DE19817008A1 - Verfahren und Anordnung zur Analyse von Verkehr sowie ein Sensor hierfür - Google Patents

Verfahren und Anordnung zur Analyse von Verkehr sowie ein Sensor hierfür

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Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung und ein Verfahren zur Ermittlung von Fahrzeugen oder anderen magnetisch permeablen Massen, deren Messung bezüglich der Anzahl, der Klassifizierung sowie Geschwindigkeit und/oder Länge.
Nach dem Stand der Technik sind Verkehrszähleinrichtungen bekannt, welche Schlauchanordnungen und magnetische Schleifen nutzen, um das Vorhandensein und/oder die Bewegung von Fahrzeugen zu ermitteln. Die Zähleinrichtung mittels Schlauchanordnung besteht aus einem Druckschlauch flexibler Länge, der über die Straße verlegt wird. An einem Ende des Schlauches ist ein Drucksensor positioniert um Änderungen des Luftdrucks zu ermitteln, wenn der Schlauch durch Räder zusammengepreßt wird. Nachteilig ist bei derartigen Straßenschläuchen die Anfälligkeit gegen Beschädigungen und Verschleiß sowie ihr Unvermögen, langsam fahrende Fahrzeuge zu zählen.
Magnetische Schleifensensoren bestehen aus einer Schleife oder Drahtspule, welche sich erdverlegt in der Straße befindet. Die Induktivität der Spule ändert sich, wenn diese von einem Fahrzeug passiert wird, infolge der hierdurch bedingte Störung des Erdmagnetfeldes. Diese Induktivitätsänderung kann elektronisch gemessen werden. Nachteilig ist beim magnetischen Schleifendetektor, daß seine Installation ein Öffnen der Straße erfordert sowie die Anfälligkeit des Detektors gegen Beschädigung infolge thermischer Ausdehnung der Straße sowie ferner sein Unvermögen, dicht aufeinander fahrende Fahrzeuge unterscheiden zu können.
Ein anderer Typ eines magnetisch permeablen Sensors ist in der US-PS 5 408 179 beschrieben von Sampey und anderen. Bei diesem Sensor werden auf einem ferromagnetischen Streifen leitfähige Windungen aufgebracht. Ein kleiner Permanentmagnet ist in der Nähe des einen Endes des ferromagnetischen Streifens positioniert. Der Magnet sorgt für eine lineare Vorspannung der B-H- Kurve, wobei die Steilheit im wesentlichen linear ist. Vermittels einer elektronischen Schaltung wird ein analoges Signal erzeugt, herrührend von der Induktivität der Windungen, wenn das Erdmagnetfeld gestört wird. Eine andere elektronische Schaltung digitalisiert das analoge Signal in zeitlich geteilten Intervallen, um eine Reihe von digitalisierten Werten zu erzeugen. Ein Mikroprozessor verarbeitet die digitalisierten Daten um ein erstes Zeitserienprofil zu erzeugen, welches zunächst die Anwesenheit und/oder Bewegung der magnetisch permeablen Masse kennzeichnet. Ein weiterer Sensor, welcher gleichartig dem erstbeschriebenen Sensor ist, wird gesondert von dem eben beschriebenen Sensor angeordnet in einem festen Abstand in Verkehrsrichtung der magnetisch permeablen Masse. Der Ausgang des zweiten Sensors wird gleichfalls digitalisiert durch eine elektronische Schaltung, um einen weiteren digitalen Datenstrom zu erzeugen. Der Mikroprozessor verarbeitet diese digitalisierten Werte, um ein zweites Zeitserienprofil zu erzeugen und um die äquivalente Positionen der ersten und zweiten Zeitserienprofile zu bestimmen.
Nachteilig ist bei diesem Sensor, daß ein 100 KHz-Anregungssignal angewendet wird, um die Spulenwindungen anzuregen, welches aber gleichzeitig unerwünschtes Rauschen in anderen Komponenten der elektronischen Schaltung erzeugt.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine neuartige Anordnung und ein Verfahren zur Ermittlung der Charakteristiken einer magnetisch permeablen Masse und zur Ermittlung der Geschwindigkeit einer magnetisch permeablen Masse anzugeben, die die vorgenannten und weitere Nachteile vermeidet Weitere Gegenstände der Erfindung sind für den Sachkundigen aus der Beschreibung zu entnehmen.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe zunächst durch einen Sensor zur Feststellung einer magnetisch permeablen Masse gelöst, welcher auf Störungen des in der Nähe des Sensors befindlichen Erdmagnetfeldes reagiert. Der Sensor umfaßt einen Magnetfelddetektor, welcher aus einem oder mehreren magnetisch variablen Widerständen gebildet wird. Ferner ist ein Flußkonzentrator derart angeordnet, daß der magnetische Fluß in Richtung des einen oder mehrerer magnetisch variabler Widerstände gerichtet wird. Vorspannungsmittel versorgen die elektrische Vorspannung des einen oder mehrerer magnetisch variabler Widerstände. Ein Verstärker erfaßt Widerstandsänderungen des einen oder mehrerer magnetisch variabler Widerstände und erzeugt hieraus ableitend ein Ausgangssignal. Ein Differenzbildner differenziert das Ausgangssignal des Verstärkers und ein Nulldurchgangsdetektor detektiert das Ausgangssignal des Differenzbildners und erzeugt ein binär gewandeltes Signal, wenn der Ausgang des Differenzbildners null ist. Ein Zähler sammelt Werte zu vorausbestimmten Raten und ein Prozessor speichert einen Wert des Zählers, wenn der Nulldurchgangsdetektor ein binär gewandeltes Signal erzeugt.
Der eine oder mehrere der magnetisch variablen Widerstände sowie der Flußkonzentrator sind in einer Baugruppe enthalten. Ein externer Flußkonzentrator ist an einem Ende der Baugruppe positioniert. Der externe Flußkonzentrator umfaßt einen Ansatz, welcher sich bis zum zentralen Teil der Baugruppe erstreckt; der Ansatz des externen Flußkonzentrators schließt ab mit dem Ende des angrenzenden einen oder mehrerer magnetisch variabler Widerstände. Der externe Flußkonzentrator verfügt über eine Permeabilität von etwa 35 000 bei 40 Gauß.
Nach einer anderen Ausführung sieht die Erfindung eine Anordnung zur Ermittlung der Geschwindigkeit einer magnetisch permeablen Masse vor, welche auf Störung des in der Nähe des Gerätes befindlichen Erdmagnetfeldes reagiert, bestehend aus einem ersten und zweiten Feldsensor. Jeder dieser beiden magnetischen Feldsensoren enthält einen magnetischen Felddetektor, hergestellt aus einem magnetisch variablen Widerstand. Ein erster Flußkonzentrator wird derart positioniert, daß der magnetischen Fluß in Richtung des magnetisch variablen Widerstandes konzentriert wird. Vorspannungsmittel versorgen eine elektrische Vorspannung des magnetisch variablen Widerstandes und ein Verstärker erfaßt Widerstandsänderungen des magnetisch variablen Widerstandes und erzeugt ein hieraus abgeleitetes Ausgangssignal. Ein Differenzbildner differenziert den Ausgang des Verstärkers und ein Nulldurchgangsdetektor detektiert den Ausgang des Differenzbildners und erzeugt ein binär gewandeltes Signal, wenn der Ausgang des Differenzbildners null ist. Die Anordnung umfaßt ferner einen Zähler, welcher die Werte zu vorausbestimmten Raten sammelt. Ein Prozessor speichert eine erste Werteserie des Zählers als Reaktion auf die vom Nulldurchgangsdetektor des ersten magnetischen Feldsensors erzeugten binär gewandelten Signale. Der Prozessor speichert ferner eine zweite Werteserie des Zählers als Reaktion auf die vom Nulldurchgangsdetektor des zweiten magnetischen Feldsensors erzeugten binär gewandelten Signale. Der Prozessor wandelt die erste Werteserie und die zweite Werteserie in ein erstes bzw. zweites Zeitserienprofil um. Der Prozessor mißt ferner eine Zeitdifferenz zwischen äquivalenten Positionen des ersten und zweiten Zeitserienprofils und errechnet die Geschwindigkeit der Massen als Funktion der Differenz.
