CN100501796C - 微型地埋式车辆探测器 - Google Patents

Abstract

一种微型地埋式车辆探测器，由金属感应探测线圈及其振荡器单元、车辆地磁映像探测单元、检波/整流电路单元、信号处理/逻辑处理单元、信号变换/传输接口单元、电源及壳体构成；信号/传输处理单元还可接驳子探测器。本发明可探测车流量、道路占用率、车速、停车时间和路面温度等信息；广泛应用于交通和停车场的监控、管理和指挥系统，且具有成本低、体积小、模块化、可靠性高，采用全密封型外壳，埋于路面，安装方便、快捷、免维护。本探测装置还可应用于安全报警、监控系统。

Description

微型地埋式车辆探测器

技术领域

本发明涉及一种车辆探测装置，特别是涉及一种微型地埋式车辆探测器，该装置可用于城市或公路交通指挥管理系统及车辆静态管理系统，可对车辆通行、车速、车流量、占道、堵车等车辆动态或静态信息的探测，适用于红绿灯控制系统、电子警察照相系统、车辆收费站系统、车辆门禁系统、停车场管理系统及路网交通的监控管理系统等。

背景技术

随着经济的发展和人民生活水平的提高，汽车越来越近地走近人们的生活，城市交通和公路交通拥堵现象时有发生，特别是大中型城市的交通状况已是政府、民众关注的焦点问题之一，使得大量的人力、物力、资金投入到道路改造和道路建设方面，即便如此，也跟不上交通压力的高速增长，这种情况非常普遍，特别是经济越发达的地区，交通拥堵现象越严重；有些地区，由于资金不足、道路改造和道路建设客观上也有难度，面对交通压力的不利局面将会较长时期的存在；另一方面，道路资源没有充分利用和挖潜，造成道路资源浪费也相当严重，让人倍感痛惜。因此，怎样充分利用和挖潜道路资源，低成本地、有效地改善和提高道路的使用率、车辆流量和车辆速度，是值得考虑和追求的目标，解决这一问题需要建立完善的、高效的和低成本的交通信息系统和交通管理系统，而车辆和车流量探测器是其中的重要一环。

目前，有关车辆的探测器大多采用无源红外线来探测车辆信号并进行放大后传输到交通指挥部门，如专利西门子公司的申请号为98802297.4的《车辆探测装置》等；还有一些是以大型感应线圈为探测装置，车辆经过大型感应线圈时，车辆成为大型感应线圈的磁芯，使得其线圈的电感量发生变化，该线圈与其它电路一起形成车辆探测信号，一般为频率信号，送处理机处理，得到车流量等交通信息，这些探测装置存在着对车辆探测方式单一，探测信息不全面，时效性差，且存在着体积大、安装不方便、安装时对路面破坏严重、由于路面的龟裂易被损坏等缺点。另外，美国生产一种利用车辆磁映像(VMI)技术测量车流量的永久型无线车辆记录器，但这种探测装置对探测车辆的行驶速度，以及在对车速较慢的、或停靠在其安装位置处的、或停靠在其安装位置附近的车辆进行探测时，具有功能或性能方面的局限性和不足，不能完全满足城市交通路口、停车场和路网交通状况的监控、管理、指挥系统对车辆探测装置的要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有综合探测能力、探测的车辆信息更全面、体积小的车辆探测装置，以解决现有车辆探测装置的不足。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种微型地埋式车辆探测器，其特征在于，它由产生交变磁场的带有磁芯的金属感应探测线圈及与其相配合的振荡电路单元、能从振荡信号中检波出与金属感应探测线圈两端的电压幅值、通过金属感应探测线圈的感生电流或振荡频率相关的信息中的至少一种信息的检波/整流电路单元、信号处理/逻辑处理单元、信号变换/传输接口单元、电源及壳体组成，电源为各部分供电，金属感应探测线圈与振荡电路单元构成LC振荡器，包含有因车辆接近金属感应探测线圈而使LC振荡器工作状态发生变化的振荡信号输出端接驳检波电路单元的输入端，检波电路单元输出的电压幅值信号、电流信号或频率信号接驳信号处理/逻辑处理单元的相应输入端，信号处理/逻辑处理单元的输出信号接驳信号变换/传输接口单元的输入端。

