CN107576723A - 基于涡流检测技术的线性金属条码标签检测次优接收机 - Google Patents
基于涡流检测技术的线性金属条码标签检测次优接收机 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提出了一种基于涡流检测技术的线性金属条码标签检测次优接收机。其中，线性金属条码标签形式上属于单极性归零码；次优是指，根据最优接收准则，在加性高斯白噪声噪声概率密度函数基础上引入平均码间干扰估计，推导出的接收准。首先给出基于并矢格林函数作用距离的减少的阻抗计算，其复杂度最多降低到，同时码间干扰是加性的。然后给出了次优接收准则，并给出了与相关接收机结构相似的对应接收机。本发明使用加性码间干扰条件下的次优接收准则检测线性金属条码标签，通过计算涡流作用范围，仅对作用范围内的金属条码进行处理，减少了对涡流检测读取线性金属条码标签中线圈阻抗变化的计算量，具有较高的应用价值。
Description
技术领域
本发明属于物联网感知技术领域，具体涉及一种线性金属条码标签检测的基于涡流检测技术的线性金属条码标签检测次优接收机技术。
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。
线性金属条码标签系统在金属表面制作图形(符号)，通过符号的排列记录物品信息，使用涡流技术对线性金属条码标签进行检测和信息识别。具有不容易破损、成本低以及与物品一体化的特点，能在恶劣环境下长期使用，并且利用现有检测技术，可以快速地建立成熟的应用系统，容易推广使用。
发明内容
为解决现有技术中存在的问题，本发明提出了一种基于涡流检测技术的线性金属条码标签检测次优接收机，减少对涡流检测读取线性金属条码标签中线圈阻抗变化的计算量。
本发明具体通过如下技术方案实现：
一种基于涡流检测技术的线性金属条码标签检测次优接收机，所述线性金属条码标签由一系列在金属表面制作的、具有固定间距、平行排列的金属凹槽组成；使用中空、多圈环形涡流线圈在线性金属条码标签表面滑动扫描，线性金属条码标签凹槽使得线圈阻抗在扫描过程中发生变化，通过检测阻抗变化，实现线性金属条码标签的检测；其特征在于：对于多个金属凹槽，使用平均IBI估计代替IBI，所述次优接收准则为：
其中，Rself和Rij(Δx)分别表示自相关函数和互相关函数，
附图说明
图1是线性金属条码标签检测原理图；
图2是码间干扰示意图；
图3是本发明的次优接收机原理。
具体实施方式
下面结合附图说明及具体实施方式对本发明进一步说明。
如图1所示，本发明基于涡流检测技术的线性金属条码标签检测次优接收机，其中，线性金属条码标签由一系列在金属表面制作的，具有固定间距、平行排列的金属凹槽组成。使用中空、多圈环形涡流线圈在线性金属条码标签表面滑动扫描，线性金属条码标签凹槽使得线圈阻抗在扫描过程中发生变化，通过检测阻抗变化，实现线性金属条码标签的检测。
本发明对线性金属条码标签的检测不直接使用线圈阻抗，而是使用阻抗增量作为检测参数。
涡流线圈在线性金属条码标签表面滑动时，每个凹槽依次进入涡流线圈作用范围，类似于数字通信中的一个数据比特，同时在线圈作用范围内还包含多个数据比特，形成互相干扰，即如图2所示的码间干扰(IBI)。编码规则为比特“1”表示有凹槽，比特“0”表示没有凹槽。
线性金属条码标签记录的长度n的比特序列可以表示为：
其中，bi为第i位码元对应的信息比特，xi为第i个码元的位置，Δxbit为码元宽度，δ(x)为单位冲激函数。凹槽合集可记为M＝{ibi＝1}，凹槽总数为m＝∑bi。线性金属条码标签形式上属于单极性归零码。
线性金属条码标签凹槽的宽度足够的小，可近似看作理想裂缝。得到积分方程和阻抗变化ΔZ参量分别为：
其中，是无扰动感应涡流密度的x分量，可通过解析法得到。是半空间并矢格林函数的x-x分量。Gxx包括三项：Gxx0、Gxxs和Vxx，分别表示源项、镜像项和空气导体交界面的反射项。k为导体中电涡流场的波数，I为激励电流幅值，σ0为导体电导率，Sslot,j为码元j处的凹槽面积，为码元j处完好场电涡流密度，为码元j处电流偶极子密度。
涡流线圈接收信号为r(x)＝|ΔZ(x)|+n(x)，n(x)是均值为0、方差为σn的加性高斯白噪声(AWGN)，|ΔZ(x)|为线圈阻抗变化幅值。
积分方程的求解使用数值化方法，每个理想裂缝表面离散化为nl×nd个尺寸为δl×δd的单元，
其中，T表示矩阵转置，rj和θj分别为码元j处凹槽各离散单元中心在以线圈对称轴为z轴建立的柱坐标系中对应的径向距离向量和方向角向量。
令A＝-δlδd/σ0I2，则线圈阻抗变化ΔZ(x)为
