DE1574079C3 - Fahrzeug-Detektor - Google Patents
Fahrzeug-DetektorInfo
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- DE1574079C3 DE1574079C3 DE19671574079 DE1574079A DE1574079C3 DE 1574079 C3 DE1574079 C3 DE 1574079C3 DE 19671574079 DE19671574079 DE 19671574079 DE 1574079 A DE1574079 A DE 1574079A DE 1574079 C3 DE1574079 C3 DE 1574079C3
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen Fahrzeug-Detektor der im Oberbegriff des Hauptanspruchs angegebenen
Gattung. Derartige Fahrzeug-Detektoren sind bekannt (US-PS 31 64 802).
Bei solchen Fahrzeug-Detektoren mit einer in einer Verkehrsstrecke angeordneten, beispielsweise in die
Fahrbahndecke einer Straße oder Autobahn eingebetteten Induktionsschleife besteht ein Hauptproblem 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 Laufe der Zeit funktionsunfähig wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diesen Nachteil zu vermeiden. Diese Aufgabe ist durch die im
kennzeichnenden Teil des Hauptanspruchs angegebenen Merkmale gelöst.
Sie gewährleisten, daß äußere, langsam einwirkende Einflüsse automatisch kompensiert werden.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den restlichen Ansprüchen gekennzeichnet.
Umfaßt der Fahrzeug-Detektor eine an den Multivibrator angeschlossene und diesen während der Ein-
schwingperiode 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, dann ist durch diese
Stufe auf einfache Weise gewährleistet, daß die Schaltung nach kurzer Einschwingzeit ihren normalen
Betriebszustand erreicht.
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,
dann wird die Gefahr vermieden, daß der Multivibratorkreis auf Null abfällt. Unabhängig von dem jeweiligen
Leitfähigkeitszustand wird nämlich jedem der beiden komplementären Multivibrator-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 Kopplung
keinerlei Vorspannung erzeugt wird.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im folgenden an Hand der Zeichnungen beschrieben; darin
zeigt
F i g. 1 ein Blockdiagramm des Fahrzeug-Detektors,
F i g. 2 in einer graphischen Darstellung den Frequenzgang der Rückkopplungsstufe und der Multivibratorfrequenz
und
F i g. 3 ein vollständiges Schaltbild des Fahrzeug-Detektors.
Gemäß F i g. 1 umfaßt der erfindungsgemäße Fahrzeug-Detektor einen astabilen oder freilaufenden
Multivibrator 11 zur Erzeugung eines Oszillatorsignals. An den Multivibrator ist eine Gleichstrom-Treiber-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, so wird zusätzlich Leistung
verbraucht und am Punkt 20 erscheint ein Abfall in der Signalamplitude. Ein Gleichrichter 16 erzeugt auf einer
Leitung 17 eine der Amplitude des Signals am 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
Frequenznachstimmung (AFN-Stufe) führt den Signalpegel am Punkt 19 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 anzeigendes Ausgangssignal
erzeugt. Wird die Schaltung anfänglich an Leistung geschaltet, so übernimmt anstelle der AFN-Stufe 21 eine
Anfangskipp-Stufe 25 die Steuerung des Multivibrators 11, derart, daß die Frequenz des Oszillatorsignals
anfänglich niedriger ist als die normale Frequenz. Die Anfangskipp-Stufe 25 arbeitet über einen Kreis mit
Zeitkonstante; dabei wirkt sich ihr steuernder Einfloß auf den Multivibrator 11 allmählich immer weniger aus
und hört schließlich ganz auf, wobei die Steuerung von der AFN-Stufe 21 übernommen wird. .
Gemäß Fig.3 umfaßt der Multivibrator 11 ein Paar
von Transistoren 27 und 28, die bezüglich der jeweiligen Basis- und Kollektorelektroden kreuzgeschaltet sind.
Ihre Emitter sind direkt mit Erde verbunden. Der Kollektor des Transistors 27 ist an eine negative
Spannungsquelle -E über einen Lastwiderstand 29 angeschlossen, während der Kollektor des Transistors
28 mit der negativen Spannungsquelle — E über Widerstände 31 und 32 verbunden ist. Die Basis des
Transistors 28 ist mit dem Kollektor des Transistors 27 über eine Diode 34 und einen Ladekondensator 33
verbunden. Die Basis des Transistors 27 ist an den Kollektor des Transistors 28 über eine Diode 36, einen
Ladekondensator 35 sowie eine weitere Diode 37 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 Ladekondensatoren 33 und 35. Auf diese
Weise verbinden die Transistoren 38 und 39 zusammen mit den Lastwiderständen 41 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 »blockiert« ist. 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.