Der magnetisch variable Widerstand wird aus einem Paar magnetisch variabler Widerstände gebildet, die Ende-an-Ende positioniert sind und einen Spalt zwischeneinander bilden. Der erste Flußkonzentrator ist an der gegenüberliegenden Seite des Paars der Ende-an-Ende magnetisch variablen Widerstände angeordnet. Ein externer Flußkonzentrator kann an den angrenzenden Seiten des ersten Flußkonzentrators, gegenüber dem Paar der Ende-an-Ende magnetisch variablen Widerstände, positioniert werden. Der externe Flußkonzentrator, angrenzend die eine Seite des Flußkonzentrators, besitzt einen Ansatz, welcher sich bis zu dem Paar der Ende-an-Ende magnetisch variablen Widerstände erstreckt und endet an einen Ende hiervon. Das Paar der Ende-an-Ende magnetisch variablen Widerstände ist im wesentlichen rechtwinklich zu einer Richtung des Verkehrs der Massen positioniert. Der Prozessor errechnet von einem der ersten Zeitserienprofile und der zweiten Zeitserienprofile eine Zeit, in der die Masse den entsprechenden ersten magnetischen Feldsensor und zweiten magnetischen Feldsensor passiert und die Länge der Masse, die hierbei durchläuft. Ein Kompensationsmittel ist ferner vorgesehen, zur Kompensierung einer Verzerrung innerhalb des Verstärkers.
Nach einer weiteren Ausführung der Erfindung ist ein Verfahren zur Zählung einen Ort passierender Fahrzeuge vorgesehen, wobei der Widerstand eines ersten magnetisch variablen Widerstands ermittelt wird als Reaktion auf das vorbeifahrende Fahrzeug. In Verbindung mit der Widerstandsänderung des ersten magnetisch variablen Widerstands wird ein erstes analoges Signal erzeugt und dieses erste analoge Signal wird differenziert. Es wird ein erstes binär gewandelte Signal erzeugt, welches seinen binären Status ändert, wenn die Kurve des differenzierten ersten analogen Signals gleich null wird. Eine erste Zeitserie wird aufgenommen, wenn das erste binär gewandelte Signal seinen binären Status ändert und ein erstes Zeitserienprofil wird von diesen aufgenommenen ersten Zeitserien erzeugt. Die Zählung der passierenden Fahrzeuge wird gesammelt und gespeichert als Funktion der ersten Zeitserienprofile.
Zur Ermittlung der Geschwindigkeit eines Fahrzeuges wird der Widerstand eines zweiten magnetisch variablen Widerstandes ermittelt in Bezug auf die hierbei passierenden Fahrzeuge. Der zweite magnetisch variable Widerstand ist abseits des ersten magnetisch variablen Widerstandes angeordnet. In Abhängigkeit vom Wechsel des Widerstandes des zweiten magnetisch variablen Widerstandes wird ein zweites analoges Signal erzeugt. Das zweite analoge Signal wird differenziert und ein zweites binär gewandelte Signal erzeugt, welches seinen binären Status ändert, wenn die Kurve des differenzierten zweiten analogen Signals gleich null wird. Es wird eine zweite Zeitserie aufgenommen, wenn das zweite binär gewandelte Signal seinen binären Status ändert. Ein zweites Zeitserienprofil wird von den aufgenommenen zweiten Serien erzeugt und zeitlich unterteilte äquivalente Positionen innerhalb der ersten Zeitserienprofile und der zweiten Zeitserienprofile bestimmt. Die vergangene Zeit zwischen den zeitlich unterteilten äquivalenten Positionen wird gemessen und die Geschwindigkeit der Fahrzeuge wird aus der vergangenen Zeit errechnet. Das Geschwindigkeitsergebnis der passierenden Fahrzeuge wird gesammelt und gespeichert.
Nach einer weiteren Ausführung ist eine Anordnung zur Zählung von Fahrzeugen, die einen Ort passieren, vorgesehen. Die Anordnung umfaßt einen ersten magnetisch variablen Widerstand, positionierbar um Wechsel in einem ersten Magnetfeld am Ort in Bezug auf hier vorbeifahrende Fahrzeuge zu ermitteln. Hierzu ist ein Verstärker mit dem ersten magnetisch variablen Widerstand verbunden, zur Erzeugung eines ersten analogen Signals in Verbindung mit der Änderung des Widerstandes des ersten magnetisch variablen Widerstands. Ein Konvertierungsmittel wandelt das erste analoge Signal in ein erstes Zeitserienprofil und eine Speicheranordnung sammelt und speichert eine Zählung der passierenden Fahrzeuge. Ein zweiter magnetisch variabler Widerstand ist positionierbar, um Änderungen des Magnetfeldes am Ort zu bestimmen, in Bezug auf die hier vorbeifahrenden Fahrzeuge. Der zweite magnetisch variable Widerstand ist räumlich abgeteilt vom ersten magnetisch variablen Widerstand, vorteilhafterweise in Verkehrsrichtung der Fahrzeuge. Die Verstärkeranordnung ist mit dem zweiten magnetisch variablen Widerstand verbunden zur Erzeugung eines zweiten analogen Signals entsprechend dem Wechsel des Widerstands des zweiten magnetisch variablen Widerstands. Die Konverteranordnungen wandeln das zweite analoge Signal in zweite Zeitserienprofile. Eine Meßanordnung mißt die verstrichene Zeit zwischen den zeitlich unterteilten äquivalenten Positionen innerhalb der ersten und zweiten Zeitserienprofile und errechnet die Geschwindigkeit der Fahrzeuge hiervon, wobei die Zählung bezüglich der Geschwindigkeit klassifiziert ist.
Die Erfindung soll an nachstehenden Zeichnungen erläutert werden. Es zeigen:
Fig. 1: ein Blockdiagramm, welches ein Schaltungsorganigramm für eine fahrzeugmagnetische Darstellung (VMI - vehicle magnetic imaging) nach der Erfindung illustriert;
Fig. 2: ein allgemeines und schematisches Diagramm der elektronischen Schaltung des VMI-Sensors nach Fig. 1;
Fig. 3: ein Planbild des magnetischen Detektors, wie er im VMI-Sensor nach Fig. 1 Anwendung findet;
Fig. 4 und 5: Seitenansichten des magnetischen Detektors nach Fig. 3, welche einen externen Flußkonzentrator an jeder Seite davon umfassen;
Fig. 6: ein exemplarisches Intensitätsprofil für den Führungssensor und dem verzögerten Sensor des VMI-Sensors nach Fig. 1;
Fig. 7: exemplarische Ausgangssignale des vorgelagerten Differenzbildners und des verzögerten Differenzbildners des VMI-Sensors nach Fig. 1 bei Stimulierung durch Intensitätsprofile nach Fig. 6;
Fig. 8: eine diagrammäßige Darstellung eines Verfahrens zur Bestimmung der Charakteristik einer magnetisch permeablen Masse;
Fig. 9: eine diagrammäßige Darstellung eines Verfahrens zur Bestimmung der Geschwindigkeit einer permeablen Masse und
Fig. 10: ein Blockdiagramm eines RF-Kommunikationsnetzwerkes, in welchem Informationen zwischen dem VMI-Sensor nach Fig. 1 und einem abgesetzten Datensammlungscomputer kommuniziert werden.
