KR20020000790A - 투자율-변조된 반송파 참고 기법 - Google Patents

투자율-변조된 반송파 참고 기법 Download PDF

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스티븐알. 힐리어드
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인덕티브 시그나츄어 테크놀로지스, 인코포레이티드.
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Abstract

특정 시간-상수나 주파수를 직접 참고하지 않으면서 와이어-루프(20)의 인덕턴스를 측정하기 위한 장치 및 방법이 공개된다. 와이어-루프(20)에 유도되는 저주파 잡음이 감지기 회로(24a, 24b)에서 소거되고, 다수의 인접 와이어-루프(20a, 20b)간 누화가 패시브 변압기(22)를 이용하여 무효화된다. 새로운 와이어-루프 구조(20a, 20b)는 투자율-변조된 반송파 참고 기법을 이용하여, 보다 간섭이 적은 설비를 가지는 반복가능한 유도 시그너쳐를 제공한다.

Description

투자율-변조된 반송파 참고 기법{PERMEABILITY-MODULATED CARRIER REFERENCING}
주파수 카운팅 기술을 이용하여 LCR 발진기의 주파수 결정 회로의 일부인 와이어-루프의 인덕턴스를 측정하는 것은 당 분야의 기존 기술에서 잘 알려져 있다. 일반적으로, LCR커패시터 C의 단자간 전압의 시간 증가당 제로-크로싱의 수가 계산된다. LCR 발진기의 주파수가 LCR 회로의 인덕턴스 L의 제곱근에 반비례하기 때문에, 와이어-루프의 인덕턴스 변화는 시간 증가당 카운팅되는 제로-크로싱의 수의 변화에 반영된다.
1975년 3월 25일 Thomas R. Potter에게 특허된 미국특허번호 3,873,964 호에 기술된 C-클래스 와이어-루프 발진기는 기존 기술에서 사용되는 전형적인 LCR 발진기이다. 작동 중인 LCR 발진기에 연결된 와이어-루프 상에서 차량이 이동할 때, 차량의 금속은 와이어-루프를 둘러싸는 공간 일부의 투자율을 변화시키고, LCR 발진기에서 발생되는 반송파를 변조시킨다. 차량에 의해 유발되는 와이어-루프의 인덕턴스 변화는 LCR 발진기의 반송파에 포개져서, 투자율 변조된 반송파를 얻는다. 그 다음에, 투자율 변조된 반송파로부터 유도 시그너쳐가 복원된다. 반송파를 복조하는 한가지 방법은 3M사 및 Peek Traffic 사의 "시그너쳐 카드"와 같은 주파수 카운팅 기술을 이용하는 것이다. 이 시그너쳐 카드는 100Hz 샘플 속도를 제공하고, 이는 고속도로에서 운행중인 차량의 유도 시그너쳐를 복조하기에 충분하지 못하다.
와이어-루프에서 인덕턴스 측정과 관련된 또다른 문제점은 누화(crosstalk)이다. 두 개 이상의 와이어-루프간의 누화는 와이어-루프간 유도 결합의 결과이고, 이는 변화하는 전류가 와이어-루프를 통해 흐를 때 와이어-루프간 에너지 전송을 야기한다. 와이어-루프가 거의 동일한 주파수에서 작동할 때, 에너지 전달은 한 LCR 회로에서 과장된 구축을, 다른 한 LCR 회로에서는 과장된 에너지 침하를 나타낼 수 있다. 이는 두 회로의 반송파가 서로 고정 위상 차로 동반하게 하고, 서로에게 독립적으로 차량을 감지하는 와이어-루프의 능력을 효과적으로 제거한다. 일반적으로, 완전한 동반을 이루기 위해서는 단 몇퍼센트만의 유도 결합 계수만으로도 충분하다. 기존 차량 감지기에서, 누화로 인한 반송파 동반은 LCR 회로의 커패시턴스 C의 값을 변화시킴으로서 서로 다른 주파수에서 와이어-루프와 연계된 발진기 회로를 작동시킴으로서 부분적으로 회피된다. 이는 침체 및 동반을 방지할 수 있지만, 상호 유도 결합으로 인한 에너지 전달에 의해 각 감지기에 유도되는 하부 오류를 처리하지 못한다.
따라서, 감시받는 도로를 따라 운행하는 차량에 의해 유발되는 와이어-루프의 인덕턴스 변화를 측정하기 위한 장치 및 방법이 필요하다. 이 장치 및 방법은고속도로를 운행하는(즉, 고속으로 운행하는) 차량에 의해 유발되는 와이어-루프의 인덕턴스 변화를 측정할 수 있어야 한다. 더욱이, 이 장치 및 방법은 주파수 변화를 식별하려 하지 않으면서 인덕턴스를 측정할 수 있어야 한다. 마지막으로, 누화로부터 발생하는 상당한 오류없이 다중 유도 센서를 이용하여 인덕턴스를 측정할 수 있는 장치 및 방법이 필요하다.
따라서, 감시받는 도로를 따라 주행하는 차량에 의해 유발되는 와이어-루프의 인덕턴스 변화를 측정하기 위한 장치 및 방법을 제공하는 것이 본 발명의 한가지 목적이다.
