环形线圈车辆检测器基本原理
环形线圈检测器及其应用4页
环形线圈检测器及其应用4页环形线圈检测器是一种种电磁检测器，它主要由一个环形线圈构成，用于检测周围的磁场，从而检测到可能存在的金属或其他导电材料。
环形线圈检测器广泛用于各种工业应用中，比如金属探测、无损检测、矿业勘探等等。
环形线圈检测器的工作原理是利用法拉第电磁感应原理，当金属或其他导电材料靠近环形线圈时，会在其周围产生一个额外的磁场，这个磁场会引起环形线圈内的电流变化。
通过测量这个电流变化，就可以检测到金属或其他导电材料的存在。
环形线圈检测器有很多优点，例如精度高、灵敏度好、不需要接触被检测物等等。
因此，它被广泛用于各种金属探测、无损检测和矿业勘探等领域。
金属探测是环形线圈检测器最常见的应用之一。
它被广泛应用于安全检查、金属回收、考古发掘等领域。
例如，在安全检查中，安检人员会使用手持的环形线圈检测器对乘客和行李进行检测，以便查找携带危险金属的人员。
在金属回收方面，环形线圈检测器可以检测到被混杂在垃圾里的金属，从而提高回收效率。
在考古发掘中，环形线圈检测器也是必不可少的工具，因为它可以帮助发掘人员找到埋藏在地下的金属物品。
无损检测是另一个环形线圈检测器的应用领域。
它被广泛用于汽车、火车、飞机和其他各种工业设备的检测中。
例如，在汽车工业中，环形线圈检测器可以检测到发动机和传动系统中的缺陷，从而提高车辆的品质和寿命。
矿业勘探也是环形线圈检测器的重要应用领域之一。
它被广泛用于寻找矿物资源、地下水和其他地下资源的勘探中。
例如，在石油勘探中，环形线圈检测器可以检测到地下的油藏，从而帮助勘探人员确定最佳的钻井位置。
课程设计(论文)-基于环形感应线圈的车辆检测器设计
课程设计（论文）-基于环形感应线圈的车辆检测器设计基于环形感应线圈的车辆检测器设计1任务要求1.1任务要求本课程设计的主要任务是设计基于环形感应线圈的车辆检测器，要求运用PROTEL电路设计与制版工具对环形感应线圈车辆检测器进行硬件电路设计1、熟悉环形线圈车辆检测器的工作原理;2、了解环形线感应线圈的原理和输出信号的特点;3、设计出可将环形线感应线圈的电感变化信号转换为频率变化信号的振荡电路;4、设计出放大、滤波和整形处理电路1.2原理介绍检测器的工作原理:环形感应线圈车辆检测器又称为地感，多为埋设式检测系统一种基于电磁感应原理车辆检测器, 它的传感器是一个埋在路面下, 通有一定工作电流的环形线圈。
当车辆通过环形地埋线圈或停在环形地埋线圈上时, 车辆自身铁质切割磁通线, 引起线圈回路电感量的变化, 检测器通过检测该电感量就可以检测出车辆的存在, 检测这个电感变化量一般来说有两种方式: 一种是利用相位锁存器和相位比较器, 对相位的变化进行检测; 另一种方式则是利用由环形地埋线圈构成回路的耦合电路对其振荡频率进行检测。
本设计采用了后一种检测方式。
感应式环形线圈行驶车辆检测器具有性能稳定、性价比高、工程应用方便、免维护、技术不复杂等特点, 目前在工程上应用很广。
1基于环形感应线圈的车辆检测器设计2 总体方案选择与设计2.1 背景2.1.1车辆检测系统概述随着经济技术的发展，城市化的迅速推进，带来了机动车数量的迅速增长，造成城市道路交通的需求严重不平衡，因此智能交通成为当前缓解交通拥挤的重要手段。
自适应交通信号控制系统是智能交通控制系统的核心，能够根据实际车流量的状况，在线实时地自动调整信号控制参数以适应交通流的变化。
道路交通流信息(包括交通流量、车速、行程时问、车道占有率以及车流密度等参数)是制定道路发展规划，安排道路养护经费规划和养护生产作业的主要依据，也是向交通城建规划与环保以及公安交通管理部门提供改善、优化道路交通的实际参考资料和数据。
基于环形感应线圈的车辆检测器
1．任务要求1．1任务要求]1[本课程设计的主要任务是设计基于环形感应线圈的车辆检测器，运用电路设计与制版工具PROTEUS软件对环形感应线圈车辆检测器进行硬件电路设计。
