DE4427547C2 - Inductive vehicle detector - Google Patents

Inductive vehicle detector

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DE4427547C2 DE19944427547 DE4427547A DE4427547C2 DE 4427547 C2 DE4427547 C2 DE 4427547C2 DE 19944427547 DE19944427547 DE 19944427547 DE 4427547 A DE4427547 A DE 4427547A DE 4427547 C2 DE4427547 C2 DE 4427547C2
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    • G08G1/048Detecting movement of traffic to be counted or controlled with provision for compensation of environmental or other condition, e.g. snow, vehicle stopped at detector

Description

Die Erfindung betrifft einen induktiven Fahrzeug-Detektor mit einer Induktionsschleife (DE 93 09 414 U1).The invention relates to an inductive vehicle detector an induction loop (DE 93 09 414 U1).

Bekannte induktive Fahrzeug-Detektoren bestehen üblicherweise aus mindestens einer Induktionsschleife, die z. B. in entsprechenden Aussparungen einer Fahrbahn angeordnet und über ein Verbindungskabel mit einer zentralen Auswertevorrichtung verbunden ist. Dabei ist die Induktionsschleife Teil des Schwingkreises eines LC-Oszillators, dessen Kondensator Bestandteil der Auswertevorrichtung ist. Bei einer Bedämpfung der Schleife durch Überfahren mit einem Fahrzeug ändert sich die Induktivität der Induktionsschleife und damit die Frequenz des Schwingkreises. Diese Frequenzänderung wird dann durch die dem Oszillator nachgeschaltete Elektronik ausgewertet.Known inductive vehicle detectors usually exist from at least one induction loop, the z. B. in corresponding recesses of a roadway arranged and via a connecting cable to a central Evaluation device is connected. Here is the Induction loop part of a resonant circuit LC oscillator, the capacitor of which is part of the Evaluation device is. When the loop is damped driving over with a vehicle changes the Inductance of the induction loop and thus the frequency of the resonant circuit. This frequency change is then through the electronics downstream of the oscillator are evaluated.

Bei diesen bekannten induktiven Fahrzeug-Detektoren beeinflussen die ohmschen Widerstände der Schleife und vor allem der Schleifenzuleitungskabel die Empfindlichkeit der Detektoren nachteilig, weil die auszuwertende Frequenzänderung um so kleiner wird, je größer dieser Widerstand ist. Je länger also die Verbindungsleitung zwischen Induktionsschleife und Auswertevorrichtung wird, je geringer wird folglich der Störspannungsabstand. In der Regel sind daher lediglich Längen der Verbindungsleitungen von maximal 200 bis 300 m realisierbar.In these known inductive vehicle detectors affect the ohmic resistances of the loop and before all of the loop feed cables the sensitivity of the Detectors disadvantageous because the one to be evaluated Frequency change is smaller, the larger this Resistance is. So the longer the connecting line between induction loop and evaluation device, depending  As a result, the signal-to-noise ratio becomes smaller. Usually are therefore only lengths of the connecting lines of a maximum of 200 to 300 m can be realized.

Ein weiterer Nachteil der bekannten Fahrzeug-Detektoren besteht darin, daß bei Verwendung mehrerer Induktionsschleifen (Mehrkanaldetektoren), die räumlich nur wenig getrennt betrieben werden und/oder durch ein gemeinsames Zuleitungskabel mit der Auswerteeinheit verbunden sind, trotz unterschiedlicher Frequenzen der entsprechenden Schwingkreise unerwünschte Kopplungen oder Störungen zwischen den Kanälen der Detektoren entstehen. Noch gravierender tritt dieses Problem auf, wenn mehrere Detektoren u. U. mit jeweils mehreren Induktionsschleifen miteinander verkoppelt sind.Another disadvantage of the known vehicle detectors is that when using multiple Induction loops (multichannel detectors) that only spatially operated little separately and / or by a common supply cable connected to the evaluation unit are, despite different frequencies of the corresponding Resonant circuits undesirable coupling or interference between the channels of the detectors arise. Even more serious occurs this problem when multiple detectors u. U. with each several induction loops are coupled together.

Schließlich ist es außerordentlich nachteilig, daß die bekannten induktiven Fahrzeug-Detektoren in der Regel mit einer Schleifenendstufe verbunden sein müssen, die einen relativ niedrigen Ausgangswiderstand aufweist, weil es anderenfalls nicht zur Schwingungsausbildung des entsprechenden Schwingkreises kommen würde. Eine derartige niederohmige Endstufe beeinträchtigt aber wesentlich die Empfindlichkeit des aus Induktionsschleife und Auswertevorrichtung bestehenden Systems.Finally, it is extremely disadvantageous that the known inductive vehicle detectors usually with must be connected to a loop output stage has relatively low output resistance because of it otherwise not for vibration training of the corresponding resonant circuit would come. Such low-resistance output stage significantly affects the Sensitivity of the induction loop and Evaluation system of the existing system.

