專利名稱：微型地埋式車輛探測器的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種車輛探測裝置，特別是涉及一種微型地埋式車輛探測器，該裝置可用于城市或公路交通指揮管理系統及車輛靜態管理系統，可對車輛通行、車速、車流量、占道、堵車等車輛動態或靜態信息的探測，適用于紅綠燈控制系統、電子警察照相系統、車輛收費站系統、車輛門禁系統、停車場管理系統及路網交通的監控管理系統等。
背景技術：
隨著經濟的發展和人民生活水平的提高，汽車越來越近地走近人們的生活，城市交通和公路交通擁堵現象時有發生，特別是大中型城市的交通狀況已是政府、民眾關注的焦點問題之一，使得大量的人力、物力、資金投入到道路改造和道路建設方面，即便如此，也跟不上交通壓力的高速增長，這種情況非常普遍，特別是經濟越發達的地區，交通擁堵現象越嚴重；有些地區，由于資金不足、道路改造和道路建設客觀上也有難度，面對交通壓力的不利局面將會較長時期的存在；另一方面，道路資源沒有充分利用和挖潛，造成道路資源浪費也相當嚴重，讓人倍感痛惜。因此，怎樣充分利用和挖潛道路資源，低成本地、有效地改善和提高道路的使用率、車輛流量和車輛速度，是值得考慮和追求的目標，解決這一問題需要建立完善的、高效的和低成本的交通信息系統和交通管理系統，而車輛和車流量探測器是其中的重要一環。
目前，有關車輛的探測器大多采用無源紅外線來探測車輛信號并進行放大后傳輸到交通指揮部門，如專利西門子公司的申請號為98802297.4的《車輛探測裝置》等；還有一些是以大型感應線圈為探測裝置，車輛經過大型感應線圈時，車輛成為大型感應線圈的磁芯，使得其線圈的電感量發生變化，該線圈與其它電路一起形成車輛探測信號，一般為頻率信號，送處理機處理，得到車流量等交通信息，這些探測裝置存在著對車輛探測方式單一，探測信息不全面，時效性差，且存在著體積大、安裝不方便、安裝時對路面破壞嚴重、由于路面的龜裂易被損壞等缺點。另外，美國生產一種利用車輛磁映像(VMI)技術測量車流量的永久型無線車輛記錄器，但這種探測裝置對探測車輛的行駛速度，以及在對車速較慢的、或停靠在其安裝位置處的、或停靠在其安裝位置附近的車輛進行探測時，具有功能或性能方面的局限性和不足，不能完全滿足城市交通路口、停車場和路網交通狀況的監控、管理、指揮系統對車輛探測裝置的要求。
發明內容
本發明的目的是提供一種具有綜合探測能力、探測的車輛信息更全面、體積小的車輛探測裝置，以解決現有車輛探測裝置的不足。
為實現上述目的，本發明采用如下技術方案一種微型地埋式車輛探測器，其特征在于，它由產生交變磁場的帶有磁芯的金屬感應探測線圈及與其相配合的振蕩電路單元、能從振蕩信號中檢波出與金屬感應探測線圈兩端的電壓幅值、通過金屬感應探測線圈的感生電流或振蕩頻率相關的信息中的至少一種信息的檢波/整流電路單元、信號處理/邏輯處理單元、信號變換/傳輸接口單元、電源及殼體組成，電源為各部分供電，金屬感應探測線圈與振蕩電路單元構成LC振蕩器，包含有因車輛接近金屬感應探測線圈而使LC振蕩器工作狀態發生變化的振蕩信號輸出端接駁檢波電路單元的輸入端，檢波電路單元輸出的電壓幅值信號、電流信號或頻率信號接駁信號處理/邏輯處理單元的相應輸入端，信號處理/邏輯處理單元的輸出信號接駁信號變換/傳輸接口單元的輸入端。
上述的微型地埋式車輛探測器，設有多通道信號處理/邏輯處理單元，其相應的輸入端接駁另外的具有殼體的子探測器，子探測器設有帶磁芯的金屬感應探測線圈及與其相配合的振蕩電路單元。
