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。假设环形线圈的电压为，则，和分别为车辆回路电流。
图1 环形线圈与车辆的等效电路
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]2[
随着现如今经济的飞速发展，智能交通已经在我国各大小城市悄然兴起，车辆检测器作为交通信息采集的一个重要组成部分，越来越受到业内人士的关注。车辆检测器以机动车辆为检测目标，检测车辆的通过或存在状况等数据，为智能交通控制系统提供足够的信息以便进行最优的控制。现行的车辆检测器种类较多，主要有线圈式车辆检测器、微波车辆检测器、视频检测器等。
2.1.2传统车辆检测系统的不足]3[
相对于现在普遍使用的线圈式车辆检测系统，传统的微波车辆检测器和视频检测器存在较多不足之处。此外的磁频检测器和机械压电检测器都存在较多不合理的地方。
波频车辆检测器多为吊挂式检测体系，利用微波、超声波和红外线等对车辆发射电磁波经反射前后进行数据检测的车检器，其检测基理是按照特定地区的全部车型假定一个牢固的车长，经由检测到投影地区内的车辆的进入与分开过程的时候间来计算车速。其缺点是在车流拥堵以及车型较多、车辆漫衍不匀称的路段，测量精度会受到较大的影响。此外，微波检测器要求较大的空间和安装高度，因此不适合在桥梁、立交、高架路段进行检测，价格也相对昂贵。
视频车辆检测器是由视频摄像机作传感器，在视频范畴内配置检测区，车辆进入检测区时使配景灰度值产生较大变化，从而得知车辆的存在，并以此检测车辆的流量和速率。其不足之处在于安置调试艰苦，造价比较高，轻易受恶劣气候、灯光、暗影等情况的影响，汽车的动态暗影也会带来滋扰，特别是晚上误报率高。
2.1.3我国车辆检测系统的发展现状]4[
我国机动车计量检测事业的发展大致可分为三个阶段。第一阶段是自上世纪六十年代引入汽车检测这一概念开始直到九十年代初我国第一套国家机动车计量检测标准装置的建立，这一跨度达30年得时期是我国汽车检测事业的萌芽、起步阶段。第二阶段是从九十年代初到2004年《道路交通安全法》的实施，这一阶段我国车辆检测事业得到了长足的发展，全国各地先后建立了各类车辆检测机制。第三阶段由04年至今，从前一阶段数量上的急剧增长逐渐实现着质量上的质的提高。但在这些参差不齐的车辆检测器中，存在的问题依旧很多，像车检器的精度、成本等都成为车检系统发展的碍脚石。出于目前国内的创新体系的羸
弱，车辆检测器的进一步发展提升仍有较大的空间，而若想进一步发掘这些技术，就得做出进一步的创新与提高。
2.1.4研究的意义]5[
随着检测事业的发展，线圈车辆检测系统凭借其高准确率、低成本和高可靠性而被大量使用。现阶段国内生产车辆检测器的厂家并不多，产品性能也较低，而国外进口的产品价格高昂，外围接口也较少，没有车型分类功能，基于这一现状，我们试着着手基于环形线圈的车辆检测器研究。
2.2总体方案的设计
由设计任务和要求可知，要完成预定功能，需要地埋感应线圈、电容三点式LC振荡电路、运算放大器、滤波电路、整形电路及单片机系统。如图2所示框图结构。
图2 环形线圈车辆检测器的系统结构
环形地埋感应线圈是基于电磁感应原理的车辆检测器的传感头部分，是一个埋在路面下，通有一定工作电流的环形线圈，一般为2米 1.5米。]5[当车辆通过环形地埋线圈或停在环形地埋线圈上，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变化量就可以检测出车辆的存在。检测电感量的变化一般来说有两种方式，一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。此处将采用第二种检测方式。]6[
电容反馈式振荡电路包含了放大电路、选频网络、反馈网络和非线性原件晶体管四个部分，而且放大电路能正常工作。只要电路参数选择得当，电路就可满足幅值条件产生正弦波振荡。电容反馈式振荡电路的输出电压波形好，但若用改变电容的方法来调节振荡频率，则会影响电路的起振条件，若用改变电容的方法来调节振荡频率，则较困难，所以常常用在固定振荡频率的场合。
数据放大器是数据采集、精密测量以及工业自动控制系统中的重要组成部分，其主要要求是高增益、高输入阻抗和高共模抑制比。可供选用的数据放大器产品很多，但三运放数据放大器的各方面特性都相对比较好。但是，由查分比例运算电路的特点出发，电路中的相关电阻必须采用高精密度电阻，并要精确匹配，否则将影响输入输出关系，也会降低电路的共模抑制比。
根据振荡电路特性及要求，20kHz-200kHz区间的某个频率要求滤波电路采用带通滤波器电路。带通滤波器电路可简单理解为低通滤波器与高通滤波器串联而成。实用电路中常采用单个集成运放构成压控电源二阶带通滤波电路。
整形电路可采用反相器整形，也可采用单限比较器如过零比较器整形。此处采用过零比
较器对输入正弦波整形，可得到上升沿和下降沿都比较理想的矩形波信号。过零比较器，顾名思义，其阈值电压U
=0V。其集成运放工作在开环状态，其输出电压为+12V或者-12V。
T
图3 AT89C51单片机封装
方案最后对矩形波频率计数模块采用了51单片机。51系列单片机具有性价比高、集成度高、体积小、高可靠性、控制功能强、易于扩展应用等优点。凭借其性能优点，已在工业自动化方面、仪器仪表方面、家用电器方面、信息与通信产品方面、军事方面等到广泛应用。因此在车辆检测器中运用51单片机对电路输出矩形波的频率进行计数是一个很合适的选择。图3为51系列单片机中AT89C51的引脚封装图。]7[
3单元电路的设计
3．1环形感应线圈的工作原理及输出信号特点
环形感应线圈检测器的工作原理是由检测单元同环形线圈与馈线线路组成一个耦合电路，当电流通过环形线圈时，在其周围形成一个电磁场。在正常情况下，在机动车辆没处在环形地埋线圈所在位置的时候，耦合电路振荡频率保持恒定，单片机在单位时间段测得的脉冲个数基本保持不变，当机动车辆经过环形地埋线圈所在位置时，在金属车体中感应出涡流电流，涡流电流又产生与环路相交互但方向相反的电磁场，即互感。由此导致涡合电路振荡频率的变化，使得单片机在单位时间段测得的脉冲个数也相应变化，只要检测到此变化的信号，就可检测出是否有车辆通过。具体来说，车辆通过时将使环路电感值减少，从而使得输出信号频率增加，一般频率增加值在160Hz-250Hz的范围内。由于机动车自身铁质是不均匀的，所以当他经过环形地埋线圈时单片机在单位时间段测得的脉冲个数又是变化的，故在软件设计与数据处理方面可采用阈值比较法。]8[
由电容三点式振荡电路的特点可知，输出信号为正弦波，但由于地表环境、温度、湿度
等的影响及引线的干扰，输出信号中存在低频干扰信号及有效正弦波上的毛刺等高频噪声，且输出信号幅值较小，因此在后续电路中需对其进行放大及滤波，同时由于单片机只能对矩形波进行计数，故还得对正弦波进行整形。
3.2振荡电路的设计]9[
如电路总体方案中所述，采用了电容反馈式振荡电路，亦即电容三点式振荡电路。设计电路如图4所示。
振荡频率=0f 212
121
C C C C L +π
图4 耦合振荡电路
