CN111505729A - 一种基于太赫兹和毫米波弧形天线阵列的主动式安检仪 - Google Patents
一种基于太赫兹和毫米波弧形天线阵列的主动式安检仪 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种基于太赫兹和毫米波弧形天线阵列的主动式安检仪，属于安检仪技术领域，包括结构组件、成像处理组件、伺服驱动组件与连接组件，所述结构组件包括顶部框架、底部框架与至少四个支撑柱，所述支撑柱两两对称设置。本发明与平面扫描方式的太赫兹和毫米波人体安检设备相比，弧形天线阵列覆盖的水平方向角度足够大，避免了人体安检时身体两侧的检测盲区；与圆柱扫描方式的太赫兹和毫米波人体安检设备相比，减少了收发天线单元的个数，也减少了设备的成本和重量，而且更符合椭圆体的人体外形；同时由于第一、第二太赫兹/毫米波段收发机为直线运动，而在圆柱扫描方式的设备中是圆弧运动，机械设计更为简单，系统的稳定性更高。
Description
技术领域
本发明涉及安检仪技术领域，具体涉及一种基于太赫兹和毫米波弧形天线阵列的主动式安检仪。
背景技术
国际反恐形势的紧迫对人体安检提出了多方面新的需求，首先需要能对人体衣物遮蔽下的物品进行非接触式三维全息成像检测，以提高对危险品和违禁品等可疑目标的识别率，减少漏检率；第二、需要扩展检测能力，除了对金属目标进行检测外，还要对陶瓷、塑料、纸张、粉末、液体等非金属物品进行检测，包括枪支、刀具、炸药、毒品、光盘、现金、液体、芯片、陶瓷等；第三、要符合国家和行业标准规范要求，是安全无害的不会对人体健康造成伤害。
金属探测仪包括金属安检门和手持式金属探测器，金属安检仪的安检方式是待检人先过金属安检门，发现隐藏的金属物品时，金属门会发出报警声，相应的指示灯闪烁。工作人员用手持式金属探测器和手触摸方式对人体再进行一次检测。这种检测方式，其一：只能对隐匿的金属物品进行检测，对陶瓷、粉末、液体等非金属违禁品无法检测，给安防工作带来极大隐患；其二：会触碰到人的隐私部位，会产生误解和冲突；其三：对每个待检人都要弯腰仔细检查身体主要部位，工作人员工作量非常大。
近年来，国际上出现了低辐射剂量的X射线人体安检仪可以实现对金属及非金属物品的探测，由于其对人体存在电离辐射的危害，不被公众所接受，难以在日常安检中推广使用。
太赫兹和毫米波波长为30μm～10mm，介于微波和红外线之间，能穿透衣服，被动式安检仪利用人体和携带的物品温度差进行成像，成像分辨率在厘米级，比主动式成像的分辨率差了一个量级，离用户要求有差距。
主动式安检仪向待检人发射太赫兹和毫米波信号，信号穿透衣服等织物，接触到皮肤后反射回接收天线，通过处理就能获取隐藏于衣服下物体的高分辨图像，能很好地对检测到的物体进行分辨和识别。向人体辐射的一部分太赫兹和毫米波信号接触到皮肤后被皮下脂肪吸收，不存在电离辐射，向人体辐射的能量也远低于国家标准要求，是手机辐射千分之一以下，对人体是绝对安全的。
