CN203551798U - 全数字通过式金属探测*** - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种全数字通过式金属探测***，其特征在于：该***包括中央处理器和连接该中央处理器的A/D数字信号处理器，该A/D数字信号处理器分别连接有发射电路和模数转换电路，该发射电路连接有发射线圈级，该模数转换电路连接有接收线圈组，该中央处理器还连接有通讯接口电路。本新型运用软件无线电技术使***具有高度灵活性和开放性，区分出金属种类和体积大小，然后作出判决报警;所述通讯接口电路是用标准的以太网接口，可以接入局域网或直接接入电脑，实现远程控制。容易升级更新和扩展***功能；数字化使相干正交解调得到保证，提高了***的抗干扰能力和探测精度。

Description

全数字通过式金属探测***

技术领域

本实用新型涉及一种通过式金属探测安检门探测***的完全数字化，具体来说是基于软件无线电技术的全数字通过式金属探测***。

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。

目前的金属探测安检门主要运用模拟技术，抗干扰能力差，探测精度不够，硬件体积大、成本高，***升级和功能扩展困难。在实际运用中，还存在以下缺陷：容易误报警和漏报警、不能区分金属种类、不能准确定位隐藏的金属物品、多台设备并列排放时容易受干扰等。

实用新型内容

鉴于上述状况，有必要提供一种抗干扰能力强，探测精度高的全数字通过式金属探测***。

为解决上述技术问题，提供一种全数字通过式金属探测***，该***包括中央处理器和连接该中央处理器的A/D数字信号处理器，该A/D数字信号处理器分别连接有发射电路和模数转换电路，该发射电路连接有发射线圈级，该模数转换电路连接有接收线圈组，该中央处理器还连接有通讯接口电路。

该发射线圈组与该发射电路之间设有两个与该发射线圈组并联的电容C1、C2，该电容与发射线圈组组成谐振电路。

该接收线圈组与该A/D数字信号处理器之间设有两个与该接收线圈组并联的电容C3、C4，该电容与接收线圈组组谐振电路。

该***还设有键盘，该键盘与该中央处理器电性连接。

该***还设有声光报警器，该声光报警器与该中央处理器电性连接。

该A/D数字信号处理器为FPGA芯片的可编程逻辑器件。

该中央处理器包括有信号识别模块、金属特性表、判决报警模块和控制模块，该控制模块与该声光报警器电性连接。

该A/D数字信号处理器包括DDS模块（直接数字频率合成器)和依次电性连接的A/D采样控制模块、抽取滤波器、低通滤波器、鉴频器、接口控制模块。

该A/D采样控制模块分别与发射电路、模数转换电路电性连接，该接口控制模块与该中央处理器电性连接。

本实用新型的目的是对现有的通过式金属探测安检门探测***的数字化改造，以克服现有***的缺陷，提高***对金属的分辨能力，提高抗干扰能力和降低硬件成本等，同时使***容易进行功能扩展和升级。

本实用新型对发射电路的数字化改造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；中央处理器对特征信号在进行特征识别，区分金属种类和大小。

附图说明

图1是本实用新型全数字通过式金属探测***的结构示意图。

图2是本实用新型全数字通过式金属探测***的原理框图。

图3是本实用新型全数字通过式金属探测***的DDS模块原理框图。

具体实施方式

下面结合附图和具体的实施方式进行详细的说明。

如图1、图2所示，一种全数字通过式金属探测***，该***包括中央处理器B4和连接该中央处理器B4的A/D数字信号处理器B3，该A/D数字信号处理器B3分别连接有发射电路B1和模数转换电路B2，该发射电路B1连接有发射线圈级B6，该模数转换电路B2连接有接收线圈组B6，该中央处理器B4还连接有通讯接口电路B5，模数转换电路B2直接对接收的载波信号进行数字化，得到数字载波信号，数字信号处理电路对数字载波信号进行数字信号处理，得到特征信号，中央处理器B4对特征信号进行识别，区分出金属种类和体积大小，然后作出判决报警，通讯接口电路是用标准的以太网接口，可以接入局域网或直接接入电脑，实现远程控制。

