专利名称：铺垫在交通支承路面下方的适型磁性制品的制作方法
1.发明领域本发明涉及磁性制品领域，尤其涉及用于例如道路、仓库地板等交通支承面下方从而引导位于其上面的车辆和其他移动物体的制品。
2.背景技术对于许多政府而言，让市民的通行更安全、更有效和更通畅，占据着很优先的地位。公共服务人员、公共运输车辆和应急车辆必须能够更快速和更安全地于各种气候条件下在道路上运行。
严酷的气候、甚至耀眼的太阳光或迎面而来的交通信号灯都给已有的交通体系和提供横向车辆控制的引导系统带来了一些具体问题。由于在酒精和不用处方而直接从柜台购买的药品的影响下，已经有很多人驾车发生了不幸的悲剧事故。下雪天、雾、大雨、多灰和烟雾是对汽车司机的典型威胁。在下雪天，对在风雪中或道路标志被雪所遮挡时试图清扫道路的扫雪机司机而言，尤其是一种威胁。此外，当汽车司机使尾部扫雪机比周围车辆移动慢时，因风雪而导致的能见度下降已造成了无数悲剧事件。冬天气候会持续威胁任何一种智能运输系统(ITS)，在这些系统中车辆在较为拥挤的道路上开得较快、而且相互间更接近。一种磁性的横向引导系统可以满足无论因为什么原因而无法看清路面的驾驶员的特殊需要。
除了各种车辆之外，其它的可移动物体，例如农畜、宠物、消防人员、盲人等，也可受益于该控制和/或导向系统。当配有磁性传感器的移动式机器人沿着例如一工业流水线之类的通道移动时，它们也可以被导向和/或控制。在某些特殊情况下，需要周边和边界的感知系统。有两个例子包括对环境内的有害条件的警告，以及宠物的围栏系统。比赛时经常需要确定边界，例如棒球比赛时的击球出线和足球比赛时的出界，当玩具及运动装置在穿越一指定线时，也经常需要发射声频信号。
已经提出了其它若干种可用来感知道路上车辆横向位置的方法。一种方法涉及使用可视信号或标志以及光学传感器。然而，一种依赖于光学传感器的系统会有可靠性的问题。信号或标志可能会被灰、冰或雪等遮挡，并且能见度会受雾、风雪、风沙等的影响。此外，对于夜间使用而言，必须花费相当多的能量，或者是为了照亮信号或者是为了从传感器中发出光束。
另一种方法是和车辆上的雷达测距系统一起使用雷达反射标志。标志和雷达监测系统与本文所提出的磁性系统相比都是昂贵的。此外，埋设在道路中的金属雷达反射标志还有耐久性和腐蚀性的问题。
磁性系统可提供多种好处-它不受天气条件的不利影响；-它不需要昂贵的视频或其他无线电频率设备；-系统的运行成本低，因为标志是无源的；不需要能源来使磁性标志工作；-系统的耐久性意味着，一旦安装好，磁性标志大都可延续至道路的寿命(一般道路的寿命为6至8年)，甚至可以作为道路的一部分而被重新安排。
一种已知的磁性标志系统是采用一系列埋设在道路内的磁“钉子”。因为场强随着与这样一种偶极磁场源的距离的3次方而下降，所以“钉子”不得不间隔得相当近以便产生有用的信号。如果采用最强力的稀土磁体以使尺寸最小并使间距最大，则会提高材料成本。在道路上钻孔以及采用刚性的钉子还会导致应力集中和道路过早报废，这些情况都会因钉子的腐蚀而恶化。采用简单的铁钉不能提供所希望的、能有效将位置信号和噪音区分开来的交变信号。
另一种磁性标志系统采用磁性涂料，以便在道路上产生磁性条带。涂料条带只有在其干燥后才能被磁化。在通常厚度的涂料层的情况下，难以获得良好的磁信号。然而，如果增加涂料层厚度以获得良好的磁信号，那么涂料层的耐久性就差。必须以一种特别设计的磁化固定装置沿条带推进。因为由这种固定装置所产生的磁场有限，所以磁性材料的矫顽磁性不得不局限于约1000奥斯特，这使其易受擦拭的影响，而且除了纵向磁化方式之外难以产生其他磁化方式。
在道路中已经埋设了根据已有技术的磁性导向系统。例如美国专利No.3,609,678就揭示了这样一种系统。该专利所揭示的聚合物基磁性材料是具有弹性和挠性的、例如丁腈橡胶和硅橡胶以及增塑的PVC。弹性意味着当一变形力被去除之后，可基本恢复原来形状。’678号专利还在一个实施例中揭示了一种“可沿边插入一狭窄的沟槽或狭缝，或在切割于道路内的更浅一些的沟槽内放平的聚合物磁性条带或片材。”(第3栏，第4-6行)。该专利进一步指出，还可以将磁体埋设在道路路面上，而不是设置在一个开放的沟槽内。(第3栏，第31-32行)。在驶过路面的车辆上安装了一个磁通传感器，如果磁场的强度足以被传感到，那么该传感器可以响应所述磁性介质而产生一电信号。在’678专利中揭示，在道路表面处的磁场强度应该至少是2高斯，较佳的是至少10高斯，更好的是至少100高斯，因而即使当道路条件并非最佳时也可以提供一个强信号。(第4栏第75行至第5栏第6行)。
尽管有其自身的实用性，但是’678专利所揭示的系统并不很理想，因为它需要在现有的道路上埋设磁性介质。也就是说，该专利揭示的是，在一现有的道路内切挖一槽、孔或小孔，在所述孔内的一弹性材料中插入一磁体或多个磁体，然后将该孔密封以保护磁体。
传统的适型(conformable)非磁性道路标志片材一般含有聚合物材料，例如能够交联形成弹性体但不在片材中交联的聚合物材料，因而提供了所需的粘弹性质。所谓“适型”意指能在一载荷作用力下变形，并在去除了该载荷作用力之后可维持很大一部分变形。关于适型的非磁性道路标志的说明性例子包括美国专利4,490,432、美国专利5,316,406、美国专利4,069,281、和美国专利5,194,113。
在上述任何一篇公开文献中都没有描述在一交通支承面下方铺设适型磁性制品或在一适型层内使用的磁性颗粒。
