移动式机动车激光测速仪的校准

　　0　引言

　　随着机动车激光测速技术的广泛应用和飞速发展,近年来国内一些发达城市和地区开始采用移动式脉冲激光的机动车激光测速仪进行超速监测,这也对测速仪计量检测/校准技术提出了更高的要求。在国内,机动车激光测速仪速度指标的检测/校准往往依靠个别速度点的现场道路比对试验来完成,使用的比对器具为机动车雷达测速仪或非接触测速仪。这种方法,费时费力,对试验场地、试验车辆及环境条件、人员条件等要求较高,并且无法按照机动车激光测速仪的工作原理直接进行全量程任意速度值的量值溯源[1]。实验室的检测部分也仅仅局限于机动车激光测速仪近距离激光测长准确度的测试,无法对其测速指标进行科学的校准。

　　针对移动式机动车激光测速仪的测量原理,本文介绍了一种基于精确时间延迟量来模拟激光脉冲传输的距离,从而校准特定脉冲重复率机动车激光测速仪速度指标的方法。依据该方法,采用虚拟仪器技术构建以数字延迟脉冲发生为核心的自动控制校准系统,能够在20~250km/h时速范围内实现双方向机动车任意速度值的精确模拟,校准扩展不确定度优于0.5%(k=2)。

　　1　移动式机动车激光测速仪的基本测量原理

　　机动车激光测速仪是基于激光测距的工作原理,通过半导体激光器对被测目标发射窄脉冲激光,并接收该激光脉冲的反射波,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,从而最终获得被测目标移动的速度及方向,见式(1)、式(2)。

　　式中,Cair为激光在空气中的传播速度,约等于299705663 m/s;tRT为脉冲激光从测试点到被测目标位置的往返飞行时间;d为被测目标与测量点之间的距离;i与i+1分别为第i次和第i+1次测量;Δt为对应于脉冲激光串脉冲重复率的固定时间间隔;v为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500m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[2]。

　　移动式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发射一串移动式脉冲激光,其脉冲重复率通常不大于390Hz,有效作用距离一般为5~500m,测速范围20~250km/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,实际的测量点应距车辆行驶的车道中心线约4m,测试距离一般应选择100m以上,并且,测量方向与车辆的行驶方向尽可能相一致。这样余弦效应对于速度测量的影响将小于0.1%。