图中为稳定振荡频率采取了一些措施。为提高电容反馈式振荡电路的振荡频率，需减少1C 、2C 的电容量和L 的电感量。实际上，当1C 、2C 减少到一定程度时，晶体管的极间电容和电路中的杂散电容将影响振荡频率。由于极间电容受温度的影响，杂散电容又难于确定，为了稳定振荡频率，在设计电路时，必须能够使极间电容和杂散电容对选频特性的影响忽略不计。具体的方法是在电感的支路串联一个小容量电容C ，而且C ??C 1，C ??C 2，这样
C
C C C 111121≈++ 总电容约为C ，因而电路的振荡频率
LC f π21
0=
几乎与1C 、2C 无关，当然，也就几乎与极间电容和杂散电容无关了。
参数计算：
根据公式
取中心频率0f =50kHz ，由实际应用情况，L 约为20mH-2000mH 左右，故有
mH L 50=，nF C 2.02≈
其它电路元器件参数围绕中心频率进行合理调节得出。所采用的晶体管如图5所示。
电路的振荡频率在50kHz 左右，两个反接的4.3V 稳压管使正弦振荡信号被抑制在-5V 至+5V 的范围内，耦合变压器原副边匝数比为1:1,3D ,4D 是一个瞬间抑制二极管用于抑制由静电等原因产生的瞬间高压。
图5 晶体管2N3702符号与PCB 引脚
2N3702参数表如下图所示。
图6 晶体管2N3702参数表
一路环形地埋线圈对应一个检测通道，共有四路检测通道，在设计电路中只画出了其中一路，是用电感1L 代替的。环形地埋线圈如图7所示。
图7 环形地埋线圈的表示
3.3放大电路的设计]10[
放大电路我采用了三运放数据放大器，如图8所示。
电路中的三个运放都接成比例运算电路的形式，电路包含两个放大级，1A 、2A
组成第一级，二者均为同相输入方式，因而输入电阻很高。由于电路结构对称，因此漂移可以相互抵消。第二级的3A 为差分输入方式，将差分输入转换为单端输出。在本电路中，要求元件参数对称，即
2322R R =,2524R R =,2726R R =
当加上差模输入电压U I 时，1A 与2A 的输入电压+U 和-U 大小相等，极性相反，且2322R R =，此时可以认为21R 的中点电位保持不变，即在21R /2处相当于交流接地。
由图8可得
+++=+=U R R U R R U )21()2/1(21
22212201
图8 三运放数据放大器原理图
同理 --+=+=U R R U R R U O )21()21(21
2221232 则 I O O U R R U U R R U U )21())(21(21
22212221+=-+=--+ 3A 为差分输入比例运算电路，已知2524R R =,2726R R =，则
)(2124
260O O U U R R U --= 因此，该数据放大器总的输入输出关系为
I O U R R R R U )21(21222426+-
= 由上式可知，只要改变电阻11R ，即可灵活地调节输出电压和输入电压之间的比例关系。 结合本设计电路电阻值数据可知
I I O U U k
k k k U 6)20221(210-=?+-= AD8047引脚块图和典型特性分别如图9和图11所示所示。
图9 运放AD8047引脚简图
PROTEUS 软件中模拟器件AD8047的电路符号和PCB 封装如图10所示。
图10 运放AD8047电路符号及引脚封装
Description:Single,250MHz,General purpose,Voltage Feedback Operational Amplifiers Gain 1 Stable(250MHz,750V/us,6V-12V)
图11 AD8047典型特性分析图
必须指出，由差分比例运算电路的特点出发，电路中24R 、25R 、26R 和27R 四个电阻必须采用高精密度电阻，并要精确匹配，否则不仅给输入输出关系带来误差，而且将降低电路的共模抑制比。
3.4滤波电路的设计]11[
带通滤波器的作用是允许某一段频带范围内的信号通过，而将此频带以外的信号阻断。带通滤波器经常用于抗干扰设备中，以便接收某一频带范围内的有效信号，而消除高频段和低频段的干扰和噪声。
从原理上讲，将一个通带截止频率为2f 的低通滤波器与一个通带截止频率为1f 的高通滤波器串联起来，当满足条件12f f >时，即可构成带通滤波器。
当输入信号通过电路时，低通滤波器将2f f >的高频信号阻断，而高通滤波器将1f f <的低频信号阻断，最后，只有频率范围在21f f f <<的信号才能通过电路，于是电路成为一个带通滤波器，其频带宽度等于12f f -。设计的带通滤波电路如图12所示。
图12 带通滤波器电路图及参数
设P U 为同相比例运算电路的输入，比例系数
311R Rf U U A P O uf +==
当C C C ==3231,R R =31,R R =32时，电路的传递函数
2)
()](3[1)()(sRC sRC s A sRC s A s A uf uf u +-+?= 令中心频率RC
f π210=，电压放大倍数 )0(311130f f f f A j A A A uf uf uf
u --+?-=
当0f f =时，得出通带放大倍数
|3|uf uf
up A A A -=
由此可得下限截止频率1p f 和上限截止频率2p f
)]3(4)3([2201uf uf p A A f f --+-= )]3(4)3([2
202uf uf p A A f f -++-= 因此，通频带
012|3|f A f f f uf p p bw -=-=
电路的幅频特性如图13所示。
图13 压控电压源二阶带通滤波电路幅频特性
参数简单计算：
210p p f f f ?=
由设计方案知kHz f 500=，取k f p 451=，k f p 6.552=，可得RC 的乘积值及其它有关参数，经考虑，取
Ω=K R 6.31,nF C 1.0=
由此，其它阻值亦可确定，得到的参数值如图15所描述。
下图滤波器中用到的运放AD8001的引脚图。
图14 AD8001引脚简图
Description:800MHz,50mW Current Feedback Amplifier
3.5整形电路的设计]11[
依据总设计方案，整形电路核心是利用过零比较器。处于开环工作状态的集成运放是一种最简单的过零比较器，此时，集成运放工作在非线性区，因此，当0I U 时，OPP O U U -=。其中OPP U 是集成运放的最大输出电压。
图15 整形电路
设计的整形电路如图15所示。
整形电路中使用的AD811芯片的典型应用接法如图16所示接法。
图16 AD811典型应用接法
Description:High Performance Vedio Operational Amplifier
3.6检测电路的设计]4[
检测电路主要实现的是对前续电路输出的矩形波信号进行计数以便后续处理及应用。
对矩形波信号进行计数可以采用两种方式，一种是利用D触发器和JK触发器以及简单门电路组成的计数器进行计数，二是利用单片机的定时及计数功能对矩形波信号进行计数。在这里，我将采用第二种方法。检测电路图如图17所示。
由图观察可知，其主要由四部分构成，单片机是核心，辅之以晶振和复位电路，单片机对输入信号进行计数得出频率值再借助于四位八段数码管显示出来。
图17 检测电路PROTEUS图
3.7各单元电路的仿真
3.7.1对振荡电路的输出进行测试，其波形如下图所示。
图18电容反馈式振荡电路输出波形及参数