3.发明概要本发明的适型磁性制品是铺垫在一交通支承面的下方，并被用作一铺垫的磁性引导系统的一部分。在此，所述引导系统是定义为能为汽车司机或另一移动物体提供信息，和/或控制一车辆或移动物体。该磁性制品可以被“改装”到交通支承结构内，这意味着它可以铺垫在现有交通支承结构的下方，或者是与交通支承面同时安装。因此，该磁性制品不容易被行驶过该制品的交通设备所损坏，特别是不会被扫雪机的叶片损坏或剥离。
经常是当一交通支承结构需要重新铺设表面时，在重铺表面之前，需将已有的道路标志去除。去除道路标志是为了防止在埋设于道路下方的标志周围的道路发生反射开裂。这一开裂现象大都是因为交通支承结构材料和埋设的道路标志的热力和机械性质不匹配的原因而造成的。行驶过这些交通支承面的交通工具经常会加速这一开裂。令人吃惊的是，采用了本发明制品的交通支承结构没有发生过早的开裂或损坏。
本发明提供了一种用于铺垫在一交通支承面下方以向在该交通支承面上移动的一传感器发送磁信号的适型磁性制品。该磁性制品包括至少一个适型磁性层，该磁性层包括一粘结料和足够数量的磁性颗粒，这些磁性颗粒分散在所述粘结料内，以便提供一个可穿过一交通支承结构传送至一传感器的磁信号。本发明的制品大致是非弹性的。
本发明的适型磁性制品最好包括一个包含永磁颗粒的适型磁性层，制品的磁性颗粒的取向可以产生一个能让安装在一车辆上的传感器检测到的磁场。制品通常的宽度是从大约1cm至50cm，较佳的是5至20cm，通常的厚度是大约0.1cm至1cm，较佳的是0.1至0.2cm，制品可以有很多其它的形状，例如绳索状、片状、带穿孔的形状，等等。形状取决于制品的具体使用情况。
本发明的制品可以以一种单个的方式来磁化，但最好是以一种能产生使传感器稳定接收的交替磁信号的方式来磁化。然而，为了传送更详细的信息，可以用更复杂的方式对本发明的制品加以磁化(或称“编码”或“写入”)，就像对条形码、信用卡条、或磁带记录介质所作的那样。
本发明的另一实施例涉及一种用于引导在一交通支承结构上行驶的车辆或移动物体的系统，包括(a)至少一个适型磁性制品，用以铺垫在一交通支承面下方以向在该交通支承面上移动的一传感器发送磁信号。该磁性制品包括至少一个适型磁性层，该磁性层包括一粘结料和足够数量的磁性颗粒，这些磁性颗粒分散在所述粘结料内，以便提供一个可穿过一交通支承结构传送至一传感器的磁信号；以及(b)一用于在所述交通支承面上通过的传感器，所述传感器包括用于检测穿过所述交通支承结构而来的磁信号的装置。
本发明的另一实施例涉及一种用于引导在一交通支承结构上行驶的车辆或移动物体的系统，包括(a)一交通支承结构，它包括至少两层材料；(b)一铺设在所述交通支承面下方并介于所述两层之间的适型磁性制品，所述制品适于向在交通支承面上移动的传感器发送磁信号，所述磁性制品包括至少一个适型磁性层，该磁性层包括一粘结料和足够数量的磁性颗粒，这些磁性颗粒分散在所述粘结料内，以便提供一个可穿过一交通支承结构的磁信号；(c)一用于在所述交通支承面上通过的传感器，所述传感器包括用于检测穿过所述交通支承结构而来的磁信号的装置。
可选的是，传感器单元的输出信号是一横向偏差信号。传感器的输出信号可用来控制一车辆和/或通过一显示装置为司机提供信息。
本发明的另一方面涉及一种为交通支承结构提供一引导系统的方法。
本发明的一种特别有利的应用是为一扫雪机提供磁性引导。对一扫雪机而言，重要的是它能够在交通支承面上正确地定位，因而可以避免损坏路缘、路侧信号标志、邮箱等物。由于开道机会受到道路上的雪或冰的阻碍，所以上述类型的磁性引导系统将对扫雪机的驾驶员而言是有益的，这样就可以使扫雪机保持在交通支承面上。本发明对视觉引导受到限制的白茫茫的情况(强烈的暴风雪)特别有利。
此外，作为一种铺垫制品，本发明的制品不易被交通工具或扫雪机损坏，并且不易破坏。
其它有用的场合包括电子“声响条(rumble strip)”，它能警告司机车辆已到达交通支承结构的边缘、或者是学校区域、桥面、交通支承结构的某一曲线、交通支承结构入口或出口处的障碍物；以及作为一自动公路系统的构件，在该系统中，可以自动地在指定车道内引导车辆。
通过下面的附图、较佳实施例的描述、实例和权利要求，可以更清楚地了解本发明的其它方面和优点。
4.附图简要说明
图1-5是根据本发明的适型磁性制品的五个不同实施例的剖视图(放大)；图6是根据本发明的控制和/或导向系统的示意图；图7是本发明另一实施例的示意图；以及图8是与图7所示实施例相关的数据的曲线图。
这些理想化的并且不按比例的附图仅仅是为了说明，而不是限制。
本发明提供了铺垫在道路或其它交通支承面下方的适型磁性制品。文中的所谓“铺垫”意指被交通支承结构材料完全包围。说明性的交通支承结构材料包括但不限于底层材料、沥青、砾石、混凝土、砖块、木材、灰尘和粘土。
本发明的总的构思如图7所示。在图7中，一具有本发明道路标志带30的条带敷设器28将一层条带32敷设到交通支承结构上。然后，将交通支承结构材料33放到道路标志带上。该条带可以被一行驶过该交通支承面的车辆36上的传感器34检测到。
所述适型的磁性制品包括一处于一种有机粘合剂内的永磁材料层。这个层的特征在于，它对周围的交通支承结构材料高度地适应以及粘性阻尼对弹性高比率。这样一个层可促进并有助于加强本发明制品与周围表面的粘合。制品的适应能力有助于调整交通支承结构和制品之间的热力和机械特性的不匹配。
借助一个或多个可选的紧固手段，就可以将本发明的适型磁性制品固定在位。所述可选的紧固手段可以是化学粘接剂(例如一压敏热敏的粘接剂、热融的热塑塑料、或者是接触式粘接剂)或机械紧固件(例如一钉子、铆钉、螺钉、钉书钉、图钉，等等)，它们可以加强制品与周围表面的连接。
