地感线圈式测速仪的检测方式

地感线圈式测速仪的检测方式

江苏省计量科学研究院

林仲扬

在国民经济高速发展的今天，机动车的数量也在快速的上升，随之带来的交通事故也在不断的增加，在所发生的交通事故中，有很大一部分是因为机动车车速过快而导致的，公安交管部门为了能有效控制超速行驶带来的交通事故，近年来国家已投入巨额资金，用来安装机动车超速自动监测系统。

机动车超速自动监测系统是基于先进的速度测量技术、信息处理技术、数据通信技术、电子控制技术以及计算机处理技术上，应用于交通运输领域高效的运输管理系统，其中速度测量技术最常见的，主要有运用电磁感应原理的地感线圈式测速仪、运用多普勒原理的雷达测速仪以及利用激光原理的激光测速仪等。其中国内外最常使用的是地感线圈式测速仪。根据我国计量法规定，用于公路管理速度监测的测速仪属强制检定的工作计量器具。所以如何对测速仪进行准确、安全、快捷的检定，是一个很重要的问题。

地感线圈检测车速的基本原理:

“地感线圈”就是一个振荡电路。它是这样构成的，在地面上先造出一个沟槽，再在这个沟槽中埋入三到四匝导线，这就构成了一个埋于地表的电感线圈，这个线圈是一个振荡电路的一部分，由它和电容组成LC振荡电路，其原则是振荡稳定可靠，这个振荡信号通过变换送到单片机组成的频率测量电路，单片机就可以测量这个振荡器的频率了。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），这个变化就作为车辆经过“地感线圈”的证实信号，同时这个信号的开始和下一个线圈的信号开始之间的时间间隔又可以用来测量汽车的移动速度。这就是“地感线圈式测速仪”。技术关键是设计出的振荡器稳定可靠并且有汽车经过时频率变化明显。

感应式地感线圈检测系统由两个部分组成，检测器模块和感应线圈及引线，检测器振荡电路驱动能量（10-200KHZ）通过线圈而产生一个电磁场。地感线圈感应器形成一个调解电路。线圈作为一个传感器。当有金属物体通过磁场时，引起线圈中的磁通量的变化，产生旋流，旋流将会在导体中被感应到。由于地感线圈的电感与磁流成比例的，这就导致了地感线圈的电感系数的减少。检测器检测到这种变化并驱动向计算机的CPU发出信号。计算机的CPU在受到前后两个或三个线圈发回的信号，测出它们的时间间隔，再根据线圈的实际距离，计算出车辆行驶的速度。

地感线圈和引入线是检测系统的感应部分，并且具有阻抗和电容（线与线之间及线与地之间的电容）。线被环绕起来形成线圈（通常绕二至四圈），此处的磁场更为集中，形成一个检测区。所有运载电流的导体或线由于电流通过线体而产生磁流。这种磁流的结果就是被称为电感的电流性质，电感量以亨利（H）来衡量的。

如图所示：在车辆行进方向上，同一车道的道路路基段埋设一组（2个）感应线圈，尺寸为1.2至2米的呈长方形的环形线圈。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出车辆行驶的速度。

L1

L2

T0 T1T2

L1为车辆行驶过线圈1时检测器所采集到的信号；L2为车辆行驶过线圈2时检测器所采集到的信号。

时间差: T A=T1-T0（ms）

车辆行驶速度：V=S/T A S为两个触发信号间距离

误差来源：

作为机动车超速自动监控系统，在测速上主要的误差来源有如下几个方面：

1、由检测器检测到有车辆经过时向计算机的CPU发出信号，计算机的CPU对不同方向、不同车道的信号要进行巡测，同时还要接受图像信号、完成很多其它的计算功能，所以计算机的CPU所检测到的时间间隔会有误差，这样会直接导致所检测的速度误差。

