DE1574079A1 - Fahrzeug-Detektor - Google Patents

Description

Fahr ζ eug-D.e t ekt or

Die Erfindung "betrifft einen Fahrzeug-Detektor, bei dem ein Fahrzeug, das sich über eine in der Fahrbahndecke einer Straße oder Autobahn eingebettete Induktionsschleife bewegt, die induktiven Eigenschaften oder sonstigen Parameter der Schleife verändert, die abgetastet werden und ein die Anwesenheit des Fahrzeugs anzeigendes Ausgangssignal liefern.

Aus den ÜSA-Patentschriften Nr. 2 917 732 und 3 164 8Ό2 sind bereits Fahrzeug-Detektoren mit einer Induktionsschleife bekannt, bei denen die Schleife mit dem Resonanzkreis eines Oszillators elektrisch verbunden ist, so daß die Gsziliationsfrequenz-verändert wird, wenn sich ein Fahrzeug über die Schleife bewegt.. Sin Hauptproblem derartiger Fahrzeug-Detektoren besteht darin, daß die Eigenschaften der Induktionsschleife nicht nur beim Passieren eines Fahrzeugs sondern allmählich auch durch die Witterungseinflüsse, denen sie notwendigerweise ausgesetzt ist, beeinflußt und verändert werden, so daß das System im Lauf der-Zeit- funktionsunfähig wird.

Erfindungsgemäß wird dieser Nachteil bei einem Fahrzeug-Detektor mit einer in der Nähe einer Verkehrsstrecke angeordneten Induktionsschleife dadurch vermieden*'daß er aus

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einem astabilen Multivibrator zur Erzeugung eines Osziilatorsignals mit durch, einen Gleichspannungspegel gesteuerte Frequenz besteht, ferner aus einem an den Multivibrator angeschlossenen Schwingkreis, an dem die Induktionsschleife angekoppelt ist, deren Parameter die Amplitude des Oszillatorsignals bestimmen, ferner aus einem an den Schwingkreis angeschlossenen Gleichrichter, der einen der Amplitude des Oszillatorsignals entsprechenden Gleich.spannungsp.egel erzeugt, sowie aus einer Rückkopplungsschleife, die den Gleiehspannungspegel dem Multivibrator zur Steuerung der Frequenz des Oszillatorsignals zuführt. Mit einer solchen Schaltung erreicht man, daß äußere langsam einwirkende Einflüsse automatisch kompensiert werden.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung umfaßt der Fahrzeug-Detektor eine an den Multivibrator angeschlossene und diesen während der Einschwingperiode steuernde Anfangskipp-Stufe, die aus einer Spannungsquelle zur Erzeugung der steuernden Vorspannung sowie einem Zeitglied besteht, das dafür sorgt, daß am Ende der Einschwingperiode der vom Gleichrichter abgegebene Spannungspegel die Steuerung des Multivibrators übernimmt. Diese Stufe sorgt in einfacher -/eise dafür, daß die Schaltung nach kurzer Einschwingzeit ihren normalen Betriebszustand erreicht.

In vorteilhafter Weiterbildung des erfindungsgemäßen Fahrzeug-Detektors umfaßt der Multivibrator einen ersten und einen zweiten Transistor, einen ersten und einen zweiten jeweils kreuzweise zwischen den Transistoren eingeschalteten Kondensator, sowie einen dritten und einen vierten Transistor, von denen der eine die Entladung des ersten Kondensators und der andere die Entladung des zweiten Kondensators steuert, wobei die Entladungsgeschwindigkeit der beiden Kondensatoren regelbar ist. Durch eine derartige.Schaltung wird die Gefahr

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vermieden, daß der Multivibratorkreis auf Full abfällt. Unabhängig von dem jeweiligen Leitfähigkeitszustand wird nämlich jedem der beiden komplementären iviultivibrator-Transistoren eine geeignete: Vorspannung zugeführt. Dies ist insbesondere im Einschaltzeitpunkt wichtig, bei dem sich beide Transistoren im nicht leitenden Zustand befinden können, und infolge der kreuzweisen KopiJ.lung keinerlei Vorspannung erzeugt wird.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im. folgenden an Hand der Zeichnungen beschrieben; darin zeigen

Fig. 1 ein Blockdiagramm des Fahrzeug-Detektors;

.Fig« 2 in einer graphischen Darstellung den Frequenzgang der Rückkopplungsstufe und der Hultivibratorfrequenz; und

Fig. 3 ein vollständiges Schaltbild des Fahrzeug-Detektors.

Gemäß Fig. 1 umfaßt der erfiiidungsgemäße Fahrzeug-Detektdr einen asta.bilen oder freilaufenden Multivibrator 11 zur Erzeugung eines Oszillatorsignals. An den Multivibrator ist eine G-leichstrom-Ireiber-Stufe 12 angeschlossen, die einem die Induktionsschleife 14 enthaltenden Schwingkreis 13 ein pulsierendes Signal konstanten Stromes zuführt. Das am Punkt 20 auftretende dem Schwingkreis 13 zugeführte Oszillatorsignal ist eine Sinuswelle, deren Amplitude durch die Parameter des Schwingkreises und der Induktionsschleife 14 bestimmt wird. Bewegt sich ein Fahrzeug 15 über die Induktionsschleife,' sowird zusätzlich.Leistung verbraucht und am Punkt 20 erscheint" ein Abfall in der Signalamplituöe. Ein Gleichrichter 16 -er- '-■'''■ zeugt auf einer Leitung 17 eine· der Amplitude des Signals