Fig. 1 zeigt ist eine fahrzeugmagnetische Darstellung VMI (vehicle magnetic imagin) mittels eines Sensors 2, der einen ersten oder auch Führungs- Magnetfeldsensor 4 und einen zweiten oder auch verzögerten Magnetfeldsensor 6 umfaßt. Der Ausgang des vorgelagerten Sensors 4 ist mit einem Führungs- Differenzbildner 8 verbunden sowie einem ersten Analog/Digital-Umsetzer (ADU) 10 der zu einem Mikroprozessors 12 gehört. Der Ausgang des verzögerten Sensors 6 ist mit einem verzögerten Differenzbildner 14 sowie einem zweiten Analog/Digital- Umsetzer (ADU) 16 des Mikroprozessors 12 verbunden.
Ein Kompensator oder auch digitales Potentiometer 18 stellt die selektive Verbindung zwischen einem Ausgang des Mikroprozessors 12 sowie den Eingängen des Führungssensors 4 und des verzögerten Sensors 6 her. Das digitale Potentiometer 18 erzeugt selektive Referenzsignale, auf die noch später eingegangen wird, für den Führungssensor 4 und den verzögerten Sensor 6 in Abhängigkeit von einem Steuersignal, das vom Mikroprozessor 12 erzeugt wird. Weiterhin ist ein Trocken/Feucht-Sensor 20 mit einem dritten Analog/Digital- Umsetzer (ADU) 22 des Mikroprozessors 12 verbunden. Der Trocken/Feucht-Sensor 20 liefert für den Mikroprozessor 12 Meßwerte hinsichtlich des Vorhandenseins bzw. der Abwesenheit von Feuchtigkeit auf einer Fahrbahn. Ein Temperatursensor 24 ist ferner mit einem vierten Analog/Digital-Umsetzer (ADU) 26 des Mikroprozessors 12 verbunden und liefert Meßwerte für den Mikroprozessor 12 hinsichtlich der Temperatur einer Straße. Der Mikroprozessor 12 umfaßt ebenfalls weitere interne Schaltungen, die jedoch aus Vereinfachungsgründen nicht in der Fig. 1 zu sehen sind. Der Mikroprozessor 12 ist ferner vorteilhafterweise mit einem Batterie gestützten RAM-Speicher 28 verbunden, einer Echtzeituhr (RTC) 30, einer Eingang/Ausgang (I/O) Schaltung 32 zur Programmierung und zum Einlesen der im Speicher 28 gespeicherten Daten und, optional, einem Digital-Signal-Prozessor (DSP) 34. Die bisher beschriebenen elektrischen und elektronischen Elemente sind in einer abgeschlossenen Umhüllung eingeschlossen (nicht dargestellt) und werden über aufladbare Batterien, die in der Umhüllung untergebracht sind, versorgt.
Eine vorteilhafte Anordnung sieht vor, daß der Führungssensor 4 und der verzögerte Sensor 6 in einem bestimmten, festgelegten Abstand voneinander angeordnet sind, vorteilhafterweise ca. 4 . . . 6 Inch (ca. 10 . . . 15 cm) in Richtung des Straßenverkehrs. Der Führungssensor 4 erzeugt ein erstes oder Führungsanalogsignal, welches auf einen Wechsel im Erdmagnetfeldstärke in der Nähe des Führungssensors 4 hinweist, als Ergebnis eines hier vorbeifahrenden Fahrzeuges wie z. B. eines Personenkraftwagen, eines Lastkraftwagen, eines Busses oder anderer magnetisch permeabler Massen. In gleicher Weise erzeugt der nachgeordnete Sensor 6 ein zweites oder verzögertes Analogsignal, welches auf einen Wechsel in der magnetischen Feldstärke in der Nähe des Sensors 6 hinweist, herrührend von einem hier vorbeifahrenden Fahrzeug.
Der Führungs-Differenzbildner 8 differenziert das erste Analogsignal, welches vom Führungssensor 4 generiert wird und erzeugt ein Ausgangssignal, welches seinen binären Status wechselt, wenn ein zuvor festgelegter Wechselwert im differenzierten ersten Analogsignalausgang des Führungssensors 4 ermittelt wird. Genauer gesagt ändert sich der binäre Status am Ausgang des Führungs- Differenzbildners 8, wenn die Ableitung des Analogsignalausgangs des Führungssensors 4 einen Wechsel auf null ergibt. Der binäre Wechsel am Ausgang des Führungs-Differenzbildners 8 versorgt eine erste Auffangschaltung 40 innerhalb des Mikroprozessors 12. Entsprechend differenziert der verzögerte Differenzbildner 14 das zweite Analogsignal, welches vom verzögerten Sensor 6 generiert wird, und erzeugt einen binären Wechsel am Ausgang, wenn die Ableitung des analogen Ausgangssignals des verzögerten Sensors 6 einen Wechsel auf null ergibt. Der binäre Wechsel am Ausgang des verzögerten Differenzbildners 6 versorgt eine zweite Auffangschaltung 42 innerhalb des Mikroprozessors 12.
Der Mikroprozessor 12 enthält ebenfalls einen Zähler 44, welcher mit der ersten Auffangschaltung 40 und der zweiten Auffangschaltung 42 verbunden ist. Der Zähler 44 ist ein Register innerhalb des Mikroprozessors 12, welcher Werte oder Zählungen zu einer vorherbestimmten Rate oder Frequenz Fc sammelt.
Die wechselnden Logikpegel des Führungs-Differenzbildners 8 und des verzögerten Differenzbildners 14 versorgen die zugehörige erste Auffangschaltung 40 und die zweite Auffangschaltung 42. Die erste Auffangschaltung 40 und die zweite Auffangschaltung 42 reagieren auf den binären Wechsel am Ausgang des zugehörigen Führungs-Differenzbildners 8 und des verzögerten Differenzbildners 14 durch Lesen des Stromwertes des Zählers 44. Die Zählerwerte, die von der ersten Auffangschaltung 40 gelesen werden und die der zweiten Auffangschaltung 42 werden im Speicher 28 abgelegt zur nachfolgenden Prozeßverarbeitung.
Zu einer geeigneten Zeit, während oder nach dem das Fahrzeug passiert hat, holt der Mikroprozessor 12 aus dem Speicher 28 die gespeicherten Zählungswerte heraus, herrührend von der ersten Auffangschaltung 40 und/oder von der zweiten Auffangschaltung 42 und erfaßt diese entweder in einer ersten Zeitserie oder Führungsprofil und/oder einer zweiten Zeitserie oder Verzögerungsprofil. Nach einem Gegenstand der Erfindung vergleicht der Mikroprozessor 12 das Führungsprofil oder das Verzögerungsprofil mit einem Musterprofil, welches im Speicher 28 abgelegt ist. Auf der Grundlage dieses Vergleiches bestimmt der Mikroprozessor 12 die Charakteristik des Fahrzeuges, wie, ohne Einschränkung, ob es sich bei dem Fahrzeug um einen Personenkraftwagen handelt oder einen Lastkraftwagen. Einmal ermittelt, sammelt und speichert der Mikroprozessor 12 einen Wert hinsichtlich des Passierens des Führungssensors oder des verzögerten Sensors durch das Fahrzeug im Speicher 28. Alternativ sammelt und speichert der Mikroprozessor 12 einfach eine Anzahl von Fahrzeugen danach bestimmt, den VMI- Sensor 2 passiert zu haben ohne Ausführung des zuvorgenannten Vergleiches.
