公路交通用传感器

为使公路交通系统正常运行，需要检测和监视汽车的流动状态。为此，开发了一些公路交通用传感器来检测汽车的流动信息，以控制交通系统。目前，国外采用的传感器有电感式、橡皮管式、超声波式、雷达式及红外线式。

1.电感式传感器

电感式传感器如图15－19所示。其主要部件是埋设在公路下几厘米深处的环状绝缘电线。当有高频电流通过电感时，公路面上形成图15－19中虚线所示的高频磁场。当汽车进入这一高频磁场区时，会产生涡流损耗，环状绝缘电线的电感开始减少。当汽车正好在该环上方时，环的电感减到最小值。当汽车离开这一高频磁场区时，环的电感逐渐复原到初始状态。由于电感变化使环中流动的高频电流的振幅和相位发生变化，因此，在环的始端连接上检测电位或振幅变化的检测器，就可得到汽车的存在与通过的电信号。若将环状绝缘电线作为振荡电路的一部分，则只要检测振荡频率的变化即可知道汽车的存在与通过。这种传感器安装在公路下面，从交通安全与美观上考虑较为理想，问题是这种传感器的敷设工程有待进一步完善。

图15－19 电感式传感器

2.橡皮管式传感器

橡皮管式传感器如图15－20（a）所示。敷设在公路上的橡皮管，其一端封闭，另一端安装隔膜波纹管。当汽车轮胎压到橡皮管上时，由于管内压力增加而使隔膜变形，因此电气触头闭合。利用这一原理能计数通过公路的汽车辆数。这种传感器的特点是操作简单、价格低；缺点是由于汽车的车轮数 （有四轮、六轮等）不同会产生计数误差。橡皮管式传感器还可用于检测车速，其检测方法如图15－20（b）所示。在公路上按一定间隔敷设许多橡皮管式传感器，还可检测出车型。

图15－20 橡皮管式传感器

（a）原理图；（b）检测车速示意图1—灵敏度校正刻度盘；2，10—接线端；3—空气接点；4—气室；5—轮胎；6—道路；7—橡皮臂；8—引线；9—绝缘台

3.超声波式传感器

超声波式传感器的工作原理如图15－21所示。发射和接收超声波的压电换能器安装在公路面之上约5m处。换能器先以一定的重复周期在极短的时间内发射一定频率的超声波，然后接收来自路面方向的反射波。所选择的超声波重复周期，要低于超声波往返于路面与换能器之间需要的时间，换能器只接收高于路面位置的汽车顶篷等的反射波。因此，用这种传感器不仅可检测汽车通过的数量，还可检测汽车的存在及经过的时间。

超声波式传感器用于检测结构复杂的汽车可能产生误差，路面积雪还会造成操作失误。但超声波式传感器和前述电感式传感器相比，安装和维护都极为方便，因此，日本普遍采用这种传感器。

4.多普勒雷达式传感器

多普勒雷达式传感器的工作原理如图15－22所示。在路旁或路的斜上方，由方向性强的定向天线连续发射一定频率的电磁波，并由该天线接收汽车反射回来的电磁波。当汽车靠近时，反射波的频率升高；当汽车远离时，反射波的频率降低。并且，反射波的频率变化量，与汽车的行驶速度和发射频率之积成正比。例如，发射频率为15.525GHz时，若汽车时速为40km，则频率变化量为779.6Hz。因此，由汽车反射波的频率变化可检测出汽车的通过数量与行驶速度，这是监督车速的最有效方法，北京等地已广泛用于交通调查和交通控制。多普勒雷达式传感器也有许多不足之处，如汽车的复杂形状会导致检测误差，而且价格高，使用还受电波法规定的限制。

图15－21 超声波式传感器的工作原理

1—超声波换能器；2—发送波；3—反射波

图15－22 多普勒雷达式传感器的工作原理

1—反射波；2—发射波；3—雷达装置

5.红外线式传感器

一些发达国家正在开发和利用红外线式传感器的交通信号控制系统。该系统要求汽车上和信号中继站均配备红外线收发射换能器和信号处理装置，最大通信范围可达500m。公路上的汽车一边行驶一边发射红外线，信号中继站接收到信号后，即可检测出汽车的位置、路线和去向，并可将这些信息显示在屏幕上，直到汽车通过为止。