德州学院机电工程学院  王浩然 崔庆福 吕波漾 陈洁

1 引言

本设计以第十一届全国大学生“恩智浦”杯智能汽车竞赛为背景，提出了一种利用金属在交变磁场感应涡流的特性引导小车循迹行驶的方案。本文介绍了这一方案的基本思想、所依据的物理原理，设计了对线圈得到的信号进行调节放大、控制小车舵机运行的电路，并根据方案实际制作了小车。实践证明，该方案是可行的。以往的智能车竞赛分为光电组、摄像头组和电磁组，其中光电组主要是使用光电传感器如红外传感器采集路径信息；摄像头组主要通过采集图像信息识别路径；电磁组主要是电通电导线产生的电磁场探测路径，而电轨不受光线、温度、湿度、磁场等环境因素的影响。

2 设计原理

由于铝膜胶带的颜色是银色的，与赛道表面的颜色相近，所以使用普通的摄像头检测铝膜胶带的位置比较困难。可以利用铝膜的金属特性，即利用金属在交变磁场产生感应涡流的特性来检测铝膜的位置，进而引导小车的行驶。这种检测方式应用比较广泛，从安检过程中使用的手持金属探测仪到工业生产中涡流距离传感器，都是运用类似的原理。

当通有交变电流（频率小于一定数值）的线圈靠近金属物体的时候，线圈周围的交变磁场会在金属物体中感应出涡流。涡流所产生的二次磁场叠加在原来的磁场中则会改变原有线圈中的感应电动势，进而可以等效改变原线圈的电抗

线圈电抗改变的大小与线圈的形状、振荡频率、线圈与金属相对位置以及金属的电导率、磁导率有关系。如果在线圈形状、振荡频率以及金属种类都确定的情况下，线圈电抗的变化则能够反映线圈与金属之间的相对位置。

检测线圈与金属之间的相对位置参数主要包括距离和重合面积，图2显示的是一个矩形线圈与金属平板之间的相对位置，如果距离不变，则相对位置主要由线圈与金属平板之间的重合距离决定。本文所给出的参考方案就是利用这个特点来测量线圈与金属之间的相对重合距离，进而反映了车模与赛道的偏移量。