In einer weiteren Ausführung detektiert der Mikroprozessor 12 zeitlich geteilte äquivalente Positionen im Führungsprofil und im verzögerten Profil. Nachdem die zeitlich geteilten äquivalenten Positionen im Führungsprofil und im verzögerten Profil detektiert wurden, errechnet der Mikroprozessor 12 die Geschwindigkeit eines Fahrzeuges als Funktion der verstrichenen Zeit zwischen diesen zeitlich getrennten äquivalenten Positionen. Einmal errechnet, wird die Geschwindigkeit des Fahrzeuges gesammelt und gespeichert im Speicher 28.
Nach einer weiteren Ausführung kann die Charakteristik des Fahrzeuges, wie z. B. Fahrzeugtyp und die Geschwindigkeit des Fahrzeuges, bestimmt werden in der oben beschriebenen Weise und separate Werte zu Fahrzeugcharakteristiken und Fahrzeuggeschwindigkeit gesammelt und im Speicher 28 gespeichert werden.
Hiervon ausgehend sollte auch darauf hingewiesen werden, daß ein VMI-Sensor 2 zur Ermittlung von Charakteristiken von Fahrzeugen, die diesen passieren, aus einem magnetischen Sensor hergestellt werden kann. Wenn jedoch gewünscht wird, die Geschwindigkeit eines Fahrzeuges, welches den VMI-Sensor 2 passiert, zu ermitteln, sind zwei voneinander in räumlichen Abstand zueinander zu plazierende magnetische Sensoren erforderlich.
Gemäß Fig. 2 und in Fortführung des unter Fig. 1 gesagten, enthalten der Führungssensor 4 und der verzögerte Sensor 6 je einen magnetischen Detektor 50. Der magnetische Detektor 50 wird von einem oder mehreren magnetisch variablen Widerständen 52 umfaßt. Vorteilhafterweise sind die magnetisch variablen Widerstände 52 1, 52 2, 52 3, 52 4 in Form einer WHEATSTONE'schen Brückenschaltung miteinander verbunden. Zwei gegenüberliegende Knotenpunkte der WHEATSTONE'schen Brückenschaltung werden mit der Gleichspannungsversorgung 54 verbunden. Die anderen zwei gegenüberliegenden Knotenpunkte der WHEATSTONE'schen Brücke sind mit der Verstärkerschaltung 56 verbunden. Die Verstärkerschaltung 56 enthält einen Differenzverstärker 58, einen Eingangswiderstand 60, der zwischen einem Ausgang der WHEATSTONE'schen Brücke und dem nichtinvertierenden Eingang des Differenzverstärkers 58 geschalten ist, einen Widerstand 62, welcher zwischen dem anderen Ausgang der WHEATSTONE'schen Brücke und dem invertierenden Eingang des Differenzverstärkers 58 geschalten ist. Zwischen dem Ausgang des Differenzverstärkers 58 und seinem invertierenden Eingang ist ein Rückkoppelnetzwerk geschalten, bestehend aus einer Rückkopplungsreihenschaltung der Widerstände 64 und 66 und einer Parallelkapazität 68. Ein Vorspannungswiderstand 70 ist zwischen der Masse und dem Knotenpunkt der Rückkopplungswiderstände 64, 66 geschalten. Ein Referenzsignal vom digitalen Potentiometer 18 versorgt den nichtinvertierenden Eingang des Differenzverstärkers 58 über einen Widerstand 72. Zwischen der Masse und der Seite des Widerstandes 72, die dem nichtinvertierenden Eingang des Differenzverstärkers 58 gegenüberliegt, ist ein Filterkondensator 74 geschalten, welcher Wechselspannungsanteile, die das Referenzsignal des digitalen Potentiometers 18 überlagern, herauszufiltern. Der Differenzverstärker 58 verstärkt die Ausgangssignale des magnetischen Detektors 50. Das verstärkte Ausgangssignal des Differenzverstärkers 58 wird den Analog/Digital-Umsetzern (ADU) 20 oder 16 und den Differenzbildnern 8 oder 14 zugeleitet. Jeder Differenzbildner 8, 14 enthält einen Eingangswiderstand 82. Ein Differenzbildner 88, welcher einen differenzierenden Kondensator 92 und einen Abflußwiderstand 94 umfaßt, ist mit der Seite des Eingangswiderstandes 82 verbunden, die gegenüber der Verstärkerschaltung 56 liegt. Der Ausgang des Differenzbildners 88 versorgt einen Nulldurchgangsdetektor 96. Der Nulldurchgangsdetektor 96 umfaßt einen Komparator 98, bestehend aus einem Abflußwiderstand 102, der den nichtinvertierenden Eingang desselben mit der Masse verbindet. Der invertierende Eingang des Komparators 98 ist über einen Kondensator 106 mit der Masse verbunden. Zwischen dem Ausgang des Komparators 98 und dem nichtinvertierenden Eingang desselben ist ein Rückkopplungswiderstand 108 geschalten. Der Ausgang des Komparators 98 ist mit einem Eingang eines Schmitt- Trigger NAND-Gatters 114 verbunden, dessen anderer Eingang über die Versorgungsspannung Vdd der Gleichspannungsversorgung 54 vorgespannt wird.
Der Ausgang des Nulldurchgangsdetektors 96 ist mit den Auffangregistern 40 oder 42 verbunden. Der Ausgang des Nulldurchgangsdetektors 96 verändert seinen Status immer dann, wenn ermittelt wird, daß der Ausgang der Differenzbildungsschaltung 88 auf null wechselt. Dieser Ausgang verändert jedoch nur seinen Status, wenn der Ausgang der Differenzbildungsschaltung 88 anfänglich auf null wechselt. Wenn der Ausgang der Differenzbildungsschaltung 88 für ein ausgedehntes Intervall gleich null wird, wie es der Fall ist, wenn sich ein Fahrzeug stationär in der Nähe des magnetischen Detektors 50 befindet, wird daher der Ausgang des Nulldurchgangsdetektors 96 nicht kontinuierlich seinen Status ändern.
Der Mikroprozessor 12 wird vorteilhafterweise in einen Ruhezustand oder Zustand geringer Leistungsaufnahme versetzt, bei Abwesenheit von Fahrzeugen in der Nähe der Sensoren 4, 6 innerhalb einer fest vorgegeben Zeit. Auf diese Art und Weise wird die eingebaute Batterie geschont. Wenn ein Fahrzeug den Führungssensor 4 und/oder den verzögerten Sensor 6 passiert, wird der Mikroprozessor 12 aus dem Ruhemodus durch ein Interrupt-Anforderungs-Signal (SIRQ: interrupt request), herrührend vom Ausgang des einen oder beider Differenzbildner, aktiviert. Zusätzlich zur Versorgung der Auffangschaltungen 40, 42 werden die Ausgänge der Differenzbildner 8, 14 zur Versorgung eines Interruptdekoders 116 herangezogen. Der Interruptdekoder 116 umfaßt ein ODER-Gatter 118 und ein NAND-Gatter 120.
Die Eingänge des ODER-Gaffers 118 sind mit den Ausgängen des Differenzbildners 8, 14 verbunden. Der Ausgang des ODER-Gatters 118 ist mit einem Eingang des NAND-Gatters 120 verbunden. Als Antwort auf den Empfang eines Interrupt- Request-Signals vom NAND-Gatter 120 wird der Mikroprozessor 12 aus dem Ruhemodus aktiviert und startet mit der Prozeßverarbeitung von Fahrzeugdaten bezüglich der vorbeifahrenden Fahrzeuge.