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Punkt 20 entsprechende Gleichspannung, die in einem Bezugsverstärker 18 mit einer Standardspannung verglichen wird, so daß auf einer Leitung 19 ein verstärkter Gleichspannungspegel erscheint, der der Amplitude des dem Schwingkreis 13 zugeführten OszillatOrsignals entspricht. Eine Stufe 21 zur verzögerten automatischen Frequenznaehstimfflung (AFU-Stufe) führt den Signalpegel am Punkt 1-9 dem oszillator zur Steuerung der Frequenz zu. Bewegt sich ein Fahrzeug 15 über die Schleife 14, so tritt am Punkt 19 eine Spannungsveränderung auf; diese wird von einem Differentialverstärker 22 festgestellt., der über einen Relaistreiber 23 ein Ausgangsrelais 24 steuert und somit ein die Anwesenheit des Fahrzeugs 15 anz:©igenders Ausgangs signal ^¥erze:Ugt. Ward die Schaltung anfänglieh an Leistung geschaltet, so übernimmt anstelle der AFN-Stufe 21 eine Anfangskipp-Stufe 25 die Steuerung des Multivibrators 11 ,derart-,-daß die Frequenz des Oszillato:rsignals anfänglich ^niedriger ist als die normale Frequenz. Die Anfangskipp-Stufe 25 arbeitet über einen Kreis mit Z-eitkonstante;; dabei wirkt ^sich ihr steuernder Einfluß auf den llxiltivibrator TI allmählich immer weniger aus und hört schließlich ganz auf., woTaei die Steuerung von der AFiT-Stufe 21 übernommen wird.

Gemäß l?ig.. 3 Timfaßt der Multivibrator 11 ein Paar νση Transistoren 27 un^ 28,. ;dle bezüglich ifer jeweiligen Basis- und Kollektor elektroden kreuzge schältet sind. Ihre JJmitteT sind direkt mit Erde verbunden. DeT Kollektor des Transistors 27 ist an eine negative Spannungsquelle -E über einen Lastwiderstand 29 angeschlossen, während der Kollektor des Transistors 28 mit der negativen Spannungs quelle -E über Widerstände 31 und 3-2 verbunden ist. Die Basis 'des Transistors 2® ist mit dem Kollektor des Transistors 27 über ein« Diode .34 xmd einen Jladekond ensat or 33 verbunden. Die iBäsis des Transistor^s 27 ist an #en Kollektior des Transls-t'ors 28 über eine

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Diode 36,einen Ladekondensator 35 sowie eine weitere Diode angeschlossen, die dazu dient, die Last der Treiberstufe 12 von der Basis des .Transistors 27 zu entkoppeln. Ein zweites Paar von Transistoren 38 und 39 bilden Quellen mit konstantem Strom zur Erzeugung der Entladeströme für die Ladekondensatoren33 und 35. Auf diese Weise verbinden die Transistören 38 und. 39 zusammen mit den Lastwiderständen· 4.1 und 42 die Basiselektroden der Transistoren 28 und 27 mit dem auf. der Leitung 43 bestehenden negativen Potential.

Die Transistoren 38 und 39 stellen eine Art "Anlaßeinrichtung" für den Multivibrator 11 dar. Gewöhnlich versorgen die kreuzgeschalteten Transistoren eines Multivibrators einander mit Basis-Kollektor-Vorspannungen, so daß der eine im leitenden Zustand befindliche Transistor den anderen in den nicht leitenden Zustand versetzt und umgekehrt. Wenn jedoch die Stufe anfänglich eingeschaltet'und an Spannung gelegt wird, so kann es vorkommen, daß keiner-der Transistoren, im leitenden Zustand ist und kein Transistor, dem anderen eine Vorspannung zuführt, die ihn in den leitenden Zustand versetzen würde. Tritt diese Bedingung auf ,-so spricht man/.davon, daß der Multivibrator "blockierfist. Bei dem erfindungsgemäßen-Multivibrator führen die Transistoren, 38 und 39 den Basis-Elektroden der · Transistoren 28. bzw. 27 Vorspannungsströme, zu, um einen von ihnen in den leitenden Zustand zu zwingen, und die^: "Blockierung" zu unterbrechen, so daß ein normaler Arbeitszyklus der- Multivibratorstufe angeregt wird.

Y/ird dieser Multivibrator 11 von einer- Batterie- be- ■· trieben, wobei -E eine negative Spannung von 12 Volt gegen-.; über" Erde ist, so wird 'ein negativer Vorspannungspegei auf "■·■; ■ der Leitung 43.weiterhin von einem Transistor. 44 erzeugt. Ein zwischen der Leitung'43 und Erde eingeschalteter Kondensator 45 speichert den negativen Spannungspegel. Sofern es

