交通感測與監控設備的製作方法

2023-05-10 22:31:36

專利名稱：交通感測與監控設備的製作方法
技術領域：
本發明涉及用於感測和監控交通的設備和方法，所述交通尤其是但 不限於公路交通。例如，本發明也可以應用於感測和監控鐵路交通或者 跑道上的飛行器。
背景技術：
能夠感測和監控一段公路上的或者多車道高速公路上 一段車道上的 機動車輛是有用的，因為它允許檢測公路的擁擠部分。這種檢測允許提 前提醒司機存在這樣的部分，避免進一步的交通堵塞。如果所述感測和 監控足夠詳盡，那麼這種才全測還允許管理部門合理地利用可用的公路資 源。例如，當高速公路的一部分的車道變得擁擠時，可以使得硬路肩可 供駕駛員行駛。從長遠來看，有關交通密度的詳盡信息對於更新或改善 現有公路以及建設新公路的長期規劃是有利的。目前，用於感測和監控公路交通的設備僅僅提供有關沿著公路的交 通狀況的少量信息，這歸因於當前的交通感測與監控設備的造價和有限的範圍。CCTV系統僅能提供大約50m距離上的交通的清晰視圖。感應環 傳感器(inductive loop sensor)只能提供某點處的信息，並且一般 只是以連續傳感器間隔相對較大距離(例如500m)安裝在公路中，因為 更高線性密度的傳感器異常昂貴。其原因在於，每個感應環傳感器要求 單獨的處理電子器件和電源。這些類型的設備只有在它們以短區間間隔 從而以高價安裝的情況下才能提供有效公路管理所需的詳盡的信息類 型。以短區間間隔安裝這些系統還引起因採用大量硬體帶來的高維護成 本。在感應環傳感器的情況下，存在的其他問題是與頻繁安裝相關聯的 高安裝成本。當前的交通感測與監控設備只能提供每單位公路長度的高等級交通 信息，且其購買、安裝和維護成本高。發明內容本發明的目的是改善這些問題中的至少一個。依照本發明的第一方 面，這個目的是通過包括一段長度為1的光纖和被設置成向該段的輸入 端引入一 系列脈衝對的裝置的交通監控設備來實現的，這些脈衝對的每 一個都包括具有頻差n的第一和第二輻射脈衝，並且第二脈衝相對於第 一脈沖延遲的延遲量為t,所述設備還包括光電探測器，該光電探測器 被設置成檢測在所述光纖段內向輸入端瑞利後向散射的輻射並且對此 響應而產生輸出信號。使用時，該光纖段被布置在用於承載車輛的表面 上或表面下以便使用該表面的車輛的重量可以作用在所述段上。位於該 光纖段一個區段上的運動車輛導致光電探測器的輸出信號的頻率偏離 值D,從而指示在該區段上存在運動車輛，該區段由其處每個脈衝對的 笫 一和第二脈衝的相應部分瑞利後向散射使得它們同時到達光電探測器的位置所定義。本發明的設備允許監控相對較長距離的(例如)公路 的任何區段，例如數公裡。與提供和本發明的設備一樣的空間解析度的 一系列感應環傳感器的布置相比，該光纖段的布置是簡單的。此外，該 光纖段是無源的，因而無需維護。與使用從沿著該光纖段的不同位置瑞 利後向散射的單一頻率的輻射以通過幹涉測量法在光電探測器處產生 信號的情況相比，使用不同頻率的輻射脈衝以產生差拍信號允許更簡單 地並且在更高的信噪比下地對該信號進行後續處理。該光纖段可以是數公裡。為了在更長距離上提供交通感測和監控， 可以安裝所述設備的若干單元，其各自的光纖段鄰接地設置或者接近鄰接地設置。在諸如高速公路或超級公路之類的每車行道(carriageway) 具有多條車道的公路的情況下，可以在每條車道下面安裝所述設備的單元。光纖l殳可以:故查詢(interrogate)的最大速率為v/21,因為21/v 是脈沖在該光纖段內往返所需的時間，其中v為光纖中的脈衝速度。