上述的微型地埋式車輛探測器，金屬感應探測線圈套裝有高導磁的磁芯，磁芯中心軸向設有一個至少一端敞口的空腔，空腔內用于設置車輛地磁映像探測單元，車輛地磁映像探測單元為帶有“棒狀”磁芯的車輛地磁映像感應線圈或者為霍爾元件，信號處理/邏輯處理單元中設有車輛地磁映像信號處理電路，車輛地磁映像探測單元的信號輸出接駁信號處理/邏輯處理單元的相應輸入端。
需要指出的是把車輛地磁映像探測單元放置于金屬感應探測線圈磁芯的敞口的空腔里，是為了除掉探測器中設置的車輛地磁映像探測單元中的金屬體對金屬感應探測電路功能和性能的影響，這樣不但保證了金屬感應探測電路能正常工作，同時還能保證車輛地磁映像探測電路正常工作。
上述的微型地埋式車輛探測器，信號處理/邏輯處理單元中設置用于傳感路面溫度或本探測器溫度的溫度傳感元件及相應的溫度信號處理電路。
上述的微型地埋式車輛探測器，信號變換/傳輸接口單元設置有根據使用本車輛探測器的系統的接駁需要可以把探測到的車輛信息或車輛探測器本身的工作狀態信息轉變成相適應的高低電平輸出、繼電器觸點輸出、發射極輸出、光電隔離輸出、標準/非標準通訊接口輸出、無線電通訊信號輸出或光纖通訊信號輸出的電路裝置。
上述的微型地埋式車輛探測器，電源為具有一定穩壓能力的有線供電、蓄電池或太陽能電池組。
上述的微型地埋式車輛探測器，振蕩電路單元以及用于對相應傳感信號完成信號檢波、信號整流、信號放大、信號采集、幅值比較、運算分析、時序邏輯判斷、探測器工作狀態自檢、實時控制處理及信號變換/傳輸工作中的至少一項工作的電路單元可綜合設置成一個由集成電路、微處理器或單片計算機和程序軟件及外圍器件構成的多功能電路。
上述的微型地埋式車輛探測器，振蕩電路單元、檢波電路單元、信號處理/邏輯處理單元、信號變換/傳輸接口單元及電源可根據功能設置的差異和需要分別模塊化，也可利用大規模模擬/數字集成電路或單片微處理器把相應的電路單元進行綜合設制，構成半一體化或一體化電路模塊，電路模塊設置于殼體內的一端并與帶磁芯的金屬感應探測線圈相隔一定距離，或者把他們部分或全部設置于金屬感應探測線圈磁芯的中心空腔里。
需要指出的是把相應的電路模塊及線路放置于金屬感應探測線圈磁芯的空腔里，是為了盡量多地祛掉電路模塊及線路部分的金屬體對金屬感應探測電路靈敏度及其探測性能的影響，使車輛探測器更好地工作。
上述的微型地埋式車輛探測器，金屬感應探測線圈由一組線圈構成或由多組線圈進行串接套裝在同一個磁芯而成，金屬感應探測線圈磁芯可為線圈外部開放式“磁管形”、“磁棒形”、“磁柱形”、“線盤形”或“磁罐形”，也可根據探測靈敏度的需要或設置車輛地磁映像探測單元和電路板的需要，綜合上述形狀制作成多段對接的“綜合幾何形”金屬感應探測線圈磁芯。
上述的微型地埋式車輛探測器，帶有磁芯的金屬感應探測線圈的外形為圓柱形，殼體為可拆裝的獨立式或探測器組件整體塑封成形式，其外形呈圓柱形。
本發明的工作原理由于車輛底盤由大量的體積較大的金屬構件制作而成，當車輛接近埋于路面的探測器時，金屬感應探測線圈產生交變磁場會使車輛底盤的金屬構件因電磁感應現象而產生感生渦流，感生渦流的電磁場要反抗原交變電磁場的變化，從而使原產生交變電磁場的振蕩電流在幅度和周期上均有所降低，距離越近，振蕩電流在幅度和周期上降低的越多，此改變的電流量、頻率或相對應的檢波電壓經過適當的處理后，可用來實現對車道上來往車輛或停靠車輛的探測；另外當車輛移動著經過探測器時，會使探測器附近的地磁強度發生變化，形成車輛地磁映像，可利用傳感地磁強度變化的車輛地磁映像感應線圈或者高靈敏度地磁霍爾元件，實現對車道上來往車輛的探測。