示波器中一格代表5uS，波形一个周期为4格，即20uS，转换为频率为50kHz，符合预期结果，从而验证了设计电路的正确性。
运用PRETEUS对放大电路进行模拟与仿真，结果如图19所示。
由图可读出输入输出数据，由此可得其放大倍数。输入接的Channel A,输出接的Channel B。输入峰峰值大小为0.5V/格?4格=2V，输出峰峰值大小为1V/格?12格=12V，因此放大倍数
6212==V
V U U I O 与理论计算结果相符合，也证明了电路设计的正确性。
图19 三运放数据放大器电路仿真结果
3.7.2对设计的滤波器的效果进行仿真其结果如下列图形结果所示
输入为设计示波器的中心频率50kHz 时的输出波形：
图20 输入为中心频率50kHz 时的输入输出波形
由上图可以看出，中心频率输入时传递性良好，输出频率也基本上为50kHz 。由于滤波电路设计有一定大放大倍数，输出信号被放大。
8.26.312.561131=+=+==k
k R Rf U U A P O uf 实际上由于电容的阻抗效应及同相和反向端的阻抗不能很好地得到匹配，实际放大倍数值比理论值偏小。如图中所示，实际放大倍数约为1.5倍。但这并不影响其滤波功能。 高频信号输入滤波器时的传递特性：
图21 高频信号输入时示波器输入输出波形
从上图可看出对电路输入较高频率信号如200kHz 信号时，输出得到较明显的衰减。输入约为输入的0.5倍。对高频信号起主要作用的是电容32C 和电阻31R ,它们组成了一个低通滤波部分。
低频信号输入时滤波器传递特性：
低频信号输入时滤波器的作用效果如图22所示。由图可看出，虽输入信号约为20kHz ，较50kHz 接近，但电路仍对其有较好的滤波效果，而对其起主要抑制作用的是电容31C 和电阻32R ，它们组成了一个高通滤波部分。由图读取数据可知，输出信号越为输入信号的0.35倍，抑制作用明显。
图22 低频信号输入时滤波器作用效果输入35kHz频率滤波效果如图23所示：
图23 中间偏低频率滤波效果
输入120kHz时滤波器滤波效果如图24所示：
图24 120kHz滤波效果
3.7.3整形电路整形效果仿真
如图25所示，经整形电路后，黄色输入正弦信号A已被整形为方波信号B，效果较理想。
图25 整形电路仿真
3.7.4检测电路测试
四位八段数码管显示情况如下图。
图26 数码管测试结果
中心频率为50k，计数时间为10mS，可得理论值为500，实际值与理论值相近，误差值较小。
4总体电路原理图
4.1元器件清单
上表由PROTEUS生成元器件表导出到EXCEL生成
4.2 总体电路设计
对各单元电路进行整合，得到的总电路图如下图所示。
图24 总电路图
需要说明的是，在对各单元电路进行整合的过程中，需考虑各单元合理的先后顺序、单元之间的阻抗匹配以及合理的布线。电路连接过程中，振荡电路在前，接着依次接滤波电路、放大电路、整形电路和检测电路。阻抗匹配亦是一个很重要的问题，需考虑前几输出阻抗和
后级输入阻抗的匹配。布线上则因在满足要求的前提下尽量美观、简洁。
几种主要检测技术的对比 道路交通信息采集是智能交通系统的一项重要内容。在道路交通信息采集技术中，环形线圈车辆检测器因其技术成熟、易于掌握、初期建设成本较低而成为当前国内用量最大一种检测设备。但是，环形线圈检测器同时具有获得的信息量少,难于安装和较低的灵活性等缺点。为克服以上不足，微波车辆检测器和视频车辆检测器技术得以发展并应用于城市道路和高速公路的交通信息检测。 下面对几种检测技术的优缺点做具体分析 随着道路交通检测技术的发展，基于视频图像处理、模式识别技术的视频车辆检测器应运而生。视频车辆检测器具有采集信息量大、区域广泛、设定灵活、调整维护简便等特点，与传统的交通信息系统采集技术相比，视频检测器可提供现场的视频图像。 1.地感线圈 环形线圈车辆检测器是传统的交通检测器，其工作原理为在道路上埋设感应线圈，感应线圈与车辆检测器连接。当车辆经过线圈时，由于线圈电感量的变化，车辆的通过状态变化将被检测到，同时将状态信号传输给车辆检测器，由其进行采集和计算。 环形线圈车辆检测器相对于其他检测器具有低成本、高可靠性、高检测精度、全天候工作的优点，是目前应用最广泛的车辆检测器。 缺点：1、按照环形线圈施工要求，检测线圈在初次安装时要切割路面，植入环形检测线圈。封路施工不可避免会造成交通阻塞，对于城市主干道交通产生影响。2、埋植线圈的切缝容易使路面受损，缩短路面及检测线圈的使用寿命。实际使用中尤其对沥青路面的损坏更为严重，导致检测线圈的损毁率居高不下，使用和维护成本上升，影响系统的可用性。3、检测线圈容易受到路面下沉、裂缝、冰冻等环境影响，产生误报。4、受自身测量原理限制，当车流拥堵、车辆间距较小时，其测量精度大幅度下降，不适于城市交叉路口交通流检测。5、环形线圈车辆检测器一经设置即固定不变，在道路通行状况改变时调整困难。 2.微波车辆检测器 微波车辆检测器是以微波对车辆发射电磁波产生感应原理为基础。以RTMS微波为例，其工作方式为：悬挂于路侧，在扇形区域内发射连续的低功率调制微波，
气相色谱仪-检测系统 1.热导检测器热导检测器 ( Thermal coductivity detector，简称TCD )，是应用比较多的检测器，不论对有机物还是无机气体都有响应。热导检测器由热导池池体和热敏元件组成。热敏元件是两根电阻值完全相同的金属丝(钨丝或白金丝)，作为两个臂接入惠斯顿电桥中，由恒定的电流加热。如果 热导池只有载气通过，载气从两个热敏元件带走的热量相同，两个热敏元件的温度变化是相同的，其电阻值变化也相同，电桥处于平衡状态。如果样品混在载气中通过测量池，由于样号气和载气协热导系数不同，两边带走的热量不相等，热敏元件的温度和阻值也就不同，从而使得电桥失去平衡，记录器上就有信号产生。这种检测器是一种通用型检测器。被测物质与载气的热导系数相差愈大，灵敏度也就愈高。此外，载气流量和热丝温度对灵敏度也有较大的影响。热丝工作电流增加—倍可使灵敏度提高3—7倍，但是热丝电流过高会造成基线不稳和缩短热丝的寿命。热导检测器结构简单、稳定性好，对有机物和无机气体都能进行分析，其缺点是灵敏度低。 2.气相色谱仪氢火焰离子化检测器 氢火焰离子化检测器(Flame Ionization Detector，FID) 简称氢焰检测器。它的主要部件是一个用不锈钢制成的离子室。离子室由收集极、极化极(发射极)、气体入口 及火焰喷嘴组成。在离子室下部，氢气与载气混合后通过喷嘴，再与空气混合点火燃烧，形成氢火焰。无样品时两极间离子很少，当有机物进入火焰时，发生离子化反应，生成许多离子。在火焰上方收集极和极化极所形成的静电场作用下，离子流向收集极形成离子流。离子流经放大、记录即得色谱峰。有机物在氢火焰中离子化反应的过程如下：当氢和空气燃烧时，进入火焰的有机物发生高温裂解和氧化反应生成自由基，自由基又与氧作用产生离子。在外加电压作用下，这些离子形成离子流，经放大后被记录下来。所产生的离子数与单位时间内进入火焰的碳原子质量有关，因此，氢焰检测器是一种质量型检测器。这种检测器对绝大多数有机物都有响应，其灵敏度比热导检测器要高几个数量级，易进行痕量
