專利名稱：激光酒駕道邊在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及交通安全檢測(cè)設(shè)備領(lǐng)域，是一種適用于交警部門對(duì)酒后駕駛快速查處的檢測(cè)儀器。
背景技術(shù)：
酒后駕駛是造成道路交通事故的主要原因。全球每年約有120萬人死于道路交通事故，其中大約50%—60%的交通事故與酒后駕駛有關(guān)。然而酒后駕駛只有不到千分之一被交通管理部門查處，絕大部分沒有受到交通管理部門檢查，給交通安全帶來巨大隱患。因此酒后駕車已經(jīng)成為交通管理部門重點(diǎn)打擊的范疇。但我國(guó)公安交警警力的增長(zhǎng)嚴(yán)重滯后于公路、機(jī)動(dòng)車和駕駛?cè)说脑鲩L(zhǎng)，因此公安交通管理部門急需相應(yīng)的技術(shù)手段來完成酒后駕駛的快速篩選，提高執(zhí)法效率，減輕工作壓力。目前，可以對(duì)氣體中酒精含量進(jìn)行檢測(cè)的設(shè)備有五種基本類型，分別是燃料電池型(電化學(xué))、半導(dǎo)體型、紅外線型、氣體色譜分析型、比色型。由于價(jià)格和使用是否方便等因素所決定，目前普遍使用的只有燃料電池型(電化學(xué)型)和半導(dǎo)體型。這二種能夠制造成便攜型呼氣酒精測(cè)試器，適合于現(xiàn)場(chǎng)使用，是目前交警用呼吸式酒精探測(cè)儀對(duì)駕駛員進(jìn)行測(cè)試是最為普遍的方法。半導(dǎo)體型采用氧化錫半導(dǎo)體作為傳感器，這類半導(dǎo)體器件具有氣敏特性，當(dāng)接觸的氣體中其敏感的氣體濃度增加，它對(duì)外呈現(xiàn)的電阻值就降低，半導(dǎo)體型呼氣酒精測(cè)試儀就是利用這個(gè)原理做成的。這種半導(dǎo)體在不同工作溫度時(shí)，對(duì)不同的氣體敏感程度是不同的，因此半導(dǎo)體型呼氣酒精測(cè)試儀中都采用加熱元件，把傳感器加熱到一定的溫度，在該溫度下，該傳感器對(duì)酒精具有最高的敏感度。燃料電池型呼氣酒精測(cè)試儀采用燃料電池酒精傳感器作為氣敏元件，它屬于電化學(xué)類型，因此又稱為電化學(xué)型。燃料電池是當(dāng)前全世界都在廣泛研究的環(huán)保型能源，它可以直接把可燃?xì)怏w轉(zhuǎn)變成電能，而不產(chǎn)生污染。作為酒精傳感器只是燃料電池的一個(gè)分支。燃料電池酒精傳感器采用貴金屬白金作為電極，在燃燒室內(nèi)充滿了特種催化劑，它能使進(jìn)入燃燒室內(nèi)的酒精充分燃燒轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔埽簿褪窃诙€(gè)電極上產(chǎn)生電壓，電能消耗在外接負(fù)載上，此電壓與進(jìn)入燃燒室內(nèi)氣體的酒精濃度成正比。采用呼吸式酒精檢測(cè)儀首先需要交警通過目測(cè)篩選出行駛過程中出現(xiàn)異常的車輛，將可疑車輛攔下，再對(duì)駕駛員進(jìn)行酒精含量檢測(cè)。這種方法的缺點(diǎn)是1)交警的目測(cè)會(huì)受到天氣的影響，視線不好時(shí)會(huì)影響判斷的準(zhǔn)確性；2)即便是酒后駕車，但是車輛行駛過程顯示正常，也容易影響交警的判斷。而這些僥幸逃過交警法眼的“漏網(wǎng)之魚”等到酒勁上來后會(huì)成為“馬路殺手”。3)若交警提高攔車檢查幾率則會(huì)導(dǎo)致大量非酒后駕駛車輛被查，嚴(yán)重時(shí)甚至造成交通堵塞，引發(fā)民怨?；赥DLAS技術(shù)的酒精遙測(cè)方法是目前最新的檢測(cè)方法，它采用窄線寬的可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器光源，通過掃描分子的吸收譜線來實(shí)現(xiàn)對(duì)分子濃度的測(cè)量。國(guó)外早在2000年就開展了基于TDLAS的酒駕在線監(jiān)測(cè)方法研究。但國(guó)內(nèi)基于TDLAS的酒精檢測(cè)還未見報(bào)道?