车辆检测技术中环形线圈应用探究

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1、车辆检测技术中环形线圈应用探究摘要：本文研究了线圈车辆检测系统的工作原理，对系统中线圈的工作特性作了详细的分析，计算了线圈产生的磁场的分布规律，并根据该规律，提出了改进线圈检测灵敏度的几种线圈设计方法。关键词：线圈车辆检测系统电感线圈磁通量1导言进入新世纪以来，随着经济的快速发展，智能交通系统(ITS—IntelligentTransportationSystem)在我国得到了飞速的发展。在智能交通系统中，道路交通流量信息实时、有效的检测是交通信息系统的关键环节，已有很多的专家学者运用各种先进的技术对车辆检测的方法进行了开发研制。本文将以

2、正在使用的新型车辆检测器作为基础，对线圈车辆检测系统中电感线圈的工作特性作深入的研究。线圈车辆检测系统的原理简介线圈车辆检测系统主要由电感线圈及与之相配套的车辆检测仪组成。其中，电感线圈一般是由几匝金属导线绕制成空心线圈，埋设于车道的路面下，通过馈线与车辆检测器相联。车辆检测器用高频信号驱动地感线圈，在线圈的周围就产生了交变的电磁场，这时，若有车辆通过线圈，在改变线圈周围空间的磁导率的同时切割磁感线，引起线圈电感量的变化，并进而引起线圈阻抗的变化，这将导致车辆检测器内部振荡信号频率的变化，检测电路可以检测到这一频率的变化，据此就可以达到检

3、测车辆的目的了。3电感线圈的工作特性研究电感线圈在检测系统中起到了传感器的作用，线圈的形状和埋设布局等对检测系统的灵敏度将有很大的影响。为了说明这一影响，首先应该了解线圈工作时的磁场分布规律。我们将以毕奥一萨伐尔定律为工具着手研究。毕奥一萨伐尔定律是有关电流产生磁场的基本定律，即（1）其中µ；o为真空磁导率（可近似认为是空气中的磁导率）dB的方向可用右手螺旋定则来判断，dB垂直于dL和r■所组成的平面。根据（1）式可求出载流长直导线放在真空中时，导线旁边任意一点P的磁感应强度B,设有一长直导线AB,其中的电流为I,如图所示，在直

4、导线上任取一电流元IdL,根据毕奥一萨伐尔定理,该电流元在给定点P所产生的磁感应强度的大小为dB,dB的方向垂直于电流元IdL和矢径r所组成的平面。用右手螺旋定则可知，直导线上各个电流元所产生的磁感应强度dB的方向都相同，因此，P点的磁感应强度就等于各电流元的磁感应强度的代数和，用积分表示有：(2)且由图1可知，积分的上下限为及，有：积分后得：(3)根据上述结论，我们可以来计算地感线圈所包围的平面内某一点的磁感应强度B,为计算简便设有一单匝正方形线圈，线圈的边长为8a,线圈中电流为I,该线圈平面的中点为P,该点的磁感应强度计算过程如下：令

5、线圈右边导线在P点所产生的磁感应强度为，则根据(3)式有由于该点的特殊性，同理可以退出其他三边在该点所产生的磁感应强度大小相等，由右手螺旋定则知，线圈四个边所产生的磁感应强度B的方向都相同，所以根据毕奥一萨伐尔定律的迭加原理，整个线圈在该点产生的磁感应强度大小等于右边导线产生磁感应强度的4倍。由上图坐标知，方向指向X轴负向。利用上面的方法，同理可计算出如图所示另外线圈在另外四点P、p、p、p的磁感应强度，=0.430；=0.499；=0.698；=0.909。对比p、p、p、p及p点的磁感应强度可以看出，线圈内各点的磁感应强度是不一样的，

6、，线圈中点处的磁感应强度比其他点都小，越接近导线，磁感应强度越大，在线圈拐角的地方，磁感应强度比其他同距离的地方都大。4地感线圈的应用探讨根据上面的分析可以得出结论：地感线圈内部的磁场分布并不均匀。当车辆经过线圈中磁感应强度大的区域时，磁通量变化率也相应增大，从而产生较大的感应电动势，增加了车辆检测的灵敏度。据此，在地感线圈的设计和施工上，我们主要考虑的就是使车辆通过时能引起较大的磁通量变化。根据地感线圈的工作特性，可以从两方面来考虑这个问题，一是尽可能让车能够通过线圈拐角磁通量较大的地方，二是尽可能增大车通过线圈时车体所覆盖的线圈区域，

7、为此，我们可以考虑把线圈设计成菱形以提高车辆检测的灵敏度。见下图，该线圈形状的优点在于覆盖的路面范围较大，对于要求检测摩托车的路口，可以有效提高检测灵敏度。线圈车辆检测系统是由线圈和车辆检测器组成的有机整体，在研究提高线圈灵敏度的同时，也需要相应车辆检测器具有强大的信号处理能力和抗干扰能力。只有这样，才能提高车辆检测的准确性。注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。