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交通科技与经济Tech no logy & Economy in A reas ofCom mun icatio ns红外线在道路测试中的应用姚殿梅1,周彬2仁陕西铁路工程职业技术学 院,陕西 渭南714000 2.中交第二公路工程局有限公 司,陕西 西安710065)摘 要:随着国内高速公路的快速发展 ,利用科学 、快速、先进的检 测技术对道路进行检测已经成为发展趋势。 红外 线在道路测试中已有所应用 , 对红外线及其在 道路测试中的应用进行分析, 重点介绍红外线测温仪、红 外 线 遥感测 试汽车尾气 、红外线测距离和红外线车辆检测 器 等 技 术, 分 析红外 线在道路 测试中的 应用情 况, 以 期红外 线技术 在 道路测试中有更大的应用 。关键词 :红外线 ;道路 ;道路测试 ;红外线测温仪中图分类号:U418.3文献标志码 A文章编号:0085696 2013)034)0454)4Application of infrared ray to road testsYAO Dianme1, ZHOU Bin21 Shanxi Railway Institute, Weinan 714000, China ; 2. CCCCSecond H ighway Engineering Co. . Ltd. . Xi an 710065, China)Abstract :With the rapiddevelopment of domestic highway, the applicaiionof scientific, fast, and advaneed收稿日期:20121104作者简介:姚殿梅(1986 ),女,助 教,硕士,研究方向:道路与铁道 工程testi ng tech no logy todetect the road is n eeded in the the road tests. The infraredray and itsapplication remotesensng nfraredtotestautomobleexhaust, ray,etc.Theapplcatonof nfraredrayhasawder roadtest;nfraredthermometer1998 年以来 , 我国高速公路建设处于快速发展 阶段,年均通车里程超过了4 000 km。2011年,全国通车总里程达到8. 5x104 km,居世界第二位。 按照国家高速公 路网规划, 到 2020 年, 我国高 速 公路通车里程 将达到8.5x104 km,将超过美国居 世界首位 。 持续增长的高速公路通车 里程给道路 养护管理 部门带来的压力 也在不 断增 加。 随着 公 路交通事业 的快速发展, 公路路基、路面使用质量 要求不断提 高, 利用科学、快速、先进的检 测技术, 以数据有 效控制与评价路基路面施工质量与使用 性能, 引起了越来越多的重视。 目前, 道路工作者 与其他相关 学 科 的 工 作 者 密切合 作, 使 红外线、激 光、雷达、超声波、影像技术、射线等技术在道路测 试中有所应 用, 提高了 道路测试的自动化程度, 从 而极大地提高道路测试的 精度和工作效 率, 节约 道developmenttrendInfraredrayhasbeenappliedto areanalyzed,focusedonthe infaedthemomete, measuring distance and vehicle detector by infrared ange of applicaiions. Key words :infrared ray ; road ;路测试中 所需耗费的各种资源。 本文主要介绍 红 外线在道路测试中的应用情况 。1 红外线红外线是 太阳光线中众 多 不可见光线中的 一 种, 由德国科学家 霍胥尔于 1800 年发现, 又称为红 外热辐射 , 他将太阳光用三 棱镜分解开 (见 图 1), 在 各种不同颜色的色 带位置上放置温度计, 试图测量 各种颜色的光的 加热效应。 