上述的微型地埋式车辆探测器，设有多通道信号处理/逻辑处理单元，其相应的输入端接驳另外的具有壳体的子探测器，子探测器设有带磁芯的金属感应探测线圈及与其相配合的振荡电路单元。

上述的微型地埋式车辆探测器，金属感应探测线圈套装有高导磁的磁芯，磁芯中心轴向设有一个至少一端敞口的空腔，空腔内用于设置车辆地磁映像探测单元，车辆地磁映像探测单元为带有“棒状”磁芯的车辆地磁映像感应线圈或者为霍尔元件，信号处理/逻辑处理单元中设有车辆地磁映像信号处理电路，车辆地磁映像探测单元的信号输出接驳信号处理/逻辑处理单元的相应输入端。

需要指出的是：把车辆地磁映像探测单元放置于金属感应探测线圈磁芯的敞口的空腔里，是为了除掉探测器中设置的车辆地磁映像探测单元中的金属体对金属感应探测电路功能和性能的影响，这样不但保证了金属感应探测电路能正常工作，同时还能保证车辆地磁映像探测电路正常工作。

上述的微型地埋式车辆探测器，信号处理/逻辑处理单元中设置用于传感路面温度或本探测器温度的温度传感元件及相应的温度信号处理电路。

上述的微型地埋式车辆探测器，信号变换/传输接口单元设置有根据使用本车辆探测器的系统的接驳需要可以把探测到的车辆信息或车辆探测器本身的工作状态信息转变成相适应的高低电平输出、继电器触点输出、发射极输出、光电隔离输出、标准/非标准通讯接口输出、无线电通讯信号输出或光纤通讯信号输出的电路装置。

上述的微型地埋式车辆探测器，电源为具有一定稳压能力的有线供电、蓄电池或太阳能电池组。

上述的微型地埋式车辆探测器，振荡电路单元以及用于对相应传感信号完成信号检波、信号整流、信号放大、信号采集、幅值比较、运算分析、时序逻辑判断、探测器工作状态自检、实时控制处理及信号变换/传输工作中的至少一项工作的电路单元可综合设置成一个由集成电路、微处理器或单片计算机和程序软件及外围器件构成的多功能电路。

上述的微型地埋式车辆探测器，振荡电路单元、检波电路单元、信号处理/逻辑处理单元、信号变换/传输接口单元及电源可根据功能设置的差异和需要分别模块化，也可利用大规模模拟/数字集成电路或单片微处理器把相应的电路单元进行综合设制，构成半一体化或一体化电路模块，电路模块设置于壳体内的一端并与带磁芯的金属感应探测线圈相隔一定距离，或者把他们部分或全部设置于金属感应探测线圈磁芯的中心空腔里。

需要指出的是：把相应的电路模块及线路放置于金属感应探测线圈磁芯的空腔里，是为了尽量多地祛掉电路模块及线路部分的金属体对金属感应探测电路灵敏度及其探测性能的影响，使车辆探测器更好地工作。

上述的微型地埋式车辆探测器，金属感应探测线圈由一组线圈构成或由多组线圈进行串接套装在同一个磁芯而成，金属感应探测线圈磁芯可为线圈外部开放式“磁管形”、“磁棒形”、“磁柱形”、“线盘形”或“磁罐形”，也可根据探测灵敏度的需要或设置车辆地磁映像探测单元和电路板的需要，综合上述形状制作成多段对接的“综合几何形”金属感应探测线圈磁芯。

