Schleifeiidelcktorcii `/um Messen des Siralknve.kchrs

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Schleifeiidelcktorcii '/um Messen des Siralknve.kchrs
Von Peter Lingenfckcr umi Peer Thilo
Die ..-\i/.'<i/i/ dn' in der / .W..irr/W'//'/< Deii/wliland zugelastenen Kfajljalirzeniif stiig in diiijalinn 1960 bis '1967
von 5,28 auf 12,10 Millioiun an. J'/ir 1980 cnvartcn dit
l'erkc/i-sstal/sfiker einen KraflftilirzenvJ'estaiid ron 18 bis
M Millnmtn l l '. / ' / V u r i/,/W/;; ii;n Intndin .'\nnilil rmi
Krujtjalirzeiifiii s/t/// in ilfii tueis/eii Sliid/rti eine \ 'ei'kehrsjliiiiu' zur l 'erfügnns,, die in /jikimj'l mis finanziellcn
tutti stiidlelhinlhiieii (,'riinden nur noch imweseiillirh crveiterl werden kann. l iine der irrni^rn miisdi/if/licli rerIrefhamt ,\liii>Jiilif-ei/cii. don <ln>lieiidtn C.'/ians rarzidieHoen,
/ ( t ilic . \ini'i-iiJiim\ iiiii.-ii/lii/ifi' Mc/liodfii i/n' l fiMirt
n-ec/nnu, mul T 'eii.rln'.iliilnm\.
W i d l l i g s l c s M r l l , m : l l r l n i T l l i n i l . M I C I I Si l i l l t l ' I H ' l l k r l l l l i
icchnik ist der Einsaiz von DatcnYcrarbciHmgsanlagcn
und clamit die Ycrdramnmg der Massischcn clcktroniednmK. h e n ' I V d m i k d i i r d i die l ' ï e U r o n i k . Die nieislcn
di-iil'.dien C J i i i l ' . ' . l . i d l c l u b c n d r i l rn.lrn S t ' l i r i l l in die
ftrnr l''pin lir liririr, i'clail mul Irf'.rlli '/nliliiulfhl 'l'eile
ihrcs Stadt^eKiels mii Vet k c l i r M v i - h m ' t n . Das /iel eines
stufciuvci.cn A u f l w n s ist die / c n i r a l c , vollvcrkchrsw|ili;ini-M)_',c Kcfjcliini.'. >'i"lïer M;illiHi!',' ; i':inine.
Die Voraussct/un^ für den s i n n v o l l e n Helrich eines Verkchrsrcchncrs ist die gcnauc Kenalnis über das jewcilige Vcrkchrsauf kommen und dessen Schwankungcn.
Es \vurdcn deshalb Gcriite - sogcnanntc Detektoren-.gebaut, die ein automatisches und möglichst exaklcs
Erfassen des Yerkehrs crmöglichen [2j. Die Detektoren
sollen als Vcrkehrssondcn die Amvesenheit der einzelncn
Kraftfahrxcuge an definiertcn Stellen im Verkchrsgcbict
wahrnehmen und in Form eines clcktrischcn Signals
\veitermelden. Diese Zahlimpulsc werden nicht nur zum
Ansteuern von Verkchrsrechncrn oder Steuergeratcn für
StraBenknoten, sondern auch für verkchrsanalytischc
Bcrechnungen und statistische Z\vcckc hcrangczogcn.
Voraussetxung für eine sinnvolle Mcssung ist eine hohe
/Shlgcnauigkcit. Der Detektor darf nur auf Fahrzeuge
ic;uMcren und m u d jrtli"; l^ilu/euji; m i l einem cin/igcn
T n i p u l h l i L - w c i i i ' i i . I >ic ïmpiilrid.uiri' m u i l vun t i e r Vri'
\vfil/cii des l'iiliivruf,s iin I',i rassunf,shrreieh des
Dcicktors ahli.'inj'.en. Dei' l'.i-fiii.siin^slH-irich sull nichl
punkt-oder linienlormig sein, da in diescm Fallclic Möglichkeit bcstcht, daB F'ahrzcugdetails gcmcsscn werden
und somit Mehrfach/ahlungen auftrcten. Gunstiger
sind flachenartigc oder riiumlichc Erfassungsbcreiehe,
die in der GröBcnordnung der zu mcsscnden übjckte
Dipl.-lng. Peter I.ingcnfclscr unit Dr.-Ing. Peer Thilo,
Siemens Akticngcscllsch.ift,
/.cntr.ill.ibor.itoi'iuni t'iir D.itentcchnik, Mnnchcn
liq',.11 und iiu"M',lieli:<l genau d e l i n i e i l e (iivir/cn hahen.