检测器的主要工作原理是当有车辆经过时，环形线圈将感应到电感的变化，经振荡电路将电感变化转换为频率变化信号，然后经放大、滤波、整形电路将信号转换成矩形波信号，最后通过51单片机得到随环形电感变化的频率值。
通过本次课程设计，达到熟悉环形线圈车辆检测器的工作原理，了解环形线感应线圈原理及输出信号特点，设计出可将环形线感应线圈的电感变化信号转换为频率变化信号的振荡电路及放大、滤波、整形和检测电路的目的。
设计内容中涉及到的具体工作包括对环形感应线圈、车辆检测器的工作原理进行介绍、包括参数计算和元器件引脚图在内的各单元电路的设计、总电路图的绘制及各单元电路的可行性仿真等。
1．2原理介绍环形线圈车辆检测器的工作原理是：埋设在道路下面的环形线圈电感元件与检测器内的电容及附加电路组成电容三点式振荡电路。
车辆通过时对检测器最直接的作用的是引起整个回路的总电感变化，其中包括两个部分，一部分是环形线圈的自感，另一部分是环形线圈与车辆金属底盘之间的互感。
具体地说是当车辆经过埋有环形线圈的道路上方时，根据电磁感应原理和楞次定理，车体的金属底盘产生自成闭合回路的感应涡流，这个涡流又产生了与原闭合回路中磁场相反的新磁场，导致线圈的总电感量减小，但是，车辆底盘作为金属导体通过拥有环形线圈的道路上方时能够增加线圈周围空间的导磁率，是环形线圈的电感量又有增加的趋势。
所以，在车辆通过环形线圈时，对环形线圈电感量同时具有增大和减小的作用。
一辆车，无论它的形状有多么复杂，当它通过环形线圈时，在底盘中引起涡流是必然的，涡流对环兴地埋线圈的影响也是必然的。
所以车辆可以被看成一个具有电感和电阻的短环路，这个短环路通过互感与环形线圈相耦合。
和分别是环形线圈的电阻和电感，等效电路图如图1所示。
磁频车辆检测——环形线圈检测器
四、环形线圈的定位
• 5、高速公路匝道
图3.9 匝道仪控传感器和路口配置
磁频车辆检测——环形线圈检测器
• 协调的交通响应控制
磁频车辆检测——环形线圈检测器
SWARM1算法
• SWARM 匝道仪控算法的原则
磁频车辆检测——环形线圈检测器
五、环形线圈车辆检测器的优缺点
优点： 1、技术成熟 2、传感器简单 3、直接测试的量多 4、全天候工作 缺点： 1、只能进行单车道检测，多车道需多个检测器 2、无大局观，不能实时测量排队长度、大区域内车流密
路面
感应线圈所 展示的两匝 导线
涡流 检测线路板
车辆 交变磁场 匝间电容 馈线电缆 调谐电容
图2 环形线圈检测器原理示意图
磁频车辆检测——环形线圈检测器
汽
环形线圈
汽
车
车
实际开始计时
实际终止计时 t
tji t
磁频车辆检测——环形线圈检测器
• 3、环形线圈检测器分类 • 通过型：无源地磁感应线圈，即环形线圈无源
长度； • 垂直于车辆行驶方向的线圈边长为线圈的宽度。 • 通常宽度至少应覆盖一个车道宽度的
50%~60%
磁频车辆检测——环形线圈检测器
• 3、长度的确定 • 根据检测目的，确定不同的环形线圈长度。 • 检测车队存在时，环形线圈长度要大于车间距，
而用于车辆计数时，环形线圈必须小于车间距。
磁频车辆检测——环形线圈检测器
<=500，正常 • 绝缘电阻<10M,检测器需重新调整 • 绝缘电阻<2M，线圈或馈线需立即更换
磁频车辆检测——环形线圈检测器
• 2、环形线圈车辆检测方案 • （1）相位变化的检测
任务1应用环形线圈车辆检测器环形线圈车辆检测器概述
环形线圈车辆检测器的应用场景
环形线圈车辆检测器广泛应用于交通 信号控制、交通监控、智能停车等领 域。
在交通监控中，检测器可以用于监测 道路车辆情况，为交通管理部门提供 实时数据，有助于交通管理和调度。
在交通信号控制中，检测器可以用于 检测路口车辆流量，根据流量情况调 整信号灯的时长，提高路口通行效率。
02
环形线圈车辆检测器的工 作流程
环形线圈的安装与调试
01
02
03
确定安装位置
选择合适的地点，确保线 圈能够检测到车辆的经过， 同时避免干扰物的影响。
安装线圈
按照设计图纸和规范，将 线圈安装在预定的位置， 并确保线圈的平直和牢固。
