車輛檢測用傳感器及應(yīng)用項目報告

1、車輛檢測用傳感器及應(yīng)用車輛檢測用傳感器及應(yīng)用完成單位：杭州電子科技大學(xué)完成單位：杭州電子科技大學(xué)2014年年11月月浙江省重點科技創(chuàng)新團(tuán)隊支持項目浙江省重點科技創(chuàng)新團(tuán)隊支持項目p 項目名稱：車輛檢測用傳感器及應(yīng)用項目名稱：車輛檢測用傳感器及應(yīng)用p 計劃編號：計劃編號：2012R10010-082012R10010-08p 計劃類別：浙江省重點科技創(chuàng)新團(tuán)隊自主設(shè)計項目計劃類別：浙江省重點科技創(chuàng)新團(tuán)隊自主設(shè)計項目p 負(fù)責(zé)人：白茹負(fù)責(zé)人：白茹p 總經(jīng)費：總經(jīng)費：4545萬元，其中省撥經(jīng)費萬元，其中省撥經(jīng)費2525萬元，自籌經(jīng)費萬元，自籌經(jīng)費1515萬元萬元p 執(zhí)行時間：執(zhí)行時間：20112011年年

2、0404月月-2014-2014年年0606月月提交車輛監(jiān)測用一維巨磁阻傳感器芯片10 個，二維巨磁阻傳感器芯片5個；完成基于巨磁阻傳感器是檢測節(jié)點的研制；完成基于磁阻傳感器的智能交通信息采集示范系統(tǒng)一套4. 發(fā)表學(xué)術(shù)論文6篇，申請發(fā)明專利3項 完成了一維巨磁阻傳感芯片和單片封裝的二維巨磁電阻傳感芯片；完成了基于磁電阻傳感器的檢測節(jié)點的研制；完成了基于巨磁阻傳感器的智能車輛檢測系統(tǒng)，通過與東方微磁科技有限公司和中船重工第七一O 研究所的合作，所研制的無線智能車位信息采集與管理系統(tǒng)已在武漢市等地示范應(yīng)用，銷售額超過3000 萬元。；4. 已發(fā)表學(xué)術(shù)論文10，其中SCI/EI收錄5篇；申請專利6項

3、、其中發(fā)明專利3項。 本項目研究車輛檢測用傳感器及其應(yīng)用本項目研究車輛檢測用傳感器及其應(yīng)用。主要。主要研究內(nèi)容包括：研究內(nèi)容包括：a a）用）用于車輛監(jiān)測用的巨磁阻傳感器芯片的研制于車輛監(jiān)測用的巨磁阻傳感器芯片的研制；b b）研制基于巨磁阻傳感器芯）研制基于巨磁阻傳感器芯片的車輛檢測傳感器節(jié)點片的車輛檢測傳感器節(jié)點；c c）完成基于磁阻傳感器的無線智能車輛信息）完成基于磁阻傳感器的無線智能車輛信息采集示范系統(tǒng)采集示范系統(tǒng)。圖1 無線車輛檢測系統(tǒng)的總體框圖 圖圖2 2 巨磁阻傳感器芯片：巨磁阻傳感器芯片：a a）電橋結(jié)構(gòu)；）電橋結(jié)構(gòu)；b b）封裝后芯片；）封裝后芯片；c c）磁場響應(yīng)曲線）磁場響

4、應(yīng)曲線巨磁阻傳感器芯片采用由四個GMR磁敏電阻組成的惠斯通電橋結(jié)構(gòu)，靈敏度高、線性度好，其靈敏度為3.67mV/V/Oe，飽和磁場約為5Oe。通常情況下，車輛對地磁場的擾動小于0.5Oe，大約在0.2Oe，采用該巨磁阻傳感器可以足夠用來檢測車位車輛和道路車輛信息。本項目本項目采用的巨磁阻傳感芯片共有三類：平面封裝一維巨磁阻傳感芯采用的巨磁阻傳感芯片共有三類：平面封裝一維巨磁阻傳感芯片，封裝集成的二維巨磁阻傳感芯片以及垂直封裝的一維巨磁阻傳感芯片，片，封裝集成的二維巨磁阻傳感芯片以及垂直封裝的一維巨磁阻傳感芯片，芯片結(jié)構(gòu)及性能如下：芯片結(jié)構(gòu)及性能如下： 圖圖3 3 巨磁阻傳感器芯片：巨磁阻傳感器