Wird dieser Multivibrator 11 von einer Batterie betrieben, wobei -E eine negative Spannung von 12
Volt gegenüber Erde ist, so wird ein negativer Vorspannungspegel 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 erwünscht ist, den Multivibrator 11 aus einer 20-Volt-Quelle anstelle
einer 12-Volt-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 Rechteckwellen gleich; die gleichgerichteten Wellen werden in dem Kondensator 45
gespeichert und vermitteln auf der Leitung 43 die erforderliche negative Bezugsspannung. Wird die
Schaltdraht-Verbindung 46 aufgehoben, so besorgt der Transistor 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 Schaltdraht-Verbindung
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 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. 39 durchfließen. Das Leitfähigkeitsverhältnis der Transistoren 38 und 39 wird
durch ein negatives Vorspannungspotential gesteuert, das den Basis-Elektroden dieser Transistoren aus der
AFN-Leitung 49 zugeführt wird. Da die Entladungsgeschwindigkeit der Kondensatoren 33 und 35 die Dauer
der jeweiligen Halbwellen und damit die Frequenz des Multivibrators 11 bestimmt, ergibt sich, daß die auf der
Leitung 49 auftretende Vorspannung die Frequenz des vom Multivibrator 11 abgegebenen Oszillatorsignals
steuert.
Die 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 Spannungsquelle — E verbunden, während der Kollektor direkt mit dem Punkt 20 in Verbindung
steht, Signalimpulse von konstantem Strom führt und über den Schwingkreis 13 geerdet ist. Der Transistor 51
ist während jeder zweiten Halbwelle des Oszillatorsignals leitend und während der anderen Halbwellen
nicht leitend. Obwohl die am Punkt 52 auftretende Oszillatonvelle die typische Rechteckwelle am Ausgang
eines Multivibrators ist; hat sich gezeigt, daß die am Punkt 20 erscheinende Welle infolge des Klingeleffektes
des Schwingkreises 13 im wesentlichen sinusförmig ist
Der Resonanzkreis 13 umfaßt einen Kondensator 54 und die Induktionsschleife 14 sowie einen Widerstand
55. Die Schleife 14 ist an den Kondensator 54 über einen Transformator 56 angekoppelt. Der Resonanzkreis 13
ist beispielsweise geerdet, während die angekoppelte Schleife 14 erdfrei sein kann. Der Resonanzkreis 13 ist
an die Konstantstrom-Quelle 12 als Last angekoppelt, und normalerweise, d. h. wenn sich kein Fahrzeug in der
Nähe der Schleife 14 befindet, hat die Belastung des Kreises 12 durch den Resonanzkreis 13 im wesentlichen
einen konstanten Wert. Der Widerstand 55 liefert einen Beitrag zu der Last; ebenso tragen die Verluste der
Schleife 14 sowie ein Zuleitungskabel zwischen der Schleife 14 und dem Transformator 56 zu dem normalen
Wert der Last bei. Ein sich über die Schleife 14 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 — £ 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 Oszillatorsignais entsprechendes Gleichspannungspotential erzeugt.
Parallel zu dem Kondensator 61 ist als Entladungsweg ein Widerstand 62 geschaltet, dessen
Widerstandswert 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 Oszillatorsignals 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 Spannungsquelle — E und Erde eingeschalteten Spannungsteiler-Widerständen
66 und 67 bestimmt wird. Der Kollektor des Transistors 63 ist direkt mit der negativen
Spannungsquelle — 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 Gleichstrom-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 — E 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 Singalpegel der Leitung 19 wird durch die AFN-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 hindurchgelassen und in dem
Kondensator 74 gespeichert. Wird dieser Pegel stärker
negativ, so leitet die Diode 73 eine solche Änderung sofort weiter, und sie erscheint in dem Kondensator 74.
Wird jedoch der Spannungspegel auf der Leitung 19 weniger negativ, so wird die Diode 23 nicht 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, 77 stellt für den
Kondensator 74 eine hohe Impedanz dar. Die durch den Darlingtön-Verstärker weitergegebene AFN-Spannung
wird in einem weiteren Kondensator 78 gefiltert und über die Leitung 49 dem Multivibrator 11 zur
Frequenzsteuerung des Oszillatorsighals zugeführt. Ein Widerstand 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 14
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 Schaltstellung 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 AFN-Spannungspegel zu empfangen, während die Basis des Transistors 84 mit der Leitung 19 in
Verbindung steht, um den Gleichspannungspegel aus dem Bezugsverstärker 18 aufzunehmen. Wird der
Signalpegel auf der Leitung 19 weniger negativ gegenüber dem Normalwert, so wird die Diode 73 nicht
leitend, und die AFN-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 —Fliegt 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 posivit ist als wenn diese Dioden nicht
vorhanden wären. Dadurch wird erreicht, daß der Differentialverstärker 22 bereits die Leitfähigkeitszustände
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 Wirkung der Dioden 89 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 und 94 mit der negativen Spannungsquelle. Normalerweise ist der Transistor 93 leitend,
während der Transistor 94 nicht leitend ist, so daß kein Strom durch die Wicklung 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, wobei 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-Gliedes bestimmten vorher
eingestellten Impuls einen Impulsausgang zur Betätigung des Ausgangsrelais. Wie in F i g. 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 Diode geerdet ist. Während der Zeit, in der das System nicht an das Netz 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 Netzausfall hin wieder in
Betrieb genommen, so ist der Kondensator 104 entladen. Wird nun wieder eingeschaltet, so wird
während der Einschwingperiode die negative Spannung — ffüber den Kondensator 104 der Basis des Transistors
103 zugeführt. Der Transistor 103 wird leitend, so daß
die negative Spannungsquelle — E über die Leitung 49 zur Frequenzsteuerung des Multivibrators Il dient.