图1-5分别是根据本发明的适型磁性制品的五个实施例的剖视图(放大)。图1示出了适型磁性制品100，它包括一聚合物粘结料层4，在其中分散有很多可磁定向的磁性颗粒6。有机粘结料4和磁性颗粒6的组合在文中被称为磁性层2。
图2示出的适型磁性制品比图1所示多一粘合剂层8，该适型磁性制品200具有与图1中实施例100相同的磁性层2。
图3，4和5示出了具有不规则表面的道路标志条带(即，这些条带包括防滑颗粒、微球，或者是两者都有)。采用这些条带是比较有利的，因为它们便于制造，并可以加强与周围表面的粘接。
图3示出了本发明的另一种磁性道路标志带，它同样包括粘结料4、磁性颗粒6、可选的粘合剂层8、暂时粘附于粘合剂层8的背衬层10。图3的实施例300还示出了一反光防滑层，它是由乙烯基、环氧、酸性烯烃共聚物或聚氨酯弹性支承层12构成，该支承层用于将透明微球14和形状不规则的防滑颗粒16粘合于磁性层2。这些微球和防滑颗粒16可以被安置在制品所有的侧面上。在所述的实施例300中，由于透明微球14或其它颗粒形成了一种不规则表面，所以可防止制品在交通支承结构的范围内造成打滑。与磁性层2相比，支承层12较薄且一般弹性较大。因此，尽管在支承层下方的磁性层具有非弹性变形的性质而且尽管支承层非常薄，但是支承层并不会破坏磁性层所需的、可导致优异耐久性的非弹性变形的性质，并且支承层还支承制品上方的微球。在代表性的实施例中，磁性层2的厚度至少为约1/4毫米，更佳地为至少约1毫米，但最好是小于3毫米。
在通常的室温下，借助于能将微球嵌入磁性层2的压力，将微球压入放在硬的不会屈服的表面上的支承层12的样品中，当压力移去后微球不会嵌入而是仍留在支承层12的表面。此外，支承层12对反光元件或其它需嵌入其中的颗粒物质有良好的粘附性，它有助于保持这些颗粒防止它们穿贯入磁性层，并且可能有助于使处于非所需方向的磁性颗粒6定向。乙烯基聚合物(含有至少50wt.％的聚合的乙烯基单体单元的聚合物)尤其适用作为层12的材料，这是因为它们在公路环境中具有一定的韧性和耐久性。此外，乙烯基聚合物是耐磨的，这样有助于将制品固定到交通支承面内。基于乙烯基聚合物的支承层一般可进行增塑以提供所需的挠性。其它的支承层材料可以是聚氨酯、含酸的烯烃聚合物、或该技术领域已知的其它材料。
图4是根据本发明的一适型磁性道路标志带的实施例400的放大的横截面图。实施例400基本上与图3的实施例300相同，只是粘合层18包含一织造的或非织造的纤维织物21，该织物被埋入粘合层并被其浸渍。图4中所示粘合层的亚层20位于磁性层2和纤维织物21之间，而另一粘合剂亚层22位于织物背对磁性层2的一侧，从而形成本发明条带的外底面，但是在织物21和磁性层2之间不需要有粘合剂。在与磁性层2相对的粘合层18上可包含背衬材料(未示出)。
纤维织物最好是能包含在粘合层中，并且有足够多的孔而且纤维可充分地分离，从而使粘合剂能浸透，即包围织物的各根纤维。如果采用纤维织物，它可以为适型层提供加强或支承。
带有纤维织物的条带实施例400的抗拉强度至少为0.5kg/cm宽度，较佳地至少为1kg/cm宽度。尽管有良好的抗拉强度，但是所有的本发明制品所表现出的残留力应当低到使其对道路表面的不规则始终有良好的适应性。该残留力一般被描述为贯入式的蠕变回复，正如本文中进一步解释的那样。
虽然上述的残留力特性是制品实施例400的特征，但最好是增强织物本身具有这种特性，不论制品400的其他部分如何。
在制备粘合层中含有纤维织物的本发明制品时，一般是用液态粘合剂(100％或更少的固体)浸渍纤维织物，例如让织物通过刮刀式涂覆机。按这种方式，可将足够的粘合剂涂布到增强织物上，从而使其可粘合于磁性层；或者先在磁性层上涂覆一层粘合剂，然后再放置浸渍过的织物，然后涂布额外的粘合剂，从而形成粘合层的底部。
图5是实施例600的放大的剖视图，它是本发明的磁性标志制品的又一变化型实施例。防滑颗粒仅粘于凸起的侧面和一部分顶面，其中粘结使用有机粘结料26，如热塑性或热固性的“颗粒粘接”材料。一种这样的粘结料是含颜料乙烯基热塑性树脂，如美国专利No.4,117,192中所述。其他合适的颗粒粘接材料包括通过将聚己酸内酯二醇和三醇与1，6-己二异氰酸酯衍生物反应而形成的二组份聚氨酯；在美国专利No.4,248,932；3,436,359和3,580,887中所述的环氧树脂；在美国专利No.4,530,859中所述的嵌段聚氨酯组合物；以及由水激活的固化剂(例如噁唑环)和聚异氰酸酯预聚物。与其它本发明其它实施例的情况一样，在磁性层2中有磁性颗粒6。所述各凸起的高度一般是至少大约1毫米，相互之间的间隔也大约是1毫米。
本发明的适型制品可以包含有或者没有磁性颗粒的非适型部分。粘结料材料本发明的磁性制品具有许多处于一粘结料内的磁性颗粒，它们和粘结料一起构成了一适型磁性层。借助足够数量的磁性颗粒，就可以穿透交通支承结构向一传感器发射磁信号。通常，磁性颗粒是非球形的。
在某些有机粘结料实施例中，例如当有机粘结料包括非交联的弹性体前体时(如在美国专利No.4,490,432中所述)，最好是采用传统的橡胶加工方法来生产所述适型磁性层。通常并且较佳的是，配制是在某些重型的、批量或连续的橡胶搅拌机，例如Banbury搅拌机或双螺杆挤压机上进行。
