CN1834690B

CN1834690B - 通过式金属探测系统

Info

Publication number: CN1834690B
Application number: CN2006100602478A
Authority: CN
Inventors: 郭有军
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2006-04-12
Filing date: 2006-04-12
Publication date: 2010-08-18
Anticipated expiration: 2026-04-12
Also published as: CN1834690A

Abstract

本发明涉及一种通过式金属探测系统，包括信号处理电路、中央处理器、振荡电路以及线圈组，线圈组包括通道两侧对称分布的发射线圈和接收线圈；通道两侧镜像对称的发射线圈在其中点处分为第一发射线圈和第二发射线圈，且均由振荡电路同步驱动；探测系统包括与中央处理器相连接的可编程逻辑处理器，为振荡电路提供变频信号；发射振荡电路是双频叠加零位隔离电路；接收电路是采用自动归零电路，连续接收处理的工作方式；通道两侧对称分布的接收线圈各由8组线圈组成。通过采用本发明的通过式金属检测系统，检测系统将具有更均匀的检测磁场和具有抗电磁干扰的能力，能够确定所携带的引发警报的金属物体的大致位置以及能够区分细小的非铁磁性金属物质。

Description

通过式金属探测系统

【技术领域】

本发明涉及一种金属探测系统，特别涉及一种智能型通过式金属探测系统。

【背景技术】

通过式金属检测系统的主要功能是精确地检测隐藏的违禁金属物体(例如个别人身上携带的枪械和刀具)。近年来，通过式金属检测系统已广泛使用于机场、学校、法院、体育馆、火车站、客运站等公共场所，在安全检查过程中，通过式金属检测系统成为必需使用的设备。

对于检测违禁金属物体，现有的通过式检测系统的运作至少有四个缺陷：第一，在通过式检测系统中，原有的由发射-接收线圈所生成的检测磁场存在工作盲点，当人员携带违禁金属物体通过这些盲点时检测系统无法检测到，而提高检测器在工作盲点的灵敏度，会使得检测器在正常的响应区域过于灵敏，从而引发不必要的警报；第二，金属检测系统不能够区分同时通过通道的多处较小的许可金属物体的和单个较大的违禁金属物体，此缺点造成的错误报警最多，这需安全人员进行费时的搜查，增加了工作量；第三，金属检测器的原有电子系统不能够区分细小的非铁磁性金属物质，以致一些用非铁磁性金属材料作成的爆炸物或更隐秘的武器则不能被发现；第四，以前的金属检测器抗干扰能力很差，易受环境的干扰，两台或多台设备之间相互干扰，使得设备无法正常工作。

因此，提供具备克服以上缺陷的通过式金属检测系统实为必须。

【发明内容】

为了解决现有技术的通过式金属检测器检测磁场分布不均的技术问题，本发明提供了一种检测磁场分布均匀的通过式金属探测系统。此外，本发明还进一步解决了现有技术的通过式金属检测器不能准确区别多个细小金属物体和较大金属，不能区分细小的非铁磁性金属物质以及抗电磁干扰能力差等技术问题。

本发明解决现有技术的通过式金属检测器检测磁场分布不均的技术问题所采用的技术方案是：一种通过式金属探测系统，包括信号处理电路、中央处理器、振荡电路以及线圈组，所述线圈组包括通道两侧对称分布的发射线圈和接收线圈；所述通道两侧镜像对称的发射线圈在其中点处分为第一发射线圈和第二发射线圈，且均由所述振荡电路同步驱动；所述探测系统包括与所述中央处理器相连接的可编程逻辑处理器，为所述振荡电路提供变频信号；所述发射振荡电路是双频叠加零位隔离电路；所述接收电路是采用自动归零电路，连续接收处理的工作方式；所述通道两侧对称分布的接收线圈各由8组线圈组成；所述线圈组包括与所述发射线圈、所述接收线圈同轴共面排列的调零环路；在所述发射线圈和所述接收线圈的两边设置接地的屏蔽层；所述接收线圈排列成“8”字型的差动线圈；所述可编程逻辑处理器和振荡电路产生正交检波用的频率f1的0度、90度，和频率f2的0度、90度的双频正交信号；所述中央处理器采用数字信号处理技术处理来自所述信号处理电路的信号。

根据本发明一优选实施例，通过式金属探测系统还包括用于调节控制参数及远程监控的通讯装置。

根据本发明一优选实施例，通过式金属探测系统还包括红外线检测装置。

根据本发明一优选实施例，通过式金属探测系统的供电电路采用二次电源技术。

通过采用上述结构，本发明的通过式金属探测系统设置了通道两侧镜像对称的发射线圈和接收线圈，并且由于发射线圈在其中点处分为第一发射线圈和第二发射线圈，由于第一和第二发射线圈之间的互耦作用，产生了均匀的磁场；由于双频信号处理电路的设置、调零环路的设置以及屏蔽层的设置，加强了金属检测系统的抗干扰能力；由于接收线圈排列成“8”字型的差动线圈，可以准确地辨别金属物体。