Der andere Eingang des NAND-Gatters 120 ist mit dem Interrupt-Rücksetz- Ausgang (IRST: interrup reset) des Mikroprozessors 12 verbunden. Der Interupt- Reset-Ausgang legt einen entsprechenden Logikpegel am Eingang des NAND- Gatters 120 fest, so daß der Mikroprozessor 12 keine Interrupt-Anforderungen empfangen kann, wenn er sich nicht im Ruhemodus befindet, d. h., wenn der Mikroprozessor 12 Fahrzeugdaten verarbeitet bezüglich vorbeifahrender Fahrzeuge. Bevor der Mikroprozessor 12 in den Ruhemodus versetzt wird, wird gleichfalls der interrupt-reset-Ausgang festgelegt, so daß vorbeifahrende Fahrzeuge das NAND- Gatter 120 dazu veranlassen, ein interrupt-request-Signal zu erzeugen, welches den Mikroprozessor 12 dann aus dem Ruhemodus aktiviert und dieser mit der Datenverarbeitung vorbeifahrender Fahrzeuge beginnt.
Eine bevorzugte Ausführung ist in Fig. 3 dargestellt, wobei der magnetische Detektor 50 auf einem Siliziumsubstrat 128 ausgebildet wird, welches in einer hermetisch gekapselten integrierten Schaltungsanordnung 130 angeordnet ist. Zwei der magnetisch variablen Widerstände 52, die mit den gegenüberliegenden Anschlüssen der WHIEATSTONE'schen Brücke verbunden sind, z. B. 52 1, 52 3 in Fig. 3, sind Ende-an-Ende positioniert und formen einen Spalt zwischeneinander. Die Ende-an-Ende Widerstände 52 1, 52 3 sind rechtwinklich bezüglich der Längsachse 132 der integrierten Schaltungsanordnung 130 ausgerichtet. Die anderen magnetisch variablen Widerstände der WHEATSTONE'schen Brücke, d. h. 52 2, 52 4, sind analog der Längsachse 132 der integrierten Schaltungsanordnung 130 ausgerichtet.
Die magnetisch variablen Widerstände werden ausgebildet durch Aufbringen auf das Siliziumsubstrat 128, wobei eine Mehrzahl von metallischen Dünnfilmen, von denen jeder eine Dicke von vorzugsweise weniger als 10 nm bzw. noch besser weniger als 5 nm besitzt, die räumlich getrennt durch eine nichtmagnetische Schicht im wesentlichen gleicher Dicke, angeordnet sind. Jeder dieser magnetisch variablen Widerstände 52 1 . . . 52 4 besitzt den gleichen Widerstandswert. Der Widerstand der WHEATSTONE'schen Brücke, verbunden durch die magnetisch variablen Widerstände 52 1 . . . 52 4, liegt vorteilhafterweise zwischen 5 und 30 kΩ bei Abwesenheit von einem magnetischen Feld.
Die magnetisch variablen Widerstände 52 1 . . . 52 4 vermindern ihren Widerstand, wenn sie einem Magnetfeld ausgesetzt werden. Diese Widerstandsverringerung wird verursacht durch die Spin-Abhängigkeit der Elektronenstreuung und die Spin- Polarisation der Elektronenleitung in magnetischen Schichten. Bei Schichten geeigneter Dicke sind benachbart liegende magnetische Schichten antiferromagnetisch untereinander mit den magnetischen Momenten jeder magnetischen Schicht gekoppelt und antiparallel in Bezug auf die benachbarten magnetischen Schichten ausgerichtet. Die Elektronenleitung, die Spin-polarisiert wird in einer magnetischen Schicht, erfährt bei Erreichen der Grenzschicht zur benachbart liegenden magnetischen Schicht mit antiparalleler Leitung der Elektronenspins eine Streuung. Diese Streuung führt zu einem großen Eigenwiderstand. Wenn jedoch ein äußeres Magnetfeld eingeschaltet wird, richtet sich die Elektronenleitung in benachbart liegenden ferromagnetischen Schichten aus. Diese Ausrichtung verkleinert die Spin-abhängige Streuung der Elektronenleitung hierbei und verringert den Widerstand der magnetisch variablen Widerstände.
Die magnetisch variablen Widerstände, aufgebracht auf dem Siliziumsubstrat, sind elektrisch verbunden in der WHEATSTONE'schen Brückenschaltung, unter Verwendung von dünnen Metallfilmverbindungen 134. Eine Schicht aus magnetischem Material 136 ist über einem Paar von magnetisch variablen Widerständen aufgetragen, z. B. 52 2, 52 4, an gegenüberliegenden Enden der WHEATSTONE'schen Brückenschaltung. Diese Schicht aus magnetischem Material 136 schirmt diese Widerstände gegen magnetische Felder ab. Daher werden diese abgeschirmten Widerstände 52 1, 52 4 in der WHEATSTONE'schen Brückenschaltung als Referenzwiderstände benutzt. Im Gegensatz hierzu ist es erwünscht, die anderen zwei gegenüberliegenden Widerstände der WHEATSTONE'schen Brückenschaltung, d. h. 52 1, 52 3, dem Magnetfeld auszusetzen. Um einen magnetischen Fluß zu ermöglichen, welcher auf die dem Magnetfeld ausgesetzten Widerstände 52 1, 52 3 gerichtet ist, sind Flußkonzentratoren 138 auf dem Siliziumsubstrat aufgebracht, an den gegenüberliegenden Seiten der Ende-an-Ende Widerstände 52 1, 52 3. Die Flußkonzentratoren 138, wie auch die Abschirmung 136 sind aus einer Schicht magnetischen Materials hergestellt, die auf das Siliziumsubstrat 128 aufgetragen wird. Die Flußkonzentratoren 138 vergrößern die Empfindlichkeit der magnetisch variablen Widerstände, vorzugsweise mit einem Konzentrationsfaktor zwischen 2 . . . 100. Der Flußkonzentrationsfaktor ist annähernd äquivalent der Länge von einem Flußkonzentrator 138, dividiert durch die Länge des Spaltes zwischen den Flußkonzentratoren 138.
Gemäß Fig. 4 sowie in Fortsetzung von Fig. 3 kann die Empfindlichkeit der dem Magnetfeld ausgesetzten Widerstände 52 1, 52 3 weiter vergrößert werden, durch Anordnung von äußeren Flußkonzentratoren 140 an den gegenüberliegenden Endes der integrierten Schaltungsanordnung 130. Die längsweise Achse jedes externen Flußkonzentrators 140 ist vorzugsweise ausgerichtet entlang der Längachse 132 der integrierten Schaltungsanordnung 130. Jeder externe Flußkonzentrator 140 besteht vorzugsweise aus einer abschirmenden Legierung, hergestellt von der Fa. AD-VANCE Magnetic, Inc., 625 Moroe Street, Rochester, Indiana 46975, und wird unter dem Handelsnamen AD-MU-80 gehandelt. Typische Eigenschaften des AD-MU-80 unter Gleichspannung umfassen eine Anfangspermeabilität von 35 000 bei 40 Gauß, eine Permeabilität von 45 000 zwischen 100 . . . 200 Gauß, eine maximale Permeabilität von 350 000 und eine Sättigungsinduktivität von 8200 Gauß.
Gemäß Fig. 5 und in Fortsetzung von Fig. 3 und 4 kann die Empfindlichkeit der dem Magnetfeld ausgesetzten Widerstände 52 1, 52 3 weiter vergrößert werden durch Anordnung des externen Konzentrators 140 näher an die dem Magnetfeld ausgesetzten Widerstände 52 1, 52 3. An diesen Enden besitzt jeder externe Flußkonzentrator 140 vorzugsweise einen Ansatz 142, welcher sich von einem Ende der integrierten Schaltungsanordnung 130 bis zum anderen Ende desselben erstreckt. Die mittigen Enden der Ansätze 142 sind in ihrem räumlichen Verhältnis begrenzt und formen einen Spalt 144 zwischen ihnen. Vorzugsweise sind die Ansätze 142 an den einander gegenüberliegenden Seiten der Ende-an-Ende positionierten magnetisch variablen Widerstände 52 1, 52 3 begrenzt.
