DE10200424A1

DE10200424A1 - Application of multi-axis flux gate magnetic field sensors to road tunnel safety, locates sensors close to vehicle flows, to enable selective traffic control

Info

Publication number: DE10200424A1
Application number: DE2002100424
Authority: DE
Inventors: Reinhard Zachmann
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2002-01-08
Filing date: 2002-01-08
Publication date: 2003-07-17

Abstract

Several magnetic field sensors are located over, under and/or near the road ahead of tunnel entrances. Selective traffic flow control is enabled, in accordance with the nature of the vehicle and/or of its approach.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur insbesondere sicherheitstechnischen Applikation von Magnetfeld-Sensorsystemen, vorzugsweise Mehrachsen-Fluxgate-Magnetfeldsensoren gemäß Oberbegriff der unabhängigen Ansprüche. The invention relates to a method for safety-related application of magnetic field sensor systems, preferably multi-axis fluxgate magnetic field sensors according to Preamble of the independent claims.

Mininatur-Magnetfeldsensoren zur Messung von schwachen Magnetfeldern bis hinunter in den Nanotesla-Bereich, realisiert als Fluxgate-Magnetometer, sind bekannt. Derartige Sensoren werden z. B. für Messungen des Erdmagnetfeldes eingesetzt. Fluxgatesensoren besitzen eine Anordnung aus Kompensationsspule, Vormagnetisierungsspule und sogenannter Pick-up- Spule. Die Spulen sind um einen gemeinsamen ferromagnetischen Sensorkern angeordnet und können in einem Mehrschichtsystem in lateraler Anordnung monolithisch auf Silizium integriert werden. Zwei-Achsen-Fluxgate-Magnetfeldsensorsysteme dienen der Detektion zweier orthogonaler Magnetfeldkomponenten, wobei zur Auswertung auf das Oberwellenverfahren mit Möglichkeit einer integrierten Nullpunktregelung zurückgegriffen wird. Bekannte Sensoren sind in einem Temperaturbereich von -40°C bis 100°C einsetzbar und besitzen eine Empfindlichkeit von 5-30 mV/µT. Miniature magnetic field sensors for measuring weak ones Magnetic fields down to the nanotesla area as fluxgate magnetometers are known. Such sensors z. B. used for measurements of the earth's magnetic field. Fluxgate sensors have an arrangement Compensation coil, bias coil and so-called pick-up Kitchen sink. The coils are around a common ferromagnetic Sensor core arranged and can be in a multi-layer system Monolithically integrated on silicon in a lateral arrangement become. Two-axis fluxgate magnetic field sensor systems are used the detection of two orthogonal magnetic field components, being used for evaluation on the harmonic method Possibility of an integrated zero point control becomes. Known sensors are in a temperature range of Can be used from -40 ° C to 100 ° C and have a sensitivity of 5-30 mV / µT.

Mehrachsen-Fluxgate-Magnetfeldsensoren eignen sich zur Erfassung von Fahrzeugen auf ein- oder mehrspurigen Straßen. Hierbei wird die vom jeweiligen Fahrzeug hervorgerufene momentane Störung des Erdmagnetfeldes ausgewertet. Ein besonderer Vorteil ist hier, daß bei der Anordnung mehrerer Sensoren in Fahrtrichtung auch eine Geschwindigkeitsbestimmung erfolgen und die magnetisch relevante Masse des Fahrzeuges oder Achsenzahl desselben bestimmbar ist, so daß nicht nur die Anzahl der Fahrzeuge sondern auch deren Art zur effektiven Verkehrssteuerung herangezogen werden kann. Multi-axis fluxgate magnetic field sensors are suitable for Registration of vehicles on single or multi-lane roads. Here, the current moment caused by the respective vehicle Earth magnetic field disturbance evaluated. A special The advantage here is that in the arrangement of several sensors in Direction of travel also a speed determination and the magnetically relevant mass of the vehicle or Axis number of the same can be determined, so that not only the number of the vehicles but also their type for effective Traffic control can be used.

Aus der DE 32 08 481 C2 ist ein Richtungserfassungssystem für einen sich bewegenden Körper, insbesondere ein Fahrzeug vorbekannt, wobei das Fahrzeug einen Magnetfeldsensor aufweist, der zur Erfassung zweier aufeinander senkrecht stehender Komponenten des am Ort des Magnetfeldsensors herrschenden Magnetfeldes geeignet ist. Bei dieser Lösung befindet sich der Magnetfeldsensor am bzw. im Fahrzeug und es sind in aufwendiger Weise Korrekturprozesse zum Eliminieren von Störgrößen notwendig. DE 32 08 481 C2 describes a direction detection system for a moving body, especially a vehicle previously known, the vehicle having a magnetic field sensor, that for the detection of two mutually perpendicular Components of the prevailing at the location of the magnetic field sensor Magnetic field is suitable. In this solution is the Magnetic field sensor on or in the vehicle and it is in elaborate correction processes to eliminate disturbances necessary.