2、检车器一般是由四个或六个线圈测试回路组成，检车器中的单片机同样也是对每一个线圈测试回路的振荡频率进行巡测，也会出现时间间隔误差。

3、线圈的距离误差。

4、前后两个（或三个）线圈的灵敏度的不同造成的误差。

5、前后两个（或三个）线圈的形状、大小存在明显的差异，或线圈的匝数不同，会造成测速的误差。

6、所绕线圈使用的导线材料的好坏，直接影响测速仪的测速值得线性。

7、线圈附近存在较大的变化的强电磁场干扰。

8、路基中的金属含量过高，引起传感器不稳定等。

一般由计算机的CPU的主频和测量用的钢卷尺，所引入的误差，分别是在纳秒级和毫米级的误差，对于地感线圈式测速仪检定规程中的速度要求是可以忽略不计的。

对地感线圈式测速仪的检测方式：

国内外在检测地感线圈式测速仪时，一般由模拟测速误差的检测和现场验证两部分组成。所谓现场验证是用机动车去跑，每个车道跑几个速度点，每个速度点跑个若干次，并用雷达测速仪（或激光测速仪以及光栅原理的光电位移测速仪）作为标准器来监视，把地感线圈式测速仪的数据与标准器的数据进行比较，并由此来验证地感线圈式测速仪准确与否。国外也有将两束或三束激光，相隔一定距离，在地感线圈附近，垂直于车辆行进方向，通过车辆经过对激光的遮挡时间间隔，来测量车速。

而模拟测试测速误差的检测，国内外也有很多人士做了大量的工作，但都存在着一定的问题，如在瑞士，检测人员将检车器拿回实验室，接上两个线圈作为电感，再分别串入两个可变电容，然后通过改变可变电容的电容值，来实现传感器中的频率变化，从而达到检测的目的。在这种方法中由于将检车器拿回实验室中，使线圈这个重要的传感器被忽略掉了，传感器（线圈）的特性和由它引起的灵敏度问题、不稳定性和误差等被遗漏了，而且通过改变电容值的大小，来检测检车器的计量特性也是很牵强的。

在国内有些计量部门通过研究也对模拟测试测速误差的检测做出了相应的检定装置，制定了检测方法或地方规程。如有一种方法是将检车器对主机的输出端硬加入两个开关信号，用控制这两个信号的时间间隔，来测量其误差。其实这种方法是检测主机的计时功能，对检车器和传感器没有检测，没有达到检测地感线圈式测速仪的目的。另外有一种方法是在检车器的测试回路中（检车器和线圈的回路中），加入信号，来触发检车器。这种方法的缺点是对线圈的匝数是否正确、线圈的性能、线圈的灵敏度等都无法检测到，所以也是一种不正确的方法。

由于以上的问题存在，这种方法从本质上来讲就不是检定，最多只能算是验证。

地感线圈式测速仪作为国家强制检定的计量器具，新的交通安全法出台，使得测速仪的准确与否与我们所有的驾车人的切生利益相关，所以我们必须应用一种科学的、准确的和严谨的方法进行检定。

为了解决地感线圈式测速仪模拟测速的检测手段，我们经过大量的试验，反复的比对、计算，终于发明出一种全新的，检测地感线圈式测速仪的检定方法，并且取得了国家专利。在JJG527-2007《机动车超速自动监测系统国家检定规程》审定会上，经过专业委员会、大学教授和有关的专家的论证，一致认为这种检测方法，是科学的、先进的、安全的和准确的，领先于世界先进水平。并且将这种检定方法列入了JJG527-2007《机动车超速自动监测系统国家检定规程》作为检定地感线圈式测速仪的法定的检定方法。

地感线圈式测速仪检定装置原理

其检测原理是，说起来很简单，就是在两个地感线圈上放上两只激发传感器，如图

由地感线圈检定装置先给激发传感器3输入一个激发信号，再给激发传感器4输入一个激发信号，两个激发信号相隔时间T

T=S/V

其中S：地感线圈1与地感线圈2之间的距离（可以用尺子测量出来）

V：想要检测的车速（如：20km/h、80 km/h、100 km/h、180 km/h等）。

激发传感器3和激发传感器4中分别产生一个电磁场，模拟汽车行驶时引起地感线圈1与地感线圈2的磁通量变化，产生旋流，检测器检测到信号后计算出地感线圈式测速仪所测的车辆的速度值。

两个激发信号时间间隔的长与短，决定模拟车速的快慢。我们的地感线圈式测速仪检定装置可以给出标准的时间间隔的激发信号，当设定好线圈距离和要检测的速度时，检定装置便自动计算好相应的时间间隔，触发检定装置后，由触发传感器向地感线圈式测速仪给出一个标准的模拟汽车速度信号，在地感线圈式测速仪的显示屏上便会显示出相应的速度。