热导检测器 热导检测器（TCD）是利用被测组分和载气的热导系数不同而响应的浓度型检测器，有的亦称热丝检测器（HWD）或热导计、卡他计（katherometer或Catherometer），它是知名的整体性能检测器，属物理常数检测方法。 一、工作原理 TCD由热导池及其检测电路组成。图3-2-1下部为TCD与进样器及色谱柱的连接示意图，上部为惠斯顿电桥检测电路图。载气流经参考池腔、进样器、色谱柱，从测量池腔排出。 R1、R2为固定电阻；R3、R4分别为测量臂和参考臂热丝。 当调节载气流速、桥电流及TCD温度至一定值后，TCD处于工作状态。从电源E流出之电流I 在A 点分成二路i1、i2 至 B 点汇合，而后回到电源。这时，两个热丝均处于被加热状态，维持一定的丝温Tf，池体处于一定的池温 Tw。一般要求Tf与Tw差应大于100℃以上，以保证热丝向池壁传导热量。当只有载气通过测量臂和参考臂时，由于二臂气体组成相同，从热丝向池壁传导的热量相等，故热丝温度保持恒定；热丝的阻值是温度的函数，温度不变，阻值亦不变；这时电桥处于平衡状态：R1R3＝R2R4, 或写成R1/R4＝R2/R3。M、N二点电位相等，电位差为零，无信号输出。当从2进样，经柱分离，从柱后流出之组分进入测量臂时，由于这时的气体是载气和组分的混合物，其热导系数不同于纯载气，从热丝向池壁传导的热量也就不同，从而引起两臂热丝温度不同，进而使两臂热丝阻值不同，电桥平衡破坏。M、N 二点电位不等，即有电位差，输出信号。 二、热导池由热敏元件和池体组成 1 热敏元件 热敏元件是TCD的感应元件，其阻值随温度变化而改变，它们可以是热敏电阻或热丝。（1）热敏电阻热敏电阻由锰、镍、钴等氧化物半导体制成直径约为～1.0mm的小珠，密封在玻壳内。 热敏电阻有三个优点：①热敏电阻阻值大（5～50kΩ），温度系数亦大，故灵敏度相当高。可直接作μg/g级的痕量分析；②热敏电阻体积小，可作成0.25mm直径的小球，这样池腔可小至50μL；③热敏电阻对载气流的波动不敏感，它耐腐蚀性和抗氧化。 热敏电阻也有三个缺点：①热敏电阻#$%的响应值随温度的增加而快速下降，因此，通常热敏电阻要在120℃以下使用。使用范围受到极大的限制；②与热丝相比，热敏电阻的温度系数大，表现为其响应值对于温度的变化十分敏感。例如在60℃时，池温改变1℃，热敏电阻和热丝的基线漂移分别为和，前者比后者大一倍多，因此，热敏电阻的稳定性差，特别是在程升操作时，尤为突出；③热敏电阻对还原条件十分敏感，故不能用氢气作载气。 目前，只有下二情况可用热敏电阻作热敏元件；一是低温痕量分析；二是需小池体积配毛细管柱。其他情况很少用热敏电阻，而多用热丝。而且，近年热敏电阻可作成小池体积的优势也在逐渐下降。 （2）热丝一个性能优异的TCD，对热丝的要求主要考虑四点：①电阻率高，以便可在相同长度内得到高阻值；②电阻温度系数大，以便通桥流加热后得到高阻值；③强度好；④耐氧化或腐蚀。①、②是为了获得高灵敏度，同时丝体积小，可缩小池体积，制作。③、④是为了获得高稳定性。表 3 -2-3 列出了商品TCD中常用的热丝性能。 钨丝电阻率低，相同长度之阻值只有铁铼丝的一半，灵敏度难以提高。另外，钨丝强度差，高温下易氧化，致使噪声增加、信!噪比下降。
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。假设环形线圈的电压为，则，和分别为车辆回路电流。 图1 环形线圈与车辆的等效电路
紫外吸收光谱UV 分析原理：吸收紫外光能量，引起分子中电子能级的跃迁 谱图的表示方法：相对吸收光能量随吸收光波长的变化 提供的信息：吸收峰的位置、强度和形状，提供分子中不同电子结构的信息 荧光光谱法FS 分析原理：被电磁辐射激发后，从最低单线激发态回到单线基态，发射荧光 谱图的表示方法：发射的荧光能量随光波长的变化 提供的信息：荧光效率和寿命，提供分子中不同电子结构的信息 红外吸收光谱法IR 分析原理：吸收红外光能量，引起具有偶极矩变化的分子的振动、转动能级跃迁 谱图的表示方法：相对透射光能量随透射光频率变化 提供的信息：峰的位置、强度和形状，提供功能团或化学键的特征振动频率 拉曼光谱法Ram 分析原理：吸收光能后，引起具有极化率变化的分子振动，产生拉曼散射 谱图的表示方法：散射光能量随拉曼位移的变化 提供的信息：峰的位置、强度和形状，提供功能团或化学键的特征振动频率 核磁共振波谱法NMR 分析原理：在外磁场中，具有核磁矩的原子核，吸收射频能量，产生核自旋能级的跃迁 谱图的表示方法：吸收光能量随化学位移的变化 提供的信息：峰的化学位移、强度、裂分数和偶合常数，提供核的数目、所处化学环境和几何构型的信息 电子顺磁共振波谱法ESR 分析原理：在外磁场中，分子中未成对电子吸收射频能量，产生电子自旋能级跃迁 谱图的表示方法：吸收光能量或微分能量随磁场强度变化 提供的信息：谱线位置、强度、裂分数目和超精细分裂常数，提供未成对电子密度、分子键特性及几何构型信息质谱分析法MS 分析原理：分子在真空中被电子轰击，形成离子，通过电磁场按不同m/e分离 谱图的表示方法：以棒图形式表示离子的相对峰度随m/e的变化 提供的信息：分子离子及碎片离子的质量数及其相对峰度，提供分子量，元素组成及结构的信息
电感线圈式车辆检测器线圈施工规范 规范化线圈施工是保证系统长期稳定运行的重要环节，由于环形线圈车辆检测器是一种高精度的测量传感器，对线圈参数指标的要求很高，严格的工程质量把关可以起到事半功倍的效果。 这里特别提醒集成商和工程商一定要重视线圈质量，因为封路手续、路面切割费用、线材消耗、线圈寿命等均非常消耗人力和物力，为了对甲方的工程质量负责，降低自身的维护成本，尽量做到一次成功，避免返工现象的发生。 1线圈材料 一般可选用聚乙烯AWG16~22，截面积≥1.5m㎡的多芯高温防腐蚀专用地埋感应电缆，不推荐使用PVC绝缘线。 2 线圈形状及开槽方法 线圈一般为矩形，每个线圈的4个拐角处应45度倒角避免尖角割伤电缆，4个三角区域锯缝开槽时不可切通，否则经车辆反复碾压该部分可能成为浮块而造成道路损坏。 ①矩形线圈线槽截面示意图
②道路地面开槽方法俯视图 对于交通流量参数检测系统和测速系统，通常每个车道需布置前后2个线圈，注意2个线圈的尺寸、匝数应基本保证一致，中心距一般≥4m，否则可能影响系统测速精度。如果检测截面需多个感应线圈，则所有线圈的尺寸和匝数也应尽量保证一致。
3 线圈施工步骤 （1）检测域选取 根据工程项目要求选取道路检测截面，现场选取昼夜时间段，使用预制感应线圈、数字万用表和电感量表逐个测量检测域内电磁干扰信号强度，如果检测域内电磁环境符合有关指标要求，可确定此段路面为适合的检测点；如果不符合，则需查找干扰源并处理好后方能确定。 （2）路面画线 根据车道宽度和检测对象要求，确定线圈规格尺寸及匝数，进行路面画线，拐角处45度倒角，避免尖角损坏电缆护套。 （3）锯缝开槽与清理 槽深以下线后最上层电缆距地面30mm为宜，矩形线圈线槽深度一般为50~80mm，宽度为4~6mm，由电缆直径决定。馈线线槽须按规范走向路径切割，宽度一般为8~12mm，略大于双绞电缆直径。线槽切割完成后，应去除槽内锐角、清理碎渣、烘干，保证槽底平整。（4）铺装线圈电缆 从槽内自下而上逐层排线、压实，直至完成设计总匝数，每个感应线圈（包括矩形线圈和馈线两部分）推荐使用整根电缆，中间无接头。如果馈线较长（超过50米）确实需要转接时，尽可能在路边离线圈较近的地方接线，馈线应采用截面积较大（≥1.5m㎡）的多芯铜导线双绞而成，屏蔽双绞线效果更好，接头点应焊接牢固保证低阻率，并进行绝缘、防水和防腐蚀处理。 （5）馈线敷设 从矩形线圈出口点至检测器接线端子之间的引线称为馈线，为了保证系统的检测性能，
