CN103955001A - 一种隐形耳机探测装置及探测方法 - Google Patents

Abstract

一种隐形耳机探测装置及探测方法，包括第一磁传感器、第二磁传感器，电源按键开关模块，所述第一磁传感器、第二磁传感器通过放大电路连接A/D转换模块，A/D转换模块连接主控模块，所述所述第一磁传感器、第二磁传感器通过S/R置位复位电路连接主控模块，所述主控模块连接LCD显示模块和声光报警模块。本发明敏度高，体积小，可操作性好，误判率低。且该装置不受外磁场干扰，探头不易被强磁场损坏，装置可靠性好，易于维护。

Description

一种隐形耳机探测装置及探测方法

技术领域

本发明涉及一种非接触型探测设备，尤其是一种隐形耳机探测装置及探测方法。

背景技术

隐形耳机因其体积小，重量轻，便于隐蔽使用等特点，成为目前考试作弊、非法监听、诈骗等的常用手段。尤其是近年来，将隐形耳机用于考试作弊的行为日益猖獗，严重破坏考试公平，给考务工作带来非常大的困扰。

隐形耳机主要有稀土型和电子型两种：稀土型隐形耳机主要靠强磁材料，主要是铷铁硼磁铁，在音频磁场的感应震动来振动耳道使佩戴者听见声音；电子型耳机则主要靠线圈在音频磁场中获得的感应电动势有源驱动瓷片喇叭发声。但不管哪种类型的耳机，其内部都含有磁性材料，这些磁性材料的近场磁场强度约在10~80Gs，在10厘米左右的距离外可衰减到1Gs以下（地磁场约在0.5Gs）。目前检测隐形耳机的方式主要由如下几种：

1）、监考人员目测。目测是要求考务人员在监考或巡视期间，通过裸眼观察考生耳朵内是否有明显异物。由于隐形耳机体积越来越小，可以直接塞入内耳道，目测方法已经很难发现米粒型隐形耳机。此外，目测方法和监考人员的工作态度、考场的光线强度、考生的着装或发饰等都有关系，这种检查方法的随意性大，执行效果十分有限。

2）、使用电磁波探测装置。传统的电磁波探测狗设备能很好地探测到电磁波，当携带者未开耳机时，这种探测装置无法有效探测。此外，由于电磁波探测狗存在过于灵敏和定位差等问题，很难判定信号是什么、来自哪里。中国专利《隐形耳机探测器及探测方法》专利号：200510136083.8，使用有源电磁波发射后，监测反射电磁波信号，这种方法信噪比低，电路设计复杂，易受坏境干扰。因此，这两种监测方法的实用性不强。

3）、使用金属探测器无接触搜身。金属探测器对一定体积的金属材料敏感，很容易受检查对象身上的腰带扣、钥匙、发卡、拉链等金属物影响，产生误报。此外，金属探测器可能很难检测到微型的设备，更不可能检测到隐形的米粒耳机。这也是目前隐形耳机泛滥的原因之一。

4）、简单的磁敏探测方法。中国专利《隐形耳机探测器及探测方法》专利号：200510136083.8，提到采用简单的磁敏开关电路探测磁场，来判定是否携带隐形耳机。通常磁敏开关的灵敏度约10Gs左右，如：洛阳创之元科技公司，KGE1-1P通用型磁敏开关，灵敏度10Gs。而目前的米粒耳机磁场也在10Gs左右，因此，采用这种方法探测隐形耳机，只有当磁敏开关接触米粒耳机时才能获得有效信号，没有实用价值。单纯提高探测装置的灵敏度，由于受地磁场的影响，也很难有效发现随身携带的隐形耳机，误判的几率很高。

基于上述监测方法都存在局限性，为了有效检测隐形耳机，急需开发一种新的探测装置和方法，且性价比高，易于操作，能推广应用于考务现场，有效防止隐形耳机的滥用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种隐形耳机探测装置及探测方法，敏度高，体积小，可操作性好，误判率低。且该装置不受外磁场干扰，探头不易被强磁场损坏，装置可靠性好，易于维护。

