一種隱藏金屬物品的探測裝置和方法
2023-05-22 13:23:01 1
專利名稱：一種隱藏金屬物品的探測裝置和方法
技術領域：
本發明涉及一種安全探測裝置和方法，尤其涉及一種可區分金屬材質和金屬 量大小的隱藏危險物品的探測裝置和方法。
背景技術：
目前在機場等重要場所的對人的安全檢查，主要是通過式安檢門和手持式金 屬探測器對人進行全身檢查，這兩種方式的組合在很多場合都可以滿足要求，但這 裡其中的漏洞就是鞋子。安檢門由於探測原因無法檢查鞋子區域，而鞋子內部本 身就有金屬，用手持式金屬探測器檢査，虛警太多。因此在安全級別較高的場合， 往往需要進行脫鞋檢查，這種檢查方式費時費力，大大增加了工作人員的工作量， 同時增加了被測人員的牴觸情緒。
發明內容
本發明的目的在於解決上述問題，提供了一種隱藏金屬物品的探測裝置，能 方便快捷的測出隱藏金屬的金屬材質和金屬量，並據此判斷是否有攜帶危險物品的 可能。
本發明的另一目的在於提供了一種隱藏金屬物品的探測方法，能方便快捷的 測出隱藏金屬的金屬材質和金屬量，並據此判斷是否有攜帶危險物品的可能。
本發明的技術方案為本發明揭示了一種隱藏金屬物品的探測裝置，包括
金屬感應傳感器，包括
帶有發射線圈的發射驅動電路，在該發射線圈上產生交變的電磁場； 帶有接收線圈的接收電路，其中該接收電路在其中一個接收線圈上感應
出相應的電動勢yl二Alcos (wt)，在另一個接收線圈上感應出相應的電動勢y2 =A2cos (wt)，當藏有金屬物品時信號yl變成yl，^AlKlcos (wt+q0)，其中 Al、 A2代表信號幅度，w代表信號頻率，Kl代表金屬量的信息，q0代表金屬材質的信息；
信號分析模塊，包括
移相電路，連接在該接收電路的輸出端，使信號y2經移相處理後變為 y3=A3cos (wt+ql)，其中A3代表信號幅度，與A2成正比關係，ql是信號y3 相對yl的相位差，在該移相電路中是已知的；
檢波電路，接收信號yl，和信號y3，將兩者相乘得到信號y4，其中y4= yl,Xy3 = 0.5AlKlA3[cos(qO—ql)+cos(2wt+qO + ql)];
信號濾波電路，接收信號y4，經過低通濾波後輸出低頻分量y5，其中 y5 = 0.5AlKlA3cos(qO — ql);
減法器，接收信號y5和靜態金屬信號，輸出兩者之差，其中該靜態金屬 信號是環境對裝置影響所產生的低頻分量值；
模數轉換器，接收減法器的輸出，將其轉換成數位訊號；
微控制器，連接該模數轉換器，微控制器從模數轉換器的輸出中判斷對 應的金屬材質和金屬量，將該金屬量和預設的金屬量比較，若差異超出一設定值做 出一判斷信號；
時序控制電路，連接該發射驅動電路、該接收電路和該檢波電路，控制 三者的同步動作。
上述的隱藏金屬物品探測裝置，其中，該裝置還包括 人機互動模塊，包括
人機互動接口；
嵌入式計算機，根據該微控制器輸出的判斷信號操作人機互動接口以警 示用戶或者接收用戶的輸入進行控制。
上述的隱藏金屬物品探測裝置，其中，該人機互動接口包括液晶顯示裝置和喇叭。
上述的隱藏金屬物品探測裝置，其中，在裝置的磁路和電路上加上磁屏蔽層 以進行隔離，以降低環境中的金屬對線圈的影響。
上述的隱藏金屬物品探測裝置，其中，該探測裝置還包括 紅外傳感器，判斷是否有被探測目標。
本發明另外揭示了一種隱藏金屬物品的探測方法，包括(1) 通過發射線圈產生交變的電磁場；