基于地感线圈的车辆检测 Prepared on 24 November 2020
第一章系统摘要 智能交通系统利用尖端的电子信息技术，构成人员、车辆和公路三位一体的新型公路交通系统。它将先进的计算机处理技术、信息技术、数据通信传输技术、自动控制技术、人工智能及电子技术等有效地综合运用于交通运输管理体系中，建立一种在大范围内、全方位发挥作用的准时、准确、高效的交通运输管理体系。本文着重研究了智能交通系统中的道路交通检测系统，设计了基于环形线圈的车辆检测器。采用双环形线圈检测技术，对车辆通过线圈时检测电路所产生的振荡频率进行数据分析，从而完成车流量监测。本文介绍了一种基于单片机的环形线圈车辆检测器系统，并分析了系统的结构和功能。该系统的硬件主体以 AT89C51为控制核心。实现了路面动态交通数据的采集，采集到的数据实时反映了车辆的通过或存在状况。该系统结构简单，操作容易，能较精确地检测出车辆的存在，可应用于交通检测和道路监控领域。最后给出了该检测器详细的软硬件设计方案。 关键词关键词：智能交通系统；环形线圈；交通流检测；AT89C51 系统概述 随着世界城市化的进展和汽车的普及，不论是在发展中国家还是在发达家，交通拥挤加剧、交通事故频繁、交通环境恶化等问题日益严重。一般来说，解决交通拥挤的直接办法是建设更多的道路交通设施，提高路网的通行能力，但无论是哪个国家，其城市内部可供修建道路的空间有限，而且建设资金的筹措也是面临的一个难题。同时，由于交通系统是一个复杂的大系统，因而，单独从减少车辆或者增加道路设施方面考虑是无法根本解决问题的[1]。此
外，能源和环境问题也日益为人们所认识，能源的大量消耗，环境的严重污染，使人类的财富和健康受到极大的损失。在这种背景下，从系统的观念出发，把车辆和道路综合起来考虑，着眼于充分利用现有的道路交通设施，着重提高道路车辆的运行效率，从而运用各种高新技术系统解决交通问题的思想就应运而生。 随着车辆的增多和交通的飞速发展，在道路交通管理与控制中对交通信息的需求越来越多。实时准确地检测道路车辆的交通流信息并预测未来道路交通状况，进而将预测信息提供给交通控制中心，这样，就能够有效地诱导交通避免交通阻塞，减少出行时间和交通事故的发生。并且，交通数据检测在交通控制系统中也是十分重要的，精确和可靠的检测数据是在交通控制中进行合理的信号配时优化的基础：而实时准确地对交通流预测，即有效地利用实时的交通数据预测未来的交通状况，是实现有效的交通控制和交通诱导的关键所在。 第二章感应线圈的交通检测分析 2.1.车辆检测器的埋地方法车辆检测器的埋地方法 如图下图所示，前一个紧挨停车线，后一个埋设在距停车线 5--10cm 处，一般考虑埋设在预计可正常停车数量所占位置的 l-2倍处，检测驶入该车道的车量数；二者之差，既是该车道还存在的车辆数，也是等待通行的车辆数 电感线圈安装示意图 地感线圈埋设首先要用切路机在路面上切出槽来，在四个角上进行 45°倒角处理，防止尖角破坏线圈电缆，切槽宽度—般为 0．4--0．8cm，深度 3-- 5cm，同时还要为线圈引线切一条通到路边的槽将双绞好的输出引线通过引出
常见的化学成分分析方法 一、化学分析方法 化学分析从大类分是指经典的重量分析和容量分析。重量分析是指根据试样经过化学实验反应后生成的产物的质量来计算式样的化学组成，多数是指质量法。容量法是指根据试样在反应中所需要消耗的标准试液的体积。容量法即可以测定式样的主要成分，也可以测定试样的次要成分。 重量分析 指采用添加化学试剂是待测物质转变为相应的沉淀物，并通过测定沉淀物的质量来确定待测物的含量。 容量分析 滴定分析主要分为酸碱滴定分析、络合滴定分析、氧化还原滴定分析、沉淀滴定分析。 酸碱滴定分析是指以酸碱中和反应为原理，利用酸性标定物来滴定碱性物质或利用碱性标定物来滴定酸性待测物，最后以酸碱指示剂（如酚酞等）的变化来确定滴定的终点，通过加入的标定物的多少来确定待测物质的含量。 络合滴定分析是指以络合反应（形成配合物）反应为基础的滴定分析方法。如EDTA与金属离子发生显色反应来确定金属离子的含量等。络合反应广泛地应用于分析化学的各种分离与测定中，如许多显色剂，萃取剂，沉淀剂，掩蔽剂等都是络合剂，因此，有关络合反应的理论和实践知识，是分析化学的重要内容之一。 氧化还原滴定分析：是以溶液中氧化剂和还原剂之间的电子转移为基础的一种滴定分析方法。氧化还原滴定法应用非常广泛，它不仅可用于无机分析，而且可以广泛用于有机分析，许多具有氧化性或还原性的有机化合物可以用氧化还原滴定法来加以测定。通常借助指示剂来判断。有些滴定剂溶液或被滴定物质本身有足够深的颜色，如果反应后褪色，则其本身就可起指示剂的作用，例如高锰酸钾。而可溶性淀粉与痕量碘能产生深蓝色，当碘被还原成碘离子时，深蓝色消失，因此在碘量法中，通常用淀粉溶液作指示剂。 沉淀滴定分析：是以沉淀反应为基础的一种滴定分析方法，又称银量法（以
简述热导检测器技术 陈洋洋 (安徽建筑工业学院土木工程学院安全工程(1)班09201040116) 摘要：热导检测器是一种安全检测方法，它是气相色谱法最常用的一种检测器，它具有结构简单，性能稳定，灵敏度适宜，线性范围宽，对各种能作色谱的物质都有响应。本文将介绍一下它的工作原理、使用条件、结构组成、使用范围和一些注意事项。 关键词：热导；检测；注意事项 随着科学检测技术的发展,出现了很多更灵敏、更高效的检测器产品。热导检测器作为一种常见的检测器，尽管在许多方面它已被更灵敏更专属性的各种检测器所取代，但是由于它具有结构简单，性能稳定，灵敏度适宜，线性范围宽，对各种能作色谱的物质都有响应，最适合作微量分析（ppm级）。在分析测试在中，热导检测器不仅用于分析有机污染物，而且用于分析一些用其他检测器无法检测的无机气体，如氢、氧、氮、一氧化碳、二氧化碳等。 1.工作原理 热导检测器又称热导池或热丝检热器，是气相色谱法最常用的一种检测器。基于不同组分与载气有不同的热导率的原理而工作的热传导检测器。敏感元件为热丝，如钨丝、铂丝、铼丝，并由热丝组成电桥。在通过恒定电流以后，钨丝温度升高，其热量经四周的载气分子传递至池壁。当被测组分与载气一起进入热导池时，由于混合气的热导率与纯载气不同（通常是低于载气的热导率），钨丝传向池壁的热量也发生变化，致使钨丝温度发生改变，其电阻也随之改变，进而使电桥输出端产生不平衡电位而作为信号输出。热导检测器是气象色谱法中最早出现和应用最广的检测器。 热导检测器的工作原理是基于不同气体具有不同的热导率。热丝具有电阻随温度变化的特性。当有一恒定直流电通过热导池时，热丝被加热。由于载气的热传导作用使热丝的一部分热量被载气带走，一部分传给池体。当热丝产生的热量与散失热量达到平衡时，热丝温度就稳定在一定数值。此时，热丝阻值也稳定在一定数值。由于参比池和测量池通入的都是纯载气，同一种载气有相同的热导率，因此两臂的电阻值相同，电桥平衡，无信号输出，记录系统记录的是一条直线。当有试样进入检测器时，纯载气流经参比池，载气携带着组分气流经测量池，由于载气和待测量组分二元混合气体的热导率和纯载气的热导率不同，测量池中散热情况因而发生变化，使参比池和测量池孔中热丝电阻值之间产生了差异，电桥失去平衡。检测器有电压信号输出，记录仪画出相应组分的色谱峰。载气中待测组分的浓度越大，测量池中气体热导率改变就越显著，温度和电阻值改变也越显著，电压信号就越强。此时输出的电压信号与样品的浓度成正比，这正是热导检测器的定量基础。 2.热导检测器的使用条件 2.1载气种类 常用的载气有He和H2，因为其热导系数远大于其他化合物，且其具有较高的灵敏度和稳定的响应因子，便于定量，较宽的线性范围。其中，氦气较氢气安全，但氦气较贵，所以许多地区多用氢气作为载气。
