環(huán)形線圈檢測技術(shù)課件

《交通控制技術(shù)基礎(chǔ)》《交通控制技術(shù)基礎(chǔ)》交通信息檢測與處理系統(tǒng)示意圖交通信息檢測與處理系統(tǒng)示意圖2.交通信息檢測技術(shù)在進(jìn)行交通規(guī)劃、路網(wǎng)設(shè)計及交通管理等眾多交通方面中，交通信息檢測是至關(guān)重要的，它是交通發(fā)展規(guī)劃和道路交通科學(xué)管理的重要基礎(chǔ)和前提。智能型交通信息檢測技術(shù)主要是運(yùn)用新型電子技術(shù)、信息技術(shù)等手段對動態(tài)交通信息進(jìn)行檢測的技術(shù)。為交通規(guī)劃與管理提供更可靠的信息基礎(chǔ)。2.交通信息檢測技術(shù)在進(jìn)行交通規(guī)劃、路網(wǎng)設(shè)計及交通管理等眾多2.交通信息檢測技術(shù)該章的主要內(nèi)容為：

環(huán)形線圈感應(yīng)式檢測技術(shù)視頻檢測技術(shù)微波檢測技術(shù)

紅外及超聲波檢測技術(shù)2.交通信息檢測技術(shù)該章的主要內(nèi)容為：2.1環(huán)形線圈感應(yīng)式檢測技術(shù)該節(jié)的主要內(nèi)容：環(huán)形線圈檢測器的基本原理環(huán)形線圈檢測器的布設(shè)基于環(huán)形線圈的交通量獲取技術(shù)環(huán)形線圈的優(yōu)缺點2.1環(huán)形線圈感應(yīng)式檢測技術(shù)該節(jié)的主要內(nèi)容：2.1環(huán)形線圈感應(yīng)式檢測技術(shù)

環(huán)形線圈感應(yīng)式檢測技術(shù)是運(yùn)用環(huán)形線圈作為檢測傳感器來檢測車輛通過或存在于檢測區(qū)域的技術(shù)。主要由三部分組成：環(huán)形線圈車輛傳感器、傳輸饋線、檢測處理單元。多個線圈檢測到的信息經(jīng)控制單元、調(diào)制解調(diào)后傳給控制中心，組成整個車輛檢查系統(tǒng)。如下圖所示：環(huán)形線圈檢測器結(jié)構(gòu)車輛檢測系統(tǒng)組成框圖2.1環(huán)形線圈感應(yīng)式檢測技術(shù) 環(huán)形線圈感應(yīng)式2.1.1環(huán)形線圈傳感器的工作原理線圈中的總電感（線圈自感和線圈與車輛間互感）起直接作用。自感：環(huán)形線圈自感的大小取決于線圈的周長、環(huán)繞面積、匝數(shù)及周圍介質(zhì)情況。當(dāng)車輛進(jìn)入環(huán)形線圈時，改變了線圈周圍的介質(zhì)情況，鐵磁車體使導(dǎo)磁率增加，從而自感量增加?；ジ校涵h(huán)形線圈被加上了交變電流，在其周圍產(chǎn)生了交變電磁場當(dāng)鐵磁性的車體進(jìn)入環(huán)形線圈時，車體內(nèi)就會產(chǎn)生渦流。此渦流會損耗環(huán)形線圈產(chǎn)生的電磁能，即此渦流產(chǎn)生的磁場與原磁場的方向相反，對環(huán)形線圈的磁場具有去磁作用，因此，會使環(huán)形線圈的電感量減少。線圈的頻率通常設(shè)在幾十Khz～100Khz內(nèi)，此時渦流的去磁作用占主導(dǎo)地位，當(dāng)車輛進(jìn)入環(huán)形線圈的范圍時，其電感量將減小。2.1.1環(huán)形線圈傳感器的工作原理線圈中的總電感（線圈自感2.1.1環(huán)形線圈傳感器的工作原理