调试传感器
通过调整线圈的参数，如 频率、阻抗等，确保传感 器能够准确检测到车辆的 经过。
05
环形线圈车辆检测器的未 来发展
技术创新与改进
传感器技术升级
无线通信技术应用
随着传感器技术的不断发展，环形线圈车 辆检测器的性能将得到进一步提升，如更 高的检测精度、更强的抗干扰能力等。
随着无线通信技术的发展，环形线圈 车辆检测器将逐步实现远程无线监控 和管理，降低维护成本和难度。
数据处理算法优化
信号分类
根据提取的特征对信号进行分类，判断是否有车辆通 过。
车辆检测算法
阈值法
根据线圈感应信号的强度 变化设置阈值，当信号超 过阈值时判定有车辆通过。
模式识别法
利用机器学习或深度学习 算法对感应信号进行分类 和识别，判断车辆类型和 运动状态。
视频图像处理法
结合摄像头和图通过改进和优化数据处理算法，环形线 圈车辆检测器能够更快速、准确地识别 车辆，提高交通流量的监控效率。
车辆测速系统中环形线圈介绍
3.4.1工作原理环形线圈车辆检测器通常由环形线圈、振荡回路和检测电路3 部分组成。
环形线圈是由电缆线圈绕几匝构成, 被加上交变电流, 埋设于路面下, 同时作为感性元件, 通过隔离变压器接到振荡回路上, 构成LC 谐振电路。
当车辆通过环形线圈或停在环形线圈上时, 车体切割磁通线, 在车体内将产生涡流, 涡流对环形线圈的磁场有去磁作用,从而使环形线圈的电感量减少, 进而改变LC 谐振的频率。
检测电路通过检测振荡电路频率值的变化即可判断车的存在与通过状况。
图3-7 为双线圈车速检测示意图。
图3-6感应线圈车流量检测示意图当车辆通过2 个相邻的环形线圈时, 车辆检测器可以分别获得两个时刻t1 和t2, 再由两相邻线圈的实际距离D , 就可以检测到车辆通过的数量。
（3-1）3.4.2检测电路电路如图3-1 所示。
匝数传感器的线圈电感2x m N L R R =+ （3-2） 式中：1m R Aμ=—铁心的磁阻； 000R A δμ=—空气隙的磁阻；l —铁心磁路长度;δ—空气隙的长度; μ—铁心的磁导率;A —铁心的横截面积;A 0—空气隙的横截面积;N —被测线圈的匝数。
汽车这里取δ足够大, 并且μ>>μ0, 所以认为R m 很小,即R m<<R 0,所以式(3-2)变为：200x N L A δμ≈（3-3）在图3-2中有源网络的1与2端加入一个输入信号U (s) , 则：()()1U s U s = （3-4）()()()()()()2121[]1f U s U s I s I s sC U s U s sC -===- （3-5）利用电感分压式有：()()211x xx xsL L U s U s U sL sL L L ==++ （3-6）我们知道：()()()()()1U s U s Z s I s I s ==（3-7） 将式(3-4)(3-5)(3-6)代入式(3-7)得：()111xZ s L sCsC L L ==+ （3-8） 式中, 1xLC C L L =+。
智能交通-线圈检测系统原理
车检器是一款采用环形电感线圈检测车辆的通过，并把车辆通过信号传送给相机主机的设备。
它通过线圈馈线给地感线圈保持稳定的磁场，当车辆经过时，磁场发生变化，车检器根据磁场变化强度来判断是否有车辆经过。
在对过往车辆进行检测的过程中，可以通过调节地感线圈的线圈灵敏度来实现对不同类型车的检测，可以同时满足对大型车、中型车以及载客三轮摩托车的检测。
环形线圈检测器是传统的交通检测器，是目前世界上用量最大的一种检测设备。
车辆通过埋设在路面下的环形线圈，引起线圈磁场的变化，检测器据此计算出车辆的流量、速度、时间占有率和长度等交通参数，并上传给中央控制系统，以满足交通控制系统的需要。
此种方法技术成熟，易于掌握，并有成本较低的优点。
