KR20060055150A - 차량감지장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 차량감지장치에 관한 것이다. 본 발명은 차량의 자장의 세기를 감지하는 코일; 상기 코일에서 발생된 자장에 의해 소정주파수를 생성하는 방식으로 차량감지신호를 발생하는 오실레이터; 상기 오실레이터로부터 출력되는 차량감지신호를 입력받아 소정레벨 증폭하는 증폭부; 상기 증폭부에서 증폭된 차량감지신호를 입력받아 디지털데이터로 처리하는 CPU; 상기 CPU에서 처리된 차량감지신호인 디지털데이터를 외부 제어부에 출력하는 통신부; 온도범위를 보상하는 온도보상회로; 및 상기 오실레이터, 증폭부 및 CPU 등에 정전압을 공급하여 장치의 안정적인 동작이 가능토록 하는 정전압부가 스테인리스 케이스에 내장된다.

차량감지, 코일, 온도보상

Description

차량감지장치{CAR SENSING DEVICE}

도 1은 일반적인 자기 센서 회로도.

도 2는 차량의 극성 분포도.

도 3은 본 발명의 스테인리스 케이스내에 구성된 차량검지장치 구성도.

도 4는 본 발명의 차량감지장치 구성도.

도 5는 본 발명의 차량감지장치 동작원리도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

10 : 스테인리스 케이스 11 : 코일

12 : OSC 13 : 증폭부

14 : 통신부 15 : 온도보상회로

16 : 정전압부

본 발명은 차량감지장치에 관한 것이다.

주행 중인 차량, 주차 중(공영주차, 건물 내 주차 등 검지가 필요한)인 차량 및 신호등에 정지되어 있는 차량 등을 감지하기 위한 방편으로 여러 종류의 센서(루프식 센서, 자기식 센서, 초음파 센서 등)가 사용 및 응용되고 있다.

그러나 현재 사용 중인 상기 센서들에는 각각의 단점이 있으며 이에 따라 정확도 및 오차의 최소화를 요구하는 차량의 감지가 어려운 것이 현실이었다.

현재 국내 및 국제적으로 도로 혹은 교량, 고가 등에서 지하에 매입하는 센서로는 루프식이 가장 많이 이용되고 있는데 시공 또는 관리상 어려움이 있어 이를 대체하기 위한 연구가 많이 이루어지고 있다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래의 루프식 및 자기식 센서 등의 단점을 개선하기 위하여 이루어진 것으로써 본 발명의 목적은 검지효율이 향상된 차량감지장치를 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 차량감지장치는 차량의 자장의 세기를 감지하는 코일; 상기 코일에서 발생된 자장에 의해 소정주파수를 생성하는 방식으로 차량감지신호를 발생하는 오실레이터; 상기 오실레이터로부터 출력되는 차량감지신호를 입력받아 소정레벨 증폭하는 증폭부; 상기 증폭부에서 증폭된 차량감지신호를 입력받아 디지털데이터로 처리하는 중앙연산처리장치(CPU); 상기 CPU에서 처리된 차량감지신호인 디지털데이터를 외부 제어부에 출력하는 통신부; 온도범위를 보상하는 온도보상회로; 및 상기 오실레이터, 증폭부 및 CPU 등에 정전압을 공급하여 장치의 안정적인 동작이 가능토록 하는 정전압부가 스테인리스 케이스에 내장된 것을 특징으로 한다.

본 발명의 상기 스테인리스 케이스 내에 2개 이상의 임피던스 코일이 동시에 구성된 것을 특징으로 한다.

본 발명의 상기 스테인리스 케이스 내에 2개 이상의 써치코일이 동시에 구성

된 것을 특징으로 한다.

본 발명의 상기 스테인리스 케이스 내에 임피던스 코일과 써치코일이 동시에 구성된 것을 특징으로 한다.

이하 본 발명의 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 일반적인 자기 센서 회로도, 도 2는 차량의 극성 분포도, 도 3은 본 발명의 차량감지장치 구성도, 도 4는 본 발명의 차량감지장치 동작원리도이다.

