1、車(chē)輛檢測(cè)用傳感器及應(yīng)用車(chē)輛檢測(cè)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(diǎn)科技創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)支持項(xiàng)目浙江省重點(diǎn)科技創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)支持項(xiàng)目p 項(xiàng)目名稱(chēng)：車(chē)輛檢測(cè)用傳感器及應(yīng)用項(xiàng)目名稱(chēng)：車(chē)輛檢測(cè)用傳感器及應(yīng)用p 計(jì)劃編號(hào)：計(jì)劃編號(hào)：2012R10010-082012R10010-08p 計(jì)劃類(lèi)別：浙江省重點(diǎn)科技創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)自主設(shè)計(jì)項(xiàng)目計(jì)劃類(lèi)別：浙江省重點(diǎn)科技創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)自主設(shè)計(jì)項(xiàng)目p 負(fù)責(zé)人：白茹負(fù)責(zé)人：白茹p 總經(jīng)費(fèi)：總經(jīng)費(fèi)：4545萬(wàn)元，其中省撥經(jīng)費(fèi)萬(wàn)元，其中省撥經(jīng)費(fèi)2525萬(wàn)元，自籌經(jīng)費(fèi)萬(wàn)元，自籌經(jīng)費(fèi)1515萬(wàn)元萬(wàn)元p 執(zhí)行時(shí)間：執(zhí)行時(shí)間：20112011年年

2、0404月月-2014-2014年年0606月月提交車(chē)輛監(jiān)測(cè)用一維巨磁阻傳感器芯片10 個(gè)，二維巨磁阻傳感器芯片5個(gè)；完成基于巨磁阻傳感器是檢測(cè)節(jié)點(diǎn)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(qǐng)發(fā)明專(zhuān)利3項(xiàng) 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(cè)節(jié)點(diǎn)的研制；完成了基于巨磁阻傳感器的智能車(chē)輛檢測(cè)系統(tǒng)，通過(guò)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(wú)線智能車(chē)位信息采集與管理系統(tǒng)已在武漢市等地示范應(yīng)用，銷(xiāo)售額超過(guò)3000 萬(wàn)元。；4. 已發(fā)表學(xué)術(shù)論文10，其中SCI/EI收錄5篇；申請(qǐng)專(zhuān)利6項(xiàng)

3、、其中發(fā)明專(zhuān)利3項(xiàng)。 本項(xiàng)目研究車(chē)輛檢測(cè)用傳感器及其應(yīng)用本項(xiàng)目研究車(chē)輛檢測(cè)用傳感器及其應(yīng)用。主要。主要研究?jī)?nèi)容包括：研究?jī)?nèi)容包括：a a）用）用于車(chē)輛監(jiān)測(cè)用的巨磁阻傳感器芯片的研制于車(chē)輛監(jiān)測(cè)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(chē)輛檢測(cè)傳感器節(jié)點(diǎn)片的車(chē)輛檢測(cè)傳感器節(jié)點(diǎn)；c c）完成基于磁阻傳感器的無(wú)線智能車(chē)輛信息）完成基于磁阻傳感器的無(wú)線智能車(chē)輛信息采集示范系統(tǒng)采集示范系統(tǒng)。圖1 無(wú)線車(chē)輛檢測(cè)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(chǎng)響應(yīng)曲線）磁場(chǎng)響