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erwünscht ist, den Multivibrator 11 aus einer 20-Volt-Quelle anstelle einer 12-Völt-Quelle zu "betreiben, so wird eine Schaltdraht-Verbindung 46 zwischen dem Emitter und der Basis des Transistors 44 geschlossen, wodurch dieser nicht leitend wird. Bei dieser Betriebsweise richtet ein Paar von Dioden 47 und 48 die von den Transistoren 27 und 28 erzeugten Rechteck^· wellen gleich; die gleichgerichteten Wellen werden in dem Kondensator 45 gespeichert und vermitteln auf der Leitung 43 die erforderliche negative Bezugsspanriung. Wird die Schaltdraht-Verbindung 46 aufgehoben, so besorgt der Transistors 44 eine Stromverstärkung der von den Dioden 47 und 48 gleichgerichteten Spannung, so daß die Kollektorelektroden der Transistoren 27 und 28 durch die von den Transistoren 38 und 39 gezogenen Ströme nicht unzulässig belastet werden. Es hat sich gezeigt, daß die Stromverstärkung durch den Transistor 44 vorteilhaft ist, weil dadurch vermieden wird, daß die Arbeitsweise der Transistoren 27 und 28 beim Betrieb des Systems mit verminderter Spannung "aus einer Speicherbatterie belastet und herabgemindert wird. Insbesondere wird die Arbeitsweise der Multivibratorstufe bei höheren Frequenzen durch den Transistor 44 merklich verbessert.'Andererseits dient die Sehaltdraht-Yerbindung dazu, die Wirkung des Multivibrators anfänglich zu vermindern, wenn das System aus einer normalen 20-Volt-Quelle betrieben wird. In diesem Fall ist es erwünscht, den Bereich der Frequenzänderung des Multivibrators entsprechend einer verstärkten Änderung der AFN-Spannung herabzusetzen, und dies wird durch die Schaltdraht-Verbindung 46 erreicht.

Wie bei anderen Multivibratorkreisen wird die Dauer . _r. jedes Halbzyklus durch,die Ladungsabnahme der Kondensatoren ,-■ 33 und 35 bestimmt. In diesem Fall werden die,.Kondensatoren , durch Ströme entladen, die die Transistoren.. 38 bzw. 3.9 durchfließen. Das Leitfähigkeitsverhältnis der Transistoren 38,und 39 wird durch ein negatives Vorspannungspotential gesteuert,

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das den lasis-Elektroden dieser {Transistoren aus der AEW-leitung 4.9 zugeführt wird. Da die Bntladungsgesehwindigkeit der Kondensatoren 33 und 35 die Dauer der - jeweiligen Halbwellen und damit die Frequenz des Multivibrators 11 "bestimmt, ergibt sielt, daß die auf der leitung 49 auftretende Vorspannung die Sregueiiz- des vom Multivibrator 11 abgegebenen Oszillatorsignals steuert..

Bie Schleifen-Treiberstufe 12 umfaßt einen .Transistor 51, dessen Basis an eine Leitung 52 am Ausgang des Multivibrators 11 angeschlossen ist. Der -Emitter des Transistors 51 ist über einen Widerstand 53 mit der negativen Spa:nnungs quelle -E verbunden, während der Kollektor direkt mit dem "Punkt 20 in Verbindung .stent, Signalimpulse von konstantem Strom führt und über den Schwingkreis 13 geerdet ist.. Der Transistor 51 ist während jeder zweiten Balbwelle des Oszillator signals leitend und während der anderen Halbwellen nicht leitend. Obwohl die am Jhinkt 52 auftretende Oszillatorwelle die typische Bechteckwelle am Ausgang eines Multivibrators ist, hat sieh gezeigt, daß die am Blinkt 20 erseneinende Welle infolge des XLingele£fe3ctes des ,Sehv/ingkreises 13 im wesentlichen sinus— Sörnrig ist.

Der Resonanzkreis 13 umfaßt einen Kondensator .54 die Induktionsschleife 14 sowie einen Widerstand 55» Die Schleife 14 ist an den Kondensator 54 über einen Transformator 56 angekoppelt. Der Eesonanzkreis 13 ist beispielsweise geerdetf Drährend die angekoppelte Schleife 14 erdfrei sein kann. Der Eesonanzkreis 13 ist an die Konstantstrom-Quelle als Last angekoppelt, und normalerweise, d.h. wenn sich kein Fahrzeug.'in der "Iahe der Schleif e 14 befindet, iiat die Belastung des "Kreas es 12 durch den Eesonanzkreis 13 im wesentlichen einen konstanten Wert. Der Widerstand 55 liefert einen Beitrag zu der last? ebenso tragen die Verluste der Schleife

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14 sowie ein Zuleitungskabel zwischen der Schleife 14 und dem Transformator 56 zu dem normalen Wert der Last "bei. Ein sich über die Schleife H bewegendes Fahrzeug 15 vermindert die Lastimpedanz, da es durch induktive Kopplung an die Schleife 14 eine Kurzschlußwindung darstellt, die aus der Schleife Energie abführt. Durch die Anwesenheit eines !Fahrzeugs 15 wird außerdem die Induktivität der Schleife 14 herabgesetzt, so daß die Resonanzfrequenz des Kreises 13 zunimmt. Die Gesamtwirkung eines Fahrzeugs besteht somit in einer Verminderung der Amplitude des am Punkt 20 auftretenden Oszillatorsignals.

Der Gleichrichter 16 umfaßt einen Transistor 58 und eine damit gekoppelte Diode 59· Die Basis des Transistors 58 ist direkt mit der Treiberstufe 12 und der Last des Schwingkreises 13 verbunden, während der Kollektor in direkter Verbindung mit der negativen Spannungsquelle -E steht. Über die Diode 59 erhält ein Kondensator 61 Ladung von dem Transistor 58, die er speichert und damit auf der Leitung 17 ein der Amplitude des am Punkt 20 auftretenden Oszillatorsignals entsprechendes Gleichspannungspotential erzeugt. Parallel zu dem Kondensator 61 ist als Entladungsweg ein Widerstand 62 geschaltet, dessen Yfiderstandswert so gewählt ist, daß der Kondensator 61 mit einer Zeitkonstante entladen wird, die größer ist als die Periode des Oszillatorsignals, wodurch der Spannungspegel auf der Leitung 17 in Übereinstimmung mit der Amplitude des Öszillatorsignals rasch abfallen kann.