임피던스 방식이나 자기 방식 센서의 첫 번째 문제점은 사용 장소, 차량의 속도, 차량의 종류, 인접 차량 등으로 인해 오동작이 발생할 가능성이 있다는데 있다.

특히 자기식 센서의 경우 도 1에 도시한 바와 같이 코어(1)에 감겨진 코일(2)에 전류가 흐르는 구조로써 센서 자체가 코어(1)와 코일(2)로 이루어지기 때문에 매우 적은 전류가 흐를 때에도 코어(1)에 극이 형성되어 기본 직류가 흐를 때는 코어(1)의 N극과 S극이 발생하고, 코일(2)에 주파수를 보낼 때에는 주파수에 따르는 N극과 S극이 발생함으로 기준 DC 분의 N극과 S극 사이에 오차가 발생하게 된다.

따라서 센서 자체가 갖고 있는 공차를 줄이기 위해서는 주파수를 높이는 방

법이 있는데 주파수를 높이고자 할 경우 코일(2)의 권선수를 줄이고 코어(1)의 크 기를 줄이면 어느 정도 해결은 되나 상대적으로 감지거리에 문제가 따른다.

그러므로 가장 이상적인 자기 센서는 상기 코일(2)에 전류를 흐르게 하지 않고 주파수를 사용하지 않는 방식이어야 한다. 이 방식에 가장 적합한 방식이 본 발

명의 써치코일 방식이다.

그리고 차량감지센서는 같은 차종이라도 전면 혹은 후면의 같은 면에서도 극성이 N, S로 서로 다를 수 있기 때문에 자장의 세기만 같으면 같은 위치에서 감지하도록 하는 것이 바람직하다.

두 번째 문제점은 감지 대상인 차량 자체에 있다. 도 2에 도시한 바와 같이 차종별 혹은 차량의 연식에 따라 차량이 갖고 있는 자장의 세기가 다르며 차량이 갖고 있는 자장의 극성도 제각각이다.

도 2에 도시한 바와 같이 차량은 4개의 극(5)(6)(7)(8)을 갖고 있기 때문에 지정된 감지 범위를 가진 센서로서는 감지되는 부분과 감지되지 않는 부분이 발생할 수 있으며 감지가 되어도 N극과 S극이 여러 번 교차되는 부분이 있을 수 있다.

따라서 정확도 및 오차를 줄이는 방법으로 차량을 감지하고자 할 때에는 위상이 다른 코일과 감도 범위가 서로 다른 센서 2개 이상과, 설치 위치가 다른 2개 이상의 센서를 사용함으로써 여러 각도로 센싱되는 신호를 전산(Software) 처리하는 방식으로 감지하여야 한다.

여러 개의 센서를 사용하면 해결되리라는 것은 명백하나 막상 설계 시 센서 제조비용과 크기 등에 대한 문제점이 따르는 바, 써치코일 방식과 임피던스 방식을 병합하여 사용하는 것이 가장 이상적이다.

과거의 특허 승인된 센서 중 써치코일 방식과 기존의 임피던스 방식은 상기 에 기술한대로 현장에 응용하고자 할 때에는 여러 가지 해결해야 할 사항이 있기 때문에 비용과 시간이 많이 허비되었고 실제로 현재 응용을 하지 못하고 있는 상황이다.

본 발명은 이러한 어려운 점들을 고려하여 써치코일 2개 이상과 임피던스형 센서 2개 이상을 동시에 사용하여 문제점들을 해결하였다.

도 3에 도시한 바와 같이 본 발명의 차량감지용 자기 센서는 루프식을 제외하고 임피던스형, 써치코일형, 임피던스형과 써치코일의 복합사용 방식 등을 통해 각각 2개 이상의 센서를 단일 스테인리스 케이스(10)에 내장하여 차량의 크기, 속도, 수량, 점유량 등을 감지하고자 할 때 사용된다.

상기 스테인리스 케이스(10)를 사용하는 이유는 ①센서 및 구동회로를 습기에 변질되지 않도록 하며 ②방수가 용이하고 ③지하 매설시 차량의 무게 및 기타의 압력에도 견딜 수 있으며 ④전자적 잡음에도 차폐효과를 가지고 ⑤사용가능 기간이 반영구적이기 때문이다.