Unter Rückblick auf die Fig. 1 und 2 überwachen der erste Analog/Digital-Umsetzer (ADU) 10 und der zweite Analog/Digital-Umsetzer (ADU) 16 jeweils den Führungssensor 4 bzw. den verzögerten Sensor 6, um auftretende Verschiebungen in den Ausgangssignalen zu erkennen in Bezug auf eine Ruhebedingung, wie z. B. die örtlichen Magnetfeldbedingungen, einer stationären magnetisch permeablen Masse und/oder bewegenden magnetisch permeablen Massen. Wenn eine Verschiebung im elektrischen Ausgang erkannt wird über ein fest vorgegeben es Intervall, erzeugt der Mikroprozessor 12 ein Steuersignal für das digitale Potentiometer 18, um den Wert des ersten Referenzsignals und/oder des zweiten Referenzsignals einzustellen. Ein Wechseln des Wertes des ersten Referenzsignals und/oder des zweiten Referenzsignals ändert die jeweilige Vorspannung am nichtinvertierenden Eingang des Differenzverstärkers 58 des Führungssensors 4 und des verzögerten Sensors 6. Somit kann der Ausgang des Führungssensors 4 und/oder des verzögerten Sensors 6 eingestellt werden, um die Ruhebedingung zu kompensieren.
Gemäß Fig. 6 und 7 und in Fortsetzung der Fig. 1 und 2 befindet sich der Ausgang des Führungssensors 4 als Antwort auf ein vorrüberfahrendes Fahrzeug am gegenwärtigen Testpunkt null (TP0) und der Ausgang des verzögerten Sensors 6 am gegenwärtigen Testpunkt zwei (TP2). Wie aus Fig. 6 ersichtlich, ist das Signal an TP2 in zeitlicher Form verschoben gegenüber dem Signal an TP0. Die Signale an TP0 und TP2 sind aus Illustrationsgründen leicht unterschiedlich dargestellt. Gemäß Fig. 7 ändert sich zu jeder Zeit, an der das differenzierte Signal an TP0 in Richtung null wechselt, der Ausgang des Führungs-Differenzbildners 8, der gegenwärtig am Testpunkt eins (TP1) ist, der binäre Status. Entsprechend ändert sich zu jeder Zeit, an der das differenzierte Signal an TP2 in Richtung null wechselt, der Ausgang des verzögerten Sensors 6, der gegenwärtig am Testpunkt eins (TP3) ist, der Status. Wie bereits in Fig. 7 dargestellt, solange der Startlogikwert eins beträgt, kann der Startwert des Ausgangs der Differenzbildner 8, 14, die sich gegenwärtig an TP1 und TP3 befinden, ebenfalls logisch null sein. Die Signalpegel an TP1 und TP3, wie dargestellt in Fig. 5, sind aus Illustrationsgründen als in der Amplitude verschoben dargestellt.
Die Auffangschaltungen 40, 42 tasten den Ausgang der Differenzbildner 8, 14 etwa alle 8 Mikrosekunden ab. Wenn ein Wechsel im Ausgang detektiert wird durch die erste Fangschaltung 40 und/oder die zweite Fangschaltung 42, liest die Fangschaltung, welche den Wechsel ermittelt hat, den Stromwert des Zählers 44 und speichert den Wert im Speicher 28 zur nachfolgenden Verarbeitung in eine ersten Zeitserie oder Führungsprofil und/oder eine zweiten Zeitserie oder verzögertem Profil.
Gemäß Fig. 8 ist in Form eines Flußdiagramms ein Verfahren zur Ermittlung der Charakteristiken von magnetisch permeablen Massen dargestellt. Am Schritt 150 wird ein Wechsel im Erdmagnetfeld detektiert an einem festen Ort. Beim Schritt 152 wird ein analoges Signal erzeugt, entsprechend dem Wechsel im Erdmagnetfeld. Das analoge Signal wird bei Schritt 154 differenziert. Beim Schritt 156 wird ein binärer gewechseltes Signal erzeugt, wenn das differenzierte analoge Signal auf null wechselt. Die Zeiten, an denen das binär gewechselte Signal seinen Status ändert, werden aufgezeichnet beim Schritt 158. Beim Schritt 160 wird ein Zeitserienprofil geschaffen, aus den aufgenommenen Zeiten. Das Zeitserienprofil wird mit einem gespeicherten Profil verglichen beim Schritt 162 und beim Schritt 164 wird die Charakteristik der Massen aus dem Vergleich ermittelt. Eine Zählung der Massen, die die ermittelte Charakteristik besitzen, wird bei Schritt 166 ermittelt und die Zählung wird bei Schritt 169 gespeichert.
Gemäß Fig. 9 ist in Form eines Flußdiagramms ein Verfahren zur Ermittlung der Geschwindigkeit einer magnetisch permeablen Masse dargestellt. Im Schritt 170 wird ein erster Wechsel und ein zweiter Wechsel im Erdmagnetfeld detektiert an einem ersten Ort und einem zweiten Ort, der sich räumlich getrennt hiervon in einem festen Abstand befindet, in Verkehrsrichtung der Massen. Beim Schritt 172 werden ein erstes Analogsignal und ein zweites Analogsignal erzeugt, entsprechend dem zugehörigen ersten Wechsel und zweiten Wechsel im Erdmagnetfeld. Das erste Analogsignal und das zweite Analogsignal werden bei Schritt 174 differenziert. Bei Schritt 176 werden ein erstes binär gewechseltes Signal und ein zweites binär gewechseltes Signal erzeugt, wenn das zugehörige differenzierte erste Analogsignal und zweite Analogsignal auf null wechselt. Die Zeiten zwischen dem ersten binär gewechselten Signal und dem zweiten binär gewechselten Signal ihren binären Status ändern, werden bei Schritt 178 aufgezeichnet. Beim Schritt 180 werden ein erstes Zeitserienprofil und ein zweites Zeitserienprofil erzeugt aus den aufgenommenen Zeiten des entsprechenden ersten binär gewechselten Signals und des zweiten binär gewechselten Signals. Die ersten Zeitserienprofile und die zweiten Zeitserienprofile werden beim Schritt 182 verglichen und äquivalente Positionen des ersten Zeitserienprofils und des zweiten Zeitserienprofils am Schritt 184 ermittelt. Beim Schritt 186 wird die vergangene Zeit zwischen den äquivalenten Positionen gemessen und bei Schritt 188 die Geschwindigkeit der Masse, errechnet als Funktion der vergangenen Zeit.
Gemäß Fig. 10 sowie in Fortsetzung von Fig. 1 wird der vorbeschriebene VMI- Sensor 2 in der praktischen Anwendung auf der Straßenoberfläche befestigt oder unterhalb der Straßenoberfläche vergraben. Da der VMI-Sensor 2 über einen begrenzten Speicher 28 verfügt ist es erforderlich, gelegentlich die darin gespeicherten Informationen in einen Datensammlungscomputer 194 zur Analyse zu überführen. Nach einer Ausführung wird die im VMI-Sensor 2 gespeicherte Information in einen Datensammlungscomputer 194 vermittels einer körperlichen Leitung (dargestellt in der Phantomschaltung gemäß Fig. 10) übertragen, die den Mikroprozessor 12 und den Sammelcomputer 194 verbindet. Ein Problem bei der Verwendung von körperlichen Leitungen besteht jedoch in der Notwendigkeit, die Leitung zwischen dem VMI-Sensor 2 und dem Datensammlungscomputer 194 zu verlegen. Das ist insbesondere ein Problem auf stark befahrenen Straßen oder bei Anwendungen, in denen der VMI-Sensor 2 unter der Straßenoberfläche verlegt ist. Ein anderes Problem bei der Verwendung von festen Leitungen besteht in dem Erfordernis periodischer Inspektionen des installierten VMI-Sensors 2, um die Daten einzusammeln. Um diese und andere Probleme zu lösen enthält der VMI- Sensor 2 nach der Erfindung einen Hochfrequenzsender (RF) 190, welcher zur Datenübertragung zwischen dem VMI-Sensor 2 und einem straßenrandigen Sende- Empfangsgerät 192 benutzt wird.
