CN105842741B - 一种金属探测装置以及方法 - Google Patents

一种金属探测装置以及方法 Download PDF

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Abstract

本发明实施例提供的金属探测装置以及方法，涉及金属探测领域。本发明的金属探测装置及方法，发送覆盖多个频率点的探测信号，对金属进行探测，避免了某种金属对单一频率的探测信号不敏感，导致探测成功率降低的问题，提高了对金属的探测成功率。同时还可以通过调节探测信号的频率分量实现对特定金属的探测，非常方便。

Description

一种金属探测装置以及方法
技术领域
本发明涉及金属探测领域，具体而言，涉及一种金属探测装置以及方法。
背景技术
探测相关人员是否携带金属，是目前安检工作的一个重点。目前，在安检过程中使用的探测金属的方法是，通过发射线圈发出固定的探测信号后，由接收线圈对探测信号进行接收，对比发出的探测信号与接收到的信号之间的差别，判断是否存在金属。然而采用这种探测方式，对金属的探测准确率不够，同时不能满足对多种不同金属进行探测的需求。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例的目的在于提供一种金属探测装置以及方法。
本发明实施例提供的一种金属探测装置，应用于计算机装置，所述计算机装置与一用于发出和接收探测信号的信号收发器连接，所述金属探测装置包括：
收发器控制模块，用于控制所述信号收发器发出包括设定的多个频率分量的探测信号；
探测信号分解模块，用于对所述信号收发器接收到的探测信号进行分解，得到接收到的探测信号包括的多个频率分量；
频率分量判断模块，用于分别对得到的多个频率分量进行检测，判断是否存在参数值变化超过预设的判断阈值的频率分量，根据判断结果判定是否探测到金属。
优选地，所述频率分量判断模块分别对得到的多个频率分量进行检测的方式为：
分别计算每个频率分量的幅度与相位的比值；
判断所述比值K是否位于预设的金属阈值区间；
其中，如果至少一个频率分量对应的所述比值位于预设的金属阈值区间，则判定探测到金属。
优选地，所述金属阈值区间包括多个分别对应不同种类金属的子区间，所述频率分量判断模块还用于根据所述比值所属的子区间，判断探测到的金属种类。
优选地，所述金属探测装置还包括：
探测信号调整模块，用于根据需要探测的金属的种类对所述信号收发器发出的探测信号中包括的频率分量的频率进行调整。
优选地，所述金属探测装置还包括：
报警模块，用于当探测到金属时进行报警。
本发明实施例提供的一种金属探测方法，应用于与一用于发出和接收探测信号的信号收发器连接的计算机装置，所述方法包括：
控制所述信号收发器发出包括设定的多个频率分量的探测信号；
对所述信号收发器接收到的探测信号进行分解，得到接收到的探测信号包括的多个频率分量；
分别对得到的多个频率分量进行检测，判断是否存在参数值变化超过预设的判断阈值的频率分量，根据判断结果判定是否探测到金属。
优选地，所述分别对得到的多个频率分量进行检测的方式为：
分别计算每个频率分量的幅度与相位的比值；
判断所述比值K是否位于预设的金属阈值区间；
其中，如果至少一个频率分量对应的所述比值位于预设的金属阈值区间，则判定探测到金属。
优选地，所述金属阈值区间包括多个分别对应不同种类金属的子区间，所述方法还包括：根据所述比值所属的子区间，判断探测到的金属种类。
优选地，所述方法还包括：
根据需要探测的金属的种类对所述信号收发器发出的探测信号中包括的频率分量的频率进行调整。
优选地，所述方法还包括：
当探测到金属时进行报警。
与现有技术相比，本发明的金属探测装置及方法，发送覆盖多个频率点的探测信号，对金属进行探测，避免了某种金属对单一频率的探测信号不敏感，导致探测成功率降低的问题，提高了对金属的探测成功率。同时还可以通过调节探测信号的频率分量实现对特定金属的探测，非常方便。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明较佳实施例提供的计算机装置的使用状态示意图。
图2为本发明较佳实施例提供的计算机装置的方框示意图。
图3为本发明金属探测装置的功能模块示意图。
图4为本发明较佳实施例提供的金属探测方法的流程图。
主要元件符号说明
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