Durch die gerade in jüngster Zeit gestiegenen Unfallzahlen, insbesondere im Bereich von Tunnelbauten und die sich hier infolge eines Brandes ergebenden gravierenden Folgeschäden besteht ein Bedürfnis nach einer neuartigen Sicherheitskonzeption. Selbiges gilt auch für tragende Stahl- oder Metallkonstruktionen oder für Seilanlagen bei Kränen, Bergseilbahnen oder dergleichen Einrichtungen. Due to the recent increase in the number of accidents, especially in the area of tunnels and which are here serious consequential damage resulting from a fire there is a need for a new kind Security concept. The same also applies to load-bearing steel or Metal structures or for rope systems for cranes, Mountain cable cars or similar facilities.

Aus dem Vorgenannten ist es daher Aufgabe der Erfindung neuartige Applikationen von hochempfindlichen Magnetfeld- Sensorsystemen anzugeben, die es in kostengünstiger Weise ermöglichen unter den verschiedensten Umgebungs- und Umweltbedingungen Meßsignale abzuleiten, die helfen Risiken auszuschließen bzw. Maßnahmen einzuleiten, wenn Risikosituationen erkannt wurden. From the above, it is therefore an object of the invention novel applications of highly sensitive magnetic field Specify sensor systems that are cost effective enable under the most diverse environmental and Deriving measurement signals from environmental conditions helps to avoid risks exclude or initiate measures if risk situations were recognized.

Die Lösung der Aufgabe der Erfindung erfolgt mit den in den unabhängigen Ansprüchen definierten Verfahrensschritten bzw. Verfahrensabfolgen, wobei die Unteransprüche jeweils mindestens zweckmäßige Ausgestaltungen oder Weiterbildungen darstellen. The object of the invention is achieved with the in the process steps or independent claims Process sequences, the subclaims in each case at least expedient refinements or developments represent.

Ein erster Grundgedanke der Erfindung besteht in der Anwendung von Magnetfeld-Sensorsystemen zur Erhöhung der Sicherheit und Optimierung der Durchsatzfrequenz bei Tunnelbauten. A first basic idea of the invention consists in Application of magnetic field sensor systems to increase the Safety and optimization of the throughput frequency in tunnel constructions.

Mittels mehrerer über, unter und/oder neben der Fahrbahn angeordneten Magnetfeld-Sensoren kann eine Fahrzeugklassifikation vor der Tunneleinfahrt vorgenommen werden, um einen selektiven Verkehrsfluß je nach Fahrzeugart und/oder Fahrzeugaufkommen zu steuern. So besteht die Möglichkeit über eine elektronische Fahrzeugklassifizierung vor dem Tunnel Pkws und Lkws zu erkennen, um diese dann über Wechselverkehrszeichen einer bestimmten Fahrspur zuzuordnen. Schwere Lkws, die möglicherweise als Gefahrguttransporter zu klassifizieren sind, können als Einzelfahrzeuge den Tunnel passieren, um Risiken zu vermeiden. By means of several over, under and / or next to the road arranged magnetic field sensors can be a Vehicle classification must be made before entering the tunnel selective traffic flow depending on vehicle type and / or To control vehicle volume. So there is a possibility about an electronic vehicle classification in front of the tunnel Recognize cars and trucks and then use them Assign variable message signs to a specific lane. severity Trucks that may be considered dangerous goods carriers can be classified as individual vehicles the tunnel happen to avoid risk.

Durch eine Zählung der Fahrzeuge sowohl am Tunneleingang als auch am Tunnelausgang kann mittelbar durch Vergleich auf die Anzahl der Fahrzeuge im Tunnel geschlußfolgert werden. Diese sehr wichtige Aussage im Falle von Unfällen oder Bränden ist unabhängig vom Ausfall üblicher Kamerasysteme dann, wenn eine starke Rauchentwicklung auftritt. By counting the vehicles both at the tunnel entrance and also at the tunnel exit can be made indirectly by comparing the Number of vehicles in the tunnel can be concluded. This very important statement in the event of accidents or fires regardless of the failure of conventional camera systems if one heavy smoke development occurs.

