CN101535843A - 金属物体检测设备 - Google Patents
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Abstract
金属物体检测设备(30)包括:发射器装置(32)、(34),用于生成具有合成的磁场方向的主磁场,该合成的磁场方向沿着通过监测体积的任何基本上线性的路径变化,使得在沿着所述路径的三个位置上该合成的磁场指向基本上相互正交的三个方向;检测装置,用于当金属物体通过穿过监测体积的多个测量点时,测量由于在监测体积内出现金属物体而在多个位置处作为时间的函数的次生磁场;以及处理装置(46),用于从测量的次生磁场确定包括金属物体的多个位置的金属物体通过监测体积的轨迹以及在每个位置的磁矩。处理装置(46)适于用于从中推导出磁异常特征,该磁异常特征表征金属物体并且独立于金属物体的取向和轨迹。设备(30)能够基于金属物体的磁异常特征来同时分类或识别多个金属物体。
Description
本发明涉及金属物体检测设备以及检测金属物体的方法。本发明具体涉及但不是专门涉及用于定位、分类和识别人携带的金属物体的设备及其对应方法。
金属检测器广泛地用于重要安全应用以检测隐藏的武器,例如刀和枪。这样的安全金属检测器通常包括由其中磁场被监视的走路通过的拱门或入口(portal)定义的监测区。在监测区内的特征磁场指示在所述区域中的金属物体的存在。无源安全金属检测器通过其中铁类金属的运动来测量地球磁场中的干扰,见例子US6133829。可选地,有源金属检测器在监测区内发送主的、时间相关的磁场,并且测量在主磁场的影响区内的任意金属物体中感应的涡流所引起的次生磁场。主要由两类有源金属检测器:脉冲感应(p.i.)检测器,其利用瞬态磁场,以及连续波检测器(c.w.),其使用交流(正弦)磁场。
简而言之,安全金属检测器仅通过比较测量的磁场的幅值和用户设定的阈值来提供监测区内金属物体的存在与否。在检测到金属物体的情况下,被筛选的人必须进行彻底检查以确定金属物体在此人身上的位置。
更复杂的安全金属检测器能够提供监测区内金属物体的位置的大概指示,例如美国专利5859532中描述的区域中布置的一些发射(transmit)和接收(receive)线圈。
然而,对安全金属检测器存在能够提供有威胁的物品(刀、枪等)和例如个人电子设备的没有威胁的物品之间的某种形式的辨别的日益增长的需要。可以由对给定的照射光场频率(用于c.w.)或时间延迟(用于p.i.)的小的物体的磁极化率张量(magnetic polarizabilitytensor)来表征小的物体(L D Landau和E M Lifschitz,“Electrodynamics of Continuous Media”Pergamon Press,1960年,192页)。当参考由物体的主轴给出的参考系时物体的极化张量是它的独特属性并且可以被用于分类和识别该物体。我们将参考在一个或多个频率(c.w.)或时间间隔(p.i.)测量的全部或部分磁极化率张量,或其对大的物体的推广来作为物体的磁异常特征。
为了确定物体的磁异常特征,必须测量其对三个线性独立,优选地为基本上正交的方向上施加的已知磁场的响应。因为磁场线是弯曲的,在延伸的空间区域上确定物体的磁异常特征必须能够在三维上定位目标。精确的位置信息和有效的辨别的提供能够在减少公害(nuisance)告警率上提供益处,使得操作员快速解决潜在威胁,甚至提出具有远程监测的检测系统或不需要操作员而进行工作的自动系统的前景。
国际专利申请公开第WO 00/00848号描述了基于金属物体作为振荡偶极子源的近似在监测区内定位金属物体的先进方法。在WO 00/00848中描述的金属检测器测量监测区内的磁场梯度,并且将反演算法应用到所述梯度来估测监测区内偶极子源的位置。
WO 00/00848通过提供监测的金属物体的磁异常特征的指示来提供有威胁和没有威胁物品之间的有用程度的辨别。然而,WO 00/00848中描述的系统不能保证在监测区内基本上所有的点上分类或识别金属物体,而是通过由使用者运动金属物体从而可以测量可靠的异常特征。由此,WO 00/00848中描述的系统不能优选地用于安全金属检测器的入口。
Perry等人在会议文献SPIE 5071362(2003)中公布了在入口精确定位单个铁磁物体的可选方法。然而,这个方法不能监测非铁磁物体或多个物体,并且仅通过永久磁矩来(近似)表征物体。这个量对于每个物体是不同的,即使对于名义上相同的物体,并且不能提供分类和识别物体的前景。
由此,本发明的目的在于提供一种金属物体监测设备和监测金属物体的方法,其减轻了传统金属检测器和上述监测方法的至少一些缺点。本发明的进一步的目的在于提供用于定位、分类和识别金属物体的改进的设备和方法。
根据本发明的一个方面,现在提供一种金属物体检测设备,包括:
(i)发射装置,用于生成在监测体积内时变的主磁场,所述主磁场具有在基本上全部监测体积中的非零幅值和合成的磁场方向,所述合成的磁场方向沿着通过监测体积的任何基本上线性的路径变化使得在沿着所述路径的三个位置上合成的磁场指向三个基本上相互正交的方向,
(ii)检测装置,用于当金属物体通过穿过监测体积的多个测量点时,测量由于在监测体积内出现金属物体而在多个位置处作为时间的函数的次生磁场,所述检测装置被布置为显著抑制主磁场,以及
(iii)处理装置,用于从测量的次生磁场确定包括金属物体在监测体积内的多个位置的通过监测体积的轨迹以及金属物体在每个位置的磁矩,处理装置适于用于从金属物体中推导出磁异常特征,所述磁异常特征表征金属物体并且独立于通过监测体积的金属物体的取向和轨迹。
在优选实施例中,所述处理装置适于用于基于所述金属物体的磁异常特征来将所述金属物体分类到金属物体的多个类别的一个中。
在另一优选实施例中,所述处理装置适于用于从所述金属物体的磁异常特征中识别所述金属物体。
有利地,所述处理装置通过将最小化算法应用至由所述检测装置测量的次生磁场来确定金属物体通过监测体积的轨迹。
优选地,所述处理装置将最小化算法顺序地应用至每个测量点的次生磁场测量,以提供金属物体的三维位置以及在该位置的磁矩,并且排序所述位置和磁矩以给出金属物体的轨迹以及作为沿着轨迹的位置的函数的磁矩。
可选地,所述处理装置存储每个测量点的次生磁场测量,随后将最小化算法应用至存储的次生磁场测量以提供金属物体的三维位置以及在该位置的磁矩,并且排序所述位置和磁矩以给出金属物体的轨迹和作为沿着轨迹的位置的函数的磁矩。
优选地,所述处理装置在使用中从在沿着通过监测体积的轨迹的每个位置处确定的磁矩对每个金属物体计算磁极化率张量。
优选地,所述处理装置在使用中对金属物体计算磁极化率张量的特征值。其中金属物体检测设备包括连续波系统,所述处理装置在频域操作并且优选地计算金属物体的复合磁极化率张量的实部和虚部的至少一个的特征值。可选地,其中金属物体检测设备包括脉冲感应系统,所述处理装置在时域操作并且优选地计算从发射脉冲一个或多个时延之后对于金属物体的磁极化率张量的特征值。
