CN104614692A - 采用涡流技术的金属标签检测系统 - Google Patents

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许洪光
张霆廷
朱晖
张钦宇
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Abstract

本发明提供了一种采用涡流技术的金属标签检测系统，包括交流信号发生器、以及依次相连的检测线圈、相位幅度/检测器、直流偏移/放大器、模/数转换器以及数字信号处理器，所述交流信号发生器分别与所述检测线圈和所述相位幅度/检测器相连。本发明的有益效果是：本发明的基于电涡流检测的金属标签检测系统，属于非接触检测，检测速度高，易于实现自动化检测。检测器灵敏度高，可以实现较高密度的信息记录。检测系统体积较小，可以做成便携式检测设备。

Description

采用涡流技术的金属标签检测系统
技术领域
本发明涉及交流磁场测量、电磁检测技术、涡流检测技术领域，尤其涉及采用涡流技术的金属标签检测系统。
背景技术
物品信息的感知与采集是物联网体系的重要组成部分，目前几种主要的物品识别技术（条码、RFID、磁条）存在着容易损毁、相对价格较高等问题。而且这些信息记录技术仅适用于物品生产、存储和流通等短期使用场合，不能在露天、地下以及野外等潮湿、温差大、污染等环境下长期使用。
现有的长期使用的物品信息记录，如电动机、发动机铭牌、气体液体存储罐标签等物品信息记录，采用文字或字母在物品的金属表面刻制，信息量小，不能自动识别。
发明内容
为了解决现有技术中的问题，本发明提供了一种采用涡流技术的金属标签检测系统。
本发明提供了一种采用涡流技术的金属标签检测系统，包括交流信号发生器、以及依次相连的检测线圈、相位幅度/检测器、直流偏移/放大器、模/数转换器以及数字信号处理器，所述交流信号发生器分别与所述检测线圈和所述相位幅度/检测器相连，所述检测线圈缠绕于磁芯外表面；带有磁芯的检测线圈在交变电流的激励下，使金属板表面感应出漩涡电流，该电流产生的磁场反作用于线圈磁场，当检测线圈下方出现不同的金属符号图案时，线圈两端电压产生不同的幅度和相位变化，经幅度/相位检测器处理、直流偏移和放大后，输出的信号由模/数转换器数字化，数字信号处理器对检测线圈两端电压幅度/相位信号进行滤波、特征提取以及分类，实现对金属符号的自动识别。
作为本发明的进一步改进，该金属标签检测系统还包括金属标签，该金属标签包括在金属物品表面制作的、记录物品信息的金属符号，金属标签利用金属符号在金属物品表面的位置参量和金属符号参量进行编码，记录物品信息。
作为本发明的进一步改进，金属标签的材料是任何金属材料或导电材料。
作为本发明的进一步改进，金属符号由几种不同的几何图案作为基本信息符号，几何图案采用圆形、矩形或其它几何形状。
作为本发明的进一步改进，金属标签采用二进制或多进制进行信息编码，记录物品信息，一种符号代表多进制数中的一个基数；当使用二进制编码时，使用两种不同的金属符号表示信息，以一种符号代表数字0，另一种符号代表数字1。
作为本发明的进一步改进，不同金属符号的几何图案在金属板表面的面积和深度影响对金属符号的判决。
作为本发明的进一步改进，金属符号的几何图案的深度大于其趋肤深度的2倍以上，趋肤深度根据公式计算，为趋肤深度，为信号角频率，为金属导体的磁导率，为金属导体的电导率。
作为本发明的进一步改进，金属符号采用一维或二维方式排列，金属符号采用等间距或者不等间距排列。
作为本发明的进一步改进，检测线圈的截面与金属符号的面积相当，检测线圈在金属符号上方沿着排列方向滑动扫描，使用一个检测线圈能够对金属标签中多个金属符号进行检测。
本发明的有益效果是：本发明的基于电涡流检测的金属标签检测系统，属于非接触检测，检测速度高，易于实现自动化检测。检测器灵敏度高，可以实现较高密度的信息记录。检测系统体积较小，可以做成便携式检测设备。
附图说明
