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1 車輛檢測器工作原理
電感線圈式車輛檢測器起源于上世紀60年代,成熟于90年代中期,是一種具有較長歷史且應用廣泛的傳統車輛檢測器。其工作原理基于電磁感應理論,埋設于道路路面下的環形線圈作為檢測器的傳感元件,當車輛經過或停留在線圈上時,車體自身鐵質材料切割磁通線而引起線圈電感量的負變化,檢測器通過測量電感量的變化率(-ΔL/L)來檢測車輛。
2 感應線圈技術及質量要求
電感線圈式車輛檢測系統對感應線圈質量的要求很高,包括:線圈電纜材質、線徑、矩形線圈規格、饋線工藝和工程施工規范等,線圈質量是檢測系統長期穩定運行的關鍵,否則檢測器無能為力。其原因如下:
(1)檢測靈敏度高(最高可達0.01%,即萬分之一),相當于精密測量儀器,矩形線圈要與地面結為一體,保證電纜在過車時無松動或顫動現象產生,饋線須雙絞后引入檢測器;
(2)線圈Q值≥5,是對線圈電纜材質、線徑、饋線工藝的要求,傳感回路是小信號工作狀態,盡量降低衰耗,保證信號共模抑制比,提高抗干擾能力;
(3)矩形線圈規格和間距可根據檢測對象和現場環境確定,具體參數詳見有關文章。
3 線圈電感量測量
線圈總電感量(L)=矩形線圈電感量(Lx)+饋線電感量(Lk),Lx/Lk應≥4。饋線經雙絞后,每米電感量約為0.72uH。饋線越長,則線圈匝數也應適當增加,以增大Lx,保證比值。總電感量可用數字電感表測量。當路基下存在金屬物體或鋼筋等加強材料時,可能會降低檢測系統的靈敏度,在這樣的檢測域中矩形線圈匝數要比通常匝數多繞幾圈,以增加線圈電感量。具體參數詳見有關文章。
4 檢測域電磁干擾強度測量
現場測量的簡易方法及操作步驟如下:
(1)根據工程項目檢測點選取要求,初步確定道路檢測截面,將預制感應線圈(比如:1米*1米,匝數為10圈,饋線長度為5米的矩形狀線圈)放在準備作為檢測域的路面上;
(2)用數字電感表測量線圈總電感量L,將饋線線頭連接表筆,操作電感表,觀察讀數,此時顯示讀數可能會在一個較小范圍內跳動,即基本恒定。如果讀數波動較大,則該檢測域可能受到較強電磁干擾,不能選用;
(3)再用數字萬用表測試電磁干擾信號強度,選擇交流mv檔,將饋線線頭連接表筆,此時表讀數應<0.5mv;如果讀數>1mv,則該檢測域可能受到較強電磁干擾,不能選用;
(4)在對此檢測截面上的各檢測域,經晝夜多個時間段測試,均無明顯電磁干擾后,可確定此段路面為適合的檢測點。更加精密的測量儀器和測試方法當然可以采用,比如場強儀或綜測儀等。
5 模擬過車測試
5.1 單臺檢測器獨立加電運行具體測試步驟
車輛檢測系統安裝完成后,可根據檢測器產品用戶手冊初步設定工作模式,在封閉道路且無車通過線圈的情況下,用小塊鐵板與地面平行地勻速劃過感應線圈的某個拐角來測試基本檢測功能,通過設備狀態指示觀察檢測效果。
參照產品用戶手冊設置工作模式,將靈敏度級別設定為最高,頻率選擇開關任意,加電或復位運行。初始化(大約需要3秒鐘)完成后,觀察檢測器狀態。
如果所有通道均接入感應線圈,則故障指示燈應顯示正常;檢測輸出指示應無閃動或常亮現象;
如果有通道未接線圈或接觸不良,或某些線圈電感量超出自調諧范圍,故障指示燈閃爍,報線圈故障。對于檢測器未用到的通道,其接線端子應保持開路狀態,不接任何器件,而并不影響其它通道的正常工作;
如果已接線圈的通道在未用小鐵板劃過其對應的感應線圈(靜止狀態)時,有閃動或常亮現象發生,則線圈施工質量有問題或檢測域受到外界電磁干擾,此時應查明原因并加以解決。我們不推薦通過降低靈敏度的方法掩蓋矛盾,否則可能潛在影響系統檢測性能,尤其是測速精度和計數準確率等指標。
⑵用小鐵板逐個劃過感應線圈(模擬過車)時,對應通道的檢測指示燈點亮并產生輸出,對于具有串口通信的檢測器,選擇合適的串口標準和波特率,用便攜電腦運行串口調試器軟件進一步觀察發送數據幀內容;