大华基于线圈检测模式的车检器，选用AVR单片机作为环行线圈检测器的控制核心；地感线圈作为振荡电路的一部分，由它和电容组成振荡电路，通过比较电路将振荡电路产生的波形整形为接近方波的信号，然后送入EPM240进行处理并测量，CPLD将测量结果反馈给单片机；当有大的金属物如汽车经过时，由于空间介质发生变化引起了振荡频率的变化（有金属物体时振荡频率升高），这个变化就作为汽车经过“地感线圈”的证实信号，同时这个信号的开始和结束之间的时间间隔又可以用来测量汽车的移动速度。
由公式（1）知，f与电路中电感L、电容c1、c2有关（c1、c2 为固定值），所以f为L的单值函数，当L发生变化时，振荡电路频率会反方向变化，把地感线圈作为L，有车和无车，L会变化，从而f变化，即线圈模式的检测原理。
线圈检测器特点如下：。
地感线圈原理
接地环路原理。
首先，介绍了停车场车辆检测器和地面环路的工作原理。
1.工作原理。
地面环路车辆检测器是一种基于电磁感应原理的车辆检测器。
它通常在同一车道的路基下嵌入一个环形线圈，并为其提供一定的工作电流作为传感器。
当车辆通过线圈或停在线圈上时，车辆本身的铁会改变线圈内的磁通，引起线圈线圈电感的变化。
该检测器可以通过检测电感的变化来判断过往车辆的状态。
检测电感变化的方法有两种：一种是利用锁相器和相位比较器来检测相位的变化；另一种是利用环路线圈组成的耦合电路来检测其振荡频率。
2.系统组成。
该地面传感车辆检测器包括地面回路和检测器，线圈作为数据采集，检测器实现数据判断并输出相应的逻辑信号。
检测器一般由机架、中央处理单元、检测卡和接线端子组成。
中央处理器是对采集信号进行运算的模块，一般为嵌入式操作系统的单板机，具有很强的数字运算、存储能力和通信接口。
通过扫描端口，捕获级别变化时间，并计算相应的流量数据。
当检测车经过或静止在感应线圈的检测区域时，通过感应线圈的电感会降低。
检测卡的功能是检测这种变化并准确输出相应的电平。
在检测高速通过的车辆时，可能会出现对车辆长度和车速的不准确检测，因此有必要正确调整检测器的灵敏度。
目前，车辆检测器普遍具有多级灵敏度调节功能。
第二，地面环路在停车系统中的作用。
在停车场系统中，要确定接地回路的作用，首先要知道路地感应线圈的安装位置，接地回路一般安装在以下四个位置：1.入场投票箱(入场控制机)；2.出入口各设一个；3.出口投票箱(出口管制机)；该行业使用的接地回路一般为铜芯线。
上过初中的人应该知道，金属物体通过线圈时会产生电流。
这一原理在停车场系统中得到了很好的应用；这就是我们叫它线圈的原因。
线圈的制作方法比较简单，就是将一定长度的铜线缠绕几次。
这一解释对每个人来说都不陌生；第三，入口控制机的地面传感功能可以定位在两个方面：1.防止遗失卡。
大家应该知道，在标准的一进一出系统中，当临时车辆进场时，它是通过自动取牌的方式来进场的。
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环形线圈车辆检测器基本原理
车辆检测系统是道路监控系统非常重要的一部分。
利用感应线圈来检测车辆速度是目前世界上技术较为成熟的车辆检测方法，它可以获得当前监控路面交通流量、占有率、速度等数据，以此判断道路阻塞情况，并利用外场信息发布系统发出警告等。
本文将就目前环形线圈车辆检测器的基本原理和组成进行介绍和分析。
一、环形线圈车辆检测器基本原理
其基本原理如图所示：在同一车道的道路路基段埋设一组（2个）感应线圈，每组感应线圈与多通道车辆检测器相连。
当车辆分别经过两个线圈时，由于线圈电感量的变化，车辆的通过状态将被检测到，同时状态信号传输给车辆检测器，由其进行采集和计算。
此方法检测精确，设备稳定，且在恶劣天气条件下仍具备出色的性能。
此外，廉价的成本也是其在世界范围内得以广泛应用的原因之一。
二、检测器的组成
检测器（欧标卡式插槽）基本由机架、底板、中央处理器、检测卡以及接线端子组成。
检测卡(品牌可选)沿导轨插入机架内，并与底板和中央处理器实现电气连通。
1、中央处理器
中央处理器是对采集信号进行计算的模块，一般是一个带嵌入式操作系统的单板机，具备较强的数字计算、存储能力和通讯接口。