5、芯片：a a）電橋結(jié)構(gòu)；）電橋結(jié)構(gòu)；b b）二維芯片封裝結(jié)構(gòu)；）二維芯片封裝結(jié)構(gòu)；c c）磁場響應(yīng)曲線）磁場響應(yīng)曲線本項目所研制的二維GMR傳感器靈敏度高、線性度好，其靈敏度為3.67mV/V/Oe，飽和磁場約為5Oe，結(jié)合垂直封裝的GMR傳感芯片制成三軸傳感器，可以用來檢測位車輛和道路車輛信息。VoutR1R4R2R3 圖圖4 4 巨磁阻傳感器芯片：巨磁阻傳感器芯片：a a）電橋結(jié)構(gòu)；）電橋結(jié)構(gòu)；b b）二維芯片封裝結(jié)構(gòu)；）二維芯片封裝結(jié)構(gòu)；c c）磁場響應(yīng)曲線）磁場響應(yīng)曲線所采用的直插式巨磁阻傳感器如圖4所示，采用的是TO-94直插式垂直封裝形式，測量范圍 4 Oe，靈敏度2.6 mV/V

6、/Oe。該單軸巨磁阻傳感器敏感軸方向為Z軸方向。相比于由兩個一維巨磁阻傳感器組成的兩軸的巨磁阻傳感器節(jié)點而言，三軸巨磁阻傳感器節(jié)點可以進(jìn)一步提高檢測的精度和準(zhǔn)確度，減少誤判。VoutR1R4R2R3系統(tǒng)總體設(shè)計車位信息的傳遞車位信息的采集車位信息的顯示車輛檢測系統(tǒng)總體設(shè)計圖如圖所示，無線車輛檢測系統(tǒng)由協(xié)調(diào)器節(jié)點、路由器節(jié)點和數(shù)據(jù)采集節(jié)點組成，雖然它們的功能各不相同，但是硬件結(jié)構(gòu)基本相似。 基于兩軸巨磁阻傳感器節(jié)點的無線車位探測系統(tǒng)； 基于兩軸巨磁阻傳感器節(jié)點的無線車輛檢測系統(tǒng)； 基于三軸巨磁阻傳感器節(jié)點的無線車位檢測系統(tǒng)。 基于兩軸巨磁阻傳感器節(jié)點的無線車位探測系統(tǒng)基于兩軸巨磁阻傳感器節(jié)點的無

7、線車位探測系統(tǒng)； 基于兩軸巨磁阻傳感器節(jié)點的無線車輛檢測系統(tǒng)； 基于三軸巨磁阻傳感器節(jié)點的無線車位檢測系統(tǒng)。傳感節(jié)點硬件框圖無線車位探測器結(jié)構(gòu)框圖無線車位探測器結(jié)構(gòu)框圖硬件設(shè)計無線車位探測器結(jié)構(gòu)框圖無線車位探測器結(jié)構(gòu)框圖無線車位探測器實物圖無線車位探測器實物圖（a）網(wǎng)格圖）網(wǎng)格圖 （b）實體圖）實體圖 c）磁場分布圖）磁場分布圖 圖圖6 測量車輛底部磁場強(qiáng)度分布測量車輛底部磁場強(qiáng)度分布無線車位演示系統(tǒng)實物圖無線車位演示系統(tǒng)實物圖本項目研制的無線車位探測器可以靈敏地檢測到車輛對地磁場的擾動，從而判斷車位上是否有車輛?？?。該探測器體積小、安裝方便、組網(wǎng)簡單，可用于交通流量統(tǒng)計、車位管理等領(lǐng)域。上位

8、機(jī)顯示界面 基于兩軸巨磁阻傳感器節(jié)點的無線車位探測系統(tǒng)； 基于兩軸巨磁阻傳感器節(jié)點的無線車輛檢測系統(tǒng)；基于兩軸巨磁阻傳感器節(jié)點的無線車輛檢測系統(tǒng)； 基于三軸巨磁阻傳感器節(jié)點的無線車位檢測系統(tǒng)。檢測節(jié)點2嵌入式網(wǎng)關(guān)檢測節(jié)點1協(xié)調(diào)器節(jié)點X軸傳感器Y軸傳感器上位機(jī)瀏覽器訪問界面 基于兩軸巨磁阻傳感器節(jié)點的無線車位探測系統(tǒng)； 基于兩軸巨磁阻傳感器節(jié)點的無線車輛檢測系統(tǒng)； 基于三軸巨磁阻傳感器節(jié)點的無線車位檢測系統(tǒng)基于三軸巨磁阻傳感器節(jié)點的無線車位檢測系統(tǒng)。傳感節(jié)點硬件框圖基于三軸巨磁阻傳感器節(jié)點的無線車位檢測系統(tǒng)基于三軸巨磁阻傳感器節(jié)點的無線車位檢測系統(tǒng) 圖圖 a a）ZigBeeZigBee無線車位