在优选实施例中,所述处理装置比较对金属物体计算的特征值和包括被布置在多个预定类别的多个物体的特征值的数据库,以将金属物体分类到所述物体的多个预定类别的一个中。优选地,所述处理装置在计算的特征值基本上与数据库中的一特征值相匹配的情况下,产生指示金属物体所属的物体类别的分类输出。
可选地,或者另外,所述处理装置优选地比较对金属物体计算的特征值和包括多个物体的特征值和特征值的相关的标识的数据库,以从计算的特征值识别金属物体。优选地,所述处理装置在计算的特征值基本上与数据库中的一特征值相匹配的事件中,产生指示金属物体的标识的识别输出。
优选地,发射器装置包括至少一个发射器线圈阵列,其中具有对称布置的多个发射器线圈。可选地,或另外,发射器装置可以包括多极线圈,该多极线圈包括复合的单线圈配置。
更优选地,发射器线圈阵列具有关于发射器线圈阵列的中心轴的双重旋转对称性。所述至少一个发射器线圈阵列包括以规则排列布置的多个基本上矩形的线圈,相邻线圈的相邻侧基本平行。
在优选实施例中,在监测体积内的时变主磁场的幅值基本上随时间正弦地变化。在这样的优选实施例中,所述至少一个发射器线圈阵列由基本上随时间正弦变化的交流电流驱动。所述交流电流可以包括基本上单个频率,交替多个不同的频率。
在另一个优选实施例中,在使用中监测体积内的时变主磁场包括脉冲磁场。在这样的实施例中,所述至少一个发射器线圈阵列由包括脉冲序列的电流驱动。
在优选实施例中,所述检测装置包括至少一个具有多个磁传感器的检测器阵列,每个磁传感器具有的测量轴对沿着该测量轴的次生磁场的矢量分量敏感。
优选地,被布置在所述至少一个检测器阵列中的每个磁传感器的测量轴对准在三个基本上相互正交的方向的一个上。
方便地,所述磁传感器被取向使得它们的测量轴垂直于主磁场。
有利地,所述磁传感器包括线圈、磁通门、磁阻器件、磁阻抗器件、以及霍尔效应传感器的任一个。
在优选实施例中,所述磁传感器包括多个线圈对,线圈包括在所述至少一个检测器阵列中被电连接在一起并彼此对称布置的每个线圈对。其中发射器装置包括具有其中对称地步骤的多个发射器线圈的至少一个发射器线圈阵列,以与发射器线圈阵列内布置多个发射器线圈使用的对称性相同的对称性在检测器阵列内相对彼此布置构成每个线圈对的线圈。在一个这样的实施例中,检测器阵列具有关于检测器阵列的中心轴的双重旋转对称性。优选地,发射器线圈阵列和检测器阵列具有旋转对称性的公共轴。
优选地,构成每个线圈对的线圈以相反的极性或相同的极性串联地电连接在一起,以对于主磁场基本上不敏感。
方便地,在使用中向检测装置的输出应用校正,使得所述输出在监测体积内不存在金属物体时基本上为零。
有利地,金属物体检测设备适于用于关于主磁场的相位分离测量的次生磁场的实部和虚部分量。
在另一个实施例中,金属物体检测设备包括成像器,布置成像器用于提供包括任何监测体积的占据物的监测体积的图像。在这个实施例中,金属物体检测设备包括显示装置,用于显示包括监测体积的图像和监测体积内的金属物体的位置的复合图像,以提供关于监测体积的任何占据物的金属物体的位置的可视指示。
优选地,金属物体检测设备包括用于指示金属物体已经被分类至的类别的装置。更优选地,金属物体检测设备包括至少一个可视和可听的告警装置,在金属物体被分类至物体的预定类别的条件下由所述处理装置操作。
有利地,金属物体检测设备包括至少一个可视和可听的告警装置,在所述处理装置识别金属物体的条件下由所述处理装置操作。
方便地,所述处理装置能够从测量的次生磁场中确定同时通过监测体积的多个金属物体的每一个的轨迹。
优选地,金属物体检测设备用于基本上同时分类多个金属物体。更优选地,金属物体检测设备,用于基本上同时识别多个金属物体。
根据本发明的第二方面,现在提供一种金属物体检测入口,包括根据本发明的第一方面的金属检测设备。
根据本发明的第三方面,现在提供一种在监测体积内检测金属物体的方法,包括以下步骤:
(i)生成在监测体积内时变的主磁场,所述主磁场被布置为具有在基本上全部监测体积中的非零幅值和合成的磁场方向,所述合成的磁场方向沿着通过监测体积的任何基本上线性的路径变化使得在沿着所述路径的三个位置上合成的磁场指向三个基本上相互正交的方向,
(ii)当金属物体通过穿过监测体积的多个测量点时,测量由于在监测体积内出现金属物体而在多个位置处作为时间的函数的次生磁场,
(iii)从测量的次生磁场确定包括金属物体在监测体积内的多个位置的通过监测体积的轨迹以及金属物体在每个位置的磁矩,
(iv)从金属物体在监测体积内的多个位置以及金属物体在每个位置的磁矩中推导出磁异常特征,所述磁异常特征表征金属物体并且独立于通过监测体积的金属物体的取向和轨迹。
优选地,所述方法进一步包括基于所述金属物体的磁异常特征来将所述金属物体分类到金属物体的多个类别的一个中的步骤。
更优选地,所述方法进一步包括从所述金属物体的磁异常特征中识别所述金属物体的步骤。
在优选实施例中,确定通过监测体积的金属物体的轨迹的步骤包括将最小化算法应用至测量的次生磁场的步骤。
优选地,将最小化算法顺序地应用至每个测量点的次生磁场测量,以提供金属物体的三维位置以及在该位置的磁矩,并且排序所述位置和磁矩以给出金属物体的轨迹以及作为沿着所述轨迹的位置的函数的磁矩。
可选地,存储每个测量点的次生磁场测量,随后将最小化算法应用至存储的次生磁场测量以提供金属物体的三维位置以及在该位置的磁矩,并且排序所述位置和磁矩以给出金属物体的轨迹和作为沿着所述轨迹的位置的函数的磁矩。在优选实施例中,所述处理装置在应用最小化算法之前将存储的次生磁场测量排序为事件序列。
优选地,所述方法包括从在沿着通过监测体积的轨迹的每个位置处确定的磁矩对金属物体计算磁极化率张量的步骤。
有利地,所述方法包括对金属物体计算磁极化率张量的特征值的步骤。其中金属物体检测设备包括连续波系统,所述处理装置在频域操作并且优选地计算金属物体的复合磁极化率张量的实部和虚部的至少一个的特征值。可选地,其中金属物体检测设备包括脉冲感应系统,所述处理装置在时域操作并且优选地计算从发射脉冲一个或多个时延之后对于金属物体的磁极化率张量的特征值。
在优选实施例中,所述方法包括比较对金属物体计算的特征值和包括被布置在多个预定类别的多个物体的特征值的数据库,以将金属物体分类到所述物体的多个预定类别的一个中的步骤。有利地,所述方法包括在计算的特征值基本上与数据库中的一特征值相匹配的情况中,产生指示金属物体所属的物体类别的分类输出的步骤。
可选地,或另外所述方法包括比较对金属物体计算的特征值和包括多个物体的特征值和特征值的相关的标识的数据库,以从计算的特征值识别金属物体的步骤。有利地,所述的方法包括在计算的特征值基本上与数据库中的一特征值相匹配的事件中,产生指示金属物体的标识的识别输出的步骤。
在优选实施例中,所述的方法包括关于主磁场的相位分离测量的次生磁场的实部和虚部分量的步骤。