定义涡流作用范围为Δxg，则其满足下列约束
其中，R、θ为极坐标，S是离散单元面积δlδd，e为自然常数。
本发明中只考虑Δxbit＞Δxg时的情况，对于任意j∈M，则积分方程变为
Gxx,slot为单个凹槽的并矢格林函数矩阵，为(nl×nd)×(nl×nd)方阵，在忽略了凹槽和凹槽之间的作用后，系数矩阵的其余元素为零。通过简化，积分方程计算的复杂度从O(n2)减小到O(1)。
码元i的引起的阻抗变化ΔZi(x)由bi产生，其受到的码间干扰IBIi(x)是加性的。那么
r(x)＝|ΔZ(x)|+n(x)＝|ΔZi(x)|+|IBIi(x)|+n(x)
其中，
其中，为的转置，是Gxx,slot的逆矩阵。
设a为线圈内径和外径的平均值，根据无损检测中涡流作用范围的准则，当凹槽与涡流线圈中心的距离大于1.8a时，近似为零，此即确定了涡流线圈对数据比特的作用范围。
二进制通信系统的最佳接收准则为：当Pr(bi＝1)f1(r)＞Pr(bi＝0)f0(r)时，bi判决为1，否则bi判决为0。其中，f0(r)和f1(r)分别为码元i对应的信息比特bi为0和1时的概率密度，
不等式两端取对数，则该准则等价为
对于多个金属凹槽，使用平均IBI估计代替IBI。
其中，Rself和Rij(Δx)分别表示自相关函数和互相关函数，
完好场涡流密度满足条件
其中，Δx＝(j-i)Δxbit，i,j∈M。
由于IBI只来自于相邻的比特1，则码元j对码元i的干扰为Pr(bj＝1)Rij(Δx)＝Rij(Δx)/2，bi受到的平均IBI估计为
其中，表示对x进行向下取整。
将平均IBI估计代入准则
得到如图3所示的次优接收准则为
其中，次优是指根据最优接收准则，在加性高斯白噪声噪声概率密度函数基础上引入平均码间干扰估计，推导出的接收准。
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 (6)
1.一种基于涡流检测技术的线性金属条码标签检测次优接收机，所述线性金属条码标签由一系列在金属表面制作的、具有固定间距、平行排列的金属凹槽组成；使用中空、多圈环形涡流线圈在线性金属条码标签表面滑动扫描，线性金属条码标签凹槽使得线圈阻抗在扫描过程中发生变化，通过检测阻抗变化，实现线性金属条码标签的检测；其特征在于：对于多个金属凹槽，使用平均码间干扰估计代替各符号的码间干扰，所述次优接收准则为
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其中，Rself和Rij(Δx)分别表示自相关函数和互相关函数，
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2.根据权利要求1所述的次优接收机，其特征在于：所述涡流线圈在线性金属条码标签表面滑动时，每个凹槽依次进入涡流线圈作用范围，类似于数字通信中的一个数据比特，同时在线圈作用范围内还包含多个数据比特，形成互相干扰，即码间干扰(IBI)。
3.根据权利要求1所述的次优接收机，其特征在于：线性金属条码标签凹槽的宽度足够的小，近似看作理想裂缝，得到积分方程和阻抗变化ΔZ参量分别为：
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4.根据权利要求1所述的次优接收机，其特征在于：涡流线圈接收信号为，
r(x)＝|ΔZ(x)|+n(x)＝|ΔZi(x)|+|IBIi(x)|+n(x)
其中，n(x)是均值为0、方差为σn的加性高斯白噪声。
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</mrow>
5.根据权利要求1所述的次优接收机，其特征在于：假定为涡流线圈内径和外径的平均，根据无损检测中涡流作用范围的准则，当凹槽与涡流线圈中心的距离大于1.8a时，近似为零，此即确定了涡流线圈对数据比特的作用范围。
6.根据权利要求1所述的次优接收机，其特征在于：定义涡流作用范围为Δxg，则其满足下列约束
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112417929A (zh) * | 2019-08-22 | 2021-02-26 | 阿里巴巴集团控股有限公司 | 一种物流对象识别方法、装置和系统 |
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2017
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