Wciterliin isl es v u r i d l l w f i , wenn man die F.i fassungsbcrciche der Detektoren an die |cweiligcn l-Xordcrnissc
vcrschicdener McBstcllcn anpassen kann, um z.B.
ein/elnc l ; alir-;|.iircn, mehrspurige StraBciuiucrschnittc
oder Staui.imm- '/u (ibrrwacln-ii. I n p| und |4| vvurdr ;iii^,
f ü h r l i e h e r über derartige E i n s a t / n u i g ü c h k e i t e n und verkehrstechnisehe l ; ragen bericlilet; im folgenden sollen
die Problcmc der Verkehrsmessung mehr aus elektmtcchniselier Sicbt beleuchtet werden.
Falir/ciijjcrfsiHHiuin;
D c l f l v l o i r i i l u i b n i n u i i i w l r i w r i . . c i i u n rn^ l.r^ri'ii'.'lni
F.rfassungsbereieh, in dem sie eine del' vielen pliystkalischen 1'igensehaftcn eines Fahrzcugs wahrnehmen.
Charakterisi iselic Merkmalc eines Fahrzciigs k ö n n e n sein:
iluti G c w i e h l , das oplische, akuMisehc oder elektrische
Udlcxinii'.vcmu'V.en, il< - i' I V r r o n i a ^ n e t i M u u s und die
l.eill'iihh'.keil dei' iiK-lalli'.rlini ' I V I I - , Nlelil iil U- dic-.o
liigcnsciiafien sind gleichcrinal'.cn für eine l'alif/eui>
ctfasiuiiK p.ceijmcl. l'.inige sind audi bei anderen V'crk f h r s l e i l i i r l i n i f m (•/..\\.\i\\\\\.<:.\wn\) /u (inden, juidrrr
crmögliehen nur ein ungenaues oder unwirischafiliehes
Auswcrtcverfahrcn. Mine /weckmaBigc Auswahl der
McBgröBc ist also schr wichtig. Aus der groBcn Anzahl
der bisher bckanntcn Detektoren hat sich vor allcm der
Iriduktivschlcifendetcktor in breitem Rahmen durchsetzen können.
Der Induktivschlcifendetektor bcsteht aus einer Sonde der sogcnanntcn Schleife - und einer Auswerteschaltung,
in der die SchlcifcnmcBwerte verarbeitet werden. Die
Schleife wird aus cinigen \\"inclungen isolicrten Kupterdrahts gcbildet und kann als rechtcckige Luftspule
bctrachtct werden, die in einem Schlitz in der Fahrbahn
eingcbcttct und fcuchtigkcitssichcr vergossen ist. Sie
. wird von der Auswerteschaltung mit cincr Hochfrequenz.spannung von etwa 50 kil/, gcspeist und baut in ihrer
U l n K c b u i i K c i n mafnictisehcsVC'eclisclfeldauf. Bcimt'bcrf j i l i r . i l ( l i i n h r i n l'alnvi-uf, vci riii|',rin l'flilvcrdr.in^uii^
umi \Virbrlsivonjbilduni.', in den inciallischcn I'ahiveuf;
t e i l e n die I m l u k l i v i i ü i mul .rhöhcn den X X ' i r k w i d r r
stand der Schleife. Es cmplichlt sich, zur Fahr/cugerkennung nur die induktivc Komponcnte der Schlcite
auszuwerten, da sie im Gcgensatz zum Wirkwiderstand
nur wcnig von klimatischcn Einflüssen abhangt. Aus
der Mcssung einer Induktivitatsanderung kann dann
eindeuüg auf die Anwcscnheit eines mctallischcn Gegenstands gcschlossen werden, bei dem es 'sich nicht um
einen Mcnschcn oclcr ein Tier, sondern um ein Fahrzeug handcln muB.
61
'.lomoiis Z c i l s c h i i l l -l-t (1 Q "J) H e l t 2
Die Schldfcndimensioncn können in weiten Grenzen
variiert und dem jewciligcn McBproblcm angcpaBt
werden. Die gröBtc Induktivitatsanderung
w-
Se
AL S «= 6 bis 10%
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'X>
Ls
tritt auf, wenn die Schleifcnflache der Grundfliichc des
Fahrzeugs cntspricht, also volle Bcdcckung vorlicgt.
Wahlt man eine gröBere Schleife, die z.B. mehrere
Fahrspuren erfaBt, so wird ein Fahrzeug entsprcchend
der gcringen Bedeckung eine kleinere Induktivitatsanderung hervorrufen. Ebcnso geht der EinfluB des
Fahrzeugs zurück, wenn man die Schleifenflache klein
gegcnüber dem optimalcn Wert auslcgt. Sehr wesentlich ist auch der Abstand der vcrstimmcndcn Mctalltcile,
also die Bodenfreiheit des Fahrzeugs.
Die Induktivitatsanderung nimmt im Nahfeld der
Schleife nahezu exponcntiell mit wachscnder Bodenfreiheit ab. In der Vertikalcn ist deshalb die Ausdehnung des
Erfassungsbereichs, also die Reichweitc diescr Verkchrssonde, verhaltnismaBig gering. In der horizontalen Ebene
stimmt der Erfassungsbereich ungcfahr mit cler Schleifenflache übcrein.
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Gr
VI
H
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Bei den Auswerteverfahren vermeidet man deshalb heute
im allgcmeincn das Prinzip der ImpcdanzmeBbrücken.