4、應(yīng)曲線巨磁阻傳感器芯片采用由四個(gè)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(chǎng)約為5Oe。通常情況下，車(chē)輛對(duì)地磁場(chǎng)的擾動(dòng)小于0.5Oe，大約在0.2Oe，采用該巨磁阻傳感器可以足夠用來(lái)檢測(cè)車(chē)位車(chē)輛和道路車(chē)輛信息。本項(xiàng)目本項(xiàng)目采用的巨磁阻傳感芯片共有三類(lèi)：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(lèi)：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(chǎng)響應(yīng)曲線）磁場(chǎng)響應(yīng)曲線本項(xiàng)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(chǎng)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(lái)檢測(cè)位車(chē)輛和道路車(chē)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(chǎng)響應(yīng)曲線）磁場(chǎng)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(cè)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?yàn)閆軸方向。相比于由兩個(gè)一維巨磁阻傳感器組成的兩軸的巨磁阻傳感器節(jié)點(diǎn)而言，三軸巨磁阻傳感器節(jié)點(diǎn)可以進(jìn)一步提高檢測(cè)的精度和準(zhǔn)確度，減少誤判。VoutR1R4R2R3系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)車(chē)位信息的傳遞車(chē)位信息的采集車(chē)位信息的顯示車(chē)輛檢測(cè)系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)圖如圖所示，無(wú)線車(chē)輛檢測(cè)系統(tǒng)由協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)、路由器節(jié)點(diǎn)和數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)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(diǎn)的無(wú)線車(chē)位探測(cè)系統(tǒng)； 基于兩軸巨磁阻傳感器節(jié)點(diǎn)的無(wú)線車(chē)輛檢測(cè)系統(tǒng)； 基于三軸巨磁阻傳感器節(jié)點(diǎn)的無(wú)線車(chē)位檢測(cè)系統(tǒng)。 基于兩軸巨磁阻傳感器節(jié)點(diǎn)的無(wú)線車(chē)位探測(cè)系統(tǒng)基于兩軸巨磁阻傳感器節(jié)點(diǎn)的無(wú)

7、線車(chē)位探測(cè)系統(tǒng)； 基于兩軸巨磁阻傳感器節(jié)點(diǎn)的無(wú)線車(chē)輛檢測(cè)系統(tǒng)； 基于三軸巨磁阻傳感器節(jié)點(diǎn)的無(wú)線車(chē)位檢測(cè)系統(tǒng)。傳感節(jié)點(diǎn)硬件框圖無(wú)線車(chē)位探測(cè)器結(jié)構(gòu)框圖無(wú)線車(chē)位探測(cè)器結(jié)構(gòu)框圖硬件設(shè)計(jì)無(wú)線車(chē)位探測(cè)器結(jié)構(gòu)框圖無(wú)線車(chē)位探測(cè)器結(jié)構(gòu)框圖無(wú)線車(chē)位探測(cè)器實(shí)物圖無(wú)線車(chē)位探測(cè)器實(shí)物圖（a）網(wǎng)格圖）網(wǎng)格圖 （b）實(shí)體圖）實(shí)體圖 c）磁場(chǎng)分布圖）磁場(chǎng)分布圖 圖圖6 測(cè)量車(chē)輛底部磁場(chǎng)強(qiáng)度分布測(cè)量車(chē)輛底部磁場(chǎng)強(qiáng)度分布無(wú)線車(chē)位演示系統(tǒng)實(shí)物圖無(wú)線車(chē)位演示系統(tǒng)實(shí)物圖本項(xiàng)目研制的無(wú)線車(chē)位探測(cè)器可以靈敏地檢測(cè)到車(chē)輛對(duì)地磁場(chǎng)的擾動(dòng)，從而判斷車(chē)位上是否有車(chē)輛停靠。該探測(cè)器體積小、安裝方便、組網(wǎng)簡(jiǎn)單，可用于交通流量統(tǒng)計(jì)、車(chē)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(diǎn)的無(wú)線車(chē)位探測(cè)系統(tǒng)； 基于兩軸巨磁阻傳感器節(jié)點(diǎn)的無(wú)線車(chē)輛檢測(cè)系統(tǒng)；基于兩軸巨磁阻傳感器節(jié)點(diǎn)的無(wú)線車(chē)輛檢測(cè)系統(tǒng)； 基于三軸巨磁阻傳感器節(jié)點(diǎn)的無(wú)線車(chē)位檢測(cè)系統(tǒng)。檢測(cè)節(jié)點(diǎn)2嵌入式網(wǎng)關(guān)檢測(cè)節(jié)點(diǎn)1協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)X軸傳感器Y軸傳感器上位機(jī)瀏覽器訪問(wèn)界面 基于兩軸巨磁阻傳感器節(jié)點(diǎn)的無(wú)線車(chē)位探測(cè)系統(tǒng)； 基于兩軸巨磁阻傳感器節(jié)點(diǎn)的無(wú)線車(chē)輛檢測(cè)系統(tǒng)； 基于三軸巨磁阻傳感器節(jié)點(diǎn)的無(wú)線車(chē)位檢測(cè)系統(tǒng)基于三軸巨磁阻傳感器節(jié)點(diǎn)的無(wú)線車(chē)位檢測(cè)系統(tǒng)。傳感節(jié)點(diǎn)硬件框圖基于三軸巨磁阻傳感器節(jié)點(diǎn)的無(wú)線車(chē)位檢測(cè)系統(tǒng)基于三軸巨磁阻傳感器節(jié)點(diǎn)的無(wú)線車(chē)位檢測(cè)系統(tǒng) 圖圖 a a）ZigBeeZigBee無(wú)線車(chē)位