在另一个实施例中,所述方法包括获取包括任何监测体积的占据物的监测体积的图像的步骤。在该实施例中,所述方法包括显示包括监测体积的图像和监测体积内的金属物体的位置的复合图像,以提供关于监测体积的任何占据物的金属物体的位置的可视指示的步骤。
优选地,所述方法包括在金属物体被分类至物体的预定类别的条件下提供至少一个可视和可听的告警的步骤。
方便地,所述方法包括在金属物体被识别的条件下提供至少一个可视和可听的告警的步骤。
有利地,所述方法包括从测量的次生磁场中确定同时通过监测体积的多个金属物体的每一个的轨迹的步骤。
优选地,所述方法包括基本上同时分类多个金属物体的步骤。
更优选地,所述方法包括基本上同时识别多个金属物体的步骤。
根据本发明的另一个方面,现在提供一种在人身上检测的多个金属物体中指示预定金属物体的存在的方法,包括以下步骤:
(i)确定每个检测的金属物体的磁异常特征特性,
(ii)比较每个检测的金属物体的磁异常特征和至少一个预定金属物体的磁异常特征,
(iii)在多个检测的金属物体的一个的磁异常特征基本上与至少一个预定金属物体的磁异常特征相匹配的事件中,提供在人身上存在预定金属物体的指示。
优选地,所述方法包括比较每个检测的金属物体的磁异常特征和被安排到多个预定的物体类别中的多个预定物体的磁异常特征,并且在多个检测的金属物体的一个的磁异常特征基本上与多个预定金属物体的一个的磁异常特征相匹配的事件中,提供检测的金属物体所属的预定的物体类别的指示的步骤。
更优选地,所述方法包括比较每个检测的金属物体的磁异常特征和具有与其相关的标识的多个预定物体的磁异常特征,并且在多个检测的金属物体的一个的磁异常特征基本上与多个预定金属物体的一个的磁异常特征相匹配的事件中,提供检测的金属物体的标识的指示的步骤。
根据本发明的另一个方面,现在提供一种指示人身上存在预定金属物体而不用除去所述人身上的金属物体的方法,包括以下步骤:
(i)检测所述人身上的至少一个金属物体,
(ii)确定所述至少一个检测的金属物体的磁异常特征特征,
(iii)比较所述至少一个检测的金属物体的磁异常特征和至少一个预定金属物体的磁异常特征,
(iv)在所述至少一个检测的金属物体的磁异常特征基本上与所述至少一个预定金属物体的磁异常特征相匹配的事件中,提供人身上存在预定金属物体的指示。
下面将参考附图通过实例来描述本发明,其中:
图1表示现有技术中描述的金属定位设备的示意性图表。具体地,图1涉及国际专利申请公开第WO 00/00848号中描述的金属定位设备。
图2表示根据本发明一个实施例的金属物体检测设备的示意性图示。
图3表示图2的金属物体检测设备的发射线圈的示意性图示。
图4a和4b表示包括图3的发射线圈的金属物体检测设备的监测体积内磁场Hx,Hy和Hz的图形。水平轴表示y方向的位置。图4a和4b绘制了对称相关的相同的x值和z值。磁场的对称性是明显的。图4a中+y的值在幅度上等于图4b中-y的值。对于Hx,图4a中磁场的符号与图4b中相同,对于Hy和Hz符号相反。
图5表示图2的金属检测设备的接收线圈的示意性图示。
现在参考附图,其中相同的附图标记表示在多个视图中对应的和相似的要素,图1表示现有技术中描述的金属定位设备的示意性图表。具体地,图1涉及国际专利申请公开第WO 00/00848号中描述的金属定位设备,其全部内容结合于此作为参考。
WO 00/00848涉及一种金属检测器,其能够在三维定位金属物体的位置,并且能够量化金属物体的磁异常特征(参考WO 00/00848中作为金属物体的电磁横截面)。金属物体的磁异常特征是金属物体形状、导电率、导磁率、取向以及在c.w.情况下的磁场频率的函数。在p.i.系统的情况下,金属物体的磁异常特征是脉冲序列和时间延迟的函数。
图1所示的金属检测器应用连续波(c.w.)操作,并且利用按照基本上正交的方向布置的多个发射器线圈4、6、8。发射器线圈4、6、8提供时间相关的磁场以照射监测区。按照三个正交方向发射信号使得能够估算在三维中要被推断的金属的大概形状。当辨别假警告时,关于金属的形状的信息是有用的。从交流(a.c.)源2驱动线圈4、6、8。发射的场是单频的、可选地是多频的以及可选地是扫频的。
图1所示的金属检测器包括磁场传感装置10,用于测量在监测区内金属物体中电磁感应的次生磁场的至少第一阶的五个磁场梯度分量。除了测量五个磁场梯度分量,传感装置10被布置用于测量次生磁场的一个场分量。需要被测量的空间梯度的数目取决于特定应用。在图1所示的例子中,金属检测器用于定位在不导电介质中的金属物体,需要测量五个梯度和一个场分量来定位和表征感应的源。
虽然在图1中没有明确示出,磁场传感装置10通常包括一些梯度测量(gradiometric)接收器线圈对。梯度测量接收器线圈对(被称为“梯度测量线圈”)是以相反极性缠绕的线圈,并且通常串联地连线使得均匀的磁场产生抵消的相等和相反信号。梯度测量线圈对于在对中的两个线圈公共的磁场量是不敏感的。然而,它们对于在对中的两个线圈之间的磁场差值十分敏感。被测量差值的点之间的距离除的场差值是场梯度(通常被称为第一阶梯度)。因为梯度测量线圈对对于均匀或共同场是不敏感的,由此它们对于可以被布置为在线圈对中相同的发射信号非常不敏感。
适用于图1的金属检测器的梯度测量线圈对的一个布置包括至少五组对准不同方向的梯度测量线圈对,每对用于测量五个独立的第一阶磁场梯度的不同的一个。这样的梯度测量线圈对被布置为近似测量次生场的不同梯度分量;即dBx/dx、dBx/dy、dBy/dy、dBz/dx和dBz/dy。实际上,一个线圈对中的线圈也可以形成另一个线圈对的一部分,由此在线圈对之间共享线圈。此外,可以测量磁场的一个或多个分量,以从目标偶极距的幅值中分离范围(range)。
在图1中,发射器线圈4、6、8围绕构成磁场传感装置10的各梯度测量线圈。
来自磁场传感装置10中的每个梯度测量线圈对的输出由放大器12放大,每个梯度测量一个放大器12;并且使用相位敏感检测器(PSD)14敏感地检测相位,每个梯度测量一个相位敏感检测器14。发射器振荡器2向PSD提供参考信号。相位敏感检测可以是单个或两个相位。放大器12的目的是将通过梯度测量对的电压升压至适于模数变换的电平。相位敏感检测器14的目的是检测处于某个预定相位的发射场的频率的梯度信号的幅值。相位敏感检测器可以可选地被称为锁定放大器、相位敏感解调器、抑制载波AM解调器或同步AM解调器。可以使用相距90°设置相位的双相位敏感检测器。这将允许在计算机处理装置内推导次生场的相位而不需要手动调整参考相位。
然后将与梯度在幅值上成比例的来自PSD 14的输出传送到模数转换器16,在此将该输出数字化以由操作数据反演和解释算法18的计算机作进一步处理。
在计算机算法中将五个梯度信号“反演”以产生金属的三维位置及其磁异常特征。
用户标准在软件20中是可选的,并且被输入到解释软件18中,从而可以选择或拒绝特定金属物体。可选地,或者另外地,可以在软件20中确定地选择具有已知磁异常特征或形状的物体。然后将结果显示在可视显示器22上。