但是目前的主动式安检仪的工作方式包括平描扫描和圆柱面扫描，广泛采用直线阵列通过一维电子扫描和机械扫描或平面阵通过二维电子扫描方式工作。平面扫描安检仪天线波束指向始终与阵面垂直，两个天线只能对人体的身前和身后目标成像，身体两侧无法照射到，会存在较大的盲区。柱面扫描安检仪吊挂安装的两个天线阵列水平向在两个圆弧形扇区内扫描，与人体椭圆体的躯干并不匹配；圆柱扫描天线阵列的高度一般设计为2米与人体极限高度相匹配，圆柱面安检仪的天线长度较长，单元数量较多，系统更复杂、成本加倍，重量更大。为此，提出一种基于太赫兹和毫米波弧形天线阵列的主动式安检仪。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于：如何使主动式安检仪与人体外形更加匹配，从而使安检工作变得更加快速高效，提供了一种基于太赫兹和毫米波弧形天线阵列的主动式安检仪。
本发明是通过以下技术方案解决上述技术问题的，本发明包括结构组件、成像处理组件、伺服驱动组件与连接组件，所述结构组件包括顶部框架、底部框架与至少两个支撑柱，所述支撑柱对称设置，所述顶部框架通过所述支撑柱与所述底部框架连接，所述顶部框架、所述底部框架与所述支撑柱构成用于待检人员站立与通行的圆柱形空间，所述成像处理组件包括至少两个太赫兹/毫米波段收发机，所述太赫兹/毫米波段收发机分别与所述支撑柱连接，所述太赫兹/毫米波段收发机对称分布在圆柱体空间的两侧，所述伺服驱动组件通过所述连接组件分别与所述太赫兹/毫米波段收发机连接，所述伺服驱动组件驱动所述太赫兹/毫米波段收发机沿垂直方向进行扫描，所述太赫兹/毫米波段收发机包括用于消除人体侧面成像盲区的弧形天线阵列与收发机本体，所述太赫兹/毫米波段收发机设置在所述收发机本体上并与其活动连接，所述弧形天线阵列中的覆盖角度由具体的使用场景确定。
更进一步的，所述成像处理组件还包括用于接收所述太赫兹/毫米波段收发机所接收的太赫兹和毫米波信号的实时成像处理机、用于显示和处理太赫兹和毫米波图像、目标识别结果的触控显示器与上位机，所述实时成像处理机与所述上位机均设置在所述顶部框架上，所述触控显示器的安装位置根据使用需求确定，以方便使用为原则，所述实时成像处理机、所述触控显示器均与所述上位机通信连接。在安检时安检操作员点击触控显示器上的按钮，上位机将控制指令分发给频综器、实时成像处理机和伺服驱动器。
更进一步的，所述太赫兹/毫米波段收发机还包括用于产生安检仪所需信号的频综器，所述频综器设置在所述顶部框架上，所述上位机与所述频综器使用标准的通信接口连接。
更进一步的，所述连接组件包括导轨与滑块，所述导轨设置在所述支撑柱上，所述滑块设置在所述收发机本体上，所述导轨与收发机本体滑动连接，所述太赫兹/毫米波段收发机沿所述导轨方向上下运动对待检人员进行扫描。导轨与滑块的规格不限，能够保证太赫兹/毫米波段收发机进行水平对称扫描即可。
更进一步的，所述连接组件还包括柔性连接件与同步齿轮带，所述收发机本体的底端通过所述柔性连接件与所述底部框架活动连接，所述同步齿轮带的两端分别与位于两侧的所述收发机本体的顶端连接。这样在伺服电机的驱动下，位于两侧的太赫兹/毫米波段收发机便可以做到一侧自上而下在水平方向上扫描，另一侧自下而上在水平方向上扫描。
更进一步的，所述伺服驱动组件包括伺服电机与控制所述伺服电机的伺服驱动器，所述伺服电机与所述伺服驱动器均设置在所述顶部框架上，所述同步齿轮带与所述伺服电机的输出轴啮合传动，所述伺服电机驱动所述同步齿轮带运动从而驱动位于两侧的所述太赫兹/毫米波段收发机上下运动进行扫描工作。
更进一步的，所述连接组件还包括用于连接所述同步齿轮带的同步带轮，所述同步带轮设置在所述伺服电机的输出轴上。
更进一步的，在对待检人员扫描过程中，位于两侧的所述太赫兹/毫米波段收发机分别发送不同频段的太赫兹和毫米波，位于两侧的所述太赫兹/毫米波段收发机采用同时工作的工作方式。交替工作的方式使得太赫兹/毫米波收发机具有更高的可更换性，降低了其软件和硬件的复杂度。
