CN113138427A - 一种旋转式被动式太赫兹安全检查设备及其背板结构 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及安检技术领域，具体涉及一种旋转式被动式太赫兹安全检查设备及其背板结构,包括透波层、吸波层、结构支撑层，所述透波层与结构支撑层之间形成顶部开口的空腔，所述吸波层将空腔分隔为第一风腔与第二风腔，所述第一风腔与第二风腔在空腔的底部连通；这种旋转式被动式太赫兹环境控制系统背板结构，解决了现有背板只能对吸波层单一表面制冷，限制和影响被动式太赫兹安全检查设备性能的问题。
Description
技术领域
本发明涉及安检技术领域，具体涉及一种旋转式被动式太赫兹安全检查设备及其背板结构。
背景技术
环境控制系统作为被动式太赫兹安全检查设备的组成部分，用作环境温度控制、屏蔽环境干扰、规范安检流程、美化外观装饰等作用，主要关注环境控制系统的外观、结构和温度控制等性能。
现有专利和文献中报道了一些不同外形和结构的环境控制系统，一些带有制冷装置和透波吸波结构，用于降低环境控制系统中一些区域和板的温度，提高安全检查设备的实际使用性能。如：
美国专利US 9791590 B2和中国专利申请201710386903.1公开了一种移动车载方舱式的安检结构，中国专利202020292106.4、201710948420.6和201820878470.1公开了几种环境控制系统，均未涉及制冷设备或制冷。中国专利201820046503.6、201820046505.5和202020292108.3公开了直接通行式的环境控制系统，中国专利202010869156.9和201721783593.9公开了舱体式的环境控制系统，这些环境控制系统都是通过制冷设备制冷后，直接向舱体内吹风进行降温，未涉及透波吸波等结构。
中国专利申请201811566709.2、201910785837.4和201921380944.0公开了具有吸波结构的环境控制系统，但未涉及制冷。中国专利201510430420.8、201811102732.6公开了在风道夹层内对吸波层进行制冷的环境控制系统，中国专利申请201810508134.2、201820781810.9和201810999992.1公开了具有透波吸波结构，在风道夹层内对吸波层所使用的表面进行制冷的环境控制系统，而中国专利申请201910902102.5则是使用液冷降温的环境控制系统。
中国专利201820261376.1公开了一种旋转式环境控制系统，中国专利201921639335.2公开了一种具有透波吸波结构的旋转式环境控制系统。
这些专利中的环境控制系统一些未涉及任何制冷设备或制冷过程，仅依靠吸波材料自身，发挥的作用有限，由于未进行任何温度控制，在一些情况下还会出现反作用。一些专利是直接对环境进行降温来降低吸波材料表面温度，由于存在被检人员出入的开放区域，效果不太理想，也会导致制冷需求的制冷量较大。另外一些专利设计有通风的风腔或风道，通过风腔内的低温空气对吸波材料单侧表面进行制冷，此时吸波材料单侧表面的降温能力明显提高了，但是在环境温度较高时，比如夏天使用时，仍然存在一定的欠缺和不足，随着环境温度的升高，这种缺陷会越发明显和严重。
中国专利201821639253.3公开了一种使用加热辐射板的被动式太赫兹环境控制系统，但是是一种固定于底座上的多层复合辐射板结构，没有透波层和内部循环风道结构，依靠金属层对吸波层进行单侧加热，且仅利用金属热传导方式加热吸波层，不具有制冷的工作方式，也不能进行工作方式和模式的切换。
对于旋转式被动式太赫兹环境控制系统来说，由于其背板距离制冷设备或装置比较远，其对吸波层的制冷降温和温度控制能力较弱，在环境温度较高时，吸波层所能达到的最低温度和温度均匀性可能无法满足安全检查设备的需要。相对的，在环境温度较低时，制冷系统效率不高或无法开启，而被检人员自身体表的辐射信号也降低，环境控制系统对被动式安全检查设备发挥的作用也下降。这些环境控制系统的背板存在以下缺点：