【附图说明】

图1是本发明通过式金属检测系统一实施例的系统框图。

图2是本发明通过式金属检测系统一实施例的示意框图。

图3是图2所示的线圈组的线圈的结构示意图。

图4是本发明通过式金属检测系统的可编程逻辑处理器的示意框图。

图5是利用图4的可编程逻辑处理器实现相位和频率可调的振荡信号的示意图。

图6是本发明通过式金属检测系统的振荡电路的内部结构示意框图。

图7a是铁磁性金属物通过本发明系统时电压的电阻分量和电压的电抗分量的向量图。

图7b是非铁磁性金属物通过本发明系统时电压的电阻分量和电压的电抗分量的向量图。

图8是本发明通过式金属检测系统的信号处理电路的示意图。

图9是本发明通过式金属检测系统的供电电路示意图。

【具体实施方式】

下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。

请参考图1和图2，分别是本发明通过式金属检测系统一实施例的系统框图和示意框图。通过式金属检测系统包括中央处理器I1，输出端与中央处理器I1的输入端连接的信号处理电路I5，输入端与中央处理器I1的输出端连接的可编程逻辑处理器I2，输入端与可编程逻辑处理器I2的输出端连接的振荡电路I3，以及输入端与振荡电路I3的输出端连接的线圈组I4。此外，检测系统中还包括显示模块以提供多种语言的显示，形成人机对话界面，轻易地完成在现场的各种参数的调整；和外部设备进行通讯的装置I6，例如符合485通讯的协议，以完成与上位机之间的远程监控和参数修改；红外检测装置I8作用是统计通过的人数以及控制金属检测系统工作的速度，当有人通过时金属检测系统处于高速的工作状态，当没有人通过时处于较低的工作状态。

请参考图3，是图2所示的线圈组的线圈的结构示意图。线圈组I4包括通道两侧镜像对称的发射线圈TTL、TTR和多个接收线圈THL、THR。发射线圈TTL、TTR的中点与振荡电路I3(图未示)的输出端连接并由其同步激励以生成一个交变的磁场。由于发射线圈TTL、TTR之间的互耦作用，生成了具有相当均匀垂直场密度的磁场，磁场集中在通道内。由于具有均匀的垂直磁场，可以进行精确的金属物体检测，无论其在通道内的相对位置。接收线圈THL、THR关于通道对称，每侧包括8组线圈，且各线圈均与信号处理电路I5中对应的端口相连。各接收线圈THL、THR均排列成“8”字型的差动线圈。并且，在各接收线圈中还设置与线圈同轴排列的调零环路D。此外，在发射线圈TTL、TTR和接收线圈THL、THR的两边各加一层接地的屏蔽层抑制主要的磁场干扰和无线电频率干扰。通过协同摆放调零环路D接收线圈THR，THL和发射线圈TTR，TTL，使接收线圈THR，THL的灵敏度得到了增强。通过适当的调零，可以产生相当均匀的磁场。当没有金属物通过时连接成差动的接收线圈THR，THL没有电压输出处于平衡状态，当有人携带金属违禁物通过通道时对应的差动的线圈微微失恒，对应接收线圈THR，THL感应出微弱的电压。微弱的电压连接到信号处理电路的I5进行信号处理。通过这样的多分区结构能区分单个的大金属物料和多个允许金属物料的组合。

现在请参考图4和图5，其中，图4是本发明通过式金属检测系统的可编程逻辑处理器的内部结构示意框图，图5是利用图4的可编程逻辑处理器实现相位和频率可调的振荡信号的示意框图。如图所示，可编程逻辑处理器I2根据中央处理器I1所给的频率控制字确定对外部输入的时钟信号的分频系数，由方波发生器一以及方波发生器二产生所需要的振荡信号的二倍频信号，再由二分频器分频产生三路信号，一路作为参考信号，由振荡回路转换成正弦信号，一路为与参考信号同频同相的信号，还有一路为与参考信号相差90度的信号。此外，可编程逻辑处理器I2判别中央处理器I1的控制字是否是相位控制字，如果是相位控制字，则参考信号与0度90度信号不同时输出，它们的时间间隔由中央处理器I1设定，从而实现了相位的调节。因而，可编程逻辑处理器I2可在中央处理器I1的控制下可输出正交检波用的频率f1的0度，90度，和频率f2的0度，90度的时序方波信号，即CLOCK0，CLOCK90，CLOCK180，CLOCK270。信号f1和f2是输出可变的，优选为f1小于6KHz，f2大于6KHz。f1和f2输入到振荡电路I3并作用于上述的发射线圈TTR、TTL上产生均匀分布的交变磁场。