本发明采取的技术方案为：一种隐形耳机探测装置，包括第一磁传感器、第二磁传感器，电源按键开关模块，所述第一磁传感器、第二磁传感器通过放大电路连接A/D转换模块，A/D转换模块连接主控模块，所述所述第一磁传感器、第二磁传感器通过S/R置位复位电路连接主控模块，所述主控模块连接LCD显示模块和声光报警模块。

所述电源按键开关模块包括电池、充电电路、按键开关，电池通过充电电路连接按键开关。所述主控模块为单片机模块或者AMR控制模块。所述声光报警模块包括LED指示灯、扬声器。所述第一磁传感器、第二磁传感器安装在前机壳、后机壳构成的壳体内，所述壳体连接手柄。所述第一磁传感器、第二磁传感器为AMR磁阻传感器。

一种隐形耳机的探测方法，包括以下步骤：

1）、系统上电，主控电路初始化，通过S/R置位复位电路，对第一磁传感器、第二磁传感器进行置位/复位；

2）、将第一磁传感器接近人体约10cm左右，从上到下移动第一磁传感器，检查人体附近的磁场强度是否超过500 mGs；

3）、当第一磁传感器检测到磁场强度高于500 mGs时，LED指示灯亮，将第一磁传感器进一步贴近人体，观察LCD显示模块上的磁场强度实测值和磁源距离的变化；

4）、、当检测磁场强度大于1Gs时，扬声器响起，表示在距离第一磁传感器探头10cm以内存在磁源材料。

5）、根据LCD显示模块上磁场强度和距离值，进一步缩小搜索范围，锁定磁源位置。

所述第一磁传感器、第二磁传感器为基于玻莫合金薄膜单轴磁传感器，将磁场强度转化为电信号输出，灵敏度高于500 mGs。

所述第一磁传感器用于接近被测目标，所述第二磁传感器远离被测目标，通过对第一磁传感器、第二磁传感器探测信号的差分处理，来消除地磁场的影响，获得被测目标的磁场信号。

所述S/R置位复位电路用于产生4A、持续时间为2微秒的脉冲信号，来恢复和保持第一磁传感器、第二磁传感器的特性。

本发明一种隐形耳机探测装置及探测方法，利用磁敏技术，对隐形耳机进行高灵敏度探测，防范隐形耳机作弊。探测装置中只使用两个高灵敏度的AMR磁阻传感器，采用差分技术消除地磁场等的影响，确保探头能有效监测到500 mGs的磁场信号。AMR磁阻传感器可以通过大电流置位复位，有效避免强磁场对探头的影响。采用简单的LED指示灯和扬声器分级报警，并结合LCD显示模块显示磁场强度和磁源距离，可以大大提高探测的灵活性和可操作性。该探测装置灵敏度高，体积小，可操作性好，误判率低，且不受外磁场干扰，探头不宜被强磁场损坏，仪器可靠性好，易于维护。

本发明从磁敏探测的原理出发，选用高精度AMR磁电转换器件，通过差分技术消除地磁场等干扰信号的影响，提高对弱磁场探测的准确性和可靠性。并采用分级报警和LCD直观显示的方式，辅助人工判断和定位磁源，使隐形耳机探测装置具备良好的可操作性，降低误判的概率。

附图说明

图1为本发明隐形耳机探测装置电路连接框图。

图2为本发明AMR磁阻传感器电路原理图。

图3为本发明隐形耳机探测装置外部结构示意图一；

图4为本发明隐形耳机探测装置外部结构示意图二。

图5为磁场相对强度与距离的关系图。

具体实施方式

一种隐形耳机探测装置，包括第一磁传感器1、第二磁传感器3，电源按键开关模块，所述第一磁传感器1、第二磁传感器3通过放大电路连接A/D转换模块，A/D转换模块连接主控模块，所述所述第一磁传感器1、第二磁传感器3通过S/R置位复位电路连接主控模块，所述主控模块连接LCD显示模块和声光报警模块。所述电源按键开关模块包括锂电池、充电电路、按键开关6，电池通过充电电路连接按键开关，为检测装置运行提供必要的供电及开关状态切换。所述主控模块为单片机模块或者AMR控制模块，单片机采用AT89C51单片机。

