車輛檢測(cè)技術(shù)中環(huán)形線圈應(yīng)用探究

1、車輛檢測(cè)技術(shù)中環(huán)形線圈應(yīng)用探究摘要：本文研究了線圈車輛檢測(cè)系統(tǒng)的工作原理，對(duì)系統(tǒng) 中線圈的工作特性作了詳細(xì)的分析，計(jì)算了線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng) 的分布規(guī)律，并根據(jù)該規(guī)律，提出了改進(jìn)線圈檢測(cè)靈敏度的 幾種線圈設(shè)計(jì)方法。關(guān)鍵詞：線圈車輛檢測(cè)系統(tǒng)電感線圈磁通量1導(dǎo)言進(jìn)入新世紀(jì)以來，隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，智能交通系統(tǒng)(its intelligent transportation system)在我國(guó)得到 了飛速的發(fā)展。在智能交通系統(tǒng)中，道路交通流量信息實(shí)時(shí)、 有效的檢測(cè)是交通信息系統(tǒng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，已有很多的專家學(xué) 者運(yùn)用各種先進(jìn)的技術(shù)對(duì)車輛檢測(cè)的方法進(jìn)行了開發(fā)研制。 本文將以正在使用的新型車輛檢測(cè)器作為基礎(chǔ)，對(duì)線

2、圈車輛 檢測(cè)系統(tǒng)中電感線圈的工作特性作深入的研究。線圈車輛檢測(cè)系統(tǒng)的原理簡(jiǎn)介 線圈車輛檢測(cè)系統(tǒng)主要由電感線圈及與之相配套的車輛檢測(cè)儀組成。其中，電感線圈一般是由幾匝金屬導(dǎo)線繞制 成空心線圈，埋設(shè)于車道的路面下，通過饋線與車輛檢測(cè)器 相聯(lián)。車輛檢測(cè)器用高頻信號(hào)驅(qū)動(dòng)地感線圈，在線圈的周圍就產(chǎn)生了交變的電磁場(chǎng)，這時(shí)，若有車輛通過線圈，在改變線 圈周圍空間的磁導(dǎo)率的同時(shí)切割磁感線，引起線圈電感量的 變化，并進(jìn)而引起線圈阻抗的變化，這將導(dǎo)致車輛檢測(cè)器內(nèi) 部振蕩信號(hào)頻率的變化，檢測(cè)電路可以檢測(cè)到這一頻率的變 化，據(jù)此就可以達(dá)到檢測(cè)車輛的目的了。3電感線圈的工作特性研究電感線圈在檢測(cè)系統(tǒng)中起到了傳感器的作用

3、，線圈的形 狀和埋設(shè)布局等對(duì)檢測(cè)系統(tǒng)的靈敏度將有很大的影響。為了 說明這一影響，首先應(yīng)該了解線圈工作時(shí)的磁場(chǎng)分布規(guī)律。 我們將以畢奧一薩伐爾定律為工具著手研究。畢奧一薩伐爾定律是有關(guān)電流產(chǎn)生磁場(chǎng)的基本定律，即（1）其中&micro； o為真空磁導(dǎo)率（可近似認(rèn)為是空氣中的 磁導(dǎo)率）db的方向可用右手螺旋定則來判斷，db垂直于dl 和r所組成的平面。根據(jù)（1）式可求出載流長(zhǎng)直導(dǎo)線放在真空中時(shí)，導(dǎo)線 旁邊任意一點(diǎn)p的磁感應(yīng)強(qiáng)度b,設(shè)有一長(zhǎng)直導(dǎo)線ab,其中 的電流為i,如圖所示，在直導(dǎo)線上任取一電流元idl,根據(jù)畢奧一薩伐爾定理,該電流元在給定點(diǎn)p所產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為db, db 的方向

4、垂直于電流元idl和矢徑r所組成的平面。用右手螺 旋定則可知，直導(dǎo)線上各個(gè)電流元所產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度db 的方向都相同，因此，p點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度就等于各電流元的 磁感應(yīng)強(qiáng)度的代數(shù)和，用積分表示有：(2)且由圖1可知，積分的上下限為及，有：積分后得：(3)根據(jù)上述結(jié)論，我們可以來計(jì)算地感線圈所包圍的平面 內(nèi)某一點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度b,為計(jì)算簡(jiǎn)便設(shè)有一單匝正方形線 圈，線圈的邊長(zhǎng)為8a,線圈中電流為i,該線圈平面的中點(diǎn) 為p,該點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度計(jì)算過程如下：令線圈右邊導(dǎo)線在p點(diǎn)所產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度為，則根據(jù) (3)式有由于該點(diǎn)的特殊性，同理可以退出其他三邊在該點(diǎn)所產(chǎn) 生的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小相等，由右手螺旋定則知，線

5、圈四個(gè)邊 所產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度b的方向都相同，所以根據(jù)畢奧一薩伐 爾定律的迭加原理，整個(gè)線圈在該點(diǎn)產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小 等于右邊導(dǎo)線產(chǎn)生磁感應(yīng)強(qiáng)度的4倍。由上圖坐標(biāo)知，方向指向x軸負(fù)向。利用上面的方法， 同理可計(jì)算出如圖所示另外線圈在另外四點(diǎn)p、p、p、p的 磁感應(yīng)強(qiáng)度，=0.430； =0. 499； =0. 698； =0.909。對(duì)比 p、p、p、 p及p點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度可以看出，線圈內(nèi)各點(diǎn) 的磁感應(yīng)強(qiáng)度是不一樣的，線圈中點(diǎn)處的磁感應(yīng)強(qiáng)度比其 他點(diǎn)都小，越接近導(dǎo)線，磁感應(yīng)強(qiáng)度越大，在線圈拐角的地 方，磁感應(yīng)強(qiáng)度比其他同距離的地方都大。4地感線圈的應(yīng)用探討根據(jù)上面的分析可以得出結(jié)論：地感線圈內(nèi)部的磁場(chǎng)分 布并不均勻。當(dāng)車輛經(jīng)過線圈中磁感應(yīng)強(qiáng)度大的區(qū)域時(shí)，磁 通量變化率也相應(yīng)增大，從而產(chǎn)生較大的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，增加 了車輛檢測(cè)的靈敏度。據(jù)此，在地感線圈的設(shè)計(jì)和施工上， 我們主要考慮的就是使車輛通過時(shí)能引起較大的磁通量變 化。根據(jù)地感線圈的工作特性，可以從兩方面來考慮這個(gè)問 題，一是盡可能讓車能夠通過線圈拐角磁通量較大的地方， 二是盡可能增大車通過線圈時(shí)車體所覆蓋的線圈區(qū)域，為 此，我們可以考慮把線圈設(shè)計(jì)成菱形以提高車輛檢測(cè)的靈敏 度。見下圖，該線圈形狀的優(yōu)點(diǎn)在于覆蓋的路面范圍較大，對(duì)于要求 檢測(cè)摩托車的路口，可以有效提高檢測(cè)靈敏度。線圈車輛檢測(cè)系統(tǒng)是由線圈和車輛檢測(cè)