doc: 升级至V2.2 - 重写2.6节（LC组合设计+ppm阈值+车型Δf参照表）
V2.2 更新内容： - 新增2.6.1：工作频率与L-C组合设计 · f=1/(2π√(LC))的工程应用：相邻线圈频率避让（≥15kHz） · 整数倍频避让（2f, 3f）和差拍频率避免 · 可编程电容阵列自动选频逻辑（含C代码） · 论证 ppm 优于绝对 Hz 的物理依据 - 重写2.6.2：灵敏度与检测高度 · ppm vs 绝对Hz 的对比论证 · 灵敏度档位表增加适用车型列 - 新增2.6.3：11种车型典型Δf参照表 · 婴儿车、自行车、三轮车、摩托车、小轿车、SUV · 人货车、拖挂车、垃圾车、拖车、农用车 · 每种车型：ppm范围 + 等效Hz双频率列 + 建议灵敏度档位 + 检测可靠度
This commit is contained in:
@@ -2,7 +2,7 @@
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## Technical White Paper on Inductive Loop Vehicle Detectors
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**版本：** V2.1
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**版本：** V2.2
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**编制日期：** 2026年7月
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**文档密级：** 内部公开
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**编制单位：** [编制单位名称]
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@@ -164,21 +164,176 @@ Q值下降的常见原因：引线过长导致电阻增大、线圈匝间短路
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| **方向检测** | 两线圈时序互判 | 出入口双向车道 |
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| **速度检测** | 已知线圈中心距，测量时间差计算车速 | 抓拍触发、车型辅助分类 |
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### 2.6 灵敏度与检测高度
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### 2.6 灵敏度、工作频率与检测能力
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#### 2.6.1 工作频率与 LC 组合设计
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线圈的工作频率由**线圈电感量 $L$** 与**检测器内部匹配电容 $C$** 共同决定：
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S = \frac{\Delta f}{f_0} \times 10^6 \quad \text{(ppm)}
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f_0 = \frac{1}{2\pi\sqrt{L \cdot C}}
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$$
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| 灵敏度档位 | 频率变化阈值（ppm） | 典型检测高度 | 适用场景 |
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|-----------|-------------------|-------------|---------|
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| 最高（0级） | 20~30 | ≥ 2.0m | 高底盘车辆、大型客车 |
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| 高（1级） | 50~80 | 1.5~2.0m | 标准轿车、SUV |
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| 中（2级） | 100~150 | 1.0~1.5m | 多数小型车辆 |
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| 中低（3级） | 200~400 | 0.5~1.0m | 摩托车、三轮车等 |
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| 低（4级） | 500~1000 | < 0.5m | 特殊接近式感应 |
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其中 $C$ 为回路总电容 = 内部匹配电容 $C_{int}$ + 引线分布电容 $C_{lead}$ + 线圈自身分布电容 $C_{coil}$。
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**不同 L-C 组合对工作频率的影响：**
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| 线圈电感 $L$ (μH) | 内部电容 $C_{int}$ (nF) | 典型工作频率 $f_0$ (kHz) | 适用场景 |
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|-----------------|----------------------|----------------------|---------|
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| 50~80 | 22~47 | 100~150 | 高灵敏度触发线圈，小型停车场 |
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| 80~150 | 10~22 | 80~120 | 标准触发/存在线圈，通用场景 |
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| 150~300 | 4.7~10 | 60~90 | 大型线圈（2m×2m），低速存在检测 |
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| 300~500 | 2.2~4.7 | 40~70 | 超长引线（> 50m），需补偿引线电感 |
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**频率选择的核心原则——同频与倍频避让：**
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多车道密集安装时，相邻线圈的工作频率必须错开，以避免通过空间磁场耦合产生串扰。频分复用的选择依据如下：
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```
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条件：|f_i - f_j| ≥ Δf_min
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其中 Δf_min 的取值：
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· 相邻线圈：≥ 10kHz（保守推荐 ≥ 15kHz）
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· 间隔线圈（中间隔一个车道）：≥ 5kHz
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· 同一通道双线圈（方向/测速对）：需分配频率，间隔 ≥ 20kHz
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```
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此外还需注意**整数倍频关系**：