该适型磁性层这样形成，即，在两个重型辊子之间轧制，随后借助将其挤压通过一模具或者是借助上述方法的组合而切割至所需宽度。如果挤压材料离开模具时是半液态的，那么只要使其在模具的出口处暴露于一永磁铁或电磁铁，就可以让各磁性颗粒获得所需的磁性取向。在挤压或轧制过程中发生的机械加工，和/或外界敷设的磁场可促进磁性定向。磁性定向可以使制品获得所需的磁性质。其它可用于制备和定向的方法对本技术领域的熟练人员而言是清楚的。
“弹性体前体”是指能够被交联、硫化或固化从而形成弹性体的聚合物。“弹性体”是指这样的材料，即能够拉伸到至少约为原来尺寸的2倍而不会破裂并且一旦释放了拉伸力之后会迅速地基本恢复到其原来的尺寸。有用的弹性体前体的例子包括丙烯腈-丁二烯聚合物、氯丁橡胶、聚丙烯酸酯、天然橡胶和苯乙烯-丁二烯聚合物。在非交联弹性体前体成分中最好是加入增容树脂(extender resin)，尤其是例如卤代链烷烃之类的卤代聚合物，但是烃类树脂、聚苯乙烯或聚环二烯也可以，它们能与弹性体前体成分溶混或形成单一相。当采用这种粘结料时，增容树脂最好是占适型层中有机组份的至少20wt％。
在道路标志技术中已知有各种能用的热塑性增强聚合物(例如，聚烯烃、乙烯基共聚物、聚醚、聚丙烯酸酯、苯乙烯-丙烯腈共聚物、聚酯、聚氨酯和纤维素衍生物)。
在本发明的其它实施例中，适型层有两种主要成分延性的热塑性聚合物和非增强的非磁性矿物颗粒。较佳地，热塑性聚合物是聚烯烃。这些粘结料在美国专利No.5,194,113中有大致的描述。
在本发明的另一个实施例中，采用了一个包括微孔热塑性聚合物的适型层。
可以根据需要采用非磁性的填充剂和膨胀剂(extender)。适型性试验材料所需的适型性可用贯入式蠕变回复测试来表示，(大致参见美国专利No.5,127,973)。在这个基于绝热热机分析的测试中，让探头与测试材料样品接触，在探头上敷设负荷，让探头插入待监测的样品中。一段时间后，撤去探头上的负荷，当让样品回复时监测探头的位置。测试一般是在氦气中，用温度程序器控制的热机分析仪组件进行，例如由Perkin Elmer DSC-2温度程序器控制的Perkin Elmer TMS-1热机械分析仪。采用的是具一定直径的探头尖端(对Perkin Elmer设备而言一般为1毫米)的平头贯入式探头组件。
待测试的材料样品的厚度大约是0.8毫米，面积是大约3毫米×3毫米。将切割的样品送到小的铝盘上，然后将其置于热机分析仪的样品台上。
对探头敷设1克的负荷，放开探头让其落在样品上。与样品接触约3-5秒后，撤去1克负荷，让样品放松。这导致探头尖以负荷状态靠在样品上。将热机分析仪的温度控制室升高，使之包围样品平台，让样品在所需的测试温度(一般约为室温或高达30℃)下达到热平衡。让样品在测试温度下平衡约5分钟，并且探头始终与样品表面接触而处于零负荷状态。
在探头处于零负荷的情况下，开始用获得的探头位置数据建立零负荷基线。在一短时间(约20秒)后，将20克的质量置于探头上，当探头被插入样品时监测探头的歪斜情况。使该负荷在样品上维持2分钟，然后从探头上撤去20克的质量，重新获得用于测试回复步骤的零负荷状态。至少再监测样品回复2分钟。根据在测试中获得的蠕变回复数据图而测得在敷设负荷后2分钟时的贯入量和撤去负荷后2分钟时的回复百分比。
在进行上述测试时，对有用的适型层而言，直径为1毫米的探头通常插入至少0.05毫米，较佳地插入至少0.08毫米。本发明的某些实施例的顶层在所需的测试中的被插入值小于0.05毫米。
为了使可能会令片材从交通支承面的周围表面上松开的弹性回复程度最小，在撤去负荷后适型层应回复不超过65％的探头插入深度，较佳地不超过50％插入深度。
与以上讨论的适型性相一致，适型层最好是可伸缩的或可变形的材料。例如，对于1厘米宽的样品而言，适型层最好的是在0.05秒-1的变形速度下伸长至少50％才破裂。
另一种可用于表示适型性的测试是非弹性变形。例如，当采用标准的抗拉强度测试设备对具有一个层的制品进行测试时，在一次拉伸至原来样品长度的115％之后，表现出至少25％非弹性形变(ID)的即具有足够的适型性。广意地说，虽然整个制品的ID较低，但是人们在片材结构中可以使用一次拉伸至其原来长度的115％之后至少有25％(ID)这一特征的基板。这例如参见美国专利5,082,715。
可采用下列方法来测试非弹性变形。以例如300％/分钟的速度，在抗拉强度测试设备上牵拉待测试带(用于抗拉强度测试的标准条带尺寸)，直到拉伸到某一预定量，例如15％。使变形反向，导致拉伸应力下降为零。重复拉伸形变，在样品被重新拉紧之前没有观察到力。在第二次牵拉时首次观察到力时的形变表示第一次形变中有多少是永久形变的测量值。该变形除以第一次形变(如15％)就被定义为非弹性形变(ID)。完全弹性的材料或橡胶的ID为0％。用于本发明中的适型材料应具有低的形变应力和高于25％，较佳地高于35％，更佳地高于50％的ID。
更简单的测试是，只要用手指简单地触摸和检查样品，道路标志领域的技术人员即可凭借经验大致地确定某种特定的适型层材料样品是否具有所需的蠕变回复特性。这种“手触”的特性常用于每日的测试中。磁性颗粒最可能的磁性颗粒的选择是分散在有机粘结料基体中的永磁材料颗粒的复合体。能够被剩磁磁化的很多种磁性颗粒对于熟悉磁材料领域的人来说是已知的。
适用于本发明的这种颗粒的主轴长度(定义为任何方向的最大长度)在约1毫米(1000微米)至约10纳米(0.01微米)之间。优选范围是大约200微米至大约0.1微米。磁性颗粒的饱和磁化强度可以是约10至250emu/g(电磁单位/克)，而且较佳地为大于50emu/g。这些颗粒的矫顽磁性为约100至20,000奥斯特，较佳地为大约200至5000奥斯特。矫顽磁性小于大约200奥斯特的颗粒会太容易地被意外地消磁，而矫顽磁性大于500奥斯特的颗粒需要较昂贵的设备来完全磁化。