脈沖對中各脈衝之間的延遲T決定了沿光纖段的位置之間的距離 vt/2,在這些位置處，給定脈衝對的脈衝的相應部分被瑞利後向散射， 使得這些部分同時到達光電探測器。優選地，將t設為某個值，使得vt/2 基本上相當於待感測的一般車輛的長度。於是，光電探測器在每個脈衝 對進入光纖段之後的特定時間的輸出信號提供了在對應於該特定時間優選地，所述設備還包括查詢系統，該查詢系統;波設置成通過在每個脈衝對的第一脈沖進入長度為1的光纖段之後的特定時間t。採樣光電 探測器的輸出信號來獲得一組信號樣本，並且處理這些信號樣本以產生 與由所述樣本組成的信號的頻率或相位對應的輸出信號。這允許在相當 長的時間段內監控對應於該特定時間的光纖段的區段。為了避免與在監控公路的特定區段時可能偶爾出現的低後向散射關 聯的問題，該查詢系統優選地被設置成通過在每個脈衝對的第一脈沖進入長度為1的光纖段之後的諸如t。-At、 t。和U+At的時間採樣光電探 測器的輸出信號來獲得多組信號樣本，並且處理具有與頻率約為D的最 大信號對應的樣本的那個樣本組。此外，該查詢系統可以被設置成在第 二組的樣本對應的信號超出第一組的樣本對應的信號至少預定量時，將 被處理的組從笫一組改變成第二組。這降低了改變被處理的樣本組的頻 率，並且從而減少了輸出信號中不連續性的出現。為了避免在輸出信號中出現不連續，優選地設置查詢系統，使得當 把被處理的組從第 一組改變成第二組時，兩個組均被處理一段時間以便 產生第一和第二輸出信號，該查詢系統進一步被設置成計算第二和第一 輸出信號之差並且對第二輸出信號施加對應的偏移以便減少第 一和第 二輸出信號之間的任何不連續性。優選地，所述一段時間不比計算所述 差值所需的時間長，從而有效地利用處理資源。優選地，At^c/10，使得產生光電探測器輸出(差拍)信號的光纖段 區段與起初打算要查詢的區段的偏移不超過該區段長度的1/10。這避免 了查詢與起初打算要查詢的區段距離相當遠的光纖區段，從而避免了檢 測另 一車輛或者根本不檢測車輛。為了監控其中每個位置對應於光纖段不同區段的各個位置處的行車 交通，可以將查詢系統設置成通過在每個脈衝對的第 一脈衝進入長度為 1的光纖段之後的多個時間中的每個時間採樣光電探測器的輸出信號來 獲得多組信號樣本，並且處理每組的樣本以便產生其中每個輸出信號與 由給定組的樣本組成的信號的頻率或相位對應的相應輸出信號。優選 地，連續的時間在時間上隔開至少vt/2以{更避免光纖的相鄰#:查詢區 段的重疊。光纖段優選地是一段標準光纖，因為與其他商業上可得到的光纖相 比，這種光纖具有低的光損耗並且從而允許在比如5km或更長的長距離 上進行交通監控。在光纖段的第一區段上車輛的存在有時可能引起來自位於該第一區 段和該光纖段遠端之間的第二區段的虛假信號，即在監控光纖的第二區纖的第二區段中的輻射也被相位調製。如果該光纖段是一段極:保持光 纖，並且被設置成將所述脈衝對系列？I入到該光纖段的輸入端的裝置被 設置成向所述光纖段發送極化脈衝對，使得單獨的脈沖沿該光纖段的主 軸被極化，那麼這個問題就得到改善(如果有的話)。被設置成將 一 系列脈衝對引入光纖段的輸入端的裝置可以包括第一和第二聲光調製器(AOM)，所述聲光調製器被設置成接收至少部分相干的輻射並且分別輸出頻率為Cd的第一輻射脈沖和頻率為Oh的笫二輻射脈衝，用於相對於第一脈沖延遲第二脈沖的裝置以及用於將這些脈衝 耦合到光纖中的裝置，其中0)!