通過式金屬探測系統的製作方法
2023-07-23 15:27:36
專利名稱：通過式金屬探測系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種金屬探測系統，特別涉及一種智能型通過式金屬探測系統。
背景技術：
通過式金屬檢測系統的主要功能是精確地檢測隱藏的違禁金屬物體(例如個別人身上攜帶的槍械和刀具)。近年來，通過式金屬檢測系統已廣泛使用於機場、學校、法院、體育館、火車站、客運站等公共場所，在安全檢查過程中，通過式金屬檢測系統成為必需使用的設備。
對於檢測違禁金屬物體，現有的通過式檢測系統的運作至少有四個缺陷第一，在通過式檢測系統中，原有的由發射-接收線圈所生成的檢測磁場存在工作盲點，當人員攜帶違禁金屬物體通過這些盲點時檢測系統無法檢測到，而提高檢測器在工作盲點的靈敏度，會使得檢測器在正常的響應區域過於靈敏，從而引發不必要的警報；第二，金屬檢測系統不能夠區分同時通過通道的多處較小的許可金屬物體的和單個較大的違禁金屬物體，此缺點造成的錯誤報警最多，這需安全人員進行費時的搜查，增加了工作量；第三，金屬檢測器的原有電子系統不能夠區分細小的非鐵磁性金屬物質，以致一些用非鐵磁性金屬材料作成的爆炸物或更隱秘的武器則不能被發現；第四，以前的金屬檢測器抗幹擾能力很差，易受環境的幹擾，兩臺或多臺設備之間相互幹擾，使得設備無法正常工作。
因此，提供具備克服以上缺陷的通過式金屬檢測系統實為必須。
發明內容為了解決現有技術的通過式金屬檢測器檢測磁場分布不均的技術問題，本發明提供了一種檢測磁場分布均勻的通過式金屬探測系統。此外，本發明還進一步解決了現有技術的通過式金屬檢測器不能準確區別多個細小金屬物體和較大金屬，不能區分細小的非鐵磁性金屬物質以及抗電磁幹擾能力差等技術問題。
本發明解決現有技術的通過式金屬檢測器檢測磁場分布不均的技術問題所採用的技術方案是提供一種通過式金屬探測系統，該系統包括信號處理電路、中央處理器、振蕩電路以及線圈組，該線圈組包括通道兩側對稱分布的發射線圈和接收線圈。
根據本發明一優選實施例，通道兩側鏡像對稱分布的發射線圈在其中點處分為第一發射線圈和第二發射線圈，且均由振蕩電路同步驅動。
根據本發明一優選實施例，通道兩側對稱分布的接收線圈各由8組線圈組成。
根據本發明一優選實施例，線圈組還包括與發射線圈、接收線圈同軸共面排列的調零環路。
根據本發明一優選實施例，在發射線圈和接收線圈的兩邊還設置接地的屏蔽層。
根據本發明一優選實施例，接收線圈排列成「8」字型的差動線圈。
根據本發明一優選實施例，探測系統進一步包括與中央處理器相連接的可編程邏輯處理器，為所述振蕩電路提供變頻信號。
根據本發明一優選實施例，可編程邏輯處理器和振蕩電路產生正交檢波用的頻率f1的0度、90度，和頻率f2的0度、90度的雙頻正交信號。
根據本發明一優選實施例，信號處理電路是雙頻的，並且包括自動歸零電路，用以排除溫度漂移和小的電磁幹擾。
根據本發明一優選實施例，中央處理器採用數位訊號處理技術處理來自信號處理電路的信號。
根據本發明一優選實施例，振蕩電路是雙頻振蕩電路。
根據本發明一優選實施例，振蕩電路採用零位隔離技術消除雙頻振蕩電路之間的影響。
根據本發明一優選實施例，通過式金屬探測系統還包括用於調節控制參數及遠程監控的通訊裝置。
根據本發明一優選實施例，通過式金屬探測系統還包括紅外線檢測裝置。
根據本發明一優選實施例，通過式金屬探測系統的供電電路採用二次電源技術。
