CN101196479A - 通道式综合安检系统 - Google Patents

Abstract

本发明是对通道式安检系统结构的改进。改进后的系统结构中包括中央处理器，由中央处理器控制下的报警装置、上位机通讯电路、参数调整键盘、液晶监视屏及其驱动电路、遥控接收电路、以及高频电磁场的发射和接受线圈组及其配套驱动电路。关键的改进在于高频电磁场的发射和接受线圈组及其配套驱动电路是结构相同、左、右对称、垂直设置在通道两侧形成两部分金属探测装置，两部分金属探测装置分别配套独立的单片机管理系统，所探测到的信号经处理后直接送入中央处理器进行分析处理，两个独立的单片机管理系统下设所管理的两个放射性探测组件亦分别设置在通道两侧，单片机管理系统与中央处理器直接建立数据交换协议，并借助串行接口传送请求或接受中央处理器的管理。

Description

通道式综合安检系统

技术领域

本发明是对通道式安检系统的改进。

背景技术

通道式综合安检系统的主要功能是精确地检测隐藏的违禁金属物体(例如非法携带的枪械和或管制刀具)。近年来，通道式金属检测系统已广泛使用于机场、学校、法院、体育馆、火车站、客运站等公共场所，在安全检查过程中，通道式金属检测系统已经成为必需使用的设备。目前的设备利用金属对于高频电磁波的反射信号明显加强的原理进行的结构设计。通道式金属检测系统结构中采用了设置在门框式的支架上的高频信号的发生器和采集电路，在门框之间的通道中形成检测区域。对所所通过的人进行全方位的探测，将所采集的信号进行处理时，对于扫描到的金属目标则会显示出明显的特异性变化。电路结构中的比较判定电路能对采集到的信号进行对比分析，并对出现特异性时会对报警执行电路发出指令，向案检人员发出声、光提示。现有技术中的电路通常采用模拟电路构成，电路庞大功耗较高。对于检测违禁金属物体的效果，现有的通道式检测系统的运作至少有三个缺陷：第一，现有系统的电磁场结构不能够区分细小的非铁磁性金属物质，以致一些主体用非铁磁性金属材料做成的爆炸物或更隐秘的武器则不易被发现；第二，以前的金属检测器抗干扰能力很差，易受环境的干扰，两台或多台设备之间相互干扰，使得设备无法正常工作。第三现有的金属探测器采用模拟电路和部分数字电路，使得电路结构庞大，因而可靠性较差。而且，近年来也有犯罪分子把放射性物品和生化武器带到公众场合，放射性对人体的伤害是很严重的，因此对放射性物品的检测实为必须。

发明内容

本发明的目的是对现有的通道式综合安检系统的结构改进，以克服现有技术的缺陷，提高安检系统的分析水平和危禁物品检出率。本发明为了实现对放射性物品的探测功能，采用了用于放射性探测组件。为了进一步提高对金属的分辨能力，采用变频扫描技术。如果在不同的频率条件下测量阻抗，会得到不同的阻抗值。通过测量多个频率下的阻抗，才能获取有价值的元件数据。这就是阻抗频谱法(IS)的基础。在这里把接收线圈和一个电容并联作为测试模型，电感器具有的阻抗为jωL，电容器具有的阻抗为1/jωC，其中j是虚数单位，ω是信号的角频率。采用复数运算将这些阻抗分量组合起来。阻抗的虚数部分称为电抗，总表达式为Z＝R+jX，其中X为电抗，Z表示阻抗。当信号的频率上升时，容抗Xc降低，而感抗XL升高，从而引起总阻抗的变化，阻抗与扫描频率呈函数关系是本发明的改进设计的一个重要依据。

如果所检测的目标是线性的，测得的时域电压和电流的各自傅里叶变换的比值就等于其阻抗，并且它可以表示成一个复数：

$\frac{F\left[E\left(t\right)\right]}{F\left[I\left(t\right)\right]}=Z\left(\mathrm{jw}\right)$

其中E＝系统电压，I＝系统电流，t＝时域参数，F＝傅立叶变换。

将复数形式转换成极坐标形式便可得到在特定频率下响应信号的幅度和相位与激励信号的关系：

相位＝arctan(X/R)

