Pętla indukcyjna – Kompendium wiedzy dla systemów lotniskowych i ruchu drogowego

Technologia pętli indukcyjnej stanowi podstawę niezawodnego wykrywania pojazdów i statków powietrznych we współczesnych systemach zarządzania ruchem drogowym i ruchem naziemnym na lotniskach. Dzięki zastosowaniu zatopionych czujników elektromagnetycznych systemy te dostarczają danych w czasie rzeczywistym, kluczowych dla bezpieczeństwa, efektywności i automatyzacji szerokiej infrastruktury.

Czujnik pętli indukcyjnej

Czujnik pętli indukcyjnej to urządzenie elektromagnetyczne przeznaczone do wykrywania obecności, przejazdu, a czasem także prędkości lub kierunku pojazdów i statków powietrznych. Działa poprzez zatopienie pętli izolowanego przewodu w nawierzchni (asfalt, beton lub inne powierzchnie) i podłączenie jej do detektora. Gdy przez pętlę płynie prąd przemienny, wytwarzane jest pole magnetyczne. Obecność metalowego obiektu – takiego jak samochód czy samolot – zakłóca to pole i zmienia indukcyjność pętli, co detektor rozpoznaje jako zdarzenie obecności lub przejazdu.

Pętle indukcyjne cenione są za niezawodność, odporność na warunki środowiskowe oraz bezkontaktową pracę, dzięki czemu idealnie sprawdzają się w krytycznych zastosowaniach, takich jak sygnalizacja świetlna, pobór opłat, systemy parkingowe oraz monitoring pasów startowych i dróg kołowania na lotniskach.

Zasada indukcji elektromagnetycznej

Indukcja elektromagnetyczna to podstawowa zasada działania pętli indukcyjnych. Prąd przemienny płynący przez zwoje przewodu wytwarza pole magnetyczne. Gdy przewodzący obiekt wchodzi w to pole, generuje prądy wirowe, które przeciwdziałają polu pierwotnemu, obniżając indukcyjność pętli i zwiększając częstotliwość rezonansową obwodu LC. Ta zmiana jest mierzona przez moduł detektora i pozwala bardzo selektywnie wykrywać obiekty metalowe.

Zależność tę opisuje wzór:

[ f = \frac{1}{2\pi\sqrt{LC}} ]

gdzie ( f ) to częstotliwość rezonansowa, ( L ) – indukcyjność, a ( C ) – pojemność.

Elementy systemu detekcji pętli indukcyjnej

Typowy system detekcji pętli indukcyjnej składa się z:

• Pętli indukcyjnej (zwojnica): Izolowany przewód miedziany (3–4 zwoje) zatopiony w nawierzchni.
• Kabla przyłączeniowego: Skrętka łącząca pętlę z detektorem, minimalizująca zakłócenia.
• Modułu detektora: Elektronicznej jednostki monitorującej obwód pętli pod kątem zmian częstotliwości/impedancji.
• Komory połączeniowej: Wodoszczelnej puszki mieszczącej połączenia przewodów.
• Elementów pomocniczych: Zasilania, interfejsów komunikacyjnych, uszczelniaczy i diagnostyki.

Nowoczesne detektory oferują m.in. obsługę wielu kanałów, pracę bezpieczną w przypadku awarii, tryby obecności/przejazdu, regulację czułości oraz diagnostykę.

Obwód rezonansowy LC

Obwód rezonansowy LC – zbudowany z indukcyjności pętli (L) i kondensatora (C) – oscyluje z częstotliwością wrażliwą na obecność obiektów metalowych. Gdy pojazd wjeżdża w obszar pętli, częstotliwość obwodu wzrasta, co moduł detektora interpretuje jako zdarzenie wykrycia. Regulacja częstotliwości i czułości w detektorze umożliwia niezawodną pracę nawet w trudnych warunkach.

Tryby obecności i przejazdu

• Tryb obecności: Wyjście detektora pozostaje aktywne tak długo, jak pojazd znajduje się nad pętlą. Jest to kluczowe w aplikacjach takich jak sygnalizacja świetlna czy monitoring zajętości pasa, gdzie wymagana jest ciągła detekcja dla zapewnienia bezpieczeństwa.
• Tryb przejazdu: Detektor generuje krótki impuls dla każdego pojazdu wjeżdżającego/wyjeżdżającego z obszaru pętli, co jest przydatne do zliczania pojazdów i wyzwalania zdarzeń.

Niektóre moduły wspierają tryb nieskończonej obecności, zapewniając aktywność wyjścia detekcji niezależnie od zmian środowiskowych czy długich postojów.

Logika kierunkowa (logika AB)

Logika kierunkowa wykorzystuje dwie blisko siebie umieszczone pętle (A i B) do określania kierunku ruchu. Kolejność aktywacji (A przed B lub odwrotnie) wskazuje systemowi, w którą stronę porusza się pojazd. Jest to niezbędne w kontroli dostępu, wykrywaniu jazdy pod prąd oraz zaawansowanej analizie ruchu.

Moduł detektora

Moduł detektora to mózg systemu, stale mierzący częstotliwość lub impedancję pętli i realizujący logikę detekcji. Moduły często oferują:

• Regulację czułości i częstotliwości
• Filtrację zakłóceń
• Wyjścia logiczne dla obecności, przejazdu, kierunku i prędkości
• Pracę bezpieczną w przypadku awarii oraz diagnostykę
• Obsługę wielu kanałów i różne interfejsy komunikacyjne

Geometria pętli

Geometria pętli – wielkość i kształt zwojnicy – bezpośrednio wpływa na zasięg, czułość i wysokość detekcji. Popularne geometrie:

• Pętle prostokątne: Standardowe (np. 6’ x 6’), dłuższe prostokąty dla większych pojazdów lub samolotów.
• Pętle kwadratowe: Równomierny rozkład pola.
• Pętle okrągłe: Łatwiejszy montaż w niektórych przypadkach.
• Pętle kwadrupolowe™: Zwiększona czułość na motocykle/rowery.
• Wiele małych pętli: Szeregowe połączenie dla wydłużonych stref lub redundancji.