(1)采用的是对吸波层单一表面进行制冷，而吸波层另一侧表面则紧贴在保温层或结构支撑层上，吸波层内部随厚度增加存在很大的温度梯度，导致对吸波层实际的制冷和降温作用非常有限，难以获得更低的温度，特别是环境温度较高时，吸波层的制冷温度不够低问题尤其突出。
(2)采用单一表面制冷的方式，仅降低了吸波层表面或表面一定厚度的温度，而实际太赫兹波是有一定的穿透深度，在较大的深度范围都发挥着作用，这样就使单一表面制冷的整个吸波层并未充分发挥作用，对太赫兹安全检查设备性能的提高也不充分。由于吸波层通常导热能力一般或不强，容易造成单一表面制冷时吸波层表面不同部位的温差较大，而太赫兹安全检查设备有很高的温度分辨率，对温差是非常敏感的，急需安检背景具有更好的温度均匀性。
(3)采用单一风道制冷时，吸波层仅有一个表面与低温空气接触，吸波层的另一个表面与保温层或结构支撑层形成固固接触，不仅使背板内对吸波层的制冷能力和制冷效率降低，还由于固体之间相对较高的导热，使背板整体消耗的制冷量显著增大，系统的负荷明显增大，影响环境控制系统整体的制冷能力，不够高效节能也限制了被动式安全检查设备的使用范围和应用场景。
(4)在环境温度较低时，采用制冷方式的环境控制系统有时难以充分发挥作用，而单纯的复合板加热方式需要较大的功率维持大面积的辐射板在特定温度，周围的环境温度和气流变化都会影响辐射板的温度均匀性，不能根据实际使用需求或效果进行加热或制冷工作方式的灵活切换，制约了被动式太赫兹安检的工作温度范围和实际应用。
鉴于上述缺陷，本发明创作者经过长时间的研究和实践终于获得了本发明。
发明内容
本发明的目的在于解决现有背板只能对吸波层单一表面制冷，且不能进行工作模式切换，限制和影响被动式太赫兹安全检查设备性能的问题，提供了一种旋转式被动式太赫兹安全检查设备及其背板结构。
为了实现上述目的，本发明公开了一种旋转式被动式太赫兹安全检查设备背板结构，包括透波层、吸波层、结构支撑层，所述透波层与结构支撑层之间形成顶部开口的空腔，所述吸波层将空腔分隔为第一风腔与第二风腔，所述第一风腔与第二风腔在空腔的底部连通。
所述吸波层位于第二风腔的一侧设有金属层，所述金属层位于第二风腔的一侧设有加热装置，所述结构支撑层位于第二风腔的一侧设有保温层。
所述加热装置为等间距S型排布的金属加热丝。
所述加热装置为M×N的加热阵列，水平方向均匀分布M个加热单元，垂直方向均匀分布N个加热单元，每个加热单元为匝数N0的铜线圈，在铜线圈中通入20～25kHz的交流电。
所述第一风腔和第二风腔内部均设有导流板，所述导流板沿吸波层长度方向设置。
所述金属层上均匀设有多组用于实时获取金属层上温度的温度传感器。
本发明还公开了一种使用上述背板结构的旋转式被动式太赫兹安全检查设备，这种设备还包括顶板，所述顶板包括吹风腔、吹风机构、抽风腔、抽风机构、风道隔板，所述吹风腔和抽风腔由风道隔板分隔，所述吹风机构设于吹风腔内，与第一风腔顶部连通，所述抽风机构设于抽风腔内，与第二风腔顶部连通。
所述风道隔板上设有风道切换机构，将吹风腔和抽风腔与外部风口分隔，吹风腔和抽风腔直接连通形成一条完整的风道。
所述的风道切换机构为设置于风道隔板上的风道切换板，所述风道切换板与顶板通过固定轴连接，可绕固定轴旋转90°。
所述顶板还包括限位部，所述限位部设于风道隔板上，可沿风道隔板进行滑动，所述限位部靠近风道切换机构的一端设有限位口。
与现有技术比较本发明的有益效果在于：本发明利用吸波层两侧的第一风腔和第二风腔同时对吸波层整体进行制冷降温，同时借助金属层良好的导热能力，可以非常明显的降低吸波层所能达到的最低温度，吸波层各部位的温度均匀性也极为显著的提高，相比现有技术，温度均匀性和制冷效率上都有成倍以上的提高。本发明可以根据实际使用需求或效果灵活切换到加热方式，通过加热层和两层风腔层的内部通风循环，吸波层可以保持较高的目标温度，且具有更好的温度均匀性。当将背板作为被动式太赫兹安全检查设备的背景时，可以在很宽的环境温度范围内显著提高太赫兹安检的对比度，显著提高安全检查设备的工作性能。本发明是基于旋转式安全检查设备环境控制系统背板和顶板上的改进，不需要对安全检查设备本身和环境控制系统其余部分进行任何改动，可以显著拓展旋转式被动式太赫兹安全检查设备的使用环境范围。