In Ausgestaltung der Erfindung können weitere Magnetfeldsensoren im Tunnel, insbesondere an der Tunneldecke, bevorzugt fahrspurbezogen angeordnet werden, um eine Geschwindigkeit- und/oder Abstandsmessung der Fahrzeuge durchzuführen. Auf der Basis der vorliegenden Meßsignale kann die Helligkeit der Tunnelbeleuchtungen in Abhängigkeit von den erfaßten Fahrzeugen eingestellt werden. In an embodiment of the invention, others Magnetic field sensors in the tunnel, especially on the tunnel ceiling, are preferred lane related to a speed- and / or distance measurement of the vehicles. On the Based on the measurement signals available, the brightness of the Tunnel lighting depending on the detected Vehicles can be set.

Auch besteht die Möglichkeit einen unzulässigen Spurwechsel und/oder eine gefährliche Annäherung an den Fahrbahnrand zu detektieren, um dann akustische und/oder optische Warnsignale auszulösen. Derartige Warnsignale können z. B. von zur Fahrbahnbegrenzung vorgesehenen Reflektoren erzeugt werden, die mit aktiven Lichtquellen, z. B. lichtemittierenden Dioden bestückt sind. Hierdurch wird bei Annäherung an den Fahrbahnrand über ein z. B. Blinklicht die Aufmerksamkeit des Fahrers erhöht. There is also the possibility of an impermissible lane change and / or a dangerous approach to the edge of the road then detect acoustic and / or optical warning signals trigger. Such warning signals can e.g. B. from to Road reflectors provided reflectors are generated with active light sources, e.g. B. light emitting diodes are equipped. As a result, when approaching the Road edge over a z. B. Blinking light attracts the driver's attention elevated.

Gemäß einem zweiten Grundgedanken der Erfindung werden Magnetfeldsensoren im Bereich schienengebundener Transportmittel eingesetzt. According to a second basic idea of the invention Magnetic field sensors in the area of rail-bound Means of transport used.

So sind z. B. Magnetfeldsensoren im Gleisbett von Schienensträngen zur Verkehrsüberwachung angeordnet, wobei mittels der Sensorsignale sowohl rollendes als auch stehendes Material zur Klassifikation bewertbar ist. So z. B. magnetic field sensors in the track bed of Rail tracks arranged for traffic monitoring, whereby by means of the sensor signals both rolling and stationary Classification material is assessable.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung werden Magnetfeldsensoren für insbesondere unbeschrankte Bahnübergängen vorgesehen, um bei im Bereich des Schienenstranges bei Annäherung eines Zuges dort befindlichen Kraftfahrzeugen oder Anhängern ein Warnsignal und/oder eine Zugbeeinflussung auszulösen. Hier befinden sich die Sensoren beispielsweise in zirka einem Meter Tiefe und je Fahrtrichtung einmal zwischen Haltelinie und Schienenstrang sowie nach dem Schienenstrang angeordnet. Das Sensorsystem und die integrierte Signalverarbeitungseinheit sind über eine Funkmodem oder drahtgebunden mit einer Steuerzentrale verbindbar, wobei die Möglichkeit besteht, das Warnsignal unmittelbar an den Zugführer zu übermitteln oder aber auch ein Eingreifen in das Steuersystem des Zuges vorzunehmen, um mögliche Kollisionen zu verhindern. In a preferred embodiment of the invention Magnetic field sensors for especially unrestricted Level crossings provided to at in the area of the rail track Approaching a train there motor vehicles or Trailers a warning signal and / or a train control trigger. The sensors are located here, for example, in about a meter deep and once between each direction Stop line and track, and after the track arranged. The sensor system and the integrated Signal processing unit are via a radio modem or wired connectable to a control center, the possibility there is, the warning signal immediately to the train driver transmit or an intervention in the tax system of the Move to prevent possible collisions.

Bei der Anordnung von Magnetfeldsensoren auch in Abstell- und Rangiergleisanlagen kann festgestellt werden, welches rollende Material welcher Klasse sich in welchen Gleisabschnitten befindet um auf diese Weise vorhandene Transportreserven zu erschließen und die Zugzusammenstellung zu erleichtern. When arranging magnetic field sensors also in parking and Shunting tracks can be determined which rolling stock of which class is in which track sections in order to secure existing transport reserves open up and facilitate the train composition.

Ein dritter Grundgedanke der Erfindung besteht im Einsatz von Magnetfeldsensorsystemen im Bereich der Schifffahrt. A third basic idea of the invention consists in the use of Magnetic field sensor systems in the field of shipping.