结果发现, 位于红光外 侧的那支 温度计升温最快。 因此, 得到结论:太阳 光谱中 , 红光 的外侧必定 存在看不见 的光线, 这 就 是红外线 。 太 阳光 谱 上红外线 的波 长大 于 可见 光 线,波长为0.75 1000口 m。红外线可分 为3个部 分近红外线,波长为0. 75 1)2. 5 3)m中红外线,波长为2.53) 2540)m;远红外线, 波长为 25 40) 1000 u m。图 1 可见光光谱线物礎”際测器A/D转换环境温度补樸soc级儼处理2 红外线在道路测试中的应用2.1 红外线测温仪2.1.1 红外线测温原理自然界一切温度 高于绝对 0 度的物体 , 都在 不 停地向外 发出红外线。 物体发出的红外线能量大 小及其波长分布同 它的表面温度有密切关系, 物体 辐射能量与温度的 4 次方成正比, 其辐射能量密度 与物体本身的温 度关系符合普朗克定律。 因此, 通 过测量物 体辐射出的红外能量的大小就能测定物 体的表面 温度。 微小的温度变化会引起明显的辐 射能量变化 。 因此, 利用红外辐射测量温度的灵敏 度很高。 实际物体的辐射度除了依赖于温度和波 长外 , 还与构成该物 体的 材料性质及表面状 态等 因 素有关。 只要引入一个随材料性质及 表面状态变 化的辐射系数 , 就可 以把黑体的基本定律应用于实 际物体。这个辐射系数,就是发射率,或称之为比 辐射率 , 其定义为实 际物体与同温度黑体辐射性能 之比, 该系数表示实 际物体的热辐射与黑体辐射的 接近程度,其值介于0 1。红外测温 仪的工作原理 如图2 所示, 被测物 体辐射出的红外能量通过空气 传送到红外测温仪 的物镜, 物镜把红外线汇聚到红 外探测器上 , 探测器将辐射能转换成电信号, 又通 过前置放 大器、 主放大器将信号放大、 整形、 滤波 后,经过A/D转换电路处理后输入微处理器。微处 理器进行环境温度 补偿, 并对温度值进行校正后驱 动显示电路的温 度值。 同时, 微处理器还发出相应 的报警信号 , 并且接 受按键输入的发射率以完成发 射率设定 。图2红外线测温仪的工作原理量其温度 ,因此,道路工作 者通过 研究及综合分 析 比较各种测 温设备的优劣,最后,选 定红外线测温 仪用于测量道路表面的温度 。红外线 温度计TES - 1326S的特点为:可选 择。C/F作为单位;背光显示;雷射指示测量位置; 自动锁定值 功能;发射率可调整(327);最大值、 最小读 值记忆功能;测试资料记忆储存及读取功 能自动关机功能 操作环境温度 28 C或18 C 时,每增减1 C必须增加0. 1倍的误差 温度系数); 反应时间为0. 5 s。通过红外线温 度计的特点可知, 使用红外线温 度计能快速 、准确地测出路表温度, 为道路科学研 究提供较为精确的 实测数据, 促进道路测试技术的 发展。其他形式的红外测温仪有 PT-3S笔式红外 线温度 计、 在线式红外测 温仪、 信号输出红外测 温仪 。2.1.3 红外线测温仪的使用注意事项红外线测温仪的使用注意事项有 :1)必须准确确定被测物体 (路面材料) 的 发 射率 ;2)避免周围环境高温物体的影响 ;3)对于透明材料, 环境温度应低于被测物体 温度 ;4)测温仪要垂 直对准被测物体表面, 在任何情 况下, 角度都不能超过 30 ;5)不能应用于光亮的或抛 光的金属表面测 温, 不能透过玻璃进行测温 ;6)正确选择跟离系数 , 目标直径必须充满视场 ;7)如红外 测温仪突然处于环境温度差为20 C 或更高的情 况下, 测量数据将不准确, 温度平衡后 再取其测量的温度值 ;8)避免红外线 长 时 间 对着人 眼 睛及身 体, 注 意 使用安全 。2.1.2 道路测试用红外线测温仪 在实际的道路测试中 , 为确 定在不同环境温 度条件下道路表面及 内部的温度, 需测量道路表面的 温度 。 