DE2817671C2 - Auswerteschaltung für einen Anwesenheitsdetektor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Auswerteschaltung für einen Anwesenheitsdetektor nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.

Anwesenheitsdetektoren dienen zur Registrierung von Personen oder Gegenständen, welche sich in der Nähe einer Meßeinrichtung befinden oder sich an dieser vorbeibewegen. Im Straßenverkehr dienen Anwesenheitsdetektoren zur Registrierung von Kraftfahrzeugen, welche die — meist in die Fahrbahn eingelassene — Meßeinrichtung passieren. Da derartige Anwesenheitsdetektoren auch im Freien einsetzbar und über einen möglichst langen Zeitraum wartungsfrei sein müssen, dürfen temperatur- bzw. alterungsbedingte Änderungen der Meßeinrichtung bzw. der Auswerteschaltung die Betriebsfähigkeit des Detektors nicht beeinträchtigen. Es ist bei der Straßenverkehrstechnik im Zusammenhang mit in die Fahrbahndecke eingebetteten Induktionsschleifen aIs^ Fühlglied bekannt, eine Differenzierstufe grotter Zeitkonstante zur Abtrennung der durch die zu registrierenden Ergebnisse erzeugten Signale von solchen langsamen Signalschwankungen zu verwenden, die durch die Meßeinrichtung selbst bzw. die angeschlossenen Schaltungen verursacht werden. (Zeitschrift »Straßenverkehrstechnik«, 1968, H. 9/10, S. 122) Die Zeitkonstante der Differenzierstufe wird dabei so bemessen, daß die Anwesenheit eines Gegenstandes auch für einen längeren Zeitraum angezeigt werden kann.

Nachteilig ist dabei allerdings, daß wenn auch solche Ereignisse anzeigbar sein sollen, welche sich über mehrere Minuten erstrecken, wie beispielsweise Kraftfahrzeuge, die bei Bildung von Verkehrsstaus im Bereich der Induktionsschleife stehen bleiben, die Zeitkonstante so groß bemessen sein muß, daß die beispielsweise durch Temperaturänderungen hervorgerufenen Einflüsse die selbe zeitliche Größenordnung erreichen können,

Ό wenn die Detektorschaltung in ihrem Gehäuse nach Abschattung plötzlich in den Bereich direkter Sonneneinstrahlung gerät.

Verläßt bei der bekannten Anordnung ein Kraftfahrzeug den Bereich der Meßsonde, d. h. der Induktions- schleife, das sich längere Zeit darin aufgehalten hat, um di.; Fahrt fortzusetzen, so erzeugt das Differenzierglied einen Spannungssprung, der um so weiter über den Pegel im Ruhezustand hinaus geht, je größer der Zeitraum ist, für den sich der zu detektierende Gegenstand im Erfassungsbereich befand, da wegen der nicht unendlich großen Zeitkonstante des Differenziergliedes während der Anwesenheitsanzeige eine stetige Annäherung des ausgegebenen Spannungswertes an den Spannungswert im Ruhezustand stattgefunden hatte. Die Einrichtung stellt mit anderen Worten im Verlauf der Zeit ihren Zustand so ein, daß die permanente Anwesenheit eines Gegenstandes im Erfassungsbereich als Ruhezustand gewertet wird. Wird der Gegenstand dann aus dem Erfassungsbereich entfernt, ergibt sich ein Spannungssprung in den negativen Bereich. Da der Schwellwert der Spannung, bei dessen Überschreitung eine Anzeige erfolgt, sich aber oberhalb der Ruhespannung befindet, können damit für einen gewissen Zeitraum nachfolgende Gegenstände, d. h. im gewählten Beispiel die nachfolgenden Kraftfahrzeuge nicht erfaßt werden, wenn die durch sie hervorgerufenen Spannungssprünge nicht ausreichend sind, den Schwellwert zu überschreiten. Dieser Nachteil wird bei der bekannten Einrichtung auch dann nicht beseitigt, wenn die Aru eige nach einem vorbestimmten Zeitraum abgeschaltet wird, da hierdurch lediglich die Auswertung, nicht aber die Detektorschaltung selbst betroffen ist. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Auswerteschaltung der genannten Gattung anzugeben, bei der unmittelbar, nachdem ein auch für längere Zeit erfaßter Gegenstand den Überwachungsbereich verlassen hat, ein darauffolgender Gegenstand erfaßt werden kann.