上述的微型地埋式车辆探测器，带有磁芯的金属感应探测线圈的外形为圆柱形，壳体为可拆装的独立式或探测器组件整体塑封成形式，其外形呈圆柱形。

本发明的工作原理：由于车辆底盘由大量的体积较大的金属构件制作而成，当车辆接近埋于路面的探测器时，金属感应探测线圈产生交变磁场会使车辆底盘的金属构件因电磁感应现象而产生感生涡流，感生涡流的电磁场要反抗原交变电磁场的变化，从而使原产生交变电磁场的振荡电流在幅度和周期上均有所降低，距离越近，振荡电流在幅度和周期上降低的越多，此改变的电流量、频率或相对应的检波电压经过适当的处理后，可用来实现对车道上来往车辆或停靠车辆的探测；另外当车辆移动着经过探测器时，会使探测器附近的地磁强度发生变化，形成车辆地磁映像，可利用传感地磁强度变化的车辆地磁映像感应线圈或者高灵敏度地磁霍尔元件，实现对车道上来往车辆的探测。

本发明主要通过金属探测和车辆地磁映像两种探测方式可分别采样到车辆接近、经过或停靠时的信号，对这些信号的幅值、频率、相位、宽度或时域特性进行处理、综合分析得到车流量、道路占用率、车速、停车时间、车辆长度等信息。达到探测信息取长补短的目的，提高了抗干扰能力和对车辆探测的可靠性和准确性，同时增加了探测装置的信息量，因此可更好地满足不同的应用场合和领域、不同的技术要求、不同的探测目的的需要。安装时，可在车道上钻孔埋设于道路路面，不占用道路路面以上的空间；当然，也可安装在道路路面以上、不影响车辆通过且不超过探测距离的空间位置。本发明的探测器体积小、模块化、结构紧凑、可靠性高，安装灵活、方便、快捷，可采用全密封型外壳，对安装环境条件要求低、免维护，特别适合室外和野外使用，恶劣的气象环境如下雨、刮风、沙尘暴、温度变化对其使用效果没有影响。本发明适用于大中小城市交通指挥和管理系统及区域交通信息网系统；另外，它不但适用于对车辆的车速、车流量、车辆停留和占道时间、道路占用率和路面温度的探测，还可用于对安全监控领域。本发明的探测装置也可用于安全监控、报警系统中；还可安装在被监视的物体上，当物体被晃动时，其上的探测装置发出报警信号。

附图说明

图1为本发明实施例1的主剖视图。

图2为本发明实施例1的俯视图。

图3为本发明实施例1的电路原理方框图。

图4为本发明实施例2的主剖视图。

图5为本发明实施例2的俯视图。

图6为本发明实施例2的电路原理方框图。

具体实施方式

实施例1

如图1、2所示，本实施例的探测器由车辆地磁映像感应线圈(1)、车辆地磁映像感应线圈磁芯(2)、金属感应探测线圈(4)、金属感应探测线圈磁芯(5)、1号电路模块线路板(7)、线路板连接线(8)、2号电路模块线路板(9)、电源线和信号输出电缆(10)、塑料壳体本体(11)及塑料壳体盖(12)组成。金属感应探测线圈(4)套装在高导磁的“圆管形”金属感应探测线圈磁芯(5)的外面，磁芯(5)中心轴向的通孔状内空腔的上段设置车辆地磁映像感应线圈(1)，线圈(1)中设有“棒状”磁芯(2)，磁芯(5)中心轴向的通孔状内空腔的下段设置1号电路模块线路板(7)和2号电路模块线路板(9)，线路板(7)和线路板(9)由线路板连接线(8)进行电连接，车辆地磁映像感应线圈(1)和金属感应探测线圈(4)分别由其相应的引出线(3)、引出线(6)与电路模块线路板(7、9)相连接、电源线及信号输出电缆(10)通过塑料壳体(11、12)与电路模块线路板(7、9)相连接。1号电路模块线路板(7)包括振荡电路单元、电压幅值检波电路单元、两路信号处理及时序逻辑处理单元，2号电路模块线路板(9)包括信号变换/传输接口单元和电源。

