CN203799026U - 分布式金属探测安检门系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种分布式金属探测安检门系统，包括全数字安检门、若干路由器和控制器，该全数字安检门包括若干安检门门体，在每个该安检门门体上方分别设有安检设备，每个该安检设备相互之间通过该路由器连接，该安检设备包括有太网接口电路，该控制器通过该路由器连接该以太网接口电路。上述分布式金属探测安检门系统是一种基于以太网，由全数字安检门作为信号采集终端，局域网（或以太网线）作为数据传输通道，电脑作为控制器的分布式金属探测系统；全数字安检门还可以直接用网线与电脑连接，实现一对一的控制。

Description

分布式金属探测安检门系统

技术领域

本实用新型涉及一种通过式金属探测安检门，具体地说是一种基于软件无线电和以太网实时传输技术的分布式金属探测安检门系统。 

背景技术

通过式金属探测安检门，广泛运用于机场、学校、法院、车站、会场、工厂、体育馆等公共场所，用于公共安全检查或防盗等。目前的通过式金属探测安检门多数是采用模拟技术，容易受干扰产生误判和错判，同时不能区分金属种类。目前的通过式金属探测安检门在运用中通常是单台安检门独自运行，同时需要配一位安检操作人员在现场作辅助的人工检查，因此自动化和智能化的程度很低，运作成本高。 

发明内容

本实用新型旨在提供一种分布式金属探测安检门系统，包括全数字安检门、若干路由器和控制器，该全数字安检门包括若干安检门门体，在每个该安检门门体上方分别设有安检设备，每个该安检设备相互之间通过该路由器连接，该安检设备包括有以太网接口电路，该控制器通过该路由器连接该以太网接口电路。 

该安检设备包括A/D数字信号处理器和连接该A/D数字信号处理器的发射组和接收组，该发射组包括有依次连接的发射线圈、发射电路和DA模数转换电路，该接收组包括有依次连接的接收线圈、发射电路和AD模数转换电路。 

该A/D数字信号处理器包括DDS单元和依次电性连接的A/D采样控制单元、抽取滤波器、低通滤波器、接口控制单元。 

该发射组的DA模数转换电路连接该A/D数字信号处理器的DDS单元。 

该接收组的AD模数转换电路连接该A/D数字信号处理器的A/D采样控制单元。 

该以太网接口电路与该接口控制单元连接。 

该A/D数字信号处理器为FPGA芯片的可编程逻辑器件。 

该安检门门体上设有红外感应装置，该红外感应装置与该A/D数字信号处理器电性连接。 

该系统还设有键盘，该键盘与该控制器连接。 

该系统还设有声光报警器，该声光报警器与该A/D数字信号处理器电性连接。 

本实用新型的有益效果为：1、基于软件无线电的设计思想，直接对线圈感应的载波信号进行AD模数转换；2、发射电路运用了直接数字频率合成(简称DDS)技术；3、电脑是局域网内所有探测终端的中央处理器，对所有或部分探测终端进行实时监控。 

本实用新型分布式金属探测安检门系统，基于以太网实时传输技术，由全数字安检门作金属探测终端，电脑作为中央控制器，实现电脑对整个局域网内多台全数字安检门的集中控制，这样使通过式金属探测安检门的自动化和智能化的运用成为现实。 

附图说明

图1是本实用新型分布式金属探测安检门系统的结构示意图。 

图2是本实用新型分布式金属探测安检门系统的A/D数字信号处理器电路结构图。 

图3是本实用新型分布式金属探测安检门系统的DDS电路结构图。 

其中：10、控制器；20、全数字安检门；222、发射线圈；224、发射电路；226、DA模数转换电路；242、接收线圈；244、发射电路；246、AD模数转换电路；26、A/D数字信号处理器；28、安检门门体；30、路由器。 

具体实施方式

下面将结合附图及实施例对本实用新型的全数字通过式金属探测系统作进一步的详细说明。 

如图1、图2所示，一种分布式金属探测安检门系统，包括全数字安检门20、若干路由器30和控制器10，该全数字安检门20包括若干安检门门体28，在每个该安检门门体28上方分别设有安检设备，每个该安检设备相互之间通过该路由器30连接，该安检设备包括有以太网接口电路，该控制器10通过该路由器30连接该以太网接口电路。 

该安检设备包括A/D数字信号处理器26和连接该A/D数字信号处理器26的发射组和接收组，该发射组包括有依次连接的发射线圈222、发射电路224和DA模数转换电路226，该接收组包括有依次连接的接收线圈242、发射电路244和AD模数转换电路246。 

该A/D数字信号处理器26包括DDS单元和依次电性连接的A/D采样控制单元、抽取滤波器、低通滤波器、接口控制单元；该发射组的DA模数转换电路226连接该A/D数字信号处理器26的DDS单元；该接收组的AD模数转换电路246 连接该A/D数字信号处理器26的A/D采样控制单元。 

