环形线圈车辆检测器基本原理

环形线圈检测器及其应用4页环形线圈检测器是一种种电磁检测器，它主要由一个环形线圈构成，用于检测周围的磁场，从而检测到可能存在的金属或其他导电材料。

环形线圈检测器广泛用于各种工业应用中，比如金属探测、无损检测、矿业勘探等等。

环形线圈检测器的工作原理是利用法拉第电磁感应原理，当金属或其他导电材料靠近环形线圈时，会在其周围产生一个额外的磁场，这个磁场会引起环形线圈内的电流变化。

通过测量这个电流变化，就可以检测到金属或其他导电材料的存在。

环形线圈检测器有很多优点，例如精度高、灵敏度好、不需要接触被检测物等等。

因此，它被广泛用于各种金属探测、无损检测和矿业勘探等领域。

金属探测是环形线圈检测器最常见的应用之一。

它被广泛应用于安全检查、金属回收、考古发掘等领域。

例如，在安全检查中，安检人员会使用手持的环形线圈检测器对乘客和行李进行检测，以便查找携带危险金属的人员。

在金属回收方面，环形线圈检测器可以检测到被混杂在垃圾里的金属，从而提高回收效率。

在考古发掘中，环形线圈检测器也是必不可少的工具，因为它可以帮助发掘人员找到埋藏在地下的金属物品。

无损检测是另一个环形线圈检测器的应用领域。

它被广泛用于汽车、火车、飞机和其他各种工业设备的检测中。

例如，在汽车工业中，环形线圈检测器可以检测到发动机和传动系统中的缺陷，从而提高车辆的品质和寿命。

矿业勘探也是环形线圈检测器的重要应用领域之一。

它被广泛用于寻找矿物资源、地下水和其他地下资源的勘探中。

例如，在石油勘探中，环形线圈检测器可以检测到地下的油藏，从而帮助勘探人员确定最佳的钻井位置。

课程设计（论文）-基于环形感应线圈的车辆检测器设计基于环形感应线圈的车辆检测器设计1任务要求1.1任务要求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，要求运用PROTEL电路设计与制版工具对环形感应线圈车辆检测器进行硬件电路设计1、熟悉环形线圈车辆检测器的工作原理;2、了解环形线感应线圈的原理和输出信号的特点;3、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;4、设计出放大、滤波和整形处理电路1.2原理介绍检测器的工作原理:环形感应线圈车辆检测器又称为地感，多为埋设式检测系统一种基于电磁感应原理车辆检测器, 它的传感器是一个埋在路面下, 通有一定工作电流的环形线圈。

当车辆通过环形地埋线圈或停在环形地埋线圈上时, 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量就可以检测出车辆的存在, 检测这个电感变化量一般来说有两种方式: 一种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。

本设计采用了后一种检测方式。

感应式环形线圈行驶车辆检测器具有性能稳定、性价比高、工程应用方便、免维护、技术不复杂等特点, 目前在工程上应用很广。

1基于环形感应线圈的车辆检测器设计2 总体方案选择与设计2.1 背景2.1.1车辆检测系统概述随着经济技术的发展，城市化的迅速推进，带来了机动车数量的迅速增长，造成城市道路交通的需求严重不平衡，因此智能交通成为当前缓解交通拥挤的重要手段。

自适应交通信号控制系统是智能交通控制系统的核心，能够根据实际车流量的状况，在线实时地自动调整信号控制参数以适应交通流的变化。

道路交通流信息(包括交通流量、车速、行程时问、车道占有率以及车流密度等参数)是制定道路发展规划，安排道路养护经费规划和养护生产作业的主要依据，也是向交通城建规划与环保以及公安交通管理部门提供改善、优化道路交通的实际参考资料和数据。

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。

3.4.1工作原理环形线圈车辆检测器通常由环形线圈、振荡回路和检测电路3 部分组成。

环形线圈是由电缆线圈绕几匝构成, 被加上交变电流, 埋设于路面下, 同时作为感性元件, 通过隔离变压器接到振荡回路上, 构成LC 谐振电路。

当车辆通过环形线圈或停在环形线圈上时, 车体切割磁通线, 在车体内将产生涡流, 涡流对环形线圈的磁场有去磁作用,从而使环形线圈的电感量减少, 进而改变LC 谐振的频率。

检测电路通过检测振荡电路频率值的变化即可判断车的存在与通过状况。

图3-7 为双线圈车速检测示意图。

图3-6感应线圈车流量检测示意图当车辆通过2 个相邻的环形线圈时, 车辆检测器可以分别获得两个时刻t1 和t2, 再由两相邻线圈的实际距离D , 就可以检测到车辆通过的数量。

（3-1）3.4.2检测电路电路如图3-1 所示。

匝数传感器的线圈电感2x m N L R R =+ （3-2） 式中：1m R Aμ=—铁心的磁阻； 000R A δμ=—空气隙的磁阻；l —铁心磁路长度;δ—空气隙的长度; μ—铁心的磁导率;A —铁心的横截面积;A 0—空气隙的横截面积;N —被测线圈的匝数。