-C02-Q。方便地，所述設備包括雷射器和被設置成分別將雷射器輸出的第一 和第二部分輸入到第一和第二 AOM的裝置。雷射器可以是連續波雷射器，所述AOM被設置用於同步操作，並且用於相對於第一脈衝延遲第二脈沖的裝置包括光纖延遲環。當所述脈衝對系列的消光比(即單個脈衝的強度與輸入到脈沖對之 間的光纖段的輻射強度之比)大於T/^時，達到本發明設備的最佳操作， 其中T為脈衝對之間的時間間隔，^為單個脈沖的持續時間。AOM—般 提供大約50dB的消光比以及50ns的最小脈沖持續時間。因此，對於以 最大可能速率(20kHz)查詢的5km長的光纖段而言，AOM的消光比超出 上面定義的最小值大約兩個數量級。然而，50ns脈衝導致10m的空間分 辨率，這在某些情況下大得不可接受。為了產生更短的脈衝同時保持令 人滿意的消光比，所述設備優選地還包括光學調製器，該光學調製器被 設置成接收連續波雷射器的輸出並且輸出脈衝調製的輻射到所述輸入 裝置，使得每個AOM接收調製器輸出的每個脈沖的一部分，並且其中每 個AOM被設置成在包括被輸入到它的脈衝的時間窗之外增大該脈沖的消 光比。通過這種方式，可以將由這些AOM提供的高消光比與使用其他類 型的光學調製器可以獲得的短脈衝持續時間結合起來，所述光學調製器 例如集成光學調製器或者半導體光學放大器。在連續波雷射輻射被直接施加到AOM的輸入的情況下，用於相對於每個脈沖對的第一脈衝延遲其第二脈沖的裝置可以包括用於異步操作
這些AOM的裝置，作為對採用光纖延遲環的可選方案。
對脈口沖雷射器的輸出脈;中進行劃分以給出:時被發送到相應的同;操
作的AOM的兩個部分，採用光纖環來相對於其他AOM延遲某個AOM的輸 出。可選地，所述部分中的其中之一在輸入到AOM之前可以由光纖環延 遲，這些AOM是異步操作的。
也可以通過使連續波雷射器的輸出輻射穿過設置成以兩個不同頻率 產生脈衝的單個AOM來產生這些脈沖對。
選地位於40kHzsQ^40MHz的範圍內。對於光電4果測器而言，光電二才及管 是一種便利的選擇。
與本發明第一方面相對應，本發明的第二方面提供了一種感測和監 控交通的方法，該方法包括以下步驟
(i) 在用於承載車輛的表面的上面或下面提供一段光纖，使得使用 該表面的車輛的重量可以作用於所述光纖段；
(ii) 將一系列脈衝對引入該光纖段的輸入端，這些脈衝對中的每 一個都包括第一和第二輻射脈衝，其頻差為Ci並且第二脈衝相對於第一 脈衝延遲的延遲量為t;以及
(iii )檢測在該光纖段內朝該輸入端瑞利後向散射的輻射，對其響 應而產生輸出信號。


下文僅通過舉例的方式並且參照附圖描述了本發明的實施例，在附 圖中
圖1示出了本發明的第一示例交通感測與監控設備； 圖2示出了圖1的設備中使用的脈沖形狀； 圖3示出了本發明的第二示例交通感測與監控設備； 圖4示出了在圖3的設備中使用的脈衝形狀。
具體實施例方式
在圖1中，由IOO從總體上示出的本發明第一示例交通感測與監控設備包括連續波雷射器102;聲光調製器(AOM) 104、 106;具有帶近 端115和遠端121的感測部分112的光纖111;光電探測器108 (例如 光電二極體)；以及查詢系統110,該查詢系統4皮設置成獲取光電探測 器輸出信號的樣本並且處理這些樣本以產生輸出信號。雷射器102的光 輸出耦合到光纖103。光纖107通過耦合器119耦合到光纖103。光纖 103、 107分別輸入到AOM 104、 106。 