5« Diese Aufgabe wird bei einer Auswerteschaltung der vorgenannten Gattung erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Hauptanspruches angegebenen Mittel gelöst. Die erfindungsgemäße Auswerteschaltung weist zudem den Vorteil auf, daß auch wenn durch den Anwesenheitsdetektor gleichzeitig noch bestimmte Merkmale der zu registrierenden Gegenstände ermittelt werden sollen, die sich aus der Intensität der von der Meßeinrichtung abgegebenen Signaländerung ermitteln

^M> lassen, wie beispielsweise die Bodenfreiheit von Kraftfahrzeugen, auch bei dieser Betriebsart definierte Bezugspegel sichergestellt sind, da sich der Ruhezustand nach Beendigung der Anwesenheit des letzten zu detektierenden Gegenstandes durch die dann wirksam

^h' werdende kleine Zeitkonstante schnell wieder einstellt.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. Ein Ausführungsbeispiel wird im Folgenden anhand von Figuren näher

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beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 ein Blockschaltbild des Ausführungsbeispiels einer Auswerteschaltung, wobei als Fühlglied eine Induktionsschleife dargestellt ist,

F i g. 2 eine einfache Ausführung einer Differenzier- j schaltung für das Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 1 mit schematisierten Darstellungen der Spannungsverläufe an Eingang und Ausgang und

F i g. 3 ein Schaltbild einer praktischen Ausführung der Differenzierschaltung für das Ausführungsbeispiel to gemäß F ig. 1.

In dem Blockschakbild gemäß Pig. 1, das eine Verkehrszähleinrichtung darstellt, ist eine Induktionsschleife 1 als Fühlglied an den Eingang einer Detektorschaltung 2 angeschlossen. Eine durch in die Nähe der Schleife gelangende Kraftfahrzeuge hervorgerufene Induktivitätsänderung bewirkt eine Änderung des Ausgangssignals der Detektorschaltung 2. Derartige Änderungen können aber über längere Zeiträume auch durch Umgebungstemperatur- oder Alterungseinflüsse erzeugt werden. Damit das einer nachfolgenden Auswerieiogiic 4 zugeführte Signa! von diesen Einflüssen unabhängig einen konstanten Null-Pegel aufweist, ist eine Differenzierschaltung 3 mit großer Zeitkonstante vorgesehen, welche die durch das Auftreten von zu erfassenden Gegenständen verursachten kurzfristigen Signalschwankungen von den Wechselspannungsanteilen sehr niedriger Frequenz und dem Gleichspannungsanteil trennt. Einzelheiten dieser Schaltung werden weiter unten anhand der F i g. 2 und F i g. 3 erläutsrt. Die jo Auswertelogik 4 erfaßt die von der Differenzierschaltung 3 abgegebenen Ausgangssignale soweit sie sich von einem Bezugspegel unterscheiden. Diese Auswertungslogik 4 kann auch Mittel umfassen, weiche die Intensität der von der Detektorschaltung 2 abgegebe- J5 nen und von der Differenzierschaltung 3 verarbeiteten Signale berücksichtigen. Eine derartige Auswertung ist insbesondere dann sinnvoll, wenn die Intensität der Signaländerungen Rückschlüsse auf die zu erfassenden Gegenstände zuläßt, wenn beispielsweise die Signaländerung proportional zu deren räumlicher Größe oder Masse ist bzw. Rückschlüsse auf die Dimensionierung bzw. die Verteilung bestimmter Werkstoffe zuläßt. Ein Beispiel dafür ist bei Verkehrszählanlagen die Unterscheidung verschiedener Arten von Kraftfahrzeugen nach ihrer Bodenfreiheit

In einem Registrierten 5 können die verarbeiteten und gegebenenfalls klassierten Signale angezeigt bzw. für eine spätere Analyse festgehalten werden.