11．原子吸收谱线变宽的主要因素有哪些？ 一方面是由激发态原子核外层电子决定，如自然宽度；一方面是由于外界因素，多普勒变宽，碰撞变宽，场致变宽，压力变宽、自吸变宽、电场变宽、磁场变宽等。 1.自然宽度：谱线固有宽度，与原子发生能级间跃迁的激发态原子的有限寿命有关。可忽 略 2.多普勒变宽：由于无规则的热运动而变化，是谱线变宽主要因素。 3.压力变宽：由于吸光原子与蒸汽中原子相互碰撞而引起能级的微小变化，使发射或吸收的光量子频率改变而变宽。与吸收气体的压力有关。包括洛伦兹变宽和霍尔兹马克变宽。场致变宽：在外界电场或磁场作用下，原子核外层电子能级分裂使谱线变宽。 自吸变宽：光源发射共振谱线被周围同种原子冷蒸汽吸收，使共振谱线在V0 处发射强度 减弱所产生的谱线变宽。 原子吸收谱线变宽主要原因是受多普勒变宽和洛伦兹变宽的影响 12．说明荧光发射光谱的形状通常与激发波长无关的原因。 由于荧光发射是激发态的分子由第一激发单重态的最低振动能级跃迁回基态的各振动能级所产生的，所以不管激发光的能量多大，能把电子激发到哪种激发态，都将经过迅速的振动弛豫及内部转移跃迁至第一激发单重态的最低能级，然后发射荧光。因此除了少数特殊情况，如S1 与S2 的能级间隔比一般分子大及可能受溶液性质影响的物质外，荧光光谱只有一个发射带，且发射光谱的形状与激发波长无关。 13．有机化合物产生紫外-可见吸收光谱的电子跃迁有哪些类型？ 在有机分子中存在σ、π、n三种价电子，它们对应有σ-σ*、π-π*及n 轨道，可以产 生以下跃迁： 1.σ-σ* 跃迁:σ-σ*的能量差大所需能量高，吸收峰在远紫外(<150nm)饱和烃只有σ- σ*轨道，只能产生σ-σ*跃迁，例如：甲烷吸收峰在125nm；乙烷吸收峰在135nm ( < 150nm) 2.π-π*跃迁:π-π*能量差较小所需能量较低，吸收峰紫外区(200nm左右)不饱和烃类分子中有π电子，也有π* 轨道，能产生π-π*跃迁：CH2=CH2,吸收峰165nm。（吸收系数大，吸收强度大，属于强吸收） 1.n-σ*跃迁:n-σ*能量较低，收峰紫外区(200nm左右)（与π-π*接近）含有杂原子团如：-OH，-NH2 ，-X，-S 等的有机物分子中除能产生π-π*跃迁外，同时能产生n-σ*跃迁4. n-π*跃迁:n-π*能量低吸收峰在近紫外可见区(200 ~ 700nm)含杂原子的不饱和基团，如- C=O，-CN 等 各种跃迁所需能量大小次序为：σ-σ*> n-σ*>π-π*>n-π* 除外分子内部还有电荷迁移跃迁，指用电磁辐射照射化合物时，电子从给予体向接受体相 联系的轨道上跃迁，实质是氧化还原过程，相应的光谱最大特点是摩尔吸光系数较大。14、简单说明紫外-可见吸收光谱法、荧光光谱法、原子吸收光谱法的定量原理和依据是什么？请画出紫外分光光度法仪器的组成图（即方框图），并说明各组成部分的作用？ 答：作用： 光源：较宽的区域内提供紫外连续电磁辐射。 单色器：能把电磁辐射分离出不同波长的成分。 试样池：放待测物溶液 参比池：放参比溶液
【资料】－热导检测器（TCD）原理及操作注意事项 热导检测器 热导检测器（TCD）是利用被测组分和载气的热导系数不同而响应的浓度型检测器，有的亦称热丝检测器（HWD）或热导计、卡他计（katherometer或Catherometer），它是知名的整体性能检测器，属物理常数检测方法。 一、工作原理 TCD由热导池及其检测电路组成。图3-2-1下部为TCD与进样器及色谱柱的连接示意图，上部为惠斯顿电桥检测电路图。载气流经参考池腔、进样器、色谱柱，从测量池腔排出。 R1、R2为固定电阻；R3、R4分别为测量臂和参考臂热丝。 当调节载气流速、桥电流及TCD温度至一定值后，TCD处于工作状态。从电源E 流出之电流I 在A 点分成二路i1、i2 至 B 点汇合，而后回到电源。这时，两个热丝均处于被加热状态，维持一定的丝温Tf，池体处于一定的池温Tw。一般要求Tf与Tw差应大于100℃以上，以保证热丝向池壁传导热量。当只有载气通过测量臂和参考臂时，由于二臂气体组成相同，从热丝向池壁传导的热量相等，故热丝温度保持恒定；热丝的阻值是温度的函数，温度不变，阻值亦不变；这时电桥处于平衡状态：R1?R3＝R2?R4, 或写成R1/R4＝R2/R3。M、N二点电位相等，
电位差为零，无信号输出。当从2进样，经柱分离，从柱后流出之组分进入测量臂时，由于这时的气体是载气和组分的混合物，其热导系数不同于纯载气，从热丝向池壁传导的热量也就不同，从而引起两臂热丝温度不同，进而使两臂热丝阻值不同，电桥平衡破坏。M、N二点电位不等，即有电位差，输出信号。 二、热导池由热敏元件和池体组成 1 热敏元件 热敏元件是TCD的感应元件，其阻值随温度变化而改变，它们可以是热敏电阻或热丝。 （1）热敏电阻 ．．．．热敏电阻由锰、镍、钴等氧化物半导体制成直径约为0.1～1.0mm 的小珠，密封在玻壳内。 热敏电阻有三个优点 ．．：①热敏电阻阻值大（5～50kΩ），温度系数亦大，故灵敏度相当高。可直接作μg/g级的痕量分析；②热敏电阻体积小，可作成0.25mm直径的小球，这样池腔可小至50μL；③热敏电阻对载气流的波动不敏感，它耐腐蚀性和抗氧化。 热敏电阻也有三个缺点 ．．：①热敏电阻#$%的响应值随温度的增加而快速下降，因此，通常热敏电阻要在120℃以下使用。使用范围受到极大的限制；②与热丝相比，热敏电阻的温度系数大，表现为其响应值对于温度的变化十分敏感。例如在60℃时，池温改变1℃，热敏电阻和热丝的基线漂移分别为10.4mV和5.0mV，前者比后者大一倍多，因此，热敏电阻的稳定性差，特别是在程升操作时，尤为突出；③热敏电阻对还原条件十分敏感，故不能用氢气作载气。 目前，只有下二情况可用热敏电阻作热敏元件；一是低温痕量分析；二是需小池体积配毛细管柱。其他情况很少用热敏电阻，而多用热丝。而且，近年热敏电阻可作成小池体积的优势也在逐渐下降。 （2）热丝 ．．一个性能优异的TCD，对热丝的要求主要考虑四点：①电阻率高，以便可在相同长度内得到高阻值；②电阻温度系数大，以便通桥流加热后得到高 阻值；③强度好；④耐氧化或腐蚀。①、②是为了获得高灵敏度 ．．．．，同时丝体积小 ，可缩小池体积，制作微TCD。③、④是为了获得高稳定性 ．．．．。表 3 -2-3 列出了商品TCD中常用的热丝性能。