该发射线圈组B6与该发射电路B1之间设有两个与该发射线圈组并联的电容C1、C2，该电容C1、C2与发射线圈组B6组成谐振电路。

该接收线圈组B7与该A/D数字信号处理器B3之间设有两个与该接收线圈组B7并联的电容C3、C4，该电容C3、C4与接收线圈组B7组成谐振电路。

该***还设有键盘，该键盘与该中央处理器B4电性连接；该***还设有声光报警器，该声光报警器与该中央处理器B4电性连接。

该A/D数字信号处理器B3为FPGA芯片的可编程逻辑器件;该A/D数字信号处理器包括DDS模块和依次电性连接的A/D采样控制模块、抽取滤波器、低通滤波器、鉴频器、接口控制模块;该A/D采样控制模块分别与发射电路B1、模数转换电路B2电性连接，该接口控制模块与该中央处理器B4电性连接。

该中央处理器B4包括有信号识别模块、金属特性表、判决报警模块和控制模块，该控制模块与该声光报警器电性连接,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

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：u₀=Acosωt，则从接收线圈感应出信号为：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_p1=Dcos(-ωt)，u_p2=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：

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

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2所示发射电路部分包括：发射线圈组（L,R），功率放大电路(P1)，运算放大电路(P2)，低通滤波电路(P3)，DA数模转换电路(P4)和DDS模块(P5)等。所述DDS模块是以可编程逻辑芯片FPGA实现，其包括控制模块、相位累加器、CORDIC算法模块等，如图2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***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；低通滤波电路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包括：接收线圈组（L1～L8,R1～R8）,运算放大电路（P6），AD模数转换电路(P7)和AD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AD采样通道，图1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AD转换电路，AD转换电路的输出端接AD采样控制模块，AD采样控制模块以FPGA芯片实现，控制AD采样速率，输出每一路接收通道的AD采样值。

如图1所示数字信号处理电路部分由FPGA芯片实现，其包括：数字下变频模块（P9），抽取滤波器(P10)，数字低通滤波器(P11)和鉴频器(P12)等。AD采样值输入到数字下变频模块，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正交两路信号（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***要求的基带信号。数字低通滤波器的输出端接数字鉴频器，数字鉴频器对输入的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。

如图1所示中央处理器实现如下功能模块：特征信号（C和Ф）的识别，建立金属特性表，判决报警和中央控制等功能。预先对探测***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，再抽像出特征信号（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。同时中央处理器还起到中央控制的功能，与外设进行通信。中央处理器的处设电路包括：声光报警电路，按键电路和以太网接口电路等。通过以太网接口可以连接电脑，与电脑进行数据通讯。

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 (8)

1.一种全数字通过式金属探测***，其特征在于：该***包括中央处理器和连接该中央处理器的A/D数字信号处理器，该A/D数字信号处理器分别连接有发射电路和模数转换电路，该发射电路连接有发射线圈级，该模数转换电路连接有接收线圈组，该中央处理器还连接有通讯接口电路。

2.如权利要求１所述的全数字通过式金属探测***，其特征在于：该发射线圈组与该发射电路之间设有两个与该发射线圈组并联的电容C1、C2，该电容与发射线圈组组成谐振电路。

3.如权利要求１所述的全数字通过式金属探测***，其特征在于：该接收线圈组与该A/D数字信号处理器之间设有两个与该接收线圈组并联的电容C3、C4，该电容与接收线圈组组谐振电路。

4.如权利要求１所述的全数字通过式金属探测***，其特征在于：该***还设有键盘，该键盘与该中央处理器电性连接。

5.如权利要求１所述的全数字通过式金属探测***，其特征在于：该***还设有声光报警器，该声光报警器与该中央处理器电性连接。

6.如权利要求１所述的全数字通过式金属探测***，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。

7.如权利要求1所述的全数字通过式金属探测***，其特征在于：该A/D数字信号处理器包括DDS模块和依次电性连接的A/D采样控制模块、抽取滤波器、低通滤波器、鉴频器、接口控制模块。

8.如权利要求7所述的全数字通过式金属探测***，其特征在于：该A/D采样控制模块分别与发射电路、模数转换电路电性连接，该接口控制模块与该中央处理器电性连接。

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