WO 00/00848描述了用于反演磁场梯度信号的两种类型的算法。第一种类型的算法被称为直接反演,或者单逐点反演。这个技术直接地计算偶极源的属性。这样的技术的细节可以在下面的参考文献中得到:W.Wynn等人的“Advanced Superconducting gradiometer/magnetometerarrays and a noval signal processing technique”,IEEE学报,磁学,第11卷,701页(1975),W.M.Wynn的“Inversion of DC magneticfield and field derivative equations for magnetic and electriccurrent dipoles”技术报告NCSC TR 361-81(1981年7月,NavalCoastal Systems Center,巴拿马城,登记号23665B)。
第二种类型的算法是对梯度数据的多参数拟合,例如基于最小二乘拟合的程序。可以使用的多参数拟合程序的细节可以在下面的参考文献中得到:W.Wynn的“Magnetic dipole localisation using gradientrate tensor measured by a 5-axis magnetic gradiometer with knownvelocity”,SPIE卷2496/357-367;T.R.Clem(代码R22)的“Advancesin the magnetic detection and classfication of sea mines andunexploded ordinance”,研讨会:技术和采矿问题,1996年11月21日,海军研究生学校,Monterey,加利福尼亚。
多参数拟合的原理是目标的数学模型被编程为算法(在WO 00/00848的情况下,其为偶极模型)。算法为“模型”偶极选择任意开始位置、强度和取向,并且计算在接收器的预期的梯度和场。然后将它们与实际测量的梯度和场相比较。然后递增地调整模型的位置、强度和取向以通过最小二乘拟合方法找到对实际数据的最佳拟合。模型的位置、强度和取向是目标金属的实际属性的最佳估算。
作为示例,如果检测的金属物体是小的,那么在检测器处的次生场将表现为典型振荡偶极源。来自偶极的场和梯度是公知的,并且由此可以从中推导出下面的信息:(i)到偶极的方向(2个角)(ii)偶极的取向(2个角)以及(iii)偶极的强度。强度是偶极的磁矩和传感器与偶极之间的距离的函数。为了将它们分离,需要其他条信息。例如,可以是一个非零场分量。
从上面的(i)和(iii)可以推导出小的金属物体的三维位置。现在可以使用偶极强度来提供辨别。该推导出的金属物体的磁矩是物体的形状、导电率、和导磁率以及所施加的场的函数。由于所施加的场在不导电空间中所有点是已知的(并且偶极在哪里也是已知的),形状、导电率和导磁率的函数(磁异常特征)是金属物体的特征。如果使用者寻找特定横截面或形状的金属或者拒绝特定磁异常特征或形状的金属,该特征可以对假警告提供有效的辨别。
应用梯度测量线圈对的这种类型的连续波金属检测器需要准确的构造以从测量的金属物体放射的次生磁场中去除发射的主磁场。
下面描述本发明和现有技术的主要区别。
尽管WO 00/00848中描述的金属检测器能够基于金属物体的磁异常特征来分类或识别金属物体,目标位于有利的位置时才这样做。使用者必须相对于物体正确地定位传感器。由此在WO 00/00848中描述的系统不能确保在监测体积内基本上所有点都分类或识别金属物体。由此在WO00/00848中描述的系统不能优选地用于安全金属检测器的入口。
本金属检测设备和方法着眼于比WO 00/00848中描述的检测器的需要更加繁重的需要,即在金属物体通过固定的监测体积时,基于物体的磁异常特征来分类和识别金属物体,而不依靠物体的位置和取向。这在用于定位、分类和识别人携带的金属物体的安全磁检测器应用(入口)中是特别重要的。
为此,本金属检测设备确定金属物体的磁异常特征而不依靠物体的取向和物体通过监测体积的轨迹。相比较而言,WO 00/00848中描述的系统在监测体积的有利位置确定金属物体的极化张量(即,金属物体的磁异常特征)。本金属检测设备以与WO 00/00848不同的方式获得这个效果。
WO 00/00848使用多个发射线圈,从而磁场在单个点以稍微不同的频率在三个基本上正交的场方向上顺序或同时施加。因为磁场线是弯曲的,这不能在延伸的空间区域上获得。相反地,本发明在物体通过监测体积时在空间中的不同点以不同方向施加场。通过追踪经过监测体积的物体,可以从物体经过的监测体积内的空间中的不同点的每一点处确定的物体的磁矩推导出物体的异常特征。获得这个效果的目标的追踪是本发明的关键发明点。
为了以这个方式确定物体的磁异常特征,需要在空间中扭曲的三维主发射磁场,使得在三个相互正交的轴上磁场的分量在沿着通过监测体积的任何直线轨迹的某点上均为显著的,并且主发射场的每个分量应该随着位置不同地变化。
图2表示根据本发明的一个实施例的金属物体检测设备30的示意性框图。图2所示的配置包括连续波系统,其使用交流(正弦)磁场。可选的,也可以使用应用瞬态磁场的脉冲感应(p,i.)配置。
不用于限制,金属物体检测设备30包括定义监测区或被监视的人可以走过的空间体积的拱门和入口。入口(图2未显示)包括发射线圈34,其在拱门监测体积内生成时间和空间上变化的主磁场,使得通过入口的金属物体顺序地经历基本上在三个正交方向上的时变磁场。发射线圈34被布置为具有一定对称性。不用于限制,发射线圈34通常呈现关于轴的双重旋转对称。发射线圈34由交流源32驱动,并且由单频正弦波激励。可选地,交流源32向发射线圈34提供扫频正弦波,或者步进频率正弦波。在进一步的可选实施例中,电流源32提供在单个发射线圈中同时具有多个频率的驱动波形,以增加金属物体被表征的程度。可选地,电流源32提供在不同的发射线圈内同时具有多个频率的驱动波形,同时保持系统的对称性。
理论上可以使用脉冲感应配置通过发射脉冲和观察目标的磁矩的瞬态衰减来获得相同的信息。通过傅立叶变换将时域和频域响应关联起来。
仅作为示例,应用时变磁场的传统金属检测设备通常使用频率在1-10KHz范围内的时变的磁场,并且本金属物体检测设备也不例外。1-10KHz的频率范围通常是优选的,因为基于线圈的检测系统的敏感度在大约1kHz之下减小,而在10kHz之上与入口内的人体相关的介电效应可能影响测量。
时变主磁场感应电流以在监测体积内的任何金属物体中流动,并且如果材料是铁磁的,也感应磁矩。金属检测设备30包括接收线圈阵列,具有布置来测量次生磁场的多个接收线圈36,该次生磁场是从位于入口内的金属物体传出的。接收线圈36被布置为显著抑制发射的主场。
来自每个接收线圈36的信号由放大器38放大,并且通过相位敏感检测器(PSD)40以确定关于发射的主场的相位的实部和虚部场幅度。在该配置中,一个PSD用于确定场幅度的实部分量,分开的PSD用于确定场幅度的虚部分量。