In der Regel wird viclmchr die Schleifeninduktivitat
durch Parallclschaltung von Kondcnsatorcn in einen
Rcsonanzkrcis cinbczogen, was folgcrichtig die Abstimmung auf cinc bcstimmtc Arbcitsfrcqucnz bcdcutct.
Induktivitatsanderungen können dann durch ihrc
Auswirkung auf die Frcqucnz, die Phasenlage oder die
Amplitude des Schwingstroms fcstgestcllt werden.
Diese Gerate sind verhaltnismaBig aufwcndig, da
Kapazitatsdekaden, Bedienungsschalter und ein McBinstrument benötigt werden. Zudcm muB die bcim
Einschalten des Gcrats notwenclige A b s t i m m u n g clcr
Schleife auf Rcsonanz von geschultcm Personal sorgf a l t i g durchgcführt werden. E.in v/citcrcr Nachteil ist,
daB wegen der L a n g / e i i i n k o n s t a n z von Schaltung und
Schleife der Rcsonanzabgleich von Zeit zu Zcit kontrollicrt werden muB.
Alle diese Nachtcile kann man mit einem ncucn phasenmessenden Auswerteverfahren nach Bild l vermeiden.
Die Schleife S ist über cincn Übertrager mit einem
ohmschenWiderstand Win Serie geschallet. Der Scncler Sc
speist diese Scricnschaluing mit einem Wcchsclstrom,
der cinc Frcquenz von etwa 50 kHz bat. Die Phascnvcrschiebunü; zwischen Strom und Spannung an McBwidcrstatul / hangt bei k o n s t a n t c m Widerstand A\v von der
••'ut
"T
Sc
Scnder
D
S
Schleife
VI, V2 Vcrstarkcr
W
Vcrgleichswidcrstand
Rel
Ausgangsrclais
Filter
K.
Ausgangskontaktc
La
Anzcigclampc
F
Gr Phnscnmcsscndcr Gleichrichter
Bild l
DifTcrcnzicrglicd
Blockschaltphm des Induktivschleifendctcktors
}a>Ls _
>/
W
Auswerteverfahren
An die Auswerteschaltung eines Detektors werden
Bedingungcn gestellt, die das an sich einfachc Problcm
einer Induktivitatsmessung komplizieren: Das Gerat
muB unter rauhen klimatischcn Bedingungcn zuverlassig
und wartungsfrei arbciten, es soll keine mechanisch
bewegten Teilc (Abgleichmotor) habcn, von ungcschultem Personal in Betricb genommcn und auf
Funktion geprüft werden können, und es soll so billig
sein, daB der Einsatz in groBen Stückzahlcn möglich ist.
d .'
•»w'*S
jcuLs Blindwiderstnnd clcr Schleife £s Induktivitat der Schleife
cf,
Phascnwinkcl
R* \VirkwidcrstanddcrSchleifc
Z
Komplcxcr Mcfiwidcrstand
Kw Vcrglcichswiderstand
Bild 2
Darstcllung des komplcxcn McBwidcrstands Z
GröBe der Schleifeninduktivitat Ls ab (Bild 2). Den
starkstenEinfluB auf dicPhasenlagc bat cinc Induktivitats-
anderung
's bei cincm Phasenwinkel von 45°. Durch
s
^
gecignctc Dimcnsionicrung des Übertragers in Bild l
erreicht man, daB auf seiner Sckundarseitc der Wcchsclstromwiderstand der Schleife in einer ahnlichcn GröBc
wicdcrVerglcichswiderstand A'w erschcint, so daB immer
eine gunstige Grundphascnvcrschicbung in clcr L ! mgcbung von 45" vorliegt. Durch die drei primarseitigcn
Abgrilfc am Übertrager sind drei MeBberciche festgc-
legt, an clcncn samtlichc in der Praxis vorkomtnendcn
Indüktivschleifen von 50 bis 1000[iH ohnc die lastige
Rcsonanzabstimmung angeschlossen werden kónnen.
Mit Hilfc von K v i r v c n und 'labellen wird in cinfachcr
Weisc die Induktivitat der installiertcn Schleifen festgestellt und clic Zuordnung der AnschluBklcmmen getrotïcn. Ein wcitcrer Vorzug dicses MeBvcrfahrcns ist,
daB der Wirkwiderstand der Schleife gegcnüber dem in
Serie gcschaltetcn Widcrstand R klein ist, so daG die
erhcblichen tempcraturbedingtcn | Schwankungen i n
der Gütc der Schleife keinen Einlluiï auf die MeBgcnauigkcit habcn.
