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电磁环车探测器
这里描述了三种不同的电磁环车探测器的设计方法：自整定、桥平衡和相移。详细介绍了操作的原则、设计的限制、并设计权衡了每一种方法。使用的引线的特点是检测器的性能和稳定性的主要限制。讨论了现今商业使用的环路检测器装置的电线的特性。设计公式和图表说明在确定最佳回路配置和电感时要进行权衡考虑。
随着电子技术的出现，以帮助解决当今日益增长的交通问题，对车辆自动检测的要求也越来越大。路口控制器利用输入数据以及交通的要求妥善分配可用的绿灯时间以及与之对立的交通运动。更先进的电子控制器利用测量的流量体积和密度特征进一步细化在各种交通运动中的绿灯时间的分配。交通模式的研究和调查涉及大的传感和记录大量的数据，包括车辆计数、速度、密度和体积。大型干线交通系统是由一个集中的计算机依赖于位于控制区的传感器的数据输入为基础逻辑决策对交通信号的控制。应用在每一个应用程序中的电子设备至少分享一个共同的需求:电子输入数据需要指示当前道路中交通情况。电磁回路探测器目前最被广泛接受的方法之一是将感知到的信息转换成一个电信号用于其他交通监测和控制设备。
现在描述一个典型的循环探测器安装。检测环直接安装在道路上，占据了车道或通道的主要部分，这在交通检测中是必须的。线圈是首先通过在行道上一系列的切割安装在人行道上的，插入数量合适的几卷线圈并且环氧涂料填满插槽。线圈通常部署在一个矩形的配置中，使用14号或16号线。根据线圈的大小，1和4之间的匝数不同，得到50和300FH之间的回路电感范围。与线圈相关的电子产品，包括电源和输出电路，通常安装在一个控制器内，连同其他的控制设备。电子设备可以位于与线圈相距750英尺的地方。
线圈探测器有几个操作功能，这使它非常适合交通检测。首先，检测区域可以通过人行道上的线圈的维度定义，也可以根据要求制定-通过将一些个人线圈连接起来。第二，检测不受环境光水平，大雨或雾，或风和环境噪声水平的影响。此外，这些探测器可以提供一个永久性的存在指示，这是一个连续的信号，每当任何车辆在检测区域，或脉冲存在信息，这是一个信号:车辆进入检测区。最后，作为一个在城市现代化和美化规划中的重要因素，线圈检测器的检测元件被隐藏在路面下。线圈探测器，与光学，声波，或雷达探测器不同，不需要使用任何支持杆或横担安装传感器件。
虽然电子设计可能遵循任何一个设计理念，这将在后面讨论，所有这些设计操作的原则。如果该回路是通电的高频交流电流，的车辆（或任何其他导电的对象）的电磁场中的存在下，会导致一个净减少，由于在车辆的帧中的涡流引起的自电感的净减少。在自电感的变化量是很难计算的，由于复杂的几何形状和未知因素有关给定的车辆。测试测量表明，电感的变化，向上的百分之5，取决于车辆的大小和类型，也和车辆的底盘的底部之间的距离有关。环的引入电缆的长度和特性，将在之后讨论，是对这类型的探测器灵敏度的主要限制。通过结合几个较小的串并联配置的线圈，使用一个单一的线圈电封装来覆盖广泛的检测区是可能的。多路线圈的使用，创造力这么一个情况：一个汽车停在了两个线圈上，这样会阻碍其他线圈的检测。这个问题是通过使用脉冲的存在而不是在探测器的电子电路绕过永久存在。当车辆进入检测区域时，脉冲存在电路产生可调持续时间的输出脉冲。另一种车辆将不被检测或计数，直到由先前车辆产生的脉冲已终止。几个环路检测器的概念已经被设计围绕电感的检测回路的变化的原则。一种类型是一个自校正检测器，其中的循环是一个平行调谐罐电路的一部分，并且在反馈回路是用来调整振荡器的频率，以保持检测器自动调谐到相同的振幅点的共振曲线。二次设计是一个平衡检测器，它的名字意味着，使用循环作为一个平衡桥电路的一条腿。车辆穿过回路不平衡电桥电路；这会产生一个信号幅度的变化，是用来指示车辆的存在。第三类是相位检测器，这是类似于自适应型和采用路面环作为一个并联调谐电路部分。在该检测器中，然而，在罐中的电路，这是由一个车辆改变的回路电感的相对相位移位的变化，被用作车辆存在的指示。这些不同的设计将详细描述。
1.自整定检测器
这种类型的检测器使用两个作为一个并联谐振罐电路的一部分，也有一个闭环反馈电路，它会自动调节电压调谐振荡器的一个预定的频率相对于频率的谐振频率的罐。在回路电感的变化改变的谐振频率的坦克，这导致在反馈电压的变化。后者用于提供车辆的指示继电器和继电器驱动电路的存在。