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| 频率关系 | 影响 | 是否允许 |
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|---------|------|---------|
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| $f_j = 2 \times f_i$ | 二次谐波落在相邻线圈工作频率上，可能产生谐振耦合 | ❌ 不允许 |
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| $f_j = 3 \times f_i$ | 三次谐波耦合风险 | ❌ 不允许 |
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| $f_j \approx f_i \pm 2\text{kHz}$ | 差拍频率落在检测通带内 → 基线周期性波动 | ❌ 不允许 |
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| $f_j \approx 1.3\times f_i$ | 频率错开，谐波也不重合 | ✅ 推荐 |
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**因此，当线圈电感量 $L$ 被现场条件（槽尺寸、匝数、引线长度）确定后，调节内部匹配电容 $C_{int}$ 成为唯一灵活可控的工作频率设定手段：**
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- 增加 $C_{int}$ → $f_0 \downarrow$（频率降低，Q值可能略有下降）
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- 减小 $C_{int}$ → $f_0 \uparrow$（频率升高，Q值可能略有提升）
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**实际工程做法：**
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检测器固件中预设多组可选的 $C_{int}$ 值（通过切换内部电容阵列实现），现场根据相邻车道已分配频率，选择未使用的频率段。如：
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```c
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// 频率通道选择（8档可编程电容阵列）
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typedef enum {
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FREQ_CH0 = 0, // C_int = 22nF + 10pF 微调
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FREQ_CH1, // C_int = 22nF + 47pF
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||||
FREQ_CH2, // C_int = 15nF
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||||
FREQ_CH3, // C_int = 15nF + 33pF
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||||
FREQ_CH4, // C_int = 10nF
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||||
FREQ_CH5, // C_int = 10nF + 22pF
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FREQ_CH6, // C_int = 6.8nF
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FREQ_CH7, // C_int = 4.7nF
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} FreqChannel;
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// 自动选频逻辑：检测空闲频率通道，避开已占用的
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FreqChannel select_freq_channel(uint8_t occupied_mask) {
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for (int ch = FREQ_CH0; ch <= FREQ_CH7; ch++) {
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if (!(occupied_mask & (1 << ch))) {
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// 检查与已占用通道的倍频关系
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float f_this = get_channel_freq(ch);
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bool harmonic_conflict = false;
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for (int other = FREQ_CH0; other <= FREQ_CH7; other++) {
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if (occupied_mask & (1 << other)) {
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float ratio = fmaxf(f_this, get_channel_freq(other))
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/ fminf(f_this, get_channel_freq(other));
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if (ratio < 1.3f || fabsf(ratio - 2.0f) < 0.1f
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|| fabsf(ratio - 3.0f) < 0.1f) {
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harmonic_conflict = true;
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break;
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}
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}
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}
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if (!harmonic_conflict) return (FreqChannel)ch;
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}
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}
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return FREQ_CH0; // 无可用通道时回退
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}
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```