Es sind ferner induktive Fahrzeug-Detektoren bekannt geworden, bei denen die jeweilige Induktionsschleife Bestandteil eines einstellbaren Frequenzgenerators ist. Auch bei diesen Detektoren bilden die Schleifen und eine in der Auswerteeinheit vorhandene Kapazität C einen LC-Schwingkreis.Inductive vehicle detectors are also known become where the respective induction loop Is part of an adjustable frequency generator. Also in these detectors form the loops and one in the Evaluation unit existing capacity C an LC resonant circuit.

Im Unterschied zu den vorstehend beschriebenen Detektoren wird in diesem Falle die Resonanzfrequenz allerdings nicht selbsttätig von einem Oszillator eingestellt und aufrechterhalten, sondern die Frequenz wird prozessorgesteuert erzeugt und im Abgleich so lange verändert, bis die Resonanzfrequenz erreicht wird. Bei Bedämpfung der Induktionsschleife ändert sich wiederum deren Induktivität und verursacht eine Phasenverschiebung, die von der Auswertevorrichtung ausgewertet wird.In contrast to the detectors described above in this case, however, the resonance frequency will not automatically set by an oscillator and  maintained, but the frequency is processor controlled generated and changed in the comparison until the Resonance frequency is reached. When damping the Induction loop in turn changes its inductance and causes a phase shift from that Evaluation device is evaluated.

Im wesentlichen weisen auch diese Detektoren - aufgrund der hohen ohmschen Widerstände der Verbindungsleitungen, der erforderlichen niederohmigen Schleifenendstufen und der Beeinflussung der Empfindlichkeit durch unerwünschte Kopplung benachbarter Induktionsschleifen - die gleichen Nachteile wie die vorstehend beschriebenen Detektoren auf, so daß auch bei diesen Fahrzeug-Detektoren die Länge der Verbindungsleitungen zwischen Induktionsschleife und Auswertevorrichtung stark begrenzt ist.In essence, these detectors also - due to the high ohmic resistances of the connecting lines, the required low-resistance loop output stages and the Influencing sensitivity through unwanted coupling neighboring induction loops - the same disadvantages as the detectors described above, so that also at these vehicle detectors the length of the connecting lines strong between induction loop and evaluation device is limited.

Aus der DE 93 09 414 U1 ist eine Schaltungsanordnung zum Überwachen eines bei Antiblockiersystemen, Getriebe- und Motorsteuerungen verwendbaren Induktivgebers bekannt. Um zu erreichen, daß die Fehlererkennungszeiten der Schaltungsanordnung gering sind, wird in dieser Schrift vorgeschlagen, den Wechselspannungsanteil des Induktivgebersignals, dessen Frequenz kleiner als die Frequenz eines Testsignals ist, in einem Synchrongleichrichter in ein Signal umzuwandeln, dessen Frequenz höher als die Frequenz des Wechselspannungsanteils des Induktivgebersignals ist.From DE 93 09 414 U1 a circuit arrangement for Monitor one in anti-lock braking systems, transmission and Motor controls usable inductive encoder known. In order to achieve that the error detection times of the Circuit arrangement are small, is in this document proposed the AC voltage portion of the Inductive encoder signal whose frequency is less than the frequency of a test signal is in a synchronous rectifier Convert signal whose frequency is higher than the frequency of the AC component of the inductive sensor signal.

Aus der DE 41 42 680 A1 ist eine Auswerteschaltung für einen Induktivsensor zur Ermittlung von Verstellwegen (z. B. Lenkwinkeln etc.) bekannt. Die Auswerteschaltung umfaßt einen Oszillator, deren Signale der Spule des Induktivsensors zugeführt werden. Die entstehenden Ausgangssignale werden in einem Synchrongleichrichter so ausgewertet, daß, je nach Phasenbeziehung, entweder der ohmsche oder der induktive Anteil der Spule gemessen wird. Da beide Anteile sowohl von der Meßgröße als auch von der Temperatur abhängen, ist durch geeignete Phasenbeziehung eine Temperaturkompensation möglich, so daß ein Ausgangssignal erhalten wird, das nur von der zu messenden Größe abhängt.DE 41 42 680 A1 describes an evaluation circuit for one Inductive sensor for determining adjustment paths (e.g. Steering angles etc.) known. The evaluation circuit includes one Oscillator, the signals of the coil of the inductive sensor  be fed. The resulting output signals are in a synchronous rectifier evaluated so that, depending on Phase relationship, either ohmic or inductive Proportion of the coil is measured. Since both shares of both the measured variable as well as the temperature depend on suitable phase relationship, temperature compensation possible, so that an output signal is obtained that is only from the to measuring size depends.