单通道线圈车辆检测器 LD100/102 LD100/102是单通道系列车辆检测器的一种，它使用了微处理器和表面封装技术将很多功能集成在一个很小得盒子内。LD100/102在市场上很有竞争力并且非常容易设置和安装。主要应用在停车场和路口收费方面。 检测器的主要特性： ●复位键 按下复位键使得检测器在使用和测试时人工复位, 并使得感应线圈处于检测车辆准备状态。 ●脉冲时间可选 选择脉冲时间，即激活脉冲继电器，脉冲输出宽度1秒和0.2秒可选。 ●脉冲继电器选择 脉冲继电器输出可设置为压到线圈或离开线圈时输出信号。 ●自动提高灵敏度 可使检测灵敏度自动升到最高,以防漏测高底盘的车辆。 ●开关设置灵敏度 检测灵敏度在输出结果时灵敏度系数改变很小（％△L/L）。在微动开关中有8级灵敏度可调，在设置和应用时非常灵活。 ●频率可选 检测线圈的频率决定于线圈的感应系数和频率开关设置。频率开关设为ON，频率就低。 有相邻的线圈可能需要改变频率来防止串扰。 ●永久存在功能
当车辆长时间压在线圈上，检测器的输出信号一直有效。 ●信号过滤 此项功能可使测到车辆的信号输出延迟2秒。主要防止小的和快速移动物体经过线圈的干扰信号。 ●延长输出 可使输出的信号延长2秒。 ●线圈出错指示 当线圈开路或短路时，面板上的LED会有指示。 ●电源指示 LED在有电源时会有指示。 当车辆经过线圈或线圈有问题时，LED会有指示。LED还可以用来测定线圈的频率，按下复位键，数一下LED闪烁的次数乘以10KHz就是该频率。例如，LED闪6次，该频率就是60－70KHz。 继电器功能 继电器有车无车线圈错无电源 N/O 合开合合 存在输出 N/C 开合开开 N/O 脉冲输出合开开开 脉冲继电器 N/C 脉冲输出开合合合 安装指导： 1、检测器应安装在防水的箱内仅可能靠近线圈 2、线圈和馈线应用1.5mm多股铜线，馈线应双绞，每米20绞，使用一根无接点的铜线， 如有接头需要焊接并要防水，虚焊可能导致检测器不正常工作，馈线会被干扰，需用屏蔽线，屏蔽线和检测器的接地相联。 3、线圈是正方形或长方形的，每边至少相距1m，线圈正常绕3圈，周长大于10m的线圈， 绕2圈，小于6m绕4圈，如有2个线圈相距很近，建议一个线圈绕3圈，另一个绕4圈。以防串扰。
郑州恒科实业有限公司技术标准 Q/HK J0.006-2007 PD132车辆检测器 2007年3月22日发布2007年3月22日实施 关F州4亘科实业有P艮公司
为了确保PD132车辆检测器的生产按照有关工艺规范进行，保证生产后的设备满足使用要求，特制定本标准。本标准作为该设备的生产、检验标准之一。 本标准山郑州恒科实业有限公司技术部提出并归口管理。
PD132车辆检测器 （线圈检测器） 1范围 本标准规左了PD132车辆检测器的术语、要求、试验方法、检验规则、标志、包装.运输和贮存。 本标准所规龙的PD132车辆检测器也叫线圈检测器。 本标准适用于称量车辆的单轴重（或轴组重）和车辆总重量的动态汽车衡所使用车俩检测器匚2 规范性引用文件 下列标准所包含的条文，通过本标准的引用而成为本标准的条文。凡是注日期的引用文件, 英随后所有的修改单（不包括勘误的内容）或修订版均不适用于本标准；然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版 本适用于本标准。 GB/T 2423. 1-2001 电工电子产品环境试验第2部分：试验方法试验A：低温 GB/T 2423. 2-2001 电工电子产品环境试验第2部分：试验方法试验B高温 GB/T 2423. 3-2006 电工电子产品环境试验第2部分：试验方法试验Cab：恒泄湿热试 脸 JJG 907-2006 动态公路车辆自动衡器 JT/T 455-2001环形线圈车辆检测器 JT/T 606. 2-2004 高速公路监控设施通信规程第2部分:环形线圈车辆检测器 3 术语 3. 1车辆检测器系统用于指示车辆存在或通过的系统。 3.2环形线圈检测器系统检测车辆通过或静止在感应线圈的检测域时，通过感应线圈电感疑的降低感知车辆的一种车检测系统。 3. 3检测域车辆检测器系统检测到车辆的道路范困。 3.4感应线圈一种导体，通过环绕道路的一部分作为检测域，当运动或静止的车辆进人检测域时导致线圈电感降低以此作为检测依据。 3.5环形线圈检测器单元一种具有为感应线圈提供能量，检测环形线圈电感量，通过响应预定的
报警系统由哪几部分组成？ 简单的报警系统由前端探测器、中间传输部分和报警主机组成。大一些的系统也可将探测器和报警主机看做是前端部分，从报警主机到接警机之间是传输部分，中心接警部分看做是后端部分。 报警系统按信息传输方式不同，可分哪几种？ 按信息传输方式不同，从探测器到主机之间可分为有线和无线2种。从主机到中心接警机之间也可分为有线和无线2种，其中有线系统还可分为基于电话线传输和基于总线传输2种类型。 探测器分为哪几种类型？市面上常见的有哪些类型？ 红外、微波、震动、烟感、气感、玻璃破碎、压力、超声波等等。其中红外探测器还可分为主动红外和被动红外，烟感还可分为离子式和光电式。市面上常见的有红外探测器（被动红外）、对射、栅栏（主动红外）、双鉴探测器、震动探测器、玻璃破碎探测器。 主动红外探测器的工作原理？ 主动红外探测器由红外发射器和红外接收器组成。红外发射器发射一束或多数经过调制过的红外光线投向红外接收器。发射器与接收器之间没有遮挡物时，探测器不会报警。有物体遮挡时，接收器输出信号发生变化，探测器报警。 被动红外探测器工作原理？ 被动红外探测器中有2个关键性元件，一个是菲涅尔透镜，另一个是热释电传感器。自然界中任何高于绝对温度（-273o）的物体都会产生红外辐射，不同温度的物体释放的红外能量波长也不同。人体有恒定的体温，与周围环境温度存在差别。当人体移动时，这种差别的变化通过菲涅尔透镜被热释电传感器检测到，从而输出报警信号。 微波探测器工作原理？ 微波探测器应用的是多普勒效应原理。在微波段，当以一种频率发送时，发射出去的微波遇到固定物体时，反射回来的微波频率不变，即f发=f收，探测器不会发出报警信号。当发射出去的微波遇到移动物体时，反射回来的微波频率就会发生变化，即f发≠f收，此时微波探测器将发出报警信号。 什么是双元红外探测器？什么是四元红外探测器？
热导检测器的原理 热导检测器的原理及注意事项 热导检测器（TCD）是利用被测组分和载气的热导系数不同而响应的浓度型检测器，有的亦称热丝检测器（HWD ）或热导计、卡他计（k atherometer或Catherometer ），它是知名的整体性能检测器，属物理常数检测方法。热导检测器的原理及注意事项从以下几个方面给 予阐述。 一、工作原理 TCD由热导池及其检测电路组成。图3-2-1下部为TCD与进样器及色谱柱的连接示意图，上部为惠斯顿电桥检测电路图。载气流经参考池腔、进样器、色谱柱，从测量池腔排出。 R1、R2为固定电阻；R3、R4分别为测量臂和参考臂热丝。 图3-2-1 TCD工作原理图 1-**池IE 妙样器:*一色谱柱：4一测B池腔