本发明的产品可包括沿着制品的长度方向极性交替的段。
高性能的永久性磁性颗粒是稀土金属合金型材料。将这种颗粒掺入聚合物型粘结料的例子包括在美国专利No.4,497,722中，其中采用了钐-钴合金颗粒，以及欧洲专利申请No.260,870，其中采用了使用钕-铁-硼合金颗粒。对本申请而言，这些颗粒并不是最适合的，因为所述合金的成本相对较昂贵；在暴露于室外的时间太长的情况下，这些合金可能会发生过度的腐蚀。并且这些合金的矫顽磁性通常大于5000奥斯特。
可以采用很多种其他类型的金属或金属合金的永久性磁性颗粒。它们包括铝镍钴磁钢(铝-镍-钴-铁合金)、铁、铁-碳、铁-钴、铁-钻-铬、铁-钴-钼、铁-钴-钒、铜-镍-铁、锰-铋、锰-铝和钴-铂合金。
最佳的磁性材料是一类稳定的磁性氧化物材料，即已知称为磁性铁氧体的材料。一种特别好的材料是磁铅石结构的六方形相，通常已知的是钡六方铁氧体(barium hexaferrite)，它通常是以平的六方形片晶形式生产。锶和铅可部分或全部地替代钡，而且许多其他元素也可部分替代铁。因此，锶六方铁氧体也是较佳的材料。另一类较佳的材料是立方铁氧体，它有时以立方体颗粒形式生成，但更多地是以细长的、针状或针形的、或颗粒形式生成。例子包括磁铁矿(Fe3O4)、磁赤铁矿即γ氧化铁(γ-Fe2O3)、这两种化合物的中间体，以及这两种化合物的钴取代物或其中间体。所有这些磁性铁氧体都能以较低的成本大量生产，而且在长时间的户外暴露条件下是稳定的。它们的矫顽磁性在最佳的200至5000奥斯特的范围内。
二氧化铬是另一种可用作本发明的磁性颗粒的材料，因为其居里温度低，所以它便于利用热剩磁性(thermoremanent)磁化法。
磁性颗粒一般高填充量地分散于聚合物基体中。磁性颗粒一般占磁性层的至少1体积％，颗粒的含量难以超过材料的约75体积％。较佳的是，所述适型磁性材料具有包含至少30体积％磁性颗粒的粘结料。较佳的填充量是约30至60体积％，更佳地为约45-55体积％。为了获得最高的顽磁，颗粒应最好是磁畴大小的、各向异性的颗粒，并且足够数量的颗粒的易磁化轴应基本上平行排列，以使磁性材料本身呈各向异性。
大体上呈板状形式且其易磁化轴垂直于各板的共同平面的铁氧体，尤其是钡铁氧体(但也可以是铅或锶铁氧体)一般可较佳地用作颗粒材料。但是其它具有永磁性的材料，例如氧化铁颗粒或锰-铋颗粒或受保护而不被氧化的铁颗粒等也能使用。
本技术领域熟知并且如上所述的是，通过用物理方法使各颗粒具有一定取向(例如轧制)，可令磁性颗粒的取向最优化。
对一个宽度约为10cm，平均磁体厚度为约0.1cm的示范性磁性制品而言，在制品表面处的磁场强度是大约10高斯，距离大约5cm时是5高斯，距离大约10cm时是2高斯，距离大约15cm时是1高斯。因此，如果将条带铺垫在一交通支承面下方大约10cm处，在交通支承面处的磁场强度是大约2高斯，这足以被一传感器检测到。当然，根据制造该制品的不同材料和工艺，该磁性制品还可以产生强一些或弱一些的磁场。
在该磁性制品上还可以设置凸起或其它地形特征，它们有助于防止制品在铺垫之后于交通支承结构内发生移动。在铺垫用磁性制品的另一个实施例中，制品具有一纵向延伸的胶带或条带，沿条带的长度方向形成了多个穿孔。这些穿孔可让交通支承材料的流过条带，从而在交通支承结构本身内获得一更加牢固的机械固定。在这种方式下，可减少交通支承结构内发生挠曲或开裂现象。安装方法本发明的磁性产品可以铺垫在一个现有的交通支承面下方或者是铺垫在一个新的交通支承面内。
当本发明的磁性制品被改装到一交通支承结构内时，其适型性特征是特别有用的。在这样的情况下，通常需要将现有交通支承结构的磨掉或切掉一部分，并将碎屑去除。交通支承结构的暴露部分通常是光滑的，因而本发明磁性制品的适型性可使该制品更牢靠地粘附于暴露部分的底面。随后，可用修补材料修补或填充，这样就可以将磁性制品铺垫到交通支承面的下方。非弹性是一个重要的特征，这是因为交通支承结构，特别是沥青水泥混凝土(通常已知是沥青路面，或沥青)，可将车辆敷设的力传递给埋设在交通支承结构内的任何物体。如果一埋设的制品相对于交通支承结构材料是弹性的，则交通支承结构可以向其敷设的力的方向挠曲或反弹，并且最终开裂或裂开，这显然是不希望的。因此，在这个以及其它的实施例中，希望有不可逆变形的磁性制品。
然而，一个较佳的铺垫制品的方法是与新的交通支承结构相结合的。交通支承结构是由若干个层或材料层叠置而成。例如，一个通常的沥青道路结构一般包括一个碎石底层，在其上部可以铺垫三或四层不同级别的沥青。沥青层可以有2至20cm厚，因而最终的交通支承结构是一复合或层压的、包括多层的结构。在将一磁性制品铺垫于一交通支承面下方的一种较佳实施方法中，磁性制品是以一连续条带的形式敷设于交通支承结构的倒数第二层的所需位置上，这样就使交通支承面的最后一层覆盖倒数第二层及磁性制品。于是，磁性制品就被铺垫到交通支承面的下方，以防止交通事故，并且足够接近交通支承面的最终表面，从而能被一车辆上的传感器检测到。虽然最好是将磁性制品铺垫在多层交通支承面的只有一层的下方，但是该制品也可以位于交通支承结构内的任何深度，交通支承结构的任何数量的层之下，只要传感器能接收来自制品的磁信号即可。
