CN1606816A - 驱动电磁检测系统中传输天线的装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及设计成检测被盗物体的电磁检测系统，包括：至少一个传输天线和至少一个接收天线，该传输天线或每个传输天线是由功率放大器供电。该装置包括：本身不是频率调谐的至少一个传输天线(4)，H形电桥或二分之一电桥或四分之一电桥型的至少一个on/off简化功率放大器(6)，传输天线单元(4)直接耦合到所述放大器(6)和至少一个电子电源电路，其输出端连接到该放大器。

Description

驱动电磁检测系统中传输天线的装置

技术领域

本发明一般涉及电磁检测系统，例如，用于检测被盗物体的系统。本发明具体涉及这种电磁检测器系统中用于驱动传输天线的装置。

背景技术

利用某些磁性材料特性的检测系统用在各个部门，可以把每种类型系统的特定空间内存在这种材料告知用户。

例如，利用这种系统的优先部门是商店和仓库中的防盗保护，信息媒体和产品的鉴别，手术之后检测病人体内遗忘的外科产物，和试图测量强电磁场内微小变化的任何其他部门。

当前已知的电磁检测系统利用以下的原理：

-第一天线或几个单元的天线组是由电子功率放大器供电，功率放大器迫使交流电在天线中流通。这个电流在天线形状的特定空间内产生交变电磁场，且其强度正比于电流值。这种天线称之为传输天线。

-称之为接收天线的第二天线或几个单元的天线组是感应电流的基础，它取决于这个天线的形状，和传播通过的电磁通量变化。

-按照各种系统区别的补偿，平衡和滤波系统可以使接收天线及其相关的放大器电路，在这些元件被传输电场激励时，对于特定磁性材料的存在很灵敏。利用包含各种类型磁性材料的这种“标志”巨大差异。

-计算单元，通常是电子计算单元，驱动传输电流，整形接收信号，和评价是否存在“标志”的诊断；它还在该系统与外部装置之间建立链路。

现代的电磁检测系统实际上都利用调谐传输电路，就是说，传输天线是与电容，电感和电阻元件相关，这些元件对于每个系统的特征频率产生过电压。无需利用任何过大体积的功率放大器，调谐传输电路可用于增大传输天线中的电流。

另一方面，如在展示很大过压因素的任何调谐电路中，需要相对长的时间以改变天线周围流通的交变电流幅度或相位。此外，若我们希望改变传输频率，则必须准备改变调谐电路的调谐，这是非常昂贵的，因为我们是处理有大电流流过的功率电路，它利用昂贵和体积大的元件；这个功能在多数系统中是绝对不可缺少的，因为它必须能把几个装置准确同步到相同的频率上，当它们放置在相同的环境中时互相不干扰。改变电流的相位可以改变所发射的电磁场优先方向，从而检测其最大灵敏度方向是可变的“标志”。

发明内容

本发明的目的是克服所有这些缺点，其目标是大大简化此处所述类型电磁检测系统中的“传输”部分，从而获得大量成本的节省，而同时能够非常容易地实施，且没有昂贵的辅助装置，以及能够瞬时驱动几个天线单元周围流通的电流频率，幅度和相位的功能，这样做是通过直接驱动传输天线，而在功率放大器与天线之间没有调谐元件。

所以，本发明的主题基本上是一种在连续传输检测系统中用于驱动电磁检测系统传输天线的装置，包括：至少一个传输天线和至少一个接收天线，该传输天线或每个传输天线是由电子功率放大器供电，且该接收天线或每个接收天线连接到补偿电路，该装置主要是由以下的组合构成：

-本身不是频率调谐的至少一个传输天线单元，

-“H形电桥”或“二分之一电桥”或“四分之一电桥”型的至少一个简化功率放大器，它工作在“on或off”模式，该传输天线单元或每个传输天线单元直接耦合到这个功率放大器，和

-至少一个电子供电电路，它的输出连接到功率放大器。

因此，本发明的思想是基于传输天线直接耦合到它的功率放大器，而没有诸如变压器，电感器或电容器的匹配元件，该放大器最好是所谓的“H形电桥”型，如以下所规定的，但也可以利用所谓的“二分之一电桥”或“四分之一电桥”布局技术。在所有的情况下，我们是讨论工作在“on或off”模式的简化放大器，它是受数字型信号的直接控制，即，具有“0”电平或“1”电平的数字信号。