AOM 104、 106的輸出分別耦合進 光纖lll、 109,並且光纖109在位置113處耦合到光纖111。由於光纖 111的24m延遲環105,因而AOM 104和位置113之間的光程大於AOM 106 和位置113之間的光程。光纖111的感測部分112長度為5km。光纖117 耦合到感測部分112的近端115,使得由瑞利後向散射在感測部分112 內回射(retro-reflected)的輻射糹皮耦合進光纖117。光纖117耦合到 光電^:測器108。布置系統IOO，其中光纖111的感測部分112位於乂> 路的車行道(未示出)之下並且基本上平行於車行道。為了在長距離公 路上感測和監控交通，可以採用感測光纖部分鄰接或者接近鄰接的若干 組所述設備。
設備100的操作如下。通過耦合器119將從雷射器102輸出並且耦 合進光纖103的輻射劃分成兩個部分。各個部分被輸入到AOM 104、 106。 AOM 104操作來將輸入到它的連續波輻射轉換成脈衝調製的並且經過頻 移的頻率為oh的耦合進光纖111的輻射。AOM 106類似地操作來將脈衝 調製的、經過頻移的輻射耦合進光纖109,但是施加的頻移超過由AOM 104施加的頻移，從AOM 106輸出的輻射頻率為oh,其中Oh-co2=。的量 級為數百kHz。從AOM 106輸出到光纖109的脈沖在113處耦合進光纖 111。延遲環105長度為24m,使得從AOM 104輸出的脈衝相對於從AOM 106輸出的脈衝被延遲大約120ns。(光纖內的脈衝速度v約為 2xl08m/s )。 AOM 104、 106以20kHz的重複速率產生脈沖對，使得每50^is 由一對脈衝查詢光纖111的感測部分112,每個脈衝對中的脈沖頻差為 數百KHz，其相對延遲約為120ns。
圖2為針對引入到光纖111的感測部分112的兩個脈衝對的強度與 時間關係的曲線圖。各個脈衝的持續時間Tw為50ns。 AOM 104、 106提 供5 0dB的消光比。
再次參照圖1，沿光纖111的感測部分112的距離用x表示，感測 部分112的近端115位於x=0處。如果光纖117的長度可以忽略，那麼在一對脈衝的笫一脈沖進入感測部分112的近端115之後的時間t,光 電探測器108檢測到從位置Xl=vt/2沿光纖部分112瑞利後向散射的(頻 率為Oh的)第一脈衝的一部分，並且同時檢測到從位置x產v(t-t)/2瑞 利後向散射的該脈衝對的(頻率為C02的)第二脈沖的一部分，其中 t=120ns為該脈衝對的脈沖之間的延遲。(在第一脈衝的所述部分^皮後 向散射之後時間t/2,第二脈衝的所述部分被後向散射。)這兩個後向 散射的位置之間的光纖區段長度約為12m (-xi-x2=vt/2)。如果感測部 分112在x,和X2之間的12m區段上的12m公路區段上不存在運動車輛， 那麼光電探測器108向查詢系統110輸出頻率為Q的差拍信號。查詢系 統110在每個脈衝對的第一脈衝通過位置113之後的時間t採樣光電探 測器輸出信號，並且處理這些樣本以便產生與由這些樣本組成的信號的 頻率或相位對應的輸出信號。如果在所述12m公路區段上存在運動車輛， 那麼感測部分112在和x2之間的對應12m區段的光程長度因為施加在 該區段上的壓力改變而被調製。這導致從Xl瑞利後向散射的輻射的相位 調製以及伴隨的從光電二極體10 8輸出的差拍信號的頻率與所述值Q的 偏移。查詢系統IIO從而根據由光電探測器輸出信號的樣本組成的信號 的頻率偏移推斷Xi和X2之間的 12m公路區段上運動車輛的存在，每個 樣本是在每個脈衝對的第一脈沖通過位置113之後的相同時間t獲得 的。如果不存在該信號的頻率與所述值Q的偏移，那麼這意味著要麼在 所述公路區段上不存在車輛，要麼存在靜止車輛。