发射场通常远大于由物体引起的场,物体引起的场是受关注的场。由此接收线圈36被布置为通过在由发射线圈的对称操作相关的位置通过将接收线圈成对连接在一起来抑制施加的主磁场。接收线圈36以使得对中的两个接收线圈中感应的电动势相减的方式连接在一起,由此(在制造误差之内)抵消由于施加的主场而感应的电压。具体地,其法线方向与跨入口的横向方向对准的接收线圈36被连接在来相减。其法线方向或者与基本上垂直的方向对准或者平行于通过入口的方向的接收线圈36被配置为求和。接收线圈36通常是平面线圈,即,线圈绕组基本上在单个平面中。由此,接收线圈的法线方向是垂直于线圈绕组所位于的平面的方向。
在这一级的优点是在数字化之前进一步最小化由于发射的主场的任何残留感应电压,从而减少A/D转换器需要的动态范围。这可以通过从接收信号中减去作为模拟电压的提供到发射线圈34上的信号的可调整量(以及与其不同相的第二波形)来完成的。这是通过模拟信号调节装置42来执行的。
得到的信号由模数转换器(ADC)44数字化,并且传递到处理器46。
在从ADC 44接收到数字数据时,处理器46应用滤波器算法以限制带宽并且将数据十中取一来减少数据的速率。实际上,来自每对接收线圈36的信号由静态或偏移的不完美的消除而导致的缓慢漂移的电压,和金属物体被携带通过入口而导致的相对快速改变的部分组成。通过低通滤波将缓慢改变的部分隔离,并且将其从信号中减去,由此自适应地消除由于热膨胀或机械运动而引起的缓慢漂移。
接收线圈36还可能感应入口外面的物体,因为监测体积可延伸到入口的物理边界之外。只要这样的物体不移动,它们也可以由数字信号调节装置48改编掉。
根据本实施例的金属检测设备使用反演算法50来在多个金属物体通过入口的监测体积时追踪它们的位置和磁矩。
作为背景,在入口的监测体积内的目标在任何时候由9个量表征:它的位置(3个坐标),它的磁矩的实部(3个参数),以及它的磁矩的虚部(3个参数)。每对接收线圈36产生实部和虚部输出电压。为了定位多个接收目标,已经确定需要6个接收线圈对的序列来定义目标位置。这符合于公知的论点(W M Wynn,C P Frahm,P J Carroll,R H Clark,J Wellhoner和M J Wynn,IEEE学报,磁学,卷MAG-11,no.2(1975)),即可以通过获知五个独立的磁梯度张量项结合一个由于目标的磁场的(非零)值来定位远程目标。在本金属检测设备30中的接收线圈36测量场差值而不是梯度,所以这个论点并不严格的适用于本金属检测设备,但是仍然给出了表征目标所必须的信息量的估计。
在现有技术中已知如果到目标的范围与用于确定梯度的基线相比是长的,那么五个梯度和一个场的测量足以定位目标。然而,原来没有认识到六个场差值的测量,优选地用与到目标的范围相比类似的或更大的基线,也可以产生足够的信息来定位目标。以这种方式测量的场差值包含关于更高阶梯度的信息,其允许将范围与目标的强度分离。还实验地发现使用比理论最小值六个更多的传感器导致更精确和可靠的位置。在本发明的一个实施例的情境下,用于给出场的总和而不是差值的线圈与那些用于提供差值的线圈提供相等的信息量。
已经估算出为了表征多个目标至少需要存在六倍于目标的接收线圈对36。
从在接收线圈36的阵列处测量的磁场确定目标的位置和感应的a.c.磁矩(下文中称为磁矩)是一个反演问题。对前述问题的解(由于在特定位置和具有特定磁矩的目标而会被测量到的磁场的计算)是简单的并且已经在上面给出。该反演问题可以通过测量的接收线圈场和从假设的目标位置和磁矩计算的场之间的差值的最小二乘最小化来求解。
处理器46使用反演算法50,使用例如Levenberg-Marquardt最小化算法来确定在监测体积中金属目标的位置的复数磁矩。难题是不能确保单独使用这样的算法将发现正确的解,除非开始点接近于正确解。该解可收敛于局部最小值而不是全局最小值。
在本金属物体检测设备中应用以帮助找到正确解的一个技术是使用与知道的目标进入和退出监测体积的方式相关的先验信息。在金属检测入口中,目标可以进入和退出监测体积的点是由包含发射线圈34和接收线圈36的入口的侧面来物理限制的。由此,假设目标将通过入口的进入点来进入监测体积,穿过入口(并且因此监测区),并且在入口的退出点离开监测区。
由此,本金属监测设备30通过首先通过从多个不同的、随机选择的开始点运行反演算法50若干次,寻找在轨迹上的一个点(例如,其开始点)处的解来求解这个问题。具有最小余数的解被选为最优解。然后它被用作时间序列的下一个点的开始点。如果该解是正确的,这个开始点接近于正确解,并且很可能再次收敛于正确解。如果该解是不正确的,那么找到的本地最小值随着目标运动通过入口是不稳定的,并且最终找到正确解。一旦到达轨迹的末端,以相反方向重复该处理并且轨迹从末端遵循到开始,以改善早期的不正确的点。数据整理算法54整理从反演算法50得到的结果,并且排序(order)数据以对通过监测体积的每个金属物体提供轨迹,该轨迹包括作为时间的函数的金属物体的多个位置,以及作为时间的函数的多个复数磁矩,每个磁矩与沿着轨迹的位置相对应。由此每个轨迹由位置的时间序列和对应的复数磁矩的时间序列组成。
用于在金属物体通过监测体积时追踪金属物体的位置的可选策略是记录在金属物体通过监测体积时由接收线圈36感应的磁场测量的时间序列,并且随后将反演算法50应用至该记录的磁场测量的时间序列以确定多个位置和对应的复数磁矩。使用该可选策略的输出与上面所述的输出相同,即每个金属物体通过监测体积的轨迹包括作为时间函数的金属物体的多个位置,以及作为时间函数的多个复数磁矩,每个磁矩对应于沿着轨迹的位置。
关于多个目标,处理器46假设第一通过的目标的最大数目(例如,四个目标)。在这个通过的结束,丢弃太小的目标和合并彼此紧密接近的目标。以减少的目标数目进行反向通过。
上面的过程对具有最大磁矩的目标和具有较小磁矩的目标都能产生满意的解(即使具有较小磁矩的目标最初通常是不正确的)。目标跟随连续的轨迹,使得不需要分开的追踪算法。
可选地,金属检测设备30包括用于检测运动的装置70,例如光学触发器,其记录人何时进入和离开入口的监测体积。这不仅给出了关于轨迹何时开始和结束的信息,还给出了通过入口的行进方向的信息,这由于发射线圈34的旋转对称性不是明显的先验条件。
由于发射和接收线圈的旋转对称性,位于拱门中(x,y,z)位置的具有磁极化率张量V的目标与位于(x,-y,-z)位置的具有磁极化率张量-V的目标在接收线圈中给出相同的信号。可以识别这些中哪个物理上正确,因为V的虚部的对角线项的符号通过因果关系(causality)是固定的。这向运动检测装置提供了额外或可选的技术,以确定通过入口的行进方向。
现在处理器46应用算法58来从依赖于位置的复数磁矩和通过入口的每个金属物体的位置来确定磁极化率张量。计算磁极化率张量的特征值来确定每个金属物体独立于取向的异常特征。
一旦确定了通过入口的目标的轨迹,从已知的发射线圈几何形状计算在目标处施加的场。然后提取磁极化率张量V。对于不旋转的目标,问题可以被定义为最小化
