水量检测单元3作为观察者，降水量检测单元3接收到的频率为(u v)/λ，波源的波长为λ与频率成反比，波速为u固定为
超声波波速，观察者移动速度为v，只要测得降水颗粒发射的波频率即可计算出观察者移动速度v，此速度即为降水颗粒下落速度，进而可计算降水颗粒尺寸。
32.本实用新型的工作原理：正常检测时第二红外发射单元102和第二红外接收单元202的反射镜9不遮挡检测光路，第二红外发射单元102的红外线照射到尘埃，尘埃散射的红外线由第二红外接收单元202的红外接收模块6 接收并转换为信号计算尘埃浓度，尘埃浓度越高能见度越低，反之，尘埃浓度越低能见度越高；mcu控制单元11记录此时无任何干扰(污染)时的信号值，再对比尘埃浓度最低时的信号值，就能计算出镜头10污染程度。
33.降水量检测单元3时使用了多普勒效应原理；降水量检测单元3发射超声波到降水颗粒，降水颗粒反射超声波到检测模块，根据多普勒效应原理，只要测得降水颗粒发射的波频率即可计算出观察者移动速度v，此速度即为降水颗粒下落速度，进而可计算降水颗粒尺寸。