由于用地感线圈式测速仪检定装置来检测，可以彻底改变用汽车跑所带来的全部缺点，并且在国际上还没有这种检测方法，所以说它是一种代表世界先进水平的、科学的、安全的、严谨的、准确的和便捷廉价的一种检定方法。

地感线圈式测速仪检定装置的优越性

从计量学的角度来说，用地感线圈式测速仪检定装置来检测不仅能够很好的完成检定工作，还有着其它检测方式所不具备的优点：

1、安全性

我们知道交通机动车超速自动监测系统和高速公路固定点测速监控系统，多安

装在交通要道，交通情况很复杂，如果我们用汽车去跑较高的速度是非常危险也是

不现实的。所以用模拟测速法检测地感线圈式测速仪是非常必要的。而模拟测速法

就要应用地感线圈式测速仪检定装置。

2、准确性

由于地感线圈式测速仪检定装置是将两个激发信号以可设定得时间间隔来激发地感线圈，模拟机动车的行驶速度，所以其准确性能够达到很高，（能够达到千

分之一、二的水平）。

3、重复性

由于地感线圈式测速仪检定装置可以多次重复发送相同的激发信号，从而很轻易的达到了对被检测量的重复性的测量，使计量数据能够得到再现。克服了的

条件存在，使得检测的数据不能进行重复性的测量，更加无法做到计量数据再现。

4、同点检测性

在汽车行驶过程中，很难把握好雷达测速仪等和地感线圈同时在同一点记录下数据，也就是说地感线圈所测的速度可能和标准器所测的速度不是一个点的速度。

5、速度的性质不同

标准器所测的速度是一个即时速度，或者用多个即时速度的平均值，也是平均即时速度。而地感线圈所测的速度是两个线圈之间的平均速度，这两种速度有着

本质的不同。

6、快捷性和廉价性

用汽车跑一个测速点，用时也是很漫长，而且也是很不经济的。如用车去跑一个双向六车道的测速点，每个车道跑五个点，每个点跑三次，那么汽车至少要

跑90趟，需要一天的时间，油耗至少在两叁百元，要是再封道，那么需要警察的

出警量和交通路堵带来的经济损失那就更大了。

地感线圈式测速仪检定装置的测量不确定度：

在说明了地感线圈式测速仪亦即其检定装置的原理后，我们来分析一下检定装置测量不确定度。

由地感线圈检定装置的原理可知，检定装置将需要检测的速度量转化成时间量和长度量。即：v=L/T

1）建立数学模型

由平均速度的定义中我们可以得到，需要检测的平均速度的数学模型：

v(

、T)

f

L

2) 长度L量带来的误差：

如:我们用二级的钢卷尺（0.3+0.2L）来测量两个地感线圈，线圈距离为3米，钢

卷尺引入的最大误差为：±(0.3+0.2×3)= ±0.9mm

如果模拟车速是以180km/h 的速度行驶，由长度量带来的最大误差为：

A 1 = 18010

9.06-? = ±5×910-km/h

由此得到由长度L 量引起的不确定分量为：

U （x 1）= 310

5391

-?=A = 2.89×910-

3) 时间间隔T 对不确定度的贡献

地感线圈式测速仪检定装置提供的时间间隔误差为±0.1ms

如果模拟车速是以180km/h 的速度行驶，线圈距离为3米，那么由时间间隔带入的最

大误差为： T = 3.6

v L = 3.61803 = 0.06（s ）= 60（ms ） A 2 = 601

.0± = ±0.00167 = ±0.167%

由此得到由时间间隔T 量引起的不确定分量为：

U （x 2）= ==300167

.032

A 9.67×410-

4) 地感线圈式测速仪检定装置合成不确定度为：

u = 2221)()(x U x U + ≈ 1.0310-?

5）地感线圈式测速仪检定装置扩展不确定度为：

U = ku = 2.0310-?

通过JJG527-2007《机动车超速自动监测系统国家检定规程》，我们可以知道规程对地感线圈式测速仪检定装置的要求是：速度范围(20～180) km/h ，MPE ：±1%。所以使用地感线圈式测速仪检定装置对机动车超速自动监测系统中的地感线圈式测速仪进行检定是完全可行和适用的。