交流电压与频率响应的容量相对应，共振曲线与并联谐振调谐电路相关联。在最大电压时的回路电感和引线电感组合的谐振频率的频率，并与导入固定电容和固定电容器的检测包。在整个罐回路的交流电压整流，滤波，并馈给直流差动放大器的一个输入。参考电压被施加到放大器的另一个输入，并用于建立探测器工作点上的谐振曲线。此电压被放大，通过一个时间延迟网络，并用于控制振荡器的频率。反馈的极性是这样的，当回路电感的变化，振荡器的频率将被驱动保持相同的工作点上的共振曲线（相同的幅度容量电压）的方向。
在环路上没有车辆，探测器会自动调整自己在共振峰的低频侧。在环的车辆将减少回路的自感，谐振频率从烦f1增加到f2。这种转变会导致罐内电压瞬时下降，导致直流放大器的输出增加一步。此电压被延迟的时间常数电路之前，它被施加到的电压控制振荡器。
输入和输出信号之间的延时电路的差异是由比较器电路导出和用作脉冲存在信号。延迟电路的输入和输出信号之间的差值是最大的，当车辆进入线圈时，如果车辆保持在线圈中，这种差异将逐渐减小为零。电压均衡的速率取决于延迟电路常数和反馈电路的环路增益的时间。
通过改变延时电路的时间常数，可以改变脉冲的存在时间。典型的时间常数在现今的自整定回路探测器1000和5000秒之间可调。反馈回路的环路增益减小了脉冲的存在时间。10分1.2秒脉冲的存在时间大约相当于延迟各自1000和5000秒电路时间常数。
这一概念的主要优点之一是它完全消除了手动调整或设置调整程序的需要。在应用程序的功率，特殊电路是用来调整探测器到适当的工作点。锯齿电压适用于电压控制振荡器，这使得我扫频的频率，从一个频率大大低于罐电路的谐振频率，作为振荡器的频率增加，罐的电压将增加的点，罐电压等于参考电压。在这一点上，扫频振荡器被断开，反馈回路将振荡器锁定在一个特定的点的罐回路谐振曲线。
在这种类型的探测器设计，谐振电路的Q值必须保持足够低，使导入的阻抗变化加在回路电感的最大变化预期由于车辆的存在相结合，不使工作点被迫在共振峰。这将导致正反馈，从而迫使检测器电路进入饱和。
2.桥平衡环探测器
在交通控制应用中已经发现接受的另一个回路检测器的设计是电桥平衡技术。这种方法，如图所示，采用的电感的回路安装在路面作为一条腿的桥电路。桥的另一条腿是固定电感器，其具有近似相同的电感和作为路面回路的问题。
在一些模型参考电感可能包含多个触头，和一个相关的多位开关作为一门课程的调整控制。不平衡电压作为在线圈上的车辆的驱动，被馈送到一个高增益交流电压放大器的输入。作为一个精细的平衡电压的其他信号也被馈送到这个放大器。用于开发平衡信号的2个参考电压之一是由90个相位偏移。因此，两平衡控制R1和R 2可以用来平衡小电阻和电抗线圈和参考电感之间的差异。在操作中，放大器的输出是无效的组合开关在适当参考电感调节R 1和R2。然后是放大器的增益调整，使车辆通行造成放大器输出足够的激活水平检测器，从而使继电器驱动和继电器充能。
这种类型的检测器的主要优点是，该桥的平衡是不受严重影响的振荡器频率，由于桥的每个桥臂的阻抗是由一个频率变化同样受影响。因此，振荡器的稳定性是首要考虑的问题，和一个质量好的设计多谐振荡器的设计可以取代的晶体振荡器电路。另一个优点是，所用的放大器可以是交流耦合，省去了复杂的漂移问题和DC扩增相关费用。这种方法的主要限制和缺点是保持一个平衡的问题，由于在桥的参考电感不能跟踪的阻抗变化，在路面安装回路由于温度和湿度的变化。将要讨论的，循环的导入都有一定数量的分布电感和电容，这是由于在潮湿环境的导入，导入的位置变化量的变化，和温度的变化。温度，当然，也会影响引入线的直流电阻和回路，它往往会不平衡电桥电路。
3.相移概念
今天市面上的环形线圈车辆检测器中，相移技术是应用最广泛的。虽然详细的电路设计从生产厂家不同，所有的相位检测器遵循相同的设计结构。
该回路是通电的振荡器电路。出于稳定的原因，这种振荡器通常晶体控制。典型的工作频率有85千赫和115千赫之间。该环路被调谐到与振荡器工作频率由一个可变的调谐电容器并联连接在一起的振荡器谐振。这种可变电容器一般由一组固定电容器连接到一组选择开关，这在大多数情况下，位于探测器本身，所以实际上的调谐电路的电感部分包括导入的自感。