62
i-, / i - H M l i n l l 'M M ' / / M i II"H
Ein Filter F la'Bt nur die Betricbsfrcquenz zu dem phasenmessenden Gleiehriehter Gr durch (vgl. Bild 1). Die Ausgangsspannung am Gleichrichter ist der PhasendilFercnz
zwischen Strom und Spannung in Z proportional. Eine
Induktivitatsanderung bewirkt also cincn Glcichspannungssprung, der über den Vcrstarker VI zum Dilfcrenzierglied D gclangt. Das Differenzierglied ist so
ausgelegt, daB nur schncllc Induktivitatsanderungen die
Schaltstufc Y2 zum Ansprechcn bringen und damit
das Ausgangsrclais auslöscn. Auf diese \\"cisc wird
verhindert, daB der Detektor auf Langzcitanclerungen
der Schleifeninduktivitat anspricht oder durch tcihveise
auf der Schleife parkendc Eahrzeugc über langere Zcit
bei dem Anzeigezeit und Empfindlichkeit an bcsondcre
McBproblemc angcpaBt werden können. Dieses Gcr.it
stellt mit seinen flcxiblen Eigenschaften bcwuBt einen
Gcgensatz zu den Zahl- und Anwesenheitsdetektoren dar.
Es ermöglicht dem sachkundigen Anwender die Bearbeitung von vielen btsher nicht gelösten MeBproblemen.
Der Mehrzweckdctcktor arbeitet grundsa'tzlich nach
demselben MeBprinzip wie die anderen Detektoren de*Systems, er könnte deren Aufgaben ebcnfalls übernehmen. Scine aufwendigerc Schaltstufe lalk jedoch eine
Stcigcrung der Ansprechempfindlichkeit auf maximal
0,l%o zu, so daB auch Fahrrader, z.B. zum Zweck der
Grünlichtanforderung vor Vcrkchrsampcln, crfaBt werden können. Diese Version als Fahrraddetektor wird
sogar mit fcsteingestellter Empfindiichkcit gcfertigt.
Die Empfindlichkcitscinstellung am Einsatzort wird
vorwiegcnd bei baustahlarmiertcn Betonfahrbahnen
notwendig, wenn mit Eolgeschaltungen die StraBenbelegung oder die Fahrzeuglange und damit die KfzKatcgorie festgestellt werden soll. Hier konnten mit dem
Mehrzweckdctektor auch bei starken Fahrbahnarmierungen ausgczcichnete Ergebnisse erzielt werden [5].
bccintrachtigt wird. Anhand der eingcbautcn Zcit-
konstantc untcrscheidct man zwei Arten von differcnzierenden Detektoren: Zahldctektorcn, die einen auf
der Schleife parkenclen Pkw etwa l min lang anzeigcn,
und »s.chcinbare Anwesenheitsdctektoren«, die bis zu
15 min lang eine Bclcgung melden können.
Der Zahldetektor ist ein Standardgera't für alle normalen
Zahl- und McBaufgaben, wogegen der Anwesenhcitsdetcktor für den Einsatz in Stauraumen, für das Erfassen von Linksabbicgern oclcr für automatische Toröflner gedacht ist. Rei beiden Typen wurde konsequent
das Prinzip der Bcdicnungsfrcihcit bcachtet. Dcmzufolge
ist die Ansprechempfindlichkeit fcst eingestclltund blcibt
unabhangig von der Induktivitat uncl Güte der Schleife
immer gleich. Der Detektor mcldct ein Fahrzeug, wenn
dieses die Schleifeninduktivitat um etwa 0,5% vcrstimmt
hat. Die Eigenschaften des Gcrais lassen sich also schr
leicht überblicken und beschreiben. Der Anwcncler kann
ohnc Schwicrigkcitcn mit f l i l f c von cinfachcn Einsatzrichtlinien scine McBstcllcn projekticrcn, was ihm bei
einer veranderbaren oder induktivitatsabhangigcn Ansprechempfindlichkeit nicht ohnc weitercs möglich
ware, da er normalcrwcise weder die clektrophysikalischen Kcnntnissc noch gccignctc MeBgcrate hat, um'
die Eigenschaften der Detektoren optimal einzustellcn.
Zur Veranschaulichung der Problematik ist in Bild 3 der
EinfluB von Baustahl auf die Mcssung dargestellt. Die
durch ein Fahrzeug erzielbare Induktivitatsanderung verringcrt sich erheblich mit dem Abstand der Armierung
von der Schleife. Oft ist das Verhalten einer Schleife
nicht vorherzuschen, da die Beschatïenheit des StraBenuntcrbaus unbckannt ist. Besonders ungünstig \virkt
sich eine Fahrbahnarmierung bcim Erfassen von Lastzügen aus. Wegen der verhaltnismaBig gcringen vcrtikalen Ausdchnung des Erfassungsbereichs verursachcn
Lkw schon bei normalen Schleifen nur geringe
Induktivitatsanderungen. Ein Baustahlgewebe in Schleifennahe rcduzicrt den Xutzeffekt entsprechcnd Bild 3
Induktivitatsanderung
Damit vermicden wird, daB sich bcnachbarte Schleifen
gegenseitig becinfhisscn, wurden funf verschiedene
Betriebsfrcquenzen in der Umgcbung von 50 kHz fcstgelegt. Die MeBschleifc kann nicht in belicbig groBcr
Entfernung von der Auswerteschaltung betricben werden, da sich die Kapazitat des Zulcitungskabcls mit der
Schleifeninduktivitat zu cincm Resonanzkrcis kombiniert. Wegen der niedrigcn Bctriebsfrequenz des bcschricbcncn Detektors sind jcdoch Schlcifcnzulcitungcn
1!
bis zu 400 m Lange (l'crnmeldekabcl) zulassig.
