基于-压电传感器的交通违章检测系统设计

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1、淮海工学院课程设计报告书课程名称：《传感器原理及应用》课程设计题目：基于压电传感器的交通违章检测系统设计系（院）：电子工程学院测控系学期：2015-2016-1专业班级：测控131姓名：学号：评语：成绩：签名：日期：基于压电传感器的交通违章检测系统设计一、设计目的1.能较全面地巩固和应用“传感器及检测技术”课程中所学的基本理论和基本方法，并初步掌握小型数字系统设计的基本方法。2.通过《传感器及检测技术》课程设计，掌握传感器及检测系统设计的方法和设计原则及相应的硬件调试的方法。进一步理解传感器及检测系统的设计和应用。3.

2、培养独立思考、独立准备资料、独立设计规定功能的数字系统的能力。4.培养书写综合设计报告的能力。二、具体设计要求压电式交通信息调查系统是一种满足交通流量调查和动态称重调查的多用途系统。系统是一种在不中断交通的情况下记录交通信息的高性价比的设备。⒈系统概述：这种系统在每一车道安装2条压电轴载称重传感器及1个地感应线圈。系统控制器设备安装在路边机箱内并与道路上传感器连接。控制器可监测到车辆通过压电传感器时所产生的信号，此信号可以用来计算轴负荷，车速及车辆轴距,并进一步计算出车型、车速、轴载等指标。地感线圈的信号主要用以判定车

3、辆的存在信息，也可用来判定车辆底盘长度,同时还可以被系统用于区分前后车辆之间的间隔 ⒉系统设计要求：当正常行驶的车辆，其轮胎压过铺设在车道路面中的压电膜称重传感器时，会产生一个与施加到传感器上的压力成正比的模拟信号，并且输出的周期与轮胎停留在传感器上的时间相同，通过信号线缆传向路侧的中央数据采集控制器。中央数据采集控制器通过高速A/D转换器将模拟信号转换成数字信号，经程序处理，计算出车辆的触发时间、轴载荷及车辆总重；通过前后布置的两条压电膜称重传感器进一步计算出车辆的行驶速度；安装在道路两侧的激光传感器能够检测车高，辅

4、助判断车型；两条压电膜传感器之间的线圈检测器，通过内部电路处理，能够检测车辆的底盘高度等特征信息，并提供车辆收尾信号。车辆收尾以后，中央数据采集控制器对车辆的轴距、车长、车辆底盘高度、车高等信息进行集中处理，并对数据进行存储、打包，按照交通运输部规定的数据处理周期将统计的数据通过网络上传。三、总体实现原理和方案设计压电传感器分类及特点：图1压电传感器是利用压电陶瓷片的压电效应，将应力（或应变）转换成电压（或电荷），再通过放大器进行放大和输出的装置。压电陶瓷是其中的关键部件，从信号变换角度来看，压电陶瓷片相当于一个电荷发

5、生器。压电传感器是有将外界力传递到压电陶瓷片的力学系统、压电陶瓷片和将电荷传递到仪表的测量电路三部分构成。图2压电介质可分为三类:(1)石英晶体(天然，单晶休);(2)压电陶瓷(人工制造，多晶体);(3)高分子压电材料。1.石英晶体石英晶体是一种天然形成的性能极为优异的单晶体压电材料。它具有稳定性好、可靠性高、响应速度快、压电常数自然变化率低(在20-200℃时，仅为-0.0001/摄氏度)等特点，广泛用于制作标准传感器以及高精度传感器。2.压电陶瓷压电陶瓷是一种人工合成的多晶体压电材料，内部具有大址微观极化区。无外电

6、场作用时，各极化区在晶体中呈杂散状、极化方向各异，因此压电陶瓷平时呈电中性。当施加外电场时，极化方向统一，此时围绕原子核的电子获得动能，脱离原子核束缚成为自由电子。这些自由电子和失去电子显正电性的原子核在外电场作用下逐渐形成内部微弱势垒电场。从电工学理论可知，微观上所谓势垒电场就是“两侧堆积电性各异电子组成的作用范围”，宏观上表现为压电陶瓷表面呈现大量电荷。压电陶瓷不同于自然界其他电介质，在外电场失去时，其内部极化区仍存有很强剩余极化强度，如沿极化方向施加外力，其表面也能产生电荷。换句话说，压电陶瓷也具有压电效应。常用

7、的压电陶瓷有钻钦酸铅系列压电陶瓷(PZT)、非铅系压电陶瓷等。3.高分子压电材料高分子压电材料是近年来发展较快的一种新型压电材料。它的特点是压电常数较高，如聚偏二氟乙烯(PVF2或PVDF)的压电常数比压电陶瓷高十几倍，其输出脉冲电压可直接驱动CMOS集成门电路。这种材料质地柔软，可以拉伸成薄膜或套管状。另外，价格便宜，不易破碎，具有防水性。其测量范围可达80dB,频响范围从0.1Hz直至10九次方Hz。可见它是一种较为理想的电声材料。高分子压电材料的工作溢度适用范围为100℃以下，机械强度较低，不耐紫外线照射。国内外

8、发展现状：在我国压电传感器的研究与应用明显落后于世界先进水平，自70年代以来，压电传感器的应用主要是为了满足航天技术发展的需要。改革开放之后，随着引进国外先进技术和管理经验，国民经济进入快阶段，现代测量技术的发展与应用成为必然。因此，压电传感器测术引起了一定程度的重视。但是，由于在压电传感器测量技术的研究与应用上与国外发达国家相比