In dem Blockschaltbild gemäß Fig. I ist als so eingentliche »Auswerteschaltung« für die von der. Detektorschaltung 2 abgegebenen Signale die — gestrichelt dargestellte — Zusammenfassung der Differenzierschaltung 3 und der Auswertungslogik 4 anzusehen. «

Die in Fig.2 dargestellte Differenzierschaltung besteht ausschließlich aus passiven Bauelementen. Das den Eingangsklemmen E\ und E₂ dieser Schaltung zugeführte Signal ist im linken Teil der Figur idealisiert als Rechtecksignal wiedergegeben. Der erste Impuls ist um eine Zeitdauer t verkürzt dargestellt und kann beispielsweise insgesamt mehrere Minuten andauern, wenn er von einem Kraftfahrzeug verursacht wird, das im Erfassungsbereich der Meßschleife 1, z. B. bedingt durch Verkehrsverhältnisse, anhält. Das Differenzier- μ glied selbst besteht aus dem Kondensator C, einem stets wirksamen Widerstand R I und einem weiteren, jedoch für eine Stromrichtung duifii eine Diode D überbrückten Widerstand R Z

Die Vorderflanke des ersten Impulses erzeugt einen SpannungsEprung, der sich über die Kapazität C auf die Ausgangsklemmen A\ und Ai der Differenzierschaltung überträgt. Ein Ausgleich kann nur über die Widerstände R 1 und R 2 erfolgen, von denen der Wert von R 2 so groß gewählt ist, daß sich für diesen Betriebszustand die erforderliche große Zeitkonstante ergibt Der Parallelpfad zu Λ 2 ist durch die Diode D gesperrt. Am Ausgang ergibt sich der durchgezogen gezeichnete Signalverlauf, der ebenfalls wieder um den Zeitraum / verkürzt dargestellt ist Die Ausgangsspannung nähert sich mit der Zeitkonstanten C ■ (R 1 -f R 2) dem stationären Wert der Nullinie an. Die Rückflanke des Einganssignals wird mit ihrer vollen Amplitude zum Ausgang übertragen und das Signal würde sich mit derselben Zeitkonstanten der Nullinie erneut annähern, wenn die Diode D nicht vorhanden wäre (gestrichelt dargestellter Verlauf).

Tritt jetzt am Eingang nach kurzer Zeit erneut ein Impuls auf, so reicht dessen volle Aptitude nicht aus, um den im rechten Diagramm sirichpup'ctiert dargestellten Schwellwert zu überschreiten. Bei der dargestellten Verkehrszähleinrichtung würde also ein Kraftfahrzeug, das demjenigen, welches längere Zeit gehalten hat, unmittelbar folgt, nicht korrekt erfaßt Gerade aber in Verkehrssituationen, die ein Anhalten von Fahrzeugen erforderlich machen (Staus), folgen die Fahrzeuge sehr dicht aufeinander, so daß bei der gestrichelt dargestellten Signalauswertung bezüglich der Zahl der erfaßten Fahrzeuge ein beträchtlicher Fehler entstehen kann. Es braucht nicht näher erläutert zu werden, daß auch eine genaue Amplitudenauswertung des Meßsignals bezüglich mehrerer Schwellen (in F i g. 2 nicht dargestellt) nicht möglich wäre, da die durch einen Spannungssprung erreichte absolute Signalamplitude stets von der Vorgeschichte, d. h. von den vorangegangenen Anwesenheitszeiten, abhängig ist.

Durch die Diode D wird die Zeitkonstame, mit der sich das Ausgangssignal dem Null-Pegel nähert, auf den Wert C-Ri verkleinert, wobei der Innenwiderstand der L/iode in Durchlaßrichtung zum Wert von R1 hinzuaddiert wird. Da dieser Wert von R1 ohne Nachteile recht klein gewählt werden kann, nähert sich die Ausgangsspannung dem Null-Pegel schnell an, so daß bereits ein kurze Zeit später erscheinender Impuls mit nahezu seiner gesamten Amplitude über der Nullinie erscheint (durchgezogener Verlauf), wodurch eine ordnungsgemäße Auswertung ermöglicht ist.