(2) 通過接收線圈感應出相應的電動勢，在其中一個接收線圈上感應出的電 動勢為yl=Alcos(wt)，另一個接收線圈上感應出的電動勢為y2=A2cos(wt)，當 人體上有藏有金屬物品時信號yl變成yl，二AlKlcos(wt+qO)，其中Al、 A2代表信 號幅度，w代表信號頻率，Kl代表金屬量的信息，qO代表金屬材質的信息；
(3) 將信號y2移相處理後變成y3二A3cos(wt+ql)，其中A3代表信號幅度， 與A2成正比關係，ql是信號y3相對yl的相位差，在移相處理中是已知的；
(4) 對信號yl'與信號y3進行檢波處理，即將兩者相乘後得到信號y4，其 中y4 = yl， X y3 = 0. 5A1K1A3 [cos (q0-ql)十cos (2wt+q0+ql)];
(5) 對信號y4進行低通濾波後得到低頻分量y5，其中y5 = 0. 5AlKlA3cos(q0-ql);
(6) 從低頻分量y5中減去靜態金屬信號，其中靜態金屬信號是環境金屬產 生的低頻分量值；
(7) 對上一步中的差值模數轉換成數位訊號；
(8) 從數位訊號中判斷出隱藏的金屬物品所對應的金屬材質和金屬量，將該 金屬量與預設的金屬量比較，若差異超出預設值則輸出警示信號。
上述的隱藏金屬物品的探測方法，其中，該探測方法還包括人機互動的過程。 上述的隱藏金屬物品的探測方法，其中，該警示信號包括圖像信號或者音頻信號。
上述的隱藏金屬物品的探測方法，其中，該探測方法還包括 以磁屏蔽方式降低環境中的金屬對探測結果的影響。 上述的隱藏金屬物品的探測方法，其中，該探測方法還包括 通過紅外傳感器來判斷是否有被探測目標。
本發明對比現有技術有如下的有益效果本發明通過對隱藏的金屬物品的金 屬材質和金屬量的檢測判斷是否具有危險，並輔以對環境影響的靜態金屬信號的檢 測，以使檢測的準確度和便捷性相較於現有技術有顯著的提高。
圖1是本發明的隱藏金屬物品的探測裝置的較佳實施例的原理圖。圖2是本發明的隱藏金屬物品的探測方法的較佳實施例的流程圖。
具體實施例方式
下面結合附圖和實施例對本發明作進一步的描述。
圖1以檢測人體腳部是否攜帶隱藏的金屬危險物品為例，示出了本發明的隱
藏金屬物品的探測裝置的原理。請參見圖l，裝置包括發射驅動電路100、左腳接 收電路101a、右腳接收電路101b、移相電路102、檢波電路103、信號濾波電路 104、減法器105、模數轉換器(ADC) 106、微控制器(MCU) 107、嵌入式計算機 108、人機互動接口 109、時序控制電路110。裝置還可以包括紅外傳感器，用於判 斷是否有探測目標進入探測區。
發射驅動電路100上設有發射線圈，左腳接收電路101a和右腳接收電路101b 上各設有接收線圈。發射驅動電路100、接收電路101a、 101b構成金屬感應傳感 器，也可稱之為探測臺。發射線圈在發射驅動電路100的作用下，產生交變的電磁 場。接收電路101a和101b上的接收線圈感應出相應的電動勢。在沒有目標時左腳 接收電路101a上的接收線圈感應出的電動勢yl二Alcos(wt)，右腳接收電路101b 上的接收線圈感應出的電動勢y2^A2cos(wt)。其中A1和A2代表信號幅度，w代 表信號頻率。
如果在交變磁場中有金屬存在，由於不同金屬的物理性質不同，在交變磁場 中產生的效應也不同，在此種情況下常用的表徵參數有磁導率ii和電導率S。各種 金屬物品由於其所組成的物質屬性不同，磁導率p和電導率5也各不相同。處於交 變磁場中的金屬由於渦流效應(與電導率S有關)或磁效應(與磁導率p有關)， 將產生一個附加磁場，破壞一次場的磁力線分布，該附加場又稱為二次場。金屬物 品所產生的二次場會破壞接收線圈內交變磁場的動態平衡，從而在接收線圈內產生 相應的感應電動勢。在本實施例中，左腳接收電路101a的接收線圈上的感應電動 勢變成yr=AlKlcos(wt+qO)，其中Kl代表金屬量的信息，q0代表金屬材質的