고속으로 주행하는 차량에 의해 유발되는 와이어-루프의 인덕턴스 변화를 측정하기 위한 장치 및 방법을 제공하는 것이 본 발명의 또다른 목적이다.
차량에 의해 유발되는 와이어-루프의 인덕턴스 변화를 측정하면서 상기 차량에 대한 유도 시그너쳐를 생성하는 장치 및 방법을 제공하는 것이 발명의 또한가지 목적이다.
차량에 의해 유발되는 와이어-루프의 인덕턴스 변화를 측정하면서 측정된 전압을 투자율-변조된 전류 반송파에 기준함으로서 상기 차량의 유도 시그너쳐를 생성하기 위한 장치 및 방법을 제공하는 것이 발명의 다른 한가지 목적이다.
누화로부터의 상당한 오류없이 다중 유도 센서를 이용하여 차량에 의해 유발되는 와이어-루프의 인덕턴스 변화를 측정하기 위한 장치 및 방법을 제공하는 것이 발명의 또다른 목적이다.
도로의 주행면에 설치될 필요가 없는, 차량에 의해 유발되는 와이어-루프의인덕턴스 변화를 측정하기 위한 장치 및 방법을 제공하는 것이 발명의 또한가지 목적이다.
본 발명은 인덕턴스 측정 장치 및 방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 투자율-변조 반송파 참고기법을 이용하여 차도에서 이동중인 차량의 인덕턴스를 측정하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
도 1은 본 발명의 선호되는 실시예의 인덕턴스 측정 회로의 회로도.
도 2는 도 1의 인덕턴스 측정 회로의 회로 시뮬레이션에 의해 만들어진 순수 파형 데이터의 그래프.
도 3은 도 1의 인덕턴스 측정 회로의 회로 시뮬레이션에 의해 만들어진 복합파형 데이터의 그래프.
도 4는 본 발명의 한 실시예를 이용하여 차량에 대해 기록된 유도 시그너쳐의 그래프.
도 5는 두 와이어-루프 사이의 누화 무효화를 위해 감긴 패시브 변압기의 도면.
도 6은 최대 데이터 분석을 위해 세 개의 차로 사이에 선호되는 쐐기형 구조로 전개되는 단일 와이어-루프의 도면.
도 7은 두 공통 레그의 자기장을 무효화하기 위해 반대 전류 흐름으로 세 차로 사이에 전개되는 한 쌍의 보완형 쐐기식 구조 와이어-루프의 도면.
도 8은 두 공통 레그의 자기장을 감쇠시키기 위해 보완 전류 흐름으로 세 차로 사이에 전개되는 한 쌍의 보완형 쐐기식 구조의 와이어-루프의 도면.
도 9는 도 7과 8에 도시되는 와이어-루프 쌍의 단면도.
도 10은 도 7과 8에 도시되는 것과는 달리 수직으로 분리되는 평행 및 동심 와이어-루프의 두 쌍을 가지는 와이어-루프 차량 감지기의 대안의 실시예의 단면도.
도 11은 수평 구조로 전개되는 비-간섭형 와이어-루프 차량 감지기의 도면.
도 12는 수직 구조로 전개되는 비-간섭형 와이어-루프 차량 감지기의 한 실시예의 도면.
도 13은 수평으로 향하는 한 쌍의 와이어-루프를 가지는 비-간섭형 와이어-루프 차량 감지기의 대안의 실시예 도면.
도 14는 통과식 와이어-루프 구조의 도면.
도 15는 본 발명의 와이어-루프 차량 감지기의 제어 박스의 한 실시예 도면.
전형적인 LCR 회로에서, 인덕턴스 값에는 여러개의 인자가 관련된다. 가령, 주파수는 인덕턴스 L의 제곱근에 반비례한다. 이 관계는 전류 흐름 변화의 순간적 양 δI가 인덕턴스값에 직접 의존하는 결과이다. 따라서, 주파수는 이 보다 일반적 관계의 간접적인 표시일 뿐이다. 왜냐하면, 회로 전압 V 역시 전류 I와 커패시턴스 C의 함수이기 때문이다. LCR 발진기에서 인덕턴스의 보다 직접적인 표시는 전류 함수 I(t)의 진폭으로서, 이는 LCR 회로의 인덕턴스에 반비례한다. 유도 차량 감지기의 LCR 회로에서 변화하는 전류 함수 I(t)는 투자율-변조 반송파이다. 이 반송파는 일반적으로 차량인 금속성 물체의 움직임에 의해 유발되는 와이어-루프 주변 공간의 명백한 투자율을 변경시킴으로서 이 반송파가 주파수 및 진폭 변조된다. 예를 들어 고압 전력선으로부터 유도된 전자기적 잡음은 전류 함수 반송파를 효과적으로 변조시킨다. 그러나, 유도된 잡음은 크기 축 상에서 전압 함수를 이동시킴으로서 비대칭으로 전압 함수 V(t)를 변조시킨다. 유도 잡음으로부터의 변조가 전류 흐름 및 전압 함수에 달리 영향을 미치기 때문에 투자율 변조된 전류 반송파 함수 I(t)는 유도 잡음으로부터 바람직한 인덕턴스를 고립시키기 위해 전압 함수 V(t)와 상호참고될 수 있다. 인덕턴스를 고립시키는 이 방법은 투자율-변조 반송파 기준법(PMCR)으로 알려져 있다. PMCR은 인덕턴스 측정 회로로부터 저주파 유도 잡음을 제거하는 데 특히 효과적이다. PMCR이 LCR 발진기를 참고하여 여기서 설명되지만, 그 원리는 펄스형 분리 사이클 인덕턴스 측정 기술을 포함하는 다른 형태의 반송파 함수에도 동등하게 적용가능하다.
