D0I:10.13374/j.issnl00I53.2006.06.017 第28卷第6期 北京科技大学学报 Vol.28 No.6 2006年6月 Journal of University of Science and Technology Beijing Jun.2006 各向异性磁阻传感器在车辆探测中的应用 李希胜）于广华) 1)北京科技大学信息工程学院，北京1000832)北京科技大学材料科学与工程学院，北京100083 摘要研制了一种基于各向异性磁阻(AMR)传感器的车辆探测器.该车辆探测器由三维AMR 传感器及相应的信号处理电路组成：当车辆驶过探测器上方时，车辆的存在将会引起周围磁场的 变化，三维AMR传感器输出将发生相应的变化，根据AMR传感器的输出可判断周围空间内车辆 的存在与否·对该探测器的特性进行了实验研究.实验结果表明：当车辆分别沿南北向、东西向通 过AMR传感器上方时，传感器输出变化规律不同：该探测器可实现车辆探测. 关键词各向异性磁阻传感器：车辆探测器：磁阻；地磁场 分类号TP211.13 近年来，随着经济的发展，机动车辆数量持续 过时，可以感知由于车辆的存在所起的周围局 快速增加.城市及其郊区的公路交通设施受到日 部空间地磁场的变化，然后输出一个车辆运动情 益增加的压力，堵车现象变得司空见惯，为了缓 况的指示，用磁阻传感器制成的车辆探测器外形 解这方面的压力，一方面要修建更多的布局合理 小巧且不易变形，这使安装变得简单，而且维修起 的道路，另一方面应实施有效的交通管理监控， 来也很方便.Kang等人采用单轴AMR传感器进 公路交通监控的目的是通过合理地调整交通流量 行车辆探测的实验研究，实验过程中车辆从AMR 以提高道路的输送能力1-2)] 传感器的上方通过山.因为实验过程中仅使用单 车辆探测器是交通运输管理系统中最基本的 轴AMR传感器，提供信息量有限，不利于实验研 要素之一，它通过道路上移动的车辆来搜集诸如 究的开展，另外Kang等人也未对车辆沿不同方 交通流量、道路占用率和汽车速度之类的交通信 向行驶时的影响加以研究，Honeywell公司的 息，传统的车辆探测是通过在路面上铺设感应线 Caruso等人采用三轴及单轴AMR传感器进行车 圈传感器，这种方法有以下缺点：(1)线圈在安装 辆探测的实验研究，实验过程中车辆从AMR传 或维护时必须直接埋入车道，这样交通会受到阻 感器的侧面通过③]，这种方式的优点是安装、维 碍；(2)埋置线圈的切缝软化了路面，容易使路面 护方便，传感器可直接安装在路边，但当多个车 受损：（③）工程施工时，出于无意或因施工需要切 道同时有车辆通过时，因信号混杂在一起，无法区 断线圈的情况也会发生，结果常常使线圈无法正 分，将出现漏检，另外距传感器较远的车道上通 常使用；(4)感应线圈易受到冰冻、盐碱或繁忙交 过的大型车辆和距传感器较近的车道上的小型车 通的影响；(5)感应线圈寿命短，一般为2a,之后 辆所引起的传感器输出变化相当，不利于进一步 要破坏路面，重新铺设等，其他传感器如超声波 开展车辆分类研究· 传感器容易受环境的影响，当风速6级以上时，反 本文对采用三轴AMR传感器的地磁场探测 射波产生漂移而无法正常检测；探头下方通过的 器在车辆探测中的应用进行了研究·为了实现多 人或物也会产生反射波，造成误检；红外传感器工 车道车辆探测，避免各车道之间的相互影响，选择 作现场的灰尘、冰雾会影响系统的正常工作，近 了车辆从AMR传感器的上方通过的方式，为了 年来，国外开展了基于磁阻传感器的地磁场探测 获取车辆通过AMR传感器上方时地磁场畸变的 器在车辆探测中的应用研究13]，这种探测器以 更加详尽的信息，采用三轴AMR传感器进行车 磁阻传感器作为敏感元件，车辆从传感器附近驶 辆探测，另外，考虑到车辆行驶方向的影响，对车 收稿日期：2005-09-26修回日期：2006-03-02 辆沿南北向和东西向通过AMR传感器上方的情 基金项目：国家自然科学基金资助项目(Na,60574090) 况分别进行了测试，采用铁磁材质的小车模拟车 作者简介：李希胜(1969一)，男，副教授，博士 辆，对该探测器的特性进行了实验研究，实验结各向异性磁阻传感器在车辆探测中的应用 李希胜1） 于广华2） 1） 北京科技大学信息工程学院‚北京100083 2） 北京科技大学材料科学与工程学院‚北京100083 摘 要 研制了一种基于各向异性磁阻（AMR）传感器的车辆探测器．