9、探測(cè)器網(wǎng)絡(luò)實(shí)物圖；無(wú)線車(chē)位探測(cè)器網(wǎng)絡(luò)實(shí)物圖； b b）車(chē)位管理系統(tǒng)上位機(jī)）車(chē)位管理系統(tǒng)上位機(jī)顯示顯示界面界面本項(xiàng)目研制的無(wú)線車(chē)位探測(cè)器可以靈敏地檢測(cè)到車(chē)輛對(duì)地磁場(chǎng)的擾動(dòng)，從而判斷車(chē)位上是否有車(chē)輛停靠。該探測(cè)器體積小、安裝方便、組網(wǎng)簡(jiǎn)單，可用于交通流量統(tǒng)計(jì)、車(chē)位管理等領(lǐng)域。車(chē)位探測(cè)器的探測(cè)準(zhǔn)確度取決于停車(chē)角度、停車(chē)位置及車(chē)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。基于三軸巨磁阻傳感器節(jié)點(diǎn)的無(wú)線車(chē)位檢測(cè)系統(tǒng)基于三軸巨磁阻傳感器節(jié)點(diǎn)的無(wú)線車(chē)位檢測(cè)系統(tǒng)圖圖 無(wú)線車(chē)位檢測(cè)節(jié)點(diǎn)的輸出無(wú)線車(chē)位檢測(cè)節(jié)點(diǎn)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(diǎn)的無(wú)線車(chē)位檢

10、測(cè)系統(tǒng)基于三軸巨磁阻傳感器節(jié)點(diǎn)的無(wú)線車(chē)位檢測(cè)系統(tǒng)圖圖 無(wú)線車(chē)輛檢測(cè)節(jié)點(diǎn)的道路車(chē)輛檢測(cè)輸出無(wú)線車(chē)輛檢測(cè)節(jié)點(diǎn)的道路車(chē)輛檢測(cè)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(diǎn)的無(wú)線車(chē)位檢測(cè)系統(tǒng)基于三軸巨磁阻傳感器節(jié)點(diǎn)的無(wú)線車(chē)位檢測(cè)系統(tǒng)公交車(chē)公交車(chē)小轎車(chē)小轎車(chē)大巴車(chē)大巴車(chē)小卡車(chē)小卡車(chē)基于所研制的GMR傳感芯片，結(jié)合Zigbee無(wú)線技術(shù)，研制了無(wú)線車(chē)輛檢測(cè)系統(tǒng)，并對(duì)車(chē)位車(chē)輛檢測(cè)管理以及道路車(chē)輛檢測(cè)實(shí)際測(cè)試，結(jié)果表明測(cè)試系統(tǒng)可靈敏地檢測(cè)到車(chē)輛波形信息。理論上，通過(guò)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(kù)，可用于車(chē)位管理和道路車(chē)輛流量統(tǒng)計(jì)、測(cè)速和分類(lèi)等。目前基于巨

11、磁阻傳感器的無(wú)線車(chē)位檢測(cè)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(shí)現(xiàn)成果轉(zhuǎn)化，聯(lián)合開(kāi)發(fā)的無(wú)線車(chē)位檢測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用到武漢等地，產(chǎn)值超過(guò)3000萬(wàn)元。基于本項(xiàng)目研究，爭(zhēng)取到相關(guān)科研經(jīng)費(fèi)包括：基于本項(xiàng)目研究，爭(zhēng)取到相關(guān)科研經(jīng)費(fèi)包括：橫向合作項(xiàng)目1項(xiàng)：項(xiàng)目名稱(chēng)：基于GMR傳感器的無(wú)線車(chē)位檢測(cè)系統(tǒng)（ KYH043113051）：項(xiàng)目來(lái)源：中船重工集團(tuán)第七一O研究所；項(xiàng)目經(jīng)費(fèi)：16.72萬(wàn)元；項(xiàng)目執(zhí)行期：2013.10-2015.12，項(xiàng)目負(fù)責(zé)人：白茹。縱向科研項(xiàng)目1項(xiàng)：項(xiàng)目名稱(chēng)：基于巨磁阻（GMR）車(chē)輛檢測(cè)系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究（GK130905207007）；項(xiàng)目來(lái)源： 2013年浙江省公