图1是本发明的原理框图。
图2是本发明的检测线圈原理框图。
具体实施方式
如图1、2所示，本发明公开了一种采用涡流技术的金属标签检测系统，包括交流信号发生器1、以及依次相连的检测线圈2、相位幅度/检测器3、直流偏移/放大器4、模/数转换器5以及数字信号处理器6，所述交流信号发生器1分别与所述检测线圈2和所述相位幅度/检测器3相连，所述检测线圈2缠绕于磁芯8外表面；带有磁芯8的检测线圈2在交变电流的激励下，使金属板表面感应出漩涡电流，该电流产生的磁场反作用于线圈磁场，当检测线圈2下方出现不同的金属符号图案时，线圈两端电压产生不同的幅度和相位变化，经幅度/相位检测器3处理、直流偏移和放大后，输出的信号由模/数转换器5数字化，数字信号处理器6对检测线圈2两端电压幅度/相位信号进行滤波、特征提取以及分类，实现对金属符号的自动识别。一个线圈的检测范围覆盖一个金属符号区域，通过在金属符号9排列方向滑动扫描，可实现一维和二维金属标签信息的自动识别。
该金属标签检测系统还包括金属标签7，金属标签7为在金属物品表面或用作标签的金属板表面通过刻制（铸造、冲压、刻蚀、打制）等方法制成几何图案，一种几何图案定义为一种金属符号9，表示多进制数中的一个基数。一组符号在金属板上以适当间距和位置排列，组成一个数集。金属标签7利用金属符号9在金属板表面的位置参量和几何图案参量进行编码，记录物品信息。金属标签7的检测采用电涡流技术实现。
金属标签7的材料是任何金属材料或导电材料。
金属符号9由几种不同的几何图案作为基本信息符号，几何图案采用圆形、矩形或其它几何形状。
金属标签7采用二进制或多进制进行信息编码，记录物品信息，一种符号代表多进制数中的一个基数；当使用二进制编码时，使用两种不同的金属符号表示信息，以一种符号代表数字0，另一种符号代表数字1。
不同金属符号9的几何图案在金属板表面的面积和深度影响对金属符号的判决。
金属符号9的几何图案的深度大于其趋肤深度的2倍以上，趋肤深度根据公式计算，为趋肤深度，为信号角频率，为金属导体的磁导率，为金属导体的电导率。
金属符号9采用一维或二维方式排列，金属符号采用等间距或者不等间距排列。
检测线圈2的截面与金属符号9的面积相当，检测线圈2在金属符号9上方沿着排列方向滑动扫描，使用一个检测线圈2能够对金属标签7中多个金属符号9进行检测。
一种最简单的二进制数编码方案是将没有刻制图案的区域看作是一种特殊的符号，代表数字‘1’，任何一种其它符号代表数字‘0’。
本发明采用交变电压信号激励带有磁芯8的检测线圈2，在金属板表面产生感应磁场，该磁场反作用于线圈产生的磁场，影响检测线圈2两端的电抗。
不同的金属符号9在线圈两端产生不同的电抗。
使用幅度/相位检测器3，通过检测线圈2两端电压幅度和相位，实现对线圈两端电抗的检测。
幅度/相位检测器3将线圈两端交流电压的幅度和相位信息转换为直流信号。
幅度/相位检测器3的输出信号中包含检测线圈2自感产生的固有幅度和相位信号，为了检测变化量，系统采用直流偏移/放大器4，减去固有成份。对于最简单的二进制数编码方案，当检测线圈2下出现的是没有刻制图案的金属符号时，直流偏移/放大器4的输出接近零电位。
使用直流偏移/放大器4对幅度/相位检测器3的输出信号偏移之后放大，使其达到模/数转换器5工作所需的电压幅度。
使用两个模/数转换器5分别对幅度/相位检测器3的两路输出信号进行数字化。
使用数字信号处理器6对检测线圈2两端电压幅度/相位信号进行滤波、特征提取以及分类，实现对金属符号9的自动识别。
本发明提供了一种在金属物品表面或用作标签的金属板表面制作几何图形进行信息记录的技术手段，本发明采用电磁感应技术进行自动识别和信息读取。
金属标签7具有不易损毁、不易污染、价格低廉等优点，适合于长期保存记录信息，并可自动读取的应用场合。比如，室外恶劣条件下金属部件识别管理,危险容器标识和管理,室外公共设施的管理等。
金属标签系统是对现有物品感知技术的一种补充。使用数字信号处理器进行数据处理具有很强的抗干扰能力。
