专利名称：脉冲激励电磁谐振安检方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明属于电磁无损检测技术领域。
背景技术：
国内外申请的安全检查方面的专利已有多项，但大多数是利用X射线或γ射线的高度透射特性，如申请号为02289591.4的中国专利披露的一种γ放射性安全检测装置、申请号为99100298.9的中国专利披露的高集成化低能量X射线阵列传感装置、申请号为99113199.1的中国专利披露的多功能工业X射线成像系统、申请号为90103530.0的中国专利披露的便携式X光透视记录仪等。其中有些专利已经转化为成熟的产品，如广泛应用于车站、码头、机场等场所入口处的安检装置，这些装置均是采用了X射线透视成像技术，除了结构复杂造价昂贵之外，其辐射性也会在正常工作时对生物体及胶卷等感光物质产生一定的危害和损伤。

发明内容
针对现有技术的辐射危害等不足之处，本发明根据电磁无损检测理论，提出了一种脉冲激励电磁谐振安检方法及装置。
本发明的目的是通过如下技术方案实现1)利用激励源产生的控制信号控制一个晶体管开关，对激励线圈进行瞬态高能冲击激励得到激励信号，所述激励信号的初始脉宽由所述控制信号的占空比来控制；2)经瞬态激励后的激励线圈在空间建立了一个谐振衰减磁场，利用检出线圈感知所述空间磁场的激变，得到检出信号；3)将检出信号经低通滤波、放大、峰值采样处理后，与可调的设定阈值进行差分比较，从而实时灵敏的判断是否存在铁磁性物体。
本发明还提供了一种实施如上述方法的安检专用装置，包括激励部分和检出部分，其特征在于所述激励部分主要由激励源、晶体管开关、激励线圈和谐振电容组成，在激励部分中，所述激励源的控制信号输出端和所述晶体管开关的控制端相连，所述晶体管开关的输入端与激励能量输入端相连，所述晶体管开关的输出端通过一个开关二极管与激励线圈相连，所述激励线圈和谐振电容并联，实现有效振荡；所述检出部分主要由检出线圈、低通滤波电路、放大电路、峰值采样电路、差分比较电路及报警电路组成，在检出部分，所述检出线圈通过低通滤波电路、放大电路和峰值采样电路相连，所述峰值采样电路经过差分比较电路后与报警电路相连。
本发明所述激励线圈和检出线圈轴向平行并排放置。
本发明所述的安检专用装置还包括一个大容量储能电容，它与所述晶体管开关并联，保证向激励线圈中注入充足的电流。
本发明所述的安检专用装置还包括一个阈值设定可调电路，它与所述差分比较电路相连，用以调节报警阈值。
本发明所述的脉冲激励电磁谐振安检方法使用小于等于10kHz的低频脉冲进行激励，激励线圈在空间建立一个谐振衰减磁场，从信号的衰减过程中提取所需要的信号，对所检测的空间磁场变化较为敏感。检出线圈用以感应空间磁场的变化。当空间磁场中有铁磁性物体经过时，空间磁场就会发生激变，进而导致检出线圈的阻抗变化，实现对铁磁性物体的检出，避免了对生物体及胶卷等感光物质产生的危害和损伤。初步的研究结果显示，脉冲激励电磁谐振安检方法无辐射危害，能够实时灵敏的检出铁磁性物体，通过调节报警阈值，以适应不同的安检需求。本发明提出了一个有别于传统安检方法的新方法，对国家安检系统及相关领域有重要意义。


图1是本发明所述方法的原理框图。
图2是本发明所述激励部分的电路原理图。
图3是本发明所述检出部分的原理框图。
图4是激励线圈中的信号波形图。
图5是检出线圈中的检出信号经低通滤波并放大后的信号波形图。
图6是激励线圈中的信号和检出线圈中的检出信号经低通滤波并放大后的信号波形对应关系图。
具体实施例方式
下面结合附图进一步说明本发明。
图1为方法原理框图。空间磁场10把激励部分和检出部分联系在一起，激励线圈20由激励源40产生的控制信号通过晶体管开关30进行瞬态高能冲击激励，激励信号在空间建立了一个谐振衰减磁场，即空间磁场10。控制信号的占空比大小决定激励信号的初始脉宽，进而控制激励信号的最大值，即谐振衰减磁场的最大值。其中，激励能量输入端采用大于等于5V的直流电压；由于线圈储存能量的局限性，当占空比增大到10％以上时，激励信号的最大值并不能成比例上升，基本与10％的效果持平；小于10％时，增大占空比有利于提高空间磁场的灵敏度。
当铁磁性物体经过空间磁场10时，引起空间磁场10激变，检出线圈50感知磁场激变信号，经过信号处理电路60的低通滤波、放大、峰值采样处理后，与可调的设定阈值进行差分比较，实时灵敏地判断出铁磁性物体的存在。
本发明所述的安检装置包括激励部分和检出部分。
