专利名称：：一种信号灯终端光反馈故障检测系统的制作方法
技术领域：
：本发明属于智能交通控制
技术领域：
，具体地说，是涉及一种用于对交通信号灯终端的工作情况进行检测的系统设计。
背景技术：
：在交通信号控制系统中，安装于交叉路口的红绿灯偶尔会发生红绿冲突、绿灯冲突、某一方向的红灯长时间熄灭等故障，这些故障都属于严重类型故障，如果不能及时进行排除，势必会导致整个道路交通运行的瘫痪，甚者还会由此引发严重的交通事故。因此，需要配置完备的交通信号控制系统来对交通信号灯的工作情况进行实时监控，以便在发生故障时能够及时地予以排除，确保道路交通的实时畅通。传统的道路交通信号控制系统主要通过信号机控制器来检测输出到信号灯的驱动电流或者驱动电压是否异常，并由此做出信号灯运行是否出现故障的相应判断。但是，在实际操作过程中，由于信号灯的生产厂家不同，导致信号灯参数存在较大差异，比如信号灯负载特性不同、功率不同、电流消耗不同等等。因此，采用传统的检测模式往往存在较多的误判情况，从而严重影响了交通信号控制系统的正常运行。
发明内容本发明为了解决现有的道路交通信号控制系统不能准确地对信号灯故障做出检测的问题，提出了一种信号灯终端光反馈故障检测系统，利用光电检测技术，根据信号灯的实际亮灭状况来对信号灯的运行状态进行判断，从而有效避免了传统控制方案的误判或者漏判现象。为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案予以实现—种信号灯终端光反馈故障检测系统，包括光采集单元，采集信号灯输出的光信号；光信号传输单元，将采集到的光信号传输至光电转换模块；光电转换模块，将接收到的光信号转换成电信号，传输至信号机控制器进行信号灯运行状态的判断。其中，在所述光采集单元中包含有自聚焦透镜，所述自聚焦透镜采集信号灯输出的光信号并进行聚焦，聚焦后的光信号通过光信号传输单元进行传输。为了准确接收信号灯发出的光信号，所述自聚焦透镜应与信号灯中的至少一路LED发光管正对。进一步的，所述光信号传输单元为光纤，连接在自聚焦透镜与光电转换模块之间，传输经自聚焦透镜聚焦输出的光信号。为了保证光信号能够顺利耦合，所述自聚焦透镜的数值孔径应与光纤的数值孔径相匹配。优选的，所述自聚焦透镜的数值孔径与光纤的数值孔径相等；所述光纤优选采用塑料光纤，比如PS塑料光纤等。又进一步的，所述光纤与光电转换模块中的光检测器在不透光的光导支架内部进行耦合。再进一步的，所述光导支架为开设有多道通孔的准直器，所述准直器一侧的通孔直径与光纤的直径相匹配，一道通孔中插入一路光纤；另一侧的通孔直径与光检测器的大小相匹配，安装光检测器，光纤与光检测器在通孔中进行耦合。更进一步的，在所述光电转换模块中，光检测器优选采用光敏三极管进行电路设计，所述光敏三极管的集电极连接直流电源，发射极连接一NPN型三极管的基极；所述NPN型三极管的发射极接地，集电极一方面通过可调电位器连接直流电源，另一方面作为光检测信号输出端，向信号机中的控制器输出光检测信号；所述信号机中的控制器根据接收到的光检测信号来判断信号灯当前的亮灭状态，以做出故障诊断。与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是本发明的信号灯终端光反馈故障检测系统采用光电检测技术，根据信号灯的亮灭状况来判断信号灯当前的运行情况，以实现对信号灯运行故障的准确、可靠检测，由此可以克服传统检测方案由于外电路漏电等问题引起的误判现象。由于该系统的前端为全光设计，因此可以有效避免电磁干扰，有助于提高信号机控制器故障诊断的准确性和稳定性。结合附图阅读本发明实施方式的详细描述后，本发明的其他特点和优点将变得更加清楚。图1是本发明所提出的信号灯终端光反馈故障检测系统的一种实施例的整体架构示意图；图2是图1中光采集单元的一种实施例的构建示意图；图3是光检测器输出电流与光照度之间的曲线图；图4是图1中光电转换模块的一种实施例的电路原理图；图5是准直器的一种实施例的结构透视图；图6是光电转换模块的一种实施例的装配结构图。具体实施例方式下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细地描述。本发明的信号灯终端光反馈故障检测系统的整体架构参加图1所示，主要包括光采集单元1、光信号传输单元2和光电转换模块3。在光采集单元1中，通过设计相应的光学系统来有效地采集信号灯发出的光信号，进而通过光信号传输单元2将采集到的光信号传输至光电转换模块3，通过光电转换模块3进行光信号到电信号的转换处理。通过光电转换模块3转换输出的电信号反馈至信号机控制器，以实现信号机控制器对信号灯当前运行状况的可靠检测，进而对信号灯控制系统是否出现运行故障做出准确地判断。