如图1所示，是本发明较佳实施例提供的计算机装置100的使用状态示意图。所述计算机装置100通过网络与一用于发出和接收探测信号的信号收发器200连接，以进行数据通信。所述信号收发器200包括信号发生装置、发射线圈以及接收线圈。由信号发生装置生成的探测信号通过发射线圈发出，探测信号遇到探测对象后发生变化，再由接收线圈进行接收。设置于计算机装置100的金属探测装置10对接收线圈接收到的探测信号进行处理，实现对金属的探测。所述计算机装置100可以是单片机、嵌入式设备或者个人电脑等具有数据处理功能的装置。
如图2所示，是为本发明较佳实施例提供的计算机装置100的方框示意图。所述计算机装置100包括金属探测装置10、存储器20以及处理器30。
所述存储器20、处理器30相互之间直接或间接地电性连接，以实现数据的传输或交互。例如，这些元件相互之间可通过一条或多条通讯总线或信号线实现电性连接。所述金属探测装置10包括至少一个可以软件或固件(firmware)的形式存储于所述存储器20中或固化在所述计算机装置100的操作***(operating system，OS)中的软件功能模块。所述处理器30用于执行存储器中存储的可执行模块，例如所述金属探测装置10包括的软件功能模块或计算机程序。
其中，存储器20可以是，但不限于，随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)，只读存储器(Read Only Memory，ROM)，可编程只读存储器(Programmable Read-OnlyMemory，PROM)，可擦除只读存储器(Erasable Programmable Read-Only Memory，EPROM)，电可擦除只读存储器(Electric Erasable Programmable Read-Only Memory，EEPROM)等。其中，存储器20用于存储程序，所述处理器30在接收到执行指令后，执行所述程序，前述本发明实施例任一实施例揭示的流过程定义的计算机装置100所执行的方法可以应用于处理器30中，或者由处理器30实现。
处理器30可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。上述的处理器30可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit，简称CPU)、网络处理器(Network Processor，简称NP)等；还可以是数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现成可编程门阵列(FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。可以实现或者执行本发明实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。
请参阅图3，是本发明较佳实施例提供的图2所示的金属探测装置10的功能模块示意图。所述金属探测装置10包括收发器控制模块101、探测信号分解模块102、频率分量判断模块103、探测信号调整模块104以及报警模块105。
所述收发器控制模块101，用于控制所述信号收发器200发出包括设定的多个频率分量的探测信号。
根据电涡流效应，当在发射线圈产生的磁场中，有金属物体时，接收线圈感应出的信号将会改变。通过检测接收线圈感应出的信号的变化，即可实现对金属的探测。在实际的使用中，其他非金属物质在进入发射线圈产生的磁场时，对接收线圈感应出的信号也会产生一定影响。对于不同频率的信号，金属所引起的改变是不同的。在某些频率下，金属与非金属所引起的变化都非常小，无法有效进行区分，容易导致对金属的探测准确率降低，或者误判。因此，通过发出包括多个频率分量的探测信号，尽量多覆盖不同的频率，来达到更好的探测效果。
所述探测信号分解模块102，用于对所述信号收发器接收到的探测信号进行分解，得到接收到的探测信号包括的多个频率分量。
探测信号通过发送线圈发送时，多个频率分量在时域上时叠加的。如果要检测某个频率上的信号是否发生变化，需要对接收线圈接收到的探测信号在频域上进行区分，提取出探测信号包括的多个频率分量。在本实施例中，该操作可以通过滤波器实现。
所述频率分量判断模块103，用于分别对得到的多个频率分量进行检测，判断是否存在参数值变化超过预设的判断阈值的频率分量，根据判断结果判定是否探测到金属。
