In che modo un semaforo rileva che un'auto si è fermata e sta aspettando che il semaforo cambi?

  • Phillip Hopkins
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-C'è qualcosa di esotico nei semafori che "sanno" che sei lì - nell'istante in cui ti fermi, cambiano! Come rilevano la tua presenza?

Alcune luci non hanno alcun tipo di rilevatore. Ad esempio, in una grande città, i semafori possono semplicemente funzionare con timer: indipendentemente dall'ora del giorno, ci sarà molto traffico. In periferia e sulle strade di campagna, invece, i rilevatori sono comuni. Possono rilevare quando un'auto arriva a un incrocio, quando troppe auto sono impilate a un incrocio (per controllare la lunghezza del semaforo) o quando le auto sono entrate in una corsia di svolta (per attivare la freccia luminosa).

Esistono tutti i tipi di tecnologie per rilevare le auto: dai laser ai tubi di gomma pieni d'aria! La tecnica di gran lunga più comune è il circuito induttivo. Un circuito induttivo è semplicemente una bobina di filo incorporato nella superficie stradale. Per installare il cappio, posano l'asfalto e poi tornano indietro e tagliano un solco nell'asfalto con una sega. Il filo viene inserito nella scanalatura e sigillato con un composto gommoso. Spesso puoi vedere questi grandi anelli rettangolari tagliati nel pavimento perché il composto è ovvio.

I circuiti induttivi funzionano rilevando un cambiamento di induttanza. Per capire il processo, diamo prima un'occhiata a cos'è l'induttanza. L'illustrazione in questa pagina è utile.

Quello che vedi qui è una batteria, una lampadina, una bobina di filo attorno a un pezzo di ferro (giallo) e un interruttore. La bobina di filo è un induttore. Se hai letto Come funzionano gli elettromagneti, riconoscerai anche che l'induttore è un elettromagnete.

Se dovessi togliere l'induttore da questo circuito, allora ciò che hai è una normale torcia. Chiudete l'interruttore e la lampadina si accende. Con l'induttore nel circuito come mostrato, il comportamento è completamente diverso. La lampadina è una resistenza (la resistenza crea calore per far brillare il filamento nella lampadina). Il filo nella bobina ha una resistenza molto più bassa (è solo filo), quindi quello che ti aspetteresti quando accendi l'interruttore è che la lampadina si illumini molto debolmente. La maggior parte della corrente dovrebbe seguire il percorso a bassa resistenza attraverso il circuito. Quello che succede invece è che quando chiudi l'interruttore, la lampadina brucia intensamente e poi si attenua. Quando si apre l'interruttore, la lampadina brucia molto intensamente e poi si spegne rapidamente.

La ragione di questo strano comportamento è l'induttore. Quando la corrente inizia a fluire per la prima volta nella bobina, la bobina vuole creare un campo magnetico. Durante la costruzione del campo, la bobina inibisce il flusso di corrente. Una volta costruito il campo, la corrente può fluire normalmente attraverso il filo. Quando l'interruttore viene aperto, il campo magnetico attorno alla bobina mantiene la corrente che scorre nella bobina fino a quando il campo non collassa. Questa corrente mantiene la lampadina accesa per un periodo di tempo anche se l'interruttore è aperto.

Il capacità di un induttore è controllato da due fattori:

  • Il numero di bobine
  • Il materiale attorno al quale sono avvolte le bobine (il nucleo)

Mettere il ferro nel nucleo di un induttore gli conferisce molta più induttanza rispetto all'aria o a qualsiasi altro nucleo non magnetico. Esistono dispositivi in ​​grado di misurare l'induttanza di una bobina e l'unità di misura standard è il henry.

Quindi ... Diciamo che prendi una bobina di filo di forse 5 piedi di diametro, contenente cinque o sei anelli di filo. Si tagliano alcuni solchi in una strada e si inserisce la bobina nelle scanalature. Si collega un misuratore di induttanza alla bobina e si vede qual è l'induttanza della bobina. Ora parcheggi un'auto sopra la bobina e controlla di nuovo l'induttanza. L'induttanza sarà molto maggiore a causa del grande oggetto d'acciaio posizionato nel campo magnetico del circuito. L'auto parcheggiata sopra la bobina si comporta come il nucleo dell'induttore e la sua presenza modifica l'induttanza della bobina.

Un sensore a semaforo utilizza il circuito nello stesso modo. Verifica costantemente l'induttanza del loop sulla strada e quando l'induttanza aumenta, sa che c'è un'auto in attesa!

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