JP2008293460A

JP2008293460A - ループコイル式車両検知装置

Info

Publication number: JP2008293460A
Application number: JP2007166943A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Tajima; 健一田島
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2007-05-28
Filing date: 2007-05-28
Publication date: 2008-12-04

Abstract

【課題】ループコイル式車両検知装置で温度変動や環境ノイズに頑強で感度良好な方式を提供する。
【解決手段】本発明のループコイル式車両検知装置は、ループコイルと、ループコイルに正弦波電圧を印加する手段と、ループコイルに流れる電流を直列に接続した抵抗で検出し、ループコイル駆動周波数で同期検波し、ループコイルインピーダンスを演算で求めて車両を検知することを特徴とする。同時に同期検波の参照信号を調整して位相変化が０度からとなることで車両検知時の感度を改善したことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は地中もしくは地上に配置したループコイルにより車両等の金属物体を検知するループコイル式車両検知装置に関する。

駐車場等においては、駐車車両の有無を検知するのに磁気誘導を利用したループコイル式のセンサでループコイルを共振回路の一部に含む発振回路を構成しているものが知られている。（例えば、特許文献１参照。）

従来のループコイル式金属物体検知装置はセンサとなるループコイルとコンデンサで共振回路を構成している。そして定常状態では、ループコイルのインダクタンスを含むインダクタンスと共振回路に含まれるコンデンサ容量で決まる一定の共振周波数で発振動作を行っている。ループコイルに金属物体が近づくとループコイルのインダクタンスとＱが変化するので、発振周波数と波高電圧が変化する。この発振周波数または波高電圧の変化を検出することにより、金属物体、車両の有無を検出していた。
特開平６−２３６４９８

ループコイルは温度変化が激しい屋外に設置されることが多いので先に述べたようなループコイルを共振回路の一部に含む発振回路では発振周波数の安定化のために共振回路に含まれるコンデンサの温度特性を十分吟味する必要があった。またこれらの共振回路の共振周波数は比較的高く、ループコイルがアンテナとなるので中波ラジオ等の電波混入などの影響を考慮する必要があった。

かかる課題を解決するため本発明の車両検知装置はループコイルと、上記ループコイルに正弦波電圧を印加する手段と、上記ループコイルに金属物体が接近した時、インダクタンスの変化によるループコイル電流の位相変化を検出する同期検波回路を有することを特徴とする。

同期検波回路は後続のローパスフィルタの帯域を小さくすれば発振周波数を中心とするＱが高いバンドパスフィルタと等価になる。したがって発振周波数以外の妨害波には強くなる。またループコイルに直列に入るのは電流検出抵抗であり温度に影響されやすいコンデンサを含んでいないので温度変動も少ない。発振周波数を決めるのは、ディジタルのカウンタ回路のクロックであり安定している。

またインダクタンス成分に対応する同期検波の直交成分を同期検波の参照信号の位相を調整する事により金属物体がないときに０にしておく。金属物体が近づいた時、インダクタンスの変化で位相が０度から変化する。直交成分はこの角度変化のＳＩＮ関数となるので、０度付近で大きく変化するになり、感度を改善できる。

ループコイルは共振回路を構成していないので、比較的大きな電流を流すことができ、ループコイルからの検出距離を伸ばすことが出来る。また後述するように、同期検波出力の同相成分から金属物体の渦電流損失による実効抵抗増加を検出でき、判断のひとつに使うことが出来る。

制御に用いるマイクロコントローラの通信ポートでメインのホストコンピュータからループコイルの駆動開始停止を指示できるので、複数個のループコイルが短い間隔で配置してあっても、ループコイルの動作タイミングをずらすことが出来、ループコイル間の電磁的干渉を防ぐことが出来る。またループコイルの駆動周波数が比較的低いので、不要輻射を防止することが出来る。

本発明の車両検知装置によれば、検出手段としてコンデンサなどの温度変動があるものを含んでいないので安定であり、同期検波のローパスフィルタの遮断周波数を低く設定すれば等価的にループコイル励磁周波数を中心とする狭帯域バンドパスフィルタとなり励磁周波数以外の成分を除去できる。また同期検波は上記の事と相まってディジタル回路あるいはソフトウェアでも実行できるので、検知精度を向上させることが出来る。

（Ａ）第一の実施形態
以下、本発明の第一の実施形態について詳述する。

図１において、検知装置はＳＩＮ、ＣＯＳ参照信号を持つ正弦波発振回路１２、コイルドライブ回路１３、ループコイル１１、ループコイルと直列に入りループコイルの電流を検出する電流検出抵抗１４、電流検出抵抗で検出した電圧を増幅する増幅器１５、増幅器からの出力を基準のＳＩＮ参照信号、ＣＯＳ参照信号と乗算する乗算器１６、乗算器からの信号をコイル励磁周波数の２倍成分以上を、ろ過して低周波成分のみ取り出すローパスフィルター１７、ローパスフィルターの出力をディジタルに変換するＡ／Ｄ変換器１８、Ａ／Ｄ変換器の結果を読み取り、検知を判断するマイクロコントローラ１９を有している。

