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红外线车辆分离器在计重收费系统的应用
    公路计重收费系统作为长效治理公路超限的有效经济手段,体现了公平收费的原则,是目前国内各地普遍采用的治超方式.

计重收费系统的组成和工作原理

公路计重收费系统主要由以下四个子系统组成:

动态轴重衡器:是一种低速动态汽车衡器,对车辆的各轴或轴组进行称重计量,并确定车辆总重量.

轮胎识别器:由一组压力传感器来检测单边的轮胎个数,当车辆轮胎压过时,将压力信号转换为轮胎数量信号.

红外车辆分离器:通过红外光的同步扫描来提供车辆的开始和结束信号,保证称重数据和车辆之间的对应关系.

中央处理系统:集中处理各种传感器信号、处理数据，将有关信息传输给上位收费计算机系统。

 系统将车辆称重数据、车型信息、车辆分离信号通过数据处理系统，整合为收费信息数据包，传输给收费计算机系统，从而实现按重量收费的计重收费功能。

作为计重收费系统的重要组成部分之一，红外车辆分离器担当了重要的角色，由于该产品被安装在野外环境，从而对车辆分离器的性能、防护等级、稳定性和可靠性都提出了很高的要求，如系统要能够在雨、雾、雪等气候条件下可靠工作，耐高温和低温，抗环境光的干扰，对雷电、电磁干扰都要有很好的**性能。以下根据计重收费系统的要求和特点，具体介绍红外车辆分离器的系统组成、性能、使用、安装和维护，希望可以使红外线车辆分离器更好地为公路超限治理服务。

产品背景

在北美智能交通领域，自1978年开始，美国科学技术公司（STI）就与从事智能交通的系统集成商合作，开发了适合公路行业的红外光幕以满足特殊的使用要求，至今，STI公司的红外光幕已有超过7000套被应用在世界各地的智能交通领域，其应用主要是在一般公路收费站、不停车收费系统（ETC）、计重收费系统、固定式超限检测站中作为车辆分离检测或车辆分类检测功能。

红外车辆分离器从*初的单一车辆分离功能，到逐渐被系统集成商作为车型分类，其间也对该产品提出了更高的要求，在美国，该产品与相应的软件包结合起来，可以区分超过100种车辆类型，而在ETC系统中，车辆60km/h左右的速度通过ETC系统时，该产品仍能够可靠实现分车和车型判别，这要求红外光幕具有高速的响应时间。STI的红外车辆分离器用于国内的计重收费系统和超限检测系统中，从技术上而言，是一种相对简单的应用。

系统配置

一套完整的红外车辆分离器包括：

发射器和接收器：发射器内置线性排列的高能量发光元件，接收器内置与发射器数量相同的接收元件，发射器和接受器的对应光电元件依次按顺序同步触发，检测光路是否导通，当汽车通过扫描区域时，部分或全部光束被遮挡，因而被检测出。

控制器：为发射器和接收器提供电源，读取并处理发射器/接收器的同步扫描信号，同时检测光幕工作状态，提供多种输出信号，如：继电器输出、串口输出、模拟量输出。

电缆线：连接发射器/接收器与控制器的接插电缆，一般长度为10-15m.

防护外罩：为不锈钢或冷扎钢板喷塑材料，为分离器提供防护，内置电加热玻璃、温度控制器、湿度控制器，在湿度过高、温度过低时实现自动加热，以保证车辆分离器在潮湿地区、雨雪天气、寒冷季节可靠使用。

两箱式车辆分离器则将控制系统内置于接收器中，因而没有单独的控制器，其功能与外置控制器形式基本相同。

 技术特点

将一般的对射形式的光栅等同于专用的车辆分离器，其实是一种误解，作为一种专用的车辆分离系统，STI的车辆分离器与普通光栅有很多技术差异。

一般而言，车辆分离器在计重收费系统中安装距离为4.5米以内，客户往往认为，选择8米左右的*大工作距离的光栅足够了，事实并非如此，因为在初始安装时，客户可能发现该产品也能够可靠分车，但一旦有过多灰尘、雾汽和雨雪时，发射器发射的光能量造成衰减，产品不能正常可靠工作。

先是过量增益（EG）和工作距离，过量增益（EG）是评价传感器工作可靠性的重要指标，它表示接收器接收的光能量能否能使传感器动作，也表示使传感器产生动作所需要*小的光强度。其计算公式如下：

接收器实际接收的光强度

  使接收器产生输出门槛值

一般而言，传感器通过LED指示灯的闪烁表示过量增益值（EG）过低，过量增益与检测距离的关系是一定的，在一定距离时，过量增益值越大，则表示光幕的穿透能力越强，而在环境因素和距离不变的情况下，要增加EG值，则只有增加发射器的能量。

而STI的车辆分离器的*大工作距离为24.4米(EG=1),在4.8米安装距离并保证光路对准时，过量增益（EG）达到25倍，可以保证车辆分离器在凝霜结露、雨雪和灰尘情况下仍可靠工作。