Für die normalen Anwcndungsfalle in der VcrkchrsmeBtechnik habcn sich die Zahl- und Anwesenheitsdetektoren als sehr gecignct crwiescn. Aufgrund des
Vertrauens in das induktivc McBverfahrcn tritt jedoch
neucrdings immer haufiger der \\"unsch auf, auch untcr
bcsondcrcn, o ft sehr ungünstigen Bedingungcn Schlcifcndetcktorcn cinzusetzen. Es handelt sich hicrbci
hauptsachlich um das Erfasscn von Fahrradern, die
Unterscheidung von Pkw, Lkw und Lastzügen und
den Einsatz in stark armierten Fahrbahnen. In solchcn
besondcrcn l'allen ist o ft eine sehr hohc, cinstellbarc
Empfindlichkeit cles Detektors notwendig. Aus dicsen
Gründen wurde ein »Mchrzwcckdetcktor« gcscha!}'cn,
80
a
Abstand zwischen Schleife und Baustahl
h
Abstand zwischcn Schleife und Boden des F.ihrzcugs
Bild 3 I ' i n f l u B von Baustahl in nrniiertcn Fahrbahnen
auf die Anderung der Schleifeninduktivitat durch Fahrzeuge
63
Siemor.s L'eitsdinlt 4 1 (1970) Hol: 2
Induktivitatsatmerung
die Metallmassen bcsondcts bei m Anhanger an den
Achscn konzcntricit sind, bcstcht bei Fahrzcugcn mit
groBcr Bodenfreiheit die Gciahr, daB einzelnc Achsen
gezahlt werden.
ikw
Wünscht man eine getrennte Erfassung von Lkw und
Anhanger, dann muf} man die Empfindlichkeit so cin•stellcn, daB zwar die Lückc zwischen Lkw und Anhanger vom Detektor »geschcn« wird, nicht jedoch der
Einbruch z\\ischcn zwei Achscn. Dies ist jedoch nicht
immer möglich, da es auch Sonderfahrzeugc gibt, z.B.
Tank- oder Silolastzügc, die wegen ihres kompliziertcn
Aufbaus auch bei optimaler Detcktoreinstcllung kcinc
cxakte Za'hlung zulassen (s. Bild 5). Das getrennte
Erfasscn von Lkw und Anhanger kann deshalb grundsatzlich keinc gcnaucn Ergcbnissc bringcn. Problcmlos
ist jedoch die Bcwertung eines Lastzugs mit cincm einzigcn Zahlimpuls, da hicrzu in kritischen Fallcn lediglich die Ansprechempfindlichkeit des Detektors erhöht
Bild 4 Induktivitatsanderung durch cincn Lastzug an cincr
1,5 m langen McBschlcife in armletter Fahrbahn
Induklmtatsanderung
werden muB.
Aufbau
Der raumsparcndc mechanische Aufbau der Detektoren
erleichtert das Zusammenfasscn mehrcrcr Gerate in
einem gcmeinsamcn Gehause. Zwei vollstandige Auswerteschaltungen mit Ausgangsrclais und An/eigclampchen zur Funktionskontrolle linden auf cincr
gedrucktcn Stcckkartc (Europakartc) Platz (Bild 6).