通過採用上述結構，本發明的通過式金屬探測系統設置了通道兩側鏡像對稱的發射線圈和接收線圈，並且由於發射線圈在其中點處分為第一發射線圈和第二發射線圈，由於第一和第二發射線圈之間的互耦作用，產生了均勻的磁場；由於雙頻信號處理電路的設置、調零環路的設置以及屏蔽層的設置，加強了金屬檢測系統的抗幹擾能力；由於接收線圈排列成「8」字型的差動線圈，可以準確地辨別金屬物體。
圖1是本發明通過式金屬檢測系統一實施例的系統框圖。
圖2是本發明通過式金屬檢測系統一實施例的示意框圖。
圖3是圖2所示的線圈組的線圈的結構示意圖。
圖4是本發明通過式金屬檢測系統的可編程邏輯處理器的示意框圖。
圖5是利用圖4的可編程邏輯處理器實現相位和頻率可調的振蕩信號的示意圖。
圖6是本發明通過式金屬檢測系統的振蕩電路的內部結構示意框圖。
圖7a是鐵磁性金屬物通過本發明系統時電壓的電阻分量和電壓的電抗分量的向量圖。
圖7b是非鐵磁性金屬物通過本發明系統時電壓的電阻分量和電壓的電抗分量的向量圖。
圖8是本發明通過式金屬檢測系統的信號處理電路的示意圖。
圖9是本發明通過式金屬檢測系統的供電電路示意圖。
具體實施方式下面結合附圖和實施例對本發明進行詳細說明。
請參考圖1和圖2，分別是本發明通過式金屬檢測系統一實施例的系統框圖和示意框圖。通過式金屬檢測系統包括中央處理器I1，輸出端與中央處理器I1的輸入端連接的信號處理電路I5，輸入端與中央處理器I1的輸出端連接的可編程邏輯處理器I2，輸入端與可編程邏輯處理器I2的輸出端連接的振蕩電路I3，以及輸入端與振蕩電路I3的輸出端連接的線圈組I4。此外，檢測系統中還包括顯示模塊以提供多種語言的顯示，形成人機對話界面，輕易地完成在現場的各種參數的調整；和外部設備進行通訊的裝置I6，例如符合485通訊的協議，以完成與上位機之間的遠程監控和參數修改；紅外檢測裝置I8作用是統計通過的人數以及控制金屬檢測系統工作的速度，當有人通過時金屬檢測系統處於高速的工作狀態，當沒有人通過時處於較低的工作狀態。
請參考圖3，是圖2所示的線圈組的線圈的結構示意圖。線圈組I4包括通道兩側鏡像對稱的發射線圈TTL、TTR和多個接收線圈THL、THR。發射線圈TTL、TTR的中點與振蕩電路I3(圖未示)的輸出端連接並由其同步激勵以生成一個交變的磁場。由於發射線圈TTL、TTR之間的互耦作用，生成了具有相當均勻垂直場密度的磁場，磁場集中在通道內。由於具有均勻的垂直磁場，可以進行精確的金屬物體檢測，無論其在通道內的相對位置。接收線圈THL、THR關於通道對稱，每側包括8組線圈，且各線圈均與信號處理電路I5中對應的埠相連。各接收線圈THL、THR均排列成「8」字型的差動線圈。並且，在各接收線圈中還設置與線圈同軸排列的調零環路D。此外，在發射線圈TTL、TTR和接收線圈THL、THR的兩邊各加一層接地的屏蔽層抑制主要的磁場幹擾和無線電頻率幹擾。通過協同擺放調零環路D接收線圈THR，THL和發射線圈TTR，TTL，使接收線圈THR，THL的靈敏度得到了增強。通過適當的調零，可以產生相當均勻的磁場。當沒有金屬物通過時連接成差動的接收線圈THR，THL沒有電壓輸出處於平衡狀態，當有人攜帶金屬違禁物通過通道時對應的差動的線圈微微失恆，對應接收線圈THR，THL感應出微弱的電壓。微弱的電壓連接到信號處理電路的I5進行信號處理。通過這樣的多分區結構能區分單個的大金屬物料和多個允許金屬物料的組合。