通过为交通支承结构提供一基础(在文中将其定义为交通支承面层下方的任何构件)，就可以将磁性制品铺垫在一交通支承面的下方，使制品位于所述基础之上或上方，然后再敷设例如波特兰混凝土(众所周知的混凝土)之类的铺路材料覆盖所述制品和基础。这样，就可以使制品悬浮在交通支承结构内，而不是完全位于其下方(虽然这也是可能的)。通过在一现有的砾石道路内犁出一沟槽并将磁性制品放在交通支承结构的最终表面下方，或者是在敷设交通支承结构的最终层之前将磁性制品安装在一新的砾石路面的下层，就可以将磁性制品铺垫到一砾石道路的下方。
在另一个实施例中，可采用路砖作为交通支承结构的材料，并将其放在制备好的底层上。
可用手或借助机器将根据本发明的连续的磁性制品敷设于交通支承结构。该机器可以在一铺路机的前方运行，或者是安装在铺路机的前端，这样就可以在敷设交通支承结构的最终的一个或多个层之前，同时将该连续的磁性制品敷设于交通支承结构。
本发明的磁性制品可以用很多种设备中，例如手推式分配器、“车后”型分配器、“车内安装”型分配器中的任一种来安装而成为一交通支承结构的一部分。例如美国专利4,030,958就揭示了一种用来将背粘合形式的本发明的制品敷设到一表面上的车后型分配器，而美国专利4,623,280揭示了一种手工条带敷设器。
在将该适型磁性制品敷设于所需表面之后，敷设另一层交通支承结构材料，以便使所述制品被铺垫于交通支承结构的顶面下方。
本发明的适型磁性制品可以铺垫在任何深度。
还可以采用另一些方法来安装本发明的制品，例如简单的人工时间，或者是如上所述的机械紧固。移动对象引导系统本发明还提供了一种引导道路上、仓库等场合中的移动对象的系统。本发明系统的最主要组件是铺垫在本发明的一交通支承面下方的适型磁性制品、以及一个用来检测来自所述制品的磁场的系统。一通常的传感系统包括一传感器装置和一引导装置。图6中示出了一个适用于引导一人工驾驶车辆的横向位置指示系统。
本发明的磁性制品还是无源的(unpowered)，即无需一外界能源来发送或接收一信号。在这一方面，本发明区别于那些有源的埋设制品，例如用来确定一道路上的车辆是否停在一交叉点上，诸如一红灯处的制品。这种类型的埋设传感器与本发明的进一步区别在于，前者需要电源，而后者是一种无源的磁场源。本发明的无源磁性制品只需要较少的安装时间和较低的维修费用，工作时无需任何花费，并且可用于不能可靠获得能量供给的较远的场所。因此，本发明的这种无源磁性制品可以提供多种优于传统埋设式有源制品的优点。传感器已有大量的传感器和变换器可将本发明制品的磁信号转变成适合进一步处理的电信号。这些传感器的例子包括磁通门磁强计(flux-gatemagnetometer)、霍尔效应传感器、固态磁致电阻(MR)传感器。
需要将引导信号与钢筋或其他车辆等产生的磁“噪音”区分开是一个潜在的问题。如果本发明的制品是以有规则交变的方式或某些“独特”的方式磁化的话，则磁信号将是周期性的，其频率与车辆的速度成正比。然后，可用现代的信号处理技术将已知频率的信号从噪音中分出。
传感器是安装在适于测量由本发明的铺垫条带所产生的磁场的位置上。
连接在车辆上的磁传感器可以用于测量一个、两个或全部三个方向上的磁场。来自一个传感器、两个或三个场分量的数字组合的信号可用来计算与车辆相对于本发明制品的横向距离相关的信号。
通过使条带以一个更为复杂的方式磁化，就可以对附加的信息偏码。例如，可将关于道路内的一突发曲线(upcoming curve)的方向和半径的信息或者是关于上坡或下坡斜度的信息用于车辆的横向位置和速度的向前进给控制。作为车辆导向系统的一部分，可以给出位置代码。指示设备较佳的指示设备包括至少一个喇叭、测量仪表、信号笛、电震、液晶显示器(LCD)、阴极射线管(CRT)、光及它们的组合等。在特定的情况下可能需要一种或多种指示设备。引导装置可采用一电子控制装置作为本发明的引导装置。
7.实例下面将结合下列实例进一步阐述本发明的制品和系统，其中所有的份数和百分比都是按重量计算，除非另加说明。
在各实例中使用下列材料。
实施例1通过在一个Banbury型的内搅拌机对下列组份进行完全的混合来制造根据本发明的适型磁性制品。
当混合物的温度达到146℃时，混合物从搅拌机内落到一双辊橡胶碾压机上。材料被橡胶碾压机压片并离开，通过一双辊轧机而获得一厚度约为1.4mm的片材。
采用美国专利5,227,221(第2栏，第47-65行)的描述的工艺，在该片材上制作凸起，从而提供一个在其主表面上有多个凸起的适型磁性片材。这种浮凸片材在各凸起之间的凹谷处的厚度是大约0.5mm，而在凸起处的厚度是大约1.6mm。采用美国专利5,227,221中描述的工艺，在该浮凸片材的各凸起的顶部和侧部敷设液态的、不连续的颗粒粘结材料层。该颗粒粘接材料与美国专利5,227,221(第4栏，第20-39行)所描述的聚氨酯珠粘体是一样的，只是其颜料弥散体是用下列组份制作的
粒粘结材料。如美国专利5,227,221所述，使片材在一温度约为175℃的烘箱内停留大约10分钟，就可以使液态的颗粒粘结材料凝固。