如图3所示，所述的磁传感器S/R置位复位电路由单片机的I/O输出口、反相放大器、电流带（置位复位电阻）、电容等组成。AMR玻莫合金薄膜磁传感器在制造过程中通常选定沿着薄膜长度的方向为轴，当玻莫合金薄膜受到外加磁场作用时，沿此方向电阻有最大的变化值。当受到强磁场干扰时（大于20 高斯）薄膜磁化极性会受到破坏，传感器特性也会改变。针对这一破坏性的磁场，需对敏感元件施加一个瞬态的强恢复磁场来恢复或保持传感器特性。这一操作是施加一个置位或复位脉冲，通过电流带（置位复位电阻，通过脉冲宽度2us、4A左右的大电流）产生强磁场，使桥输出信号的极性取决于薄膜内部的磁化的方向，并对称于零磁场的输出。具体进行置位操作时，单片机的两个I/O口产生一对高、低反相电平推挽式信号输出，经过反相放大器放大，提升驱动能力，在第一磁传感器1、第二磁传感器3各自的置位复位电阻上产生4A的正向大电流，电流带上的强磁场对AMR感应带进行置位，消除上次测量的影响；反之，产生反相的复位电流，进行复位。每次测量时，以一种倒转的方式改变传感器输出极性，即驱动置位脉冲读一次数，再驱动复位脉冲读一次数，两次读数相减可消除因温度漂移和电路参数漂移等共模信号造成的影响，从而得出一个与绝对磁场成正比例的输出。

如图3所示，所述声光报警模块包括LED指示灯4、扬声器5，LED指示灯4、扬声器5通过驱动电路连接主控模块。用于检测电信号并计算磁场的强度和磁源距离，并通过LED指示灯4及扬声器5、LCD显示模块来报警显示。所述第一磁传感器1、第二磁传感器3安装在前机壳2、后机壳9构成的壳体内，所述壳体连接手柄10。手柄10设有电池盖7，锂电池通过电池盖7装配在手柄10内。构成手持式隐形耳机探测装置。手柄10上还设有电源充电插头8。

如图3所示，在磁场探测时，通常磁场随距离的增加成立方衰减。当探测器接近磁源时，距离越近，磁场信号越强。对于米粒耳机等隐形耳机的内部磁源，可以利用此方式进行计算。

一种隐形耳机的探测方法，包括以下步骤：

1）、系统上电，主控电路初始化，并对第一AMR磁传感器、第二AMR磁传感器进行置位/复位。

2）、将第一磁传感器1接近人体约10cm左右，从上到下移动第一磁传感器1，检查人体附近的磁场强度是否超过500 mGs；

3）、当第一磁传感器1检测到磁场强度高于500 mGs时，LED指示灯4亮，将第一磁传感器1进一步贴近人体，观察LCD显示模块上的磁场强度实测值和磁源距离的变化；

4）、当检测磁场强度大于1Gs时，扬声器响起，表示在距离第一磁传感器1探头10cm以内存在磁源材料。

5）、根据LCD显示模块上磁场强度和距离值，进一步缩小搜索范围，锁定磁源位置。

所述第一磁传感器1、第二磁传感器3为AMR磁阻传感器。为基于玻莫合金薄膜单轴磁传感器，将磁场强度转化为电信号输出，灵敏度高于500 mGs。

所述第一磁传感器1用于接近被测目标，所述第二磁传感器3远离被测目标，通过对第一磁传感器1、第二磁传感器3探测信号经过同幅度放大后再进行差分处理，即将两路信号接入差分放大器的“+”引脚和“-”引脚的两个输入端，由放大器对两路信号进行作差，然后根据设定倍率度差分信号进行放大，来消除地磁场的影响，获得被测目标的磁场对应的电信号。

所述S/R置位复位电路用于产生4A、持续时间为2微秒的脉冲信号，来恢复和保持第一磁传感器1、第二磁传感器3的特性。

主控模块为AT89C51单片机，用于完成对A/D转换模块转换后的信号的采集，计算并显示磁场强度和磁源材料距离探头的距离，并对不同档位的磁场强度分别进行LED指示灯4和扬声器报警。