일반적인 전자회로에서는 차폐를 시키면 동작에 문제점이 발생하여 사용하지 않지만 자기 센서에는 아무런 지장을 주지 않는다.

상기 케이스(10)내에 구성된 본 발명의 자기 센서는 차량의 자장의 세기를 감지하는 코일(11)과, 상기 코일(11)에서 발생된 자장에 의해 소정주파수를 생성하는 방식으로 차량감지신호를 발생하는 오실레이터(12), 상기 오실레이터(12)로부터 출력되는 차량감지신호를 입력받아 소정레벨 증폭하는 증폭부(13)와, 상기 증폭부(13)에서 증폭된 차량감지신호를 입력받아 디지털데이터로 처리하는 중앙연

산처리장치(CPU)(14)와, 상기 CPU(14)에서 처리된 차량감지신호인 디지털데이터를 외부 제어부(20)에 출력하는 통신부(15)와, 상기 스테인리스 케이스(10)가 견딜 수 있는 온도범위를 보상하는 온도보상회로(16)와, 상기 오실레이터(12), 증폭부(13) 및 CPU(14) 등에 정전압을 공급하여 장치의 안정적인 동작이 가능토록 하는 정전압

부(17)로 구성된다.

상기 코일(11)은 직경 2.5m/m 동(구리) 코어에 직경 7m/m, 길이 15m/m에 적합하도록 권선 설계된다. 코일(11)은 보빈을 동 종류(구리, 인청동 포함)로 사용하는 것이 바람직하며, 동(구리) 종류를 사용하는 것은 차량의 시속 150km ~ 250km시에는 동봉이 적합하기 때문이다.

설계방법은 임피던스형 센서와 써치코일형 센서 코일의 권선수와 크기를 일정하게 하되(직경 2.5m/m, 길이 10m/m 이하) 감지범위는 코어의 굵기와 길이로 조정하며 보빈은 일반 프라스틱 절연물을 사용한다.

상기 오실레이터(12)의 발진주파수 범위는 80k/c ~ 280k/c로써, 기술적 검토 및 구현을 통해 검증한 결과 이 범위 내에서 임피던스형과 써치코일형 센서가 갖는 통신주파수가 안정적이며 감지거리 및 감지속도가 우수하고 다른 전자 기기에 전혀 영향을 주거나 받지 않는 것이 확인되었으며 소요 부품의 소형화가 가능하다. 상기 증폭부(13)는 130db 이상의 증폭기를 ASIC화하여 소형화된 센서 코일에서 나오는 미약한 신호를 증폭하도록 하였으며, 움직이는 차량을 감지하여 출력되는 파형은 디지털 방식으로 하이 또는 로우로 분류하여 출력되며 차량의 방향도 동시에 출력되도록 한다. 온도보상회로, 잡음필터회로 등이 내장되어 있다.

본 발명은 소형 스테인리스 케이스(10)에 감지보드와 485 통신부(15)까지 같

이 설계한다. 이러한 설계가 가능한 이유는 첫째, 센서의 크기가 소형이며 둘째, 2 대 이상의 OSC회로를 단순화 하였고 셋째, 코일의 증폭부를 ASIC화 했으며, 넷째, 온도 보상 및 정전압 회로를 소형화하였기 때문이다.

상기 통신부(15)는 16code ~ 32code까지 1 Line으로 700m~1km까지 통신이 가

능하도록 한다.

이와 같이 구성된 본 발명의 차량감지장치의 동작을 상세히 설명한다.

도 4에 도시한 바와 같이 두 개의 코일 L1, L2는 대칭이므로 어떤 차종이던지 N, S극이 다르다 해도 감지되는 시간은 동시이다.

여기서 L1, L2는 임피던스형의 특성상 차량의 이동시 혹은 정지 시 감지 범위에 들어오면 주파수가 변하기 때문에 임피던스형 코일을 사용하는 것이 효과적이다.