其中R和X分别表示复数的实部和虚部。上面计算得到的幅度表示该元件在特定频率条件下的复数阻抗。在规定变化范围内的扫描频率下，可以计算出每个频率点对应的复数阻抗值。

在探测金属物品时周围环境的变化引起上述特性的任何变化，都会造成阻抗的改变。通过测量这种阻抗随频率变化的特性，将会得到一系列新的阻抗特性。将阻抗的测量值和预测标准值比较很容易得出探测结论。应用这一方法可以精确的测量出细小的金属物体，并能根据幅度和相位的数据变化幅度、规律来判断出金属的种类，从而解决了区分细小的非铁磁性金属物质的问题。采用DSP处理技术可以实现以上的处理效果，同时也解决了抗电磁干扰的问题。采用AD5933高度集成的数字处理芯片可以完成以上的技术处理。提高本系统的分析和辨别能力。

改进后的系统结构中包括中央处理器，由中央处理器控制下的报警装置、上位机通讯电路、参数调整键盘、液晶监视屏及其驱动电路、遥控指令接收电路、以及高频电磁场的发射和接受线圈组及其配套驱动电路和信号处理电路组成的金属探测电路。关键在于高频电磁场的发射和接受线圈组及其配套驱动电路是结构相同、左、右对称、垂直设置在通道两侧所形成的两部分金属探测装置，两部分金属探测装置分别配套独立的单片机管理系统，所探测到的信号经处理后直接送入中央处理器进行分析处理，两个独立的单片机管理系统下设所管理的两个放射性探测组件，亦分别设置在通道两侧，单片机管理系统与中央处理器直接建立数据交换协议，并借助串行接口传送请求或接受中央处理器的管理。

本发明的积极效果是：通过系统设置了通道左右分布的TR和TL发射线圈之间的互耦作用，产生了均匀的变频扫描磁场。接收线圈分为通道两侧镜像对称的线圈平均分布在通道的垂直平面上。在空间上分为细化区位。这样的多区位更能检测到细小的金属物品。本发明还在于放射性物品的探测，具体采用带补偿的米勒—盖革计数器组件，用于探测放射性的物品。从而克服了现有技术的缺陷，取得了显著的技术进步。

附图说明

附图1是本发明通道式综合安检系统的结构框图。

附图2金属探测装置的结构框图。

附图3是线圈组的结构示意图。

附图中，1中央处理器，2报警装置，3上位机通讯电路，4参数调整键盘，5液晶监视屏及其驱动电路，6遥控接收电路，7金属探测电路，7R、7L金属探测装置，两部分金属探测装置，8、9单片机管理系统，10、11传感器和处理电路，12报警指示装置，13光电信号接收电路，14光电信号发射电路，15报警指示装置，71变频式高频信号发生器电路，72驱动电路，73发射和接收线圈组，74多路切换开关，75采集信号放大电路，76校准电路，77数字化处理电路，TTL左发射线圈，TTR右发射线圈，D调整环路。

具体实施方式

结合附图可以清楚的看到：本发明所改进后的通道式综合安检系统的结构中包括中央处理器1，由中央处理器1控制下的报警装置2、上位机通讯电路3、参数调整用的键盘4、液晶监视屏及其驱动电路5、遥控指令接收电路6、以及高频电磁场的发射和接受线圈组及其配套驱动电路和信号处理电路组成的金属探测电路7。关键其的改进在于高频电磁场的发射和接受线圈组及其配套驱动电路7是结构相同、左、右对称、垂直设置在通道两侧形成两部分金属探测装置(7R，7L)，两部分金属探测装置(7R，7L)分别配套单片机管理系统(8，9)，所探测到的信号经处理后直接送入中央处理器1进行分析处理，两个独立的单片机管理系统(8，9)下设所管理的两个放射性探测组件(10，11)亦分别设置在通道两侧，单片机管理系统(8，9)与中央处理器1直接建立数据交换协议，并借助串行接口传送请求或接受中央处理器1的管理。

对于以上的系统进一步的改进，体现对于结构相同的两部分金属探测装置(7R，7L)均是由变频式高频信号发生器电路71、驱动电路72，发射和接收线圈组73，多路切换开关74，采集信号放大电路75，校准电路76，数字化处理电路77所组成，由变频式高频信号发生器电路71所产生的高频信号经驱动电路72调整后送至发射线圈组发射，由接收线圈采集到的信号经多路切换开关74到采集信号放大电路75放大、校准电路76限幅，再经过数字化处理电路77转化为数字信号送至中央处理器1进行分析，多路切换开关74的触发端接在配套单片机的输出端口上。