Ein drittes Relais auf der Kartc vcrknüpft die Ausgangc
beider Detektoren dcrart, daB mit zwei hintereinandtr
in der Fahrbahn vcrlegtcn Schlciten eine richtungsabhangigc Anzeige möglich ist. Auf einer weiteren
Europakarte befindcn sich eine cinzclne Auswcrtc-
Bild 5 Induktivitatsanderung durch cincn Lastzug (Silowagcn)
an einer 1,5 m langen AIcBschleife in arrnierter Fahrbahn
noch weker, so daB man, wie die Bildcr 4 und 5 zeigen,
bald an die Grenzen der mcBtechnischcn Möglichkeitcn
stöBt. In Bild 4 ist der von cincm Lastzug an cincr 1,5 m
langen Induktivschleifc hcrvorgerufenc Vcrlauf der
Verstimmung wahrend der Übcrfahrt aufgctragcn. Da
Bild 6
Baugruppen mit je zwei Detektoren auf cincr Europaplattc (100 mm x 160 mm)
Links:
Zahldctektorcn (Standardausfuhrung mit nichtvcrandcrbarcn Eigenschaften)
Rechts: Mchrzweckdctcktorcn (die Baugruppe kann je nach Einstcllung als Anwcscnhcits-, Zahl-, Anfordcrungsodcr Fahrraddctcktor arbciten)
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für msgtsami hint D e t e L t o t c n Bild "* /Ligt cm \ \ e t t e i
festcs G e h i u s t t u r t u n t D t t t k t o r c n u n d die. d l / u
gchotctule. Sttoimersorj; in r Fur die L b t i t i . i g u n g elei
Daten /u e i n e r Yus\\e t te s t e l l e kann im G d i t u s c t i m
\ \ c i t e t e S t e c k k a t t e nut 11 m i l i n n c h t u n ^ zur M c h r l leh
uisnut/unt; ikt l e i t u i i " (l r v q u u i ' m u l n p k x Sinut
s \ s i e m l'M 20) [6| 1111.^1 si 1/1 \ \ e i e k n
't du ijttui /
[ 1 | D i L l nt\\ i c k l u n ^ dei M o t n i i s u r u n ^ in der B u n d e s r e p u b l i k
Deutschliiu! uiul in dui e i n / e l n c n Butulesl mdern so\\ n. \\e-t
b u l i n hl-, 1%5 I h s g \ on der Deutscheii ^hel! \ t j 196~
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D e t c k t o r e i i tut den Str ilJem crki.hr
k e h r s u c l m 9 (1%5) l I ~ S, S 107 bis 115
P| l i e l , II , l i n ^ e n t e K i t , P , O b e m i u c r , \
toren im I ms u/ m
\utohihncn
Str-ljcnvcr
Modcme Oeiek
Str i b i m c r k e h r s t c c h n
l1
(1968) 11 34, S 39 bis 44
|4| l inquiteker, P , I h i l o , P
Moelerne I n d u k t i v schleiteiidetek
toren messen den Str iliem e r k e h r btr i f e n \ erkehntcchn 12
v
(l%b) 11 9 10, S 121 bis 124
[5| Sch i c n t c t l e , K. 1 1 , 1 i n j l l , l l impe I I KI issi i/lerende \ er
k e h t s / i h l ^ e i He
e i n e l b e i p t u t u n ^ i h r t r / ihl^eii u u g k e n
l /\\ iseheiibei l d forse li \ u t i r u IX r l ins u/ n e u / e i i
hchei u i t o m i t i s e h e r \ e t k e h i s / ihl^er ia tur die I k s t u u l s m t
n i h m e des l l i e l x n d e n \ e i k e h r s im l ' n d s t r i l e n n e t / M u n e h e i
lechn l Uiehseh Miinehi.ii, last t \ e i k e h r s p h n u n g u \ ei
kehrsuesen, (m Z u s u n m e n u b in d I n i i e n n u n i s t e r u u n B u i e n
Bild 7 \\ e t t e r f e s t c s Cich uise fut l u n f Dcteklorcn
nut M r o i m e i s n u n ^ / u s i i / l i i h k inn noch cinc Steel k m c
nul t nu i l i i i t u i i i i M i i 1 l u i Mi h t l H n i u s n u i / u i i L '
dl l l ! ( 1 1 1 l i l II H s K I I UI 11
/III
\ H \v l t !( s l ( I k
( M H ' t st l /t
u l i d l II
\ \ u t t t e m b e t i ; , \1 t S t t i b e i i b i u ) 1969
|6| \on I o m k e u i t s c h , R
I S t 20, ein
S t u i e i s j s l e i n fur C ' K l e r n u i r k t u hmk
S 1 } bis I K
I onfrceiucn7multiple\
Siemcns-/ 36 ("1962;
Elektrische Ausrüstung der Bohrinsel Scambeo II
\ T on Horst \ppel und R c t n h t i d ( M i l m e x e t
Du IJanplai />iihnia\t.hnun a/t/ cinu Jïoluanlugc \/nd da\
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die zvi inst ilhtremk l t / e u ''t t l t i s t u n ^O
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Dipl IIM l l o l s l \ p p e l S i e n u n s \ k t u n^esellseh l l t ,
Bereith M e b u i u l Pi i / e b t e e h n i l , J i l ui en
Dipl hi^ K e i n h u d C )!ihiu \ et S i t m e n s \ k t i e i i 4 t s e l l s e h i f t
B e i e u h I n d u s t t R l 11 ui en
DKSC fur eine Bohrinsel n t u a r t i g c clckttisehc V u s
t u s t u n g hit sieh t l u i t h t m t n mehr ils t i n ) i h i i t ; e i
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Allgemeines
Detektoren zur Erfassung des StraBenverkehrs kónnen
nach unterschiedlichen Prinzipien arbeiten wie z. B.
nach dem Lichtschranken-, Magnet-, Schlauch-, Schleifen- oder Ultraschallprinzip. Nach eingehender Studie
der Prinzipien und Abwagung der Vor- und Nachteile
wurde das MeBverfahren mit der Schleife gewahlt, weil
die Induktionsschleife den Erfordernissen in emfacher
Weise durch Wahl der geometrischen Abmessungen anzupassen ist und auBerdem einen genau defmierbaren
Erfassungsbereich aufweist. Aufgrund der groBen erzielbaren Genauigkeit und der Langzeitkonstanz des
DFA 73 Automatik ist m Verbindung mit dem Analysator
VA 73 eine Unterscheidung des StraBenverkehrs in 2
Klassen (Leient- und Schwerverkehr) móglich. Bei Registrierung der Detektormeldezeiten mit dem MagnetbandDatenerfassungssystem VDM 250 (Genauigkeit 1/1000
Sekunde) ist die Berechnung wichtiger verkehrstechni-
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scher GroBen wie Geschwindigkeit, mittlere Geschwindigkeit, Zeitlücke, Verkehrsdichte, Belegungsdauer,
Fahrzeuglange und Fahrverhalten mit einer Datenverarbeitungsanlage möglich.