由于道路路 面暴露于环境之中, 受环境及其 他因素的影响较大 , 用一般 的温度计很难准确地 测2.2 红外线汽车尾气遥感检测车红外线遥 感检测汽车尾气的检测系统主要包 括:气体分析单元,流量测量单元,RPM转速传感器 和测速单元等 。 据环保部 门介 绍, 红外线汽车尾气 遥感检 测 车的 工作 原理是:机 动 车 在 街 道 上 行 驶 时,遥感检测 车分析仪器 发射的 红外 线、紫 外线 穿 过汽车尾气到达检测车内 反射镜 上 ,分析仪器即 可 分析出汽车 尾 气 中 的 碳 氢 化合物、一 氧 化碳、二 氧 化碳和氮氧化物 的浓度和烟气值。 在测量的同时 , 测速系统则同步测出每辆汽车的速度 。传统机动车检测 是“双怠速 ”方式 :由交警拦停 疑似车辆靠 边停好,一个检测人员 上车踩油门,另 一个检测 人 员 将 机 动 车检 测 设 备 探 头 伸 进机 动 车 尾气排放口 ,经过检测设 备检测 后出 检测结果,这 种方式不仅工作效率 低,还 会对检测人员的身体 造 成大的伤害 。 而使用新型 遥感检测车 后 ,交警只 要 将车辆引进遥感检测专用 车 道,便能立即利用红 外 线、紫外线的 光学原理,将 机动车尾气排放 浓度 即 检测出来 ,反馈到 电脑系统和 液晶显示屏上。 以前 要5 min才能检完一台车,现在0. 8 s就能测出来; 无论柴油车还是汽油车都 能检 测, 还能自动识录 车 牌号和车速 。在道路测试中 , 通过红外线汽车尾气遥感检测 车能快速准确地检 测出汽车尾气的主要成分, 及时 发现污染严 重的车辆, 督促其进行整改, 以减少有 害气体的排 放, 进而 促使 路域大气环境的 改善, 保 护路域的生态环境 。2. 3红外线测距离传感器红外线测 距离传感器是一种利用 红外线反射 原理对障 碍物距离进行测量的传感器。其原理是 红外测距 传 感 器利用红外信 号遇到障 碍 物 距离 的 不同反射的强度也 不 同 的 原 理, 进行障碍 物 远 近 的 检测 。红外测距 传感器具有一对红外信 号发射与接 收二极管 , 发 射 管 发 射 特定 频 率 的 红 外 信 号, 接 收 管接收这种频率的 红外信号, 当红外的检测方向遇 到障碍物时 , 红外信号反射回来被接收管接收, 经 过处理之后 , 通过数 字 传 感 器 接 口 返 回 到 机 器人 主 机, 机器人即可利用 红外的返回信号来识别周围环 境的变化 。在道路测试中 , 可以运用红外线测距离传感器 准确地 测 量道路的宽度、道路破损面的 长度及宽 度、裂缝的长 度 等, 用 以 校核 道路宽度是否符合设 计要求,计算道路的破损面积, 为路面修复提供必 要的基础数据 。24 红外车辆检测器基于光学 原理的车辆检测器用的 较多的是红 外检测器 , 红外检测 器 包 括 主 动 式 红 外线 传 感 器 和 被动式红 外线传感器两种。主动式红外线 传感 器 中, 激光二极 管在红外线波长范围附近工作, 发射 低能红外线照射探 测区域, 并被经过检测区域的车 辆反射或 散射返回传感器。 使用可调发光二极管 的主动式红外线传感器可 测量车 速, 发光二极管 在 880nm 的红外线波长范 围附近工作,信号调节装置 可防止其它红外线 (如阳光)的干扰, 有两个发射 接收系统用于测量车速, 有一个发射接收系统用 于测量车辆高度 。 如图 3 所示, 主动红外检测器提 供交通流量 、车速、车高 、排队长度等交通技术参数 。闊制解调器片長玩放大车辆抗F扰牒41恥动电路输出端跚图 3 主动红外检测器的工作原理其工作原 理是由调制脉 冲 发生器产生调制 脉 冲, 经检测器 的红外发射管向道路上辐射, 当车辆 通过时 , 红外线脉冲从车体发射回来, 被检测器的 红外接收 管接 收。经红外调解器 调解, 通过选择、 放大、整流和滤波后触发驱动器输出一个检测信号。被动式红外线 传 感 器 本 身 不 发 射 红 外 线, 而 是 接收来自两个来源 的红外线:传感器监测范围内的 车辆 、路面及其它物 体自身散发的红外线和它们反 射的来自 太阳的红外线。