Der Bezugsverstärker 18 umfaßt ein Paar von Transistoren 63 und 64, deren Emitterelektroden über einen gemeinsamen Widerstand 65 geerdet sind. Die Basis des Transistors 63 ist direkt an das Gleichspannungspotential der Leitung 17 angeschlossen,, während die Basis des Transistors 64 auf einem Potential liegt, das durch ein Paar von zwischen der negativen

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Spannungsquelle -E und Erde eingeschalteten Spannungsteiler-Widerständen 66 und 67 bestimmt wird. Der Kollektor des Transistors 63 ist direkt mit der negativen,Spannungsquelie -E verbunden, während der Kollektor des Transistors 64 mit der negativen Spannungsquelle über einen Widerstand 68 in Verbindung steht, der von einem Kondensator 59 überbrückt wird. Ein weiterer Kondensator 71 liegt zwischen der Basis und dem Kollektor des Transistors 64. Die Kondensatoren 69 und 71 bilden Tiefpaßfilter für das Betriebs-Oszillatorsignal, während Grleichstrom-Spannungspegel hindurchgelassen werden. Der Verstärker 18 ist als Differentialverstärker geschaltet und vergleicht den negativen Signalpegel auf der Leitung 17 mit einem durch die Spannungsteiler-Widerstände 66 und 67 vermittelten vorbestimmten Signalpegel. Ist die Spannung auf der Leitung 17 stärker negativ als die durch die Widerstände 66 und 67 vermittelte Spannung, so wird der Transistor 63 stärker leitend als der Transistor 64, wodurch der auf der Leitung 19 erscheinende Signalpegel sich dem Wert der negativen Spannungsquelle -B nähert. Ist andererseits der Spannungspegel auf der Leitung 17 weniger negativ,als der durch die Widerstände 66, 67 vermittelte, so wird der Transistor 64 stärker leitend, und der auf der Leitung 19 auftretende Signalpegel wird weniger negativ.

Der Signalpegel der Leitung 19 wird durch die Stufe 21 weitergeleitet, die eine Diode 73, einen Kondensator 74 und drei als Darlington-Verstärker zusammengeschaltete Transistoren 75, 76 und 77 umfaßt. Der negative Spannungspegel auf der Leitung 19 wird von der Diode 73 hindurchge~ lassen und in dem Kondensator 74 gespeichert. Wird dieser Pegel stärker negativ, so leitet die Diode73 eine solche Änderung sofort weiter, und sie erscheint in dem Kondensator. 74· Wird jedoch der Spannungspegel auf der Leitung 19 weniger ne-

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gativ, so wird die Diode 23 niciit leitend und isoliert den Kondensator 74, so daß die der Basis des Transistors 75 aufgeprägte Spannung durch den Kondensator 74 im wesentlichen konstant gehalten wird. Der Darlington-Verstärker 75, 76, stellt für den Kondensator 74 eine hohe Impedanz dar. Die durch den Darlington-Verstärker weitergegebene AFII-Spannung wird in einem weiteren Kondensator 78 gefiltert und über die Leitung 49 dem Multivibrator 11 zur Frequenzsteuerung des Oszillatorsignals zugeführt. Ein V/iderstand 79 sorgt dafür, daß die Transistoren 75, 76, 77 im leitenden Zustand bleiben, wenn die Transistoren 38 und 39 maximalen Basisstrom ziehen.

Soll das System impulsartig betrieben werden und nicht die ständige Anwesenheit eines Fahrzeugs anzeigen, so kann ein Widerstand 81 durch'Schließen eines Schalters 82 dem Kondensator 74 parallelgeschaltet werden. In diesem !Fall erhält der Kondensator 74 einen Entladungsweg mit relativ kurzer Zeitkonstante. Der Schalter 82 wirkt so, daß der erfindungsgemäße Fahrzeug-Detektor Zählimpulse für die die Schleife H passierenden Fahrzeuge abgibt. Da entsprechend jedem Fahrzeug ein Ausgangsimpuls kurzer Dauer erzeugt wird, kann der Fahrzeug-Detektor zusammen mit einem Zähler verwendet werden, um nur die Anzahl der eine Fahrbahn passierenden Fahrzeuge festzustellen und nicht um ein Ausgangssignal entsprechend einer ständigen Anwesenheit zu erzeugen, wobei das Ausgangsrelais 24 so lange in Sehaltstellung gehalten wird als ein Fahrzeug den Raum über der Schleife 14 einnimmt..

