激光传感器在车辆宽高超限检测中的应用

时间:2019-02-11 18:42:40 来源:众耀新闻网 作者:匿名



现代仪器的智能化趋势使各种传感器的应用日益广泛。由于激光器的诸多优点,利用这些特征开发的激光检测和控制系统具有先进的技术性能,方便的性能和紧凑的系统结构。激光传感器通常由激光发生器,光学元件和光电器件组成。它可以将测量的物理量(例如距离,流量,速度等)转换为光信号,然后应用光电转换器将光信号转换为电信号。通过对相应电路进行滤波,放大和整流来获得输出信号,从而计算测量值。激光传感器具有激光的优点(如良好的方向性,高亮度,良好的单色性,良好的相干性等),通常结构简单可靠,抗干扰能力强,非机械接触,分辨率高,精度高。它具有指示误差小,稳定性好,适合快速测量的优点。

随着科学技术的不断发展,国家对超监督工作的要求也在不断提高。无论在效率还是精度方面,智能超限检测工具都将得到广泛应用。针对上述情况,设计了一种基于激光扫描传感器技术的高效,高精度智能车辆超宽超高检测系统。

1激光测距传感器的测量原理

激光测距是一种有源光学检测方法。有源光学检测的检测机制是:检测系统将光束发射到目标(在光学检测中,通常是红外或可见光),并且光束被目标表面反射以产生回波信号。回波信号包含要直接或间接测试的信息。接收和信号处理系统通过接收和分析回波信号来获得测量信号。该激光器具有相干性强,亮度高,方向性好的优点。因此,在激光出现后,它成为大多数有源光学检测系统的首选光源。

目前,脉冲激光测距已被广泛应用,如地形测量,地对空距离测量等。图1是脉冲激光测距系统的示意图。工作原理如下:人机操作发送测距命令,触发激光发射激光脉冲,少量能量通过分束器作为参考脉冲传输到脉冲采集系统。作为定时的起点,数字测距定时器开始计时;另一个团伙被折射棱镜反射并指向目标。一般来说,发射端的前端有一个伸缩光学系统,以减小出射光束的发散角,增加光能表面密度,增加工作距离,同时减少背景与周围环境之间的干扰非标靶。到达目标的激光束的一部分被漫反射回到测距仪;接收物镜和滤光器到达检测器APD。窄带光学滤波器的主要功能是充分利用激光的优异单色性来改善系统。信噪比;光电探测器APD将光信号转换成电信号,然后放大,滤波和整形电信号。整形回波信号关闭时间间隔处理模块,使其停止计时。这样,根据时间间隔处理的结果t,待测对象的距离L可以计算为:L=ct/2(1)

在式(1)中,c是光速。在图1中,滤光片和光圈可减少背景和杂项闪光的影响,并降低探测器输出信号中的背景噪声。根据公式(1),脉冲测距精度ΔL可表示为:

△L=c△t/2(2)

从等式(2)可知,系统处理的时间间隔精度Δt直接确定脉冲激光测距系统的测距精度ΔL。

2系统组成和数据处理

该系统采用德国SICK公司的LMS系列户外非接触式激光传感器作为数据采集设备,以工业控制机器为数据处理设备。系统组成如图2所示.L MS系列传感器是一种户外非接触式高精度,高分辨率外部传感器。其工作原理基于激光束飞行时间的测量。它以定义的时间间隔发射激光脉冲,并由计时器计算。发射脉冲和接收脉冲之间的时间间隔用于获得距被测物体的距离。通过测距传感器内的旋转镜的反射来扫描脉冲激光束,以形成周围环境的扇形扫描。目标对象的脉冲序列由接收的一系列脉冲序列确定。 LMS传感器的扫描频率为25Hz/50Hz,角频率为(0.25°/0.5°,扫描角度范围为0°~270°,最大扫描距离为20 m,标准测量精度为±0.30 m) ,安全防护等级为IP67。对人眼安全。恶劣的环境因素对测量范围没有影响,可在-30至50°C的室外温度环境中使用。

