新型地感线圈测速仪检定装置关键技术研究

林 峰 严 瑾 叶振洲 邵建文

(浙江省计量科学研究院，浙江 杭州 310013)

新型地感线圈测速仪检定装置关键技术研究

林 峰 严 瑾 叶振洲 邵建文

(浙江省计量科学研究院，浙江 杭州 310013)

介绍了地感线圈测速仪的测速原理，提出了一种利用电流信号作为干扰信号来模拟标准车速的方法。利用ARM9控制板作为主控单元，集成信号处理、电流调节、雷莫接口等各个子模块，最终实现整个检定装置系统。实际试验结果表明，该装置能准确高效地检定各种型号的地感线圈测速仪，值得推广使用。

地感线圈 测速仪 电流干扰信号 磁通量 模拟 计量 检定

0 引言

随着汽车工业的发展，机动车保有量迅速增长，同时也带来了更多的交通违章和安全隐患问题。在各种交通违章问题中，机动车超速行驶占了很大的比例，而车辆在超速行驶时存在着严重的安全隐患。因此，机动车超速行驶被认为是威胁道路交通安全的一个重要因素。

机动车超速自动监测系统是指安装在高速公路和城市道路上具有超速监测和执法取证双重功能的交通执法和管理的技术设备。目前，按照测速原理，国内超速自动监测系统可以分为雷达测速仪、地感线圈测速仪(以下简称测速仪)和激光测速仪。其中地感线圈测速仪具有性能稳定、结构简单、检测电路易于实现、成本低、维护量少、适应面广等特点，能实现车辆图像记录、速度测定、车辆号牌识别、布控缉查车辆报警自动报警、流量统计等功能，取证能力高于其他类型的测速仪，在交通管理超速监控中发挥着重要的作用。本文提出了一种基于电流信号的地感线圈测速仪模拟速度检定装置(以下简称检定装置)。

1 测速仪原理及检定方法

1.1 测速仪原理

测速仪基于电磁感应原理［1］，其测速传感器是一个埋在路面下的环形线圈。根据电磁场理论可知，任何载荷导线都会在其周围产生磁场，对于N匝、长度为l的螺线管型线圈，其自感量为:

地感线圈测速系统一般由一组(两个或三个)地感线圈组成［2-3］，线圈间距设定为恒定值，当车辆经过第一个地感线圈时，车检器检测出一个脉冲信号，此脉冲信号保持在高电平状态，直至车辆全部通过。同样，当车辆经过第二个地感线圈时，车检器也能检测出一个脉冲信号。根据两个脉冲信号的时间间隔和恒定的线圈间距即可以求出车速。

1.2 测速仪检定方法

信号模拟检定是用外加干扰信号引起测速仪的磁通量变化［4］。检定装置先后对地感线圈发出两个脉冲信号，测速仪将其视作车辆通过时的信号，并根据信号得到一个速度值，将该速度值与检定装置的标准速度值进行比对就可以实现对测速仪的检定。此方法精度高、测试范围广、重复性好。

2 检定装置的设计

检定装置配有可调电流模块，电流信号大小可以选择，可调电流模块电流可调范围为7 mA～1 A，便于模拟不同车型车辆通过地感线圈时所产生的磁通量变化。检定装置主机还包括触摸屏模块、液晶显示模块、雷莫接口、蓄电池、电源模块、主控模块、磁通量信号处理模块等，其内部结构如图1所示。

图1 内部结构图Fig.1 Internal structure

ARM9主控采用三星公司的S3C2410单片机，主频 400 MHz，其 I/O 口(GPB0、GPG3、GPE11、GPB10、GPG7、GPE13)与可调电流模块相连。主控通过A/D模块与触摸屏模块相连，一方面发出数据通过触摸屏显示，另一方面检测触摸屏的按键。单片机的雷莫接口与干扰线圈2相连，蓄电池及电源模块为基于电流信号的测速仪模拟检定装置供电，且断电时可以工作8 h［5］。检定装置的实际工作示意图如图2所示。

图2 检定装置工作示意图Fig.2 Schematic of the calibrating device

3 关键技术问题及解决方案

3.1 干扰信号的选择

一般检定装置的干扰信号默认为开关信号，但实际检定过程中发现开关信号在很多方面存在弊端，如容易受外界干扰、调节车检器灵敏度系数概率高、测速误差不稳定等。因此，基于上述考虑，检定装置选择了抗外界干扰能力强的电流信号。

3.2 检定装置体积的控制

目前市场上已有的检定装置普遍存在体积较大、质量较重等问题，对日常的检定工作造成诸多不便。本文介绍的基于电流信号的检定装置采用ARM9控制板作为主控单元，集成各个子模块，装置体积减小一半，质量下降一半左右，减轻了下厂检定人员的负担。

3.3 信号间隔时间的控制

检定装置给测速仪两个线圈施加干扰信号的时间间隔的计算方法为［6-7］:

式中:l为两个线圈之间的距离，m;v为车速，m/s;t为两个干扰信号间隔，s。假设车长为s，则干扰信号(高电平)持续时间为:

3.4 线圈匝数与线圈大小的选择

不同的线圈匝数和线圈规格可以模拟不同类型的车辆通过状态，厂家在实际标定过程中有时需要不断调整车检器灵敏度系数来适应检定装置的特征。因此，为了便于标定，检定装置的线圈匝数和线圈大小就显得非常重要。经过多次试验，最终选择了规格为1 500 mm×600 mm、绕20匝、FVN1×0.5的高温线。实际检定结果表明，这种线圈基本接近实际车辆特征，并且有效地减小了标定过程中调整车检器灵敏度系数的概率。

