Индукционные петли: принцип работы и применение.

Введение

Тип системы обнаружения – система обнаружения.

Индукционная петля (или индуктор) – это электромагнитная система связи или обнаружения, использующая движущийся магнит или переменный ток для наведения электрического тока в расположенном рядом проводе. Индукционные петли применяются для передачи и приема сигналов связи, а также для обнаружения металлических объектов в металлодетекторах или датчиках присутствия транспортных средств. Распространенное современное применение индукционных петель – обеспечение слуховой помощи для пользователей слуховых аппаратов.

Обнаружение транспортного средства

Системы обнаружения транспортных средств, называемые индуктивными датчиками трафика, могут обнаруживать транспортные средства, проезжающие или прибывающие в определенную точку, например, при приближении к светофору или на автомагистрали. В дорожное покрытие устанавливается изолированная, электрически проводящая петля. Электронный блок подает на проволочные петли электрическую энергию переменного тока с частотой от 10 кГц до 200 кГц, в зависимости от модели. Система индуктивной петли функционирует как настроенная электрическая цепь, в которой проволока петли и соединительный кабель являются индуктивными элементами. Когда транспортное средство проезжает над петлей или останавливается внутри нее, часть ферромагнитного материала корпуса транспортного средства увеличивает индуктивность петли, по тому же принципу, что и включение металлического сердечника в соленоидную катушку. Однако периферийный металл транспортного средства оказывает противоположное влияние на индуктивность из-за возникающих вихревых токов. Уменьшение индуктивности от вихревых токов более чем компенсирует увеличение, вызванное ферромагнитной массой, и чистый эффект – общее снижение индуктивности проволочной петли. Снижение индуктивности приводит к уменьшению электрического импеданса провода для переменного тока. Уменьшение импеданса активирует выходное реле электронного блока или твердотельный оптоизолированный выход, который посылает импульс в контроллер светофора, сигнализируя о проезде или присутствии транспортного средства. Парковочные сооружения для автомобилей могут использовать индуктивные петли для отслеживания трафика (заполняемости) въезда и выезда, а также могут использоваться в системах контроля доступа или билетных системах для обнаружения транспортных средств, в то время как другие применяются в системах помощи при парковке и информирования. Железные дороги могут использовать индукционную петлю для обнаружения прохождения поездов мимо заданной точки, как электронный рельсовый датчик. Относительная нечувствительность петли означает, что небольшие металлические предметы не могут вызвать срабатывание реле. Это хорошо, поскольку петля не выдает много "ложных срабатываний" (например, при пересечении петли пешеходом с карманом, полным мелочи). Однако это иногда означает, что велосипеды, скутеры и мотоциклы, остановившиеся на таких перекрестках, могут оставаться незамеченными (и, следовательно, могут быть проигнорированы переключателем/сигналом). Большинство петель можно вручную настроить для надежного обнаружения скутеров и мотоциклов. В нескольких штатах США приняты законы о "мертвом красном свете", которые разрешают таким транспортным средствам продолжать движение на красный сигнал после определенного времени, если петля не обнаруживает их присутствие.

Vehicle detection loops, called inductive loop traffic detectors, can detect vehicles passing or arriving at a certain point, for instance approaching a traffic light or in motorway traffic. An insulated, electrically conducting loop is installed in the pavement. The electronics unit applies alternating current electrical energy onto the wire loops at frequencies between 10 kHz to 200 kHz, depending on the model. The inductive loop system behaves as a tuned electrical circuit in which the loop wire and lead in cable are the inductive elements. When a vehicle passes over the loop or is stopped within the loop, some of the vehicle's ferrous body material increases the loop's inductance, in the same principle as including a metal core within a solenoid coil. However, the peripheral metal of the vehicle has an opposite effect on the inductance due to eddy currents that are produced. The decrease in inductance from the eddy currents more than offsets the increase from the ferrous mass of the engine, and the net effect is an overall reduction in the inductance of the wire loop. The decrease in inductance tends to decrease the electrical impedance of the wire to alternating current. The decrease in impedance actuates the electronics unit output relay or solid state optically isolated output, which sends a pulse to the traffic signal controller signifying the passage or presence of a vehicle. Parking structures for automobiles may use inductive loops to track traffic (occupancy) in and out or may be used by access gates or ticketing systems to detect vehicles while others use parking guidance and information systems. Railways may use an induction loop to detect the passage of trains past a given point, as an electronic treadle. The relatively crude nature of the loop means that small metal masses cannot trigger the relay. This is good in that the loop does not thus produce very many "false positive" triggers (say, for example, by a pedestrian crossing the loop with a pocket full of loose metal change). However, it sometimes also means that bicycles, scooters, and motorcycles stopped at such intersections may be undetected (and therefore risk being ignored by the switch/signal). Most loops can be adjusted manually to consistently detect the presence of scooters and motorcycles at the least. Several U. S. states have enacted "dead red" laws which permit such vehicles to proceed through a red signal after a given time if the loop does not detect them.

Классификация транспортных средств

Для классификации типов транспортных средств также использовались индукционные петли. Высокочастотная дискретизация сигнала петли позволяет получить уникальную сигнатуру для каждого транспортного средства, что обеспечивает классификацию по типу кузова.

Металлоискатель

Другой тип "индукционного контура" применяется в металлоискателях, где большая катушка, являющаяся частью резонансного контура, эффективно "расстраивается" при приближении катушки к проводящему объекту. Обнаруженный объект может быть металлическим (обнаружение металла и кабелей) или проводящим/емкостным (обнаружение арматуры/полостей). Другие конфигурации этого оборудования используют две или более приемных катушек, при этом обнаруженный объект изменяет индуктивную связь или фазовый сдвиг напряжения, индуцированного в приемных катушках относительно колебательного контура. Индикатор подводных целей – это устройство, использовавшееся для обнаружения подводных лодок и надводных судов с помощью специально разработанных подводных кабелей, подключенных к гальванометру.

Аудио

Аудиоиндукционная петля, также известная как слуховая петля, обеспечивает помощь пользователям слуховых аппаратов. Система имеет одну или несколько петель в зоне, где находится пользователь слухового аппарата. Приёмник индукционной петли обычно представляет собой очень маленький индуктор с железным сердечником (телекатушка). Система чаще всего использует аналоговый усилитель мощности, согласованный с низким импедансом передающей петли. Передача обычно прямая, а не наложенная или модулированная на несущую, хотя многоканальные системы реализованы с использованием модуляции. Многие слуховые аппараты оснащены телекатушкой, которая позволяет пользователю принимать и слышать магнитное поле, отключая при этом обычный звуковой сигнал, поступающий с микрофона слухового аппарата. Поскольку отсутствует возможность "настройки", так как телекатушка напрямую улавливает все магнитные поля звуковой частоты, требуется тщательное проектирование системы при использовании более одной индукционной петли в здании, например, в соседних кинотеатрах или лекционных залах. Телекатушки также могут улавливать помехи от неаудиоисточников, таких как линии электропередач, лампы или мониторы ЭЛТ.