Der Differentialverstärker 22 umfaßt ein Paar von Transistoren 83 und 84, deren Emitter über einen gemeinsamen Widerstand 85 geerdet sind. Die Basis des Transistors 83 ist direkt an den Punkt 49 angeschlossen um den AFI-Spannungspegel zu empfangen, während/die Basis des Transistors 84 mit der Leitung 19 in Verbindung steht, um den Gleichspannungspegel aus dem Bezugsverstärker 18 aufzunehmen. Y/ird der Signalpegel

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auf der leitung 19 weniger negativ gegenüber dem Formalwert, so wird die Diode 73 nicht leitend, und die Ai¹IT-Spannung auf der Leitung 49 wird durch die im Kondensator 74 gespeicherte Ladung bestimmt. Während-dieser Zeit' nimmt der Differentialverstärker Spannungsunterschiede zwischen den Leitungen 19 und 49 wahr und leitet dem Relaistreiber 23 ein Signal zu. Zwischen dem Kollektor des Transistors 84 und der negativen Spannungsquelle -E liegt ein von einem Kondensator 88 überbrückter Lastwiderstand 87» Wird nun die Leitung 19 stärker positiv als die Leitung 49> so wird der Transistor 83 leitend, und der Transistor 84 tendiert in den nicht leitenden Zustand, so daß dem Relaistreiber 23 ein Ausgangssignal zugeführt wird. Zwischen der Basis des Transistors 84 und"der Leitung" 19 liegen zwei in Reihe geschaltete Dioden 89 und 91» die bewirken, daß die Basisspannung um wenigstens 1,4 Volt stärker positiv ist als wenn diese Dioden nicht vorhanden wären« Dadurch wird " erreicht, daß der Differentialverstärker 22 bereits die Leitfähigkeit szust and e ändert, wenn die Spannungsveränderung auf der Leitung 19 um 1,4 Volt (oder 2 Diodenabfälle) geringer ist als sie ohne die beiden Dioden erforderlich wäre. Insgesamt besteht die Yiirkung der Dioden 59 und 91 in einer Verstärkung der Empfindlichkeit der Einrichtung auf die Anwesenheit eines Fahrzeugs.

Der Relaistreiber 23 kann an den Differentialverstärker 22 über einen Schalter 92 angekoppelt sein. Er umfaßt ein Paar von Transistoren 93 und 94* die normalerweise als Schmitt-Trigger wirken* Der Kollektor des Transistors 93 ist über einen "Widerstand 95 geerdet und mit der Basis des Transistors 94 über einen Widerstand 96 verbunden·. Die Basis des Transistors 94 ist an die negative Spannungsquelle über einen Widerstand 97 angeschlossen. Ein gemeinsamer Widerstand 98 verbindet die beiden Emitterelektroden der Transistoren 93--unä 94 mit der

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negativen Sparinungs quelle. Normalerweise ist der Transistor 93 leitend,während der Transistor 94 nicht leitend ist, so daß kein Strom durch die Y/icklung des Relais 24 fließt. In den Intervallen,' in denen die Anwesenheit eines Fahrzeugs festgestellt wird, wird jedoch der Transistor 93 nicht leitend und der Transistor 94 leitend, wo "bei das Relais 24 anspricht und an seinen Ausgangsklemmen eine Umschaltung "bewirkt. Der Wicklung des Relais 24 ist eine Diode 99 parallelgeschaltet, die einen Leitungsweg für Einschalt-Stromstöße darstellt, wie sie auftreten, wenn der Transistor 94 vom leitenden in den nicht leitenden Zustand umschaltet. . ·

Wie oben erwähnt, ist der Relaistreiber 23 normalerweise über den Schalter 92 als Schmitt-Trigger geschaltet. Soll jedoch der Fahrzeug-Detektor für Zählungen impulsmäßig betrieben werden, so wird der Schalter 92 in die andere Stellung umgelegt, so daß die Basis des Transistors 93 mit einem aus einem Kondensator 101 und einem Widerstand 102 bestehenden RC-Glied verbunden wird. Das RC-Glied stellt für die Wirkungsweise des Schmitt-Triggers eine Zeitkonstante dar, so daß in der genannten anderen Stellung des Schalters 92 die Stufe 23 ihre bistabile Arbeitsweise in eine monostabile ändert. Der Relaistreiber 23 erzeugt während der Dauer entsprechend dem von der Zeitkonstante des RC-G-liedes bestimmten vorher eingestellten Impuls einen Impulsausgang zur Betätigung des Ausgangsrelais. Wie in Fig. 3 gezeigt, sind die Schalter 82 und 92 zur gleichzeitigen Betätigung mechanisch miteinander gekoppelt, so daß der Fahrzeug-Detektor entweder zur vollen Anzeige der Anwesenheit eines Fahrzeugs oder impulsmäßig betrieben werden kann.

Die Anfangskipp-Stufe 25 umfaßt einen Transistor'103 und einen Kondensator 104,dessen einer Anschluß über eine

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Diode geerdet' ist. Während der Zeit,, in der das System nicht _; an das Fetz angeschaltet ist, nimmt die Spannungsquelle -E Erdpotential an, "und daher wird der Kondensator 104 über eine Diode 105 entladen. Wird das System anfänglich nach der Installation oder auf ein Abschalten oder einen Metzausfall hin wieder in Betrieb genommen, so ist der Kondensator 104 entladen. Wird nun wieder eingeschaltet, so wird während der Einschwingperiode die negative Spannung -E über den Kondensator 104 der Basis des Transistors 103 zugeführt. Der Transistor 103 wird leitend, go "daß die negative Spannungsquelle -E über die Leitung 49 zur Frequenzsteuerung des Multivibrators 11 dient. Während dieses Intervalls übernimmt die Anfangskipp-Stufe 25 anstelle der AM-Stufe 21 die Steuerung des Multivibrators. Die zur Steuerung des Multivibrators 11 über die Leitung 49 anfangs zugeführte Spannung ist im wesentlichen gleich dem Bezugspotential -E; deshalb beginnt der Multivibrator auf einer Minimalfrequenz zu oszillieren. Allmählich lädt sich der Kondensator 104 auf, so daß die Basis des Transistors 103 immer weniger negativ und schließlich der Transistor nicht leitend wird. Die wirksame Zeitkonstante hängt dabei von der Kapazität des Kondensators 104 und vom Widerstandswert des Elementes 79, multipliziert mit dem Verstärkungsfaktor des Transistors 103/ab. Wird der Transistor 103 nicht leitend, so wirkt sich die Anfangskipp-Stufe 25 auf die Steuerung des Multivibrators 11 nicht mehr aus? dafür wird die AMf-Stufe 21 immer wirksamer und übernimmt schließlich die Steuerung der Ossillatorfrequenz«.