LMS系列激光传感器采用激光脉冲测距方法计算从被测物体扫描轮廓上的点到传感器的距离,并通过高速网络接口实时上传到IPC进行后处理。由于网络端口的数据传输速度可以达到100Mb/s,因此不存在数据丢失问题,并且可以保证测量数据可以完全上传到工业计算机进行实时数据处理。工业计算机通过可视通信语言VB的网络通信核心Winsock直接与LMS系列传感器交换数据。使用Winsock控件时,首先要考虑是使用TCP还是UDP通信协议。 TCP通信协议控制是需要连接的通信协议,类似于电话系统。在开始数据传输之前,用户必须首先建立连接,并且存在错误检查机制以防止数据被分发和传输,因为传输过程缓慢且错误较少。如果数据很重要,最好使用此方法。 UDP通信协议是不需要连接的通信协议。两台计算机之间的传输类似于邮件的传递:信息从一台计算机传输到另一台计算机,但两者之间没有明确的联系。与TCP的方式相比,其错误检查相对简单,因此速度相对较快,使用速度时,使用此方法更为合适。系统对实时数据要求很高,数据准确性相对较低。因此,在数据交换之前,LMS系列传感器和IPC的IP地址必须分别设置为一个网段,然后使用UDP通信。交换数据的协议。在接收到LMS系列传感器上传的极坐标信息后,工业计算机通过基于VB核心设计的数据处理程序处理所有数据。数据处理过程如下。

首先,传感器上传的数据用于判断车辆的进出。

在第一步中,传感器将测量传感器极坐标的极半径(ρ1,ρ2,ρ3,...,ρn)上传到被测车辆的不同点和相应的极角(θ1,θ2, θ3,...,Θn);

在第二步中,通过坐标系的变换将测量点的极坐标转换为平面直角坐标,即

(x1=ρ1·cosθ1,y1=ρ1t·sinθ1)(x2=ρ2·cosθ2,y2=ρ2·simθ2)(x3=ρ3·c∞θ3,y3=ρ3·sinθ3)(xn=ρn·cosθn,Nyn=ρN·sinθn);

第三步分别比较y1,y2,y3,...,yn取最小y值ymin;然后分别比较x1,x2,x3,...,xn以获取扫描车辆的最左边的x值。 Xmin和最右边的x值xmax;计算单次扫描车辆的最大高度高度=H-ymin和最大宽度宽度=xmax-xmin(H是传感器离地面的高度)。将单次测量的宽度和高度与高度进行比较,并根据数据的变化曲线判断进出车辆。

然后,通过比较每个单次测量车辆的宽度和高度信息,计算车辆的最大高度高度和最大宽度宽度。最后,将经过的车辆的最大宽度和最大高度与由州规定的车辆宽度和高度限制进行比较,以确定过往车辆是否超宽和超高。比较结果显示在工业计算机的显示屏上并保存。测量结果到SQL数据库。如果车辆超宽且超高,工业计算机还将产生声光报警,以提醒超限车辆的主管和驾驶员存在超限问题。3实验结果与分析

该系统中的激光传感器安装在龙门架上,高度为6米。激光传感器的扫描区域垂直于通道。当车辆通过扇区的扫描区域时,检测系统自动计算车辆的宽度和高度。该值显示在工业计算机的显示屏上,供工作人员监控。

在现场试验期间,车辆的宽度和高度(以下称为实际值和测量值)通过手动和自动方法测量30种不同类型的过往车辆。统计分析结果表明,该系统的自动测量数据中有28辆车的误差为0.10 m。距离酒店不到0.15米。也就是说,93%的车辆检测误差小于0.10m,这满足了用户误差小于0.15m的要求。数据分析表如表1所示。

4。结论

LMS系列二维激光脉冲扫描传感器和可视化编程语言VB网络核心设计的智能车辆超宽超高检测系统具有较高的测量精度和良好的实时性。立即检测传感器下车辆的宽度和高度信息。显示在显示屏上。该系统的应用实现了车辆超限检测中超宽超高检测的自动化,避免了手动测量误差的随机性,可以测量车辆无法手动测量的精度和高度,以及测量数据可以自动保存到数据库中。它可以在任何时候大大提高超限检测的工作效率和检测精度。因此,该系统具有良好的推广前景。

摘录自:中国计量与测量网络

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