例如，為了監控x-2488m和x=2500m之間的12m />3各部分，查詢系 統IIO被設置成在每個脈沖對被引入感測部分112的近端115之後大約 25ps採樣光電探測器輸出信號。被監控的這個特定的12m公路區段可以 通過改變在每個脈衝對的第 一脈衝通過位置11 3之後採樣光電探測器輸 出信號的時間來加以改變。查詢系統110也可以被設置成在每個脈沖對 被引入感測部分112之後的多個時間的每一個採樣光電探測器輸出信號 以便產生成組的樣本，每組樣本對應於光纖段112的不同的12m區段， 從而對應於不同的12m公路區段。然後，處理每組樣本以便找出與每組 樣本對應的信號的頻率或相位。同樣，根據與特定組的樣本對應的信號 的頻率或相位推斷在與該組對應的12m/^路區段上運動車輛的存在。
如果要求光纖111的部分112長度為5km或者更長，那麼光纖111 優選地由標準光纖製成，因為這種光纖在任何商業上可得到的光纖的每
1單位長度上具有最低的損耗。
因為單個脈沖的長度VK在光纖lll的部分112內，所以單個脈衝的 持續時間Tw決定了設備100的最小空間解析度。Tw優選地不短於給出希 望的空間解析度所需的長度，因為減小L也就降低了從部分112內的給
定位置瑞利後向散射的一部分脈衝的能量。AOM可以產生的最小脈沖持 續時間約為50ns，不過AOM提供了量級為50dB的良好的消光比。
由於輻射從感測部分112的近端115行進到遠端121並且返回所花 的時間約為50ps,因而^^衝可以20kHz的最大速率查詢感測部分112， 但是如果需要也可以使用較低的查詢速率。最小查詢速率取決於光纖 111的部分112的由交通引起的調製的幅度和頻率。
不是使用延遲環105來相對於每個脈衝對的脈衝中的其中一個脈衝 延遲另一個脈衝，可以將AOM 104、 106設置用於重複的異步操作，即 4吏得在每個才喿作循環中，AOM 104在AOM 106開始接通之後的120ns開 始接通。可選地，雷射器102可以是脈衝雷射器，雷射器102的輸出脈 衝在119處被劃分，並且AOM 104、 106被同步操作。
參照圖3,由200從總體上示出了本發明的第二示例交通感測與監 控設備。標記與設備100的部件對應的設備200的部件的附圖標記與標 記圖1中對應部件的附圖標記相差的值為100。設備200的基本功能與 圖1的設備100的基本功能相同。設備20G包括連續波雷射器202以及 -故設置成以20kHz的重複速率(即5km感測部分212的最大查詢速率) 產生持續時間為10ns的脈沖的集成光學調製器(IOM) 214。 10NU14提 供大約30dB的消光比。耦合器219對由、IOM 214輸出的單個脈衝進行 劃分以便產生傳送給相應AOM 204、 206 ^^t衝部分。每個AOM2(M、 206 操作來在以由IOM 214產生的每個10ns脈衝為中心、持續時間為50ns 的時間窗之外，將輸入到它的輻射的強度進一步降低50dB。光纖211具 有10m的延遲環205,其相對於同時從AOM 206輸出的對應脈沖將從AOM 204輸出的脈衝延遲50ns。從而，查詢系統21 (H全測在光纖211的感測 部分212的對應5m區段上的5m公路區段上的運動車輛。