附图说明
图1为本发明的旋转式被动式太赫兹安全检查设备立体结构示意图；
图2为本发明的环境控制系统背板立体结构示意图；
图3为本发明的环境控制系统背板俯视示意图；
图4为本发明的环境控制系统风道切换机构使用整体风道进行制冷的风道循环示意图；
图5为本发明的环境控制系统风道切换机构使用内部通风模式的风道循环示意图；
图6为本发明的加热装置结构示意图。
图中数字表示：
1-设备区；2-太赫兹设备；3-制冷设备；4-反射镜；5-顶板；51-风道切换机构；52-滑动块；53-吹风机构；54-抽风机构；6-背板；61-透波层；62-第一风腔；63-吸波层；64-金属层；65-加热装置；66-第二风腔；67-保温层；68-结构支撑层；7-底板。
具体实施方式
以下结合附图，对本发明上述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明。
实施例1
如图1～图3所示，旋转式被动式太赫兹安全检查设备包括设备区1、太赫兹设备2、制冷设备3、反射镜4、顶板5、背板6、底板7，旋转式被动式太太赫兹安全检查设备背板6如图2～3所示，包括透波层61、第一风腔62、吸波层63、第二风腔66、结构支撑层68，所述透波层61与结构支撑层68之间形成顶部开口的空腔，所述吸波层63将空腔分隔为第一风腔62与第二风腔66，所述第一风腔62与第二风腔66底部连通。背板6在第一风腔62顶部进风口与制冷设备3的出风口连接，第二风腔66顶部出风口与制冷设备3的进风口连接，通过制冷设备3的稳定工作，吸波层63整体完全处于低温空气风道中，在两个表面分别被第一风腔62和第二风腔66进行制冷，而不仅仅是内侧的表面和表面一定的深度范围，可以大幅度降低吸波层63整体的温度。利用吸波层63两侧的第一风腔62和第二风腔66同时对吸波层63整体进行充分的制冷降温，可以更加有效的降低吸波层63所能达到的实际温度，吸波层63内部的温度均匀性也有较大提高。
所述吸波层63位于第二风腔66的一侧设有金属层64，所述金属层64位于第二风腔66的一侧设有加热装置65，所述结构支撑层68位于第二风腔66的一侧设有保温层67。在吸波层63的一侧设置金属层64，金属层64具有良好的导热能力，进一步降低了吸波层63所能达到的最低温度，同时提高了吸波层63各部位的温度均匀性。
在本实施例中，加热装置采用的是电加热丝，电加热丝螺旋状设于所述金属层64外侧上。
实施例2
本实施例在实施例1的基础上，第一风腔62和第二风腔66厚度相同，内部均设置有若干长条形导流板，提高背板6内部各层之间的结构强度和稳固性，同时也进一步提高吸波层63两侧低温空气的均匀性和吸波层63自身的温度均匀性。吸波层63为太赫兹吸波材料、木制板材、石膏、橡胶、碳组成的复合结构，通过吸波层63和金属层64两侧稳固的安装到结构支撑层68上。
在本实施例中，环境温度为35℃，在太赫兹安全检查设备正常工作15分钟后，背板6内吸波层63的工作区域两侧表面和内部各部分的温度都可以降到16℃以下，且吸波层63的两侧表面及内部各部分的温差可以缩小到2℃以内，吸波层63两侧表面及内部各部分与制冷设备3低温出风口的温差可以降到3.5℃以内。在环境条件相同情况下，使用单一风道单侧表面制冷的方式，吸波层63内部和外侧表面仍有较多部分的温度在20℃以上，吸波层63的温度均匀性超过5℃～6℃，超过本实施例的2.5～3倍，而且单一风道制冷方式所消耗的制冷量也超过本实施例的3倍，本实施例实现单位温度制冷的制冷效率提升更是显著超过3倍以上。相比单一风道制冷，或者开放式的制冷方式，本实施例非常节能高效，非常充分的利用了制冷设备3的制冷量，在吸波层63获得了显著更低制冷温度的同时，实现了温度均匀性和制冷效率成倍以上的显著提升。在环境温度进一步升高时，本实施例背板6对被动式太赫兹安全检查设备发挥的作用和优势相比现有技术则变得更为显著和尤其突出。