본 발명의 성능에 영향을 미치는 또다른 인자는 누화로서, 인덕터에서 전류 흐름의 방향은 이에 유도적으로 연결된 인덕터의 유도 차등 전류 흐름의 방향을 결정한다. 누화를 감소시키는 한가지 방법은 패시브 변압기를 이용하여 다수의 와이어-루프의 하부 상호 유도 결합을 무효로 하는 것이다. 패시브 변압기는 원래 결합된 크기와 정확하게 반대의 극성으로 인덕터에 유도적으로 결합하여, 원래의 결합을 무효로하고, 소스에서의 누화에 대한 가능성을 제거한다. 누화에 의해 유도된 총오류를 제거함에 추가하여, 유도 결합의 무효화는 기록된 유도 시그너쳐에서 비-반복 오류로 나타나는, 감지기의 보다 미묘한 전이 오류를 제거한다.
한 개 이상의 차로의 폭에 걸친 1회 감김 와이어-루프는 와이어-루프를 지나는 차량의 속도, 방향, 차로 위치, 바퀴-기준 치수를 감지하는 데 충분하다. 차량의 속도 및 측방 차로 위치는 와이어-루프의 두 액티브 레그가 다른 비스듬한 각으로 차로에 걸쳐있을 경우 명백하게 결정된다. 대칭 경사 각도는 유용한 데이터를 생성하지만, 차량 방향을 분석하는 데는 불분명하다. 유사한 경사 각도가 차로 위치를 분석하지 못한다. 그러나, 이는 다중 차로에서만큼 단일 차로에서 중요한 것은 아니다. 마지막으로, 0의 경사 각도가 속도 및 축-카운트 데이터를 생성할 수 있으나, 차량 방향 분석에는 모호한 면이 있고, 바퀴-기반의 폭이나 차로 위치를 분석할 수 없고, 다중 차로가 포함된 경우 차량 연속성에 대해 모호하다.
다중 차로 교통의 경우에, 보조 쐐기형 배치의 한 쌍의 단일 감김 와이어-루프가 최대 명백 교통-흐름 데이터를 모으기에 이상적이다. 이 배치는 간단한 와이어-루프의 특성인 비-간섭형 설비와 함께 블레이드의 특성인 시그너쳐의 반복성을 부여하는 장방형 와이어-루프와 블레이드의 하이브리드이다. 전단 면이나 슬롯 장애 형성 방지를 위해 포장면의 긴 거리에 걸친 교통 센서를 위해 얕은 톱니-단면이 바람직하다.
대형-구멍 와이어-루프는 큰 거리에서 금속성 물체를 감지할 수 있다. 와이어-루프에 의해 발생하는 자기장은 와이어-루프로부터 상당한 거리에서 고도의 방향성을 가진다. 보다 정확하게, 와이어-루프와 같은 평면에 있는 떨어진 물체에 와이어-루프는 가장 민감하고, 물체가 와이어-루프 평면으로부터 멀리 이동할 때 감도가 감소한다. 상당한 거리에서, 와이어-루프의 평면에 수직인 평면에 접근하는 물체는 와이어-루프에 시각적으로 보이지 않는다. 와이어-루프의 방향성 감도는 레이더 안테나가 방향성인 것과 비슷한 방식으로 감지된 물체에 대한 상대적 방향을 결정함에 있어 유용하다. 대형-구멍 와이어-루프는 비-간섭형 차량 감지 분야에 이용된다. 왜냐하면, 통과 차량 감지를 위해 노면 상에 와이어-루프가 설치될 필요가 없기 때문이다.
특정 시간 상수나 주파수를 직접 참고하지 않으면서 와이어-루프의 인덕턴스를 측정하기 위한 장치 및 방법이 도면에서 (10)으로 표시된다. 장치(10)는 와이어-루프를 통과하는 차량의 유도 시그너쳐를 식별하기 위해 투자율-변조 반송파 참고를 이용한다.
전형적인 LCR 회로에서, 다수의 인자가 인덕턴스값에 관련된다. 가령, 주파수는 인덕턴스 L의 제곱근에 반비례한다. 이 관계는 전류 흐름의 순간적 변화량 δI가 인덕턴스값에 대해 직접적으로 의존하는 결과이다. 이는 다음의 방정식을 따른다.
δI = V/L (1)
따라서, 주파수는 이 보다 일반적인 관계의 간접적인 표시일 뿐이다. 왜냐하면, 회로 전압 V가 전류 I와 커패시턴스 C의 함수이기 때문이다. 이는 다음의 방정식을 따른다.