更进一步的，在对待检人员扫描过程中，位于两侧的所述太赫兹/毫米波段收发机分别发送同一频段的太赫兹和毫米波，位于两侧的所述太赫兹/毫米波段收发机采用交替工作的工作方式。在机械结构足够稳定以及计算资源充足的情况下，同时工作的方式可以提高扫描速度。
更进一步的，所述支撑柱的数量为两组，每组包括两个，两组所述支撑柱对称设置，两两相对的所述支撑柱分别形成主动式安检仪的入口与出口，所述底部框架的中心位置设置有站立区，入口、出口与站立区形成安检通道。
本发明相比现有技术具有以下优点：该基于太赫兹和毫米波弧形天线阵列的主动式安检仪，与平面扫描方式的太赫兹和毫米波人体安检设备相比，弧形天线阵列覆盖的水平方向角度足够大，避免了人体安检时身体两侧的检测盲区；与圆柱扫描方式的太赫兹和毫米波人体安检设备相比，减少了收发天线单元的个数，也减少了设备的成本和重量，而且更符合椭圆体的人体结构；同时由于第一、第二太赫兹/毫米波段收发机为直线运动，而在圆柱扫描方式的设备中是圆弧运动，机械设计更为简单，系统的稳定性更高。
附图说明
图1是本发明实施例二与三中基于太赫兹和毫米波弧形天线阵列的主动式安检仪的结构示意图；
图2是本发明实施例二与三中基于太赫兹和毫米波弧形天线阵列的主动式安检仪的第一弧形天线阵列的结构示意图。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例一
本实施例提供一种技术方案：一种基于太赫兹和毫米波弧形天线阵列的主动式安检仪，包括结构组件、成像处理组件、伺服驱动组件与连接组件，所述结构组件包括顶部框架、底部框架与两个支撑柱，所述支撑柱对称设置，所述顶部框架通过所述支撑柱与所述底部框架连接，所述顶部框架、所述底部框架与所述支撑柱构成用于待检人员站立与通行的圆柱体空间，所述成像处理组件包括两个太赫兹/毫米波段收发机，两个所述太赫兹/毫米波段收发机分别与两个所述支撑柱连接，两个所述太赫兹/毫米波段收发机对称分布在圆柱形空间的两侧，所述伺服驱动组件通过所述连接组件分别与两个所述太赫兹/毫米波段收发机连接，所述伺服驱动组件驱动所述太赫兹/毫米波段收发机沿垂直方向进行扫描，所述太赫兹/毫米波段收发机包括用于消除人体侧面成像盲区的弧形天线阵列与收发机本体，所述太赫兹/毫米波段收发机设置在所述收发机本体上并与其活动连接，所述弧形天线阵列中的覆盖角度由具体的使用场景确定。
所述成像处理组件还包括用于接收所述太赫兹/毫米波段收发机所接收的太赫兹和毫米波信号的实时成像处理机、用于显示太赫兹和毫米波图像以及目标识别结果的触控显示器与上位机，所述实时成像处理机与所述上位机均设置在所述顶部框架上，所述触控显示器的安装位置根据使用需求确定，以方便使用为原则，所述实时成像处理机、所述触控显示器均与所述上位机通信连接。在安检时安检操作员点击触控显示器上的按钮，上位机将控制指令分发给频综器、实时成像处理机和伺服驱动器。
所述太赫兹/毫米波段收发机还包括用于产生安检仪所需信号的频综器，所述频综器设置在所述顶部框架上，所述上位机与所述频综器使用标准的通信接口连接。
所述连接组件包括导轨与滑块，所述导轨设置在所述支撑柱上，所述滑块设置在所述收发机本体上，所述导轨与收发机本体滑动连接，所述太赫兹/毫米波段收发机沿所述导轨方向上下运动对待检人员进行扫描。导轨与滑块的规格不限，能够保证太赫兹/毫米波段收发机进行水平对称扫描即可。