本發明主要通過金屬探測和車輛地磁映像兩種探測方式可分別采樣到車輛接近、經過或停靠時的信號，對這些信號的幅值、頻率、相位、寬度或時域特性進行處理、綜合分析得到車流量、道路占用率、車速、停車時間、車輛長度等信息。達到探測信息取長補短的目的，提高了抗干擾能力和對車輛探測的可靠性和準確性，同時增加了探測裝置的信息量，因此可更好地滿足不同的應用場合和領域、不同的技術要求、不同的探測目的的需要。安裝時，可在車道上鉆孔埋設于道路路面，不占用道路路面以上的空間；當然，也可安裝在道路路面以上、不影響車輛通過且不超過探測距離的空間位置。本發明的探測器體積小、模塊化、結構緊湊、可靠性高，安裝靈活、方便、快捷，可采用全密封型外殼，對安裝環境條件要求低、免維護，特別適合室外和野外使用，惡劣的氣象環境如下雨、刮風、沙塵暴、溫度變化對其使用效果沒有影響。本發明適用于大中小城市交通指揮和管理系統及區域交通信息網系統；另外，它不但適用于對車輛的車速、車流量、車輛停留和占道時間、道路占用率和路面溫度的探測，還可用于對安全監控領域。本發明的探測裝置也可用于安全監控、報警系統中；還可安裝在被監視的物體上，當物體被晃動時，其上的探測裝置發出報警信號。
圖1為本發明實施例1的主剖視圖。
圖2為本發明實施例1的俯視圖。
圖3為本發明實施例1的電路原理方框圖。
圖4為本發明實施例2的主剖視圖。
圖5為本發明實施例2的俯視圖。
圖6為本發明實施例2的電路原理方框圖。
具體實施例方式
實施例1如圖1、2所示，本實施例的探測器由車輛地磁映像感應線圈(1)、車輛地磁映像感應線圈磁芯(2)、金屬感應探測線圈(4)、金屬感應探測線圈磁芯(5)、1號電路模塊線路板(7)、線路板連接線(8)、2號電路模塊線路板(9)、電源線和信號輸出電纜(10)、塑料殼體本體(11)及塑料殼體蓋(12)組成。金屬感應探測線圈(4)套裝在高導磁的“圓管形”金屬感應探測線圈磁芯(5)的外面，磁芯(5)中心軸向的通孔狀內空腔的上段設置車輛地磁映像感應線圈(1)，線圈(1)中設有“棒狀”磁芯(2)，磁芯(5)中心軸向的通孔狀內空腔的下段設置1號電路模塊線路板(7)和2號電路模塊線路板(9)，線路板(7)和線路板(9)由線路板連接線(8)進行電連接，車輛地磁映像感應線圈(1)和金屬感應探測線圈(4)分別由其相應的引出線(3)、引出線(6)與電路模塊線路板(7、9)相連接、電源線及信號輸出電纜(10)通過塑料殼體(11、12)與電路模塊線路板(7、9)相連接。1號電路模塊線路板(7)包括振蕩電路單元、電壓幅值檢波電路單元、兩路信號處理及時序邏輯處理單元，2號電路模塊線路板(9)包括信號變換/傳輸接口單元和電源。
如圖3所示為本實施例1的電路原理方框圖，L1為金屬感應探測線圈(4)，C1為振蕩電容，L2為車輛地磁映像感應線圈(1)，C2為濾波電容，C3為信號耦合電容，U1為電源穩壓電路，U2為振蕩電路單元，U3為金屬感應信號電壓檢波，U4為車輛地磁映像感應信號處理電路，U5為兩路信號放大及時序邏輯處理單元，U6為信號變換/傳輸接口單元。C1、C2、C3、U2、U3、U4和U5構成1號電路模塊線路板(7)，U1和U6構成2號電路模塊線路板。當車輛接近埋于路面的探測器時，金屬感應探測線圈產生交變磁場會使車輛底盤的金屬構件因電磁感應現象而產生感生渦流，感生渦流的電磁場要反抗原交變電磁場的變化，從而使原產生交變電磁場的L1、C1和U2上的振蕩電流在幅度和周期上均有所降低，距離越近，振蕩電流在幅度和周期上降低的越多，U3中得到的相應的檢波電壓就越小，該檢波電壓經過U3進一步的放大、整形處理后送給U5；同時當車輛移動著經過探測器時，會使探測器附近的地磁強度發生變化，地磁映像感應線圈L2兩端可得到相應的感應電壓信號，經C2濾波并由C3耦合到U4的輸入端，經U4放大、整形后送給U5；U5對上述兩路輸入信號進行時序及邏輯判斷，得到合乎要求的探測結果信號并送到U6的輸入端，U6可根據輸出阻抗、輸出信號類型或制式的需要把探測結果傳輸到其它相應的系統。