由于被探测的金属可能对某些频率的信号不敏感，导致引起的探测信号的变化非常小，因此在进行检测时，对于所有的频率分量分别进行检查，当其中至少一个频率分量的参数值变化超过了预设的判断阈值，就判定检测到了金属。
具体的，当金属进入发射线圈产生的磁场中将会引起接收信号的相位和幅度变化。在对多个频率分量分别进行检测时，检测的方式为分别计算多个频率分量的幅度与相位的比值。当发射线圈发出的探测信号的强度固定时，在一个频率点上，同一种金属引起的幅度和相位变化，幅度与相位比值恒定。分别计算每个频率分量的幅度与相位的比值，记为K，判断比值K是否属于预设的检测到金属时的金属阈值区间，如果至少一个频率分量对应的所述比值K位于预设的金属阈值区间，则判定探测到金属。
计算幅度与相位的比值K的具体方法为：假设发射线圈发出的探测信号表示为：
S0(t)＝a0sin(ω0t)+a1sin(ω1t)+…+ansin(ωnt)
接收线圈接收到的探测信号表示为：
S1(t)＝b0sin(ω0t+θ0)+b1sin(ω1t+θ1)+…+bnsin(ωnt+θn)
接收到的探测信号的多个频率分量分别表示为：S10(t)＝b0sin(ω0t+θ0)、S11(t)＝b1sin(ω1t+θ1)、…、S1n(t)＝bnsin(ωnt+θn)
对每个频率分量进行正交化，以其中一个分量S10(t)＝b0sin(ω0t+θ0)为例。将S10(t)相移π/2变为S′10(t)＝b0cos(ω0t+θ0)。进行正交化后输出为S10i(t)＝b0S10(t)cos(ω0t)，S10q(t)＝b0S′10sin(ω0t)。将正交信号相减S10i(t)-S10q(t)＝sin(θ0)。得到θ0＝arcsin(S10i(t)-S10q(t))。即可算出幅度与相位比值，记为K0＝b0/θ0。
在本实施例中，由于不同种类金属的性质不同，在一个频率点上，不同种类的金属物质引起的探测信号变化的幅度与相位比值不同。不同金属对信号频率的敏感度也不同，如铁磁性金属对低频信号敏感度较高，引起的变化较大，而在高频信号环境中，对信号几乎没有影响。在判断是否探测到金属时，通过判断比值K是否进入金属阈值的区间来确定是否探测到金属，对于各个频点，分别设置有对应的金属阈值区间。其中，不同的频点，其设置的金属阈值区间可能相同，也可能不同。
进一步地，金属阈值区间包括多个分别对应不同种类金属的子区间，而对于不同的频点，子区间的划分方式也是不完全相同的。通过计算得到的比值K，不仅能判断是否探测到金属，还能在探测到金属的基础上，通过比值K和频率确定金属的种类。
所述探测信号调整模块104，用于根据需要探测的金属的种类对所述信号收发器200发出的探测信号中包括的频率分量的频率进行调整。
基于上述的特性，可以针对不同种类金属与其对应的比值K之间关系，对组成探测信号的多个频率分量的频率进行调节，以实现对特定金属的探测。选择需要探测的金属比较敏感的多个频率的信号作为分量组合成探测信号。当根据检测到探测信号计算出的比值K进入金属阈值的区间，则说明探测到该金属。
所述报警模块105，用于当探测到金属时进行报警。
在检测到金属时，以声光报警的方式进行提醒，在安防工作中，能够起到很好的提醒效果。
例如，在某个矿井中，为了防止工人私自携带贵重金属离开，需要对每个进出人员进行扫描，探测是否携带有贵重金属，但是矿下的工人通常也会携带一些包含常见金属的工具，此时就需要对贵重金属进行检测。将本实施例提供的带有金属探测装置10的计算机装置100和信号收发器200设置于进出口处，将金属探测装置10与报警器连接。调整探测信号的频率分量，选择常见金属不敏感、贵重金属敏感的频率分量组成探测信号。当携带有贵重金属的工人通过该进出口时，就能被准确的识别出来并进行报警，而只携带有包含常见金属的工具工人通过该进出口时，则不会报警。对于需要检测所有金属的场景，将探测信号设置为由覆盖尽量宽的频率的多个频率分量组成。
请参阅图4，是本发明较佳实施例提供的应用于图3所示的金属探测装置10的金属探测方法的流程图。下面将对图4所示的具体流程进行详细阐述。
步骤S101，根据需要探测的金属的种类对所述信号收发器200发出的探测信号中包括的频率分量的频率进行调整。根据所使用的场景，选择合适探测信号，以达到更好的探测效果。
具体地，步骤S101可由所述探测信号调整模块104执行，具体的频率分量的调整方法可参上述对探测信号调整模块104的详细描述。