以上所述的采集信号的数字化处理电路77结构中包括ADC模/数转换模块和DSP数字信号处理模块，以上模块将检测到的信号转化为随扫描频率变化的线圈阻抗数字信号，并将其与理想值相比较的结果传送至中央处理器1。

以上所述的高频信号信号发生电路71是通过直接数字合成芯片产生按设定的起始频率和步进频率扫描的正旋波，其扫频变化范围为100KHZ，经过驱动电路72直接驱动发射线圈发射，从而在通道空间建立一个频率有规则变化的交变的扫描电磁场。

为了进一步的提高对于细小金属物品的分辨能力，以上所述发射与接收的线圈组73中的发射线圈在其中点处分为左发射线圈TTL和右发射线圈TTR，分别由所配套的驱动电路72同步驱动，接收线圈分为两组接收线圈(THR、THL)，对称、平均分布在安检通道框架的垂直平面上，在通道的空间上形成16个区域检测。

以上所述接收线圈组(THR、THL)结构中还包括与每个接收线圈同轴共面排列的调整环路D。

为了实现安检系统与指挥中心或主控制室的联系，本系统中设置中央处理器1管理下的传递主控室指令的无线调节指令的遥控接收电路(模块)6及远程数据传送的485通讯电路(模块)3。

本系统中两个独立的单片机管理系统(8，9)下对应设置有用以处理统计人数和探测通行速度的光电信号开关发射电路13和光电信号接收电路14。

本系统中两个独立的单片机管理系统(8，9)下对称设置有用于检测放射性物品的传感器和处理电路(10，11)，传感器采集到的信号经配套处理电路转换为数字信号后送入对应的单片机处理。

本系统中检测放射性物品的传感器采用米勒—盖革计数器。

该通道式综合安检系统还包括位于通道两测的多区位报警指示装置(12，15)，该报警指示装置分布于通道的两侧，这一报警灯和每一区位相对应。用于指示携带金属物品的位置。本系统同时还设置语音类的报警装置2，由语音发生芯片构成阻抗匹配网络，由受控的驱动电路实现语音报警。

通道式综合安检系统包括中央处理器1，是由ATM64单片机构成。这里的变频式高频信号发生器和处理器采用的是AD5933。AD5933就是一种典型的集成电路芯片，它提供可编程频率扫描发生器和集成的ADC，该ADC可以与激励频率一起工作来获取响应信号。并集成了激励电路和响应处理电路。采用DDS产生预先确定的扫频，最高频率可达100 kHz。然后通过片内的ADC对其响应波形进行数字化，并进行离散傅氏变换(DFT)，将每个扫频点的实部和虚部值对应接口输出给中央处理器1。使用这些值就可以方便地计算出响应信号的幅度和相位信息。利用上述DDS产生预先确定的扫频频率，这一正旋波通过驱动电路驱动发射线圈12，产生频率规则变化的磁场。

放射性探测组件10和放射性探测组件11分布于通道两侧，采用带补偿的米勒—盖革计数器。带电粒子射入管内气体，在离子增殖过程中，受激原子退激，发射紫外光子，这些光子射到阴极上产生光电子，光电子向阳极漂移，又引起离子增殖，于是在管中形成自激放电。处理电路作计数处理。

线圈组包括通道两侧镜像对称的发射线圈TTL、TTR和多个接收线圈THL、THR。发射线圈TTL、与左边的驱动电路相连，发射线圈TTR、与右边驱动电路相连，由驱动电路同步激励以生成一个交变的磁场。由于发射线圈TTL、TTR之间的互耦作用，生成了具有相当均匀磁场密度，磁场集中在通道内。由于具有均匀的磁场，可以进行精确的金属物体检测，无论其在通道内的相对位置。接收线圈THL、THR于通道对称分布，每侧包括8组线圈，且各线圈均与信号放大电路75相连。并且，在各接收线圈中还设置与线圈同轴排列的调整线圈D。此外，在发射线圈TTL、TTR和接收线圈THL、THR的两边各加一层接地的屏蔽层抑制主要的磁场干扰和无线电频率干扰。通过协同摆放调整环路D接收线圈THR，THL和发射线圈TTR，TTL，使接收线圈THR，THL的灵敏度得到了增强。通过调整，可以产生相当均匀的磁场。当有人携带金属违禁物通过通道时对应的阻抗发生变化，对应接收线圈THR，THL感应出微弱的阻抗变化。通过这样的多分区结构能区分单个的大金属物料和多个允许金属物料的组合。