在檢測時，車輛可以被等效地看成是具有一定電路參數(shù)的電路，它與環(huán)形線圈之間存在一定的互感?？蓪⑵潢P(guān)系等效為以下電路圖：車輛線圈環(huán)形線圈車輛傳感器等效電路圖2.1.1環(huán)形線圈傳感器的工作原理在檢測時，車根據(jù)等效電路建立其關(guān)系方程：由上方程組可得出：（1）（2）根據(jù)等效電路建立其關(guān)系方程：由上方程組可得出：（1）（2）2.1.1環(huán)形線圈傳感器的工作原理式（2）中分母即為車通過時環(huán)的等效阻抗，實部為等效電阻，是M的函數(shù)，M增大，等效損耗增加。等效電感為：（3）上式中，第一項的變化幅度與車輛材料的導(dǎo)磁率有關(guān)（自感），第二項與渦電流效應(yīng)有關(guān)（互感），M平方正比。檢測時車輛覆蓋線圈的面積愈大，車輛的底盤愈低，則互感系數(shù)M越大，檢測靈敏度也越高。2.1.1環(huán)形線圈傳感器的工作原理式（2）中分母即2.1.1環(huán)形線圈檢測器的工作原理自感：由電磁場理論可知，任何載流導(dǎo)線都將在其周圍產(chǎn)生磁場。對于長度為l、匝數(shù)為N的螺線管型線圈，其內(nèi)磁場強(qiáng)度均勻，其自感量為：2.1.1環(huán)形線圈檢測器的工作原理自感：2.1.1環(huán)形線圈傳感器的工作原理環(huán)形線圈檢測器主要由環(huán)形線圈、調(diào)諧回路、檢測電路和輸出放大器組成，另外新型環(huán)形線圈檢測器還有微處理器。通常是由幾匝金屬線繞制成的環(huán)形線圈作為傳感器，用作調(diào)諧回路中的一個電感元件，與車輛檢測器的振蕩回路一起形成LC諧振。2.1.1環(huán)形線圈傳感器的工作原理環(huán)形線圈2.1.1環(huán)形線圈傳感器的工作原理

LC諧振電路：通過LC諧振電路可以檢測電感量的變化。選擇合適的電容C，使調(diào)諧回路有一個固有振蕩頻率（即諧振頻率）：可知，當(dāng)車輛進(jìn)入環(huán)形線圈的區(qū)域時，其總的電感量L將減小，諧振回路的頻率將增加。由檢測電路檢測出這個頻率的變化就可以判斷是否有車輛經(jīng)過。2.1.1環(huán)形線圈傳感器的工作原理LC諧振電路：可知2.1.1環(huán)形線圈傳感器的工作原理

檢測這個電感變化量一般來說有兩種方式:（1）、利用由環(huán)形地埋線圈構(gòu)成回路的耦合電路對其振蕩頻率進(jìn)行檢測;（2）、利用相位鎖存器和相位比較器,對相位的變化進(jìn)行檢測。2.1.1環(huán)形線圈傳感器的工作原理檢測這個電感2.1.1環(huán)形線圈傳感器的工作原理

檢測器通過檢測該電感變化量就可以檢測出車輛的存在，在微處理器（更強(qiáng)的信號處理功能）的參與下，輸出電路先將脈沖信號進(jìn)行放大，然后以頻率、模擬量或數(shù)字輸出。