步骤S102，控制所述信号收发器200发出包括设定的多个频率分量的探测信号。
具体地，步骤S102可由所述收发器控制模块101执行，关于步骤S102的具体内容可参上述对收发器控制模块101的详细描述。
步骤S103，对所述信号收发器接收到的探测信号进行分解，得到接收到的探测信号包括的多个频率分量。
具体地，步骤S103可由所述探测信号分解模块102执行，关于步骤S103的具体内容可参上述对探测信号分解模块102的详细描述。
步骤S104，分别计算多个频率分量的幅度与相位的比值。
步骤S105，判断是否存在至少一个频率分量对应的所述比值位于预设的金属阈值区间，如果是，则执行步骤S106和步骤S107。
步骤S106，根据所述比值所属的子区间，判断探测到的金属种类。
具体地，步骤S104-步骤S106由所述频率分量判断模块103执行。其中对频率分量的计算方法以及判断是否探测到金属的方法可参上述对频率分量判断模的详细描述。
步骤S107，进行报警。
具体地，步骤S107可由所述报警模块105执行，关于步骤S107的具体内容可参上述对报警模块105的详细描述。
本发明的金属探测装置及方法，发送覆盖多个频率点的探测信号，对金属进行探测，避免了某种金属对单一频率的探测信号不敏感，导致探测成功率降低的问题，提高了对金属的探测成功率。同时还可以通过调节探测信号的频率分量实现对特定金属的探测，非常方便。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和框图显示了根据本发明的多个实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的***来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
另外，在本发明各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。
所述功能如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种金属探测装置，应用于计算机装置，所述计算机装置与一用于发出和接收探测信号的信号收发器连接，其特征在于，所述金属探测装置包括：
收发器控制模块，用于控制所述信号收发器发出包括设定的多个频率分量的探测信号；
探测信号分解模块，用于对所述信号收发器接收到的探测信号进行分解，得到接收到的探测信号包括的多个频率分量；
频率分量判断模块，用于分别对得到的多个频率分量进行计算，得到每个频率分量的幅度与相位的比值，判断所述比值是否位于预设的金属阈值区间，根据判断结果判定是否探测到金属，其中，如果至少一个频率分量对应的所述比值位于预设的金属阈值区间，则判定探测到金属；
所述金属阈值区间包括多个分别对应不同种类金属的子区间，所述频率分量判断模块还用于根据所述比值所属的子区间，判断探测到的金属种类。
2.根据权利要求1所述的金属探测装置，其特征在于，所述金属探测装置还包括：
探测信号调整模块，用于根据需要探测的金属的种类对所述信号收发器发出的探测信号中包括的频率分量的频率进行调整。
3.根据权利要求1-2任意一项所述的金属探测装置，其特征在于，所述金属探测装置还包括：
报警模块，用于当探测到金属时进行报警。
4.一种金属探测方法，应用于与一用于发出和接收探测信号的信号收发器连接的计算机装置，其特征在于，所述方法包括：
控制所述信号收发器发出包括设定的多个频率分量的探测信号；
对所述信号收发器接收到的探测信号进行分解，得到接收到的探测信号包括的多个频率分量；
分别对得到的多个频率分量进行计算，得到每个频率分量的幅度与相位的比值，判断所述比值是否位于预设的金属阈值区间，根据判断结果判定是否探测到金属，其中，如果至少一个频率分量对应的所述比值位于预设的金属阈值区间，则判定探测到金属；
所述金属阈值区间包括多个分别对应不同种类金属的子区间，根据所述比值所属的子区间，判断探测到的金属种类。
5.根据权利要求4所述的金属探测方法，其特征在于，所述方法还包括：
根据需要探测的金属的种类对所述信号收发器发出的探测信号中包括的频率分量的频率进行调整。
6.根据权利要求4-5任意一项所述的金属探测方法，其特征在于，所述方法还包括：
当探测到金属时进行报警。
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