Aus dem Artikel von P. Lingenfelser und P. Thilo, "Moderne Induktivschleifendetektoren messen den Straßenverkehr", Straßenverkehrstechnik, Heft 9/10/1968, Seiten 121 bis 123, ist ein Schleifendetektor bekannt, bei dem ein Oszillator einen komplexen Widerstand und eine mit diesem Widerstand verbundene Induktionsschleife speist. Die Meßsignale werden einem phasenmessenden Gleichrichter zugeführt, der die Verschiebung der Phasenlage des hochfrequenten Schleifenstromes gegenüber der angelegten Oszillatorspannung mißt, wenn die Schleifeninduktivität verändert wird. Ein Maß für die Phasenverschiebung bzw. die Schleifenverstimmung ist die am Ausgang des phasenmessenden Gleichrichters auftretende Gleichspannung. Diese wird in einem Verstärker verstärkt und einem Differenzierglied zugeführt. Die Zeitkonstante des Differenziergliedes ist so bemessen, daß nur schnelle Änderungen der Schleifeninduktivität ausgewertet werden. Langsame Schleifenverstimmungen, z. B. durch Temperaturänderungen, werden hingegen nicht ausgewertet.From the article by P. Lingenfelser and P. Thilo, "Moderne Inductive loop detectors measure road traffic ", Road Traffic Technology, issue 9/10/1968, pages 121 to 123, a loop detector is known in which an oscillator a complex resistor and one with this resistor connected induction loop feeds. The measurement signals are fed to a phase-measuring rectifier, the Shift of the phase position of the high-frequency Loop current versus the applied oscillator voltage measures when the loop inductance is changed. A measure for the phase shift or the loop detuning that occurring at the output of the phase-measuring rectifier DC voltage. This is amplified in an amplifier and fed to a differentiator. The time constant of the Differentiator is dimensioned so that only fast Changes in the loop inductance can be evaluated. Slow loop upsets, e.g. B. by Temperature changes, however, are not evaluated.

Aus der GB 2 231 188 A ist ein induktiver Fahrzeug-Detektor mit einer Induktionsschleife und einem Oszillator bekannt, bei dem die durch Bedämpfung der Induktionsschleife sich ergebende Frequenzverschiebung des Oszillators mit Hilfe eines Mikroprozessors ausgewertet wird.GB 2 231 188 A is an inductive vehicle detector known with an induction loop and an oscillator, at which is the result of damping the induction loop Frequency shift of the oscillator using a Microprocessor is evaluated.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen induktiven Fahrzeug-Detektor anzugeben, bei dem die Länge der Verbindungsleitungen zwischen Induktionsschleife und Auswertevorrichtung wesentlich länger sein kann als bei den bekannten Detektoren. Es soll daher insbesondere ein Fahr­ zeug-Detektor geschaffen werden, bei dem eine Beeinträchtigung der Empfindlichkeit des Detektors durch Einkopplung von Fremdsignalen etwa benachbarter Schleifen sowie eine Beeinträchtigung der Meßempfindlichkeit durch die ohmschen Zuleitungswiderstände und durch die Schleifenendstufe (Störspannungsabstand) weitgehend vermieden wird.The invention has for its object an inductive Vehicle detector specifying the length of the Connection lines between induction loop and Evaluation device can be much longer than in the known detectors. It should therefore be a driving in particular witness detector are created in which an impairment of Sensitivity of the detector by coupling in External signals such as neighboring loops and one Impairment of the measuring sensitivity by the ohmic Lead resistance and through the loop output stage (Signal-to-noise ratio) is largely avoided.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Weitere besonders vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung offenbaren die Unteransprüche.This object is achieved by the features of Claim 1 solved. Further  particularly advantageous embodiments of the invention disclose the subclaims.

Die Erfindung beruht im wesentlichen auf dem Gedanken, daß die Induktionsschleife nicht die Induktivität eines schwingenden LC-Oszillators bildet, sondern das Meßobjekt einer Impedanzmeßeinrichtung, wobei die jeweilige Änderung der Impedanz der Induktionsschleife frequenzselektiv gemessen wird. Die frequenzselektive Messung erfolgt dabei mit einer in der Auswertevorrichtung enthaltenen aus Synchrongleichrichter mit nachgeschaltetem Tiefpaßfilter bestehenden Schaltungsanordnung, welche nur die Amplituden derjenigen Schwingungen mißt, deren Frequenz der Spannung der Meßspannungsquelle entspricht.The invention is essentially based on the idea that the induction loop is not the inductance of a oscillating LC oscillator, but the test object an impedance measuring device, the respective change the impedance of the induction loop measured frequency-selectively becomes. The frequency-selective measurement is carried out with a contained in the evaluation device Synchronous rectifier with downstream low-pass filter existing circuit arrangement, which only the amplitudes of those vibrations, the frequency of the voltage of which Measuring voltage source corresponds.