12、益性項(xiàng)目；項(xiàng)目經(jīng)費(fèi)：10萬(wàn)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(jì)劃1項(xiàng)，項(xiàng)目名稱(chēng)：基于GMR傳感器的車(chē)輛檢測(cè)技術(shù)研究（2010R407041），項(xiàng)目執(zhí)行期：2011.04-2013.12，項(xiàng)目經(jīng)費(fèi)：1萬(wàn)元，指導(dǎo)老師：錢(qián)正洪，白茹。本項(xiàng)目獲得資助以來(lái)，晉升副高級(jí)職稱(chēng)本項(xiàng)目獲得資助以來(lái)，晉升副高級(jí)職稱(chēng)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(xiàng)目總體負(fù)責(zé)人，2013年晉升為副研究員；錢(qián)正洪，男，教授，巨磁阻傳感芯片設(shè)計(jì)；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(cè)試；朱華辰，男，博士研究生（在讀），巨磁阻傳感芯片的封裝測(cè)試；張星波，男，碩士研究生（畢業(yè)），基于巨磁阻傳感器的無(wú)線車(chē)位探測(cè)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(wú)線車(chē)輛探測(cè)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(wú)線車(chē)輛檢測(cè)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(cè)試；冀亮，男，碩士研究生（在讀），巨磁電阻傳感節(jié)點(diǎn)的制版。項(xiàng)目執(zhí)行期間，發(fā)表學(xué)術(shù)論文項(xiàng)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(qián)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(bào)， 33（8）增刊，179-183（2012）。張星波，錢(qián)正洪，白茹等. 基于巨磁阻傳感器的無(wú)線車(chē)位探測(cè)器，機(jī)電工程. 2012, 29(12): 1477-1479, 1484.呂海洋，錢(qián)正洪，白茹等. 基于GMR傳感器的ZigBee無(wú)線

18、車(chē)輛檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)J.傳感器與微系統(tǒng)，2013，32（4）：127-130.鄒初建，錢(qián)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(wú)線車(chē)位檢測(cè)系統(tǒng)的研制，儀表技術(shù)與傳感器，2014年第9期。竇珂，錢(qián)正洪，于曉東，白茹等. 寬測(cè)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(qǐng)發(fā)明專(zhuān)利申請(qǐng)發(fā)明專(zhuān)利3項(xiàng)，實(shí)用型新專(zhuān)利項(xiàng)，實(shí)用型新專(zhuān)利3項(xiàng)項(xiàng)，其中授權(quán)，其中授權(quán)1項(xiàng)項(xiàng)：發(fā)明人：錢(qián)正洪，白茹，呂海洋；發(fā)明專(zhuān)利名稱(chēng)：在立體交叉路口精確判定車(chē)輛行駛路線的裝置；專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)枺?01310242490.1；專(zhuān)利申請(qǐng)日期：2013.06.19。發(fā)明人：白茹，錢(qián)正洪，朱華辰；發(fā)明專(zhuān)利名稱(chēng)：一種新型的集成單體芯片三軸磁敏傳感器；專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)枺?01410513269.X，專(zhuān)利申請(qǐng)日期：2014.09.29。發(fā)明人：錢(qián)正洪，白茹，朱華辰；發(fā)明專(zhuān)利名稱(chēng)：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(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)枺?01310426698.9專(zhuān)利申請(qǐng)日期：2013.09.17。發(fā)明人：錢(qián)正洪，白茹，朱華辰；實(shí)用新型專(zhuān)利名稱(chēng)：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(zhuān)利號(hào)：ZL201320576479.4，授權(quán)日期2014.05.28。發(fā)明人：白茹，錢(qián)正洪，朱華辰；實(shí)用新型專(zhuān)