頻率輸出可以用來測速、車輛存在、占有率;模擬量輸出可以用來判別車輛類型;數(shù)字輸出可以用于計數(shù)。2.1.1環(huán)形線圈傳感器的工作原理檢測器通2.1.1環(huán)形線圈傳感器的工作原理環(huán)形線圈檢測器的工作原理概括：根據(jù)電磁場耦合原理設(shè)計而成，當(dāng)環(huán)形線圈中通過一定頻率的電流時，若給線圈斷面加鋼板，線圈渦流的去磁作用會大于鐵磁質(zhì)的增磁作用而使得線圈的等效電感量明顯減小；而車輛通過與加鋼板情況相似，檢測線圈根據(jù)這一原理達(dá)到檢測目的。2.1.1環(huán)形線圈傳感器的工作原理環(huán)形線圈檢渦流在金屬體中有一定的徑向范圍，它在對應(yīng)激勵線圈的外徑處，電流密度最大，而在小于和大于線圈外徑的地方衰減很快，形成一個導(dǎo)電環(huán)；環(huán)形線圈的磁場并不是均勻分布，線圈中點處的磁感應(yīng)強(qiáng)度比其他點都弱一些，越靠近導(dǎo)線的地方，磁感應(yīng)強(qiáng)度越大，而在線圈拐彎處，磁感應(yīng)強(qiáng)度為最大。設(shè)計線圈形狀及尺寸原則：由于環(huán)形線圈的磁場并不是均勻分布，為增大檢測靈敏度（即增大互感系數(shù)M），在設(shè)計線圈形狀及尺寸時應(yīng)使車體覆蓋磁感應(yīng)強(qiáng)度大的區(qū)域以及車體覆蓋較大的環(huán)形感應(yīng)線圈面積。2.1.2環(huán)形線圈傳感器的布設(shè)渦流在金屬體中有一定的徑向范圍，它在對應(yīng)激勵線圈的外徑處，電為提高檢測靈敏度一般繞法線圈的尺寸略小于車輛寬度為宜可繞成其它形狀（如菱形、8字形等）自行車的檢測，常將長方形的線圈與路通行方向呈45度布設(shè)。環(huán)形線圈采用特殊的8字形繞線方法。如右圖所示：2.1.2環(huán)形線圈傳感器的布設(shè)為提高檢測靈敏度2.1.2環(huán)形線圈傳感器的布設(shè)2.1.2環(huán)形線圈傳感器的布設(shè)城市道路感應(yīng)線圈的布設(shè)圖不同系統(tǒng)、不同的控制要求可有不同的布設(shè)放案2.1.2環(huán)形線圈傳感器的布設(shè)城市道路感應(yīng)線圈的布設(shè)圖不同系2.1.2環(huán)形線圈傳感器的布設(shè)線圈布設(shè)參數(shù)如下

地面30～50mm下

挖掘一個2m×1.5m左右的長方形溝槽溝槽寬度約4～10mm，45度倒角。電感線圈通常為4～6匝。

注：根據(jù)實際需要，可以改變線圈的形狀、尺寸等。2.1.2環(huán)形線圈傳感器的布設(shè)線圈布設(shè)參數(shù)如下2.1.3基于環(huán)形線圈的交通量獲取技術(shù)環(huán)形線圈檢測器可以用于統(tǒng)計道路的某一斷面車輛經(jīng)過情況，根據(jù)確定的采樣時間間隔，計算得到所需的交通參數(shù)。