基于电涡流检测的金属标签检测系统，属于非接触检测，检测速度高，易于实现自动化检测。检测器灵敏度高，可以实现较高密度的信息记录。检测系统体积较小，可以做成便携式检测设备。
本发明具有如下有益效果：
1. 永久性：条码通常工作在物品的生产、存储和运输的环节，在消费或使用的过程中条码会逐渐损坏。金属标签7在物品的整个生命周期内保持其标签的可读性，在某些情况下，即使标识的物品损坏，金属标签7仍具有可读性，这对于事故分析和责任追踪具有重要意义。
2. 与物品一体化：条码、RFID和磁条均需要安装在物品上，无论采用什么样的安置方式都不可能实现与物品完美的结合，同时需要安装过程及安装成本，并且易于破损及脱落。金属物品或金属标签材料本身具有天然的牢固性，可以直接在物体表面制作标签，与物品完全结合在一起，坚固耐磨。
3.低成本：RFID的价格劣势限制了其应用，只能应用在附加值较高的物品上。金属自动识别标签制作容易，可直接在金属标签表面或物品金属表面通过铸造、冲压、刻蚀等多种工艺形成标签，价格远低于磁卡、存储卡、RFID等标签系统。
4. 恶劣条件下应用：在潮湿、高温、污染等环境下，各类标签都可能受到磨损、污染、腐蚀、器件失效的影响，导致系统无法正常工作。金属识别标签系统在金属表面或内部浅层进行标记，其金属的特性决定了金属识别标签的可靠性，可工作在露天、水下、地下及太空环境下，具有极高的稳定性。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种采用涡流技术的金属标签检测系统，其特征在于：包括交流信号发生器、以及依次相连的检测线圈、相位幅度/检测器、直流偏移/放大器、模/数转换器以及数字信号处理器，所述交流信号发生器分别与所述检测线圈和所述相位幅度/检测器相连，所述检测线圈缠绕于磁芯外表面；带有磁芯的检测线圈在交变电流的激励下，使金属板表面感应出漩涡电流，该电流产生的磁场反作用于线圈磁场，当检测线圈下方出现不同的金属符号图案时，线圈两端电压产生不同的幅度和相位变化，经幅度/相位检测器处理、直流偏移和放大后，输出的信号由模/数转换器数字化，数字信号处理器对检测线圈两端电压幅度/相位信号进行滤波、特征提取以及分类，实现对金属符号的自动识别。
2.根据权利要求1所述的金属标签检测系统，其特征在于：该金属标签检测系统还包括金属标签，该金属标签包括在金属物品表面制作的、记录物品信息的金属符号，金属标签利用金属符号在金属物品表面的位置参量和金属符号参量进行编码，记录物品信息。
3.根据权利要求2所述的金属标签检测系统，其特征在于：金属标签的材料是任何金属材料或导电材料。
4.根据权利要求2所述的金属标签检测系统，其特征在于：金属符号由几种不同的几何图案作为基本信息符号，几何图案采用圆形、矩形或其它几何形状。
5.根据权利要求2所述的金属标签检测系统，其特征在于：金属标签采用二进制或多进制进行信息编码，记录物品信息，一种符号代表多进制数中的一个基数；当使用二进制编码时，使用两种不同的金属符号表示信息，以一种符号代表数字0，另一种符号代表数字1。
6.根据权利要求2所述的金属标签检测系统，其特征在于：不同金属符号的几何图案在金属板表面的面积和深度影响对金属符号的判决。
7.根据权利要求2所述的金属标签检测系统，其特征在于：金属符号的几何图案的深度大于其趋肤深度的2倍以上，趋肤深度根据公式计算，为趋肤深度，为信号角频率，为金属导体的磁导率，为金属导体的电导率。
8.根据权利要求2所述的金属标签检测系统，其特征在于：金属符号采用一维或二维方式排列，金属符号采用等间距或者不等间距排列。
9.根据权利要求2所述的金属标签检测系统，其特征在于：检测线圈的截面与金属符号的面积相当，检测线圈在金属符号上方沿着排列方向滑动扫描，使用一个检测线圈能够对金属标签中多个金属符号进行检测。
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