Da die Induktionsschleife nicht mehr Teil eines Oszillators ist, kann die Schleifenendstufe bei dem erfindungsgemäßen Detektor hochohmig ausgeführt werden. Aufgrund der hochohmigen Schleifenendstufe und der hohen Frequenzselektivität ist es möglich, die Detektoren mit eng benachbarten Schleifen zu betreiben, ohne daß Störungen durch Fremdsignale und Empfindlichkeitsverlust durch gegenseitigen Energieentzug auftreten.Because the induction loop is no longer part of an oscillator is, the loop output stage in the invention Detector with high impedance. Due to the high-resistance loop output stage and the high Frequency selectivity makes it possible to use the detectors closely operate adjacent loops without interference from External signals and loss of sensitivity due to mutual Energy deprivation occur.

Der hohe mit den erfindungsgemäßen Detektoren erreichbare Störspannungsabstand erlaubt es, auch Motorräder, die in der Regel eine nur schwache Impedanzänderung der Schleife bewirken, zu detektieren.The high achievable with the detectors according to the invention S / N ratio also allows motorcycles to be used in the Usually only a slight change in the impedance of the loop cause to detect.

Besonders vorteilhaft ist die Verwendung eines Analogmultiplizierers als Synchrongleichrichter, da als Steuerspannung direkt die sinusförmige Meßspannung (kleiner Klirrfaktor) verwendet wird. Da im Idealfall nur eine Frequenz in der Steuerfrequenz (Meßfrequenz) enthalten ist, wird nur die im Frequenzgemisch der Eingangsspannung enthaltene Amplitude der Spannung mit der Meßfrequenz ausgewertet und damit alle anderen Störsignale unterdrückt.The use of a is particularly advantageous Analog multiplier as a synchronous rectifier, because as Control voltage directly the sinusoidal measuring voltage (smaller  Distortion factor) is used. Since ideally only one Frequency is contained in the control frequency (measuring frequency), only the frequency mix of the input voltage contained amplitude of the voltage with the measuring frequency evaluated and thus suppresses all other interference signals.

Synchrongleichrichter, bei denen die Polarität der Eingangsspannung über ein aus der Steuerspannung generiertes Rechtecksignal umgeschaltet wird, sind zwar grundsätzlich auch in Verbindung mit den erfindungsgemäßen Detektoren anwendbar, weisen aber den Nachteil auf, daß entsprechend den Anteilen in der Fourierreihe des steuernden Rechtecksignales auch ungeradzahlige Vielfache der Meßfrequenz einen Beitrag zur Ausgangsgleichspannung liefern können. Denn da die Oberwellenanteile eines Rechteckes nur wenig gegenüber der Grundschwingung gedämpft sind, kann dieses zu Störungen in der Gleichspannung durch Demodulation von z. B. Langwellensendern oder Meßfrequenzen der Nachbarschleifen führen.Synchronous rectifier, in which the polarity of the Input voltage via a generated from the control voltage Square wave signal is switched over, are basically also in connection with the detectors according to the invention applicable, but have the disadvantage that according to the Shares in the Fourier series of the controlling square wave signal even odd multiples of the measuring frequency make a contribution can supply to the DC output voltage. Because there Harmonic components of a rectangle only slightly compared to that Are damped, this can lead to interference in the DC voltage by demodulating z. B. Long-wave transmitters or measuring frequencies of the neighboring loops to lead.

Da bei den üblichen Synchrongleichrichtern die Ausgangsspannung abhängig ist von dem Kosinus der Phasenverschiebung zwischen Steuerspannung und Meßspannung (phasenempfindliche Synchrongleichrichter), hat sich als vorteilhaft erwiesen, die durch die Induktionsschleife und/oder die Zuleitungen bewirkte Phasenverschiebung durch einen einstellbaren - vorzugsweise prozessorgesteuerten- Phasen­ schieber zu kompensieren. Dieser Phasenschieber kann beispielsweise in die Schleifenendstufe integriert werden. Durch die Kompensation der Phasenverschiebung mit Hilfe des Phasenschiebers bewirkt die Gesamtschaltung, daß der Synchrongleichrichter annähernd phasenunabhängig arbeitet, weil sich bei einer eingestellten Phase von 0° bei Bedämpfung Phasenänderungen von weniger als 5° ergeben. Für derart kleine Änderungen der Phase kann aber cos Φ in guter Näherung gleich 1 gesetzt werden.Since with the usual synchronous rectifiers Output voltage depends on the cosine of the Phase shift between control voltage and measuring voltage (phase sensitive synchronous rectifier) has proven to be proven advantageous by the induction loop and / or the phase shifts caused by the leads an adjustable - preferably processor-controlled - phases to compensate the slide. This phase shifter can for example, can be integrated into the loop output stage. By compensating for the phase shift using the Phase shifter causes the overall circuit that the Synchronous rectifier works almost phase-independent, because at a set phase of 0 ° with damping  Phase changes of less than 5 ° result. For that small changes in the phase can cos Φ in good approximation be set equal to 1.

