1、車輛檢測用傳感器及應用車輛檢測用傳感器及應用完成單位：杭州電子科技大學完成單位：杭州電子科技大學2014年年11月月浙江省重點科技創新團隊支持項目浙江省重點科技創新團隊支持項目p 項目名稱：車輛檢測用傳感器及應用項目名稱：車輛檢測用傳感器及應用p 計劃編號：計劃編號：2012R10010-082012R10010-08p 計劃類別：浙江省重點科技創新團隊自主設計項目計劃類別：浙江省重點科技創新團隊自主設計項目p 負責人：白茹負責人：白茹p 總經費：總經費：4545萬元，其中省撥經費萬元，其中省撥經費2525萬元，自籌經費萬元，自籌經費1515萬元萬元p 執行時間：執行時間：20112011年年

2、0404月月-2014-2014年年0606月月提交車輛監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一套4. 發表學術論文6篇，申請發明專利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點的研制；完成了基于巨磁阻傳感器的智能車輛檢測系統，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已在武漢市等地示范應用，銷售額超過3000 萬元。；4. 已發表學術論文10，其中SCI/EI收錄5篇；申請專利6項

3、、其中發明專利3項。 本項目研究車輛檢測用傳感器及其應用本項目研究車輛檢測用傳感器及其應用。主要。主要研究內容包括：研究內容包括：a a）用）用于車輛監測用的巨磁阻傳感器芯片的研制于車輛監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點片的車輛檢測傳感器節點；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采集示范系統。圖1 無線車輛檢測系統的總體框圖 圖圖2 2 巨磁阻傳感器芯片：巨磁阻傳感器芯片：a a）電橋結構；）電橋結構；b b）封裝后芯片；）封裝后芯片；c c）磁場響應曲線）磁場響

4、應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構，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，芯片結構及性能如下：芯片結構及性能如下： 圖圖3 3 巨磁阻傳感器芯片：巨磁阻傳感器

5、芯片：a a）電橋結構；）電橋結構；b b）二維芯片封裝結構；）二維芯片封裝結構；c c）磁場響應曲線）磁場響應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）電橋結構；）電橋結構；b b）二維芯片封裝結構；）二維芯片封裝結構；c c）磁場響應曲線）磁場響應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點而言，三軸巨磁阻傳感器節點可以進一步提高檢測的精度和準確度，減少誤判。VoutR1R4R2R3系統總體設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總體設計圖如圖所示，無線車輛檢測系統由協調器節點、路由器節點和數據采集節點組成，雖然它們的功能各不相同，但是硬件結構基本相似。 基于兩軸巨磁阻傳感器節點的無線車位探測系統； 基于兩軸巨磁阻傳感器節點的無線車輛檢測系統； 基于三軸巨磁阻傳感器節點的無線車位檢測系統。 基于兩軸巨磁阻傳感器節點的無線車位探測系統基于兩軸巨磁阻傳感器節點的無

7、線車位探測系統； 基于兩軸巨磁阻傳感器節點的無線車輛檢測系統； 基于三軸巨磁阻傳感器節點的無線車位檢測系統。傳感節點硬件框圖無線車位探測器結構框圖無線車位探測器結構框圖硬件設計無線車位探測器結構框圖無線車位探測器結構框圖無線車位探測器實物圖無線車位探測器實物圖（a）網格圖）網格圖 （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度分布測量車輛底部磁場強度分布無線車位演示系統實物圖無線車位演示系統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停靠。該探測器體積小、安裝方便、組網簡單，可用于交通流量統計、車位管理等領域。上位

8、機顯示界面 基于兩軸巨磁阻傳感器節點的無線車位探測系統； 基于兩軸巨磁阻傳感器節點的無線車輛檢測系統；基于兩軸巨磁阻傳感器節點的無線車輛檢測系統； 基于三軸巨磁阻傳感器節點的無線車位檢測系統。檢測節點2嵌入式網關檢測節點1協調器節點X軸傳感器Y軸傳感器上位機瀏覽器訪問界面 基于兩軸巨磁阻傳感器節點的無線車位探測系統； 基于兩軸巨磁阻傳感器節點的無線車輛檢測系統； 基于三軸巨磁阻傳感器節點的無線車位檢測系統基于三軸巨磁阻傳感器節點的無線車位檢測系統。傳感節點硬件框圖基于三軸巨磁阻傳感器節點的無線車位檢測系統基于三軸巨磁阻傳感器節點的無線車位檢測系統 圖圖 a a）ZigBeeZigBee無線車位