5.2 多臺檢測器同時加電運行具體測試步驟
如果檢測截面需要同時使用多臺車輛檢測器,則所有線圈規格和匝數均應相同,相鄰車道線圈間距≥1米,按上述第5.1節方法先逐臺單獨加電調試,每臺檢測器均工作正常后再開始多臺并用聯調。
(1)將各臺檢測器的頻率選擇開關設置到不同位置,差頻工作。原則如下表:
線圈與檢測器距離 | 頻率選擇 |
最遠 | 最低 |
較遠 | 中低 |
較近 | 中高 |
最近 | 最高 |
(2)如果靜止狀態時仍有誤檢現象產生,則可啟用檢測器時間同步器功能,并聯連接所有檢測器的同步信號端子,將其中一臺設置為主機,其余均設置為從機,重新統一加電或先復位主機再復位從機運行。在差頻和時間同步功能的共同作用下,可最大程度地消除線圈串擾,保證系統運行可靠。
6 實際過車測試
車輛檢測系統在模擬過車測試通過后,以系統要求需要檢出的車型為原則(比如過濾摩托車、自行車等),適當降低靈敏度,核查有限存在時間,ASB功能,串口標準及波特率等設置后,開放道路進行實際過車試驗。觀察系統抓拍圖片位置的一致性,記錄計數準確率,如果是測速系統,還應結合上位機,測試系統測速精度等指標。
7 靈敏度級別的調整方法
先從最高靈敏度級別開始運行,觀察所有被關心的對象車輛是否能夠全部檢出?如果能,則逐級降低級別,直至有少數對象不能可靠檢出,此時再將靈敏度提高1~2個級別即可。
當然亦可將靈敏度設置為最高級別運行,但我們知道級別越高,系統對線圈的質量要求就越高,系統的穩定性也就越差,滿足系統指標和可靠性要求是首選。
8 有限存在時間設定
有限存在時間是指:即使車輛長時間停留在檢測域中,檢測器只給出固定時長的觸發狀態輸出,存在時間計時到后自動恢復釋放狀態輸出。如果在此時間內車輛離開了檢測域,則檢測器應立刻恢復釋放狀態。不同型號的車輛檢測器此項指標有不同定義,例如:30分鐘、4分鐘、1分鐘、20秒、3.5秒等,具體如何選擇視應用場合需要而定。比如電子警察系統中,路口紅燈信號周期為90秒時,應選擇4分鐘的有限存在時間;治安卡口系統中,由于檢測點道路通過能力較強、流量大,可選擇20秒,除非遇到堵車情況。
9 ASB功能的應用
自動靈敏度提升功能主要是針對高底盤車輛的可靠檢測。我們知道高底盤車的特征是:整車底盤較高,尤其是車廂部分,當其通過檢測域時所引起的電感量變化比車輪和車頭部分要小。
如果靈敏度級別設置較低,前輪通過檢測域時能夠觸發,當車廂部分通過時檢測器不能保持觸發狀態而轉變為釋放狀態,后輪通過時再次觸發,檢測器就會將一輛車切分為兩輛車甚至多輛車,造成計數或測速不準,實際工程項目中對這些指標都是有嚴格要求的。
那么有人說將靈敏度設定在最高級別不就可以了嗎?前已述及,靈敏度級別越高,系統對線圈的質量要求就越高,系統的穩定性也就越差。當ASB功能允許時,檢測器只是在觸發后自動將釋放靈敏度提升,在車輛未離開檢測域之前盡可能保持觸發狀態,而一旦車輛離開檢測域后,恢復為釋放狀態。一次過車事件結束后,檢測靈敏度仍然恢復到原先預設的靈敏度級別,這樣既可充分保證系統檢測性能的穩定性又可最大限度地降低誤釋放的產生。
10 頻率串擾的消除
當檢測點有多個相鄰且間隔距離較近的線圈,又有兩個以上線圈同時工作時,可能會產生頻率串擾。以雙向四車道系統為例,如果每個車道布置2個線圈,則線圈數為8個。
車輛檢測器通道數 | 數量 | 同時工作的線圈數 |
單通道 | 8 臺 | 8 個 |
雙通道 | 4 臺 | 4 個 |
四通道 | 2 臺 | 2 個 |
此時,選擇采用通道順序掃描技術的多通道型檢測器的優勢就凸現出來,以四通道檢測器為例,某一時刻只有一個通道處于工作狀態,其它通道均處于靜止狀態,其所帶載的4個線圈之間不存在頻率串擾。與另一方向的四通道檢測器所帶載的線圈之間可能存在串擾,這時只要將工作頻率盡量叉開,必要時再加上時間同步器即可解決。