通过对端口的扫描，捕捉电平的变化时间，以此计算出相应的交通数据（具体算法稍后介绍）。
一般检测器的通讯接口包括RS232/485，比较先进的还具有以太网接口和GPRS模块。
目前，在国内大多数应用中，由于监控路面和监控中心距离的关系，系统集成商普遍采用调制解调器点对点联接的方式上传数据，或者通过PLC中转数据。
任何意外情况的发生导致处理器死机、故障等非工作状态，都应该能在短时间内重新启动，且不应超过三十秒。
2、检测卡
检测车辆通过或静止在感应线圈的检测域时，通过感应线圈的电感量会降低，检测卡的功能就是检测这一变化并精确地输出相应的电平。
线圈式车辆检测器采用的检测卡品牌较多，一般都为欧标卡式接口。
比较广泛使用的有英国PEEK 公司的MTS4E，南非NORTECH的TD634ES，英国的MoniSense等。
国内也有众多的检测卡开发商，产品具有较高的性能价格比，但是在抗干扰能力、检测灵敏度、稳定性等性能上略逊于国外同类型产品。
就线圈感应的角度而言，检测卡应该具有存在时间稳定，并与车辆经过实际情况相吻合的高精度电平跳变性能，因为在车辆高速通过的时候检测时间是非常短的，通过两个线圈的时间一般为一二百毫秒，单个线圈的存在时间更短。
况且各种车的底盘轻重，距离地面位置的高低都会影响到检测卡的电平存在时间。
而存在时间和存在的开始时间是参与车长、车速计算的主要参数，这就解释了为什么车高速通过时有些检测卡测得的车长、车速不准确的情况，这就必须用一定的补偿值，所以只有正确调节灵敏度才能保证检测器的精度。
三、检测器协议的架构
每个车辆检测器都应该有自己的地址，以相互区分。
数据上传的方式一般是应答式的，也就是户外系统（车辆检测器）不主动发送数据，直到户内系统（监控中心）发出采集数据的指令。
车辆检测器和监控中心通讯的命令通常分为查询和设置两类。
查询类一般是查询车检当前的工作状态、故障等，并能根据预先设置的车长类型进行不同车长类型的
归类处理；设置类命令是对检测器参与计算的参数进行调整，如时间、车长分类等。
户外系统应对且对户内系统发出的设置、查询命令要做实时应答，推荐IDS规范中数据链路协议的定义。
1、数据无错传输
2、数据有错传输
CC:控制中心；
DEV:设备；
1:请求信息帧；
1':应答信息帧
ACK:帧接收应答；
NACK:请求重发帧。
四、检测器的算法概述
在高速公路或城市的快速道路上，此类检测器多应用于统计道路的一段区域内的车辆经过情况，并且该统计是基于一定周期内的，比如1、5、10、30、60分钟等，时间小于1分钟则失去了统计和分析的意义，长于1小时则可由上位机进行统计分析处理。
而且数据具有掉电保护，至少能查询一周内的历史数据或者自配有高性能的UPS能在一定时间内继续工作。
在国家交通部即将推出的行业规范里，环形线圈车辆检测器功能要求中，对流量、平均速度、车道占有率、平均车长、平均车间距要求是必须的，其他算法就不多陈述了。
其中标准对平均速度的定义为
指第i辆车通过的速度，n指单位时间内通过的车辆数。
而以前的PEEK公司的IDS规范则不同，它们是
S指调和平均速度，Si指个别车辆速度。
后者算法主要是消除个别超高速车辆对反映在监控画面上的曲线或统计数据的影响，使之变得平滑。
五、检测器的实际应用情况
在浙江金丽温高速公路石城山隧道、牛庭岭隧道、杭州西湖隧道等项目中采用中控信息公司自主开发的VDi系列的车辆检测器，取得了满意的效果。
但车辆检测器也存在着其固有的一些缺点：如其据点必须在车道上开槽埋设线圈，这在实际使用时，由于沿海很多地区高速公路软基问题和路面维护时线圈损坏率较高，维护工作量和费用相对增大；车检数据虽然精确，但相对而言还不够直观，有时车辆检测器发出警告时消息已滞后，或者监控人员担心是数据错误而犹豫往现场设备发出进一步指示等，实际上需要一些可视的监测手段来辅助；适用范围主要在高速公路、桥梁、隧道，而对于城市交通而言不适宜。
目前，中国正在大力建设高速公路，环形线圈车辆检测器必将在密集而又方便的高速公路网上发挥其越来越重要的监测作用。