；赥DLAS的酒精檢測(cè)有響應(yīng)快速，選擇性強(qiáng)的特點(diǎn)，并且是非接觸測(cè)量，易于實(shí)現(xiàn)小型化，能滿足交通管理部門對(duì)酒后駕駛的快速檢測(cè)需求，具有良好的應(yīng)用前景。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種激光酒駕道邊在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)基于吸收光譜法對(duì)機(jī)動(dòng)車內(nèi)酒精蒸汽的濃度測(cè)量。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為
激光酒駕道邊在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括有機(jī)箱，機(jī)箱內(nèi)安裝有DFB激光器及其控制模塊，控制模塊包括有溫度電流控制單元和信號(hào)發(fā)生單元，功能主板上集成有數(shù)據(jù)采集和處理模塊、通訊與接口模塊、電源轉(zhuǎn)換模塊，機(jī)箱內(nèi)設(shè)置有直流穩(wěn)壓電源，機(jī)箱箱壁上還安裝有與直流穩(wěn)壓電源電連接的交流電插頭與機(jī)箱總開關(guān)、風(fēng)扇、與通訊與接口模塊電連接的串行通訊接口，直流穩(wěn)壓電源與功能主板上的電源轉(zhuǎn)換模塊電連接，其特征在于所述的機(jī)箱內(nèi)安裝有Dra激光器，機(jī)箱的側(cè)壁上安裝有接收望遠(yuǎn)鏡，接收望遠(yuǎn)鏡鏡筒中安裝有光束準(zhǔn)直器，所述的DFB激光器的激光出口與光束準(zhǔn)直器的準(zhǔn)直孔之間通過光纖連接；接收望遠(yuǎn)鏡前方安裝有角反射鏡，后端安裝有光電探測(cè)模塊，；所述的光電探測(cè)模塊的信號(hào)輸出接入信號(hào)數(shù)據(jù)采集和處理模塊。DFB激光器能實(shí)現(xiàn)周期性的波長(zhǎng)掃描，這樣重復(fù)掃描過所選酒精吸收峰。所述的所述光束準(zhǔn)直器與接收望遠(yuǎn)鏡同光軸設(shè)置。所述DFB激光器對(duì)近紅外1. 392 μ m處酒精吸收峰實(shí)現(xiàn)周期性掃描。本發(fā)明提供了一種激光酒駕道邊在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，設(shè)計(jì)了可實(shí)際應(yīng)用于機(jī)動(dòng)車內(nèi)的實(shí)時(shí)在線的非侵入式酒精濃度測(cè)量。激光經(jīng)單模光纖出射后由光束準(zhǔn)直器發(fā)射。由接收望遠(yuǎn)鏡接收來自角反鏡的反射光，光電探測(cè)模塊將接收后的光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，并送入功能主板的信號(hào)采集與處理模塊進(jìn)行處理反演濃度。系統(tǒng)反演出濃度后，根據(jù)設(shè)定報(bào)警限確定是否進(jìn)行報(bào)警，并將報(bào)警信息經(jīng)過通訊串口向網(wǎng)絡(luò)發(fā)出。單激光器掃描酒精的特征吸收峰，當(dāng)待測(cè)車輛經(jīng)過吸收光路，穿過車窗玻璃的吸收光束中包含的酒精濃度信息將被系統(tǒng)識(shí)別，用于濃度反演。由于采用低噪聲光電探測(cè)模塊，系統(tǒng)噪聲極低，適用于對(duì)目標(biāo)車輛的酒精蒸汽遙測(cè)。本發(fā)明利用近紅外可調(diào)諧半導(dǎo)體激光吸收光譜技術(shù)，結(jié)合激光遙測(cè)技術(shù)探測(cè)帶有吸收信息的信號(hào)，采集處理后反演酒精濃度。