所述连接组件还包括柔性连接件与同步齿轮带，所述收发机本体的底端通过所述柔性连接件与所述底部框架活动连接，所述同步齿轮带的两端分别与位于两侧的所述收发机本体的顶端连接。这样在伺服电机的驱动下，位于两侧的两个太赫兹/毫米波段收发机便可以做到一侧自上而下在水平方向上扫描，另一侧自下而上在水平方向上扫描。
所述伺服驱动组件包括伺服电机与控制所述伺服电机的伺服驱动器，所述伺服电机与所述伺服驱动器均设置在所述顶部框架上，所述同步齿轮带与所述伺服电机的输出轴啮合传动，所述伺服电机驱动所述同步齿轮带运动从而驱动位于两侧的两个所述太赫兹/毫米波段收发机上下运动进行扫描工作。
所述连接组件还包括用于连接所述同步齿轮带的同步带轮，所述同步带轮设置在所述伺服电机的输出轴上。
在对待检人员扫描过程中，位于两侧的所述太赫兹/毫米波段收发机分别发送不同频段的太赫兹和毫米波，位于两侧的所述太赫兹/毫米波段收发机采用同时工作的工作方式。交替工作的方式使得太赫兹/毫米波收发机具有更高的可更换性，降低了其软件和硬件的复杂度。
在对待检人员扫描过程中，位于两侧的所述太赫兹/毫米波段收发机分别发送同一频段的太赫兹和毫米波，位于两侧的所述太赫兹/毫米波段收发机采用交替工作的工作方式。在机械结构足够稳定以及计算资源充足的情况下，同时工作的方式可以提高扫描速度。
所述支撑柱的数量为两组，每组包括两个，两组所述支撑柱对称设置，两两相对的所述支撑柱分别形成主动式安检仪的入口与出口，所述底部框架的中心位置设置有站立区，入口、出口与站立区形成安检通道。
实施例二
如图1、图2所示，本实施例提供一种技术方案：一种基于太赫兹和毫米波弧形天线阵列的主动式安检仪，第一太赫兹/毫米波段收发机1、第二太赫兹/毫米波段收发机2、第一扫描区5、第二扫描区6、频综器10、上位机11，实时成像处理机12，伺服电机13，触控显示器15、站立区17、第一连接部件8、第二连接部件9与结构部件，结构部件包括：第一对支撑立柱3、第二对支撑立柱4、底部框架7，顶部框架14，上述结构部件共同构成圆柱形的空间，用于待检人员16站立与通行。
第一太赫兹/毫米波段收发机1，其包括用于发射和接收太赫兹/毫米波的第一弧形天线阵列101与用于产生安检仪所需信号的频综器10，所述频综器10安装在所述顶部框架14上，所述第一弧形天线阵列101在水平方向覆盖的角度足够消除人体侧面的成像盲区；第二太赫兹/毫米波段收发机2，其包括用于发射和接收太赫兹/毫米波的第二弧形天线阵列201与用于产生安检仪所需信号的频综器10，所述第二弧形天线阵列201在水平方向覆盖的角度足够消除人体侧面的成像盲区，两个太赫兹/毫米波段收发机对向放置，位于圆柱形空间的两侧。
在本实施例中第一连接部件8是同步齿形带，使用同步带轮18、伺服电机13和两个太赫兹/毫米波段收发机连接在一起；在本实施例中第二连接部件9是柔性连接部件，比如起吊钢丝绳，该连接部件通过底部框架7上的定滑轮连接至两个太赫兹/毫米波段收发机。
在上述实施方式中，多个太赫兹/毫米波段收发天线单元组成第一弧形天线阵列101与第二弧形天线阵列201，两个弧形天线阵列覆盖的角度足够大以至于避免平面扫描方式中的安检盲区。两个弧形天线阵列覆盖的角度不限于示意图中所演示的角度，而是根据具体的使用场景可以适当调整。