Claims (10)

1.一种通道式综合安检系统，系统结构中包括中央处理器(1)，由中央处理器(1)控制下的报警装置(2)、上位机通讯电路(3)、参数调整键盘(4)、液晶监视屏及其驱动电路(5)、遥控接收电路(6)、以及高频电磁场的发射和接受线圈组及其配套驱动电路和信号处理电路组成的金属探测电路(7)，其特征在于：高频电磁场的发射和接受线圈组及其配套驱动电路(7)是结构相同、左、右对称、垂直设置在通道两侧形成两部分金属探测装置(7R，7L)，两部分金属探测装置(7R，7L)分别配套独立的单片机管理系统(8，9)，所探测到的信号经处理后直接送入中央处理器(1)进行分析处理，两个独立的单片机管理系统(8，9)下设所管理的两个放射性探测组件(10，11)亦分别设置在通道两侧，单片机管理系统(8，9)与中央处理器(1)直接建立数据交换协议，并借助串行接口传送请求或接受中央处理器(1)的管理。

2.根据权利要求1所述的通道式综合安检系统，其特征在于：结构相同的两部分金属探测装置(7R，7L)均是由变频式高频信号发生器电路(71)、驱动电路(72)，发射和接收线圈组(73)，多路切换开关(74)，采集信号放大电路(75)，校准电路(76)，数字化处理电路(77)所组成，由变频式高频信号发生器电路(71)所产生的高频信号经驱动电路(72)调整后送至发射线圈组发射，由接收线圈采集到的信号经多路切换开关(74)到采集信号放大电路(75)放大、校准电路(76)限幅，再经过数字化处理电路(77)转化为数字信号送至中央处理器(1)进行分析，多路切换开关(74)的触发端接在所配套单片机的输出端口上。

3.根据权利要求2所述的通道式综合安检系统，其特征在于：采集信号的数字化处理电路(77)结构中，包括ADC模/数转换模块和DSP数字信号处理模块，以上模块将检测到的信号转化为随频率变化的线圈阻抗数字信号，并将其与理想值相比较的结果传送至中央处理器(1)。

4.据权利要求2所述的通道式综合安检系统，其特征在于：高频信号信号发生电路(7)通过直接数字合成芯片产生按设定的起始频率和步进频率扫描的正旋波其扫频范围为100KHZ，经过驱动电路(72)直接驱动发射线圈发射，从而在通道空间建立一个频率有规则变化的交变的扫描电磁场。

5.根据权利要求2所述的通道式综合安检系统，其特征在于：所述发射与接收的线圈组(73)中的发射线圈在其中点处分为左发射线圈(TTL))和右发射线圈(TTR)，分别由所配套的驱动电路(72)同步驱动，接收线圈分为两组接收线圈(THR、THL)，对称、平均分布在安检通道框架的垂直平面上，在通道的空间上形成16个区域检测。

6.根据权利要求5所述的通道式综合安检系统，其特征在于：所述接收线圈组(THR、THL)结构中还包括与每个接收线圈同轴共面排列的调整环路(D)。

7.根据权利要求1所述的通道式综合安检系统，其特征在于：本系统中设置中央处理器(1)管理下的传递主控室指令的无线调节指令的遥控接收电路(6)及远程数据传送的485通讯电路(3)。

8.根据权利要求1所述的通道式综合安检系统系统，其特征在于：本系统中两个独立的单片机管理系统(8，9)下对应设置有用以处理统计人数和探测通行速度的光电信号开关接收电路(13)，和光电信号开关发射电路(14)。

9.根据权利要求1所述的通道式综合安检系统，其特征在于：本系统中两个独立的单片机管理系统(8，9)下对称设置有用于检测放射性物品的传感器和处理电路(10，11)，传感器采集到的信号经配套处理电路转换为数字信号后送入对应的单片机处理。

10.根据权利要求9所述的通道式综合安检系统，其特征在于：本系统中检测放射性物品的传感器采用米勒-盖革计数器。

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