現在請參考圖4和圖5，其中，圖4是本發明通過式金屬檢測系統的可編程邏輯處理器的內部結構示意框圖，圖5是利用圖4的可編程邏輯處理器實現相位和頻率可調的振蕩信號的示意框圖。如圖所示，可編程邏輯處理器I2根據中央處理器I1所給的頻率控制字確定對外部輸入的時鐘信號的分頻係數，由方波發生器一以及方波發生器二產生所需要的振蕩信號的二倍頻信號，再由二分頻器分頻產生三路信號，一路作為參考信號，由振蕩迴路轉換成正弦信號，一路為與參考信號同頻同相的信號，還有一路為與參考信號相差90度的信號。此外，可編程邏輯處理器I2判別中央處理器I1的控制字是否是相位控制字，如果是相位控制字，則參考信號與0度90度信號不同時輸出，它們的時間間隔由中央處理器I1設定，從而實現了相位的調節。因而，可編程邏輯處理器I2可在中央處理器I1的控制下可輸出正交檢波用的頻率f1的0度，90度，和頻率f2的0度，90度的時序方波信號，即CLOCK0，CLOCK90，CLOCK180，CLOCK270。信號f1和f2是輸出可變的，優選為f1小於6KHz，f2大於6KHz。f1和f2輸入到振蕩電路I3並作用於上述的發射線圈TTR、TTL上產生均勻分布的交變磁場。
現在請參考圖6，是本發明通過式金屬檢測系統的振蕩電路的內部結構示意框圖。振蕩電路I3是雙頻的，將由可編程邏輯處理器I2產生的兩方波信號分別進行驅動並連接到振蕩電路上，產生兩個不同頻率的正弦波。為了防止高、低頻振蕩電路互相影響，在電路中採用零位隔離技術。
現在請參考圖8，是本發明通過式金屬檢測系統的信號處理電路的示意圖。如圖所示，信號處理電路I5是8路處理信號電路。連接成差動的接收線圈THL、THR的輸出信號分別連接到放大器U1和U15上進行差動放大，再分別經過低通濾波器U14，U13，U17，U18進行低通濾波。然後，分別連接到正交檢波器U8進行正交檢波器，在正交檢波時，對雙頻接收信號分別進行0°和90°檢波，然後將0°、90°檢波信號反相相加，分別得到接收信號的電阻分量和電抗分量檢波信號。根據電磁場理論，鐵磁性金屬主要產生磁效應，同時又有渦流效應，因此，電抗分量的增加或減少是區分鐵磁性金屬目標與非鐵磁性金屬目標的依據。電阻分量和電抗分量檢波信號(鐵磁性金屬物和非鐵磁性金屬物通過時電壓的電阻分量和電抗分量的向量圖分別如圖7a和圖7b所示)再經過差分運算器U6，U9進行差分運算得到電壓值ΔXab、ΔYab。ΔXab經過低通濾波器U3，U2(1)濾波，積分運算器U2(2)積分運算，放大器U12(1)放大輸出到中央處理器I1。同理，ΔYab經過低通濾波器U5，U4(1)濾波，積分運算器U4(2)積分運算，放大器U12(2)放大也輸出到中央處理器I1。中央處理器I1採用數字處理技術，經過在中央處理器I1中的AD轉換，分別得到通過檢測通道的物體的金屬及非金屬含量的大小，並得到檢測物體的電壓關係曲線，將檢測到的電壓值與預設的閾值進行比較。如果電壓值大於預設的閾值，中央處理器I1啟動報警電路報警。信號處理電路I5還包括自動歸零電路。自動歸零電路由U9(2)，U6(1)，U10及控制信號25HZ組成。自動歸零電路的設置使整個檢測系統處於連續的工作狀態，並且排除了溫度的漂移和小的電磁幹擾。另外，還設置了由KLOCK控制的開機快速歸零功能，以便在開機時中央處理器I1快速檢測各通道的無線電幹擾信號，實現自動調節和平衡使得整個系統正常工作，實現快速的連續檢測。