如图3所示为本实施例1的电路原理方框图，L1为金属感应探测线圈(4)，C1为振荡电容，L2为车辆地磁映像感应线圈(1)，C2为滤波电容，C3为信号耦合电容，U1为电源稳压电路，U2为振荡电路单元，U3为金属感应信号电压检波，U4为车辆地磁映像感应信号处理电路，U5为两路信号放大及时序逻辑处理单元，U6为信号变换/传输接口单元。C1、C2、C3、U2、U3、U4和U5构成1号电路模块线路板(7)，U1和U6构成2号电路模块线路板。当车辆接近埋于路面的探测器时，金属感应探测线圈产生交变磁场会使车辆底盘的金属构件因电磁感应现象而产生感生涡流，感生涡流的电磁场要反抗原交变电磁场的变化，从而使原产生交变电磁场的L1、C1和U2上的振荡电流在幅度和周期上均有所降低，距离越近，振荡电流在幅度和周期上降低的越多，U3中得到的相应的检波电压就越小，该检波电压经过U3进一步的放大、整形处理后送给U5；同时当车辆移动着经过探测器时，会使探测器附近的地磁强度发生变化，地磁映像感应线圈L2两端可得到相应的感应电压信号，经C2滤波并由C3耦合到U4的输入端，经U4放大、整形后送给U5；U5对上述两路输入信号进行时序及逻辑判断，得到合乎要求的探测结果信号并送到U6的输入端，U6可根据输出阻抗、输出信号类型或制式的需要把探测结果传输到其它相应的系统。

实施例2

如图4、5所示，本实施例的探测器由金属感应探测线圈(4)、金属感应探测线圈磁芯(5)、车辆地磁映像传感霍尔元件(15)、路面温度传感元件(13)、电路模块线路板(17)、电池模块(20)、无线电通讯探测信号输出模块(21)、天线(22)、线路连接线(6、14、16、18、19)、整体注塑壳体(23)组成。金属感应探测线圈(4)套装在高导磁的“圆管形”金属感应探测线圈磁芯(5)的外面，磁芯(5)上段较细的中心轴向的通孔状空腔的设置车辆地磁映像传感霍尔元件(15)和路面温度传感元件(13)，磁芯(5)中心轴向的通孔状内空腔的中段设置电路模块线路板(17)，磁芯(5)下段较粗的中心轴向的通孔状空腔的设置线路板(17)和电池模块(20)，线路板(17)与金属感应探测线圈(4)、车辆地磁映像传感霍尔元件(15)、路面温度传感元件(13)、电池模块(20)和无线电通讯探测信号输出模块(21)之间分别由线路连接线(6、16、14、18、19)相连接。电路模块线路板(17)包括振荡电路单元、电压幅值检波及放大处理电路单元、三路信号处理和逻辑处理单元，无线电通讯探测信号输出模块(21)包括信号变换/编码、地址/编码及RF射频输出电路。

如图3所示为本实施例1的电路原理方框图，L1为金属感应探测线圈(4)，C1为振荡电容，H为车辆地磁映像传感霍尔元件(15)，RT为路面温度传感元件(13)，U1为电池及稳压电路模块(20)，U2为振荡电路单元，U3为金属感应信号电压检波及放大处理电路，U7为车辆地磁映像传感信号放大处理电路，U8为路面温度传感信号处理电路，U9为数据采集、时序逻辑及数据处理单元，U10为无线电通讯车辆探测信号输出模块(21)。

当车辆接近埋于路面的探测器时，金属感应探测线圈产生交变磁场会使车辆底盘的金属构件因电磁感应现象而产生感生涡流，感生涡流的电磁场要反抗原交变电磁场的变化，从而使原产生交变电磁场的L1、C1和U2上的振荡电流在幅度和周期上均有所降低，距离越近，振荡电流在幅度和周期上降低的越多，U3中得到的相应的检波电压就越小，该检波电压经过U3进一步的放大、整形处理后送给U9；同时当车辆移动着经过探测器时，会使探测器附近的地磁强度发生变化，地磁映像传感霍尔元件(15)输出端可得到相应的电压变化信号，送到U7的输入端，经U7放大、整形后送给U9；同样，由温度传感器RT得到的路面温度信号U8处理后也送U9；U9对上述三路输入信号进行数据采集、时序和逻辑判断及数据处理后，得到合乎要求的探测结果信号并送到U10的输入端，U10把探测结果以RF射频传输的方式通过(环型或软线型)天线与其它相应的系统上的接收机通讯，达到无线传输车辆探测信号或数据的目的。

