交通检测器的种类及其优缺点

交通检测器的种类及其优缺点

检测器的概述

目前国内外在交通检测系统或交通信息采集系统中，大量应用了电磁传感技术、超声传感技术、雷达探测技术、视频检测技术、计算机技术、通信技术等高新科学技术。相应地，交通信息检测器主要有：电感环检测器（环型感应线圈）、超声波检测器、红外检测器、雷达检测器、视频检测器等。

交通检测器以车辆为检测目标，检测车辆的通过或存在状况，对于异常交通流信息如拥堵、事故等也能进行实时监测，也检测路上车流的各种参数，如车流量、车速、车型分类、占有率、排队等，其作用是为控制系统提供足够的信息以便进行最优的控制。

检测器的分类

检测器种类很多，其工作原理大致可分为两类：○

1检测能使某种开关触点闭合的机械力；○

2检测因车辆的运动或存在引起的能量变化。压力检测器就是利用机械力检测的例子，而利用能量变化进行检测则有环形线圈检测器超声波检测器等等。

按照能否检测静止车辆来分，检测器可分为两类。有些检测器如环形线圈、磁强计检测器能检测存在于检测区域的静止或运动的车辆，这类检测器称为存在型检测器；而另一类检测器只能检测运动通过检测区域的车辆，这类检测器称作通过型检测器。

检测器还可以检测和交通有关的环境条件，以便在出现有害的环境条件时能够对交通进行控制或提出警告。

常用检测器的原理及优缺点介绍

超声波检测器

工作原理:根据光沿直线传播的原理，当光遇到障碍物时就会被反射回来，同理当超声波遇到障碍物(车辆)时就会产生一反射波，反射波传送回接收端，根据时间差就可以判断是否有车辆通过。正常情况下，没有车辆时超声波返回到超声波检测器用的时间比有车辆通过时用的时间要长，当接收到反射波的事件变短就可以判断出车辆通过。

超声波车辆检测器的工作原理可分为两种：传播时间差法和多普勒法。

（1） 传播时间差法

这是一种将超声波分割成脉冲射向路面并接收其反射波的方法。当有车辆时，超声波会经车辆提前返回，检测出超前于路面的反射波，就表明车辆存在或通过。

如图3-3a 所示，若超声波探头距地面高度为H ，车辆高度为h ，波速v ，发自探头的超声波脉冲的反射波从路面和车辆返回的时间分别为t 和t ’，则：

t =v H 2 t ’=()v

h H -2 （3-13） 可见时间t ’与车辆高度h 向对应。这个特点即用来判别车辆存在，也可用于估计车高。从图3-3b 还可看出，调整启动脉冲的启动时间和宽度，能够限制输出信号发生的时间t ’的

范围，由式（3-13）就可以得出能被检测出来的车辆对应的车高范围。一般超声波检测器能检测出车高处于0.75m~1.6m的车辆。

图3-3超声波传播时间差法检测车辆原理

a超声波探头与车高；b脉冲序列

（2）多普勒法

超声波探头向空间发射超声波同时接收信号，如果有移动物体，那么接收到的反射波信号就会呈现多普勒效应。利用此方法可检测正在驶近或正在远离的车辆，而不能检测出处于检测范围内的静止车辆。

由于超声波检测器采用悬挂式安装，这与路面埋设式检测器（如环形线圈）相比有许多优点。首先是不需破坏路面，也不受路面变形的影响；其次使用寿命长，可移动，架设方便，在日本交通工程中被大量采用。其不足之处是容易受环境的影响，当风速6级以上时，反射波产生飘移而无法正常检测；探头下方通过的人或物也会产生反射波，造成误检。所以超声波检测器要按照一定的规范安装。

从架设方便，使用寿命长等方面来说，路面埋设式检测器不如超声波检测器，所以超声波检测器成为目前使用量仅次于环形线圈的一种检测器。

优点:首先超声波检测器安装在路侧，不用破坏路面;其次，耐用且安装方便。

缺点:易受周围环境的影响，例如温度、雨雪等;其次检测范围有限，检测精度不

高，当有人或者其他动物通过时极可能发生误检。

(2>线圈检测器:

环形线圈检测器是最早使用的事件检测器，目前世界很多国家的高速公路仍然在使

用线圈检测器。

工作原理:线圈检测器包含一个长方形或者圆形的闭合线圈，线圈内通有时刻变化

的电流，根据变化的电场会产生磁场，交变的电磁会产生电场的原理，当线圈受到压力

的作用时线圈内的回路电感量会产生变化，进而导致电流的变化，根据电感量是否发生

变化就可以知道是否有车辆通过了。

环形线圈检测器主要包括：环形线圈、线圈调谐回路和检测电路。

（1）环形线圈

环形线圈是由专用电缆几匝构成（一般为4匝），一般规格为2m ×2m 的正方形，根据不同的需要，可以改变线圈的形状和尺寸。

对车辆检测起直接作用的是环形线圈回路的总电感。总电感主要包括环形线圈的自感和线圈与车辆之间的互感。我们知道，任何载流导线都将在其周围产生磁场，对于长度为l ，匝数为N 的螺线管型线圈，线圈内磁场强度均匀。道路上的环形线圈不能完全等同于螺线管，考虑其磁场的不均匀修正因子F 1,其自感量自L 可近似于螺线管得自感量乘修正因子F 1，即： l

A N F r 201L μμ=自 （3-1） 式中r μ是介质的相对磁导率，空气的1=r μ，170104--⨯=hm μ；A 为线圈面积。

由上式可知，环形线圈自感的大小取决于线圈的周长、横截面的面积、匝数、周围介质情况，当线圈埋设在路面下时，上述参数就基本确定了。而车辆进入环线线圈是，改变了环形线圈周围介质情况。铁磁车体使磁导率增加，从而感量增加。但另一方面，环形线圈是有源探头在其中加上交变电流，则在其周围建立起交变电场。当铁磁性的车体进入环形线圈时，车体内会感生涡电流，并且产生与环路向耦合但方向相反的电磁场，即互感，降低线圈环路电感。由于线圈设计成涡流影响占支配地位的状态，所以环路总电感量L 减少。检测出线圈环路电感量的变化，就可以判断车辆的存在或通过。

（2）调谐回路

环形线圈作为一个感应元件，通过一个变压器接到被恒流源支持的调谐回路上，该调谐回路是LC 谐振回路，设计选择电容C ,使调谐回路有一个固定的震荡频率。由电子线路知识可知，LC 谐振回路的震荡频率f 为： LC f π21

= （3-2）

这表明，f 与L 成反比。前面已分析，车辆进入环形线圈将使回路总电感L 减少，因而也会使震荡回路频率增大。只要将该回路的输出送检测电路处理得到频率随时间变化的信号就可以检测出是否有车辆通过。

（3）信号检测与输出

检测电路包括相位锁定器、相位比较器、输出电路等，现在很多型号的环形线圈检测器还包含微处理器，它与检测电路一起构成信号检测处理单元。

相位比较器的一个输入信号是相位锁定器的输出信号，其频率为调谐回路的固有震荡