可調(diào)諧半導(dǎo)體激光吸收光譜的高分辨性，使其容易通過仔細(xì)的吸收線選取消除其它環(huán)境氣體成分的干擾；光源調(diào)制方式經(jīng)特殊設(shè)計(jì)，使得用于反演的信號(hào)對(duì)背景光波動(dòng)不敏感，對(duì)探測(cè)光強(qiáng)的變化如車窗玻璃的損耗不敏感。反演方法采用線性回歸方法，該方法比較酒精吸收前后信號(hào)的相關(guān)性，能消除其它氣體的干擾，只要接收的信號(hào)足夠強(qiáng)，就可以對(duì)光路上的酒精濃度做出測(cè)量。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是本發(fā)明在使用時(shí)只需將發(fā)射光束穿過馬路對(duì)準(zhǔn)對(duì)面的角反鏡，測(cè)量光束穿過車窗后可原路返回，光源的高頻調(diào)制使得測(cè)量可以快速完成，并將測(cè)量結(jié)果向上級(jí)平臺(tái)發(fā)送，并且測(cè)量的過程無需人工干預(yù)，是可靠的無人值守的監(jiān)測(cè)平臺(tái)。


圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是在測(cè)量波段獲取的酒精蒸汽的吸收譜線。
具體實(shí)施例方式如圖1所示，激光酒駕道邊在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括有機(jī)箱1，機(jī)箱1內(nèi)安裝有DFB激光器及其控制模塊10，控制模塊包括有溫度電流控制單元和信號(hào)發(fā)生單元，功能主板3上集成有數(shù)據(jù)采集和處理模塊5、通訊與接口模塊4、電源轉(zhuǎn)換模塊11，機(jī)箱1內(nèi)設(shè)置有直流穩(wěn)壓電源12，機(jī)箱1箱壁上還安裝有與直流穩(wěn)壓電源12電連接的交流電插頭13與機(jī)箱總開關(guān)14、風(fēng)扇15、與通訊與接口模塊4電連接的串行通訊接口 2，直流穩(wěn)壓電源12與功能主板3上的電源轉(zhuǎn)換模塊電連接11，其特征在于所述的機(jī)箱1內(nèi)安裝有DFB激光器9，機(jī)箱1的側(cè)壁上安裝有接收望遠(yuǎn)鏡8，接收望遠(yuǎn)鏡8鏡筒中安裝有光束準(zhǔn)直器7，所述的DFB激光器9與光束準(zhǔn)直器之間通過光纖連接，接收望遠(yuǎn)鏡8后端安裝有光電探測(cè)器6，還包括安裝于接收望遠(yuǎn)鏡8前方的角反射鏡16 ；所述的光電探測(cè)器6的信號(hào)輸出接入數(shù)據(jù)采集和處理模塊5。DFB激光器9能實(shí)現(xiàn)周期性的波長(zhǎng)掃描，這樣重復(fù)掃描過所選酒精吸收峰。所述的所述光束準(zhǔn)直器7與接收望遠(yuǎn)鏡8同光軸設(shè)置。所述DFB激光器9實(shí)現(xiàn)近紅外1. 392 μ m處酒精吸收峰實(shí)現(xiàn)周期性掃描。本發(fā)明利用酒精在近紅外1. 392 μ m處的泛頻吸收帶處一處較明顯的吸收峰的特征來反演酒精濃度。盡管酒精在1. 392 μ m處是寬帶吸收，該吸收峰寬度較窄，因此可以用半導(dǎo)體激光器來對(duì)該吸收峰進(jìn)行掃描。由DFB激光器及其控制模塊10控制DFB激光器9的基準(zhǔn)工作狀態(tài)，通過激光器工作溫度和激光器基本偏置電流的調(diào)節(jié)來改變激光器的出光中心波長(zhǎng)。Dra激光器及其控制模塊10集成了信號(hào)發(fā)生單元，該信號(hào)發(fā)生單元產(chǎn)生鋸齒信號(hào)注入到DFB激光器9的偏置電流上，鋸齒信號(hào)周期性的改變激光器的注入電流大小實(shí)現(xiàn)周期性的波長(zhǎng)掃描，這樣重復(fù)掃描過所選酒精吸收峰1. 392 μ m處。DFB激光器9的出射光由光束準(zhǔn)直器7發(fā)射，并由接收望遠(yuǎn)鏡8接收角反射鏡16反射的回波信號(hào)。該信號(hào)經(jīng)光電探測(cè)模塊6轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。轉(zhuǎn)換后的電信號(hào)經(jīng)過數(shù)據(jù)采集與處理模塊5進(jìn)行處理，提取光譜信息并反演酒精濃度。反演出來的濃度信息由通訊與接口模塊4經(jīng)串行通訊接口 2對(duì)上級(jí)平臺(tái)進(jìn)行上傳。如圖2所示，圖2為測(cè)量得到的酒精吸收譜線，可用來進(jìn)行濃度反演。