Beim Betrieb von nach der Erfindung hergestellten Pahrzeug-Detektorsystemen hat sich gezeigt, daß ein anfängliches Zeitintervall'von 10 bis 30 Sekunden erforderlich ist ₉ bis die AFI-Stufe 21 die Steuerung von der Anfangskippstufe 25 übernommen hat» Man hat beobachtet/ daß dieser Übergang

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der Steuerung gleichmäßig und weich, verläuft, wobei die Multivibratorfrequenz bei 10 kHz beginnt und langsam bis zu einer oberen Betriebsfrequenz im Bereich von 30 bis 100 kHz zunimmt.

Wie in Pig. 2 gezeigt, ist die gefilterte Ausgangsspannung von dem Schwingkreis 13 auf ein Niveau eingestellt, das, wie man beobachtet hat, -3 Volt beträgt und durch die horizontale linie 107 dargestellt ist. Normalerweise, d.h. wenn kein Fahrzeug in der Schleife 14 ist, stabilisiert sich die Schaltung auf einem Arbeitspunkt 108. In diesem Fall gibt die Kurve 109 die Beziehung zwischen der Oszillatorfrequenz und der auf der Leitung 17 auftretenden Spannung wieder. In dem Arbeitsbereich in der Nähe des Punktes 108 weist die Kurve 109 eine etwa konstante positive Neigung auf. Nimmt die Oszillationsfrequenz zu, so wird die Spannung stärker negativ und bewirkt als AFN-Spannung, daß die Multivibratorfrequenz abnimmt. Daher ist die Arbeitsweise des Systems um den Punkt 108 auf der Kurve 109 stabil.

Würde Jedoch aus irgendeinem Grund die Frequenz auf einen solchen Wert steigen, daß der Arbeitspunkt über das Maximum der Kurve 109 in deren negativ geneigten Teil verschoben wird, so würde die Arbeitsweise des Systems instabil und die Frequenz des Multivibrators 11 würde immer mehr zunehmen, wodurch die AFN-Stufe die Steuerung verlieren würde, Unter normalen Arbeitsbedingungen kommt es Jedoch nicht vor, daß die Frequenz des Multivibrators über den Stabilitätsbereich hinaus anwächst„ abgesehen von der beim anfänglichen Anschalten des Systems an das Netz auftretenden Einschwingperiode» Während dieser Periode ist keine negative All-Spannung zur Begrenzung der Multivibratorfrequenz vorhanden, und deshalb ist es erforderlich^ daß eine anfängliche negative Steuerspannung durch die Anfangskipp=-Stufe 25 zugeführt wird«

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Dies stellt sicher, daß der Multivibrator beim 'Einsehalten mit niedriger Frequenz zu oszillieren beginnt. Die !Frequenz steigt dann allmählich in Richtung des normalen Arbeitspunktes in dem Maße, wie die Anfangskipp-Stufe 25 wirkungslos wird und die API-Stufe 21 die Steuerung des Systems übernimmt. ^! .

Befindet sich kein Fahrzeug über der Schleife 14, so stellt sich das Detektorsystem beispielsweise auf den stabilen Arbeitspunkt 108 der Kurve 109 ein. Dabei ist die AFI-Spannung durch die dem Multivibrator 11 zugeführte Spannung bestimmt, die bewirkt, daß die gefilterte Gleichspannung am. Ausgang des Schwingkreises gleich der Bezugsspannung ist. Bewegt sich ein Fahrzeug über die Schleife, so ändern sich der Leistungsverbrauch und die Resonanzfrequenz des Schwingkreises, und das negative Spannungsniveau auf der Leitung sinkt auf den Punkt 111 ab. Dieser Spannungsabfall am Punkt 17 hat zur Folge, daß der Transistor 63 in den nicht leitenden und der Transistor 64 in den leitenden Zustand übergeht. Die Spannung auf der Leitung 17 wird deshalb weniger negativ,; wodurch die Diode 73 nicht leitend und der Kondensator 74 isoliert wird, der die AFN-Spannung und damit die Multivibratorfrequenz auf dem vorhergehenden Wert erhält. Obwohl also die negative Spannung auf der leitung 17 abfällt, bleibt die AFH-Spannung anfänglich konstant. Würde das Fahrzeug 15 die Schleife 14 sofort wieder verlassen, so würde selbstverständlich der negative Spannungspegel vom Punkt 111 zu dem normalen Arbeitspunkt 108 zurückkehren. Nimmt man an₉ daß das Fahrzeug eine längere Zeit (in der Größenordnung von 20 Minuten) auf der Schleife stehen bleibt, so verliert der Kondensator 74 allmählich seine Ladung durch Leckströme über den Darlingtonverstärker 75 bis 77 und den liderstahci 79· Durch die Entladung des Kondensators 74 bewegt sich der Arbeitspunkt des Systems von dem Punkt 111 längs der Kurve 112 zu einem