圖4為針對引入到光纖211感測部分212的兩個脈沖對的強度與時 間關係的曲線圖。連續的脈衝對在時間上隔開50^s。在脈衝對的各脈衝 之間，IOM 214提供了 30dB的消光比，但是在連續的脈衝對之間，IOM 214 和AOM 204、 206的聯合作用提供了 80dB的消光比。IOM 214和AOM 204、206的組合允許短脈衝持續時間與高消光比組合。
在設備200中，光纖211可以是極化保持光纖，使得由感測部分212 的第一區段檢測到的運動車輛並不引起在與位於光纖211的感測部分 212的第一區段和遠端221之間的感測部分212的笫二區段對應的5m公 路區段上車輛的虛假檢測。在這種情況下，必須對引入到光纖211的感 測部分212中的脈衝進行極化並且將其發送到部分212,使得它們沿部 分212的主軸之一^L極化。可以對圖1的設備100進行類似的修改。
有時，感測部分212的特定區段可能引起瑞利後向散射的輻射，該 輻射太弱而不能提供有用的光電探測器輸出信號。為了在監控位置 Xl=vt。/2和x2=v (t。-i;) /2之間的特定的5m公路區段時克服這一潛在的問 題，可以將查詢系統210設置成除了在每個脈衝對進入部分212之後的 時間t。之外，還在時間t。士At採樣光電探測器輸出信號。這些時間對應 於位於位置x3=v(t+At)/2 、 x4=v(t+At-t)/2以及x5=v(t-At)/2 、 x6=v(t-At-t)/2之間部分212的區段。位置x3、 X4和x" X6定義了感測 部分212的5m區段，其與由Xi和X2定義的5m區段偏移了 ±vAt/2。因此， 為了監控與位置Xi和X2之間的區段偏移大約士lm的5m區段，將查詢系 統210設置成在每個脈衝對進入感測部分212之後的t。土10ns採樣光電 探測器輸出信號。在每個脈沖對進入部分212之後的時間t。-At獲得的 光電探測器輸出信號樣本形成第一組樣本。在時間t。和t。+At獲得的樣 本形成第二組樣本和第三組樣本。在這種操作模式下，將查詢系統210 設置成連續監控所述三組樣本並且處理具有與頻率約為Q的最大信號 對應的樣本的那個組。可選地，可以將查詢系統210設置成僅在第二組 樣本對應的信號比第一組樣本對應的信號超出至少預定量並且具有大 約Q的頻率時，將^L處理的樣本組從第一組改變成第二組。
當被處理的樣本組從第一組改變成第二組時，為了減少查詢系統 210的輸出信號中不連續性的出現，可以對兩個組處理一定時間l殳以便 產生兩個輸出信號。在這種情況下，將查詢系統210設置成計算這兩個 輸出信號之差並且將對應的偏移施加到第二輸出信號，以便在被處理的 組改變時減少系統210的輸出信號中的任何不連續性。
可以由脈衝雷射器替換連續波雷射器202和I0M214, A0M 204、 206
提供頻移或者頻移和脈衝縮短，如上所述。
作為對布置在該表面下的可選方案，可以將光纖111、 211的感測部分112、 212固定到公路表面上。
權利要求
1.交通感測與監控設備，包括長度為l的光纖段和被設置成向該段的輸入端引入一系列脈衝對的裝置，這些脈衝對的每一個都包括具有頻差Ω的第一輻射脈衝和第二輻射脈衝，並且第二脈衝相對於第一脈衝延遲的延遲量為τ，並且所述設備還包括光電探測器，該光電探測器被設置成檢測在該光纖段內朝著該輸入端瑞利後向散射的輻射並且對此響應而產生輸出信號。