在上述实施方式中，第一太赫兹/毫米波段收发机1和第二太赫兹/毫米波段收发机2通过滑块与导轨连接至第一对支撑立柱3和第二对支撑立柱4，使得两个太赫兹/毫米波段收发机能沿着支撑立柱的方向自由滑动。
如图1中所示，空心箭头指示的移动方向为第一扫描方向，与之相反的方向为第二扫描方向。本实施例中并不限制滑块和导轨的规格，只要能保证太赫兹/毫米波收发机进行水平对称扫描。
在本实施例中，在第一太赫兹/毫米波收发机1和第二太赫兹/毫米波收发机2进行水平对称运动对待检人员16进行扫描的过程中，第一太赫兹/毫米波收发机1和第二太赫兹/毫米波收发机2发射相同频率的太赫兹/毫米波，两个太赫兹/毫米波收发机采用交替工作的方式。交替工作的方式使得太赫兹/毫米波收发机具有更高的可更换性，降低了其软件和硬件的复杂度。
工作原理：当待检人员16进入站立区17并按指定姿势站立后，安检工作人员按下触控显示器15上的工作按钮，该控制信号经上位机11传送至伺服驱动器，伺服驱动器控制伺服电机13以第一连接部件8、第二连接部件9为媒介驱动第一太赫兹/毫米波收发机1和第二太赫兹/毫米波收发机2进行水平对称扫描。在扫描过程中，实时成像处理机12接收第一太赫兹/毫米波收发机1和第二太赫兹/毫米波收发机2所接收的太赫兹和毫米波信号，并进行实时的数据处理。其数据处理包括三维高分辨成像，图像的后处理，以及对图像中的危险品进行目标识别。实时成像处理机12所生成的太赫兹/毫米波图像以及目标识别的结果将显示在触控显示器置15上。根据具体的需求，该触控显示器置15可以安装于任意方便使用的位置。当下一位待检人员16进入站立区17并按指定姿势站立后，重复上述安检过程，其不同在于，两个太赫兹/毫米波收发机将沿着相反的扫描方向对待检人员16进行扫描。
实施例三
本实施例与实施例二的区别在于两个太赫兹/毫米波收发机的工作方式不同，本实施例中的第一太赫兹/毫米波收发机1和第二太赫兹/毫米波收发机2进行水平对称运动对待检人员16进行扫描的过程中，第一太赫兹/毫米波收发机1和第二太赫兹/毫米波收发机2发射不同频率的太赫兹/毫米波，第一、第二太赫兹/毫米波收发机采用同时工作的方式，在机械结构足够稳定以及计算资源充足的情况下，同时工作的方式可以提高扫描速度。除上述区别外，本实施例中的其余实施方式均匀实施例二相同。
综上所述，上述三组实施例中的基于太赫兹和毫米波弧形天线阵列的主动式安检仪，与平面扫描方式的太赫兹和毫米波人体安检设备相比，弧形天线阵列覆盖的水平方向角度足够大，避免了人体安检时身体两侧的检测盲区；与圆柱扫描方式的太赫兹和毫米波人体安检设备相比，减少了收发天线单元的个数，也减少了设备的成本和重量，而且更符合椭圆体的人体结构；同时由于第一、第二太赫兹/毫米波段收发机为直线运动，而在圆柱扫描方式的设备中是圆弧运动，机械设计更为简单，系统的稳定性更高。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (10)
1.一种基于太赫兹和毫米波弧形天线阵列的主动式安检仪，其特征在于：包括结构组件、成像处理组件、伺服驱动组件与连接组件，所述结构组件包括顶部框架、底部框架与至少两个支撑柱，所述支撑柱对称设置，所述顶部框架通过所述支撑柱与所述底部框架连接，所述顶部框架、所述底部框架与所述支撑柱构成用于待检人员站立与通行的圆柱体空间，所述成像处理组件包括至少两个太赫兹/毫米波段收发机，所述太赫兹/毫米波段收发机分别与所述支撑柱连接，所述太赫兹/毫米波段收发机对称分布在圆柱体两侧，所述伺服驱动组件通过所述连接组件分别与所述太赫兹/毫米波段收发机连接，所述伺服驱动组件驱动所述太赫兹/毫米波段收发机沿垂直方向进行扫描，所述太赫兹/毫米波段收发机包括用于消除人体侧面成像盲区的弧形天线阵列与收发机本体，所述太赫兹/毫米波段收发机设置在所述收发机本体上并与其活动连接，所述弧形天线阵列中的覆盖角度由具体的使用场景确定。