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neuen Arbeitspunkt 115, so daß die anfängliche Spannung auf der Leitung 17 wiederhergestellt wird und das System wieder normal arbeitsbereit ist, obwohl sich ein Fahrzeug über der Schleife befindet. Die neue AFF_TSpannung γ/ird durch die Steuerspannung am Multivibrator bestimmt, die nötig ist, um die Frequenz derart zu erhöhen, daß die gefilterte Ausgangsspannung des veränderten Schwingkreises gleich der auf der anderen Seite des Bezugsverstärkers 18 bestehenden Bezugsspannung wird. Uimmt man an, daß die Schleife 14 genügend groß ist (und zwei oder mehr Fahrbahnen überdeckt), so bewirkt ein zweites Fahrzeug die Betätigung des Relais, obwohl sich das erste Fahrzeug unbegrenzt über der Schleife befindet. -In diesem Fall arbeitet das Fahrzeug-Detektor-System nicht mehr nach der Kurve 109, sondern nach der in Fig. 2 gezeigten nach rechts versetzten Kurve 112, Angenommen, das Fahrzeug 15 sei für langer als 20 Minuten über der Schleife 14 stehen geblieben und das System habe sich auf der Kurve 112 stabilisiert, so wird, die Leitung 19 stärker negativ zu werden versuchen, wenn das Fahrzeug die Schleife plötzlich verläßt. In diesem Fall wird die Diode 75 leitend sein, so daß sieh der AFU-Pegel sofort ändert, die Frequenz des Multivibrators 11 sich verschiebt und das Sy&tem *zu der Kurve 109 zurückkehrt. Befinden sich die Schalter 82 und 92 in der in Fig. 3 gezeigten Stellung, so sieht man, daß das System das Fahrzeug für eine Zeit von ungefähr 20 Minuten "wahrnimmt", während der das Eelais 24 aktiviert ist. Bleibt das Fahrzeug unbegrenzt lange stehen, so stabilisiert sich das System schließlich und das Relais 24 fällt ab. In diesem Betriebszustand wird das System dann wieder funktionsfähig und nimmt weitere die Schleife 14 passierende Fahrzeuge wahr. Sollte das Fahrzeug 15 jedoch die Schleife plötzlich verlassen, so stabilisiert sich das System ohne Verzögerung wieder auf der ursprünglichen Kurve 109. Man sieht.also, daß die Verzögerungs-AFN-Stufe eine Verzögerung nur einer Polarität vermittelt und gestattet, daß das System, ein Fahrzeug für eine längere Zeitspanne wahrnimmt.

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Falls das System in einem Zeitpunkt ans Netz angesehaltet wird, in dem sich ein Fahrzeug über der Schleife befindet, so stabilisiert es sich zunächst (im Anschluß an die Einschwingperiode) auf der Kurve 112; sobald das Fahrzeug die Schleife verläßt arbeitet das System jedoch sofort gemäß der Kurve TO9. Daraus geht hervor, daß der Fahrzeug-Detektor selbst abstimmend ist. Wird eine gefertigte Einheit in. Betrieb genommen, und werden die Zuleitungskabel von der Schleife 14 richtig an/den Transformator 56 angeschlossen, so kann das System an Netz geschaltet werden, wird sich sofort selbst abstimmen und ohne irgendwelche' manuellen Justierungen betriebsbereit werden. Die jeweilige Frequenz und die Arbeits— kurve der AFN-Spannung sind durch die Parameter der Schleife und der Zuleitung (sowie durch den Kapazitätswert des in die Einheit eingebauten Elementes 54) bestimmt. Gewöhnlich wird die Installation eines Fahrzeug-Detektors so durchgeführt, daß man die Induktionsschleife in eine Straßendecke oder eine sonstige Fahrbahn einlegt und darauf die Schleife mit einer fertig hergestellten Einheit verbindet, die den Rest.der Schaltung nach den Fig. 1 und 3 umfaßt. Zur Zeit der Herstellung ist die Betriebsfrequenz nicht bekannt. Da alle Feldinstallationen von Induktionsschleifen einzigartig sind, hat jede unterschiedliche Kreisparameter, die aus dem Induktivitätswert der Schleife,dem Widerstands- und Kapazitätsbeiwert der leitungen, dem Yerlustwiderstand und der Streukapazität gegen Erde sowie sonstigen Verlusten bestehen,die der induktiven Kopplung zwischen der Schleife und den benachbarten Bauelementen oder Beton-Verstärkungsmaterialien zugeschrieben werden können. Die Frequenz der Anlage wird durch viele unbekannte Faktoren bestimmt und ist deshalb vor der Installation selbst unbekannt. Sie ist jedoch ohne Auswirkung, da sich das System stabilisiert und einen Arbeitspunkt zwischen 30 und 100 kHz sucht. Es hat sich gezeigt, daß der Multivibrator 11 gemäß der Erfindung in der Lage ist, Signale in

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diesem Frequenzband zu erzeugen und daß die AFH-Stufe 21 das System auf jeder beliebigen durch die unbekannten Parameter der Schleife und der Zuführung der jeweiligen Installation bestimmten Frequenz innerhalb dieses Bandes stabilisieren kann.