下面通过一个具体的实施例来详细阐述所述信号灯终端光反馈故障检测系统的具体组建结构及其工作原理。实施例一，本实施例的光采集单元优选采用自聚焦透镜来进行信号灯光信号的有效采集，如图2所示。自聚焦透镜(GrinLens)是指其折射率分布是沿径向渐变的柱状光学透镜，具有聚焦功能。自聚焦透镜的特点是当光线在空气中传播遇到不同介质时，由于介质的折射率不同会改变其传播方向；自聚焦透镜所使用的材料能够使沿径向传输的光产生折射，并使折射率的分布沿径向逐渐减小，从而实现出射光线被平滑且连续的汇聚到一点上。在每一种颜色的信号灯上分别安装一个自聚焦透镜，且安装后的自聚焦透镜应与信号灯中的至少一路LED发光管正对，以确保自聚焦透镜能够准确地接收信号灯发出的光信号，如图l所示的安装位置。当信号灯点亮发射光信号时，利用自聚焦透镜采集所述光信号并聚焦到一点上，然后将聚焦后的光信号通过光信号传输单元进行传输。在本实施例中，所述光信号传输单元可以具体采用光纤作为传输介质进行光信号的有效传输。通过光纤将光信号传输给光电转换模块，可以实现较大的光功率传输且损耗最小。而在自聚焦透镜与光纤的耦合设计中，光功率的耦合效率是设计的关键。为了保证尽可能多的光功率耦合入光纤，重点要对光纤的数值孔径和自聚焦透镜进行匹配设计，只有让自聚焦透镜的数值孔径参数与光纤的数值孔径参数相匹配(即相等或者略有差别)，才能保证光信号的顺利耦合。在本实施例中，优选采用数值孔径相等的自聚焦透镜和光纤来设计所述的光采集单元和光信号传输单元，以获得最大的光功率耦合效率。在光纤的选型上需要考虑数值孔径、光耦合准直的难易程度以及成本等因素。首先考虑的是光纤的数值孔径参数，由于光纤需要将足够的光功率传输给光电转换模块，所以，需要选择大数值孔径的光纤，而不必考虑该光纤模式色散导致的光信号畸变问题。同时，结合准直系统及维护成本进行综合考虑，本实施例优选采用塑料光纤作为传输介质。塑料光纤是用一种透光聚合物制成的光纤。因为塑料光纤可以利用聚合物成熟的简单拉制工艺，因此，成本比较低，且具有质地轻柔、抗冲击强度高、抗挠曲性能强、抗辐射性能强、易加工、能制成大直径、接续损耗较低等一系列优点，目前已经应用在很多场合。本实施例所采用的塑料光纤可以具体选用PS塑料光纤，它是一种折射率突变型光纤，属于SI光纤的一种。其芯层材料是PS(聚苯乙烯)，皮层材料是PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)及其共聚物。通常PS塑料光纤的参数如表1所示<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>表1因此，可以选择数值孔径为0.5NA的自聚焦透镜与PS塑料光纤配合，进行系统前端光信号的采集及传输单元的设计。当然，所述光信号传输单元也可以采用玻璃光纤作为传输介质来传输经自聚焦透镜聚焦形成的光信号，本实施例对此不进行具体限制。通过光纤传输到后端的光信号必须经过转换后，才能反馈至信号机控制器进行识别。光电转换模块的功能即是将光信号转换为电信号，以满足后端信号机控制器接收要求的功能模块。在光电转换模块中，最重要的部件是光检测器，需要选择光电转换效率较高的光检测器进行电路设计，即对一定的入射光功率，能够输出尽可能大的电流的光电检测器件，其输出电流与光照度之间的对应关系最好满足图3所示的曲线图。在本实施例中，可以采用一颗光敏三极管Q1作为光检测器来组建所述的光电转换模块，如图4所示。由于通过光敏三极管Ql转换输出的电流幅值较小，因此，需要配置放大电路进行信号的放大处理。在本实施例中，可以采用一颗NPN型三极管Q2配合简单的外围电路来构建所述的放大电路，如图4所示。图4中，光敏三极管Ql的集电极连接直流电源Vcc，发射极直接连接或者通过串联的电位器R4、电阻R2连接NPN型三极管Q2的基极。所述NPN型三极管Q2的发射极接地，集电极一方面通过串联的电阻Rl和可调电位器R3连接直流电源Vcc，另一方面作为光检测信号输出端0UT连接板间接口Jl，通过板间接口Jl与信号机控制器所在电路板插接后，将检测信号传输至信号机控制器，以实现信号机控制器对当前信号灯运行情况的准确检测和判断。同时，光电转换模块工作时所需的直流电源Vcc也可以通过所述的板间接口Jl直接从信号机中的电路板上获取，经滤波电容Cl进行滤波处理后，为光电转换模块中的电路供电。由于系统在实际应用过程中，根据自聚焦透镜及光纤位置的不同，光检测器接收到的光强度不是完全相同的。因此，本实施例在NPN型三极管Q2的集电极上连接可调电位器R3，通过调整可调电位器R3的阻值，以防止NPN型三极管Q2出现饱和或者截止现象，提高光电转换模块输出信号门限的动态响应范围，尽量减少因外界干扰造成的影响。