其中w是在简单情况下可以被设置为单位(unity)的权重。这是线性最小二乘问题,可以不通过迭代而被求解。存在要被得到的9个线性系数V,或者如果V需要是对称的话存在6个(如已经由L D Landau和EM Lifschitz在“Electrodynamics of Continuous Media”Pergamon Press,1960,192页中表述,以及L D Landau和E M Lifschitz在“StatisticalPhysics”Pergamon Press,1959,404页中表述)。
如果目标在测量过程中旋转,问题变成非线性,并且可以由例如与用于反演的相同的Levenberg-Marquardt算法来求解。开始点由通过假设为非旋转目标而获得的解来很好的近似。可选地,将旋转包括进来以获得在腿和臂上的目标的准确解。
这个处理的结果是依赖于目标的取向的复数矩阵V。为了分类目标,将V变换成独立于目标取向的形式是有好处的。在被看作分开的矩阵的V的实部和V的虚部的特征值中包含关于目标的许多信息。一般来说,在V的实部和虚部的特征值之间的角度中存在关于目标的进一步的信息。对于具有对称性的许多制造的物体,一个或所有的实部特征值被限制为平行于虚部特征值,使得如果实部和虚部特征值以将对应的特征值之间的角度最小化的方式成对是有好处的。
在其中V的实部是对角线的参考系中,对角线上的项对于铁磁物体是正的,对于导电物体是负的。对于也是铁磁的导电物体来说,符号是频率的函数。
现在应用分类算法62来确定检测的金属物体是否与数据库中原来表征的金属物体匹配,或者属于特定类别的金属物体,类别是从数据库中得到的。在本发明的一个实施例中采用的简单方法是构建复数特征值的分布的概率密度模型。使用这些密度函数的一个方式是按照最小误差的Bayes规则。初始分类器是K近邻分类器(A R Webb(2002),Statistical Pattern Recognition,第二版,John Wiley和Sons,Chicheser)。
这样的分类算法已经被用于RF分类,但是至今为止还没有被用于磁分类。
申请人已经确定使用本发明的设备和方法可以将制造的金属物体可靠分类为多个物品广义分类中的一个。例如,可以将金属物体广义分类为可能存在安全威胁的物品,称作威胁物品,以及不太可能存在安全威胁的物品,称为没有威胁物品。此外,本设备可以将物体分类为子类。例如,在威胁物品的情况下,金属物体可以被分类到包括刀、枪等的多个子类中的一个。
申请人已经进一步确定使用本发明的设备和方法至少在一些情况下制造的金属物体可以被明确地识别。由此,不仅金属物体可以被分类为物体的类和子类,例如在威胁物品的更广义类中的枪的子类,而且基于物品的磁异常特征特别是物品的复数极化张量可以明确地识别物品。
本金属物体检测设备可靠地分类和识别人携带的金属物体的上述能力在这样的系统的操作使用中提供一些益处。特别地,本金属物体检测设备不需要在人进入监测体积之前除去他们携带的金属物体。在金属物体检测器指示存在由人携带的威胁物品的情况下,安全人员可以要求该人除去违规物品,这被称为“自行除去”处理。通过这个处理,可以维持安全措施并且将安全人员的干预最小化。由此,需要更少的安全人员,而从节约人员成本。
本金属物体检测设备可选地包括成像器64,例如视频摄像机、CCD设备、热成像器等,其记录通过入口的人的图像。
如果金属物体检测设备包括这样的成像器64,系统可选地也包括用户界面66,用户界面66具有显示器,显示来自成像器64的图像并且叠加人身上检测的金属物体的位置,以及分类步骤的结果。
可选地提供告警68,在入口中检测的任何物体落入物体的预定分类或具有预定的标识的情况下提供可视或可听的告警。
下面参考图3和4来描述发射器线圈34和接收线圈36的特定实施例。
设计发射器线圈34和接收线圈36,使得(在其可以建造的精度内)接收线圈在缺乏金属对象时检测无信号。这是通过选择入口以具有某种对称性并且按需要作为总和或差值合并与对称性相关的接收线圈36的输出来实现的。
尽可能远地将主发射磁场布置为在入口的监测体积中的任何地方为有限的,使得目标不消失。此外,配置主磁场使得当目标沿着任意基本上线性的轨迹穿过监测体积从而目标在监测体积的某个点由平行于其主轴的每一个的显著场照射时,得到的磁场方向在空间中扭曲而不管目标的取向或目标在其中的轨迹的位置。
在现有技术的金属检测设备中已经使用了多极磁场来确保发射的磁场内的金属物体不能逃离检测,例如见US 5498959、US5121105和US4605898。对于例如刀或针的长的窄的铁磁物体是特别的问题,当平行于它们的长度施加磁场时它们具有比当垂直于它们的长度施加磁场时更强烈的响应。
然而三维主发射磁场的使用到目前为止没有被用于确定金属物体或多个金属物体的磁异常特征的目的,三维主发射磁场在空间中扭曲使得在沿着通过所述场的任何直线轨迹的某个点上三维主发射磁场的分量在三个相互正交的轴上都是显著的,并且其中主发射磁场的每个分量根据位置而不同地变化。申请人认为这样的磁场配置是用于检测金属物体的静态设备所需要的,这代表了本发明的关键发明点。
图3表示具有满足上述需要的一组发射器线圈34的实施例。z轴是垂直的,y轴是物体通过拱门的方向,以及x轴是基本上垂直于页面的方向。通过将线圈组的一个提升到页面之外并将其平移到覆盖在另一个线圈组之上来构建入口。每个线圈组形成入口的一个墙。图示的所有线圈被设计为具有相同数目的匝数以及通过它们流动相同的AC电流。在某个时刻的电流方向如图箭头所示。
发射线圈34被布置为具有某种对称性,在此情况下为双重旋转对称性。在这种对称性操作下,发射磁场的分量或者为偶或者为奇,这就是说,它们或者保持不变(偶)或者改变符号(奇)。平行于旋转轴的场是偶,垂直于旋转轴的场是奇。
对于这种线圈布置,场关于x轴具有旋转对称性。如果原点被选在拱门的中央,在点(x,y,z)的磁场与在点(x,-y,-z)的场相关联。如果在(x,y,z)的场是矢量(Hx,Hy,Hz),那么在(x,-y,-z)的场是(Hx,-Hy,-Hz)。
作为发射线圈34发射的磁场的示例,图4a和4b示出在构成本金属物体检测设备的入口的监测体积内磁场Hx,Hy和Hz(按任意单位)的图形。水平轴是人走过拱门的位置。图4a表示在整个拱门高度的3/4高度通过入口拱门的路径的磁场,而图4b表示在整个入口拱门高度的1/4高度通过入口拱门的路径的磁场。两个轨迹都从入口拱门的一侧偏移拱门宽度的0.3。
通常对于2.5米高、0.8米宽和0.8米长的入口拱门的优化设计是具有2.5米×0.222米的中央线圈。外部线圈是1米×0.288米。不用于限制,所有线圈具有相同数目的匝数,并且由相同的电流激励。
现在参考金属物体检测设备中的接收线圈34,所述接收线圈36被布置为具有与发射线圈34相同的对称性。通过将由对称性相关联的两个接收线圈连接到一起,可以布置接收线圈使得它们不检测发射场。在对称性操作下感应为偶的场方向的线圈需要被连接在一起以做相减,并且在对称性操作下感应为奇的场方向的线圈需要被连接在一起做相加。