其次，使用环境方面的因素，中国幅员辽阔，南北东西气候差异很大，作为一种野外安装使用的产品，对恶劣气候条件的**性是极其重要的，一般的工业用光幕，其工作温度、抗环境光干扰、防护等级都与野外使用要求不同，STI车辆分离器使用环境温度为–40℃—+70℃，*大允许相对湿度95%（50℃时），防护等级为IP65，可抗40000LUX光干扰，比如，有些光幕阳光直射会对其形成干扰。所以，在选型时，这些因素尤其需要考察。

第三，野外安装使用时，石块、飞鸟、冰雹都可能触发光幕，使其产生输出，而专业的车辆分离器则不受这些因素的干扰，并能够可靠检测拖车的挂钩，STI的车辆分离器可以通过软件和串口设置触发输出开启的尺寸，如设置为大于10束光被同时遮挡时，系统才认为是车辆信号，输出启动，只有当所有的光束全部导通时，才提供车辆收尾信号。

第四,由于在公路安装的特殊性,汽车尾气、泥浆和过多灰尘的累积、昆虫的停留等都有可能对发射器和接收器窗口造成光路阻断，从而造成系统不能正常分车，在早期安装在江苏、河南的现场，这类问题尤其突出，这类问题实际对车辆分离器的诊断和报警功能提出了要求，STI公司的车辆分离器具备诊断和报警功能，当玻璃上有昆虫停留、泥浆飞溅或过多灰尘时，系统可以自动探测出是否有某一束或几束光束被长时间非正常阻断，一旦发现，系统可以自动忽略这些有问题的光束，并保持正常分车功能，同时产生报警输出，提醒工作人员尽快消除报警来源，当报警原因解除，系统报警会自动关闭，整过过程中，都不会对车辆分离功能造成影响。

通过随机软件包和简单的串口指令，可以进行报警的参数设置，某一束或几束光束被屏蔽之前需要诊断多少次，每次诊断的时间间隔，*多允许被自动屏蔽的光束数量都可以设置。

*后，还是基于公路行业使用的特殊性，车辆分离器需要配备防护外壳，防护外罩不仅保护光幕不受日晒雨淋，防止车辆撞击时损坏光幕，更重要的是消除凝霜结露，STI的防护外壳标准配备电加热玻璃、温度控制器和湿度控制器，可实现自动除霜和除湿功能。对有些超宽车道，防护外壳还需要实现可倾倒功能，在有超宽车辆驶入时可以侧面倾倒。

安装调试的注意点

总体上，车辆分离器的安装使用非常简单，由于公路计重收费在中还处于起步阶段，有些系统集成上进入该行业时间还不长，有一个成熟的过程，所以，安装调试车辆分离器前，了解以下内容将有所帮助：

1．    建议客户在使用前能够详细了解电气参数和机械安装尺寸，注意电源要求、输出类型、安装尺寸、和电缆的穿管和排放。在收到产品之前，对以上内容有充分了解和准备。

2．  安装调试严格按照安装手册步骤，特别要注意光幕光路的对准。实际上，在安装调试时，客户往往发现机械对准很容易，即绿灯变亮，但事实上，对任何一家产品而言，这都是光路对准的假象，根据前述的过量增益概念，一般当EG>3时，绿灯就常亮，由于发射能量大，在气候状况理想时，要使绿灯常亮其实很容易，但此时，光幕实际上可能处于倾斜状态，因为发射器能量大，即使倾斜一点也可以达到对准状态，而一旦灰尘累积、雾汽和雨雪时，原来处于临界对准的光幕将不再能够穿透这些干扰了，此时绿灯或红灯会闪烁，表示过量增益值不足。

 解决该问题的方法是真正做到光路的对准，STI车辆分离器可以通过减小过量增益值来观测光路对准状态，在控制板上有一个电位器，可以调整发射器的能量，在对准步骤中，绿灯亮了以后，一定需要逐渐减小发射器能量，使红色LED变亮后，再调整机械位置，使绿灯变亮，重复这一过程，一直到发射器和接受器的光路不能再对的更准为止，*后锁紧地脚螺冒，将电位器（过量增益）调整到*大，这样，既能保证对准状态*好，又能保证系统具有*大的过量增益。

实际上，以上调试方法的*终目的就是使车辆分离器具有*大的穿透能力，在特殊气候条件下还能够可靠地实现分车功能。

建议客户一定要重视这个问题，即使有些客户在使用过程中，发现只做简单机械对准也在以后的使用很可靠，但基本上是巧合，因为EG>3绿灯就常亮了，客户现场对准时可能使EG值达到10了，也可能只使EG等于5，若碰巧使物理位置对准很好，EG>10，这样特殊气候或灰尘累积也没有问题，但若使EG等于5时，就不能保证长期可靠工作。

对有些制造商提供的没有电位器调节的产品，也有简便办法可以解决，方法是使用一张或几张半透光纸来暂时减小过量增益，使红灯和绿灯闪烁，再调整对准位置使绿灯长亮。这样也能有效解决对准问题。其原理实际上与STI使用电位器直接调整过量增益是一样的。只不过更为粗略。

3．            某些收费站车道是有一定斜度的，安装时一定要抬高单边光幕，使发射器和接收器处于同一水平面上，建议使用水平尺来保证发射器和接收器处于同一水平高度。

4．            在安装车辆分离器的防护外壳时，其底面*好有排水管，防止外壳内部产生积水。