Gemäß Fig. 1 ist der Hochfrequenzsender (RF) 190 angeordnet, um Daten und Steuersignale vom Mikroprozessor 12 zu empfangen. Da der VMI-Sensor 2 batteriegespeist arbeitet, ist auch die Ausgangsleistung der Hochfrequenz-Sende- Empfangseinrichtung 190 begrenzt. Daher ist es notwendig, die straßenrandige Sende-Empfangseinrichtung 192 örtlich in der Nähe, z. B. 30 Meter, des VMI- Sensors 2 zu haben, um die Hochfrequenzsignale der Hochfrequenz-Sende- Empfangseinrichtung 190 zu empfangen.
Vorzugsweise ist die straßenrandige Sende-Empfangseinrichtung 192 eine fest installierte Sende-Empfangseinrichtung die innerhalb des Bereiches der Hochfrequenz-Sende-Empfangseinrichtung 190 des VMI-Sensors 2 angeordnet ist. Die straßenrandige Sende-Empfangseinrichtung 192 umfaßt vorzugsweise einen Signalverstärker (Booster), welcher die Kommunikation vom VMI-Sensor 2 zur abgesetzten Basisstation 196 gestattet.
Zu einer geeigneten Zeit überträgt der VMI-Sensor 2 die im Speicher 28 gespeicherten Daten zur straßenrandigen Sende-Empfangseinrichtung 192 vermittels des Hochfrequenzsenders 190. Die straßenrandige Sende- Empfangseinrichtung 192 empfängt die Daten vom VMI-Sensor 2 und überträgt die Daten zur Basisstation 196. Die durch die Basisstation 196 empfangenen Daten werden zum Datensammlungscomputer 194 geroutet zur geeigneten Verarbeitung. Ein Vorteil dieser Anordnung besteht darin, daß eine fest angeordnete straßenrandige Sende-Empfangseinrichtung 192 verwendet werden kann, um Daten von einer oder mehrerer Hochfrequenz-Sende-Empfangseinrichtungen 190 zur Basisstation zu übertragen. Darüber hinaus kann ein Netzwerk von Hochfrequenz-Sende-Empfangseinrichtungen 190 und straßenrandigen Sende- Empfangseinrichtungen 192 verwendet werden, um die Basisstation 196 zu versorgen mit Angaben zu Fahrzeugbewegungen an einer Vielzahl unterschiedlicher Standorte. Das ist insbesondere vorteilhaft für die Auswertung von Verkehrsmustern über ein weites geographisches Gebiet.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein VMI-Sensor 2 und ein Verfahren zur Ermittlung von Fahrzeugcharakteristiken und zur Ermittlung der Geschwindigkeit eines Fahrzeuges vorgeschlagen.
Die Erfindung wurde beschrieben in Verbindung mit bevorzugten Ausgestaltungen. Naheliegende Modifikationen und Alternativen sind dem Sachkundigen beim Lesen und Verstehen der vorausgegangen detaillierten Beschreibung erkennbar. Der magnetisch variable Widerstand 52 kann z. B. einen magnetisch variablen Widerstand 52 umfassen, der mit einer geeigneten elektronischen Schaltungsanordnung (nicht dargestellt) verbunden ist, welche ein Ausgangssignal erzeugt, das in Abhängigkeit von Widerstandsänderungen des einen magnetisch variablen Widerstandes, als Reaktion auf Magnetfeldänderungen, erzeugt wird. Der Ausgang eines derartigen Magnetfeldsensors könnte einen Differenzbildner 88 versorgen und der Nulldurchgangsdetektor 96 in gleicher Weise fortsetzen in Verbindung mit der Gestaltung nach Fig. 2. Nach einer weitem möglichen Ausführung können die Differenzbildner 8, 14 weggelassen werden und der erste Analog/Digital-Umsetzer (ADU) 10 und der zweite Analog/Digital-Umsetzer (ADU) 16 könnten für periodische Abtastungen verwendet werden, z. B. alle 250 Mikrosekunden, des Ausgangs des Führungssensors 4 und des verzögerten Sensors 6 und um hieraus entweder das erste Zeitserienprofil oder das zweite Zeitserienprofil zu generieren. Darüber hinaus könnte, bei Anwendung einer ausreichenden Vorspannung, der magnetisch variable Widerstand 52 direkt mit seinem zugehörigen Analog/Digital-Umsetzer (ADU) 10, 16 und/oder Differenzbildner 8, 14 verbunden werden. Es ist beabsichtigt, daß die Erfindung alle derartigen Modifikationen und Alternativen mit umfaßt, insoweit diese in den Schutzumfang der beigefügten Ansprüche oder Äquivalente hiervon reichen.

Claims (20)

1. Sensor zum Detektieren einer magnetisch permeablen Masse, bei Störung des Erdmagnetfeldes in der Nähe des Sensors,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Sensor umfaßt:
einen Magnetfelddetektor, bestehend aus einem oder mehreren magnetisch variablen Widerständen;
einen Flußkonzentrator zur Konzentration des magnetischen Flusses in Richtung des einen oder mehrerer magnetisch variabler Widerstände;
Vorspannungsmittel zur Herstellung eine elektrischen Vorspannung für den einen oder mehrere magnetisch variable Widerstände;
einen Verstärker zur Ermittlung von Widerstandsänderungen des einen oder mehrerer magnetisch variabler Widerstände und zur Erzeugung eines entsprechenden Ausgangssignals hiervon;
einen Differenzbildner zur Differentiation des Ausgangssignals der Verstärkers;
einen Nulldurchgangsdetektor zum Detektieren des Ausgangs des Differenzbildners und zur Erzeugung eines binär gewandelten Signals, wenn der Ausgang des Differenzbildners null wird;
einen Zähler, welcher die Werte zu vorher festgelegten Raten sammelt und einen Prozessor zur Speicherung eines Wertes des Zählers, wenn der Nulldurchgangsdetektor das binär gewandelte Signal erzeugt zur Umwandlung in ein erstes Zeitserienprofil des gespeicheiten Zählerwertes und zur Sammlung und Speicherung einer Zählung von Massen, die den Sensor passieren.
2. Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der eine oder mehrere magnetisch variable Widerstände und der Flußkonzentrator in einer Baugruppe enthalten sind.
3. Sensor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß weiterhin ein externer Flußkonzentrator an einem Ende der Baugruppe angeordnet ist.
4. Sensor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der externe Flußkonzentrator einen Absatz enthält, welcher sich bis zum zentralen Teil der Baugruppe erstreckt und daß der Absatz am mittigen Ende begrenzt ist, nahe des einen oder mehrerer magnetisch variabler Widerstände.
5. Sensor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der externe Flußkonzentrator eine Permeabilität von etwa 35 000 bei 40 Gauß besitzt.