图2是激励部分的电路原理图。所述激励部分主要由激励源、晶体管开关、激励线圈和谐振电容组成。晶体管开关30包括NPN晶体管、PNP晶体管和两个连接电阻，激励源40的控制信号输出端Vo通过一个连接电阻和NPN晶体管的基极相连，控制激励能量的冲入频率和脉宽，NPN晶体管的集极通过另一个连接电阻和所述PNP晶体管的基极连接，PNP晶体管的射极与激励能量输入端100相连，PNP晶体管的集极通过一个开关二极管70与激励线圈20相连，开关二极管70用来控制能量的流入方向，与晶体管开关30协同作用，利于电磁谐振的发生；激励线圈20和谐振电容90并联，实现有效振荡。该装置还可包括一个与晶体管开关30并联的大容量储能电容80，保证向激励线圈中注入充足的电流，用以辅助瞬态高能冲击激励时所需的能量。本发明所述激励源电路由555芯片为核心，辅以电阻、电容和二极管构成。本装置所述的所述激励线圈和检出线圈轴向平行并排放置，参数如下表，铁氧体磁芯参数60×14×14mm。
表1 线圈参数表激励线圈检出线圈匝数300 300电感45.07mH 44.60mH电阻98.7ohm 96.2ohm图3是本发明所述检出部分的原理框图。所述检出部分主要由检出线圈50、低通滤波电路130、放大电路140、峰值采样电路150、差分比较电路160及报警电路110组成。检出线圈50感知得到的检出信号经过RC低通滤波电路130滤波后，首先利用放大电路140(如运算放大器OP27)进行放大，其次利用由射极跟随电路、二极管和电容组成的峰值采样电路150对放大后的信号进行峰值采样，接着利用由比较器LM393组成的差分比较电路160对峰值采样后的信号与设定阈值进行差分比较，最后与常用的报警电路110连接。上述设定阈值可由常规的阈值设定可调电路170提供，它与所述差分比较电路160相连，从而调节报警阈值。
图4是激励线圈中的信号波形图，它显示了空间的谐振衰减磁场信号的波形。
图5是检出线圈中的检出信号经低通滤波并放大后的信号波形图。由此可见，检出线圈对进入空间磁场的铁磁性物体有极其敏感的反应。
图6是激励线圈中的信号和检出线圈中的检出信号经低通滤波并放大后的信号波形对应关系图。它说明了激励信号和检出信号对应的相位关系和幅度关系。
权利要求
1.脉冲激励电磁谐振安检方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤1)利用激励源产生的控制信号控制一个晶体管开关，对激励线圈进行瞬态高能冲击激励得到激励信号，所述激励信号的初始脉宽由所述控制信号的占空比来控制；2)经瞬态激励后的激励线圈在空间建立了一个谐振衰减磁场，利用检出线圈感知所述空间磁场的激变，得到检出信号；3)将检出信号经低通滤波、放大、峰值采样处理后，与可调的设定阈值进行差分比较，从而实时灵敏地判断是否存在铁磁性物体。
2.一种实现权利要求1所述安检方法的专用装置，包括激励部分和检出部分，其特征在于所述激励部分主要由激励源、晶体管开关、激励线圈和谐振电容组成，在激励部分中，所述激励源的控制信号输出端和所述晶体管开关的控制端相连，所述晶体管开关的输入端与激励能量输入端相连，所述晶体管开关的输出端通过一个开关二极管与激励线圈相连，所述激励线圈和谐振电容并联，实现有效振荡；所述检出部分主要由检出线圈、低通滤波电路、放大电路、峰值采样电路、差分比较电路及报警电路组成，在检出部分，所述检出线圈通过低通滤波电路、放大电路和峰值采样电路相连，所述峰值采样电路经过差分比较电路后与报警电路相连。
3.根据权利要求2所述的安检专用装置，其特征在于所述激励线圈和检出线圈轴向平行并排放置。
4.根据权利要求2所述的安检专用装置，其特征在于该装置还包括一个大容量储能电容，它与所述晶体管开关并联，保证向激励线圈中注入充足的电流。
5.根据权利要求2所述的安检专用装置，其特征在于该装置还包括一个阈值设定可调电路，它与所述差分比较电路相连，用以调节报警阈值。
全文摘要
脉冲激励电磁谐振安检方法及装置，属于电磁无损检测技术领域。针对现有技术的辐射危害等不足之处，本发明根据电磁无损检测理论，提出了一种脉冲激励电磁谐振安检方法及其装置。本发明有别于传统安检方法，采用瞬态高能冲击激励的激励线圈，在空间建立了一个衰减谐振磁场，用以感知空间磁场激变的检出线圈经过信号处理电路与报警电路连接。本发明无辐射危害，能够实时灵敏的检出铁磁性物体，通过调节报警阈值，以适应不同的安检需求。
文档编号G01N27/00GK1603803SQ20041009118
公开日2005年4月6日 申请日期2004年11月23日 优先权日2004年11月23日
发明者李路明, 文雄伟, 郝红伟, 曹益平, 黄刚 申请人:清华大学