传输天线与放大器之间的直接耦合能使天线发射的电磁场频率快速地变化，以及这个天线发射的电磁场相位也快速地变化。

由于传输天线和功率放大器是由“功率因素校正器”型的电子供电电路供电，通过改变这种供电电路给功率放大器提供的电压，传输天线发射的电磁场幅度也可以快速地变化。

此处，这些功能可以实现它们全部的效率，因为天线不是调谐的，它们能使检测的可靠性和灵敏度得到很大的提高。

在本发明的一个优选实施例中，该传输放大器或每个传输放大器是具有四个分支的“H形电桥”型放大器，每个分支包括：并行安装的有源交换单元和无源恢复单元，其中四个分支连接到功率源，而它们的交换单元经控制级还连接到电子级以整形控制信号。

在本发明的另一个优选实施例中，该传输放大器或每个传输放大器是具有四个分支的“二分之一H形电桥”型放大器，其中两个分支包括：并行安装的有源交换单元和无源恢复单元，而其他两个分支是由至少一个电容器和/或至少一个电源构成，前两个分支的交换单元经至少一个控制级连接到电子级以整形控制信号。

在第三个实施例中，该传输放大器或每个传输放大器是具有四个分支的“四分之一H形电桥”型放大器，其中仅仅一个分支包括：并行安装的有源交换单元和无源恢复单元，而其他的分支是由至少一个电容器和/或至少一个功率源构成，第一个分支的交换单元经控制级连接到电子级以整形控制信号。然而，在这个最后的实施例中，传输放大器的性能退化，因为单个有源单元仅沿一个方向能够驱动传输天线中的电流。

还应当注意，H形电桥的无源分支中使用的电容器在“二分之一电桥”或“四分之一电桥”的实施例中有这样的作用，它给传输天线中电流的返回点提供匹配电压；一般地说，这些电容器有较大的电容值，它们不是用于调谐由这些电容器和相关天线单元中电感器一起构成的电路。

按照本发明的另一方面，设置该功率放大器或每个功率放大器，为了使直接耦合到这个放大器的传输天线单元中流通的电流基本上是“三角形”，相同传输天线单元中的电压具有“正方形”信号的形式。因此，最好是，传输放大器本身可以被最大幅度的“正方形”输入信号所驱动，从而极大地简化它们的设计，以及能够减少元件的数目和降低热耗散，并可使所用散热器的表面区除去产生的热量。

作为驱动放大器的“正方形”信号变化的功能，该传输天线单元或每个传输天线单元中流通的电流，以及这个天线单元发射的电磁场，是频率调制和/或相位调制和/或幅度调制，它们是按照任何所需的变化规律，例如，正弦形，三角形，正方形或随机变化。应当注意，在不需要或不可能减小由电源给放大器提供的电压时，提高传输频率可以减小所发射的电磁场幅度。

按照本发明的另一个特征，该补偿电路或每个补偿电路，接收从接收天线单元发射的信号，包括：匹配和放大电路，电容器，电感器和开关，它们设计成削弱接收天线单元中产生的瞬态信号以补偿电流在放大器中流通的效应，具体地说，在放大器交换时电压的反向期间，也在天线中电流的反向期间，它交替地发生在有源交换元件和无源恢复元件中。用于执行补偿功能的元件还可以执行几个接收天线单元之间的平衡功能，为的是衰减接收天线中因传输天线与磁性材料邻近产生的信号。在接收路径上插入补偿电路的解决方法与传输放大器上制作匹配短线的方法相比是更有效和较廉价，例如，通过增加有源交换单元，或在有源交换单元和无源恢复单元中利用互补偏置电源。

附图说明

借助于以下参照附图描述各个例子，这些附图代表用于驱动电磁检测系统中传输天线的这种装置几个实施方式，可以更好地理解本发明：

图1是具有相关电子线路的检测天线系统示意图；

图2代表本发明的第一个实施例，其中“H形电桥”型放大器连接到传输天线单元；

图3代表本发明的第二个实施例，其中“二分之一电桥”型放大器连接到传输天线单元；

图4是传输天线单元中电流和电压的典型形状曲线图；

图5更详细地展示典型实施例的补偿电路。

具体实施方式

图1表示用于电磁检测被盗物体系统中的典型天线，天线2包括：机械组件3，用于支承传输天线和接收天线中的线圈。传输天线包括：两个传输天线单元4，和接收天线包括：两个接收天线单元5。两个传输天线单元4与两个接收天线单元5一样，构成互相补偿的两个三角形平衡分支。