在回路中的电压的相位相比，直接从振荡器派生的基准信号。因此，当车辆运动到线圈的领域内，调谐电路成为失谐，以及由此产生的相移产生的相位检测电路输出的变化。这个输出是由一个可变增益放大器放大。此信号被馈送到一个交流耦合脉冲存在电路。在多个移相回路探测器今天，脉冲电路，可在各种模式下的前面板开关装置，由客户二选一地插入操作。这些模式包括脉冲存在模式，有限的存在模式的数量，和无限的存在模式。在脉冲模式下的电路功能等一一多谐振荡器，产生一个短脉冲（1/2 – 1s）每当车辆进入检测区，使直流放大器输出急剧增长。此输出脉冲驱动继电器驱动器和继电器触点接近相同的时间长度。有限的存在模式操作本质上是相同的脉冲电路,除了超时时间间隔较长。典型的间隔长度为5分钟的短模式，10分钟为中等模式，和40分钟的长模式。
在一个无限存在模式的脉冲存在电路功能作为存储器电路，锁存每当车辆进入循环，并保持设置，直到车辆离开。因此，检测器将产生一个连续的输出，每当有至少一个车辆在检测区域。
一种替代的设计方法，以代替交流耦合的存在电路，将使用一个电平检测器的直流耦合到放大器的输出。水平检测器的输出将被用来指示车辆的存在时，车辆的变化的量，使放大器的输出的增加超出了预先设定的水平的回路电感。
然而这种电路，可以检测车辆饱和后，无法检测或计数，第二车辆的存在直到第一次离开检测区域。
交流耦合的存在电路的主要原因是，一般使用在相移型检测器是在检测区域中的一个以上的车辆在大或多个循环时使用的要求。采用交流耦合输出电路的第二个重要的原因是，他探测器缓慢的导入和循环特性的变化率不敏感，在直流放大器的饱和极限。
4.相移设计
在一个稳定的高性能相位检测器的设计的一个关键元素是一个具有高度线性相移与输出电压特性稳定的相位检测器。如果相位检测器是不是线性的，检测器的电子的灵敏度将取决于选择的初始调谐点。与一个非线性相位检测器，它成为可能的意外地限制检测器的动态范围内选择一个初始的调谐点，落在低增益的相位检测或特征曲线，并通过使用一个较高的放大器增益来补偿比通常所需的。由于回路的回路漂移，或作为一个大量的汽车进入检测区域（如果一个大的循环使用），相位检测器可能转变成一个较高的增益区域，该放大器饱和速度比如果相位检测器的线性，用一个较低的放大器增益。
今天在使用相位探测器，包括克劳斯海因兹lpdp-1，是一个二型晶体管相位检测器。这个电路的工作方式基本为体门，在晶体管集器上显示的电压波形为方波。它的占空比的输入和参考信号的相位偏移量成正比。
由Rf和Cf组成的直流集成电路，将方波滤波成平滑的直流电压。当两路输入信号正处于相位时，检测器产生的最大输出电压等于一个二分之一的VCt。在理想情况下，输出电压线性减小，当相位偏移或向前或向后向180。
如果相位检测器的输出是独立的输入波形或幅度达到最佳的性能和线性度，如果相位检测器通断时间不是由晶体管的增益变化的显著影响。
在涉及脉冲存在电路的设计，它需要一个汽车铝方式存在下产生正向电压。最大的灵敏度发生，但是，在谐振峰的环路电压是最高的，并且在相移反转从领先到滞后。因此，在一些设计移相网络插入振荡器和鉴相器的参考输入位移检测器输出的特性之间。因此，检测器的输出电压的变化，在响应于车辆进入线圈，总是在相同的方向。
5.导入的思考
如前所述，进线电缆的总回路阻抗的一部分由检测器检测。由于这一点，检测器不能区分由于温度和湿度的变化，由于在回路电感的变化，由于车辆的存在，但由于电缆变化的变化是大大低于由于车辆的变化。
由于电缆参数的阻抗变化较慢，可以通过使用交流耦合探测器电路过滤。然而，仍然有一个有限的范围内，由于饱和的直接耦合元件的电路可以容忍的漂移，因此在导入特性变化所代表的这类探测器灵敏度的基本限制。
下面的讨论是参与一个移相式检测器，以最大限度地提高检测灵敏度和减少由于导入特性变化的影响，回路电感的最佳价值选择的因素分析。
图7是振荡器，导入电表示，和探测器的电路回路部分。大多数移检测器电路利用三绕组变压器耦合振荡器的回路电路。振荡器和罐回路电流之间的相位差被检测到由第三绕组并馈给一个输入的相位检测器电路。正如所看到的，检测器罐的电路由多自电感的环路和检测器的调谐电容。
自电感Lw、分布电容Cw、电阻Rw的引入线，加上电阻RL回路本身也参与其中。此等效电路的精确分析是复杂的。然而，计算机分析工作的实验室测试表明，一个简化的模型，如图所示,是准确的，以获得洞察所涉及的权衡在回路探测器设计。
整个罐回路的电压有下式给出
VCT(w)=MAG{} (1)
其中：
R=RW RL
C=CT CW
L=LL LW
而且回路Q值=frac12;xi;，电路阻抗xi;等于：
xi; = （1/2w）(R/L 1/RC)
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