它利用一个能量接收传 感器, 来检测设定检 测区内经过车辆本身辐射的能 量, 能量接收传感器 根据能量的变化来检测交通参 数, 被动红外检测器 可以提供主动红外车辆传感器 除车速外的所有交通参数 。在道路测 试中, 需要测试车流数据时, 红外线 传感器可安 装在车流上方以观测驶来或驶离的交 通流, 也可安装于路旁, 以测量来往的交通流。红 外线传感器 也可用于信号控制;流量、车速和车辆 类型的测量 ;监视人行横道上的行人、非机动车及 向驾驶员发布交通信息等 。3 结束语红外线技术的快速不断发 展 , 很大程度上促 进 了道路无损检测技 术的发展, 而且红外线在道路测 试中的应用范围也 越来越大, 而不仅仅局限于温度 的测量,还可用于汽车尾气 、距离、车辆及车流量的 检测等。虽然红外线已经 用于道路测试 中,但是 还 需要道路工作者和红外线 研究人员共同努 力,解 决 现有的一些不足 ,来进一步 提高其测量的精度及 应 用范围 ,促使道路检测技术向高精度、快速、无损、 高效的检测方向发展 。参考文献 :和张金水.道路勘测与设计 Ml.上海:同济大学出版 社,2009.创沥青情报站.我国公路建设展望.石油沥青,20091 59-60.3】黄宏伟.如何选择和使用红外测温仪.铁道技术监督,2006,34(4):28-294】王绍卿.红外汽车尾气分析仪的 研究bl.淄博 山东理 工大学 ,2005.5】信息时报.奥运尾气检测车在穗上岗 N1.信息时报, 2009-06-05.6】高守玮,杨建国 ,张建华,等.一种红外线测距技术的探讨 j.现代电子技术,2002 8)49-0。7 彭春华,刘建业,刘岳峰,等.车辆检测传感器综述j .传感器与微系统 ,2007,26(6):4-6.责任编辑王欣(上接第44页)试夯段平均夯 沉量的95%检查夯击遍数强 夯验收合格后,对场地进行平整和压实当需要 测定强夯土的承载 力时,宜在强夯结束后一个月进 行,测点不少于总夯点数1%根据检测结果,应 对不合格地 段进行补夯,并加倍检测范围,或 采取 其它补救措施 ,以达到路基符合设计规定要求 。3. 2注意事项1)地基的处理范围大于软弱地基范围 。2)检查地质的 含水量,达到最佳含水量时效果 最佳 。3)施工前应检 查夯锤重和落距,周边建筑及上 空线路情况 ,并调查地下管线情况,以确保施工安 全并确保夯击参数符合设计要求 。4)施工前应在现场选择最 不利地段进行试 夯, 在不同场地内如地基地 质 、填筑厚度及土性基本不 相同 ,应分别进行试夯 。5)在试 夯时,应测量每两次夯击的夯沉量,最 后两击的夯沉量不宜大于10 mm。6)试夯后,应从夯击最终的夯面起,每隔50 cm 取土样进行试验 ,测量土的压实度 、干密度等指标 。7)试夯结果不满足设计或规范要求时,应与设 计单位联系 ,再调整 单夯的夯击能量或调整其它参 数重新进行 试夯,必要时重新探查地基情况,再选 择处治方案 。4 结束语处治路基 不均匀沉降的方法有多种多样,如: 强夯法 、换填法 、刚性桩、半刚性桩、排水固结法、爆 破法等。 相比其它施工方法强夯法虽然有一定的 条件限制 ,但因其在机械不能进入的狭小地段、基 坑处也能灵 活运用、对深层压实效果明显、费用相 对较低 、施工工艺简 单等优点在特定的施工要求及 环境下被广泛采用 ,并取得了较好的经济效益和社 会效益 。参考文献 :1】中交第一公路工程局有限公司.JTJF10-2006公路路基 施工技术规范 g】.北京人民交通出版社出版,2006.j2 】左名麒,朱树森强夯法加固地基 jM】 北京:中国铁道 出 版社 ,19903】李明杰.桥头跳车病害分析及防 治技术研究b】.西安 长安大学 ,20044】孙长庚.公路桥头跳车的防治措施 】.中外公路,2006, 26(6):20-21.5】刘忠根,刘晓红,李元新,等.路基压实与沥青路面使用寿命的关系J】.交通科技与经济,2010 1 93-5。6】邓小均.路基路面工程 M】.北京:人民交通出版 社,2002.责任编辑王欣】
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