Statt eines phasenempfindlichen Synchrongleichrichters mit separatem Phasenschieber kann selbstverständlich auch ein phasenunabhängiger Synchrongleichrichter verwendet werden. Derartige Synchrongleichrichter sind allerdings relativ aufwendig herstellbar und daher mit entsprechend hohen Kosten verbunden.Instead of a phase sensitive synchronous rectifier with A separate phase shifter can of course also be used phase-independent synchronous rectifier can be used. However, such synchronous rectifiers are relative elaborate to manufacture and therefore with correspondingly high costs connected.

Zur weiteren Auswertung der am Ausgang der an dem Tiefpaßfilter liegenden Signalwerte können diese vorteilhafterweise über einen Analog/Digital-Wandler einem Microcontroller zugeführt werden.For further evaluation of the output at the Low-pass filter signal values can do this advantageously via an analog / digital converter Microcontrollers are fed.

Sofern die Meßwerte mehrerer induktiver Fahrzeug-Detektoren mit dem gleichen Microcontroller ausgewertet werden sollen, können die Detektoren in an sich bekannter Weise über einen Multiplexer mit dem Microcontroller bzw. dem vorgeschalteten A/D-Wandler verbunden werden.If the measured values of several inductive vehicle detectors should be evaluated with the same microcontroller, can the detectors in a conventional manner via a Multiplexer with the microcontroller or the upstream A / D converter can be connected.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den folgenden anhand von Figuren erläuterten Ausführungs­ beispielen. Es zeigen:Further details and advantages of the invention emerge from the following embodiment explained with reference to figures examples. Show it:

Fig. 1 das Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen induktiven Fahrzeugdetektors und Fig. 1 shows the block diagram of an inductive vehicle detector according to the invention and

Fig. 2 das Blockschaltbild einer Schleifenendstufe zum Betrieb des Fahrzeugdetektors gemäß Fig. 1. FIG. 2 shows the block diagram of a loop output stage for operating the vehicle detector according to FIG. 1.

In Fig. 1 ist mit 1 ein erfindungsgemäßer Fahrzeugdetektor bezeichnet, der sich im wesentlichen aus einer Induktionsschleife 2, einer Meßspannungsquelle (Sinusgenerator) 3 mit nachgeschalteter Schleifenendstufe 4 und einer Auswertevorrichtung 5 zusammensetzt. Schleifenendstufe 4 und Induktionsschleife 2 sind über Verbindungsleitungen 6, 7 miteinander verbunden, die beispielsweise bis zu 1000 m lang sein können.In Fig. 1, 1 denotes a vehicle detector according to the invention, which essentially consists of an induction loop 2 , a measuring voltage source (sine generator) 3 with a downstream loop output stage 4 and an evaluation device 5 . Loop output stage 4 and induction loop 2 are connected to one another via connecting lines 6 , 7 , which can be up to 1000 m long, for example.

Der Auswertevorrichtung 5 ist über einen Analog-/Di­ gital-Wandler 8 ein Microcontroller 9 nachgeschaltet, der seinerseits mit einer Meßwertanzeige 10 in Verbindung steht.The evaluation device 5 is connected via an analog / digital converter 8, a microcontroller 9 , which in turn is connected to a measured value display 10 .

Die Auswertevorrichtung 5 enthält im wesentlichen einen Signalverstärker 50, dessen Ausgangssignale einem phasenempfindlichen Synchrongleichrichter (Analogmultiplizierer) 51 zugeführt werden, dem seinerseits ein Tiefpaßfilter 52 nachgeschaltet ist. Der jeweilige Steuereingang 53 des Synchrongleichrichters 51 ist ebenfalls über eine elektrische Leitung 11 mit der Meßspannungsquelle 3 verbunden.The evaluation device 5 essentially contains a signal amplifier 50 , the output signals of which are fed to a phase-sensitive synchronous rectifier (analog multiplier) 51 , which in turn is followed by a low-pass filter 52 . The respective control input 53 of the synchronous rectifier 51 is also connected to the measuring voltage source 3 via an electrical line 11 .