在两个传输天线单元4的每个天线单元中，设置一个放大器，即，图中所示的两个放大器6。每个放大器6的输出端电路连接到对应的传输天线单元4。

该系统具有来自AC电源分配网的通用电源7，或来自任何其他的电功率源，例如，蓄电池，乾电池或太阳能电池。通用电源7给两个传输放大器6分别提供两个相关的特定电源8。每个特定电源8的输出端连接到对应的传输放大器6。

每个接收天线单元5有相关的补偿电路9。

该系统还包括：电子处理单元10，它(与其他元件相结合)实施以下的功能：

-处理单元10发送控制信号到放大器6。在放大之后，这些信号确定传输天线单元4发射信号的时序形状。

-处理单元10发送驱动信号到电源8以控制它们馈送到放大器6的输出电压，并确定传输天线单元4周围流通的电流幅度，从而确定这些天线单元4发射的电磁场强度。

-处理单元10驱动连接到接收天线单元5的补偿电路9，并接收从这些电路9发射的补偿信号，根据这些信号完成处理操作，从而作出关于天线2的电磁场中是否检测到存在“标志”的判断。

-最后，处理单元10具有发射或接收来自外围系统信息的接口(如图1中右侧的箭头所示)。

图2更详细地展示与传输天线单元4相关的放大器6，放大器6是“H形电桥”型。

这种“H形电桥”的四个分支中每个分支包括：并行安装的有源交换单元11和无源恢复单元12，箭头指出这些单元11和12中电流的流动方向。例如，有源交换单元11是双极型或场效应晶体管，闸流管或IGBT晶体管。例如，无源恢复单元12是二极管。

电源13给有源交换单元11提供合适电压的所需功率。这些电源13还吸收无源恢复单元12路由的电流。

电子控制级14提供有源交换单元11的控制，每个控制级14是与一对交换单元11相关。在它一个交换单元11隔离的同时，控制级14接通该对中的另一个交换单元11，对其中一个单元11(例如，在上方)和另一个单元11(例如，在下方)的操作是交替地进行。这个控制级14可以是离散电子元件或专用集成电路。

最后，“H形电桥”型的放大器6包括：用于整形控制信号的电子级15。电子级15接收来自处理单元(图1)的信号，并改变这些信号，使它们可以被控制级14利用。

以上描述的“H形电桥”型中放大器6直接耦合到相关的传输天线单元4。

图3表示与传输天线单元4相关的另一个实施例放大器6，其中用相同的标记表示与图2对应的元件。此处，我们讨论“二分之一电桥”型的放大器，它也是直接耦合到传输天线单元4。上述图2中H形电桥的两个分支此处被一个或多个电容器16代替，它可以单独使用或与一个或多个补充电源17相结合。

在天线2的工作期间，构成传输放大器7的工作模式可以是完全的“H形电桥”或“二分之一电桥”，传输天线单元4中电流I作为时间的函数具有图4下半部的形式。此处，电流I基本上是“三角形”。至于相同传输天线单元4中的电压V，这个电压具有图4上半部所示“正方形”信号的形式。我们预先假设，传输放大器6的输入端是由相同的“正方形”信号驱动。图4还说明这个“正方形”信号可以是频率调制。

还应当注意，传输放大器6的完全“H形电桥”型(图2)很适合于由110伏AC网络供电的装置，而“二分之一电桥”型(图3)适合于220伏AC网络的情况；具体地说，“二分之一电桥”给传输天线单元4提供AC电压值是完全“H形电桥”提供电压值的1/2。

最后，图5表示与接收天线单元5相关的补偿电路9。补偿电路9包括：阻抗匹配和放大电路18，电容器19，20和21，电感器22，23，24和25，以及开关26和27，后者是受电子处理单元10(图1)的控制，它与传输天线单元4中的电压V和电流I(图4)同步。如此构成的补偿电路9用于整形接收信号R，具体地说，为了减小电流I反向时微小电压台阶对总体“三角形”电流形式造成的扰动现象，于是，“H形电桥”从交换单元11驱动的运行转变成恢复单元12驱动的运行(图2和图3)。因此，补偿电路9确保这样的滤波操作，主要是在电流I方向的反向期间，它去除接收信号中出现的瞬态现象。补偿电路9还在电流I方向变化的反向期间进行干预，即，在通过“三角形”的最大和最小期间(图4)。最后，补偿电路9执行平衡操作以补偿接收信号R中正半波与负半波之间的残余不平衡；因为系统的结构容差，这些不平衡具有内部根源和极端根源，例如，由于天线2中物理环境的电磁阻抗不对称性。