{曰息。
移相電路102緊接在右腳接收電路101b之後，對信號y2進行移相處理，處 理後的信號y3=A3cos(wt+ql)，其中A3代表信號幅度，A3與A2成正比關係， ql是信號y3相對yl的相位差，ql在移相電路102中是已知的。檢波電路103緊接在左腳接收電路101a和移相電路102之後，對信號yl'和 y3進行檢波處理，就是將兩個信號相乘得到信號y4，其中y4 = yl'Xy3 = 0.5AlKlA3[cos(q0-ql )+cos(2 wt+q0+q 1)]。
時序控制電路UO連接發射驅動電路100、左腳接收電路101a、右腳接收電 路101b和檢波電路103，控制這些電路的同步運作。
信號濾波電路104接在檢波電路103之後，接收信號y4，經過低通濾波處理 後輸出信號y4的低頻分量y5，其中y5=0.5AlKlA3cos(qO-ql)。
減法器105的一個輸入端接信號濾波電路104，另一個輸入端接靜態金屬信 號，輸出端得到的是信號y5與靜態金屬信號的兩者之差。靜態金屬信號是環境對 裝置影響所產生的低頻分量。
模數轉換器(ADC) 106將減法器105的模擬量形式的輸出轉換成數位訊號， 微控制器(MCU) 107從這一數位訊號中判斷對應的金屬材質和金屬量，並將判斷 出的金屬量與預設的金屬量作比較，若差值超出預設值則輸出一判斷信號。
上述的移相電路102、檢波電路103、信號濾波電路104、減法器105、模數 轉換器(ADC) 106、微控制器(MCU) 107和時序控制電路IIO—起構成了信號 分析模塊。
在微控制器(MCU) 107後還接有嵌入式計算機108和人機互動接口 109，兩 者構成裝置的人機互動模塊。嵌入式計算機108根據微控制器(MCU) 107輸出的 判斷信號操作人機互動接口 109 (例如是液晶顯示裝置、喇叭等)，以警示用戶。 當然，人機互動接口 109也可以接收用戶的輸入以控制嵌入式計算機108進行某種 操作。信號分析模塊和人機互動模塊組成裝置的控制盒。探測臺和控制器相結合的 方式，既可以方便在多種環境下的安裝要求，也可以方便安檢工作人員操作。
為了使檢測結果更準確，裝置必須設法屏蔽環境對檢測結果的影響。環境對 裝置檢測結果的影響，主要有地面金屬和周圍大型儀器金屬的影響。現代建築絕大 多數是鋼筋混凝土結構，樓板裡的鋼筋同樣對裝置的探測起反應。同時由於使用場 合的性質，在本裝置的周圍必然還有其他的大型金屬體，比如X光機等。為了保 證檢測結果的正確性，必須消除這部分環境金屬對裝置的影響。
首先從金屬探測的原理來看，探測線圈信號的改變，是由於其發射引起的磁 場在被測物上產生了二次磁場，這個二次磁場又影響了發射信號。要隔絕樓板鋼筋的磁場變換，就要在線圈和樓板之間加上磁屏蔽層。釆用的磁屏蔽層的材料必須要 具有較高的磁導率和較低的矯頑力，同時又有很高的電阻率。在裝置的磁路和電路 上加上磁屏蔽層以進行隔離，可使樓板內的金屬對探測線圈的影響降到最低。
考慮到裝置會和X光機等設備一起使用，此類設備也會對裝置的檢測結果產 生一定的影響，這類影響更加複雜並充滿了不可預知。本裝置採用校正模塊來排除 這種影響，可先進行一次對環境的學習，具體的說就是在裝置空置(即不放入任何 物體)的情況下從信號濾波電路104中得到低頻分量，以這種方式得到的低頻分量
就是上述的靜態金屬信號，可供在實際檢測中作為減法器105的輸入。