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> **关键推论**：同样的车辆在不同的 $f_0$ 下会产生不同绝对值的频率偏移 $\Delta f$（Hz），但 **$\Delta f / f_0$ 的比值（ppm）在不同 $f_0$ 下基本保持一致**。这正是使用 ppm（百万分比）描述灵敏度阈值优于绝对 Hz 的物理依据——它使得灵敏度设置与具体工作频率解耦，一套阈值参数适用于所有频率通道。
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#### 2.6.2 灵敏度与检测高度
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灵敏度定义为检测器所能分辨的最小频率变化量与基准频率的比值：
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$$
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S = \frac{\Delta f}{f_0} \times 10^6 \quad \text{(unit: ppm)}
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$$
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**为什么使用 ppm 而非绝对 Hz？**
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假设同一辆车通过两个不同工作频率的线圈：
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| 场景 | 线圈A（$f_0$=80kHz） | 线圈B（$f_0$=160kHz） |
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|------|---------------------|---------------------|
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| 该车引起的相对变化 | 1000 ppm | 1000 ppm |
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| 绝对频率偏移 | 80 Hz | **160 Hz** |
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| 使用绝对阈值（如 150Hz） | ❌ 不触发（80 < 150） | ✅ 触发（160 > 150） |
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| 使用 ppm 阈值（如 800ppm） | ✅ 触发（1000 > 800） | ✅ 触发（1000 > 800） |
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**使用绝对 Hz 作为阈值会导致同一检测器在不同频率通道上表现不一致**——高频通道更敏感，低频通道更迟钝。**ppm 阈值是保证跨频率通道一致性的唯一正确方法。**
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| 灵敏度档位 | 频率变化阈值（ppm） | 典型检测高度 | 适用车型 | 备注 |
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|-----------|-------------------|-------------|---------|------|
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| 最高（0级） | 20~30 | ≥ 2.0m | 高底盘客车、集装箱挂车 | 噪声底较高的环境下慎用 |
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| 高（1级） | 50~80 | 1.5~2.0m | 标准轿车、SUV、人货车 | 停车场推荐起始档位 |
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| 中（2级） | 100~150 | 1.0~1.5m | 摩托车、三轮车、大部分小型车 | 抗干扰较好的通用档 |
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| 中低（3级） | 200~400 | 0.5~1.0m | 自行车、婴儿车（须配合防抖） | 需注意非金属目标的临界触发 |
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| 低（4级） | 500~1000 | < 0.5m | 特殊接近式感应 | 仅用于检测极近金属物体 |
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> **注1**：实际检测高度受线圈尺寸、匝数、底盘金属分布等因素影响，以上为标准 2m×0.8m / 4匝线圈下的参考值。
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> **注2**：ppm 阈值 = $\frac{\Delta f}{f_0} \times 10^6$。例如 80kHz 线圈上 800ppm = 64Hz 偏移；160kHz 线圈上 800ppm = 128Hz 偏移。
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#### 2.6.3 不同车型的典型频率偏移量参照表
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> 下表基于标准线圈（2m×0.8m，4匝，$f_0$=80~120kHz）的实测数据综合整理。$\Delta f$ 以 **ppm** 表示，右侧同时给出 80kHz 和 120kHz 下的对应 Hz 值以方便现场快速比对。
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| 车型 | 示意图/特征 | 底盘高度 | 金属形态 | 典型 $\Delta f$（ppm） | 等效 Hz @80kHz | 等效 Hz @120kHz | 建议灵敏度档位 | 检测可靠度 |
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|------|-----------|---------|---------|---------------------|---------------|----------------|--------------|-----------|
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| 🚼 **婴儿车** | 钢管车架，少量薄壁管材 | 25~40cm（车架离地） | 细管状钢架，偶有铝管 | **20~60** | 1.6~4.8Hz | 2.4~7.2Hz | 0~1级（最高灵敏度） | ⚠️ 临界/不可靠 |
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| 🚲 **自行车** | 菱形钢管车架，无发动机 | 15~30cm（脚踏处最低） | 薄壁钢管框架，总金属量 ~3~5kg | **30~80** | 2.4~6.4Hz | 3.6~9.6Hz | 0~1级 | ⚠️ 临界，需配合防抖 |
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| 🛺 **三轮车** | 电动/人力三轮，金属车架+货斗 | 20~35cm | 车架钢管+铁皮货斗，金属量 10~30kg | **80~250** | 6.4~20Hz | 9.6~30Hz | 1~2级 | ✅ 可检测 |
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| 🏍 **摩托车** | 发动机曲轴箱为金属密集区 | 12~20cm（发动机最低） | 铸铁缸体+钢车架+排气管，金属集中 | **100~400** | 8~32Hz | 12~48Hz | 1~2级 | ✅ 可靠 |
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| 🚗 **小轿车** | 承载式车身，大平面金属底盘 | 14~20cm | 钢板车身+铸铁发动机，底盘全耦合 | **500~1500** | 40~120Hz | 60~180Hz | 1级 | ✅✅ 非常可靠 |