汽车这里取δ足够大, 并且μ>>μ0, 所以认为R m 很小,即R m<<R 0,所以式(3-2)变为：200x N L A δμ≈（3-3）在图3-2中有源网络的1与2端加入一个输入信号U (s) , 则：()()1U s U s = （3-4）()()()()()()2121[]1f U s U s I s I s sC U s U s sC -===- （3-5）利用电感分压式有：()()211x xx xsL L U s U s U sL sL L L ==++ （3-6）我们知道：()()()()()1U s U s Z s I s I s ==（3-7） 将式(3-4)(3-5)(3-6)代入式(3-7)得：()111xZ s L sCsC L L ==+ （3-8） 式中, 1xLC C L L =+。

车检器是一‎款采用环形‎电感线圈检‎测车辆的通‎过，并把车辆通‎过信号传送‎给相机主机‎的设备。

它通过线圈‎馈线给地感‎线圈保持稳‎定的磁场，当车辆经过‎时，磁场发生变‎化，车检器根据‎磁场变化强‎度来判断是‎否有车辆经‎过。

在对过往车‎辆进行检测‎的过程中，可以通过调‎节地感线圈‎的线圈灵敏‎度来实现对‎不同类型车‎的检测，可以同时满‎足对大型车‎、中型车以及‎载客三轮摩‎托车的检测‎。

环形线圈检‎测器是传统‎的交通检测‎器，是目前世界‎上用量最大‎的一种检测‎设备。

车辆通过埋‎设在路面下‎的环形线圈‎，引起线圈磁‎场的变化，检测器据此‎计算出车辆‎的流量、速度、时间占有率‎和长度等交‎通参数，并上传给中‎央控制系统‎，以满足交通‎控制系统的‎需要。

此种方法技‎术成熟，易于掌握，并有成本较‎低的优点。

大华基于线‎圈检测模式‎的车检器，选用AVR‎单片机作为‎环行线圈检‎测器的控制‎核心；地感线圈作‎为振荡电路‎的一部分，由它和电容‎组成振荡电‎路，通过比较电‎路将振荡电‎路产生的波‎形整形为接‎近方波的信‎号，然后送入E‎PM240‎进行处理并‎测量，CPLD将‎测量结果反‎馈给单片机‎；当有大的金‎属物如汽车‎经过时，由于空间介‎质发生变化‎引起了振荡‎频率的变化‎（有金属物体‎时振荡频率‎升高），这个变化就‎作为汽车经‎过“地感线圈”的证实信号‎，同时这个信‎号的开始和‎结束之间的‎时间间隔又‎可以用来测‎量汽车的移‎动速度。

由公式（1）知，f与电路中‎电感L、电容c1、c2有关（c1、c2 为固定值），所以f为L‎的单值函数‎，当L发生变‎化时，振荡电路频率会反方‎向变化，把地感线圈‎作为L，有车和无车‎，L会变化，从而f变化‎，即线圈模式‎的检测原理‎。

线圈检测器‎特点如下：。

接地环路原理。

首先，介绍了停车场车辆检测器和地面环路的工作原理。

1.工作原理。

地面环路车辆检测器是一种基于电磁感应原理的车辆检测器。

它通常在同一车道的路基下嵌入一个环形线圈，并为其提供一定的工作电流作为传感器。

当车辆通过线圈或停在线圈上时，车辆本身的铁会改变线圈内的磁通，引起线圈线圈电感的变化。

该检测器可以通过检测电感的变化来判断过往车辆的状态。

检测电感变化的方法有两种：一种是利用锁相器和相位比较器来检测相位的变化；另一种是利用环路线圈组成的耦合电路来检测其振荡频率。

2.系统组成。

该地面传感车辆检测器包括地面回路和检测器，线圈作为数据采集，检测器实现数据判断并输出相应的逻辑信号。

检测器一般由机架、中央处理单元、检测卡和接线端子组成。

中央处理器是对采集信号进行运算的模块，一般为嵌入式操作系统的单板机，具有很强的数字运算、存储能力和通信接口。

通过扫描端口，捕获级别变化时间，并计算相应的流量数据。

当检测车经过或静止在感应线圈的检测区域时，通过感应线圈的电感会降低。

检测卡的功能是检测这种变化并准确输出相应的电平。

在检测高速通过的车辆时，可能会出现对车辆长度和车速的不准确检测，因此有必要正确调整检测器的灵敏度。

目前，车辆检测器普遍具有多级灵敏度调节功能。

第二，地面环路在停车系统中的作用。

在停车场系统中，要确定接地回路的作用，首先要知道路地感应线圈的安装位置，接地回路一般安装在以下四个位置：1.入场投票箱(入场控制机)；2.出入口各设一个；3.出口投票箱(出口管制机)；该行业使用的接地回路一般为铜芯线。