在环境温度较高时，背板6可以使用制冷的工作方式，而在环境温度较低时，可以采用加热的工作方式，这使得在较大的环境温度范围内，吸波层63的整体温度均可以大幅度的改变并获得很好的温度均匀性，也可以根据实际需求和效果灵活切换工作方式，使背板6始终保持很高的太赫兹对比度，保证被动式太赫兹安全检查设备的工作性能。
实施例3
本实施例在实施例1的基础上，如图4、图5所示，在太赫兹安全检查设备上设置顶板5，所述顶板5包括吹风腔、吹风机构53、抽风腔、抽风机构54、风道隔板，所述吹风腔和抽风腔由风道隔板分隔，所述吹风机构53设于吹风腔内，与第一风腔62顶部连通，所述抽风机构54设于抽风腔内，与第二风腔66顶部连通。
所述风道隔板上设有风道切换机构51，将吹风腔和抽风腔与外部风口分隔，吹风腔和抽风腔直接连通形成一条完整的风道。风道切换机构51用于切换吹风腔和抽风腔分别与外部制冷设备3的出风口和进风口连通，或者分隔外部风道将吹风腔和抽风腔直接连通形成一条完整的风道。所述的风道切换机构51为设置于风道隔板上的风道切换板，所述风道切换板与顶板通过固定轴连接，可绕固定轴旋转90°。将风道切换板旋转至与风道隔板位于同一直平面时，吹风腔和抽风腔分别与外部制冷设备3的出风口和进风口连通，将风道切换板旋转90°至与风道隔板垂直时，吹风腔和抽风腔与外部制冷设备3的出风口和进风口分隔，吹风腔和抽风腔直接连通形成一条完整的风道，所述顶板5还包括限位机构，包括设于风道隔板上的滑动块以及开设于吹风腔和抽风腔侧壁上的限位槽，所述滑动块可沿风道隔板进行滑动，所述滑动块靠近风道切换机构的一端设有限位口，当风道切换板与风道隔板位于同一平面时，通过滑动限位部对风道切换板进行限位固定，吹风腔和抽风腔的侧面均开设有限位槽，当风道切换板与风道隔板垂直时，通过限位槽对风道切换板进行限位固定。
在使用制冷工作方式时，如图4所示，环境控制系统背板6在第一风腔62顶部与制冷设备3的低温出风口和吹风机构53连接，第二风腔66顶部与出风口和抽风机构54连接，通过制冷设备3的稳定工作，吸波层63整体完全处于低温空气风道中，在两个表面分别被第一风腔62和被第二风腔66制冷的金属层64进行制冷，而不仅仅是内侧的表面，大幅度降低了制冷方式下吸波层63整体所能达到的最低温度。
在使用加热工作方式时，金属层64外侧均匀紧密排布有加热装置65，加热装置65采用金属加热丝方式，采用等间距S型排布后仅占用金属层64外侧的小部分表面积，且绝大部分金属丝排布的走向都是顺气流方向，加热装置65对背板6内的空气循环影响极小。加热装置65设有两种开关控制方式，分为人工主动开启方式，和根据安全检查设备环境温度传感器获取环境温度自动触发开启方式。切换加热方式后，同时移动滑动块52和旋转风道切换机构51，如图5所示，切换风道为内部通风循环模式，第一风腔62和第二风腔66在顶部直接连通，与制冷设备3和外部风道分隔，形成第一风腔62和第二风腔66的内部空气循环通风，持续稳定的空气循环大幅提高了空气的温度均匀性。
实施例4
本实施例在实施例3的基础上，提供一种加热装置65的加热方式，如图6所示。作为进一步的优化，加热装置65为M×N的加热阵列，水平方向均匀分布M个加热单元，垂直方向均匀分布N个加热单元，每个加热单元为匝数N0的铜线圈，在铜线圈中通入20-25kHz的交流电，金属层64中感应产生相同频率的无数微小感应电流，金属层64由于涡流自发热。加热方式开启后，移动滑动块52和旋转风道切换机构51，如图5所示，第一风腔62和第二风腔66在顶部直接连通，与外部风道分隔，形成背板内部的通风循环。加热装置65使用PID温度控制器实现温度控制与反馈调节，利用目标温度ST和金属层64上温度传感器获取的当前温度PT之间的偏差、累积偏差和偏差变化率来实时控制调节细铜线圈中的交流电大小，从而控制金属层64中产生的涡流。金属层64由于是自身感应的涡流发热，借助内部空气循环，吸波层63被温度均匀的空气和金属层64同时加热，不仅温度均匀性显著更好，同时涡流发热也比热传导加热的热效率显著提高，加热速度和温度控制精度都大幅提高，更加高效节能，安全可靠。