该以太网接口电路与该接口控制单元连接。 

该A/D数字信号处理器为FPGA芯片的可编程逻辑器件。 

该安检门门体上设有红外感应装置，该红外感应装置与该A/D数字信号处理器26电性连接。 

该系统还设有键盘，该键盘与该控制器连接；该系统还设有声光报警器，该声光报警器与该A/D数字信号处理器26电性连接。 

本实用新型的有益效果为：1、基于软件无线电的设计思想，直接对线圈感应的载波信号进行AD模数转换；2、发射电路运用了直接数字频率合成(简称DDS)技术；3、电脑是局域网内所有探测终端的中央处理器，对所有或部分探测终端进行实时监控。 

本实用新型分布式金属探测安检门系统，基于以太网实时传输技术，由全数字安检门作金属探测终端，电脑作为中央控制器，实现电脑对整个局域网内多台全数字安检门的集中控制，这样使通过式金属探测安检门的自动化和智能化的运用成为现实。 

本实用新型运用了软件无线电技术，对发射电路的数字化改进采用了直接数字频率合成技术，在接收端直接对载波信号进行AD转换得到数字载波信号；数字载波信号经过数字下变频、抽取滤波、低通滤波和鉴频等数字信号处理，得到特征信号；通过对特征信号分析，区分出金属种类和大小。 

DDS单元中的DDS电路主要包括控制器、相位累加器、波形计算器、DA转换器和低通滤器等。每来一个时钟，相位累加器将控制字k(k由控制器产生，控制频率大小)与相位累加器的寄存输出相位数据相加。这样，相位累加器在时钟作用下，不断对频率控制字进行线性相位累加。由于相位累加器在每一个 时钟输入时，把频率控制字累加一次，相位累加器输出的数据就是合成信号的相位；相位值输入波形计算器，通过CORDIC算法或查找表法，便可合成数字频率信号。然后通过DA转换器和低通滤波器就得到合成的频率信号。 

发射线圈发射交变信号的情况下，待检金属受交变磁场的影响形成交变的电涡流。对不同的金属其阻抗特性并不相同，物理意义上就等效于分析其阻抗特性的差异。因此，分析的目标量定为：Z＝R+jωL 

但是直接分析待检测金属并不容易，需要转换分析量到可检测的物理量上，在这里可以通过分析交变的电涡流激发出来的电磁场特性来分析金属本身的特性。通过对接收线圈接收到的信号进行数字信号处理去掉由发射线圈激发所感应的信号，便得到我们要直接分析的量。 

实施例一 

如图1至图3所示，为了说明本实用新型，现在假设发射单频点正弦波信号为：u₁-Ccos(ωt+Φ)，C和Ф就是待检测金属的特性参数。设本地数控振荡器产生的正交和同相信号分别为：u_r1-Dcos(-ωt)，u_r2-Dsin(-ωt)。 

将接收线圈中获取的感应信号u₁-Ccos(ωt+Φ)分别与本地数控振荡器产生的正交和同相信号进行乘法运算，即： 

$\left\{\begin{array}{c}{u}_X=u_1*u_{r1}=C\cos (\mathrm{\ωt}+\mathrm{\Φ})*D\cos (-\mathrm{\ωt})=\frac{\mathrm{CD}}{2}[\cos \mathrm{\Φ}+\cos 2(2\mathrm{\ωt}+\mathrm{\Φ})]\\ u_Y=u_2*u_{r2}=C\cos (\mathrm{\ωt}+\mathrm{\Φ})*D\sin (-\mathrm{\ωt})=\frac{\mathrm{CD}}{2}[\sin \mathrm{\Φ}+\sin (2\mathrm{\ωt}+\mathrm{\Φ})]\end{array}\right.$

经过低通滤波滤除高频成分，得到基带输出信号： 

$\left\{\begin{array}{c}{u}_{X0}=\frac{\mathrm{CD}}{2}\cos \mathrm{\Φ}\\ u_{Y0}=\frac{\mathrm{CD}}{2}\sin \mathrm{\Φ}\end{array}\right.$

求解上面联立方程组，获取待测特性值C和Ф： 

$\left\{\begin{array}{c}C=\sqrt{4({u_{X0}}^2+{u_{Y0}}^2)}\\ \mathrm{\Φ}={\tan }^{-1}\frac{u_{Y0}}{u_{X0}}\end{array}\right.$

特征信号C和Ф的值反映了检测线圈阻抗变化特性，通过测量特征信号C和Ф的值，就能间接检测出金属物的种类与大小。 

如图3所示。所述控制模块产生输出频率控制字K、初相θ0和幅度控制字A。在系统时钟的驱动下，相位累加器将控制字K与相位累加器的寄存输出相位值相加。相位累加器输出的数据就是合成信号的相位，由相位值输入CORDIC算法模块计算出数字正弦波信号。数字正弦波信号经过DA转换器，输出模拟正弦波信号，再经过低通滤波电路滤波；滤波器输出端接运算放大器电路，运算放大器电路的输出端接功率放大器电路。功率放大电路的输出端接一个电容与发射线圈并联构成谐振电路，谐振电路谐振在发射频点上。 