實施例2如圖4、5所示，本實施例的探測器由金屬感應探測線圈(4)、金屬感應探測線圈磁芯(5)、車輛地磁映像傳感霍爾元件(15)、路面溫度傳感元件(13)、電路模塊線路板(17)、電池模塊(20)、無線電通訊探測信號輸出模塊(21)、天線(22)、線路連接線(6、14、16、18、19)、整體注塑殼體(23)組成。金屬感應探測線圈(4)套裝在高導磁的“圓管形”金屬感應探測線圈磁芯(5)的外面，磁芯(5)上段較細的中心軸向的通孔狀空腔的設置車輛地磁映像傳感霍爾元件(15)和路面溫度傳感元件(13)，磁芯(5)中心軸向的通孔狀內空腔的中段設置電路模塊線路板(17)，磁芯(5)下段較粗的中心軸向的通孔狀空腔的設置線路板(17)和電池模塊(20)，線路板(17)與金屬感應探測線圈(4)、車輛地磁映像傳感霍爾元件(15)、路面溫度傳感元件(13)、電池模塊(20)和無線電通訊探測信號輸出模塊(21)之間分別由線路連接線(6、16、14、18、19)相連接。電路模塊線路板(17)包括振蕩電路單元、電壓幅值檢波及放大處理電路單元、三路信號處理和邏輯處理單元，無線電通訊探測信號輸出模塊(21)包括信號變換/編碼、地址/編碼及RF射頻輸出電路。
如圖3所示為本實施例1的電路原理方框圖，L1為金屬感應探測線圈(4)，C1為振蕩電容，H為車輛地磁映像傳感霍爾元件(15)，RT為路面溫度傳感元件(13)，U1為電池及穩壓電路模塊(20)，U2為振蕩電路單元，U3為金屬感應信號電壓檢波及放大處理電路，U7為車輛地磁映像傳感信號放大處理電路，U8為路面溫度傳感信號處理電路，U9為數據采集、時序邏輯及數據處理單元，U10為無線電通訊車輛探測信號輸出模塊(21)。
當車輛接近埋于路面的探測器時，金屬感應探測線圈產生交變磁場會使車輛底盤的金屬構件因電磁感應現象而產生感生渦流，感生渦流的電磁場要反抗原交變電磁場的變化，從而使原產生交變電磁場的L1、C1和U2上的振蕩電流在幅度和周期上均有所降低，距離越近，振蕩電流在幅度和周期上降低的越多，U3中得到的相應的檢波電壓就越小，該檢波電壓經過U3進一步的放大、整形處理后送給U9；同時當車輛移動著經過探測器時，會使探測器附近的地磁強度發生變化，地磁映像傳感霍爾元件(15)輸出端可得到相應的電壓變化信號，送到U7的輸入端，經U7放大、整形后送給U9；同樣，由溫度傳感器RT得到的路面溫度信號U8處理后也送U9；U9對上述三路輸入信號進行數據采集、時序和邏輯判斷及數據處理后，得到合乎要求的探測結果信號并送到U10的輸入端，U10把探測結果以RF射頻傳輸的方式通過(環型或軟線型)天線與其它相應的系統上的接收機通訊，達到無線傳輸車輛探測信號或數據的目的。
權利要求
1.一種微型地埋式車輛探測器，其特征在于，它由產生交變磁場的帶有磁芯的金屬感應探測線圈及與其相配合的振蕩電路單元、能從振蕩信號中檢波出與金屬感應探測線圈兩端的電壓幅值、通過金屬感應探測線圈的感生電流或振蕩頻率相關的信息中的至少一種信息的檢波/整流電路單元、信號處理/邏輯處理單元、信號變換/傳輸接口單元、電源及殼體組成，電源為各部分供電，金屬感應探測線圈與振蕩電路單元構成LC振蕩器，包含有因車輛接近金屬感應探測線圈而使LC振蕩器工作狀態發生變化的振蕩信號的輸出端接駁檢波/整流電路單元的輸入端，檢波電路單元輸出的電壓幅值信號、電流信號或頻率信號接駁信號處理/邏輯處理單元的相應輸入端，信號處理/邏輯處理單元的輸出信號接駁信號變換/傳輸接口單元的輸入端。