3.5 干扰问题

使用某厂家的检定装置对某测速仪的一个车道进行检定，其他车道有车辆经过时会对其造成极大干扰，此时测速仪厂家会把其他车道的输入信号屏蔽掉，这样做非常繁琐。本装置采用了电流信号等方式，可以增强信号的抗干扰能力。

3.6 自动连续检测

根据JJG 527-2007机动车超速自动监测系统规定，需要对20 km/h、60 km/h、80 km/h、100 km/h、120 km/h、150 km/h、180 km/h 速度点进行检定［8-9］，每个速度值测量3次。本检定装置在程序中集成了自动连续检测功能，即装置可自动根据这些速度点计算出发送时间的间隔，每秒钟完成一个信号的发送，21 s即完成所有速度点的3次检定。检定装置信号发送完成以后，只需到测速仪主机上查看数据即可［10］。

4 计量性能及适用性试验研究

4.1 检定装置计量性能试验研究

选用型号为DSA8200的高精度示波器对检定装置发出的电流信号进行测试，电流信号幅值稳定性小于1%，电流信号时间控制误差小于50 μs。被检测速仪安装在地面下的线圈一般为4 m，最高检定速度点为180 km，产生的模拟速度不确定度小于0.2 km/h。JJG 527-2007规定，当速度≤100 km/h时，测速仪模拟速度最大允许误差为-4～0 km/h;当速度＞100 km/h时，测速仪模拟速度最大允许误差为-4% ～0%;而检定装置不确定度为0.2 km/h。因此，检定装置计量性能满足量值传递的要求。

4.2 检定装置适用性能试验研究

试验对象为安装在路面的在用测速仪，选择型号1(VSyns-B)、型号2(GDW-VM-2003/2A)、型号 3(DHITC200CB)进行检定试验，检定装置发出检定点的标准值，检定点根据JJG 527-2007要求(20 km/h、60 km/h、80 km/h、100 km/h、120 km/h、150 km/h、180 km/h)，每点检定10次，检定点最大误差如图3所示。

图3 检定误差分布Fig.3 Distributation of the calibration errors

由图3可得，3个型号的测速仪最大误差符合JJG 527-2007的要求:当检定点≤100 km/h时，最大误差为-2 km/h;当检定点 ＞100 km/h时，最大误差为-5 km/h(-3.3%)。可见检定装置能够检定不同厂家的测速仪，且数据准确、可靠。

5 结束语

测速仪以其结构简单、性能稳定、适用面广等特点被广泛应用于交通管理超速监测中，而同时由于各种问题，在实际测速的过程中往往会发生测速不准确、误差较大的情况，从而造成对机动车驾驶员的误处罚。因此，必须定期对测速仪进行检定。文中提出了一种新型的基于电流信号的测速仪模拟速度检定装置。该装置不仅实现了传统的检定装置的功能，而且在干扰信号的选择上使用了电流信号，在体积控制、线圈匝数和大小的选择以及抗外界干扰等问题上都实现了重大的突破。同时，根据检定规程，该装置还实现了自动连续监测的功能，有效地降低了检定工作强度，提高了工作效率。

［1］高富荣，方强.机动车地感线圈测速监测系统及检测方法研究［J］.上海计量测试，2008，35(2):27-28.

［2］林仲杨.地感线圈式机动车超速自动检测系统的检定方案［J］.中国计量，2008(6):107-108.

［3］孙桥，蔡常青，张跃，等.机动车测速仪模拟检测技术的现状及应用中存在的问题［J］.中国计量，2010(6):80-82.

［4］方强.机动车超速自动监测系统的检定［J］.中国计量，2011(4):102-103.

［5］聂岗.检定/校准地感线圈测速系统原理分析［J］.中国计量，2010(4):60-62.

［6］郭亮，刘广孚，聂岗，等.基于附加电感的地感线圈测速校准方法研究［J］.计量技术，2009(8):48-50.

［7］郝宪锋，刘广孚.机动车测速仪校准系统的设计与实现［J］.科学技术与工程，2009，9(13):36-38.

［8］国家质量监督检验检疫总局，中国国家标准化管理委员会.JJG 527-2007机动车超速自动监测系统国家检定规程［S］.北京:中国标准出版社，2007:4-5.

［9］国家质量监督检验检疫总局.GB/T 21255-2007机动车测速仪［S］.北京:中国计量出版社，2008:5-8.

［10］王丽娜，于立君.烟气二氧化硫排量在线监测系统［J］.自动化仪表，2011，32(9):50-53.

Research on the Key Technologies of a New Type of Calibrating Device for Ground Inductive Coil Speedometer

The speed measuring principle of inductive coil speedometer is introduced，and the method of using current signal as interference signal to simulate standard vehicle speed is proposed.By adopting ARM9 control board as the main control unit to integrate the sub-modules such as signal processing，current regulating，and Lemo interface，etc.，for implementing the calibrating device.The results of practical test indicate that the device can be used to calibrate various types of inductive coil speedometers accurately and efficiently;it is worth to be promoted.

Ground inductive coil Speedometer Current interference signal Magnetic flux Simulation Measurement Calibration

TP23

A

修改稿收到日期:2011-11-22。

林峰(1982-)，男，现为浙江大学电气工程专业在读硕士研究生;主要从事交通测速设备计量方面的研究。