L3, L4는 차량의 이동시에 써치코일이 임피던스형보다 감지거리도 크며 검지 속도가 빠르기 때문에 써치코일형이 효과적이다. 여기서 L1, L2는 한 개의 보빈에 와인딩한 코일로도 가능하며 L3, L4 또한 동일하다.

정밀도를 요하는 점유량과 차량의 길이를 알려고 할 때에는 L5, L6를 사용하면 더욱 정확하게 측정되나 일반 도로나 주차장 등은 L1, L2만 사용해도 문제 될 것은 없다.

이와 같이 본 발명의 차량감지장치는 세 쌍의 임피던스형 혹은 써치코일형 코일을 목적에 따라 각각 구성한다.

이들 코일에서 생성되는 자장의 세기에 위해 OSC(12)에서 발진주파수가 생성되어 차량감지신호가 생성되며, 이 같이 생성된 차량감지신호는 증폭부(13)에서 소

정레벨 증폭되어 CPU(13)에서 디지털 처리된다.

상기 CPU(13)에서 디지털 처리된 차량감지신호는 통신부(15)를 통해 외부 제어부(20)에 출력되어 필요한 조치(차량감지일자, 시간 및 번호 관리, 차량의 속도, 차종, 통과 차량수 등)를 취하도록 한다.

상술한바 와같이 본 발명의 차량감지장치에 따르면 다음과 같은 뛰어난 효과가 있다.

1. 센서의 크기를 최소화할 수 있다.(직경 5mm, 길이 20mm 이하)

2. 지상, 지하, 수중, 금속 등 환경에 무관하게 동작할 수 있다.

3. 센서의 감도를 외부에서 조정할 수 있다.

4. 센서간의 동작 간섭이 없다.

5. 케이스는 완전 방수, 방청, 압력에 불변하다.(지하 매설 시 80Ton 압력에 불변)

6. 센서가 유도 관제형 시스템에 통합 사용 가능하다.

7. 센서와 인터페이스 간의 선의 길이가 500m 이상 가능하다.

8. 차량 유무, 차량 속도, 통과 차량 수, 통과 차량의 크기, 차량 진행 방향 등을 감지할 수 있다.

9. 센서와 디텍터 보드를 단일화할 수 있다.(케이스 내에 삽입)

10. 감지오차가 3% 이내이다.

11. 사용 온도 범위가 극대화된다.(-40℃~80℃)

12. 사용 전류의 최소화가 가능하다.(센서 자체에 전원 입력 필요 없음)

13. 부품 수량이 최소화된다.

14. 사용 주파수가 200k/c 기준이다.

15. 차량 감지 거리가 가변 가능하다.(최소 10cm, 최대 1.5m)

16. 지향성 센서 구현이 가능하다.

Claims (4)

1. 차량의 자장의 세기를 감지하는 코일(11);

   상기 코일(11)에서 발생된 자장에 의해 소정주파수를 생성하는 방식으로 차량감지신호를 발생하는 오실레이터(12);

   상기 오실레이터(12)로부터 출력되는 차량감지신호를 입력받아 소정레벨 증폭하는 증폭부(13);

   상기 증폭부(13)에서 증폭된 차량감지신호를 입력받아 디지털데이터로 처리하는 중앙연산처리장치(CPU)(14);

   상기 CPU(14)에서 처리된 차량감지신호인 디지털데이터를 외부 제어부(20)에 출력하는 통신부(15);

   온도범위를 보상하는 온도보상회로(16); 및

   상기 오실레이터(12), 증폭부(13) 및 CPU(14) 등에 정전압을 공급하여 장치의 안정적인 동작이 가능토록 하는 정전압부(17)가 스테인리스 케이스(10)에 내장된 것을 특징으로 하는 차량감지장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 스테인리스 케이스(10)내에 2개 이상의 임피던스 코일이 동시에 구성된 것을 특징으로 하는 차량감지장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 스테인리스 케이스(10)내에 2개 이상의 써치코일이 동 시에 구성된 것을 특징으로 하는 차량감지장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 스테인리스 케이스(10)내에 임피던스 코일과 써치코일이 동시에 구성된 것을 특징으로 하는 차량감지장치.

Images