δV = I/C (2)
LCR 발진기의 인덕턴스의 보다 직접적인 표시는 전류 함수 I(t)의 진폭이고, 이는 LCR 회로의 인덕턴스에 반비례한다. 유도 차량 감지기의 LCR 회로에서 변화하는 전류 함수 I(t)는 투자율 변조 반송파다. 이 반송파는 차량과 같은 금속성 물체의 움직임에 의해 유발되는 와이어-루프 주변 공간의 명백한 투자율 변화에 의해진폭 및 주파수 변조된다. 예를 들어 고압 전력선으로부터 유도된 전자기적 잡음은 전류 함수 반송파를 효과적으로 변조시킨다. 그러나, 유도된 잡음은 크기 축 상에서 전압 함수를 이동시킴으로서 비대칭으로 전압 함수 V(t)를 변조시킨다. 유도 잡음으로부터의 변조가 전류 흐름 및 전압 함수에 달리 영향을 미치기 때문에 투자율 변조된 전류 반송파 함수 I(t)는 유도 잡음으로부터 바람직한 인덕턴스를 고립시키기 위해 전압 함수 V(t)와 상호참고될 수 있다. 인덕턴스 시그너쳐를 고립시키는 이 방법은 투자율-변조 반송파 기준법(PMCR)으로 알려져 있다. PMCR은 인덕턴스 측정 회로로부터 저주파 유도 잡음을 제거하는 데 특히 효과적이다. PMCR이 LCR 발진기를 참고하여 여기서 설명되지만, 그 원리는 펄스형 분리 사이클 인덕턴스 측정 기술을 포함하는 다른 형태의 반송파 함수에도 동등하게 적용가능하다.
도 1은 PMCR에 대한 본 발명의 한 실시예의 회로도이다. 도시되는 실시예는 신호 조건설정 전자장치에 연결된 C-클래스 발진기(11)를 포함한다. 신호 조건설정 장치를 이용하여, 주파수 변화를 측정하는 것보다는 변화 전류 I(t)와 전압 V(t)의 진폭 변조를 측정함으로서 기존 차량 감지기에 비해 상대적으로 높은 샘플 레이트를 얻는다. 본 발명의 목적과 장점에 상관없이 도시되는 C-클래스 발진기(11)를 다른 발진기로 대체할 수 있다.
도 2와 3은 도 1의 회로에서 얻은 출력을 나타낸다. 도 1의 회로에 의해 발생되는 두 신호 V18과 V19를 믹싱함으로서 와이어-루프에 유도된 잡음이 소거된다. 특히, 도 2는 제 1 곡선(12)에서의 순전압 V18과, 제 2 곡선(14)에서의 순전압 V19를도시한다. V13은 발진기(11)로부터 출력되는 전압 함수를 나타내고, V14는 전류 함수를 나타낸다. 발진기(11)의 출력에서, 전류 함수와 전압 함수는 90도만큼 위상이 다르다. 그러나, 인덕터 L3를 인덕터 L1과 유도 방식으로 결합함으로서, 전류 함수 V14의 위상은 전압 함수 V13의 위상과 일치하도록 변경된다. 도 3은 V18에서 뺀 V19의 제 1 그림(16)과, V18에 더해진 V19의 제 2 곡선(18)을 도시한다. V18에서 V19를 뺌으로서, 잡음이 소거되고, 인덕턴스 신호가 증가한다(인덕턴스가 변화한다). 역으로, 제 2 곡선(18)에서와 같이 상기 두 함수를 더함으로서, 인덕턴스 신호가 소거되고, 추가적인 잡음-소거 단계에서 하향으로 참고하거나 분석하기 위해 유용한 잡음만이 남게된다. PMCR이 발진기를 이용하여 설명되지만, 자유롭게 작동하는 발진기보다 임펄스 반송파 신호에 의해 와이어-루프가 구동되는 것과 같이 본 발명의 대안의 실시예에도 발명의 원리가 적용될 수 있다. 마지막으로, 투자율-변조 전류 반송파를 전압에 참고하고 유도 잡음을 제거함으로서, 차량을 나타내는, 도 4에서와 같은 유도 시그너쳐가 생성된다.
본 발명의 성능에 영향을 미치는 또다른 인자는 누화이다. 누화를 감소시키는 한가지 방법은 패시브 변압기(22)를 이용하여 다수의 와이어-루프(20)의 하부 상호 유도 결합을 무효화시키는 것이다. 인덕터에서 전류 흐름의 방향이 상기 인덕터에 유도적으로 연결된 인덕터에서의 유도 차등 전류 흐름의 방향을 결정하기 때문에, 도 5에 도시되는 바와 같이, 유도 시그너쳐 감지 회로(24a, 24b)에 연결된 와이어-루프(20a, 20b)를 유도적으로 링크하는 패시브 변압기(22)가 사용된다. 패시브 변압기(22)는 인덕터가 원래 결합된 크기와 정확하게 반대 극성으로 인덕터를 유도적으로 연결한다. 이는 원래 결합을 무효화시키는 효과와, 소스에서의 누화 가능성을 제거하는 효과를 가진다. 누화에 의해 생기는 총오류를 제거함에 추가하여, 유도 결합의 무효화는 기록된 유도 시그너쳐에서 비-반복성 오류로 나타나는 감지기의 보다 미묘한 전이 오류를 또한 제거한다.