2. 依照權利要求i的設備，其中被設置成向該光纖段引入一系列脈衝對的裝置被設置成以小於或等於v/21、優選地基本上為v/21的速 率操作，其中v為該光纖段內脈衝的速度。
3. 依照權利要求1或權利要求2的設備，其中vT/2基本上對應於 待感測和監控的交通單元的長度。
4. 依照前面任一項權利要求的設備，進一步包括查詢系統，該查 詢系統被設置成通過在每個脈沖對的第一脈沖進入長度為1的該光纖段 之後的特定時間t。採樣光電探測器的輸出信號來獲得一組信號樣本，並 且處理這些信號樣本以便產生與由所述樣本組成的信號的頻率或相位 對應的輸出信號。
5. 依照權利要求4的設備，其中查詢系統被設置成通過在每個脈 衝對的笫一脈沖進入長度為1的該光纖段之後的時間t。-At、 t。和t。+At 採樣光電探測器輸出信號來獲得多組信號樣本，並且處理具有與頻率約 為Q的最大信號對應的樣本的那個樣本組。
6. 依照權利要求5的設備，其中查詢系統被設置成在第二組的樣 本對應的信號超出第 一組的樣本對應的信號至少預定量時，將被處理的 組從第 一組改變成第二組。
7. 依照權利要求5或權利要求6的設備，其中設置查詢系統，使 得當把被處理的組從第一組改變成第二組時，兩個組均被處理一段時間 以便產生第 一輸出信號和第二輸出信號，該查詢系統進一步一皮設置成計 算第二輸出信號和第一輸出信號之差並且對第二輸出信號施加對應的偏移以便減少第 一 輸出信號和第二輸出信號之間的任何不連續性。
8. 依照權利要求5-7中任何一項的設備，其中At^c/10。
9. 依照權利要求4的設備，其中將查詢系統設置成通過在每個脈 衝對的第一脈沖進入長度為1的該光纖段之後的多個時間的每一個採樣光電探測器的輸出信號來獲得多組信號樣本，並且處理每組的樣本以便 產生其中每個輸出信號與由給定組的樣本組成的信號的頻率或相位對 應的相應輸出信號。
10. 依照權利要求9的設備，其中連續的時間在時間上隔開至少 vt/2。
11. 依照前面任一項權利要求的設備，其中該光纖段優選地是一段 標準光纖。
12. 依照權利要求1-10中任何一項的設備，其中該光纖段是一段 極化保持光纖，並且被設置成將該脈沖對系列引入該光纖段的該輸入端該光纖l殳的主軸^皮極化。
13. 依照前面任一項權利要求的設備，其中被設置成將一系列脈衝 對引入該光纖段的輸入端的裝置包括第一和第二聲光調製器(AOM)， 所述聲光調製器被設置成接收至少部分相千的輻射並且分別輸出頻率 為Oh的第一輻射脈衝和頻率為Oh的第二輻射脈衝，用於相對於第一脈沖延遲第二脈衝的裝置以及用於將這些脈沖耦合進光纖的裝置，其中 coi—co2=r2。
14. 依照權利要求13的設備，進一步包括雷射器和被設置成分別 將雷射器輸出的第 一部分和笫二部分輸入到第 一和第二 AOM的裝置。
15. 依照權利要求14的設備，其中雷射器是連續波雷射器。
16. 依照權利要求15的設備，其中所述A0M^皮設置用於同步操作， 並且用於相對於第一脈衝延遲第二脈衝的裝置包括光纖環。
17. 依照權利要求16的設備，進一步包括光學調製器，該光學調 制器被設置成接收連續波雷射器的輸出並且輸出脈衝調製的輻射到所 述輸入裝置，使得每個AOM接收該調製器輸出的每個脈衝的一部分，並 且其中每個A0M被設置成在包括輸入到其的脈沖的時間窗之外增大該脈 衝的消光比。
18. 依照權利要求17的設備，其中所述調製器是集成光學調製器 或者半導體光學放大器。
19. 依照權利要求15的設備，其中用於相對於第一脈沖延遲第二 脈衝的裝置包括被設置成異步操作這些A0M的裝置。