Wie aus Fig. 2 hervorgeht, besteht die Schleifenendstufe 4 aus einem Signalverstärker 40 mit hochohmigen Ausgang 41, der die von der Meßspannungsquelle 3 erzeugten frequenz- und amplitudenstabilen sinusförmigen Signale verstärkt und dann an die Induktionsschleife 2 weiterleitet. Außerdem enthält die Schleifenendstufe 4 einen integrierten Phasenschieber, der in Fig. 2 als separater Block 42 dargestellt und beispielsweise in an sich bekannter Weise durch ein All­ paß-Filter 1. Ordnung realisiert ist.As can be seen from FIG. 2, the loop output stage 4 consists of a signal amplifier 40 with a high-resistance output 41 , which amplifies the frequency and amplitude-stable sinusoidal signals generated by the measuring voltage source 3 and then forwards them to the induction loop 2 . In addition, the loop output stage 4 contains an integrated phase shifter, which is shown in FIG. 2 as a separate block 42 and is implemented, for example, in a manner known per se by an all-pass filter of the 1st order.

Im folgenden wird näher auf die Funktionsweise des erfindungsgemäßen Detektors 1 eingegangen:
Während an dem Eingang 54 des Synchrongleichrichters (Analogmultiplizierer) 51 ohne Störquelle die an der Schleife 2 gemessene und mittels des Verstärkers 50 verstärkte Spannung (im folgenden auch als Meßspannung bezeichnet):
The mode of operation of the detector 1 according to the invention is discussed in more detail below:
While at the input 54 of the synchronous rectifier (analog multiplier) 51 without a source of interference, the voltage measured on loop 2 and amplified by means of amplifier 50 (hereinafter also referred to as measuring voltage):

Ue(t) = ûe * sin(2πfst *t + Φ)U e (t) = û e * sin (2πf st * t + Φ)

liegt, weist die an dem Steuereingang 53 des Synchrongleichrichters 51 befindliche Spannung folgenden Verlauf auf:is located, the voltage at the control input 53 of the synchronous rectifier 51 has the following profile:

Ust(t) = ûst * sin(2πfst *t),U st (t) = û st * sin (2πf st * t),

wobei fst die Frequenz der von der Meßspannungsquelle 3 erzeugten Steuerspannung Ust und Φ die Phasenverschiebung zwischen Steuerspannung Ust und Meßspannung Ue, die mit Hilfe des Phasenschiebers 42 (Fig. 2) kompensiert werden kann, bedeuten.where f st is the frequency of the control voltage U st generated by the measurement voltage source 3 and Φ the phase shift between the control voltage U st and the measurement voltage U e , which can be compensated for with the aid of the phase shifter 42 ( FIG. 2).

Während die Größen ûst und fst konstant sind, ändern sich ûe und Φ bei Bedämpfung, d. h. beim Überfahren der Induktionsschleife 2 durch ein Fahrzeug.While the quantities û st and f st are constant, û e and Φ change when damping, ie when a vehicle passes the induction loop 2 .

Für die Spannung Ua am Ausgang 55 des Multiplizierers 51 ergibt sich damit folgender Verlauf:The following curve thus results for the voltage U a at the output 55 of the multiplier 51 :

Ua(t) = (Ue(t) * Ust(t))/E,U a (t) = (U e (t) * U st (t)) / E,

wobei E eine Recheneinheit des Multiplizierers (z. B. 10 V) ist.where E is a computing unit of the multiplier (e.g. 10 V) is.

MitWith

sinα * sinβ = 0,5 * [cos(α-β) - cos(α+β)]sinα * sinβ = 0.5 * [cos (α-β) - cos (α + β)]

folgt:follows:

Ua(t) = 0,5 * ûe * ûst/E * [cosΦ - cos(4πfst *t+Φ] = U= + U U a (t) = 0.5 * û e * û st / E * [cosΦ - cos (4πf st * t + Φ] = U = + U

Es entsteht demnach eine Gleichspannung, der eine Wechselspannung mit doppelter Meßfrequenz überlagert ist. Da mit dem Phasenschieber 42 die Phase Φ kompensiert wird, d. h.Accordingly, a DC voltage is generated, which is superimposed on an AC voltage with twice the measuring frequency. Since phase Φ is compensated with phase shifter 42 , ie

Φ = 0, cos (Φ) = 1,Φ = 0, cos (Φ) = 1,

ergibt sich:surrendered:

Ua(t) = 0,5 * Ûe * ûst/E * [1 - cos(4πfst *t] = U= + U U a (t) = 0.5 * Û e * û st / E * [1 - cos (4πf st * t] = U = + U

Die Gleichspannung U= ist also in diesem Fall bei Bedämpfung unabhängig von der Phase Φ.In this case, the DC voltage U = is independent of the phase Φ when damping.