6. Anordnung zum Detektieren der Geschwindigkeit einer magnetisch permeablen Masse, bei Störung des Erdmagnetfeldes in der Nähe der Anordnung,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Anordnung umfaßt:
  • a) einen ersten und zweiten Magnetfeldsensor, von denen jeder enthält:
    einen Magnetfelddetektor, bestehend aus einem magnetisch variablen Widerstand;
    einen ersten Flußkonzentrator zur Konzentration des magnetischen Flusses in Richtung des magnetisch variablen Widerstands;
    Vorspannungsmittel zur Versorgung des magnetisch variablen Widerstandes mit einer elektrischen Vorspannung;
    einen Verstärker zur Erfassung von Widerstandsänderungen des magnetisch variablen Widerstands und zur Erzeugung eines entsprechenden Ausgangssignals hiervon;
    einen Differenzbildner zur Differentiation des Ausgangssignals des Verstärkers;
    einen Nulldurchgangsdetektor zum Detektieren des Ausgangs des Differenzbildners und zur Erzeugung eines binär gewandelten Signals, wenn der Ausgang des Differenzbildners null ist;
  • b) einen Zähler, welcher die Werte zu zuvor festgelegten Raten sammelt und
  • c) einen Prozessor zur Speicherung einer ersten Serie von Werten des Zählers, als Antwort auf die vom Nulldurchgangsdetektor des ersten Magnetfeldsensors erzeugten binär gewandelten Signals, zur Speicherung einer zweiten Serie von Werten des Zählers als Antwort auf die vom Nulldurchgangsdetektor des zweiten Magnetfeldsensors erzeugten binär gewandelten Signals, zur Umwandlung der ersten Serie von Werten in ein erstes Zeitserienprofil, zur Umwandlung der zweiten Serie von Werten in ein zweites Zeitserienprofil, zur Messung einer Zeitdifferenz zwischen äquivalenten Positionen im ersten Zeitserienprofil und dem zweiten Zeitserienprofil und zur Berechnung der Geschwindigkeit der Masse als Funktion der Differenz.
7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der magnetisch variable Widerstand aus einem Paar magnetisch variabler Widerstände gebildet wird, die Ende-an-Ende positioniert sind und zwischeneinander einen Spalt formen und daß der erste Flußkonzentrator an der gegenüberliegenden Seite des Paares der Ende-an-Ende magnetisch variablen Widerstände positioniert ist.
8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein externer Flußkonzentrator in der Nähe der Seite des ersten Flußkonzentrators, gegenüber dem Paar der Ende-an-Ende magnetisch variablen Widerstände, positionierbar ist.
9. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der externe Flußkonzentrator, nahe der einen Seite des Flußkonzentrators, einen Absatz besitzt, welcher sich in Richtung der Ende-an-Ende magnetisch variablen Widerstände erstreckt und begrenzt ist in der Nähe eines mittigen Endes hiervon.
10. Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Ende-an-Ende magnetisch variablen Widerstände substantiell rechtwinklig zur Richtung des Verkehrs der Masse positionierbar sind.
11. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Prozessor aus aus dem ersten Zeitserienprofil und dem zweiten Zeitserienprofil eine Zeit errechnet, in welcher sich die Masse über dem entsprechenden ersten Magnetfeldsensor und zweiten Magnetfeldsensor befindet, sowie die Länge der hierbei passierenden Masse.
12. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß weiterhin Kompensationsmittel zur Kompensation einer Vorspannung bzw. Vormagnetisierung auf den Verstärker enthalten sind.
13. Verfahren zur Zählung von Fahrzeugen, die einen Ort passieren, dadurch gekennzeichnet, daß folgende Schritte umfaßt sind:
Detektieren von Widerstandsänderungen eines ersten magnetisch variablen Widerstandes im Ergebnis von passierenden Fahrzeugen;
Erzeugen eines ersten Analogsignals entsprechend den Widerstandsänderungen des ersten magnetisch variablen Widerstandes;
Differentiation des ersten Analogsignals;
Herstellung eines ersten binär gewandelten Signals, welches seinen binären Status ändert, wenn die Kurve des differenzierten ersten Analogsignals reich null ist;
Aufnahme einer ersten Zeitserie, wenn das erste binär gewandelte Signal seinen binären Status wechselt;
Herstellung eines ersten Zeitserienprofils aus den aufgenommenen ersten Zeitserien und
Sammlung und Speicherung einer Zählung passierender Fahrzeuge als Funktion der ersten Zeitserienprofile.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß ferner folgende weitere Schritte umfaßt sind:
Detektion von Widerstandsänderungen des zweiten magnetisch variablen Widerstandes, als Antwort auf hierbei passierende Fahrzeuge, wobei der zweite magnetisch variable Widerstand in räumlichen Abstand zum ersten magnetisch variablen Widerstand angeordnet ist;
Erzeugung eines zweiten Analogsignals entsprechend der Widerstandsänderung des zweiten magnetisch variablen Widerstandes;
Differentiation des zweiten Analogsignals;
Herstellung eines zweiten binär gewandelten Signals, welches seinen binären Status ändert, wenn die Kurve des differenzierten zweiten Analogsignals gleich null ist;
Aufnahme einer zweiten Zeitserie, wenn das zweite binär gewandelte Signal seinen binären Status ändert;
Herstellung eines zweiten Zeitserienprofils aus den aufgenommenen zweiten Zeitserien und
Sammlung und Speicherung der Zählung passierter Fahrzeuge als eine Funktion der zweiten Zeitserienprofile.
15. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß folgende Schritte umfaßt sind:
Vergleich des ersten Zeitserienprofils mit einem Referenzzeitserienprofil;
Bestimmung von Fahrzeugcharakteristiken, die den Ort passieren, aus dem Vergleich.
16. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der gespeicherte Wert der passierenden Fahrzeuge zumindest einen enthält aus der Summe der passierenden Fahrzeuge und dem Typ der passierenden Fahrzeuge.
17. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß folgende Schritte umfaßt sind:
Ermittlung abstandsweiser äquivalenter Positionen innehalb der ersten Zeitserienprofile und der zweiten Zeitserienprofile;
Messung der vergangenen Zeit zwischen den abstandsweisen äquivalenten Positionen und
Errechnung der Geschwindigkeit des Fahrzeuges aus der vergangenen Zeit.
18. Anordnung zur Zählung von Fahrzeugen, die einen Ort passieren, dadurch gekennzeichnet,
daß ein erster magnetisch variabler Widerstand derart anordenbar ist, daß Änderungen im Magnetfeld an dem Ort im Ergebnis von dabei passierenden Fahrzeugen, detektierbar sind;
daß eine Verstärkeranordnung mit dem ersten magnetisch variablen Widerstand verbunden ist, zur Erzeugung eines ersten Analogsignals entsprechend den Widerstandsänderungen des ersten magnetisch variablen Widerstandes;
daß eine Konverteranordnung zur Umwandlung des ersten Analogsignals in ein erstes Zeitserienprofil umfaßt ist sowie
Speichermittel zur Sammlung und Speicherung eines Zählwertes passierender Fahrzeuge.
19. Anordnung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet,
daß
  • a) ein zweiter magnetisch variabler Widerstand zum Detektieren von Änderungen im Magnetfeld an dem Ort, hervorgerufen durch passierende Fahrzeuge, positionierbar ist, wobei der zweite magnetisch variable Widerstand in Abstand zum ersten magnetisch variablen Widerstand angeordnet ist;
    daß das Verstärkermittel mit dem zweiten variablen Widerstand verbunden ist zur Erzeugung eines zweiten Analogsignals entsprechend den Widerstandsänderungen des zweiten magnetisch variablen Widerstandes und
    daß Konvertermittel das zweite Analogsignal in ein zweites Zeitserienprofil umwandeln und
  • b) eine Meßanordnung zur Messung der vergangenen Zeit zwischen den abstandsweisen äquivalenten Positionen der ersten Zeitserienprofile und der zweiten Zeitserienprofile enthalten ist sowie zur Errechnung der Geschwindigkeit des Fahrzeuges hieraus, wobei der Wert klassifiziert ist bezüglich der Geschwindigkeit.
20. Anordnung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Wert klassifiziert ist bezüglich einem der Summe der passierten Fahrzeuge und der Typen der passierten Fahrzeuge.
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