Claims (9)

1、一种微型地埋式车辆探测器，其特征在于，它由产生交变磁场的带有磁芯的金属感应探测线圈及与其相配合的振荡电路单元、能从振荡信号中检波出与金属感应探测线圈两端的电压幅值、通过金属感应探测线圈的感生电流或振荡频率相关的信息中的至少一种信息的检波/整流电路单元、信号处理/逻辑处理单元、信号变换/传输接口单元、电源及壳体组成，电源为各部分供电，金属感应探测线圈与振荡电路单元构成LC振荡器，因车辆接近金属感应探测线圈而使LC振荡器工作状态发生变化的振荡信号输出端接检波电路单元的输入端，检波电路单元输出的电压幅值信号、电流信号或频率信号接信号处理/逻辑处理单元的相应输入端，信号处理/逻辑处理单元的输出信号接信号变换/传输接口单元的输入端，金属感应探测线圈套装有高导磁的磁芯，磁芯中心轴向设有一个至少一端敞口的空腔，空腔内用于设置车辆地磁映像探测单元，车辆地磁映像探测单元为带有“棒状”磁芯的车辆地磁映像感应线圈或者为霍尔元件，信号处理/逻辑处理单元中设有车辆地磁映像信号处理电路，车辆地磁映像探测单元的信号输出接信号处理/逻辑处理单元的相应输入端。

2、如权利要求1所述的微型地埋式车辆探测器，其特征在于，设有多通道信号处理/逻辑处理单元，其相应的输入端接另外的具有壳体的子探测器，子探测器设有带磁芯的金属感应探测线圈及与其相配合的振荡电路单元。

3、如权利要求1所述的微型地埋式车辆探测器，其特征在于，信号处理/逻辑处理单元中设置用于传感路面温度或本探测器温度的温度传感元件及相应的温度信号处理电路。

4、如权利要求1、2或3所述的微型地埋式车辆探测器，其特征在于，信号变换/传输接口单元设置有把探测到的车辆信息或车辆探测器本身的工作状态信息转变成相适应的高低电平输出、继电器触点输出、发射极输出、光电隔离输出、标准/非标准通讯接口输出、无线电通讯信号输出或光纤通讯信号输出的电路装置。

5、如权利要求1、2或3所述的微型地埋式车辆探测器，其特征在于，电源为具有一定稳压能力的有线供电、蓄电池或太阳能电池组。

6、如权利要求1、2或3所述的微型地埋式车辆探测器，其特征在于，振荡电路单元以及用于对相应传感信号完成信号检波、信号整流、信号放大、信号采集、幅值比较、运算分析、时序逻辑判断、探测器工作状态自检、实时控制处理及信号变换/传输工作中的至少一项工作的电路单元综合设置成一个多功能电路。

7、如权利要求1、2或3所述的微型地埋式车辆探测器，其特征在于，振荡电路单元、检波电路单元、信号处理/逻辑处理单元、信号变换/传输接口单元及电源分别模块化，或者利用大规模模拟/数字集成电路或单片微处理器把振荡电路单元、检波电路单元、信号处理/逻辑处理单元、信号变换/传输接口单元及电源单元进行综合设制，构成半一体化或一体化电路模块，电路模块设置于壳体内的一端并与带磁芯的金属感应探测线圈相隔一定距离，或者把电路模块部分或全部设置于金属感应探测线圈磁芯的中心空腔里。

8、如权利要求1、2或3所述的微型地埋式车辆探测器，其特征在于，金属感应探测线圈由一组线圈或由多组线圈进行串接构成，它套装在同一个磁芯上，金属感应探测线圈磁芯为线圈外部开放式“磁管形”、“磁棒形”、“磁柱形”、“线盘形”或“磁罐形”，或者综合上述形状制作成多段对接的“综合几何形”金属感应探测线圈磁芯。

9、如权利要求1、2或3所述的微型地埋式车辆探测器，其特征在于，带有磁芯的金属感应探测线圈的外形为圆柱形，壳体为可拆装的独立式，或者为与探测器组件整体塑封成形式，其外形呈圆柱形。

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