当调节载气流速、桥电流及 TCD温度至一定值后，TCD处于工作状态。从电源 E流出之电流I在A点分成二路i i、i2至B点汇合，而后回到电源。这时，两个热丝均处于被加热状态， 维持一定的丝温T f,池体处于一定的池温 T w。一般要求T f与T w差应大于1 00 C以上，以保证热丝向池壁传导热量。当只有载气通过测量臂和参考臂时，由于二臂气体组成相同，从热丝向池壁传导的热量相等，故热丝温度保持恒定；热丝的阻值是温度的函数，温度不变，阻值亦不变；这时电桥处于平衡状态：R i R3 = R2 R4,或写成R l/R4 = R2/R M、N二点电位相等，电位差为零，无信号输出。当从2进样，经柱分离，从柱后流出之组分进入测量臂时，由于这时的气体是载气 3。 和组分的混合物，其热导系数不同于纯载气，从热丝向池壁传导的热量也就不同，从而引起两臂热丝温度不同，进而使两臂热丝阻值不 同，电桥平衡破坏。M、N二点电位不等，即有电位差，输出信号。 二、热导池由热敏元件和池体组成 1热敏元件 热敏元件是TCD的感应元件，其阻值随温度变化而改变，它们可以是热敏电阻或热丝。 (1 )热敏电阻热敏电阻由锰、镍、钻等氧化物半导体制成直径约为0.1?1.0mm的小珠，密封在玻壳内。 热敏电阻有三个优点：①热敏电阻阻值大( 5?50k Q),温度系数亦大，故灵敏度相当高。可直接作口g/g级的痕量分析；②热敏 电阻体积小，可作成 0.25mm直径的小球，这样池腔可小至50此；③热敏电阻对载气流的波动不敏感，它耐腐蚀性和抗氧化。 热敏电阻也有三个缺点：①热敏电阻#$%的响应值随温度的增加而快速下降，因此，通常热敏电阻要在120 C以下使用。使用范 围受到极大的限制；②与热丝相比，热敏电阻的温度系数大，表现为其响应值对于温度的变化十分敏感。例如在60 C时，池温改变1C, 热敏电阻和热丝的基线漂移分别为10.4mV和5.0mV ,前者比后者大一倍多，因此，热敏电阻的稳定性差，特别是在程升操作时，尤为 突出；③热敏电阻对还原条件十分敏感，故不能用氢气作载气。 目前，只有下二情况可用热敏电阻作热敏元件；一是低温痕量分析；二是需小池体积配毛细管柱。其他情况很少用热敏电阻，而 多用热丝。而且，近年热敏电阻可作成小池体积的优势也在逐渐下降。 (2)热丝一个性能优异的TCD，对热丝的要求主要考虑四点：①电阻率高，以便可在相同长度内得到高阻值；②电阻温度系数 大，以便通桥流加热后得到高阻值；③强度好；④耐氧化或腐蚀。①、②是为了获得高灵敏度，同时丝体积小，可缩小池体积，制作微T
地感线圈车辆检测器安装指南 一、检测器安装 检测器应尽可能安装在防潮防湿的干燥环境里，并与其它设备或装置保持一定间隔，以便接线和维护。 二、线圈安装指南 检测器能否正常工作在很大程度上取决于它所连接的感应线圈。线圈的几个重要参数包括：线圈材料，线圈形状及尺寸和线圈施工质量。 线圈安装 由于 SJ400T 型车辆检测器的电感自调谐范围较大，所以检测器对于感应线圈的电感量（包括馈线）适应范围较宽，馈线长度最长可达 500米，有利于工程应用。线圈和馈线推荐使用整根电缆（无接头）。 ⑴线圈材料：一般可选用聚乙烯 AWG16~22 多芯高温护套线，不使用 PVC 绝缘线。 ⑵线圈形状及开槽方法：线圈一般为矩形，四角 45 度倒角避免尖角割伤线圈电缆。 ①道路地面开槽方法俯视图（见图） ②线槽截面图（见图）
⑶线圈施工步骤： ①路面画线，根据检测对象，确定线圈尺寸，避免尖角损坏电缆绝缘； ②设置锯缝：深度一般为 50~80mm 应保证槽内最上层电缆距地面 30mm以上，槽宽一般为 4~8mm，应大于电缆直径，切割馈线走线槽，去掉槽内锐角，清理碎渣，检查槽底是否平整； ③整个电感线圈（包括矩形线圈和馈线）的电缆应无接头，在槽内自下而上逐层排线，压紧，直至完成设计总匝数； ④馈线（从矩形线圈到检测器）须双绞后延伸至检测器，每米至少绞合20 次； ⑤线圈电缆必须每隔 20~30cm 用长 3cm 左右的塑料泡沫棒固定，这样可防止电缆在填缝时浮起； ⑥填缝：槽内缝隙须填实与道路成为一体，防止线圈在有车经过时发生颤动，对于水泥路面可用水泥、沥青或环氧树酯，而对于沥青路面只能用沥青作为填缝材料。 ⑷线圈周长与线圈匝数参考表: ⑸线圈电感量参考表（馈线电感量计算方法：约为 0.72uH/m）
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
【资料】—热导检测器（TCD）原理及操作注意事项 热导检测器 热导检测器（TCD ）是利用被测组分和载气的热导系数不同而响应的浓度型检测器，有的亦称热丝检测器（HWD）或热导计、卡他计（katherometer或 Catherometer ），它是知名的整体性能检测器，属物理常数检测方法。 一、工作原理 TCD由热导池及其检测电路组成。图3-2-1下部为TCD与进样器及色谱柱的连接示意图，上部为惠斯顿电桥检测电路图。载气流经参考池腔、进样器、色谱柱，从测量池腔排出。 R1、R2为固定电阻；R3、R4分别为测量臂和参考臂热丝。 图3-?」TCD工件原譚便］ j多右池曲二at样肚3 测址池腔 当调节载气流速、桥电流及TCD温度至一定值后，TCD处于工作状态。从电源E 流出之电流I在A点分成二路i1、i2至B点汇合，而后回到电源。这时，两个热丝均处于被加热状态，维持一定的丝温 Tf，池体处于一定的池温 Tw。一般要求Tf与Tw差应大于100 C以上，以保证热丝向池壁传导热量。当只有载气通过测量臂和参考臂时，由于二臂气体组成相同，从热丝向池壁传导的热量相等，故热丝温度保持恒定；热丝的阻值是温度的函数，温度不变，阻值亦不变；这时电桥处于平衡状态：R1?R3= R2?R4,或写成R1/R4 = R2/R3 。 M、N二点电位相等， 土￡
电位差为零，无信号输出。 当从2进样，经柱分离，从柱后流出之组分进入测量臂时，由于这时的气体是载气和组分的混合物，其热导系数不同于纯载气，从热丝向池壁传导的热量也就不同，从而引起两臂热丝温度不同，进而使两臂热丝阻值不同，电桥平衡破坏。M、N二点电位不等，即有电位差，输出信号。 二、热导池由热敏元件和池体组成 1热敏元件 热敏元件是TCD的感应元件，其阻值随温度变化而改变，它们可以是热敏电阻或热丝。 (1)热敏电阻热敏电阻由锰、镍、钻等氧化物半导体制成直径约为 0.1?1.0mm 的小珠，密圭寸在玻壳内。 热敏电阻有三个优点：①热敏电阻阻值大(5?50k Q)，温度系数亦大，故灵敏度相当高。可直接作卩g/g级的痕量分析；②热敏电阻体积小，可作成0.25mm直径的小球，这样池腔可小至50 ^L;③热敏电阻对载气流的波动不敏感，它耐腐蚀性和抗氧化。 热敏电阻也有三个缺点.：①热敏电阻#$%的响应值随温度的增加而快速下降，因此，通常热敏电阻要在120 C以下使用。使用范围受到极大的限制；②与热丝相比，热敏电阻的温度系数大，表现为其响应值对于温度的变化十分敏感。例如在 60 C时，池温改变仁C,热敏电阻和热丝的基线漂移分别为10.4mV和5.0mV，前者比后者大一倍多，因此，热敏电阻的稳定性差，特别是在程升操作时，尤为突出；③热敏电阻对还原条件十分敏感，故不能用氢气作载气。 目前，只有下二情况可用热敏电阻作热敏元件；一是低温痕量分析；二是需小池体积配毛细管柱。其他情况很少用热敏电阻，而多用热丝。而且，近年热敏电阻可作成小池体积的优势也在逐渐下降。 (2)热丝一个性能优异的TCD，对热丝的要求主要考虑四点：① 电阻率高，以便可在相同长度内得到高阻值；②电阻温度系数大，以便通桥流加热后得到高阻值；③强度好；④耐氧化或腐蚀。①、②是为了获得高灵敏度.，同时丝体积小，可缩小池体积，制作微TCD。③、④是为了获得高稳定性.。表3 -2-3列出了商品TCD中常用的热丝性能。 表—2-3常用热卷性能比较 热堂种类砸阳承电粗湿段率歎 /■心、m X201：i 宵乩腔1U 刃皿川号 3.l()x HP 10.0 5.0 x 10 W 6.9 JO 橫-隈合豪- -J353 好 好