上过初中的人应该知道，金属物体通过线圈时会产生电流。

这一原理在停车场系统中得到了很好的应用；这就是我们叫它线圈的原因。

线圈的制作方法比较简单，就是将一定长度的铜线缠绕几次。

这一解释对每个人来说都不陌生；第三，入口控制机的地面传感功能可以定位在两个方面：1.防止遗失卡。

大家应该知道，在标准的一进一出系统中，当临时车辆进场时，它是通过自动取牌的方式来进场的。

环形线圈检测原理实验一、实验目的环形线圈检测器是交通参数检测的主要手段之一，交通信息与控制实验平台搭建有环形线圈检测原理实验系统。

系统通过埋设在实验平台上的感应线圈，采用线圈检测器采集车辆感应信号，并通过线圈采集实验软件，采用模块化设计思想，学生可以自行搭建线圈采集系统，了解线圈采集的基本原理，获得多种交通参数。

实验使学生了解实际交通中的环形线圈检测系统的基本原理，如图1所示。

其中包括线圈检测系统的硬件组成、设备连接、功能实现；另外，还有检测系统设备间的通讯过程、软件连接；以及交通参量的计算、处理以及存储等过程。

图1.a实际道路中的检测系统结构采集计算存储图1.b 实验平台的检测系统结构二、实验内容1、自制环形线圈，测量其电感量，了解环形线圈的影响因素，记录不同类型环形线圈的电感量，并测量其在震荡电路中的频率；2、连接环形线圈与线圈检测器，通过教学软件进行数据采集，并存储；了解线圈检测器的基本原理；3、通过采集的检测器数据计算交通量，并通过教学软件计算(交通量、平均速度、时间占有率、车头时距)等交通量。

三、实验原理及实验过程实验一：前端检测传感器的原理与应用(1) 环形线圈检测原理环形线圈车辆检测是利用电感耦合原理，通过LC振荡电路检测频率进而达到车辆检测的目的。

其中环形线圈作为此等效电路中的电感元件，与检测其中的电容、振荡器及其相关电路组成整个检测电路则。

电流通过环形线圈,在其周围形成一个电磁场，当车辆行至线圈上方时，在金属车体中感应出涡流电流,涡流电流又产生与环路相耦合，但方向相反电磁场，即互感，使环形线圈电感量随之降低，因而引起电路谐振频率的上升，如图2所示。

车辆覆盖线圈的面积愈大，车辆的底盘愈低，则互感系数M越大，检测灵敏度也越高。

只要检测到此频率随时间变化的信号,就可检测出是否有车辆通过。

I b I cM等效电路等效电路车辆与线圈互感图2 检测器工作时等效电路图因此在检测时，环形线圈总电感是由自感、互感两个部分组成的。

前言：停车场系统地感线圈的埋设工作非常重要，可以说关乎了整个停车场系统的稳定性，本篇文章从地感线圈的原理说起，全面介绍地感线圈的施工正文：一、停车场车辆检测器和地感线圈的原理1、工作原理地感线圈车辆检测器，是一种基于电磁感应原理的车辆检测器。

它通常在同一车道的道路路基下埋设环形线圈，通以一定工作电流，作为传感器。

当车辆通过该线圈或者停在该线圈上时，车辆本身上的铁质将会改变线圈内的磁通，引起线圈回路电感量的变化，检测器通过检测该电感量的变化来判断通行车辆状态。

电感变化量的检测方法一般有两种：一种是利用相位锁存器和相位比较器，对相位的变化进行检测；另一种是利用环形线圈构成的耦合电路对其振荡频率进行检测。

2、系统组成地感车辆检测器包括地感线圈和检测器，线圈作为数据采集，检测器用于实现数据判断，并输出相应逻辑信号。

检测器一般由机架、中央处理器、检测卡和接线端子组成。

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。

在对高速通过车辆进行检测时，可能会存在车长、车速检测不准确的情况，需要正确调节检测器的灵敏度。

目前的车辆检测器一般都具有多级灵敏度可调的功能。

二、停车场系统中地感线圈的作用在停车场系统中，要确定地感线圈的作用首先我们得知道地感线圈安装的位置，地感线圈一般装在以下四个位置：1、入口票箱处（入口控制机）；2、入出口道闸处各一个；3、出口票箱处（出口控制机）；行业内使用的地感线圈，一般都是铜芯线，上过初中的人都应该知道，当有金属物体穿过线圈时，会产生电流，停车场系统中就是利用了这个原理；这也就是为什么我们称之为线圈，线圈的制作方法比较简单，就是将一定长度的铜线环绕几圈，这么一解释大家都不陌生了吧；三、其入口控制机处的地感作用可定位两个方面:1、防丢卡大家应该都知道，在标准一进一出系统中，临时车辆进场时是通过自动取卡进场的，他只需要按按钮就行了，这时候的地感的作用就是当感应有车辆在该处时才能取卡，而不是人站上去按按钮就能取卡2、压地感读卡在远距离读卡系统中（蓝牙系统、车牌识别系统），该处地感用于辨别车辆方向；四、入出口道闸其作用也有两个方面1、防砸车，有车在地感处时道闸杆是不会落杆的；2、车过落杆出口控制机处的地感跟入口控制器处的地感相似，在远距离读卡系统中（蓝牙系统、车牌识别系统），该处地感用于辨别车辆方向五、地感线圈埋设注意事项停车场系统里“地感线圈”就是一个振荡电路。