Zur Kollisionsvermeidung und/oder zur Erfassung und Überwachung des insbesondere Binnenschiffverkehrs sind Magnetfeldsensoren am oder im Flußbett und/oder an Brücken oder dergleichen Bauwerken zur Überkopfdetektion vorgesehen. For collision avoidance and / or for recording and Monitoring of inland waterway transport in particular Magnetic field sensors on or in the river bed and / or on bridges or the same structures are provided for overhead detection.

Mittels der Magnetfeldsensoren kann überprüft werden, ob das jeweilige Schiff sich in der vorgesehenen Fahrrinne befindet. Auf diese Weise läßt sich auch bei schwierigen Passagen eine sichere Routenbestimmung ohne Lotsenführung erreichen. The magnetic field sensors can be used to check whether that respective ship is in the intended fairway. In this way, you can even with difficult passages achieve safe route determination without pilot guidance.

Die erwähnte Anordnung von Magnetfeldsensoren z. B. an Brücken zur Überkopfdetektion gestattet es Anzahl und Art von Schiffsbewegungen festzustellen. The arrangement of magnetic field sensors mentioned z. B. on bridges for overhead detection it allows the number and type of Determine ship movements.

Ebenso dienen Magnetfeldsensorsysteme zur automatischen Schleusensteuerung zur Erfassung der Anzahl der Schiffe vor und in der Schleuse. Magnetic field sensor systems are also used for automatic Lock control to record the number of ships before and in the lock.

Eine Möglichkeit der Geschwindigkeitsmessung von Booten oder Schiffen greift auf mehrere beabstandet angeordnete Magnetfeldsensoren zurück, die sich unterhalb der Wasserlinie befinden. A way of measuring the speed of boats or Ships access several spaced apart Magnetic field sensors return that are below the waterline are located.

Ein vierter Aspekt der Erfindung besteht darin Magnetfeldsensoren im Front- und/oder Heckbereich von Fahrzeugen, insbesondere Kraftfahrzeugen vorzusehen, um bei gefährlicher Annäherung von Objekten, deren Masse bzw. die Art des Objektes indirekt zu ermittelt, so daß in Abhängigkeit vom jeweiligen Ergebnis eine kontrolliertes Steuern von im Fahrzeug befindlichen aktiven und/oder passiven Sicherheitssystemen wie Airbag, Gurtstraffer oder dergleichen erfolgen kann. A fourth aspect of the invention is this Magnetic field sensors in the front and / or rear area of vehicles, in particular motor vehicles to provide for dangerous Approaching objects, their mass or the type of object indirectly determined so that depending on the respective Result of a controlled control of in the vehicle active and / or passive safety systems such as Airbag, belt tensioner or the like can be done.

Im Bereich der Kraftfahrzeugtechnik können Magnetfeldsensoren darüber hinaus zur Erfassung von Belastungsgrenzen über eine Torsionsmessung Verwendung finden, wobei hier die sich in den geänderten magnetischen Eigenschaften widerspiegelnde Gefügeveränderung als Bewertungskriterium dient. Magnetic field sensors can be used in the field of motor vehicle technology in addition to the detection of load limits over a Torsion measurement are used, the here being in the reflecting changed magnetic properties Structural change serves as an evaluation criterion.

Zu Testzwecken aber auch im Bereich des Motorrennsportes kann eine Ermittlung der Ventilhübe in Auslenkung und eine Resonnanzerfassung von Auslaß- und Einlaßventilen an mehreren Zylindern gleichzeitig vorgenommen werden, wobei keine unmittelbare mechanische Ankopplung notwendig ist, da daß Ventil für das Verändern als magnetisches Abbild durch den Motorblock hindurch quasi gesehen wird. For testing purposes but also in the field of motor racing a determination of the valve strokes in deflection and a Resonance detection of exhaust and intake valves on several Cylinders are made simultaneously, with none immediate mechanical coupling is necessary because that valve for changing as a magnetic image by the Engine block is seen virtually.