基於上述的裝置，本發明還提供了對隱藏金屬物品的探測方法，方法的流程
請參見圖2，下面是對該方法中各步驟的詳細描述。
步驟S200:先判斷是否有探測目標進入探測區，若有則進入步驟S200，否則
流程結束。在本實施例中是通過紅外傳感器判斷是否有探測目標進入探測器。 步驟S201:通過發射線圈產生交變的電磁場。
步驟S202:通過接收線圈感應出相應的電動勢，在其中一個接收線圈上感應 出的電動勢為yl=Alcos(wt)，另一個接收線圈上感應出的電動勢為y2 = A2cos(wt)。其中A1、 A2代表信號幅度。
步驟S203:接收線圈感應出的電動勢yl變成yl， = AlKlcos(wt+q0)，其中 Kl代表金屬量的信息，q0代表金屬材質的信息。
步驟S204:將信號y2做移相處理，變成y3二A3cos(wt+ql)，其中A3代表信 號幅度且與A2成正比關係，ql是信號y3相對yl的相位差且在移相處理中是已知
步驟S205:對信號yl'與信號y3進行檢波處理，也即將兩者相乘後得到信號 y4，其中y4 = yl，Xy3 = 0.5AlKlA3[cos(qO-ql)+cos(2wt+qO+ql)]。
步驟S206:對信號y4進行低通濾波後得到低頻分量y5，其中y5 = 0.5AlKlA3cos(q0-ql)。
步驟S207:從低頻分量y5中減去靜態金屬信號，其中靜態金屬信號是環境金 屬產生的低頻分量值。
步驟S208:對差值進行模數轉換，得到數位訊號。
步驟S209:從數位訊號中判斷出隱藏的金屬物品所對應的金屬材質和金屬量。步驟S210:判斷金屬量和預設金屬量的差值是否超出預設值。如果超出預設 值則進入步驟S211，否則流程結束。
步驟S211:輸出警示信號。例如通過顯示裝置輸出圖像警示信號，通過音頻 輸出裝置輸出音頻警示信號等。
步驟S212:判斷目標是否離開，如果已經離開則返回步驟S200，否則重複步 驟S212。
上述的探測方法人機互動過程，例如接收用戶的輸入以執行某種操作。為了 使檢測結果更準確，探測方法還包括以磁屏蔽方式降低環境金屬對探測結果的影 響。
上述實施例是提供給本領域普通技術人員來實現或使用本發明的，本領域普 通技術人員可在不脫離本發明的發明思想的情況下，對上述實施例做出種種修改或 變化，因而本發明的保護範圍並不被上述實施例所限，而應該是符合權利要求書提 到的創新性特徵的最大範圍。
權利要求
1、一種隱藏金屬物品的探測裝置，包括金屬感應傳感器，包括帶有發射線圈的發射驅動電路，在該發射線圈上產生交變的電磁場；帶有接收線圈的接收電路，其中該接收電路在其中一個接收線圈上感應出相應的電動勢y1＝A1cos(wt)，在另一個接收線圈上感應出相應的電動勢y2＝A2cos(wt)，當藏有金屬物品時信號y1變成y1』＝A1K1cos(wt+q0)，其中A1、A2代表信號幅度，w代表信號頻率，K1代表金屬量的信息，q0代表金屬材質的信息；信號分析模塊，包括移相電路，連接在該接收電路的輸出端，使信號y2經移相處理後變為y3＝A3cos(wt+q1)，其中A3代表信號幅度，與A2成正比關係，q1是信號y3相對y1的相位差，在該移相電路中是已知的；檢波電路，接收信號y1』和信號y3，將兩者相乘得到信號y4，其中y4＝y1』×y3＝0.5A1K1A3[cos(q0-q1)+cos(2wt+q0+q1)]；信號濾波電路，接收信號y4，經過低通濾波後輸出低頻分量y5，其中y5＝0.5A1K1A3cos(q0-q1)；減法器，接收信號y5和靜態金屬信號，輸出兩者之差，其中該靜態金屬信號是環境對裝置影響所產生的低頻分量值；模數轉換器，接收減法器的輸出，將其轉換成數位訊號；微控制器，連接該模數轉換器，微控制器從模數轉換器的輸出中判斷對應的金屬材質和金屬量，將該金屬量和預設的金屬量比較，若差異超出一設定值做出一判斷信號；時序控制電路，連接該發射驅動電路、該接收電路和該檢波電路，控制三者的同步動作。