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Claims (10)

.Patentansprüche ■

1. Fahrzeug-Detektor mit einer in der Mähe einer Verkehrsstrecke angeordneten Induktionsschleife, gekennzeichnet durch einen astabilen Multivibrator (11) zur Erzeugung eines Oszillatorsignals mit durch einen Gleichspannungspegel gesteuerter Frequenz, einen an den Multivibrator angeschlossenen Schwingkreis (13) , an den die Induktionsschleife (H) angekoppelt ist, deren Parameter die Amplitude des Oszillatorsignals bestimmen, ferner einen an den Schwingkreis angeschlossenen Gleichrichter (16), der einen der Amplitude des Oszillatorsignals entsprechenden G-leichspannungspegel erzeugt, sowie eine Rückkopplungsschleife (21), die den Gleichspannungspegel dem 'Multivibrator zur Steuerung der Frequenz des Oszillatorsignals zuführt.

2. Fahrzeug-Detektor nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine an den Multivibrator (11) angeschlossene und diesen während einer Einschwingperiode steuernde Anfangskipp-Stufe (25), die aus einer Spaimungsquelle zur Erzeugung der steuernden Vorspannung sowie einem Zeitglied (79, 104) besteht, das dafür sorgt, daß am Ende der Einschwingperiode der vom 'Gleichrichter (16) abgegebene Spannungspegel die Steuerung des Multivibrators übernimmt.

3. Fahrzeug-Detektor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anfangskipp-Stufe (25) einen Transistor (103) umfaßt, dessen Basis über einen Kondensator (104) derart mit einer Spannungsquelle verbunden ist, daß er während der Einschwingperiode in dem die Steuerung des Multivibrators (11) bewirkenden leitenden Zustand ist und infolge der Kondensatoraufladung in den"nicht leitenden Zustand übergeht.

4. Fahrzeug-Detektor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Anfangskipp-Stufe (25) eine zwischen dem Kondensator

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(104) und Erde liegende Diode (105) umfaßt, die nicht leitend ist, so lange dem Detektorsystem Leistung zugeführt wird, beim Abschalten des Systems dagegen leitend wird und den Kondensator entlädt.

5. Fahrzeug-Detektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine zwischen dem Multivibrator (11) und dem Schwingkreis (13) liegende steuerbare Gleichstromquelle
(12), aus der während jeder zweiten Halbwelle des Oszillatorsignals dem Schwingkreis und damit der Induktionsschleife (H) Gleichstrom-Halbwellen zuführbar sind.

6. Fahrzeug-Detektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Multivibrator (11) einen
ersten und einen zweiten Transistor (27> 28), einen ersten
und einen zweiten jeweils kreuzweise zwischen den Transistoren eingeschalteten Kondensator (33> 35). sowie einen dritten und einen vierten Transistor (38; 39) umfaßt, von denen der
eine (38) die Entladung des ersten Kondensators (33) und der andere (39) die Entladung des zweiten Kondensators (35) steuert, wobei die Entladungsgeschwindigkeit der beiden Kondensatorenregelbar ist. ■-"■■- ■"-'.-■■-

7. Fahrzeug-Detektor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Multivibrator (11) einen dritten Kondensator (45) sowie eine erste und" eine zweite Diode (47; 48) umfaßt, von denen die eine (47) zwischen dem ersten Transistor (27) und dem
dritten Kondensator zur Gleichrichtung der von dem ersten Transistor kommenden Halbwellen und die andere (48) zwischen dem zweiten Transistor (28) und dem dritten Kondensator zur
Gleichrichtung der von dem zweiten Transistor kommenden zweiten Halbwellen eingeschaltet ist, während die Emitter-Vorspannung des dritten und des vierten Transistors (38; 39) durch
die ladung des dritten Kondensators bestimmt ist.

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8. Fahrzeug-Detektor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,

■ daß-der Multivibrator (11) einen als GleiehstrOmverstärker zwischen dem dritten Kondensator (45) und den beiden Dioden (47, 48) eingeschalteten fünften Transistor (44) umfaßt, der den dritten Kondensator entlädt und dadurch die Emittervorspannung erzeugt.

9. Fahrzeug-Detektor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Multivibrator (11) zur direkten Kopplung zwischen dem dritten Kondensator (45) und den beiden Dioden (47* 48) eine Sehaltdraht-Terbindung (46) umfaßt, durch die der fünfte Transistor (44) in den nicht leitenden und unwirksamen Zustand steuerbar, ist.

10. Fahrzeug-Detektor nach einem der vorhergehenden. Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Differentialverstärker (18), der die von dem Gleichrichter (16) abgegebene (Reichspannung mit einem Bezugspegel vergleicht und eine zweite der Amplitude des Oszillatorsignals am Schwingkreis (13) entsprechende Gleichspannung erzeugt«

11« Fahrzeug-Detektor nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Rüekkopplungsschleife aus einer Stufe. (21) zur automatischen Frecpienznachregelung besteht, die einen Speicherkondensator (74) umfaßt, ferner eine zwischen diesem und dem Differentialverstärker (18) eingeschaltete Diode (73), die Yeränderungen der Sleichrichter-Ausgangsspannung einer Polarität hindurchläßt und den Speicherkondensator lädt, sowie einen Darlington-ferstärker (75, 76, 77)* 3er von &$*& Speieherkondensator eine Freguenz-Steuerspannung' dem Multivibrator (ti) zuführt« :

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