9、探測器網(wǎng)絡(luò)實物圖；無線車位探測器網(wǎng)絡(luò)實物圖； b b）車位管理系統(tǒng)上位機(jī)）車位管理系統(tǒng)上位機(jī)顯示顯示界面界面本項目研制的無線車位探測器可以靈敏地檢測到車輛對地磁場的擾動，從而判斷車位上是否有車輛?？?。該探測器體積小、安裝方便、組網(wǎng)簡單，可用于交通流量統(tǒng)計、車位管理等領(lǐng)域。車位探測器的探測準(zhǔn)確度取決于停車角度、停車位置及車輛的相互干擾等因素，在這一方面還需要做進(jìn)一步的工作?；谌S巨磁阻傳感器節(jié)點的無線車位檢測系統(tǒng)基于三軸巨磁阻傳感器節(jié)點的無線車位檢測系統(tǒng)圖圖 無線車位檢測節(jié)點的輸出無線車位檢測節(jié)點的輸出結(jié)果結(jié)果（a）X軸輸出（b) Y軸輸出 (c) Z軸輸出基于三軸巨磁阻傳感器節(jié)點的無線車位檢

10、測系統(tǒng)基于三軸巨磁阻傳感器節(jié)點的無線車位檢測系統(tǒng)圖圖 無線車輛檢測節(jié)點的道路車輛檢測輸出無線車輛檢測節(jié)點的道路車輛檢測輸出結(jié)果結(jié)果（a）X軸輸出（b) Y軸輸出 (c) Z軸輸出基于三軸巨磁阻傳感器節(jié)點的無線車位檢測系統(tǒng)基于三軸巨磁阻傳感器節(jié)點的無線車位檢測系統(tǒng)公交車公交車小轎車小轎車大巴車大巴車小卡車小卡車基于所研制的GMR傳感芯片，結(jié)合Zigbee無線技術(shù)，研制了無線車輛檢測系統(tǒng)，并對車位車輛檢測管理以及道路車輛檢測實際測試，結(jié)果表明測試系統(tǒng)可靈敏地檢測到車輛波形信息。理論上，通過脈沖、脈寬和幅度等特征信息提取和分析建立基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫，可用于車位管理和道路車輛流量統(tǒng)計、測速和分類等。目前基于巨

11、磁阻傳感器的無線車位檢測系統(tǒng)研究成果被東方微磁科技有限公司和中船重工第七一O研究所采用實現(xiàn)成果轉(zhuǎn)化，聯(lián)合開發(fā)的無線車位檢測系統(tǒng)應(yīng)用到武漢等地，產(chǎn)值超過3000萬元?；诒卷椖垦芯?，爭取到相關(guān)科研經(jīng)費包括：基于本項目研究，爭取到相關(guān)科研經(jīng)費包括：橫向合作項目1項：項目名稱：基于GMR傳感器的無線車位檢測系統(tǒng)（ KYH043113051）：項目來源：中船重工集團(tuán)第七一O研究所；項目經(jīng)費：16.72萬元；項目執(zhí)行期：2013.10-2015.12，項目負(fù)責(zé)人：白茹?？v向科研項目1項：項目名稱：基于巨磁阻（GMR）車輛檢測系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究（GK130905207007）；項目來源： 2013年浙江省公

12、益性項目；項目經(jīng)費：10萬元。（負(fù)責(zé)人為磁電子中心教師朱禮堯）浙江省大學(xué)生科技創(chuàng)新新苗計劃1項，項目名稱：基于GMR傳感器的車輛檢測技術(shù)研究（2010R407041），項目執(zhí)行期：2011.04-2013.12，項目經(jīng)費：1萬元，指導(dǎo)老師：錢正洪，白茹。本項目獲得資助以來，晉升副高級職稱本項目獲得資助以來，晉升副高級職稱1人人；培養(yǎng)博士研究生培養(yǎng)博士研究生3名，名，其中獲得學(xué)其中獲得學(xué)位位2名；培養(yǎng)名；培養(yǎng)碩士研究生碩士研究生6名名，其中獲得學(xué)位，其中獲得學(xué)位4名名。白茹，女，項目總體負(fù)責(zé)人，2013年晉升為副研究員；錢正洪，男，教授，巨磁阻傳感芯片設(shè)計；孫宇澄，男，博士研究生（畢業(yè)），巨磁阻