如图2所示模拟信号采集电路部分包括：接收线圈(L1-L8,R1-R8),运算放大电路(P6)，A/D模数转换电路(P7)和A/D采样控制模块(P8)等。所述运算放大电路的输入端有一个电容与接收线圈并联构成谐振电路，谐振电路谐振在接收频点上，运算放大电路根据运用的需求不同，可能包括多路复用电路，以复A/D采样通道，图2未画出，但属于本实用新型的内容。运算放大电路的输出端接A/D转换电路，A/D转换电路的输出端接A/D采样控制模块，A/D采样控制模块以FPGA芯片实现，控制A/D采样速率，输出每一路接收通道的A/D采样值。 

如图2所示A/D数字信号处理器的部分电路由FPGA芯片实现，其包括：数字下变频模块(P9)，抽取滤波器(P10)和数字低通滤波器(P11)等。AD采样值输入数字下变频模块，下变频模块由数控振荡器(简称NCO)和乘法器构成，NCO在时钟管理模块输出的时钟驱动下产生本地振荡信号(cos和sin)分别与AD采样值相乘，得到正交两路输出信号I和Q。下变频模块的输出正交信号I和Ｑ 接到抽取滤波器，抽取滤波器对输入的I、Ｑ信号进行抽取降低采样速率，同时进行抗混叠滤波。抽取滤波器的输出端接数字低通滤波器，数字低通滤波器对低速率的基带Ｉ、Ｑ信号进行低通滤波，得到信噪比符合系统指标要求的基带信号。 

如图2所示本实用新型的以太网接口电路包括媒体接入控制层(简称MAC)模块和以太网物理层(简称PHY)模块。图1所示的实施例中，MAC模块是以FPGA实现，PHY模块是以专用PHY芯片实现；根据运用需求，MAC模块和PHY模块都可以用FPGA实现，也属于本实用新型的内容。多路基带I、Ｑ信号经过接口控制模块(P12)整合成MAC层帧传输格式，通过以太网传输到电脑。 

如图2所示的实施例中数字鉴频模块在电脑运用软件中实现，数字鉴相器对输入的I、Ｑ信号进行三角运算，得到由被检测金属物引起的相移信号和信号的幅度值，即前面提到的特征值Ф和C。 

所述的运用软件还实现如下功能：实现对多台数字安检门的实时监控，金属特征信号(C和Ф)的识别，建立金属特性表，判决报警和其它控制等功能。运用软件预先对探测系统进行智能训练，计算特征信号(C和Ф)与感应线圈阻抗特性的对应关系，再抽象出特征信号(C和Ф)与金属种类和体积大小的对应关系表，即建立金属特性表。信号识别部分对C和Ф信号进行特性提取，然后比较金属特性表，作出判决报警。 

本实用新型分布式金属探测安检门系统实现全数字化，提高了系统稳定性、降低了硬件成本、实现了高精度探测和实时的远程监控。 

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本实用新型,任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围内, 当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例,但凡是未脱离本实用新型技术方案内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰,均仍属于本实用新型技术方案的范围内。 

Claims (10)

1.一种分布式金属探测安检门系统，其特征在于，包括全数字安检门、若干路由器和控制器，该全数字安检门包括若干安检门门体，在每个该安检门门体上方分别设有安检设备，每个该安检设备相互之间通过该路由器连接，该安检设备包括有以太网接口电路，该控制器通过该路由器连接该以太网接口电路。

2.如权利要求１所述的分布式金属探测安检门系统，其特征在于：该安检设备包括A/D数字信号处理器和连接该A/D数字信号处理器的发射组和接收组，该发射组包括有依次连接的发射线圈、发射电路和DA模数转换电路，该接收组包括有依次连接的接收线圈、发射电路和AD模数转换电路。

3.如权利要求2所述的分布式金属探测安检门系统，其特征在于：该A/D数字信号处理器包括DDS单元和依次电性连接的A/D采样控制单元、抽取滤波器、低通滤波器、接口控制单元。

4.如权利要求3所述的分布式金属探测安检门系统，其特征在于：该发射组的DA模数转换电路连接该A/D数字信号处理器的DDS单元。

5.如权利要求3所述的分布式金属探测安检门系统，其特征在于：该接收组的AD模数转换电路连接该A/D数字信号处理器的A/D采样控制单元。

6.如权利要求１所述的分布式金属探测安检门系统，其特征在于：该以太网接口电路与该接口控制单元连接。

7.如权利要求2所述的分布式金属探测安检门系统，其特征在于：该A/D数字信号处理器为FPGA芯片的可编程逻辑器件。

8.如权利要求2所述的分布式金属探测安检门系统，其特征在于：该安检门门体上设有红外感应装置，该红外感应装置与该A/D数字信号处理器电性连接。

9.如权利要求１所述的分布式金属探测安检门系统，其特征在于：该系统还设有键盘，该键盘与该控制器连接。

10.如权利要求2所述的分布式金属探测安检门系统，其特征在于：该系统还设有声光报警器，该声光报警器与该A/D数字信号处理器电性连接。