该车辆探测器由三维 AMR 传感器及相应的信号处理电路组成．当车辆驶过探测器上方时‚车辆的存在将会引起周围磁场的 变化‚三维 AMR 传感器输出将发生相应的变化‚根据 AMR 传感器的输出可判断周围空间内车辆 的存在与否．对该探测器的特性进行了实验研究．实验结果表明：当车辆分别沿南北向、东西向通 过 AMR 传感器上方时‚传感器输出变化规律不同；该探测器可实现车辆探测． 关键词 各向异性磁阻传感器；车辆探测器；磁阻；地磁场 分类号 TP211∙13 收稿日期：20050926 修回日期：20060302 基金项目：国家自然科学基金资助项目（No．60574090） 作者简介：李希胜（1969—）‚男‚副教授‚博士 近年来‚随着经济的发展‚机动车辆数量持续 快速增加．城市及其郊区的公路交通设施受到日 益增加的压力‚堵车现象变得司空见惯．为了缓 解这方面的压力‚一方面要修建更多的布局合理 的道路‚另一方面应实施有效的交通管理监控． 公路交通监控的目的是通过合理地调整交通流量 以提高道路的输送能力［12］． 车辆探测器是交通运输管理系统中最基本的 要素之一‚它通过道路上移动的车辆来搜集诸如 交通流量、道路占用率和汽车速度之类的交通信 息．传统的车辆探测是通过在路面上铺设感应线 圈传感器．这种方法有以下缺点：（1）线圈在安装 或维护时必须直接埋入车道‚这样交通会受到阻 碍；（2）埋置线圈的切缝软化了路面‚容易使路面 受损；（3）工程施工时‚出于无意或因施工需要切 断线圈的情况也会发生‚结果常常使线圈无法正 常使用；（4）感应线圈易受到冰冻、盐碱或繁忙交 通的影响；（5）感应线圈寿命短‚一般为2a‚之后 要破坏路面‚重新铺设等．其他传感器如超声波 传感器容易受环境的影响‚当风速6级以上时‚反 射波产生漂移而无法正常检测；探头下方通过的 人或物也会产生反射波‚造成误检；红外传感器工 作现场的灰尘、冰雾会影响系统的正常工作．近 年来‚国外开展了基于磁阻传感器的地磁场探测 器在车辆探测中的应用研究［1‚3］．这种探测器以 磁阻传感器作为敏感元件‚车辆从传感器附近驶 过时‚可以感知由于车辆的存在所引起的周围局 部空间地磁场的变化‚然后输出一个车辆运动情 况的指示．用磁阻传感器制成的车辆探测器外形 小巧且不易变形‚这使安装变得简单‚而且维修起 来也很方便．Kang 等人采用单轴 AMR 传感器进 行车辆探测的实验研究‚实验过程中车辆从 AMR 传感器的上方通过［1］．因为实验过程中仅使用单 轴 AMR 传感器‚提供信息量有限‚不利于实验研 究的开展．另外 Kang 等人也未对车辆沿不同方 向行驶时的影响加以研究．Honeywell 公司的 Caruso 等人采用三轴及单轴 AMR 传感器进行车 辆探测的实验研究‚实验过程中车辆从 AMR 传 感器的侧面通过［3］．这种方式的优点是安装、维 护方便‚传感器可直接安装在路边．但当多个车 道同时有车辆通过时‚因信号混杂在一起‚无法区 分‚将出现漏检．另外距传感器较远的车道上通 过的大型车辆和距传感器较近的车道上的小型车 辆所引起的传感器输出变化相当‚不利于进一步 开展车辆分类研究． 本文对采用三轴 AMR 传感器的地磁场探测 器在车辆探测中的应用进行了研究．为了实现多 车道车辆探测‚避免各车道之间的相互影响‚选择 了车辆从 AMR 传感器的上方通过的方式．为了 获取车辆通过 AMR 传感器上方时地磁场畸变的 更加详尽的信息‚采用三轴 AMR 传感器进行车 辆探测．另外‚考虑到车辆行驶方向的影响‚对车 辆沿南北向和东西向通过 AMR 传感器上方的情 况分别进行了测试．采用铁磁材质的小车模拟车 辆‚对该探测器的特性进行了实验研究．实验结 第28卷 第6期 2006年 6月 北 京 科 技 大 学 学 报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol．28No．6 Jun．2006 DOI:10．13374／j．issn1001－053x．2006．06．017