Nach einem fünften Grundgedanken der Erfindung werden Magnetfeldsensoren an oder in unmittelbarer Nähe von Stahl- oder stahlbewehrten Konstruktionselementen zur Überprüfung möglicher sich ändernder magnetischer Eigenschaften vorgesehen. Hierbei wird durch Vergleich aktueller Sensorsignale mit gespeicherten Normsignalen festgestellt, ob eine konstruktionsgefährdende Gefüge- oder Strukturveränderung eingetreten ist. Eine besondere Anwendung besteht hier in der Überwachung der Festigkeit von Stahlseilen an Aufzügen, Seilbahnen, Kräne oder dergleichen technischen Einrichtungen. Erfindungsgemäß wird hier die Erkenntnis genutzt, daß Beschädigungen oder ein Alterungsprozeß eines Seiles oder eines Seilbündels sich in veränderten magnetischen Eigenschaften widerspiegeln. According to a fifth basic concept of the invention Magnetic field sensors on or in the immediate vicinity of steel or steel-reinforced construction elements for inspection possible changing magnetic properties are provided. This is done by comparing current sensor signals with stored standard signals determined whether a structural or structural changes that endanger construction. A particular application here is the monitoring of Strength of steel cables on lifts, cable cars, cranes or similar technical facilities. According to the invention the knowledge is used here that damage or a Aging process of a rope or a bundle of rope itself reflect changed magnetic properties.

Claims

1. A method for the particularly safety-related application of magnetic rock sensor systems, preferably multi-axis fluxgate magnetic field sensors, characterized in that a vehicle classification is carried out before tunnel entries by means of a plurality of magnetic field sensors arranged above, below and / or next to the roadway, in order to achieve a selective traffic flow to control according to vehicle type and / or vehicle volume.

2. The method according to claim 1, characterized in that a lane assignment using variable message signs the respective vehicle class, e.g. B. trucks or cars is made.

3. The method according to claim 1, characterized in that vehicle detection is also carried out at the tunnel exit in order to continuously the respective number and type of in one predetermined time interval vehicles in the tunnel to investigate.

4. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that further magnetic field sensors in the tunnel, especially on the Tunnel ceiling are preferably arranged in relation to the lane a speed and / or distance measurement of the vehicles perform.

5. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the brightness of the tunnel lighting depending on the registered vehicles is regulated.

6. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that an inadmissible by means of further magnetic field sensors Changing lanes and / or a dangerous approach to the Road edge is detected to be acoustic and / or optical Trigger warning signals.

7. Methods for security-related in particular Application of magnetic field sensor systems, preferably Multi-axis fluxgate magnetic field sensors, characterized in that the gastric field sensors in the track bed of rail tracks Traffic surveillance are arranged, whereby by means of Sensor signals both rolling and standing material is assessable for classification.

8. The method according to claim 7, characterized in that Magnetic field sensors in the area of, in particular, unrestricted Level crossings are provided to at in the area of Rail line located there when a train approaches Motor vehicles and / or trailers a warning signal and / or trigger a train influence.

9. The method according to claim 7, characterized in that the magnetic field sensors in siding and shunting systems are arranged to determine which one is rolling Material of which class is in which section of track or Track area is located.

10. Method for security-related in particular Application of magnetic field sensor systems, preferably Multi-axis fluxgate magnetic field sensors, characterized in that the magnetic field sensors for collision avoidance and / or Registration and monitoring of the particular Inland waterway traffic on or in the river bed and / or at bridges or similar structures provided for overhead detection are.

11. The method according to claim 10, characterized in that by means of the magnetic field sensors it is checked whether that respective ship is in the intended fairway.

12. The method according to claim 10, characterized in that the magnetic field sensor signals for optimal occupancy and automatic lock control can be used, whereby in addition to recording the number and type of ships before Lock also a determination of the lock existing ships takes place.

13. The method according to claim 10, characterized in that the magnetic field sensors below the waterline Speed determination are provided.

14. Method for security-related in particular Application of magnetic field sensor systems, preferably Multi-axis fluxgate magnetic field sensors, characterized in that the magnetic field sensors in the front and / or rear area of Vehicles, in particular motor vehicles, are provided to in the event of dangerous approach of objects their mass or type to determine, so that depending on the respective result Controlled control of those in the vehicle active and / or passive safety systems, such as airbags, Belt tensioners or the like can be done.

15. The method according to claim 14, characterized in that additional magnetic field sensors for detecting the load limit by means of torsion measurement or determination of structural changes due to the material load at, in or near Drive and cardan shafts are provided.

16. Method for security-related in particular Application of magnetic field sensor systems, preferably Multi-axis fluxgate magnetic field sensors, characterized in that the magnetic field sensors on or in the immediate vicinity of Steel or steel-reinforced construction elements for Checking possible changing magnetic Properties are provided, by comparison current sensor signals with stored standard signals It can be determined whether a structure-hazardous or structural change has occurred.

17. The method according to claim 16, marked by Application for monitoring the strength of steel cables technical on elevators, cable cars, cranes or the like Institutions.