在片材的底面上层压一厚度约为125毫米的的橡胶树脂压敏粘合剂层。该片材具有一种适型道路标志带的手感，并且非常类似于可从明尼苏达州圣保罗市的3M公司购得的STAMARKTM380系列的道路标志带和STAMARKTM385系列的非反光连接覆盖条带。该片材看起来类似于STAMARKTM380，只是各凸起之间的非颗粒涂覆区域是棕紫色的，不是黑色的。实例2该实例的样品是如实例1所述的那样来制备的，只是省略了颗粒粘结材料的涂层和防滑颗粒。该样品具有类似于实例1的手感。该样品适于铺垫在一路面材料层的下方。实例3该实例的样品是以实例2的方式来制备的，只是轧制后的片材没有设置凸起。该样品具有类似于美国专利4,490,432所揭示的适型片材的手感。该样品适于铺垫在一路面材料层的下方。实例4让实例1的片材通过一永磁铁组件的两磁极之间而使其磁化。磁场强度是大约10,000高斯(1特斯拉)，并且最终获得的片材的永磁强度是大约每立方厘米120电磁单位(120千安培/米)。实例5让实例1的片材通过一电磁铁组件的两磁极之间而使其磁化。磁场强度是大约10,000高斯(1特斯拉)，并且最终获得的片材的永磁强度是大约每立方厘米120电磁单位(120千安培/米)。一长度解码器可测量在电磁铁之间通过的带材长度。当带材在两磁极之间通过一通常为0.9至3.0之间的固定长度，那么电流就自动的反向，致使条带的磁化方向也反向。
该实例的片材的磁场强度是在片材的顶面附近测量的，其结果如下表所示
实例6可以在实例1所采用的生产制品的步骤之后，借助一个在片材上冲压出完全穿过片材的孔阵列的步骤，而获得另一种磁性片材。所述孔应该是足够大的，其直径较佳的是5mm或更大，更佳的是8mm或更大，以便让铺路材料流过片材后与下方的道路基础解除并粘结。该制品可以用实例4和5所采用的后续工艺来实现磁化。实例7在一路床的砾石层上敷设一层沥青铺路复合料，并加以夯实。将根据实例6制备的一卷片材敷设到沥青层的顶面上(这时沥青还是热的，其温度约为65至95℃)，让一个人在该片材上行走，使之夯实在位。测得该片材的宽度是10.2cm，长度是55m。该片材的磁化方式是，N极和S极交替向上，每隔2.13m变换一次磁场方向。将一层沥青水泥混凝土铺路材料铺设到磁性条带和路基上，从而获得一个铺垫的、本发明的适型磁性产品。沥青层大约有4cm厚，铺设材料的温度大约是12℃。
由条带发出的磁场可以透过沥青层被一个简单的指南针、或可枢转的磁棒、或其它各种类型的磁测量仪检测到。借助购自佛罗里达州奥兰多市的F.W.Bell有限公司的4048型手持数字式高斯/特斯拉测量仪，就可以去定受到地球磁场影响的净磁场强度，其在条带中线上方的测量值是6高斯(600微特斯拉)。实例8将实例7的磁性条带安装到路面下方，条带的纵向大致在东/西方向和南/北方向上延伸。在路面上方30.5cm，横向距离为4cm至1.2cm的范围内，并同时沿磁性条带的纵向移动的条件下，对这一铺垫的磁性条带的磁场强度进行测量。沿向东方向移动的速度是大约1.07m/s。周围空气的温度是大约24℃，路面温度大约是35℃。
在图8中示出了一个从X、Y和Z方向、并同时在条带南面横向距离0.6m处移动而测得的代表性数据的曲线图。X方向是移动方向(向东)。Y方向垂直于条带(向北)。Z方向是垂直的高度方向(向上)。
磁场强度的大小可以通过在4cm至1.2m横向距离的范围内的若干次测量中的每一次所获得的数据估算出来，即，测量各波形峰顶之间的距离并除以2，从而计算出在每一距离上测量的每一方向X、Y和Z的磁极变换。测得的数据如下表所示。
在一年的周期内的其它磁场强度读数是采用一高斯测量仪读取的。其结果及肉眼观察情况如下所述。1995年8月17日在覆盖一4cm厚的最终的沥青顶面层之前，利用一F.W.Bell高斯测量仪进行测量读数。测量是在表面上方2.5cm处，条带正上方，离开磁场临界点(transitions)，并垂直于条带或垂直于磁场。表面温度大约是95℃。平均读数是7高斯(±10％)。1995年8月18日在铺设了最后的顶面层之后，在路面上方2.5cm处进行测量。表面温度是大约20℃。测量读数来自于东-西和南-北方向的条带。平均读数是3.2高斯(±10％)。肉眼观察结果没有超出正常范围。1995年8月30日表面温度是大约20℃。测量读数来自于东-西和南-北方向的条带。平均读数是3.8高斯。肉眼观察结果在铺垫了所述条带的表面内没有引人注意的缺陷。1996年9月16日表面温度是大约20℃。测量读数来自于东-西和南-北方向的条带。平均读数是3.8高斯。肉眼观察的结果沥青开裂，但不是沿着铺垫了条带的表面；在一种情况下，沥青是沿着垂直于铺垫了条带的表面的方向开裂的。实例9在1996年6月，将实例4的片材铺垫在一道路的交通支承面内。所述条带是利用来自3M公司的MHTA-1型公路条带铺设器而铺设在第三层沥青的上方(表面温度111°F(44℃))。然后，用一个带有200磅(90.8kg)重块(购自3M公司)的RTC-2型辊-捣推车将条带捣实到位。然后，敷设一油粘层并使之“干化”。接着，将一最终的沥青层(大约4cm后)敷设到该条带上。
每一条带都有0.75英里(1.2公里)。测量是利用一高斯测量仪在沥青顶面层上方大约2.5cm处进行的，当表面温度是大约95℃时的测量值是2.9高斯。
大约三个月之后，道路上没有明显的损坏。
本技术领域的数量人员在不偏离本发明精神和实质的前提下还可以作出种种改动和变型，但是应该理解，本发明并不限于所述的各实施例。
权利要求
1.一种用于铺垫在一交通支承面下方以向在该交通支承面上移动的一传感器发送磁信号的适型磁性制品，所述磁性制品包括至少一个适型磁性层，该磁性层包括一粘结料和足够数量的磁性颗粒，这些磁性颗粒分散在所述粘结料内，以便提供一个可穿过一交通支承结构传送至一传感器的磁信号。
2.如权利要求1所述的磁性制品，其特征在于，所述适型层具有一原始的样品长度，当将其粘结到一基体表面之前对其进行测试时，该样品在被一次拉伸至其原始长度的115％之后，显示出至少25％的非弹性变形。
3.如权利要求1所述的磁性制品，其特征在于，所述制品大致是非弹性的。
4.如权利要求1所述的磁性制品，其特征在于，所述制品沿其长度方向设有穿孔。