Enthält die Meßspannung nun durch eine Nachbarschleife eine Störfrequenz von z. B. f = fst + 5 kHz, so enthält die Ausgangsspannung Ua(t) zwei zusätzliche Frequenzen:Does the measuring voltage contain an interference frequency of z. B. f = f st + 5 kHz, the output voltage U a (t) contains two additional frequencies:

f₁ = 5 kHz und f₂ = 2fst + 5 kHz.f₁ = 5 kHz and f₂ = 2f st + 5 kHz.

Das dem Synchrongleichrichter nachgeschaltete Tiefpaßfilter 52 hat nun die Aufgabe, durch Mittelwertbildung alle Spektren, außer der von der Meßfrequenz verursachten Gleichspannung U=, herauszufiltern. Bei einem Tiefpaßfilter mit der Grenzfrequenz fgTP = 0 Hz würde sich (theoretisch) eine AusgangsspannungThe low-pass filter 52 connected downstream of the synchronous rectifier now has the task of filtering out all spectra, apart from the direct voltage U = caused by the measuring frequency, by averaging. In the case of a low-pass filter with the cut-off frequency f gTP = 0 Hz, there would (theoretically) be an output voltage

Ua(t) = U= = 0,5 * ûe * ûst/EU a (t) = U = = 0.5 * û e * û st / E

ergeben. Es liefert also nur die Spannung Ue einen Anteil zur Ausgangsspannung des Tiefpaßfilters, deren Frequenz gleich der Steuerfrequenz und damit, wie gewünscht, auch gleich der Meßfrequenz ist. Durch die unendlich große Zeitkonstante des Tiefpaßfilters wären bei dieser Grenzfrequenz allerdings keine zeitlichen Änderungen der Ausgangsspannung möglich.surrender. It therefore supplies only the voltage U e a portion of the output voltage of the low-pass filter, the frequency of which is equal to the control frequency and thus, as desired, also to the measurement frequency. Due to the infinitely large time constant of the low-pass filter, no changes in the output voltage over time would be possible at this cut-off frequency.

Für eine Grenzfrequenz fgTP < 0 Hz wird nicht mehr eine bestimmte Frequenz, sondern ein Frequenzband aus dem Mischsignal von Ue herausgefiltert. Hinsichtlich der Meßfrequenz verhält sich die Schaltung also wie ein Bandpaß mit der Bandbreite B = 2 fgTP und der Mittenfrequenz fM = fst = fMeß.For a cut-off frequency f gTP <0 Hz, a certain frequency band is no longer filtered out of the mixed signal of U e , but rather a frequency band. With regard to the measurement frequency, the circuit behaves like a bandpass filter with the bandwidth B = 2 f gTP and the center frequency f M = f st = f measurement .

Das Tiefpaßfilter 52 bestimmt demnach die Eigenschaften der Gesamtschaltung und muß so ausgelegt werden, daß es die Anforderungen hinsichtlich Anstiegszeit, Sprungantwort, Störunterdrückung usw. erfüllt (z. B. Bessel-TP 4. Ordnung mit fgTP = 100 Hz).The low-pass filter 52 accordingly determines the properties of the overall circuit and must be designed so that it meets the requirements with regard to rise time, step response, interference suppression, etc. (e.g. 4th order Bessel TP with f gTP = 100 Hz).

Betrachtet man den für die Detektion benutzten GleichspannungsanteilConsider the one used for the detection DC voltage component

U= = 0,5 * ûe * ûst/E,U = = 0.5 * û e * û st / E,

erkennt man, daß die Ausgangsspannung proportional zur Amplitude ûe der Schleifenspannung Ue (t) ist. Die Induktionsschleife 2 wird aber durch einen großen Widerstand angesteuert (hochohmiger Ausgang der Schleifenendstufe), so daß der Strom nahezu konstant ist. Daraus folgt, daß der Gleichspannungsanteil U= proportional zu dem Betrag der Schleifenimpedanz |Z| (Z = U/I) ist.you can see that the output voltage is proportional to the amplitude û e of the loop voltage U e (t). The induction loop 2 is driven by a large resistor (high-resistance output of the loop output stage), so that the current is almost constant. It follows that the direct voltage component U = proportional to the magnitude of the loop impedance | Z | (Z = U / I).

