交通检测器分析

交通检测器分析

1、概述

现在社会交通的发展，交通检测器的应用越来越普及。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，也检测路上车流的各种参数，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。常用的检测器有环形线圈检测器、超声波检测器、红外线检测器、视频图像处理机等。

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。

2、常用的交通检测器

2.1环形线圈检测器

2.1.1环形线圈检测器的构成及其检测原理

环形线圈检测器是一种基于电磁感应原理的车辆检测器，它的传感器是一个埋在路面下面、通过一定工作电流的环形线圈。当车辆通过线圈或停在

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线圈上时，车辆引起线圈回路电感量的变化，检测器检测出变化量就可以检测出车辆的存在，从而达到检测目的。

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

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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频率，另一个输入信号跟踪车辆通过线圈时谐振回路的频率变化，从而使输出的信号为一反映频率随时间变化的电压信号也就是反映车辆通过环形线圈的过程的信号。

输出电路先将相位比较器输出的信号进行放大，然后以两种方式输出，即模拟量输出、数字量输出。模拟量输出用来分别车型，数字信号输出用来计数或控制。亦可用微机综合处理输出信号获得各种交通参数。带有微处理机的环形线圈检测器则可以直接做到这一点。

从图3-1可以看出，当车辆前沿进入线圈一边时，检测器被触发产生信号输出，而当车辆后沿离驶线圈另一边时，信号强度低于阈值，输出电平降为零。车辆这个实际对环形线圈作用的长度L ji 称为车辆有效长度。车辆有效

长度数值上约等于车辆长度与线圈长度之和。

显然，大多数情况下都使用检测器的数字电平输出。为了检测不同的交通参数和适应不同检测或控制要求可设置检测器工作于方波和短脉冲两种输

出方式。当检测器运行于“方波”的工作方式时，只要车辆进入环形线圈，检测器就产生并保持信号输出（当车辆离开环形线圈后，仍可设置信号持续一段时间）。电路中的计时器自动计测信号持续时间，这对有些交通控制参数如占有率等的检测计算很有用处。当检测器运行于“短脉冲”的输出方式时，每当车辆通过环形线圈检测器就产生一个短脉冲（100μs~150μs），这种方式在双线圈测速系统中得以应用。

2.1.2环形线圈检测系统的构成

环形线圈检测系统包括埋于路面下面的环形线圈、接线盒、传输电缆、信号检测处理单元等。检测车辆时，将一个或多个环形线圈按一定的方法埋于路面下，线头接入接线盒，信号由传输电缆送入信号检测处理单元，该电路单元通常包括了微处理器，直接处理检测数据，计算一些交通控制参数。

环形线圈检测系统与控制中心的主控机通过电缆连接、通信，主控机可发送信号，设置检测器的检测周期等工作状态，并监测检测器故障；检测器则将检测数据如车辆计数、占有率等传送至主控机，以便完成控制系统的信息存储、优化配置、方案选择和事件检测等功能，实现系统的最佳控制效果。

2.2超声波检测器

超声波检测器是一种在高速公路上应用较多的检测器，它利用车辆形状对超声波波前的影响来实现检测。超声波车辆检测的探头具有发射和接受双重功能，被设置于道路的正上方或斜上方，向路面发射超声波，并接收来自车辆的反射波。

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

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