此外，如圖9所示，本發明通過式金屬檢測系統的供電電路還採用了二次電源技術。輸入電源經過電源濾波器IC4濾波能夠把外部雜波幹擾隔離，隔離後的電源經過變壓器變壓，再連接到IC8進行整流、濾波得到24V的直流電壓，這一電壓經過開關電源IC5的二次處理，再經過穩壓電路穩壓，分別得到，-15V，+15V，+5V，+3.3V的無雜波的直流電壓。由E2，E3，RE，DZ，IC7組成的I10V和220V交流電壓自動切換電路，以滿足不同國家的電源要求。
在上述實施例中，僅對本發明進行了示範性描述，但是本領域技術人員在不脫離本發明所保護的範圍和精神的情況下，可根據不同的實際需要設計出各種實施方式。
權利要求
1.一種通過式金屬探測系統，包括信號處理電路(I5)、中央處理器(I1)、振蕩電路(I3)以及線圈組(I4)，其特徵在於所述線圈組包括通道兩側對稱分布的發射線圈(TTR、TTL)和接收線圈(THR、THL)。
2.根據權利要求1所述的通過式金屬探測系統，其特徵在於所述通道兩側鏡像對稱的發射線圈在其中點處分為第一發射線圈和第二發射線圈，且均由所述振蕩電路同步驅動。
3.根據權利要求2所述的通過式金屬探測系統，其特徵在於所述通道兩側對稱分布的接收線圈各由8組線圈組成。
4.根據權利要求3所述的通過式金屬探測系統，其特徵在於所述線圈組(I4)還包括與所述發射線圈、所述接收線圈同軸共面排列的調零環路(D)。
5.根據權利要求4所述的通過式金屬探測系統，其特徵在於在所述發射線圈(TTR、TTL)和所述接收線圈(THR、THL)的兩邊還設置接地的屏蔽層。
6.根據權利要求5所述的通過式金屬探測系統，其特徵在於所述接收線圈排列成「8」字型的差動線圈。
7.根據權利要求1所述的通過式金屬探測系統，其特徵在於所述探測系統進一步包括與所述中央處理器(I1)相連接的可編程邏輯處理器(I2)，為所述振蕩電路提供變頻信號。
8.根據權利要求7所述的通過式金屬探測系統，其特徵在於所述可編程邏輯處理器和振蕩電路產生正交檢波用的頻率f1的0度、90度，和頻率f2的0度、90度的雙頻正交信號。
9.根據權利要求1所述的通過式金屬探測系統，其特徵在於所述發射振蕩電路(I3)是雙頻疊加零位隔離電路。
10.根據權利要求1所述的通過式金屬探測系統，其特徵在於所述接收電路是採用自動歸零電路，連續接收處理的工作方式。
11.根據權利要求1所述的通過式金屬探測系統，其特徵在於所述中央處理器採用數位訊號處理技術處理來自所述信號處理電路的信號。
12.根據權利要求1至10項中任何一項所述的通過式金屬探測系統，其特徵在於所述金屬探測系統還包括用於調節控制參數及遠程監控的通訊裝置(I6)。
13.根據權利要求1至10項中任何一項所述的通過式金屬探測系統，其特徵在於所述金屬探測系統還包括紅外線檢測裝置(I8)。
14.根據權利要求1所述的通過式金屬探測系統，其特徵在於所述通過式金屬探測系統的供電電路採用二次電源技術。
全文摘要
本發明涉及一種通過式金屬探測系統。此探測系統包括信號處理電路、中央處理器、振蕩電路以及線圈組，線圈組包括通道兩側對稱的發射線圈和接收線圈。通過採用本發明的通過式金屬檢測系統，檢測系統將具有更均勻的檢測磁場和具有抗電磁幹擾的能力，能夠確定所攜帶的引發警報的金屬物體的大致位置以及能夠區分細小的非鐵磁性金屬物質。
文檔編號G01V3/11GK1834690SQ20061006024
公開日2006年9月20日 申請日期2006年4月12日 優先權日2006年4月12日
發明者郭有軍 申請人:郭有軍