BezugszeichenlisteReference list

 1 Induktiver Fahrzeug-Detektor
 2 Induktionsschleife
 3 Meßspannungsquelle
 4 Schleifenendstufe
40 Signalverstärker
41 hochohmiger Verstärkerausgang
42 Phasenschieber
 5 Auswertevorrichtung
50 Signalverstärker
51 Synchrongleichrichter, Analogmultipli­ zierer
52 Tiefpaßfilter
53 Eingang, Steuereingang
54 Eingang
55 Ausgang
 6, 7 Verbindungsleitungen
 8 A/D-Wandler
 9 Microcontroller
10 Meßwertanzeige
11 elektrische Verbindungsleitung
1 inductive vehicle detector
2 induction loop
3 measuring voltage source
4 loop power stage
40 signal amplifiers
41 high impedance amplifier output
42 phase shifters
5 evaluation device
50 signal amplifiers
51 synchronous rectifier, analog multiplier
52 low pass filter
53 input, control input
54 entrance
55 exit
6 , 7 connecting lines
8 A / D converter
9 microcontrollers
10 Measured value display
11 electrical connection line

Claims (6)

1. Induktiver Fahrzeug-Detektor mit einer Induktionsschleife (2), die über eine Verbindungsleitung (6, 7) mit einer Schleifenendstufe (4) verbunden ist, welche einen Signalverstärker (40) mit einem hochohmigen Ausgangswiderstand und einen Phasenschieber (42) zur Veränderung der Phase der an der Induktionsschleife (2) liegenden Spannung enthält, und die mit einer Meßspannungsquelle (3) zur Erzeugung einer Wechselspannung mit einer vorgebbaren Frequenz, die mit dem Phasenschieber (42) verbunden ist, und mit einem Synchrongleichrichter (51) mit nachgeschaltetem Tiefpaßfilter (52), wobei der Meßeingang (54) des Synchrongleichrichters (51) mit dem Signalverstärker (40) und der Steuereingang (53) mit der Meßspannungsquelle (3) verbunden ist und der Ausgang des Tiefpaßfilters (52) über einen Analog-/Digital-Wandler (8) mit einem Microkontroller (9) verbunden ist, und die aus dem Synchrongleichrichter (51) und dem Tiefpaßfilter (52) bestehenden Schaltungsanordnung nur die Amplituden derjenigen Schwingungen mißt, deren Frequenz der Spannung der Meßspannungsquelle (3) entspricht.1. Inductive vehicle detector with an induction loop ( 2 ), which is connected via a connecting line ( 6 , 7 ) to a loop output stage ( 4 ), which has a signal amplifier ( 40 ) with a high-impedance output resistor and a phase shifter ( 42 ) for changing the Contains phase of the voltage applied to the induction loop ( 2 ) and that with a measuring voltage source ( 3 ) for generating an alternating voltage with a predeterminable frequency, which is connected to the phase shifter ( 42 ), and with a synchronous rectifier ( 51 ) with a downstream low-pass filter ( 52 ), the measuring input ( 54 ) of the synchronous rectifier ( 51 ) being connected to the signal amplifier ( 40 ) and the control input ( 53 ) being connected to the measuring voltage source ( 3 ) and the output of the low-pass filter ( 52 ) via an analog / digital converter ( 8 ) is connected to a microcontroller ( 9 ) and which consist of the synchronous rectifier ( 51 ) and the low-pass filter ( 52 ) the circuit arrangement only measures the amplitudes of those vibrations whose frequency corresponds to the voltage of the measuring voltage source ( 3 ). 2. Induktiver Fahrzeug-Detektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Phasenschieber (40) durch einen Prozessor steuerbar ist. 2. Inductive vehicle detector according to claim 1, characterized in that the phase shifter ( 40 ) is controllable by a processor. 3. Induktiver Fahrzeug-Detektor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Synchrongleichrichter (51) im wesentlichen als Analogmultiplizierer ausgebildet ist.3. Inductive vehicle detector according to claim 1 or 2, characterized in that the synchronous rectifier ( 51 ) is designed essentially as an analog multiplier. 4. Induktiver Fahrzeug-Detektor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem Synchrongleichrichter (51) um einen phasenunabhängigen Synchrongleichrichter handelt.4. Inductive vehicle detector according to one of claims 1 to 3, characterized in that it is in the synchronous rectifier ( 51 ) is a phase-independent synchronous rectifier. 5. Induktiver Fahrzeug-Detektor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Induktionsschleife (2) und Synchrongleichrichter (51) ein Signalspannungsverstärker (50) angeordnet ist.5. Inductive vehicle detector according to one of claims 1 to 4, characterized in that a signal voltage amplifier ( 50 ) is arranged between the induction loop ( 2 ) and the synchronous rectifier ( 51 ). 6. Induktiver Fahrzeug-Detektor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei der Meßspannungsquelle (3) um einen Sinusgenerator handelt.6. Inductive vehicle detector according to one of claims 1 to 5, characterized in that the measuring voltage source ( 3 ) is a sine wave generator.
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