Wysokość detekcji to zazwyczaj dwie trzecie krótszego boku pętli.

Kabel przyłączeniowy

Kabel przyłączeniowy to ekranowana skrętka łącząca pętlę z modułem detektora, zwykle prowadzona w rurach ochronnych. Skręcenie przewodów ogranicza zakłócenia elektromagnetyczne. Zbyt długie kable obniżają czułość, dlatego ich długość jest minimalizowana, a indukcyjność kabla powinna być nie większa niż pętli.

Komora połączeniowa

Komora połączeniowa to wodoszczelna, łatwo dostępna obudowa do łączenia przewodów pętli i kabla przyłączeniowego. Właściwe wykonanie połączeń zapobiega wnikaniu wilgoci i ułatwia konserwację oraz diagnozowanie usterek.

Elementy pomocnicze

Poza główną pętlą, kablem i detektorem, elementy pomocnicze obejmują:

• Zasilacze (12VDC–240VAC)
• Interfejsy komunikacyjne (przekaźniki, porty szeregowe, cyfrowe, sieciowe)
• Materiały uszczelniające (żywica epoksydowa, bitumiczna)
• Rury i kanały ochronne
• Wskaźniki diagnostyczne (diody LED, punkty testowe)

Wspierają one integrację systemu, trwałość i serwisowanie.

Proces instalacji

Instalacja systemu pętli indukcyjnej obejmuje:

1. Cięcie szczelin: Przecinanie nawierzchni pod pętlę.
2. Czyszczenie: Usuwanie zanieczyszczeń i wilgoci.
3. Układanie przewodu: Rozmieszczenie i skręcenie izolowanego przewodu w szczelinie.
4. Łączenie: Podłączenie pętli do kabla przyłączeniowego w komorze.
5. Wypełnianie: Zalanie szczeliny żywicą epoksydową/bitumiczną.
6. Testowanie: Pomiar rezystancji i indukcyjności w celu wykrycia usterek.
7. Uruchomienie: Regulacja ustawień detektora i weryfikacja detekcji.

Dokumentacja szczegółów pętli ułatwia przyszłą konserwację.

Konserwacja

Regularna konserwacja zapewnia niezawodność:

• Kontrola ciągłości i izolacji pętli
• Inspekcja nawierzchni i przewodów pod kątem uszkodzeń
• Ponowne uszczelnianie w razie potrzeby
• Szybka naprawa wszelkich usterek
• Sprawdzanie pracy detektora i ponowna kalibracja w razie potrzeby

Instalacje na lotniskach i w infrastrukturze krytycznej mogą wymagać planowanych przeglądów ze względu na ograniczony dostęp.

System prowadzenia i kontroli ruchu naziemnego na lotniskach (SMGCS)

Pętle indukcyjne są kluczowe dla SMGCS na lotniskach, dostarczając w czasie rzeczywistym danych o zajętości pasów i dróg kołowania do urządzeń wizualnych, oznakowania i systemów ATC. Zwiększa to bezpieczeństwo ruchu naziemnego, minimalizuje ryzyko wtargnięć na pas i wspiera efektywne, zautomatyzowane operacje naziemne – szczególnie przy ograniczonej widoczności.

Międzynarodowe normy (np. ICAO Załącznik 14, FAA AC 150/5220-26) regulują stosowanie pętli w SMGCS dla zapewnienia niezawodnej, bezpiecznej pracy.

Praca bezpieczna w przypadku awarii

Praca bezpieczna w przypadku awarii gwarantuje, że w razie uszkodzenia pętli lub kabla detektor wysyła sygnał „wykrycie” – utrzymując szlabany, sygnalizację lub ostrzeżenia w stanie bezpiecznym. Jest to niezbędne w miejscach o krytycznym znaczeniu dla bezpieczeństwa, takich jak lotniska czy przejazdy kolejowe.

Bezprzewodowy magnetometr

Bezprzewodowy magnetometr to nowoczesny, nieinwazyjny czujnik wykrywający pojazdy poprzez rejestrację zakłóceń pola magnetycznego. Montowany w niewielkich otworach w nawierzchni, komunikuje się bezprzewodowo i wymaga mniej konserwacji niż pętle, choć jest droższy, a wykrywanie pojazdów nieżelaznych może być mniej skuteczne.

Radarowa detekcja pojazdów

Radarowa detekcja pojazdów wykorzystuje radar mikrofalowy lub milimetrowy, zazwyczaj montowany na słupach, do wykrywania obecności i ruchu pojazdów nad ziemią. Choć rzadziej stosowana do precyzyjnej detekcji obecności niż pętle, radar sprawdza się tam, gdzie montaż w nawierzchni jest niemożliwy lub potrzebny jest szeroki zasięg.

Podsumowanie

Pętle indukcyjne pozostają standardem trwałego, niezawodnego wykrywania pojazdów i statków powietrznych w systemach ruchu drogowego i lotniskowych. Ich precyzja, trwałość i wszechstronność są fundamentem zaawansowanego bezpieczeństwa, automatyzacji i integracji danych w infrastrukturze krytycznej na całym świecie. Alternatywne technologie, takie jak magnetometry czy radar, oferują dodatkowe możliwości w specyficznych zastosowaniach, jednak połączenie opłacalności i skuteczności sprawia, że pętla indukcyjna pozostaje niezastąpiona dla nowoczesnego zarządzania transportem i lotniskami.