2.根据权利要求1所述的一种基于太赫兹和毫米波弧形天线阵列的主动式安检仪，其特征在于：所述成像处理组件还包括用于接收所述太赫兹/毫米波段收发机所接收的太赫兹和毫米波信号的实时成像处理机、用于显示太赫兹和毫米波图像以及目标识别结果的触控显示器与上位机，所述实时成像处理机与所述上位机均设置在所述顶部框架上，所述触控显示器的安装位置根据使用需求确定，所述实时成像处理机、所述触控显示器均与所述上位机通信连接。
3.根据权利要求2所述的一种基于太赫兹和毫米波弧形天线阵列的主动式安检仪，其特征在于：所述太赫兹/毫米波段收发机还包括用于产生安检仪所需信号的频综器，所述频综器设置在所述顶部框架上，所述上位机与所述频综器通过标准的通信接口连接。
4.根据权利要求1所述的一种基于太赫兹和毫米波弧形天线阵列的主动式安检仪，其特征在于：所述连接组件包括导轨与滑块，所述导轨设置在所述支撑柱上，所述滑块设置在所述收发机本体上，所述导轨与收发机本体滑动连接，所述太赫兹/毫米波段收发机沿所述导轨方向上下运动对待检人员进行扫描。
5.根据权利要求4所述的一种基于太赫兹和毫米波弧形天线阵列的主动式安检仪，其特征在于：所述连接组件还包括柔性连接件与同步齿轮带，所述收发机本体的底端通过所述柔性连接件与所述底部框架活动连接，所述同步齿轮带的两端分别与位于两侧的所述收发机本体的顶端连接。
6.根据权利要求5所述的一种基于太赫兹和毫米波弧形天线阵列的主动式安检仪，其特征在于：所述伺服驱动组件包括伺服电机与控制所述伺服电机的伺服驱动器，所述伺服电机与所述伺服驱动器均设置在所述顶部框架上，所述同步齿轮带与所述伺服电机的输出轴啮合传动，所述伺服电机驱动所述同步齿轮带运动从而驱动位于两侧的所述太赫兹/毫米波段收发机上下运动进行扫描工作。
7.根据权利要求6所述的一种基于太赫兹和毫米波弧形天线阵列的主动式安检仪，其特征在于：所述连接组件还包括用于连接所述同步齿轮带的同步带轮，所述同步带轮设置在所述伺服电机的输出轴上。
8.根据权利要求1所述的一种基于太赫兹和毫米波弧形天线阵列的主动式安检仪，其特征在于：在对待检人员扫描过程中，位于两侧的所述太赫兹/毫米波段收发机分别发送不同频段的太赫兹和毫米波，位于两侧的所述太赫兹/毫米波段收发机采用同时工作的工作方式。
9.根据权利要求1所述的一种基于太赫兹和毫米波弧形天线阵列的主动式安检仪，其特征在于：在对待检人员扫描过程中，位于两侧的所述太赫兹/毫米波段收发机分别发送同一频段的太赫兹和毫米波，位于两侧的所述太赫兹/毫米波段收发机采用交替工作的工作方式。
10.根据权利要求1所述的一种基于太赫兹和毫米波弧形天线阵列的主动式安检仪，其特征在于：所述支撑柱的数量为两组，每组包括两个，两组所述支撑柱对称设置，两两相对的所述支撑柱分别形成主动式安检仪的入口与出口，所述底部框架的中心位置设置有站立区，入口、出口与站立区形成安检通道。
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