*

流量

*

時間占有率

*

速度（單線圈、雙線圈）

*車型識別及分類

*平均車長

2.1.3基于環(huán)形線圈的交通量獲取技術(shù)環(huán)形線圈檢測器可以2.1.3基于環(huán)形線圈的交通量獲取技術(shù)（1）、流量利用線圈對車的感應(yīng)，在控制單元加上計數(shù)器來統(tǒng)計車流量2.1.3基于環(huán)形線圈的交通量獲取技術(shù)（1）、流量利用線2.1.3基于環(huán)形線圈的交通量獲取技術(shù)（2）、基于環(huán)形線圈的道路占有率統(tǒng)計單位時間內(nèi)通過車輛數(shù)為f，單位為pcu/h，則車流量f與道路占有率O的關(guān)系為：單車道時間t內(nèi)，車輛在環(huán)形線圈上的時間比例。（時間占有率）由于以上部分?jǐn)?shù)據(jù)難以測量，可以用下面方法代替，設(shè)在某個觀測期T內(nèi),共有N輛車通過線圈,測得i車道車輛j通過環(huán)形線圈的方波寬度為tji,則該時間段內(nèi),車道i上車輛的時間占有率為：2.1.3基于環(huán)形線圈的交通量獲取技術(shù)（2）、基于環(huán)形線2.1.3基于環(huán)形線圈的交通量獲取技術(shù)1）單線圈測速單線圈測速的方法只使用一個線圈檢測，通過計測車輛通過時所對應(yīng)的方波波形寬度來達(dá)到檢測目的，其代表車輛通過所需時間，以車輛長度除之即可。即：由于實際車輛的長度未知，車身長度l通常取車長的平均值，這使得估計精度下降。因此，根據(jù)以上方法可對測量周期內(nèi)所有通過線圈的車輛求得平均速度。（3）、基于環(huán)形線圈的速度測量2.1.3基于環(huán)形線圈的交通量獲取技術(shù)1）單線圈測速由于2.1.1環(huán)形線圈傳感器的工作原理單線圈測速2.1.1環(huán)形線圈傳感器的工作原理單線圈測速2.1.3基于環(huán)形線圈的交通量獲取技術(shù)從圖看到，（1）、當(dāng)車輛前沿進(jìn)入環(huán)形線圈的一邊時，檢測器被觸發(fā)產(chǎn)生信號輸出，而當(dāng)車輛尾部駛離環(huán)形線圈另一邊時，信號強(qiáng)度低于觸發(fā)閾值，輸出電平為零。（2）、車輛通過檢測器產(chǎn)生的脈沖信號經(jīng)過平滑濾波處理后，形成方波信號輸出。一個方波信號即可以表示一輛車的通過；（3）、方波信號的寬度，即是車輛占用檢測器的時間。（4）、對于雙線圈檢測系統(tǒng)，通過得到前線圈脈沖的起跳沿和后線圈的脈沖起跳沿的時間之差以及兩個線圈之間的距離D，即可得到經(jīng)過雙線圈檢測器的車輛的地點速度。2.1.3基于環(huán)形線圈的交通量獲取技術(shù)從圖看到，2.1.3基于環(huán)形線圈的交通量獲取技術(shù)2）雙線圈測速

則通過車速為：2.1.3基于環(huán)形線圈的交通量獲取技術(shù)2）雙線圈測速則通2.1.3基于環(huán)形線圈的交通量獲取技術(shù)為了提高速度估計的精度，可以充分利用車輛駛?cè)刖€圈和離開線圈的時間，如圖所示。則得下式：2.1.3基于環(huán)形線圈的交通量獲取技術(shù)為了提高速2.1.3基于環(huán)形線圈的交通量獲取技術(shù)（4）、車輛識別分類線圈頻率變化量只與車輛底部的幾何形狀、車輛底盤高度、車速等特征有關(guān)，而車輛底部構(gòu)造的形狀和車又具有密切關(guān)系，因此可以利用車輛檢測卡高速采集環(huán)形線圈頻率變化的數(shù)據(jù)，運(yùn)用模式識別方法對車輛進(jìn)行正確分類。環(huán)形線圈車輛檢測器預(yù)處理特征抽取計算隸屬度特征選擇匹配分類識別結(jié)果預(yù)處理特征抽取建立隸屬函數(shù)模式樣本庫車型識別系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖2.1.3基于環(huán)形線圈的交通量獲取技術(shù)（4）、車輛識別分類2.1.3基于環(huán)形線圈的交通量獲取技術(shù)根據(jù)車型的不同，所測試的曲線形狀也不同。如下圖為幾種車型的典型曲線：幾種車輛的頻率曲線2.1.3基于環(huán)形線圈的交通量獲取技術(shù)根據(jù)車型的不同，所2.1.3基于環(huán)形線圈的交通量獲取技術(shù)通過對感應(yīng)強(qiáng)度分析，可以發(fā)現(xiàn)每一類車其感應(yīng)強(qiáng)度都有一個范圍，而且感應(yīng)強(qiáng)度中心點的值依次增加，也就是說車類越高其感應(yīng)強(qiáng)度越強(qiáng)。據(jù)此可借鑒降半梯形分布、升半梯形分布、梯形分布等常用隸屬函數(shù)建立感應(yīng)強(qiáng)度隸屬函數(shù)，進(jìn)而進(jìn)行車型模式識別。