도로(28)의 한 개 이상의 차로(30)의 폭에 걸친 1회감김 와이어-루프는 와이어-루프를 지나는 차량(32)의 속도, 방향, 차로 위치, 그리고 바퀴-기반 치수를 감지하기에 충분하다. 와이어-루프(20)의 두 액티브 레그(26a, 26b)가 도 6에 도시되는 바와 같이 서로 다른 경사 각도(27a, 27b)에서 차로(30)에 걸칠 경우, 차량(32)의 속도와 차로 위치가 명백하게 결정된다. 선호되는 실시예에서, 각 와이어-루프(20)의 배치가 예각 삼각형을 형성하는 쐐기형태로 전개된다. 대칭 경사의 레그와, 단일 와이어-루프의 평행 경사 레그를 포함하는 본 발명의 다른 실시예도 고려되지만, 선호되지는 않는다. 대칭 경사각도 유용한 데이터를 생성하지만, 차량 방향의 분석에는 불분명하다. 유사한 경사각은 차로 위치를 분석할 수 없다. 그러나, 이는 다중 차로에서만큼 단일 차로에서 중요한 것은 아니다. 마지막으로, 0의 경사 각도는 속도 및 차축-카운트 데이터를 생성할 수 있지만, 차량 방향 분석에 불분명하며, 바퀴-기반의 폭이나 차로 위치를 분석할 수 없고, 그리고 다중 차로가 관련될 때 차량 연속성에 대해 불분명하다.
다중 차로 교통의 경우에, 최대 명백 교통 흐름 데이터를 모으기에 도 7과 8의 선호되는 실시예에서 한쌍의 단일 감김 와이어-루프가 이상적이다. 특히, 와이어-루프 쐐기(20)가 선호 배열로 전개되어, 외부 레그(34a, 34b)가 대략 평행하고 내부 레그(36a, 36b)가 일치하게 된다. 쐐기형 배치에서, 각 쐐기의 두 레그(34, 36)는 서로 다른 두 개의 경사 각도(27a, 27b)로 도로(28)의 폭을 가로지른다. 포장면에 와이어가 매장되는 깊이는 시간이 지나도 신뢰적인 성능을 보일 수 있는 최소의 깊이이다. 포장면의 열팽창이 포장면에 매장된 긴 와이어에 인장 응력을 가하기 때문에, 매장된 와이어를 파괴하지 않으면서 포장면을 팽창시키기 위해 톱니 단면의 깊이가 약간 진동하는 것이 선호된다. 이 배치는 장방형 와이어-루프와 블레이드의 하이브리드로서, 간단한 와이어-루프의 특성인 비-간섭형 설치와 함께 블레이드의 특성인 시그너쳐의 반복성을 부여한다. 전단 평면과 슬롯 장애의 형성을 방지하기 위해 포장면에 긴 거리로 걸친 교통 센서에 대하여 얕은 톱니-단면이 선호된다. 두 개의 와이어-루프(20)가 에너지화되어 도 7에 도시되는 바와 같이 전류가 흐르게 될 때, 와이어-루프(20)의 공통 센터 레그(36)에 의해 발생되는 자기장은 소거될 것이고, 기록되는 시그너쳐는 외부 레그(34)로부터 자기장의 섭동(pertubation) 사이의 차이이다. 역으로, 도 8에 도시되는 바와 같이 전류가 흐르도록 두 와이어-루프(20)가 에너지화될 경우, 와이어-루프(20)의 공통 센터 레그(36)에 의해 발생되는 자기장은 공통 센터 레그(36)를 이 배치를 위한 우월한 감지 대역이게 한다.
도 9는 도 7과 8에 도시되는 바와 같이 와이어-루프(20)의 레그(34, 36)의 상대적 위치를 명백하게 도시한다. 특히, 도 9는 와이어-루프(20)를 수용하기 위해 포장면 내에 잘려진 슬롯(60)을 보여주는 노면(28)의 단면을 도시한다. 슬롯을 밀폐시키고 와이어-루프를 고정시키기 위해 필터 물질(62)이 사용된다.
도 10은 레그(34, 36, 그리고 34', 36')로 나타나는 두 쌍의 와이어-루프(20, 20')를 이용한 와이어-루프 배치의 대안의 실시예를 나타낸다. 와이어-루프의 제 1 쌍(20)과 제 2 쌍(20')은 동심이고, 평행하면서 수직으로 이격된 평면에 배열된다. 적절한 수직 간격을 유지하기 위하여, 간격 부재(64)가 와이어-루프의 제 1 쌍(20)과 제 2 쌍(20') 사이에 배열된다. 당 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 간격 부재(64)라는 것이 본 발명의 목적과 장점에 어긋나지 않으면서 바람직한 간격을 제공하도록 와이어-루프 쌍들과 일체형으로 형성되거나 와이어-루프 쌍 사이에 삽입가능한 분리 부재일 수 있음을 인식할 것이다.
와이어-루프(20)를 따로 에너지화하는 것은 차량의 주행 차로에 따라 인덕터스에 서로 다른 결과를 나타내기 때문이다. 가령, 도 7에서, 제 1 와이어-루프(20a)가 에너지화되지만 제 2 와이어-루프(20b)가 에너지화되지 않을 때, 측정된 인덕턴스 강도는 차량의 주행 차로에 따라 변하고, 제 1 차로(30a)로부터 제 2 차로(30c)까지 증가한다. 역으로, 제 2 와이어-루프(20b)가 에너지화되고 제 1 와이어-루프(20a)가 에너지화되지 않을 경우, 측정된 인덕턴스 강도가 제 1 차로(30a)로부터 제 3 차로(30c)까지 감소한다. 이렇게 다양한 감지 상황에서 두 개 이상의 와이어-루프(20)를 선택적으로 에너지화함으로서, 다수의 유용한 데이터 지점이 생성된다. 두 대 이상의 차량이 와이어-루프에 의해 동시에 감지되고 있을 때 기록되는 다중 차량 시그너쳐는 발생되는 다중 동시 방정식을 풀기 위해 연역법과 선형 대수를 이용하여 분리된다.