2.如權利要求1所述的微型地埋式車輛探測器，其特征在于，設有多通道信號處理/邏輯處理單元，其相應的輸入端接駁另外的具有殼體的子探測器，子探測器設有帶磁芯的金屬感應探測線圈及與其相配合的振蕩電路單元。
3.如權利要求1所述的微型地埋式車輛探測器，其特征在于，金屬感應探測線圈套裝有高導磁的磁芯，磁芯中心軸向設有一個至少一端敞口的空腔，空腔內用于設置車輛地磁映像探測單元，車輛地磁映像探測單元為帶有“棒狀”磁芯的車輛地磁映像感應線圈或者為霍爾元件，信號處理/邏輯處理單元中設有車輛地磁映像信號處理電路，車輛地磁映像探測單元的信號輸出接駁信號處理/邏輯處理單元的相應輸入端。
4.如權利要求1所述的微型地埋式車輛探測器，其特征在于，信號處理/邏輯處理單元中設置用于傳感路面溫度或本探測器溫度的溫度傳感元件及相應的溫度信號處理電路。
5.如權利要求1、2、3或4所述的微型地埋式車輛探測器，其特征在于，信號變換/傳輸接口單元設置有根據使用本車輛探測器的系統的接駁需要可以把探測到的車輛信息或車輛探測器本身的工作狀態信息轉變成相適應的高低電平輸出、繼電器觸點輸出、發射極輸出、光電隔離輸出、標準/非標準通訊接口輸出、無線電通訊信號輸出或光纖通訊信號輸出的電路裝置。
6.如權利要求1、2、3或4所述的微型地埋式車輛探測器，其特征在于，電源為具有一定穩壓能力的有線供電、蓄電池或太陽能電池組。
7.如權利要求1、2、3或4所述的微型地埋式車輛探測器，其特征在于，振蕩電路單元以及用于對相應傳感信號完成信號檢波、信號整流、信號放大、信號采集、幅值比較、運算分析、時序邏輯判斷、探測器工作狀態自檢、實時控制處理及信號變換/傳輸工作中的至少一項工作的電路單元可綜合設置成一個由集成電路、微處理器或單片計算機和程序軟件及外圍器件構成的多功能電路。
8.如權利要求1、2、3或4所述的微型地埋式車輛探測器，其特征在于，振蕩電路單元、檢波電路單元、信號處理/邏輯處理單元、信號變換/傳輸接口單元及電源可根據功能設置的差異和需要分別模塊化，也可利用大規模模擬/數字集成電路或單片微處理器把相應的電路單元進行綜合設制，構成半一體化或一體化電路模塊，電路模塊設置于殼體內的一端并與帶磁芯的金屬感應探測線圈相隔一定距離，或者把他們部分或全部設置于金屬感應探測線圈磁芯的中心空腔里。
9.如權利要求1、2、3或4所述的微型地埋式車輛探測器，其特征在于，金屬感應探測線圈由一組線圈構成或由多組線圈進行串接套裝在同一個磁芯而成，金屬感應探測線圈磁芯可為線圈外部開放式“磁管形”、“磁棒形”、“磁柱形”、“線盤形”或“磁罐形”，也可根據探測靈敏度的需要或設置車輛地磁映像探測單元和電路板的需要，綜合上述形狀制作成多段對接的“綜合幾何形”金屬感應探測線圈磁芯。
10.如權利要求1、2、3或4所述的微型地埋式車輛探測器，其特征在于，帶有磁芯的金屬感應探測線圈的外形為圓柱形，殼體為可拆裝的獨立式或探測器組件整體塑封成形式，其外形呈圓柱形。
全文摘要
一種微型地埋式車輛探測器，由金屬感應探測線圈及其振蕩器單元、車輛地磁映像探測單元、檢波/整流電路單元、信號處理/邏輯處理單元、信號變換/傳輸接口單元、電源及殼體構成；信號/傳輸處理單元還可接駁子探測器。本發明可探測車流量、道路占用率、車速、停車時間和路面溫度等信息；廣泛應用于交通和停車場的監控、管理和指揮系統，且具有成本低、體積小、模塊化、可靠性高，采用全密封型外殼，埋于路面，安裝方便、快捷、免維護。本探測裝置還可應用于安全報警、監控系統。
文檔編號G08G1/042GK1691085SQ200410010219
公開日2005年11月2日 申請日期2004年4月20日 優先權日2004年4月20日
發明者林貴生 申請人:林貴生