13、材料與傳感芯片的性能研究；李健平，男，博士研究生（畢業(yè)），巨磁阻傳感芯片的性能測試；朱華辰，男，博士研究生（在讀），巨磁阻傳感芯片的封裝測試；張星波，男，碩士研究生（畢業(yè)），基于巨磁阻傳感器的無線車位探測系統(tǒng)；呂海洋，男，碩士研究生（畢業(yè)），基于巨磁阻傳感器的無線車輛探測系統(tǒng)；鄒初建，男，碩士研究生（畢業(yè)），三軸巨磁阻傳感芯片的無線車輛檢測系統(tǒng)；竇珂，女，碩士研究生（畢業(yè)），基于巨磁阻傳感器的齒輪傳感器研究；劉建林，男，碩士研究生（在讀），巨磁電阻傳感芯片的穩(wěn)定性測試；冀亮，男，碩士研究生（在讀），巨磁電阻傳感節(jié)點的制版。項目執(zhí)行期間，發(fā)表學(xué)術(shù)論文項目執(zhí)行期間，發(fā)表學(xué)術(shù)論文10篇，其中篇，其中

14、SCI、EI收錄收錄5篇：篇： Ru Bai, Zhenghong Qian, Jianping Li, Yucheng Sun, Huachen Zhu, Lingwei Li, Yuan Li, Dexuan Huo, Yiangzi Peng, Exchange Coupling in CrPtMn-based Top-pinning Spin Valves. Journal of Inorganic Materials, 28: 977-981, 2013.Ru Bai, Zhenghong Qian, Yucheng Sun, Jianping Li, Huachen Zhu, Li

15、ngwei Li, Yuan Li, Dexuan huo, Changmao Yang, Hongliang Zhan, Effects of Different Relevant Layers on Magnetic Properties of Bottom Synthetic IrMn Spin Valves, Key Engineering Materials, 562-565: 1467, 2013.Jianping Li, Zhenghong Qian, Yucheng Sun, Ru Bai, and Jianguo Zhu, Output Characteristics of

16、Two-Dimensional Spin Valve Chip. IEEE Sensors JOURNAL, 13(12):4944-4947, 2013.Yucheng Sun, Zhenghong Qian, Ru Bai, Jianping Li, Jianguo Zhu. Characterization of integrated GMR sensor with angular variation, Advanced Materials Research，662: 746-749 (2013).Huachen Zhu, Zhenghong Qian, a, Ru Bai, Jianp

17、ing Li, The Omnipolar Integrated Magnetic Switch Based on GMR, , Key Engineering Materials, 562-565: 1234, 2013.錢正洪，白茹，孫宇澄，龔天平，張星波，呂海洋，詹宏良，楊昌茂，黃春奎，李健平，朱華辰，高性能GMR傳感器研制、應(yīng)用及產(chǎn)業(yè)化，儀器儀表學(xué)報， 33（8）增刊，179-183（2012）。張星波，錢正洪，白茹等. 基于巨磁阻傳感器的無線車位探測器，機(jī)電工程. 2012, 29(12): 1477-1479, 1484.呂海洋，錢正洪，白茹等. 基于GMR傳感器的ZigBee無線

18、車輛檢測系統(tǒng)設(shè)計J.傳感器與微系統(tǒng)，2013，32（4）：127-130.鄒初建，錢正洪，白茹，朱禮堯，劉洋，呂海洋，張星波,基于三軸GMR傳感器的無線車位檢測系統(tǒng)的研制，儀表技術(shù)與傳感器，2014年第9期。竇珂，錢正洪，于曉東，白茹等. 寬測量間距巨磁阻齒輪轉(zhuǎn)速傳感器的研制. 儀表技術(shù)與傳感器. 2012，358：13-15。 申請發(fā)明專利申請發(fā)明專利3項，實用型新專利項，實用型新專利3項項，其中授權(quán)，其中授權(quán)1項項：發(fā)明人：錢正洪，白茹，呂海洋；發(fā)明專利名稱：在立體交叉路口精確判定車輛行駛路線的裝置；專利申請?zhí)枺?01310242490.1；專利申請日期：2013.06.19。發(fā)明人：白茹，錢正洪，朱華辰；發(fā)明專利名稱：一種新型的集成單體芯片三軸磁敏傳感器；專利申請?zhí)枺?01410513269.X，專利申請日期：2014.09.29。發(fā)明人：錢正洪，白茹，朱華辰；發(fā)明專利名稱：一種具有非易失性鎖存功能的多通道數(shù)據(jù)緩沖接口芯片；專利申請?zhí)枺?01310426698.9專利申請日期：2013.09.17。發(fā)明人：錢正洪，白茹，朱華辰；實用新型專利名稱：具有非易失性鎖存功能的多通道數(shù)據(jù)緩沖接口芯片；授權(quán)專利號：ZL201320576479.4，授權(quán)日期2014.05.28。發(fā)明人：白茹，錢正洪，朱華辰；實用新型專