20. 依照權利要求14的設備，其中雷射器是脈衝雷射器。
21. 依照權利要求1-12中任何一項的設備，其中被設置成將一系 列脈衝對引入該光纖段的輸入端的裝置包括連續波雷射器以及A0M，該 AOM被設置成接收雷射器的光輸出並且產生一系列脈沖對，每個脈衝對 包括第一脈沖和第二脈沖，這些脈衝具有頻差q並且第二脈衝相對於第 一脈衝延遲的延遲量為t。
22. 依照前面任一項權利要求的設備，其中n位於40kHz^K40MHz 的範圍內。
23. 依照前面任一項權利要求的設備，其中光電探測器是光電二極體。
24. —種感測和監控交通的方法，該方法包括以下步驟(i) 在用於承載車輛的表面的上面或下面提供一段光纖，使得使 用該表面的車輛的重量可以作用於所述光纖段；(ii )將一系列脈沖對引入該光纖段的輸入端，這些脈衝對中的每 一個都包括第一和第二輻射脈衝，其頻差為q並且第二脈沖相對於第一 脈衝延遲的延遲量為t;以及(iii )檢測在該光纖段內朝著該輸入端瑞利後向散射的輻射，以 對其響應而產生輸出信號。
25. 依照權利要求24的方法，其中以小於或等於v/21、優選地基 本上為v/21的速率向所述光纖段引入脈沖對，其中v為該光纖段內脈 沖的速度。
26. 依照權利要求24或25的方法，其中vt/2基本上對應於待感 測和監控的交通單元的長度。
27. 依照權利要求24-26中任何一項的方法，該方法進一步包括以 下步驟(i )在每個脈衝對的第一脈衝進入長度為1的該光纖段之後的特 定時間t。採樣光電探測器的輸出；以及(ii) 處理步驟(i)中獲得的樣本以便產生與由所述樣本組成的 信號的頻率或相位對應的輸出信號。
28. 依照權利要求27的方法，該方法包括以下步驟(i)在每個脈衝對的第一脈衝進入長度為1的該光纖段之後的時 間t。-At、 t。和t。+At採樣光電探測器的輸出信號以便產生相應的樣本 組；以及(ii )處理具有與頻率約為Q的最大信號對應的樣本的那個組。
29. 依照權利要求28的方法，其中At^c/10。
30. 依照權利要求27的方法，該方法包括以下步驟(i)通過在每個脈衝對的第一脈衝進入長度為1的該光纖段之後 的多個時間的每一個採樣光電探測器的輸出信號來獲得多組信號樣本； 以及(ii )處理每組的樣本以便產生其中每個輸出信號與由給定組的樣 本組成的信號的頻率或相位對應的相應l餘出信號。
31. 依照權利要求30的方法，其中連續的時間在時間上隔開至少 vt/2。
32. 實質上如上面參照圖1所述的設備。
33. 實質上如上面參照圖2所述的設備。
全文摘要
交通感測與監控設備(100)包括一段光纖(112)和被設置成向該段的輸入端引入一系列脈衝對的裝置(102、103、104、106、107、109、119)，這些脈衝對的每個都包括具有頻差Ω的第一和第二輻射脈衝，並且第二脈衝相對於第一脈衝延遲的延遲量為τ，所述設備還包括光電探測器，其被設置成檢測在所述光纖段內向輸入端發生瑞利後向散射的輻射並且對此響應而產生輸出信號。與提供同樣空間解析度的現有技術系統相比，本發明的設備允許感測和監控沿一長段公路(例如5km)的任何位置處的交通，其每單位長度的安裝和維護成本更低。
文檔編號G01D5/26GK101297336SQ200680039957
公開日2008年10月29日 申請日期2006年10月18日 優先權日2005年10月25日
發明者D·J·希爾, R·I·克裡克摩爾 申請人:秦內蒂克有限公司