在具有上述配置的发射器线圈34的情况下,接收线圈36被配置为关于横贯拱门的水平轴(x轴)呈现双重旋转对称性。y轴是通过拱门(人行走的方向)并且z轴是垂直的。根据平行于z方向是否存在奇或偶数的线圈,接收线圈的布置可以不同。
图5示出了接收线圈36的一个实施例。在该布局中,接收线圈36被配置在接收线圈阵列中;阵列中的每个块代表其上缠绕三个线圈的立方体(立方体1,1到立方体9,3),三个线圈分别垂直于x,y和z方向。每个线圈与通过对称性相关的线圈串行连接。由此,在立方体(1,1)上的线圈每个连接至立方体(9,3)上相当的一个。在(5,1)上的线圈连接至在(5,3)上的线圈。垂直于x轴的线圈连接在一起来测量它们之间的场中的差值。垂直于y轴和z轴的线圈连接在一起来测量它们的场的总和。由于主发射场在每对的两个线圈中感应的电动势是相等的或相反的,使得没有检测到主要发射场,而仅检测由于目标的场。
由于垂直于y和z轴的线圈按对称性不检测发射场,中央单元(5,2)位于对称轴上并且不与任何其他线圈连接。仅当接收线圈矩阵内行数和列数均为奇时存在这样的块。
在可选实施例中,接收线圈阵列仅包括法线平行于y轴取向的线圈。这可以通过将图4所示的配置中的每个块划分为四个区域来实现。这导致具有更薄的拱门壁的入口,并且更不容易受到干扰。
为了方便的目的,接收线圈阵列中的每个块在上文中已经被称为“立方体”。然而,也可以应用接收线圈阵列中的接收线圈36的其他配置,其重用相同的体积并且维度上稳定。
参考磁接收线圈的使用描述了本发明。然而,可以使用任何磁感应装置来测量磁场分量。例如,磁通门、磁阻器件、磁阻抗器件、以及霍尔效应传感器可以用于测量完全表征场所需的每个场分量。
虽然已经关于检测、定位和表征人携带的或人内部的导电或磁物体描述了本发明,可以明显地应用相似的方法在使得物体通过感应区域的任何情况下执行相同的功能。
从前面的描述对本领域普通技术人员来说在本发明的范围内可以进行各种修改是显而易见的。
本公开的范围包括再次明示或暗示的任何新的特征或特征的组合,或者它们的总结,而不管其是否涉及权利要求所保护的发明或者减轻本发明所解决的任何或全部问题。由此申请人告知在本申请或者从本申请得到的任意进一步的申请的处理过程中,新的权利要求可能阐述这样的特征。特别地,参考附带的权利要求,独立权利要求的特征可以与从属权利要求的特征相结合,并且来自不同独立权利要求的特征可以以恰当的方式结合而不仅是在权利要求中所列举的特定组合。
Claims (61)
1.一种金属物体检测设备,包括:
(i)发射器装置,用于生成监测体积内的时变主磁场,所述主磁场具有在基本上全部监测体积中的非零量幅值和合成的磁场方向,所述合成的磁场方向沿着通过监测体积的任何基本上线性的路径变化,使得在沿着所述路径的三个位置上合成的磁场指向三个基本上相互正交的方向,
(ii)检测装置,用于当金属物体通过穿过监测体积的多个测量点时,测量由于在监测体积内出现金属物体而在多个位置处作为时间的函数的次生磁场,所述检测装置被布置为显著抑制主磁场,以及
(iii)处理装置,用于从测量的次生磁场确定包括金属物体在监测体积内的多个位置的通过监测体积的轨迹以及金属物体在每个位置的磁矩,所述处理装置适于用于从中推导出磁异常特征,所述磁异常特征表征金属物体并且独立于通过监测体积的金属物体的取向和轨迹。
2.根据权利要求1所述的金属物体检测设备,其中所述处理装置适于用于基于所述金属物体的磁异常特征来将所述金属物体分类到金属物体的多个类别的一个中。
3.根据权利要求1或2所述的金属物体检测设备,其中所述处理装置适于用于从所述金属物体的磁异常特征识别所述金属物体。
4.根据前述权利要求的任一项所述的金属物体检测设备,其中所述处理装置在使用中通过将最小化算法应用至由所述检测装置测量的次生磁场来确定金属物体通过监测体积体的轨迹。
5.根据前述权利要求的任一项所述的金属物体检测设备,其中所述处理装置将最小化算法顺序地应用至每个测量点的次生磁场测量,以提供金属物体的三维位置以及在该位置的磁矩,并且排序所述位置和磁矩以给出金属物体的轨迹以及作为沿着轨迹的位置的函数的磁矩。
6.根据权利要求1-4的任一项所述的金属物体检测设备,其中所述处理装置存储每个测量点的次生磁场测量,随后将最小化算法应用至存储的次生磁场测量以提供金属物体的三维位置以及在该位置的磁矩,并且排序所述位置和磁矩以给出金属物体的轨迹和作为沿着轨迹的位置的函数的磁矩。
7.根据前述权利要求的任一项所述的金属物体检测设备,其中所述处理装置在使用中从在沿着通过监测体积的轨迹的每个位置处确定的磁矩对金属物体计算磁极化率张量。
8.根据权利要求7所述的金属物体检测设备,其中所述处理装置在使用中对金属物体计算磁极化率张量的特征值。
9.根据权利要求8所述的金属物体检测设备,其中所述处理装置在使用中比较对金属物体计算的特征值和包括被布置在多个预定类别的多个物体的特征值的数据库,以将金属物体分类到所述物体的多个预定类别的一个中。
10.根据权利要求9所述的金属物体检测设备,其中所述处理装置在使用中在计算的特征值基本上与数据库中的一特征值相匹配的情况下,产生指示金属物体所属的物体类别的分类输出。
11.根据权利要求8所述的金属物体检测设备,其中所述处理装置在使用中比较对金属物体计算的特征值和包括多个物体的特征值和特征值的相关的标识的数据库,以从计算的特征值识别金属物体。
12.根据权利要求11所述的金属物体检测设备,其中所述处理装置在使用中在计算的特征值基本上与数据库中的一特征值相匹配的事件中,产生指示金属物体的标识的识别输出。
13.根据前述权利要求的任一项所述的金属物体检测设备,其中发射器装置包括至少一个发射器线圈阵列,其中具有对称布置的多个发射器线圈。
14.根据权利要求13所述的金属物体检测设备,其中发射器线圈阵列具有关于发射器线圈阵列的中心轴的双重旋转对称性。
15.根据权利要求13或14所述的金属物体检测设备,其中所述至少一个发射器线圈阵列包括以规则排列布置的多个基本上矩形的线圈,相邻线圈的相邻侧基本平行。
16.根据权利要求13-15的任一项所述的金属物体检测设备,其中在使用中监测体积内的时变主磁场的幅值基本上正弦地随时间变化。
17.根据权利要求13-16的任一项所述的金属物体检测设备,其中在使用中所述至少一个发射器线圈阵列由基本上随时间正弦变化的交流电流驱动。
18.根据权利要求17所述的金属物体检测设备,其中在使用中交流电流基本上包括单个频率。
19.根据权利要求17所述的金属物体检测设备,其中在使用中交流电流包括多个不同的频率。
20.根据权利要求13-15的任一项所述的金属物体检测设备,其中在使用中监测体积内的时变主磁场包括脉冲磁场。
21.根据权利要求20所述的金属物体检测设备,其中在使用中所述至少一个发射器线圈阵列由包括脉冲序列的电流驱动。
22.根据前述权利要求的任一项所述的金属物体检测设备,其中所述检测装置包括至少一个具有多个磁传感器的检测器阵列,每个磁传感器具有的测量轴对沿着该测量轴的次生磁场的矢量分量敏感。