9、探測器網絡實物圖；無線車位探測器網絡實物圖； b b）車位管理系統上位機）車位管理系統上位機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、組網簡單，可用于交通流量統計、車位管理等領域。車位探測器的探測準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一步的工作?；谌S巨磁阻傳感器節點的無線車位檢測系統基于三軸巨磁阻傳感器節點的無線車位檢測系統圖圖 無線車位檢測節點的輸出無線車位檢測節點的輸出結果結果（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點的無線車位檢

10、測系統基于三軸巨磁阻傳感器節點的無線車位檢測系統圖圖 無線車輛檢測節點的道路車輛檢測輸出無線車輛檢測節點的道路車輛檢測輸出結果結果（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點的無線車位檢測系統基于三軸巨磁阻傳感器節點的無線車位檢測系統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，結合Zigbee無線技術，研制了無線車輛檢測系統，并對車位車輛檢測管理以及道路車輛檢測實際測試，結果表明測試系統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數據庫，可用于車位管理和道路車輛流量統計、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研究所采用實現成果轉化，聯合開發的無線車位檢測系統應用到武漢等地，產值超過3000萬元?；诒卷椖垦芯?，爭取到相關科研經費包括：基于本項目研究，爭取到相關科研經費包括：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（ KYH043113051）：項目來源：中船重工集團第七一O研究所；項目經費：16.72萬元；項目執行期：2013.10-2015.12，項目負責人：白茹。縱向科研項目1項：項目名稱：基于巨磁阻（GMR）車輛檢測系統關鍵技術研究（GK130905207007）；項目來源： 2013年浙江省公

12、益性項目；項目經費：10萬元。（負責人為磁電子中心教師朱禮堯）浙江省大學生科技創新新苗計劃1項，項目名稱：基于GMR傳感器的車輛檢測技術研究（2010R407041），項目執行期：2011.04-2013.12，項目經費：1萬元，指導老師：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；培養博士研究生培養博士研究生3名，名，其中獲得學其中獲得學位位2名；培養名；培養碩士研究生碩士研究生6名名，其中獲得學位，其中獲得學位4名名。白茹，女，項目總體負責人，2013年晉升為副研究員；錢正洪，男，教授，巨磁阻傳感芯片設計；孫宇澄，男，博士研究生（畢業），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），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），基于巨磁阻傳感器的無線車位探測系統；呂海洋，男，碩士研究生（畢業），基于巨磁阻傳感器的無線車輛探測系統；鄒初建，男，碩士研究生（畢業），三軸巨磁阻傳感芯片的無線車輛檢測系統；竇珂，女，碩士研究生（畢業），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定性測試；冀亮，男，碩士研究生（在讀），巨磁電阻傳感節點的制版。項目執行期間，發表學術論文項目執行期間，發表學術論文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、應用及產業化，儀器儀表學報， 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、車輛檢測系統設計J.傳感器與微系統，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的研制，儀表技術與傳感器，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速傳感器的研制. 儀表技術與傳感器. 2012，358：13-15。 申請發明專利申請發明專利3項，實用型新專利項，實用型新專利3項項，其中授權，其中授權1項項：發明人：錢正洪，白茹，呂海洋；發明專利名稱：在立體交叉路口精確判定車輛行駛路線的裝置；專利申請號：201310242490.1；專利申請日期：2013.06.19。發明人：白茹，錢正洪，朱華辰；發明專利名稱：一種新型的集成單體芯片三軸磁敏傳感器；專利申請號：201410513269.X，專利申請日期：2014.09.29。發明人：錢正洪，白茹，朱華辰；發明專利名稱：一種具有非易失性鎖存功能的多通道數據緩沖接口芯片；專利申請號：201310426698.9專利申請日期：2013.09.17。發明人：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據緩沖接口芯片；授權專利號：ZL201320576479.4，授權日期2014.05.28。發明人：白茹，錢正洪，朱華辰；實用新型專