现在请参考图6，是本发明通过式金属检测系统的振荡电路的内部结构示意框图。振荡电路I3是双频的，将由可编程逻辑处理器I2产生的两方波信号分别进行驱动并连接到振荡电路上，产生两个不同频率的正弦波。为了防止高、低频振荡电路互相影响，在电路中采用零位隔离技术。

现在请参考图8，是本发明通过式金属检测系统的信号处理电路的示意图。如图所示，信号处理电路I5是8路处理信号电路。连接成差动的接收线圈THL、THR的输出信号分别连接到放大器U1和U15上进行差动放大，再分别经过低通滤波器U14，U13，U17，U18进行低通滤波。然后，分别连接到正交检波器U8进行正交检波器，在正交检波时，对双频接收信号分别进行0°和90°检波，然后将0°、90°检波信号反相相加，分别得到接收信号的电阻分量和电抗分量检波信号。根据电磁场理论，铁磁性金属主要产生磁效应，同时又有涡流效应，因此，电抗分量的增加或减少是区分铁磁性金属目标与非铁磁性金属目标的依据。电阻分量和电抗分量检波信号(铁磁性金属物和非铁磁性金属物通过时电压的电阻分量和电抗分量的向量图分别如图7a和图7b所示)再经过差分运算器U6，U9进行差分运算得到电压值ΔXab、ΔYab。ΔXab经过低通滤波器U3，U2(1)滤波，积分运算器U2(2)积分运算，放大器U12(1)放大输出到中央处理器I1。同理，ΔYab经过低通滤波器U5，U4(1)滤波，积分运算器U4(2)积分运算，放大器U12(2)放大也输出到中央处理器I1。中央处理器I1采用数字处理技术，经过在中央处理器I1中的AD转换，分别得到通过检测通道的物体的金属及非金属含量的大小，并得到检测物体的电压关系曲线，将检测到的电压值与预设的阈值进行比较。如果电压值大于预设的阈值，中央处理器I1启动报警电路报警。信号处理电路I5还包括自动归零电路。自动归零电路由U9(2)，U6(1)，U10及控制信号25HZ组成。自动归零电路的设置使整个检测系统处于连续的工作状态，并且排除了温度的漂移和小的电磁干扰。另外，还设置了由KLOCK控制的开机快速归零功能，以便在开机时中央处理器I 1快速检测各通道的无线电干扰信号，实现自动调节和平衡使得整个系统正常工作，实现快速的连续检测。

此外，如图9所示，本发明通过式金属检测系统的供电电路还采用了二次电源技术。输入电源经过电源滤波器IC4滤波能够把外部杂波干扰隔离，隔离后的电源经过变压器变压，再连接到IC8进行整流、滤波得到24V的直流电压，这一电压经过开关电源IC5的二次处理，再经过稳压电路稳压，分别得到，-15V，+15V，+5V，+3.3V的无杂波的直流电压。由E2，E3，RE，DZ，IC7组成的I10V和220V交流电压自动切换电路，以满足不同国家的电源要求。

在上述实施例中，仅对本发明进行了示范性描述，但是本领域技术人员在不脱离本发明所保护的范围和精神的情况下，可根据不同的实际需要设计出各种实施方式。

Claims

1.一种通过式金属探测系统，包括信号处理电路(I5)、中央处理器(I1)、振荡电路(I3)以及线圈组(I4)，其特征在于：所述线圈组包括通道两侧对称分布的发射线圈(TTR、TTL)和接收线圈(THR、THL)；所述通道两侧镜像对称的发射线圈在其中点处分为第一发射线圈和第二发射线圈，且均由所述振荡电路同步驱动；所述探测系统包括与所述中央处理器(I1)相连接的可编程逻辑处理器(I2)，为所述振荡电路提供变频信号；所述发射振荡电路(I3)是双频叠加零位隔离电路；所述接收电路是采用自动归零电路，连续接收处理的工作方式；所述通道两侧对称分布的接收线圈各由8组线圈组成；所述线圈组(I4)包括与所述发射线圈、所述接收线圈同轴共面排列的调零环路(D)；在所述发射线圈(TTR、TTL)和所述接收线圈(THR、THL)的两边设置接地的屏蔽层；所述接收线圈排列成“8”字型的差动线圈；所述可编程逻辑处理器和振荡电路产生正交检波用的频率f1的0度、90度，和频率f2的0度、90度的双频正交信号；所述中央处理器采用数字信号处理技术处理来自所述信号处理电路的信号。

2.根据权利要求1所述的通过式金属探测系统，其特征在于：所述金属探测系统还包括用于调节控制参数及远程监控的通讯装置(I6)。

3.根据权利要求1所述的通过式金属探测系统，其特征在于：所述金属探测系统还包括红外线检测装置(I8)。

4.根据权利要求1所述的通过式金属探测系统，其特征在于：所述通过式金属探测系统的供电电路采用二次电源技术。