본 발명의 선호되는 실시예에서, 쐐기형 와이어-루프(20)의 두 레그 각각에 대해 차량(32)의 각각의 바퀴가 굴러감에 따라 그 바퀴가 감지된다. 가령, 4륜 차량(32)은 와이어-루프 상에서 구를 때 8개의 구분되는 바퀴 스파이크를 생성할 것이다. 차량의 축거의 장방형 형태와 와이어-루프(20)의 공지된 형태와 조합된 바퀴 스파이크 이벤트의 타이밍 지식은 교통 매개변수의 명백한 도출을 가능하게 한다. 바퀴 스파이크의 크기나 차량의 다른 매개변수는 하향 재식별이나 차량 분류에 사용되고, 대안의 실시예에서 선호될 수 있다.
본 발명의 선호되는 실시예에서, 두 개의 시간-스탬프가 센서에 대해 구르는 각각의 바퀴에 대해 감지된다. 교통 차로에 걸친 와이어-루프의 각 레그마다 한 개씩 감지된다. 4륜 차량은 와이어-루프 통과시 8개의 시간-스탬프를 발생시킨다. 한 실시예에서, 각각의 시간-스탬프를 16-비트 정수로 표현하여, 와이어-루프를 통과하는 차량의 16-바이트로 설명한다. 바퀴-스파이크 진폭, 동체 프로파일 등과 같이 필요할 경우 차량의 하향 재식별을 위해 유용한 보다 많은 정보를 모을 수 잇다. 대형 교통 흐름의 경우에, 데이터 저장 요구사항을 최소화시키기 위해 차량당 원칙으로 교통 센서가 작은 기록을 생성하게 하는 것이 매우 바람직하다.
도 11에서 13을 참고해보자. 대형-구멍 와이어-루프가 큰 거리에서 금속성 물체를 감지할 수 있다. 와이어-루프에 의해 발생되는 자기장은 와이어-루프로부터 상당한 거리에서 고도의 방향성을 가진다. 보다 정확하게 말하자면, 와이어-루프는 와이어-루프와 같은 평면의 이격 물체에 대해 가장 민감하고, 물체가 와이어-루프 평면으로부터 멀리 이동함에 따라 감도가 감소한다. 상당한 거리에서, 와이어-루프평면에 수직인 평면에 접근하는 물체는 와이어-루프에 실제 보이지 않는다. 와이어-루프의 이러한 방향에 따른 감도는 레이더 안테나가 방향성인 것과 유사한 방식으로 감지된 물체에 대한 상대적 방향을 결정하는 데 유용하다. 따라서, 대형-구멍 와이어-루프는 비-간섭 차량-감지 분야에 유용하다. 왜냐하면, 통과하는 차량 감지를 위해 포장면에 매장되거나 놓일 필요가 없기 때문이다.
대형-구멍 와이어-루프는 다수의 형태로 전개될 수 있다. 도 11은 도로의 각 측면에서 수평 방향으로 전개되는 단일 대형-구멍 와이어-루프(40)를 도시한다. 단일 루프(40)를 이용함으로서, 차량이 와이어-루프에 가까워질 때 차량의 존재가 감지되지만, 주행 차로와 같은 추가 정보를 얻을 수 없다. 그러나, 두 루프(40a, 40b)를 이용함으로서, 각각의 루프(40)에서 측정되는 상대적 인덕턴스가 주행 차로 식별에 이용된다. 도 12는 도로에 인접한 수직 방향으로 전개되는 단일 대형-구멍 와이어-루프(42)를 도시한다. 와이어-루프는 루프 형성 부재(44) 주위에 형성된다. 도 13은 도로의 한 쪽에 전개되는 한 쌍의 대형-구멍 와이어-루프(46a, 46b)를 도시한다. 와이어-루프(46a)가 와이어-루프(46b)보다 도로(28)에 더 가깝도록 와이어-루프(46a, 46b)의 중심이 치우쳐 있다. 도시되는 실시예에서, 두 별개의 와이어-루프가 존재하는 것을 보여주기 위해 와이어-루프들은 도로를 따라 이동하는 방향으로 치우쳐있으나, 이러한 치우침이 발명에 필요한 것은 아니다. 도시되는 배치는 주행 차로와 같은 추가 정보를 식별하는 유도 센서(10)에 의해 측정되는 상대적 인덕턴스간 차이를 생성한다. 본 발명의 목적을 거스르지 않으면서 비-간섭형 대형-구멍 와이어-루프 구조에 본 발명의 원리가 적용될 수 있음을 당 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 수 있을 것이다.