Arbeitsweise
Das Prmzipschaltbild des DFA 73 Automatik zeigt den
InformationsfluB — Erfassung, Zuleitung, Auswertung
und Meldung - Die Erfassung des StraBenverkehrs erfolgt mit Induktionschleifen. Die Schleife besteht aus
wenigen Windungen isolierten Kupferdrahtes und ist in
der Fahrbahn eingelassen. Befmdet sich ein Fahrzeug
im Erfassungsbereich der Schleife, so vernngert sich
die Schleifeninduktivitat. Diese MeBgröBe wird über ein
Verbindungskabel einer elektronischen Schaltung zugeleitet, die eine Auswertung vornimmt und eine Fahrzeuganwesenheit mit dem digitalen Signal — Fahrzeug
im Erfassungsbereich — meldet.
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jrlegungsbeispiel fur Induktionsschleifen zur Verkehrsanalyse
"m die technischen Zusammenhange und Daten richtig
erstehen zu können, soll auf die Funktion der elektronischen Schaltung eingegangen werden. Der geregelte
' C-Oszillator erzeugt eine hochfrequente Sinusspanung, deren Frequenz und Amplitude gegenüber Temperatur-, Versorgungsspannungs- und Lastschwankun"en stabil ist. Nach erfolgter Umwandlung in eine Rechtckspannung steht sie als Sollwert (Referenzspannung)
/ur Verfügung. Der Oszillator speist ein komplexes Netzwerk, das in grober Naherung aus einer Reihenschaljng der transformierten Induktivitat von Schleife und
verbindungskabel und einem ohmschen Widerstand besteht. Die über dem Widerstand abfallende, dem flieBenen Strom proportionale Spannung, entspricht dem Ist,.ert.
Diese Spannung wird in ein Rechtecksignal umgeformt
nd in einer Phasenvergleichsschaltung mit der Phasen.age der Referenzspannung verglichen. Die Ausgangsspannung der Phasenvergleichsschaltung wird integriert
,nd mittels eines Gleichspannungsverstarkers verstarkt.
)er definierte Zusammenhang zwischen der MeBpunktspannung, dem Phasenwinkel und der Induktivitat von
"Jchleife und Verbindungskabel ist dem Diagramm zu
'ntnehmen.
AuBerdem sind die 4 Bereiche des Anpassungsübertra"•ers als Parameter eingezeichnet. Das nachgeschaltete
)ifferenzierglied übertragt nur den Wechselspannungsanteil. Hierdurch kann sich eine Langzeitdrift nur bis
zum MeBpunkt auswirken. Der 2. Gleichspannungsverstarker mit seiner sehr hohen Verstarkung arbeitet mit
dem Differenzierglied in der Weise zusammen, daB die
Bereitzeit nur den tausendsten Teil der jeweiligen Meldezeit ausmacht. Die Relaisstufe sorgt für die Ansteuerung des Relais. Zur Meldung der Fahrzeuge steht ein
potentialfreier Umschaltkontakt zur Verfügung.
Besondere Eigenschaften
Bei der Entwicklung des DFA 73 Automatik konnten
eigene Erfahrungen mit Schleifendetektoren verwertet
und durch praxisnahe Kenntnis der Probleme folgende
zusatzliche Forderungen erfüllt werden:
Geschlossene, steckbare Kompaktbauweise
Einfache Handhabung in der Bedienung durch Abgleichautomatik
Wartungsfreiheit durch das Schleifenprinzip und die
Verwendung elektronischer Bauteile in der Auswerteschaltung
GroBe Zuverlassigkeit über langere Zeit unter Berücksichtigung der rauhen Umwelteinflüsse beim Einsatz an
der StraBe
Es werden Bauteile für erhöhte Anforderungen eingesetzt. Integrierte Schaltungen sorgen für eine Reduzierung der Temperatur- und Langzeitdrift.
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40-
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200- 400
400-1000
400-2000
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1000-2000
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200- 400
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DIAGRAMM DEK ZULASSIGEN INOUKTIVITAT FUR DIE BEREICHE S1-S4 DES ANPASSUNGSUBERTRAGERS VOM DFA 73 AUTOMATIK
DFA 73 AUTOMATIK
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Einsatz an stahlarmierten StraBen
Beim DFA 73 Automatik wird nur die induktive Kom-
ponente der Schleife für eine Auswertung herangezogen. Dadurch ist die Bedampfung der Schleife ohne
EinfluB auf die Funktion. Der Reduzierung der Schleifenempfindlichkeit wird mit einer hohen Empfindlichkeit der
Auswerteschaltung entgegengewirkt.