23.根据权利要求22所述的金属物体检测设备,其中布置在所述至少一个检测器阵列中的每个磁传感器的测量轴对准在三个基本上相互正交的方向中的一个上。
24.根据权利要求22所述的金属物体检测设备,其中所述磁传感器被取向使得它们的测量轴垂直于主磁场。
25.根据权利要求22-24的任一项所述的金属物体检测设备,其中所述磁传感器包括线圈、磁通门、磁阻器件、磁阻抗器件、以及霍尔效应传感器的任一个。
26.根据权利要求22-25的任一项所述的金属物体检测设备,其中所述磁传感器包括多个线圈对,线圈包括在所述至少一个检测器阵列中被电连接在一起并彼此对称布置的每个线圈对。
27.当间接引用权利要求13时的根据权利要求26所述的金属物体检测设备,其中以与发射器线圈阵列内布置多个发射器线圈使用的对称性相同的对称性在检测器阵列内相对彼此布置构成每个线圈对的线圈。
28.当间接引用权利要求14时的根据权利要求26所述的金属物体检测设备,其中检测器阵列具有关于检测器阵列的中心轴的双重旋转对称性。
29.根据权利要求28所述的金属物体检测设备,其中发射器线圈阵列和检测器阵列具有旋转对称性的公共轴。
30.根据权利要求26-29的任一项所述的金属物体检测设备,其中构成每个线圈对的线圈以相反的极性或相同的极性串联地电连接在一起,以对于主磁场基本上不敏感。
31.根据权利要求30所述的金属物体检测设备,其中在使用中向检测装置的输出应用校正,使得所述输出在监测体积内不存在金属物体时基本上为零。
32.根据前述权利要求的任一项所述的金属物体检测设备,其适于用于关于主磁场的相位分离测量的次生磁场的实部和虚部分量。
33.根据前述权利要求的任一项所述的金属物体检测设备,包括成像器,布置用于提供包括任何监测体积的占据物的监测体积的图像。
34.根据权利要求33所述的金属物体检测设备,包括显示装置,用于显示包括监测体积的图像和监测体积内的金属物体的位置的复合图像,以提供关于监测体积的任何占据物的金属物体的位置的可视指示。
35.根据权利要求2-34的任一项所述的金属物体检测设备,包括用于指示金属物体已经被分类至的类别的装置。
36.根据权利要求2-35的任一项所述的金属物体检测设备,包括至少一个可视和可听的告警装置,可由所述处理装置在金属物体被分类至物体的预定类别的条件下操作。
37.当直接或间接引用权利要求3时的根据权利要求3-36的任一项所述的金属物体检测设备,包括至少一个可视和可听的告警装置,可在所述处理装置识别金属物体的条件下由所述处理装置操作。
38.根据前述权利要求的任一项所述的金属物体检测设备,其中所述处理装置能够从测量的次生磁场确定同时通过监测体积的多个金属物体的每一个的轨迹。
39.根据权利要求38所述的金属物体检测设备,适于基本上同时分类多个金属物体。
40.根据权利要求38所述的金属物体检测设备,适于基本上同时识别多个金属物体。
41.一种金属物体检测入口,包括根据前述权利要求的任一项的金属检测设备。
42.一种在监测体积内检测金属物体的方法,包括以下步骤:
(i)生成在监测体积内时变的主磁场,所述主磁场被布置为具有在基本上全部监测体积中的非零幅值和合成的磁场方向,所述合成的磁场方向沿着通过监测体积的任何基本上线性的路径变化,使得在沿着所述路径的三个位置上合成的磁场指向三个基本上相互正交的方向,
(ii)当金属物体通过穿过监测体积的多个测量点时,测量由于在监测体积内出现金属物体而在多个位置处作为时间的函数的次生磁场,
(iii)从测量的次生磁场确定包括金属物体在监测体积内的多个位置的通过监测体积的轨迹以及金属物体在每个位置的磁矩,
(iv)从金属物体在监测体积内的多个位置以及金属物体在每个位置的磁矩推导出磁异常特征,所述磁异常特征表征金属物体并且独立于通过监测体积的金属物体的取向和轨迹。
43.根据权利要求42所述的方法,进一步包括基于所述金属物体的磁异常特征来将所述金属物体分类到金属物体的多个类别的一个中的步骤。
44.根据权利要求42或43所述的方法,进一步包括从所述金属物体的磁异常特征识别所述金属物体的步骤。
45.根据权利要求42-44的任一项所述的方法,其中确定通过监测体积的金属物体的轨迹的步骤包括将最小化算法应用至测量的次生磁场的步骤。
46.根据权利要求45所述的方法,其中将最小化算法顺序地应用至每个测量点的次生磁场测量,以提供金属物体的三维位置以及在该位置的磁矩,并且排序所述位置和磁矩以给出金属物体的轨迹以及作为沿着所述轨迹的位置的函数的磁矩。
47.根据权利要求45所述的方法,其中存储每个测量点的次生磁场测量,随后将最小化算法应用至存储的次生磁场测量以提供金属物体的三维位置以及在该位置的磁矩,并且排序所述位置和磁矩以给出金属物体的轨迹和作为沿着所述轨迹的位置的函数的磁矩。
48.根据前述权利要求42-47的任一项所述的方法,包括从在沿着通过监测体积的轨迹的每个位置处确定的磁矩对金属物体计算磁极化率张量的步骤。
49.根据权利要求48所述的方法,包括对金属物体计算磁极化率张量的特征值的步骤。
50.根据权利要求49所述的方法,包括比较对金属物体计算的特征值和包括被布置在多个预定类别的多个物体的特征值的数据库,以将金属物体分类到所述物体的多个预定类别的一个中的步骤。
51.根据权利要求50所述的方法,包括在计算的特征值基本上与数据库中的一特征值相匹配的情况下,产生指示金属物体所属的物体类别的分类输出的步骤。
52.根据权利要求49所述的方法,包括比较对金属物体计算的特征值和包括多个物体的特征值和特征值的相关的标识的数据库,以从计算的特征值识别金属物体的步骤。
53.根据权利要求52所述的方法,包括在计算的特征值基本上与数据库中的一特征值相匹配的事件中,产生指示金属物体的标识的识别输出的步骤。
54.根据权利要求42-53的任一项所述的方法,包括关于主磁场的相位分离测量的次生磁场的实部和虚部分量的步骤。
55.根据权利要求42-54的任一项所述的方法,包括获取包括任何监测体积的占据物的监测体积的图像的步骤。
56.根据权利要求55所述的方法,包括显示包括监测体积的图像和监测体积内的金属物体的位置的复合图像,以提供关于监测体积的任何占据物的金属物体的位置的可视指示的步骤。
57.根据权利要求43-56的任一项所述的方法,包括在金属物体被分类至物体的预定类别的条件下提供至少一个可视和可听的告警的步骤。
58.根据权利要求44-57的任一项所述的方法,包括在金属物体被识别的条件下提供至少一个可视和可听的告警的步骤。
59.根据权利要求42-58的任一项所述的方法,包括从测量的次生磁场中确定同时通过监测体积的多个金属物体的每一个的轨迹的步骤。
60.根据权利要求59所述的方法,包括基本上同时分类多个金属物体的步骤。
61.根据权利要求59所述的方法,包括基本上同时识别多个金属物体的步骤。
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