도 14는 관통식 와이어-루프 배치(70)를 도시한다. 관통식 배치(70)는 차량이 개방 와이어-루프의 중심을 통과하도록 전개되는 중앙 와이어-루프(72)를 포함한다. 적어도 한 개의 추가 외부 와이어-루프(74)가 중앙 와이어-루프(72)와 연계하여 전개된다. 각각의 외부 와이어-루프(74)는 중앙 와이어-루프(72)의 상응하는 치수와 같은 제 1 치수와, 중앙 와이어-루프(72)의 상응하는 치수보다 큰 제 2 치수를 가진다. 각각의 외부 와이어-루프(74)는 세 변이 중앙 와이어-루프(72)와 일치하도록 배치된다. 외부 와이어-루프(74)와 중앙 와이어-루프(72)의 네 번째 변이 상기 치수의 차이만큼 치우치게 된다. 도시되는 실시예에서, 네 개의 외부 와이어-루프(74a-74d)가 사용된다. 외부 와이어-루프(74a-74d)와 중앙 와이어-루프(72) 중 하나를 선택적으로 에너지화함으로서, 네 방향 중 어느 하나로부터 인덕턴스 변화가 측정되어, 차량에 관한 추가 정보를 얻게 한다. 이러한 관통형 감지기(70)는 금속 물체의 존재뿐 아니라 물체의 상대적 위치까지 식별하기 위해 도보 관통형 금속 감지기에 또한 유용하다. 도 14에는 도시되지 않았으나, 관통형 배치에 사용되는 와이어-루프의 형태 및 위치를 유지하기 위해 여러 다양한 방법 및 장치를 당 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 것이다.
도 15는 한 쌍의 와이어-루프(20)를 이용하기 위해 배치되는 제어 박스(24)의 블록도표이다. 도시되는 실시예에서, 제어 박스(24)는 한 쌍의 와이어-루프(20) 각각에 대해 전원 공급 장치(48)를 포함한다. 각각의 전원 공급 장치(48)는 제어기(54)에 따라 반응한다. 제어기(54)는 상응하는 와이어-루프(20)를 선택적으로 에너지화하도록 전원 공급 장치(48)의 작동을 지시한다. 각각의 전원 공급 장치(48)는 출력(50, 52)의 극성을 역전시킬 수 있고, 그래서 와이어-루프를 통한 전류 흐름의 방향을 제어기(54)가 지시하게 한다. 더욱이, 제어 박스(24)는 단일 전류 경로를 제시하도록 와이어-루프(20)를 직렬로 연결하는 스위치(56)를 포함한다. 이는 와이어-루프(20)를 연결시켜서, 나타나는 인덕턴스를 동등하게 하고, 위상 각도의 변화를 방지한다. 도시되는 실시예에서, 스위치(56)는 제어기(54)에 따라 반응한다. 그러나, 와이어-루프의 연결이 여러 다른 방식으로 달성될 수도 있다.
따라서, 특정 시간-상수나 주파수를 직접 참고하지 않으면서 와이어-루프의 인덕턴스를 측정하기 위한 장치 및 방법이 공개된다. 투자율-변조 전류 반송파 함수 I(t)를 전압 함수 V(t)와 비교함으로서, 와이어-루프를 지나는 차량에 의해 유발되는 와이어-루프 인덕턴스 변화가 고립된다. 패시브 변압기를 이용하여 누화가 무효화된다. 인덕턴스 감지에서, 한 쌍의 단일 감김 와이어-루프가 선호되는 쐐기형 구조로 전개되어, 최대 명백한 교통-흐름 데이터를 모은다. 각각의 와이어-루프를 선택적으로 에너지화함으로서, 다양한 교통-흐름 데이터가 측정될 수 있다. 마지막으로, 여기 공개되는 장치 및 방법은 비-간섭형 차량-감지 장치 분야에 대형-구멍 와이어-루프를 이용하게 한다.

Claims (24)

  1. 노면과 노폭을 가지는 도로에 사용하기 위한 유도 센서로서, 상기 도로는 한 개 이상의 차로를 포함하고,
    상기 유도 센서는 한 개 이상의 와이어-루프와, 한 개 이상의 전원 공급 장치를 포함하며,
    상기 한 개 이상의 와이어-루프는 제 1 레그, 제 2 레그, 제 3 레그를 형성하고, 상기 제 1 레그와 상기 제 2 레그 각각은 노폭 사이에 전개되는 길이를 가지고, 상기 제 1 레그는 제 1 각도로 노면 사이에 전개되고, 상기 제 2 레그는 제 2 각도로 노면 사이에 전개되며, 상기 제 3 레그는 상기 제 1 레그와 상기 제 2 레그를 연결하고,
    상기 한 개 이상의 전원 공급 장치는 상기 한 개 이상의 와이어-루프와 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 유도 센서.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 한 개 이상의 와이어-루프는 노면에 평행하게 배열되는 것을 특징으로 하는 유도 센서.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 각도와 상기 제 2 각도가 같지 않은 것을 특징으로 하는 유도 센서.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 한 개 이상의 와이어-루프 각각을 선택적으로 에너지화하기 위해 상기 한 개 이상의 전원 공급 장치와 전기적 연결되는 제어기를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 유도 센서.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 한 개 이상의 전원 공급 장치는 극성이 있는 출력을 생성하고, 상기 전원 공급 장치는 상기 출력의 극성을 역전시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 유도 센서.