Während dieses Intervalls übernimmt die Anfangskipp-Stufe 25 anstelle der AFN-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
609 631/24
103 nicht leitend, so wirkt sich die Anfangskipp-Stufe 25 auf die Steuerung des Multivibrators 11 nicht mehr aus;
dafür wird die AFN-Stufe 21 immer wirksamer und übernimmt schließlich die Steuerung der Oszillatorfrequenz.
Beim Betrieb von nach der Erfindung hergestellten Fahrzeug-Detektorsystemen hat sich gezeigt, daß ein
anfängliches Zeitintervall von 10 bis 30 Sekunden erforderlich ist, bis die AFN-Stufe 21 die Steuerung von
der Anfangskippstufe 25 übernommen hat. Man hat beobachtet, daß dieser Übergang 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 F i g. 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 Il 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 AFN-Spannung zur Begrenzung der Multivibratorfrequenz vorhanden, und deshalb ist es
erforderlich, daß eine anfängliche negative Steuerspannung durch die Anfangskipp-Stufe 25 zugeführt wird.
Dies stellt sicher, daß der Multivibrator beim Einschalten 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 AFN-Stufe 21 die Steuerung des Systems übernimmt.
Befindet sich kein Fahrzeug über der Schleife 14, so stellt, sich das Detektorsysfem beispielsweise auf den
stabilen Arbeitspunkt 108 der Kurve 109 ein. Dabei ist die AFN-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 17 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 Multivibartorfrequenz auf dem vorhergehenden Wert
erhält. Obwohl also die negative Spannung auf der Leitung 17 abfällt, bleibt die AFN-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
ίο an, 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 Widerstand 79. Durch die
Entladung des Kondensators 74 bewegt sich der Arbeitspunkt des Systems von dem Punkt 111 längs der
Kurve 112 zu einem neuen Arbeitspunkt 113, 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 AFN-Spannung wird 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. Nimmt 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 länger 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 73 leitend sein, so daß sich
der AFN-Pegel sofort ändert, die Frequenz des Multivibrators 11 sich verschiebt und das System zu der
Kurve 109 zurückkehrt. Befinden sich die Schalter 82 und 92 in der in F i g. 3 gezeigten Stellung, so sieht man,
daß das System das Fahrzeug für eine Zeit von ungefähr 20 Minuten »wahrnimmt«, während der das Relais 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.
FaIIsx das System in einem Zeitpunkt ans Netz
angeschaltet 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 109. 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
Claims (11)
1. Fahrzeug-Detektor mit einer in einer Verkehrsstrecke angeordneten Induktionsschleife, welche die
Amplitude eines in einem freilaufenden Kippschwinger
erzeugten Signals über einen, Parameteränderungen erfassenden Schwingkreis beeinflußt und mit
einer nachgeschalteten Gleichrichterstufe, dadurch gekennzeichnet, daß der freilaufende
Kippschwinger durch einen astabilen Multivibrator (11) gebildet ist, der mit einer automatischen
Frequenznachstimmstufe (21) steuerbar ist und daß die in der Gleichrichterstufe (16) gebildeten und in
einem Bezugsverstärker (18) verstärkten Signale über eine Abzweigstelle (19) auf die automatische
Frequenznachstimmstufe (21) rückgekoppelt sind.
2. Fahrzeug-Detektor nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine eine an den Multivibrator (11)
angeschlossene und diesen während einer Einschwingperiode steuernde Anfangskipp-Stufe (25),
die aus einer Spannungsquelle 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 (H) 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 (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 (14) 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 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 Kondensatoren regelbar 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.
8. Fahrzeug-Detektor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Multivibrator (11) einen als
Gleichstromverstärker 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
Schaltdraht-Verbindung (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 Gleichspannung 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 Rückkopplungsschleife aus einer Stufe (21) zur automatischen Frequenznachregelung
besteht, die einen Speicherkondensator (74) umfaßt, ferner eine zwischen diesem und dem
Differentialverstärker (18) eingeschaltete Diode (73), die Veränderungen der Gleichrichter-Ausgangsspannung
einer Polarität hindurchläßt und den Speicherkondensator lädt, sowie einen Darlington-Verstärker
(75, 76, 77), der von dem Speicherkondensator eine Frequenz-Steuerspannung dem Multivibrator
(11) zuführt.
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US55444266 | 1966-06-01 | ||
US554442A US3373374A (en) | 1966-06-01 | 1966-06-01 | Self-tunable vehicle presence detector system |
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Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE1574079A1 DE1574079A1 (de) | 1972-01-05 |
DE1574079B2 DE1574079B2 (de) | 1975-12-11 |
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