Verwendung von langen Verbindungskabeln zwischen
Schleife und elektronischer Schaltung
Durch niedrige Detektorfrequenzen und kleine Grundphasenwinkel wirkt sich nur die induktive Komponente
des Kabels aus. Diese kann bei der Festlegung des Induktivitatsbereiches in einfacher Weise durch Addition
zur Schleifeninduktivitat berücksichtigt werden.
Reihen- und Parallelschaltung von Schleifen
GroBer Induktivitatsbereich
Mit nur 2 Bereichen des Anpassungsübertragers ist ein
Induktivitatsbereich von 40 (iH bis 1 000 |iH überstreichbar.
Zur Erzielung einer konstanten Empfindlichkeit für unterschiedliche Anwendungen wurden 4 stark überlappende Bereiche der zulassigen Induktivitat gewahlt
(siehe Diagramm).
In den linearen Induktivitatsbereichen wird bei gleicher
Schleife, aber unterschiedlicher Ableitung, eine konstante Empfindlichkeit erzielt.
In den nichtlinearen Induktivitatsbereichen wird bei unterschiedlichen Schleifen, aber gleicher Ableitung, eine
konstante Empfindlichkeit erzielt.
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Für eine konstante Empfindlichkeit, auch bei stark
unterschiedlichem Verkehrsaufkommen, wurde die Be-
reitzeit (Beendigung des automatischen Abgleiches) auf
1 Sekunde gesenkt. Daher ist bei dichtestem Verkehr
und selbst bei Stauungen eine konstante Empfindlichkeit gegeben.
Um bei teilweiser Bedeckung der Schleife durch parkende Fahrzeuge eine Blockierung der Messung zu vermeiden, werden diese nach Ablauf der Meldezeit ausgeblendet.
Analysator VA 73 zur Unterscheidung des StraBenverkehrs
m 2 oder 3 Klassen
Zur Vermeidung von Beeinflussungen benachbarter
Schleifen sind 8 verschiedene Detektorfrequenzen ver-
fügbar, die selbst bei extremen Einsatzfallen einen Frequenzabstand von 6 kHz sicherstellen.
DATEIMEnFASSUISIGSSYBTEMt: KUF1T W E I S S | PRODATA
5
DATT MER FASSUMO^GYSTrty: C KUHT W C I S S | PnO DATA
Technische Daten
25 - 011 - 106 B
Zulassige Induktivitat von
Schleife und Verbindungskabel
50 .uH - 350 .uH
4ö*t*fee&8S&q*t*c /
Schleifenabmessungen und
Planung von Schleifenfeldern bitte Unterlagen anfordern
Lange von
Verbindungskabeln
für I_L Kabeltyp für
8 Detektorfrequenzen
200
bis zu JlOO m
145 uH
A2YST2Y 8 x 2 x O, 8 mm
Lange ohne
Verbindungskabel
bis zu 60 m kann der
Schleifendraht als
Ableitung verwendet
werden
Verdrillung
10 mal/m
Kontaktausgang
Lieferprogramm
Einzeldetektor ohne Stromversorgung
B8K«ö.se.a«.»f«ö««s»mm»ï30J^33R9
Analysebaugruppe mit 2 Detektoren DFA 73
und 1 Analysator VA 73
8
4
bis zu *& DFA 73 und bis zu&VA 73 in
einem 19 Zoll-Rahmen mit Stromversorgung
Sonderausführungen auf Anfrage
Fotokopplerausgang potentialfrei
Emitter
Collector
Pin 8 Elco
Pin 9 Elco
Spannung
U
Strom
U,
CEO =
=
20V
2 mA
?
potentialfreier
Reedatessscteaitkontakt
Funkenlöschung ist zu
beachten
Schaltspannung
110 V ZK&KSIK.
Schaltstrom
m
Schaltleistung
3ÖJ*K
Prellzeit
ca. «*os 1 ms
0,5 A
10 W
SowttwSöWrtafc»:
Temperaturbereich
-30° C bis +70° C
Mittlere
Ansprechempfindlichkeit
bei LL = 1 45 uH
Mittlere Bereitzeit /
Ojöfc&s ohne Diode D 11
.. 0 .
. mit
Diode D 11
1 Sekunde
Mittlere Meldezeit je nach
Ausführung/
L
= 6 %
W 10 Minuten
Frequenzbereich
36 kHz bis 60 kHz
Frequenzabstand
3 kHz
Einbaulage
beliebig
0,20 %
0,08 %
5
L-L
Konstruktions- und Datenanderungen vorbehalten
September 1970
2000 Hamburg 70
Wandsbeker Koenigstrasse 50
Postfach 13389
Telefon (040) 6525025
Telex 213426
_ _ ________ — -- — ————— ————— - ——— — ——————
nummer 4 1 6 . 3 8 1
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