红外线在道路测试中的应用

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】