实施例5
本实施例在实施例4的基础上，在金属层64上均匀设置有6组温度传感器，实时获取金属层64上的温度，取6组温度的平均值作为当前温度PT。加热装置65使用PID温度控制器进行温度控制与反馈调节，比例控制根据目标温度ST与当前温度PT的偏差来控制输出的加热电流值，积分控制根据目标温度ST与当前温度PT的累积偏差来进行调节，微分控制根据目标温度ST与当前温度PT的偏差变化率来校正控制，从而保证金属层64达到并稳定在目标温度ST。本实施例中金属层64被加热装置65均匀加热，由于采用金属的导热性良好，同时借助第一风腔62和第二风腔66形成的内部空气循环，吸波层63完全处于温度均匀的空气环境中，被均匀空气和金属层64同时加热，相比仅依靠单侧金属层的加热方式，可以显著获得更好的温度均匀性。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，对本发明而言仅仅是说明性的，而非限制性的。本专业技术人员理解，在本发明权利要求所限定的精神和范围内可对其进行许多改变，修改，甚至等效，但都将落入本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种旋转式被动式太赫兹安全检查设备背板结构，其特征在于，包括透波层、吸波层、结构支撑层，所述透波层与结构支撑层之间形成顶部开口的空腔，所述吸波层将空腔分隔为第一风腔与第二风腔，所述第一风腔与第二风腔在空腔的底部连通。
2.如权利要求1所述的一种旋转式被动式太赫兹安全检查设备背板结构，其特征在于，所述吸波层位于第二风腔的一侧设有金属层，所述金属层位于第二风腔的一侧设有加热装置，所述结构支撑层位于第二风腔的一侧设有保温层。
3.如权利要求2所述的一种旋转式被动式太赫兹安全检查设备背板结构，其特征在于，所述加热装置为等间距S型排布的金属加热丝。
4.如权利要求2所述的一种旋转式被动式太赫兹安全检查设备背板结构，其特征在于，所述加热装置为M×N的加热阵列，水平方向均匀分布M个加热单元，垂直方向均匀分布N个加热单元，每个加热单元为匝数N0的铜线圈，在铜线圈中通入20～25kHz的交流电。
5.如权利要求1所述的一种旋转式被动式太赫兹安全检查设备背板结构，其特征在于，所述第一风腔和第二风腔内部均设有导流板，所述导流板沿吸波层长度方向设置。
6.如权利要求1所述的一种旋转式被动式太赫兹安全检查设备背板结构，其特征在于，所述金属层上均匀设有多组用于实时获取金属层上温度的温度传感器。
7.一种旋转式被动式太赫兹安全检查设备，其特征在于，包括如权利要求1～6任一项所述的背板结构和顶板，所述顶板包括吹风腔、吹风机构、抽风腔、抽风机构、风道隔板，所述吹风腔和抽风腔由风道隔板分隔，所述吹风机构设于吹风腔内，与第一风腔顶部连通，所述抽风机构设于抽风腔内，与第二风腔顶部连通。
8.如权利要求7所述的一种旋转式被动式太赫兹安全检查设备，其特征在于，所述风道隔板上设有风道切换机构，所述风道切换机构将吹风腔和抽风腔与外部风口分隔，吹风腔和抽风腔直接连通形成一条完整的风道。
9.如权利要求8所述的一种旋转式被动式太赫兹安全检查设备，其特征在于，所述的风道切换机构为设置于风道隔板上的风道切换板，所述风道切换板与顶板通过固定轴连接，可绕固定轴旋转90°。
10.如权利要求8所述的一种旋转式被动式太赫兹安全检查设备，其特征在于，所述顶板还包括限位机构，所述限位机构包括设于风道隔板上的滑动块以及开设于吹风腔和抽风腔侧壁上的限位槽，所述滑动块可沿风道隔板进行滑动，所述滑动块靠近风道切换机构的一端设有限位口。
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