机动车激光测速仪检测技术探讨

　　本文针对传统单光束长距离红外机动车激光测速仪和新近出现的双光束短距离红外机动车激光测速仪, 介绍它们的基本工作原理及中国计量科学研究院实现的基于时间延迟原理的机动车激光测速仪检测技术, 并对机动车激光测速仪检测系统的原理方法、硬件构架等技术特点进行说明。采用这种检测技术, 其检测系统能够在(20～350)km/h时速范围内, 精确模拟特定距离、任一方向的任意机动车速度值, 在实验室完成机动车激光测速仪测速范围和测速误差等关键指标的检测项目, 科学合理、简便安全, 具有溯源清晰明确、操作便捷高效的优点。

　　一、机动车激光测速的基本原理

　　机动车激光测速仪是采用激光测距的原理, 通过半导体激光器对被测目标发射窄脉冲激光光束, 并接收该激光光束的反射波, 记录时间差, 来确定被测目标与测试点之间的距离。机动车激光测速是对被测目标发射脉冲激光串, 连续进行一系列固定时间间隔的激光测距, 得到被测目标相对于测量点随时间变化的位置序列, 从而获得被测目标移动的速度及方向, 见式(1)和式(2)。

　　式 中 : Cair———激 光 在 空 气 中 的 速 度 , 约 等 于299705663m/s; tRT———脉冲激光从测试点到被测目标位置的往返飞行时间; d———被测目标与测量点之间的距离; i与i+1———第i次和第i+1次测量; Δt———脉冲激光串的固定时间间隔; v———被测目标的运动速度。

　　事实上, 当脉冲激光在空气中传播时, 车辆仍然在继续运动, 不过由于光速远远高于机动车的运动速度, 测量距离又短( 通常在1000m内), 这部分影响对于被测目标运动速度计算带来的误差可以忽略不计。

　　传统单光束长距离红外机动车激光测速仪多采用905nm波长的阵列脉冲激光二极管InGaAs发射一串单光束脉冲激光, 其脉冲重复率通常不大于390Hz, 有效作用距离一般为(5～1000)m, 测速范围为(10～300)km/h, 测速误差±1km/h。当机动车激光测速仪正对目标车辆, 所测得的速度与实际车速相同。而实际测量中, 机动车激光测速仪的测量方向与车辆的行驶方向往往存在一个夹角, 导致测量速度小于实际车辆行驶速度, 因此, 为了避免上述余弦效应对测量结果带来过大的影响, 如不进行补偿, 实际的测量距离一般应选择50m以上, 并与车辆的行驶方向尽可能相一致。

　　双光束短距离红外机动车激光测速仪, 同样采用905nm波长的脉冲激光, 脉冲重复率可高达4000Hz, 有效作用距离一般为20m, 测速范围为(10～300)km/h, 测速误差±1km/h。由于被测车辆距机动车激光测速仪仅20m, 能够在保证足够测速准确度的前提下, 确保拍照同一性, 从而避免误拍误判。其基本工作原理如图1所示。