本发明可选用的AMR磁阻传感器电路原理图如图2所示。第一AMR磁阻传感器、第二AMR磁阻传感器的测量结果放大后，通过差分放大器进行处理，然后通过ADC模数转换器（ADC7710）转换后，采用AT89C51单片机P1口采集数据，然后计算对应的磁场强度。由于磁场强度所对应的电信号与电放大器的增益、AMR磁化曲线的工作范围等相关，理论关系相对复杂。工程中直接采用标准磁强计来进行标定，即将磁源放置在在屏蔽筒中，隔离地磁场的影响，在距离磁源的不同位置测量相应的磁场强度，进行记录。普通米粒耳机的磁场标定结果如图5所示。在具体实现时，可以将标定距离和磁场强度以表格的形式保存在单片机的存储器中，控制系统根据AD的转换结果，通过直接查表获得磁场强度和距离值，并进行显示。

Claims (10)

1.一种隐形耳机探测装置，包括第一磁传感器（1）、第二磁传感器（3），电源按键开关模块，其特征在于，所述第一磁传感器（1）、第二磁传感器（3）通过放大电路连接A/D转换模块，A/D转换模块连接主控模块，所述第一磁传感器（1）、第二磁传感器（3）通过S/R置位复位电路连接主控模块，所述主控模块连接LCD显示模块和声光报警模块。

2.根据权利要求1所述一种隐形耳机探测装置，其特征在于，所述电源按键开关模块包括电池、充电电路、按键开关（6），电池通过充电电路连接按键开关（6）。

3.根据权利要求1所述一种隐形耳机探测装置，其特征在于，所述主控模块为单片机模块或者AMR控制模块。

4.根据权利要求1所述一种隐形耳机探测装置，其特征在于，所述声光报警模块包括LED指示灯（4）、扬声器（5）。

5.根据权利要求1所述一种隐形耳机探测装置，其特征在于，所述第一磁传感器（1）、第二磁传感器（3）安装在前机壳（2）、后机壳（9）构成的壳体内，所述壳体连接手柄（10）。

6.根据权利要求1所述一种隐形耳机探测装置，其特征在于，所述第一磁传感器（1）、第二磁传感器（3）为AMR磁阻传感器。

7.一种隐形耳机的探测方法，其特征在于包括以下步骤：

1）、系统上电，主控电路初始化，通过S/R置位复位电路，对第一磁传感器（1）、第二磁传感器（3）进行置位/复位；

2）、将第一磁传感器（1）接近人体约10cm左右，从上到下移动第一磁传感器（1），检查人体附近的磁场强度是否超过500 mGs；

3）、当第一磁传感器（1）检测到磁场强度高于500 mGs时，LED指示灯（4）亮，将第一磁传感器（1）进一步贴近人体，观察LCD显示模块上的磁场强度实测值和磁源距离的变化；

4）、当检测磁场强度大于1Gs时，扬声器响起，表示在距离第一磁传感器（1）探头10cm以内存在磁源材料；

5）、根据LCD显示模块上磁场强度和距离值，进一步缩小搜索范围，锁定磁源位置。

8.根据权利要求7所述一种隐形耳机的探测方法，其特征在于，所述第一磁传感器（1）、第二磁传感器（3）为基于玻莫合金薄膜单轴磁传感器，将磁场强度转化为电信号输出，灵敏度高于500 mGs。

9.根据权利要求7所述一种隐形耳机的探测方法，其特征在于，所述第一磁传感器（1）用于接近被测目标，所述第二磁传感器（3）远离被测目标，通过对第一磁传感器（1）、第二磁传感器（3）探测信号的差分处理，来消除地磁场的影响，获得被测目标的磁场信号。

10.根据权利要求7所述一种隐形耳机的探测方法，其特征在于，所述S/R置位复位电路用于产生4A、持续时间为2微秒的脉冲信号，来恢复和保持第一磁传感器（1）、第二磁传感器（3）的特性。