Die in Fig.3 dargestellte Differenzierschaltung ist schaltungstechnisch aufwendiger gehalten und dient gleichzeitig zur Verstärkung des den Eingangsklemmen E\ und E₂' zugeführten Signals. Die Differentiation erfolgt unter Ausnutzung von Rückführungen der beiden verwendeten Operationsverstärker OP \ und OP 2. Das Einganssignal gelangt über einen Widerstand RiI und einen Kondensator CIl an den nicht invertierenden Eingang des Operationsverstärkers OPi. Der Kondensator CH bildet einen Teil des eigentlichen Differenziergliedes. Dioden DH und D12 verhindern, daß die Eingangsspannung den Wert von + Ub wesentlich über- bzw. das Massepotential wesentlich unterschreitet. Der Widerstand R12 bestimmt die Zeitkonstante der Differenzierschaltung, wenn die Diode D13 sperrt. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel hat er einen Wert von IO Megohm. Die Widerstände R 13 bis R 15 bilden eine Spannungsteilerschaltung zur Erzeugung der Bezuessnannuneen

für die Operationsverstärker OPl und OP2. Der Verstärkungsfaktor für die den Operationsverstärker OP I enthaltende Stufe wird durch Widerstände R 16 und RM bestimmt, während Widerstände R 18 und R19 die Verstärkung der zweiten Stufe mit dem Operationsverstärker OP2 festlegen. Ein Kondensator C12 begrenzt den übertragenen Frequenzbereich zu hohen Frequenzen hin.

Die Funktion der Diode D in Fig. 2 wird in dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel durch die Diode D 13 übernommen, mit der ein Widerstand /?20 in Reihe geschaltet ist. Der damit gebildete Gegenkopplungspfad wirkt vom Ausgang des Operationsverstärkers OP2 auf den nicht invertierenden Eingang des Operationsverstärkers OPi zurück. Ist der Ausgang von OPl negativer als das Eingangspotential von OPl so ist die Diode D 13 leitend und der Rückkopplungspfad niederohmig. Das Ladungsdefizit wird daher bei Ausgangsspannungssprüngen in die negative Richtung (über einen vorgegebenen Bezugspegel hinaus) vom niederohmigen Ausgang des Operationsverstärkers OP2 kurzfristig ausgeglichen, so daß sich im Ergebnis für diese Polarität der Änderungen des Eingangssignals eine kleine Zeitkonstante ergibt. Die Wirkung der in Fig. 3 dargestellten Schaltung entspricht damit im Prinzip derjenigen gemäß F i g. 2. Das Ausgangssignal steht an den Ausgängen A\ und Ai /ur Verfugung.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Auswerteschaltung für einen Anwesenheitsdetektor, insbesondere für einen Induktionsschleifendetektor, bei welcher einem elektrische Ausgangssignale liefernden Fühlglied zur Erfassung von Gegenständen in einem Öberwachungsbereich eine Detektorschaltung und eine Differenzierschaltung mit großer Zeitkonstante nachgeordnet sind und die Eingangssignale der Differenzierschaltung beim Eindringen eines Gegenstandes in den Uberwachungsbereich eine Änderung erfahren, welche zu derjenigen bei seinem Verlassen des Überwachungsbereiches entgegengesetzt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die große Zeitkonstante der Differenzierschaltung lediglich Eingangssignaländerungen zugeordnet ist, deren Richtung das Eindringen des Gegenstandes in den Überwachungsbereich anzeigt, daß hingegen für entgegengesetzte Eingangssignaländerungen eine andere, k.'sine Zeitkonstai-te wirksam ist

2. Auswerteschältung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in einem ÄC-Glied einem die Zeitkonstante mindestens mitbestimmenden Widerstand (R 2) eine Diode (D) parallelgeschaltet ist.

3. Auswerteschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Diode (D) Teil der Rückführungsschaltung eines gegengekoppelten Verstärkers ist.

4. Auswerteschaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, zur Anwendung in der Verkehrszähltechnik, dadurch gekennzeichnet, daß die große Zeitkonstante mehrere Minuten beträgt.

5. Auswerteschaltung nach emem der vorangehenden Ansprüche, zur Anwerbung in der Verkehrszähltechnik, dadurch gekennzeichnet, daß die kleine Zeitkonstante weniger als zehn Sekunden beträgt.