上述的电磁检测系统不但可用于检测被盗物体，还可用于检测其他的物体，更一般地说，基于强电磁场内部微小变化的任何检测。

本发明的具体应用是在经受该系统发射电磁场时检测是否存在易于发生噪声振动的材料，例如，磁致伸缩材料。传输频率的增加可以使这个频率进入听不见的区域，通常是高于20kHz，为的是限制可能的声干扰。可以自动地检测是否存在易于发生振动的材料，例如，借助于对该材料产生噪声敏感的微音器；在检测时，该系统自动地进入高频下的传输模式。在其余时刻，该系统可以是与检测被盗物体相同的检测标志系统，然而，电子处理单元利用这个附加功能的专用软件。

我们不可能偏离所附权利要求书中确定的本发明范围：

-在另一个方案中，利用所谓“四分之一电桥”型的传输放大器，它在一个分支中仅利用一个有源交换单元和无源恢复单元，电桥的所有其他分支是由电容器或电源构成；

-改变电子电路的细节；

-改变传输天线单元和接收天线单元的形状，设置和数目；

-按照任何所需模式驱动该装置，具体地说，改变天线单元发射的电磁场频率，或相位，或幅度，这样做是按照任何的变化规律，改变流过传输天线单元中的三角形电流；

-在系统包含两个或多个传输天线单元的情况下，每个天线单元直接耦合到一个放大器，利用来自其他天线单元中不同信号驱动每个传输放大器，因此，该组合可以产生所发射电磁场的特定空间构型并快速地改变这个空间构型。

Claims (7)

1.一种在连续传输检测系统中驱动电磁检测系统传输天线的装置，包括：至少一个传输天线和至少一个接收天线，该传输天线或每个传输天线是由电子功率放大器供电，和该接收天线或每个接收天线连接到补偿电路，其特征是，它是由以下的组合构成：

-本身不是频率调谐的至少一个传输天线单元(4)，

- “H形电桥”或“二分之一电桥”或“四分之一电桥”型的至少一个简化功率放大器(6)，它工作在“on或off”模式，该传输天线单元或每个传输天线单元(4)直接耦合到这个功率放大器(6)，和

-至少一个电子供电电路(9)，其输出连接到功率放大器(6)。

2.按照权利要求1的装置，其特征是，该传输放大器或每个传输放大器(6)是具有四个分支的“H形电桥”型放大器，每个分支包括：并行安装的有源交换单元(11)和无源恢复单元(12)，四个分支连接到功率源(13)，而它们的交换单元(11)经控制级(14)还连接到电子级(15)以整形控制信号。

3.按照权利要求1的装置，其特征是，该传输放大器或每个传输放大器(6)是具有四个分支的“二分之一H形电桥”型放大器，其中两个分支包括：并行安装的有源交换单元(11)和无源恢复单元(12)，而其他的两个分支是由至少一个电容器(16)和/或至少一个功率源(13，17)构成，前两个分支的交换单元(11)经至少一个控制级(14)连接到电子级(15)以整形控制信号。

4.按照权利要求1的装置，其特征是，该传输放大器或每个传输放大器是具有四个分支的“四分之一H形电桥”型放大器，其中仅仅一个分支包括：并行安装的有源交换单元(11)和无源恢复单元(12)，而其他的分支是由至少一个电容器和/或至少一个功率源构成，第一分支的交换单元(11)经控制级连接到电子级以整形控制信号。

5.按照权利要求1至4中任何一个的装置，其特征是，设置该放大器或每个放大器(6)，为了使直接耦合到这个放大器(6)的传输天线单元(4)中流通的电流(I)基本上是“三角形”，相同传输天线单元(4)中的电压(V)具有“正方形”信号的形式。

6.按照权利要求1至5中任何一个的装置，其特征是，该传输天线单元或每个传输天线单元(4)中流通的电流(I)，以及由这个天线单元(4)发射的电磁场，是频率调制和/或相位调制和/或幅度调制。

7.按照权利要求1至6中任何一个的装置，其特征是，该补偿电路或每个补偿电路(9)接收从接收天线单元(5)发射的信号(R)，包括：匹配和放大电路(18)，电容器(19，20，21)，电感器(22，23，24，25)和开关(26，27)，它们设计成削弱接收天线单元(5)中产生的瞬态信号。

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