5.如权利要求1所述的磁性制品，其特征在于，所述制品沿其长度方向包括若干个极性交替变化的段。
6.如权利要求1所述的磁性制品，其特征在于，所述制品还包括敷设于所述制品的一个主表面上的一层压敏粘合剂。
7.一种用于引导在一交通支承结构上行驶的车辆或移动物体的系统，包括(a)一种用于铺垫在一交通支承面下方以向在该交通支承面上移动的一传感器发送磁信号的适型磁性制品，所述磁性制品包括至少一个适型磁性层，该磁性层包括一粘结料和足够数量的磁性颗粒，这些磁性颗粒分散在所述粘结料内，以便提供一个可穿过一交通支承结构传送至一传感器的磁信号；(b)一用于在所述交通支承面上通过的传感器，所述传感器包括用于检测穿过所述交通支承结构而来的磁信号的装置。
8.如权利要求7所述的系统，其特征在于，所述适型层具有一原始的样品长度，当将其粘结到一基体表面之前对其进行测试时，该样品在被一次拉伸至其原始长度的115％之后，显示出至少25％的非弹性变形。
9.如权利要求7所述的系统，其特征在于，所述制品大致是非弹性的。
10.如权利要求7所述的系统，其特征在于，所述制品沿其长度方向设有穿孔。
11.如权利要求7所述的系统，其特征在于，所述制品沿其长度方向包括若干个极性交替变化的段。
12.如权利要求7所述的系统，其特征在于，所述传感器是安装在适于在所述交通支承面上行驶的一车辆上。
13.如权利要求7所述的磁性制品，其特征在于，所述制品还包括敷设于所述制品的一个主表面上的一层压敏粘合剂。
14.一种用于引导在一交通支承结构上行驶的车辆或移动物体的系统，包括(a)一交通支承结构，它包括至少两层材料；(b)一铺设在所述交通支承面下方并介于所述两层之间的适型磁性制品，所述制品适于向在交通支承面上移动的传感器发送磁信号，所述磁性制品包括至少一个适型磁性层，该磁性层包括一粘结料和足够数量的磁性颗粒，这些磁性颗粒分散在所述粘结料内，以便提供一个可穿过一交通支承结构的磁信号；(c)一用于在所述交通支承面上通过的传感器，所述传感器包括用于检测穿过所述交通支承结构而来的磁信号的装置。
15.如权利要求14所述的系统，其特征在于，所述适型层具有一原始的样品长度，当将其粘结到一基体表面之前对其进行测试时，该样品在被一次拉伸至其原始长度的115％之后，显示出至少25％的非弹性变形。
16.如权利要求14所述的系统，其特征在于，所述制品大致是非弹性的。
17.如权利要求14所述的系统，其特征在于，所述制品沿其长度方向设有穿孔。
18.如权利要求14所述的系统，其特征在于，所述制品沿其长度方向包括若干个极性交替变化的段。
19.如权利要求14所述的系统，其特征在于，所述传感器是安装在适于在所述交通支承面上行驶的一车辆上。
20.如权利要求14所述的系统，其特征在于，所述交通支承结构包括沥青水泥混凝土，所述两层是所述交通支承结构的最外面的两层。
21.如权利要求14所述的系统，其特征在于，所述制品还包括敷设于所述制品的一个主表面上的一层压敏粘合剂。
22.一种为现有的交通支承结构提供一引导系统的方法，该方法包括如下步骤(a)从所述交通支承结构上去除一定数量的材料，以提供一凹部；(b)将一适于给在所述交通支承面上移动的传感器发送一磁信号的适型磁性制品安置到所述凹部内，所述磁性制品包括至少一个适型磁性层，该磁性层包括一粘结料和足够数量的磁性颗粒，这些磁性颗粒分散在所述粘结料内，以便提供一个可穿过一交通支承结构的磁信号；(c)在所述凹部内放入足够数量的材料，以使所述磁性制品完全处于所述材料内。
23.如权利要求22所述的方法，其特征在于，所述制品还包括敷设于所述制品的一个主表面上的一层压敏粘合剂。
24.如权利要求22所述的方法，其特征在于，所述磁性制品是在步骤(c)之前借助至少一个机械紧固件而固定在所述凹部内的。
25.一种为现有的交通支承结构提供一引导系统的方法，该方法包括如下步骤(a)提供一交通支承结构基础；(b)提供一适于给在所述交通支承面上移动的传感器发送一磁信号的适型磁性制品，所述磁性制品包括至少一个适型磁性层，该磁性层包括一粘结料和足够数量的磁性颗粒，这些磁性颗粒分散在所述粘结料内，以便提供一个可穿过一交通支承结构的磁信号；(c)将所述磁性制品定位在所述交通支承结构基础的一部分的之上或上方的某一位置；以及(d)在所述磁性制品上敷设一交通支承结构材料，并使其覆盖所述交通支承结构基础。
26.如权利要求25所述的方法，其特征在于，所述交通支承结构材料是从由沥青水泥混凝土、波特兰水泥和砾石所构成的组中加以选择的。
27.如权利要求25所述的方法，其特征在于，所述制品还包括敷设于所述制品的一个主表面上的一层压敏粘合剂。
28.如权利要求25所述的方法，其特征在于，所述磁性制品是在步骤(d)之前借助至少一个机械紧固件而固定于所述交通支承结构的。
全文摘要
本发明提供了一种用于铺垫在一交通支承面下方以向在该交通支承面上移动的一传感器发送磁信号的适型磁性制品(300)。该磁性制品包括至少一个适型磁性层(2),该磁性层包括一粘结料和足够数量的磁性颗粒,这些磁性颗粒分散在所述粘结料内,以便提供一个可穿过一交通支承结构传送至一传感器的磁信号。
文档编号E01F9/04GK1200158SQ96197651
公开日1998年11月25日 申请日期1996年10月11日 优先权日1995年10月18日
发明者G·W·克拉克, T·J·达林, R·E·费林, B·A·冈萨雷斯, D·M·霍普斯托克, G·F·雅各布斯, R·L·基奇 申请人:美国3M公司