図２は図１の正弦波発振回路の詳細である。水晶発振子で発振するパルスを用いてカウンタ回路１，２でループコイル励磁周波数と同じ周波数の方形波を生成する。この方形波を参照信号として同期検波を行う。またカウンタ回路２の出力をバンドパスフィルタに入力して基本波成分を得てループコイルを駆動する。カウンタ回路１はカウンタ回路２に対して位相が任意角度に相当するカウント数ずれるようにソフトウェアで変更ができる。

あらかじめ車両がない場合に、計測しておいたループコイル電流の直交成分の位相を０となるよう、図２のカウンタ回路１での位相調整で位相をずらして同期検波出力の直交成分の位相を０にしておく。この状態でループコイルに車両が近接した時、ループコイルのインダクタンスが変化しインピーダンスが変わるためループコイルに流れる電流の位相が変化する。この時直交成分は０度からの変化になり、ＳＩＮ関数出力は０度付近が大きく変化するので感度良く検出することができる。

図２のカウンタ回路１での位相調整をカウンタ回路２に対して９０度に相当するカウンタ数だけ遅らせた場合、カウンタ回路１の出力は直交成分（ＳＩＮ）、カウンタ回路２の出力は同相成分（ＣＯＳ）に対応し、これらの出力で同期検波を行うと、ループコイル電流の直交成分、同相成分から複素インピーダンスが求められる。

上記の述べたように、カウンタ回路１出力のカウンタ回路２出力との位相差をソフトウェアで変更し同期検波することにより、車両がループコイルの近傍に来たことの検出が出来る。また上記に述べたように複素インピーダンスの同相成分を車両がない時と比較することにより渦電流損失による抵抗増加分を検出できる。

またループコイルに直列に入れる電流検出抵抗の抵抗値ＲはＲ＝ωＬのとき、インダクタンスの変化に対して、位相角の変化が最大になるのでこのように抵抗値を選択する。ωはコイル駆動角周波数、Ｌはループコイルのインダクタンスを示す。ループコイル自体に抵抗成分が存在して、上記のＲ＝ωＬを満たすような電流検出抵抗を挿入できない時、公知のオペアンプによる電流電圧変換回路を使用しても良い。ループコイルに流す電流は共振回路と違って、ある程度大きくすることが出来、ループコイルの幾何学的配置が変わらなければ、遠方まで磁界が広がり検出距離を伸ばすことが出来る。

アナログ回路による共振回路では、コイルの励磁周波数の変更は難しいがカウンタによる発振器では可能であり、検知する車両あるいは環境に応じて変更することが出来る。これはループコイルのインダクタンスをある程度変更しても計測可能な電圧範囲に納められる事を意味しループコイルの設置位置の自由度も高めることが出来る。

（Ｂ）第２の実施形態
図３の第２の実施形態の場合、ループコイル１１、コイルドライブ回路１３、電流検出抵抗１４は同じであるが、その他にディジタル発振器１２ｂ、ディジタル発振器の出力をアナログ信号に変換するＤ／Ａ変換器２０、ディジタル乗算器１６ｂ、ディジタルローパスフィルタ１７ｂ、ループコイルの電流検出抵抗の電圧をディジタルに変換するＡ／Ｄ変換器１８ｂを有している。図３の構成で、ディジタル発振器、ディジタル乗算器、ディジタルローパスフィルタはハードウェアあるいはマイクロコントローラのソフトウェアで構成しても良い。この場合もディジタル発振器の位相はアナログ方式と同じようにソフトウエアで任意に変更できる。

ループコイルと共に車両検知装置を構成している第１の実施形態の検知装置の詳細構成を示すブロック図である。第１の実施形態の正弦波発振回路の詳細構成を示すブロック図である。ループコイルと共に車両検知装置を構成している第２の実施形態の検知装置の詳細構成を示すブロック図である。

符号の説明

１１ループコイル
１２１２ｂ正弦波発振器
１３コイルドライブ回路
１４電流検出抵抗
１５増幅器
１６１６ｂ乗算器
１７１７ｂローパスフィルタ
１８１８ｂＡ／Ｄ変換器
１９マイクロコントローラ
２０Ｄ／Ａ変換器
３０水晶発振子
３１カウンタ回路１
３２カウンタ回路２
３３バンドパスフィルタ

Claims

任意の周波数で発振する正弦波発振回路とこの発振回路に直列に入り、センサとなるループコイル及びループコイル電流検出抵抗で構成する回路において、電流検出抵抗の電圧を発振回路と同じ周波数でアナログあるいはディジタルにて、同期検波を行いアナログの場合は、その出力をＡＤ変換しマイクロコントローラで演算を行いループコイルのインピーダンスを求めて、車両を検知することを特徴とするループコイル式車両検知装置。
請求項１記載のループコイル式車両検知装置において、インダクタンス成分に対応する同期検波直交成分の位相を車両等の金属物体がないときに０に調整しておき、金属物体が近づいたときの位相変化が０度から変化することで感度を改善したことを特徴とするループコイル式車両検知装置。