Pod pojęciem detektora, w pomiarach parametrów ruchu drogowego, rozumie się urządzenie, które współpracując z czujnikiem, pozwala na wykrycie obecności pojazdu w ściśle określonym punkcie pomiarowym lub w wyznaczonej strefie i ewentualnie pomiar wybranych jego parametrów.

W kontekście zastosowań w systemach ważenia pojazdów w ruchu (systemy WIM) interesujące są detektory (czujniki) reagujące na parametry indywidualnego pojazdu. Ze względu na specyfikę zastosowania (wymagany jest kontakt fizyczny obiektu z czujnikiem) będą stosowane zawsze tzw. czujniki wbudowane (czyli czujniki ingerujące w nawierzchnię jezdni).

Zgodnie z definicją sformułowaną przez American Society for Testing and Materials (ASTM): Ważenie pojazdów w ruchu jest to proces estymacji nacisków statycznych na podstawie pomiarów dynamicznych nacisków kół pojazdu na podłoże, w sytuacji, kiedy kontakt obiektu mierzonego z czujnikiem jest bardzo krótki. System, który realizuje taki proces nazywa się właśnie systemem WIM (Weigh in Motion).

Detektory stosowane w systemach WIM pozwalają na pomiar parametrów stałych (np.: klasa pojazdu, numer rejestracyjny, liczba osi, odległości między poszczególnymi osiami, odległości między skrajnymi osiami, długość) i zmiennych (np.: czas pojawienia się w punkcie pomiarowym, prędkość, kierunek ruchu, numer pasa, na którym wykryto pojazd, nacisk osi – składowa statyczna, nacisk osi – składowa dynamiczna, całkowita masa) pojazdu.

W systemach WIM możliwe jest wykorzystanie następujących czujników: piezoelektrycznego, kwarcowego, pojemnościowego, tensometrycznego, światłowodowego.

Detektor światłowodowy

Należy on do grupy detektorów kontaktowych i jest aktualnie jednym z rzadziej używanych, ale z perspektywą na wzrost jego zastosowań. Wykorzystuje się w nim zjawisko zmiany warunków propagacji fali świetlnej wewnątrz światłowodu poddanego działaniu siły zewnętrznej. Typowy światłowód zbudowany jest z rdzenia, w którym następuje propagacja światła, płaszcza i osłony zewnętrznej. Włókno światłowodowe w czujnikach tego typu umieszcza się w specjalnym płaszczu stalowym, który pełni rolę ochronną, jednocześnie przenosząc nacisk na światłowód. Czujniki montuje się w wyfrezowanej w nawierzchni jezdni szczelinie, którą następnie wypełnia zalewa epoksydowa, bądź montuje się na nawierzchni jezdni w przypadku pomiarów doraźnych. Przykładowy sposób montażu czujnika światłowodowego w nawierzchni jezdni przedstawia rysunek 2.

Ze względu na zasadę działania czujniki światłowodowe dzieli się na:

• amplitudowe, wykorzystujące tłumienie strumienia świetlnego pod wpływem czynnika mierzonego; czujniki działające na tej zasadzie pracują zwykle przy długości fali 850 nm,
• interferometryczne, w których porównując fazy sygnału w dwóch gałęziach (pomiarowej i odniesienia) wnioskuje się o zmianach parametrów gałęzi pomiarowej podlegającej oddziaływaniu wielkości mierzonej,
• polaryzacyjne, wykorzystujące zmiany kąta polaryzacji światła pod wpływem wielkości mierzonej; źródłem światła jest laser o długości fali równej 1330 nm, a elementem światłoczułym dwie fotodiody połączone z nadrzędnym układem kondycjonowania i przetwarzania sygnałów,
• wykorzystujące efekt Bragg’a (czujniki z przemianą falową), w których zmienia się długość fali światła pod wpływem mierzonej wielkości.

W zakresie pomiarów w ruchu drogowym, najczęściej stosowane są czujniki polaryzacyjne.

Czujniki światłowodowe charakteryzuje:

• mała wrażliwość na zmiany temperatury (-40, +80^°C),
• duża czułość na naciski pionowe (ok. 10% zmiany natężenia światła przy nacisku pochodzącym od średniej wielkości pojazdu osobowego),
• pomiar nacisków stałych i zmiennych w czasie (możliwe pomiary statyczne),
• duża odporność na zakłócenia elektromagnetyczne (w tym wyładowania atmosferyczne) – systemy z takimi czujnikami mogą być montowane w pobliżu linii wysokiego napięcia lub trakcji kolejowej,
• duża trwałość mechaniczna (długi czas eksploatacji), odporność na korozję, niezawodność i powtarzalność uzyskiwanych wyników,
• niewielka inwazyjność w nawierzchnię przy ich montażu,
• możliwość wykorzystania na stanowiskach nie posiadających zasilania elektrycznego (sygnał z czujnika może być odbierany światłowodem w odległości do 2 km od punktu pomiarowego).

Czujniki światłowodowe to względnie nowa technologia, której rozwój ukierunkowany jest głównie na zastosowania w systemach WIM (od 1997 roku), a badania nad ich wykorzystaniem i określeniem właściwości metrologicznych wciąż trwają. Mogą być również stosowane tylko do detekcji osi, pomiaru prędkości i realizowanej na tej podstawie klasyfikacji pojazdów.

Tweet