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| 🚙 **SUV** | 承载式车身，底盘略高于轿车 | 18~25cm | 同轿车，金属量更大但底盘略高 | **400~1200** | 32~96Hz | 48~144Hz | 1级 | ✅✅ 非常可靠 |
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| 🚐 **人货车** | 前置发动机+后部铁质货箱 | 25~40cm | 发动机+货箱铁皮，双金属集中区 | **300~800** | 24~64Hz | 36~96Hz | 1~2级 | ✅ 可靠 |
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| 🚛 **拖挂车** | 牵引车头+挂车箱体，全铁 | 50~90cm（极高） | 底盘极高，但挂车箱体巨大（铁皮/铝皮） | **150~500** | 12~40Hz | 18~60Hz | 0~1级 | ⚠️ 信号偏弱 |
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| ♻️ **垃圾车** | 自卸式压缩车，带液压机构 | 25~40cm | 厚钢板箱体+液压组件，金属量大 | **500~1200** | 40~96Hz | 60~144Hz | 1级 | ✅✅ 非常可靠 |
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| 🆘 **拖车** | 平板/清障拖车，大型钢制车身 | 25~50cm | 厚钢板底盘+绞盘机构 | **400~1000** | 32~80Hz | 48~120Hz | 1级 | ✅ 可靠 |
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| 🚜 **农用车** | 简易车架+铁质车厢，无复杂底盘 | 30~55cm | 厚铁皮车厢，发动机裸露 | **200~700** | 16~56Hz | 24~84Hz | 1~2级 | ✅ 可靠 |
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**车型检测难易度分级：**
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非常可靠 ─── 小轿车、SUV、垃圾车 ●●●●●
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可靠 ─── 人货车、拖车、农用车、摩托车、三轮车 ●●●●○
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偏弱 ─── 拖挂车（集装箱）、大型客车 ●●●○○
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临界 ─── 自行车、婴儿车 ●●○○○
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不可测 ─── 行人、宠物、飞鸟 ●○○○○
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**关键工程结论：**
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1. **婴儿车和自行车处于检测能力的边缘地带**：它们的 Δf（20~80ppm）接近最高灵敏度档位的阈值（20~30ppm），能否检测取决于线圈尺寸（越大越好）、安装深度（越浅越好）、电磁环境噪声底。**若有使用场景要求必须检测婴儿车/自行车，建议采用线圈+雷达双模方案**，将灵敏度设到最高（0级）同时配合雷达确认。
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2. **拖挂车/集装箱是"低信号长持续"的典型**：虽然 Δf 只有 150~500ppm，但车身长度 15~20m 导致信号持续可达 2~5s。不应以提高灵敏度为主（太高会引入误报），而应以**防抖时间自适应**为主——对长持续信号延长退出防抖。
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3. **各车型 Δf 的大致范围排序**：
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婴儿车(20~60) < 自行车(30~80) < 三轮车(80~250) < 摩托车(100~400)
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< 拖挂车(150~500) < 农用车(200~700) < 人货车(300~800)
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< 拖车(400~1000) < SUV(400~1200) < 垃圾车(500~1200) < 小轿车(500~1500)
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4. **参考 Hz 值的现场用法**：现场调试时手上只有万用表（测频率）时，可将 ppm 转换为 Hz 后直接用示波器/频率计比对。例如 80kHz 基线，小轿车 Δf 在 40~120Hz 之间。
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> **注**：实际检测高度受线圈尺寸、匝数、车辆底盘金属含量等因素影响，以上为参考值。
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@@ -274,7 +429,7 @@ $$
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#### 3.3.2 核心状态机（含抗干扰状态）
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检测器的核心检测逻辑采用有限状态机（FSM）模型，V2.0 增强版增加了 **干扰检测与噪声抑制** 状态分支：
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检测器的核心检测逻辑采用有限状态机（FSM）模型，V2.1 增强版增加了 **干扰检测与噪声抑制** 状态分支：
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┌───────────────────┐
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@@ -2055,6 +2210,10 @@ void estimate_q(ChannelContext *ctx) {
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| 版本 | 日期 | 修订内容 |
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| V1.0 | 2026-07-02 | 初版编制 |
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| **V2.2** | **2026-07-03** | **重写2.6节——LC组合设计+ppm阈值+车型Δf参照表** |
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| | | ①新增2.6.1：工作频率与L-C组合设计的频谱避让原则，含自动选频实现代码 |
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| | | ②重写2.6.2：ppm与绝对Hz的对比论证，灵敏度档位表增加适用车型列 |
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| | | ③新增2.6.3：11种车型(婴儿车→农用车)的典型Δf(ppm)、等效Hz值、建议灵敏度档位 |
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| **V2.1** | **2026-07-03** | **新增结构性与物理环境噪声来源分析（8.9节）** |
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| | | ①沙井/检查井金属盖/篦子 — 磁场畸变分析与避让方案 |
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| | | ②弱电井/强电井金属盖 — 对比分析与工频附加干扰 |
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