在设计光电转换模块时，为了避免外界环境光对光检测器造成干扰，实现光纤与光检测器的有效耦合，本实施例将光纤和光检测器在一个特别设计的不透光的光导支架中进行耦合。本实施例的光导支架可以设计成如图5所示的准直器结构。所述准直器4为一个不透光的盒体，中间开设有多道通孔6。由于光检测器的直径一般大于光纤直径，因此，在准直器4中开设的通孔6应包括直径不等的两部分圆柱孔6-l、6-2，如图5所示，且两部分圆柱孔同轴。其中，准直器4一侧的通孔(即圆柱孔6-l)直径与光纤的直径相匹配，一道通孔中插入一路光纤5，如图6所示的装配图；另一侧的通孔(即圆柱孔6-2)直径与光检测器Ql的大小相匹配，一道通孔中安装一个光检测器Ql，如图6所示，从而使光纤5与光检测器Ql在通孔中进行有效耦合，防止外界光对光检测器Ql造成影响，保证光纤传输的信号灯光信号的转换效率。当然，所述光导支架也可以采用其它形式的结构设计，只要保证光检测器能够对光纤输出的光信号实现灵敏接收，且同时起到固定光纤的作用即可，本实施例并不仅限于以上举例。本发明的信号灯终端光反馈故障检测系统采用信号灯终端光反馈、光纤传输和光电转换技术，通过检测信号灯的实际亮灭情况来判断信号灯当前的运行状况，形成一个有效的闭环反馈系统，从而实现了信号机控制器对信号灯运行故障的可靠检测，由此避免了误判情况的发生，确保了交通信号控制系统的正常运行。当然，以上所述仅是本发明的一种优选实施方式而已，应当指出的是，对于本
技术领域：
的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，所做出的任何改进和润饰都应视为本发明的保护范围。权利要求一种信号灯终端光反馈故障检测系统，包括光采集单元，采集信号灯输出的光信号；光信号传输单元，将采集到的光信号传输至光电转换模块；光电转换模块，将接收到的光信号转换成电信号，传输至信号机控制器进行信号灯运行状态的判断。2.根据权利要求1所述的信号灯终端光反馈故障检测系统，其特征在于在所述光采集单元中包含有自聚焦透镜，所述自聚焦透镜采集信号灯输出的光信号并进行聚焦，聚焦后的光信号通过光信号传输单元进行传输。3.根据权利要求2所述的信号灯终端光反馈故障检测系统，其特征在于所述自聚焦透镜与信号灯中的至少一路LED发光管正对。4.根据权利要求2所述的信号灯终端光反馈故障检测系统，其特征在于所述光信号传输单元为光纤，连接在自聚焦透镜与光电转换模块之间，传输经自聚焦透镜聚焦输出的光信号。5.根据权利要求4所述的信号灯终端光反馈故障检测系统，其特征在于所述自聚焦透镜的数值孔径与光纤的数值孔径相匹配。6.根据权利要求5所述的信号灯终端光反馈故障检测系统，其特征在于所述自聚焦透镜的数值孔径与光纤的数值孔径相等。7.根据权利要求4所述的信号灯终端光反馈故障检测系统，其特征在于所述光纤为塑料光纤。8.根据权利要求4至7中任一项所述的信号灯终端光反馈故障检测系统，其特征在于所述光纤与光电转换模块中的光检测器在不透光的光导支架内部进行耦合。9.根据权利要求8所述的信号灯终端光反馈故障检测系统，其特征在于所述光导支架为开设有多道通孔的准直器，所述准直器一侧的通孔直径与光纤的直径相匹配，一道通孔中插入一路光纤；另一侧的通孔直径与光检测器的大小相匹配，安装光检测器，光纤与光检测器在通孔中进行耦合。10.根据权利要求8所述的信号灯终端光反馈故障检测系统，其特征在于在所述光电转换模块中，光检测器为光敏三极管，所述光敏三极管的集电极连接直流电源，发射极连接一NPN型三极管的基极；所述NPN型三极管的发射极接地，集电极一方面通过可调电位器连接直流电源，另一方面作为光检测信号输出端，向信号机控制器输出光检测信号。全文摘要本发明公开了一种信号灯终端光反馈故障检测系统，包括光采集单元，采集信号灯输出的光信号；光信号传输单元，将采集到的光信号传输至光电转换模块；光电转换模块，将接收到的光信号转换成电信号，传输至信号机控制器进行信号灯运行状态的判断。本发明采用光电检测技术，根据信号灯的亮灭状况来判断信号灯当前的运行情况，以实现对信号灯运行故障的准确、可靠检测，由此可以克服传统检测方案由于外电路漏电等问题引起的误判现象。由于该系统的前端为全光设计，因此可以有效避免电磁干扰，有助于提高信号机控制器故障诊断的准确性和稳定性。文档编号G01R31/44GK101782632SQ20101010710公开日2010年7月21日申请日期2010年2月2日优先权日2010年2月2日发明者周永顺,李月高,赵洪源,高利芬,高力波申请人:青岛海信网络科技股份有限公司