2、 根據權利要求1所述的隱藏金屬物品探測裝置，其特徵在於，該裝置還包括人機互動模塊，包括 人機互動接口；嵌入式計算機，根據該微控制器輸出的判斷信號操作人機互動接口以警 示用戶或者接收用戶的輸入進行控制。
3、 根據權利要求2所述的隱藏金屬物品探測裝置，其特徵在於，該人機互動 接口包括液晶顯示裝置和喇叭。
4、 根據權利要求l所述的隱藏金屬物品探測裝置，其特徵在於，在裝置的磁 路和電路上加上磁屏蔽層以進行隔離，以降低環境中的金屬對線圈的影響。
5、 根據權利要求l所述的隱藏金屬物品探測裝置，其特徵在於，該探測裝置 還包括紅外傳感器，判斷是否有被探測目標。
6、 一種隱藏金屬物品的探測方法，包括(1) 通過發射線圈產生交變的電磁場；(2) 通過接收線圈感應出相應的電動勢，在其中一個接收線圈上感應出的電 動勢為yl=Alcos(wt)，另一個接收線圈上感應出的電動勢為y2=A2cos(wt)，當 人體上有藏有金屬物品時信號yl變成yl'二AlKlcos(wt+qO)，其中A1、 A2代表信 號幅度，w代表信號頻率，Kl代表金屬量的信息，qO代表金屬材質的信息；(3) 將信號y2移相處理後變成y3-A3cos(wt+ql)，其中A3代表信號幅度， 與A2成正比關係，ql是信號y3相對yl的相位差，在移相處理中是已知的；(4) 對信號yl'與信號y3進行檢波處理，即將兩者相乘後得到信號y4，其 中y4 = yl，Xy3 = 0. 5A1K1A3[cos(q0-ql)+cos(2wt+q0+ql)];(5) 對信號y4進行低通濾波後得到低頻分量y5，其中y5 = 0. 5AlKlA3cos(q0-ql);(6) 從低頻分量y5中減去靜態金屬信號，其中靜態金屬信號是環境金屬產 生的低頻分量值；(7) 對上一步中的差值模數轉換成數位訊號；(8) 從數位訊號中判斷出隱藏的金屬物品所對應的金屬材質和金屬量，將該 金屬量與預設的金屬量比較，若差異超出預設值則輸出警示信號。
7、 根據權利要求6所述的隱藏金屬物品的探測方法，其特徵在於，該探測方 法還包括人機互動的過程。
8、 根據權利要求6所述的隱藏金屬物品的探測方法，其特徵在於，該警示信號包括圖像信號或者音頻信號。
9、 根據權利要求6所述的隱藏金屬物品的探測方法，其特徵在於，該探測方 法還包括以磁屏蔽方式降低環境中的金屬對探測結果的影響。
10、 根據權利要求6所述的隱藏金屬物品的探測方法，其特徵在於，該探測 方法還包括通過紅外傳感器來判斷是否有被探測目標。
全文摘要
本發明公開了一種隱藏金屬物品的探測裝置和方法，方便快捷的測出隱藏金屬的金屬材質和金屬量並判斷是否有攜帶危險物品的可能。其技術方案為本發明通過對隱藏的金屬物品的金屬材質和金屬量的檢測判斷是否具有危險，並輔以對環境影響的靜態金屬信號的檢測，以使檢測的準確度和便捷性相較於現有技術有顯著的提高。本發明應用於危險品檢測領域。
文檔編號G01N27/00GK101556253SQ20081003576
公開日2009年10月14日 申請日期2008年4月9日 優先權日2008年4月9日
發明者吳德清, 琳 楊, 瀧 胡, 俠 陳 申請人:中國電子科技集團公司第五十研究所