  6. 제 1 항에 있어서, 한 쌍의 와이어-루프를 가지는 것을 특징으로 하는 유도 센서.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 제 1 레그와 상기 제 3 레그는 4변형의 서로 반대편 변을 형성하는 것을 특징으로 하는 유도 센서.
  8. 제 6 항에 있어서, 상기 제 1 레그와 상기 제 3 레그는 평행사변형의 서로 반대편 변을 형성하는 것을 특징으로 하는 유도 센서.
  9. 제 6 항에 있어서, 상기 유도 센서는 제 1 쌍의 와이어-루프에 평행하게 배열되는 제 2 쌍의 와이어-루프를 추가로 포함하고, 상기 제 1 쌍의 와이어-루프와 상기 제 2 쌍의 와이어-루프는 동심인 것을 특징으로 하는 유도 센서.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 한 개 이상의 와이어-루프 각각은 독립적인 전류 경로를 형성하는 것을 특징으로 하는 유도 센서.
  11. 제 1 항에 있어서, 단일 전류 경로 형성을 위해 상기 한 개 이상의 와이어-루프 중 하나를 상기 한 개 이상의 와이어-루프 중 또다른 하나에 직렬로 선택적 연결하는 한 개 이상의 스위치를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 유도 센서.
  12. 제 1 항에 있어서, 상기 한 개 이상의 제 1 와이어-루프와 상기 한 개 이상의 제 2 와이어-루프는 상호 유도적으로 연결되고, 상기 유도 센서는 상기 한 개 이상의 제 1 와이어-루프를 상기 한 개 이상의 제 2 와이어-루프에 유도적으로 연결하는 패시브 변압기를 추가로 포함하고, 상기 패시브 변압기는 상호 유도 연결을 무효화하도록 선택되는 것을 특징으로 하는 유도 센서.
  13. 노면과 노폭을 가지는 도로에 사용하기 위한 유도 센서로서, 상기 도로는 한 개 이상의 차로를 포함하고,
    상기 유도 센서는 도로에 근접하게 배치되는 한 개 이상의 와이어-루프와, 상기 한 개 이상의 와이어-루프와 전기적 연결되는 전원 공급 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 유도 센서.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 한 개 이상의 와이어-루프는 노면에 평행하게 배열되는 것을 특징으로 하는 유도 센서.
  15. 제 13 항에 있어서, 상기 한 개 이상의 와이어-루프는 노면에 수직으로 배열되는 것을 특징으로 하는 유도 센서.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 한 개 이상의 와이어-루프 각각이 형성되는 주변에 위치하는 루프 형성 부재를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 유도 센서.
  17. 제 13 항에 있어서, 상기 한 개 이상의 와이어-루프 각각은 독립 전류 경로를 형성하는 것을 특징으로 하는 유도 센서.
  18. 제 13 항에 있어서, 상기 유도 센서는 한 쌍의 와이어-루프를 가지고, 상기 한 쌍의 와이어-루프는 도로의 한쪽 변에 배열되는 것을 특징으로 하는 유도 센서.
  19. 제 13 항에 있어서, 상기 유도 센서는 제 1 와이어-루프와 제 2 와이어-루프를 포함하고, 상기 제 1 와이어-루프와 상기 제 2 와이어-루프는 도로의 양쪽편 변에 각각 배열되는 것을 특징으로 하는 유도 센서.
  20. 제 1 항에 있어서,
    상기 유도 센서는 다수의 와이어-루프를 가지고, 도로를 주행하는 차량이 상기 다수의 와이어-루프를 관통하도록 상기 다수의 와이어-루프가 도로에 수직으로 배치되며, 상기 다수의 와이어-루프는 한 개의 중앙 와이어-루프와 한 개 이상의 외부 와이어-루프를 포함하는 것을 특징으로 하는 유도 센서.
  21. 제 20 항에 있어서, 상기 중앙 와이어-루프와 상기 한 개 이상의 외부 와이어-루프의 제 1 치수는 동일하고, 상기 한 개 이상의 외부 와이어-루프가 상기 중앙 와이어-루프보다 제 2 치수가 크며, 상기 중앙 와이어-루프와 상기 한 개 이상의 외부 와이어-루프는 일치하는 세 변을 가지는 것을 특징으로 하는 유도 센서.
  22. 발진기 회로에서 유도 잡음으로부터 인덕턴스를 고립시키기 위한 방법으로서, 상기 방법은,
    a) 발진기 회로로부터 출력되는 전압에 상응하는 제 1 전압을 측정하고,
    b) 발진기 회로로부터 출력되는 전류에 상응하는 제 2 전압을 측정하며,
    c) 유도 잡음으로부터 인덕턴스를 고립시키도록 상기 제 1 전압을 상기 제 2 전압과 조합하는, 이상의 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  23. 제 22 항에 있어서, 상기 전압의 조합 단계 c)는 상기 조합 신호 생성을 위해 상기 제 2 전압으로부터 상기 제 1 전압을 빼는 단계를 포함하고, 이때 유도 잡음이 소거되고 인덕턴스가 고립되는 것을 특징으로 하는 방법.
  24. 제 22 항에 있어서, 상기 전압의 조합 단계 c)는 조합 신호 생성을 위해 상기 제 1 전압에 상기 제 2 전압을 더하는 단계를 포함하고, 이때 상기 인덕턴스가 소거되고 유도 잡음이 고립되는 것을 특징으로 하는 방법.
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