權(quán)利要求
1.激光酒駕道邊在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括有機(jī)箱，機(jī)箱內(nèi)安裝有DFB激光器及其控制模塊，控制模塊包括有溫度電流控制單元和信號(hào)發(fā)生單元，功能主板上集成有數(shù)據(jù)采集和處理模塊、通訊與接口模塊、電源轉(zhuǎn)換模塊，機(jī)箱內(nèi)設(shè)置有直流穩(wěn)壓電源，機(jī)箱箱壁上還安裝有與直流穩(wěn)壓電源電連接的交流電插頭與機(jī)箱總開關(guān)、風(fēng)扇、與通訊與接口模塊電連接的串行通訊接口，直流穩(wěn)壓電源與功能主板上的電源轉(zhuǎn)換模塊電連接，其特征在于所述的機(jī)箱內(nèi)安裝有Dra激光器，機(jī)箱的側(cè)壁上安裝有接收望遠(yuǎn)鏡，接收望遠(yuǎn)鏡鏡筒中安裝有光束準(zhǔn)直器，所述的DFB激光器與光束準(zhǔn)直器之間通過光纖連接，接收望遠(yuǎn)鏡前方安裝有角反鏡，后端安裝有光電探測(cè)器，還包括安裝于接收望遠(yuǎn)鏡前方的角反射鏡；所述的光電探測(cè)器的信號(hào)輸出接入信號(hào)數(shù)據(jù)采集和處理模塊，Dra激光器能實(shí)現(xiàn)周期性的波長(zhǎng)掃描，這樣重復(fù)掃描過所選酒精吸收峰。
2.所述的激光酒駕道邊在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于所述的所述光束準(zhǔn)直器與接收望遠(yuǎn)鏡同光軸設(shè)置。
3.所述的激光酒駕道邊在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于所述DFB激光器對(duì)近紅外.1. 392 μ m處酒精吸收峰實(shí)現(xiàn)周期性掃描。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種激光酒駕道邊在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括有機(jī)箱，機(jī)箱內(nèi)安裝有DFB激光器，機(jī)箱的側(cè)壁上安裝有接收望遠(yuǎn)鏡，接收望遠(yuǎn)鏡鏡筒中安裝有光束準(zhǔn)直器，DFB激光器與光束準(zhǔn)直器之間通過光纖連接，接收望遠(yuǎn)鏡前方安裝有角反射鏡，后端安裝有光電探測(cè)模塊，光電探測(cè)器的信號(hào)輸出接入信號(hào)數(shù)據(jù)采集和處理模塊。本發(fā)明在使用時(shí)只需將發(fā)射光束穿過馬路對(duì)準(zhǔn)對(duì)面的角反鏡，測(cè)量光束可原路返回，光源的高頻調(diào)制使得測(cè)量可以快速完成，并將測(cè)量結(jié)果向上級(jí)平臺(tái)發(fā)送，并且測(cè)量的過程無需人工干預(yù)，是可靠的無人值守的監(jiān)測(cè)平臺(tái)。
文檔編號(hào)G01N21/39GK102590136SQ201110453189
公開日2012年7月18日 申請(qǐng)日期2011年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月30日
發(fā)明者劉建國(guó), 劉文清, 姚路, 張玉鈞, 耿輝, 許振宇, 闞瑞峰, 阮俊 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院安徽光學(xué)精密機(jī)械研究所