专利名称：声磁标签的频谱检测系统与方法
技术领域：
本发明涉及一种主要用于以防盗为目的的声磁标签的检测系统及方法，利用该系统和方法可以对声磁标签的频谱进行检测，从而可以判定声磁标签的质量。
背景技术：
声磁标签是基于磁性材料的磁致伸缩效应来工作的。当声磁标签处于与自身固有频率相同的外部激励磁场作用时，声磁标签将产生共振。声磁标签的共振频率及其在共振频率激励下的振幅是衡量声磁标签品质和性能的最重要指标。如，工作频率为58KHz的声磁标签，希望其实际共振频率越接近58KHz越好，并且希望在58KHz激励下，其振幅越大越好。实际的声磁标签，往往由于材料性能和加工制造的原因，其实际共振频率与要求的工作频率有一定偏差，振幅也有一定的变化范围。为此，如果发明一种系统和方法，能够实现对声磁标签在一定频率范围内进行扫描，进而可以了解声磁标签在不同频率下的响应，这对于掌握声磁标签的品质、改进声磁标签的设计具有重要的意义。在声磁标签的设计和材料改进方面，已经有多项专利，如申请号为:200810163731.2，200920305423.9的专利等。在声磁标签的检测方面，目前采用的主要手段是，安装一检测门，这种检测门就是超市结算后出口的声磁防盗门。利用这种检测门，只能检测声磁标签在检测门的多大范围内可以引起报警，并做出合格性的判断。这种方法并不能获得声磁标签的实际共振频率是多少，也不知道共振点下的振幅是多少，更不能得到某一频段范围内整体频谱响应。因此，传统方法无法给声磁标签的改进和质量监控提供更加详实的数据。
发明内容
本发明要解决的技术问题是如何对声磁标签进行频谱检测，从而可以得到任意激振频率下，声磁标签的频率响应情况。为解决上述问题，本发明提供了一种声磁标签频谱检测系统，其特征在于，该系统包括:检测探头和控制主机；
所述的检测探头用于放置被测声磁标签，接受控制主机发来的扫频电流，并把声磁标签的频率响应信号传给控制主机；
所述的控制主机发送扫频电流，接收声磁标签的频率响应信号，并对信号进行处理和采集，形成并显示频谱响应数据；所述的检测探头包括:激励螺线管、检测螺线管、补偿螺线管和支架；
所述的检测螺线管用于放置被测声磁标签，并与所述的补偿螺线管平行错开放置；所述的检测螺线管与所述的补偿螺线管管径相同、线径相同、缠绕密度相同，所述检测螺线管采用左旋绕法，所述补偿螺线管采用右旋绕法，所述检测螺线管与所述补偿螺线管的绕线顺序连接；
所述的检测螺线管和所述的补偿螺线管置于激励螺线管内，并使三者的轴线平行； 所述激励螺线管长度是所述检测螺线管长度的5倍或以上；
所述的检测螺线管、补偿螺线管和激励螺线管固定于所述支架上，形成整体；
所述支架由非金属材料连接而成。在本发明一实施例中，所述的控制主机包括:扫频信号发生模块、信号调理模块、控制模块和人机接口模块；
所述的扫频信号发生模块接收控制模块的扫频指令，并输出扫频电流给检测探头；所述的信号调理模块对微弱的声磁标签频率响应信号进行放大、滤波、整流处理，并把调理后的信号给控制模块；
所述的控制模块用于输出扫频指令，并实时采集调理后的声磁标签频率响应信号；所述的控制模块实时接收人机接口的指令，并把数据传给人机接口模块；
所述的人机接口模块用于接收用户的指令，并把指令传给控制模块，又对声磁标签的频率响应数据进行显示。为解决上述问题，本发明另外提供了一种上述声磁标签的频谱检测系统的声磁标签频谱检测方法，该方法包括:
步骤A:把完整的声磁标签放入检测探头的检测螺线管内，确保声磁标签轴线与检测线圈轴线平行；
步骤B:设置扫频过程所必需的参数，包括扫频过程的起始频率、终止频率和步长；步骤C:启动扫频过程，控制模块实时记录各时刻激励频率和对应的声磁标签频率响应信号；
步骤D:扫频结束，显示声磁标签频率响应数据或曲线，取出声磁标签。在本发明所述步骤A之前，所述的方法进一步包括:调整检测探头主轴的方向，使其与地磁南北极连线垂直。在本发明一实施例中，所述的频率响应数据包括振幅最大点所对应的峰值频率和幅值，所述的曲线包括横轴为频率、纵轴为响应幅度的频谱曲线。应用本发明，可以对声磁标签在设定频段范围内进行扫频，并获得频率响应信号，从而可以确认被测声磁标签共振点的频率和幅值是否满足用户要求。利用本系统和方法，可以实现对声磁标签进行快速的检验，具有较好的市场价值。
图1是本发明实施例的被测声磁标签。图2是本发明实施例的系统组成框图。图3是本发明实施例的检测探头结构示意图。图4是利用本发明实施例的检测探头检测螺线管和补偿螺线管的绕线方法。图5是本发明声磁标签频谱曲线。
具体实施例方式下面结合附图及实施例对本发明做进一步描述。以下实施例用于说明本发明，不是用来限制本发明。本发明用来检测完整的声磁标签如图1所示，声磁标签根据实际需要分为58KHz、SOKHz等多种工作频率，声磁标签的尺寸大小也会有所不同，但均可作为本发明的检测对象。当声磁标签受交变磁场激励时，由于磁致伸缩效应会产生与激励频率相同的振动，由于这种振动频率通常在超声波频率范围内，因此称为声磁标签。声磁标签在不同激励频率作用下产生的超声振动幅度是不同的，越接近于声磁标签共振频率时，振幅越大。实际的声磁标签由于磁性材料加工与热处理工艺、制作组装等过程中各种因素的影响，很难确保所有声磁标签的共振频率都刚好等于其工作频率，即使与工作频率相等，如果振幅达不到一定幅值，仍无法正常工作。为此，全面掌握声磁标签在各频率点的振幅分布情况，对于客观掌握声磁标签的品质和性能，并寻找改进策略具有重要的意义。实现这一功能的基本思路是设计一个输出频率可变的扫频信号，把该扫频信号施加给声磁标签，同时检测声磁标签的振动幅度，这样就得到每个频点对应的振幅，从而可以得到完整的声磁标签频谱曲线。基于这一设计思路的声磁标签频谱检测系统如图2所示。扫频信号发生模块用于产生扫频信号，扫频信号的提供形式既可以采用连续频率变化的方式，也可以采用阶梯步长的方式。连续频率变化的方式可以采用型号为ICL8038的IC通过模拟量的连续变化控制来实现；阶梯式可以采用型号为AD9832的1C，通过直接给IC输入一定步长的数字量来实现扫频。不论是连续变化的模拟量扫频信号，还是直接向IC输入阶梯变化的数字量，均可以由控制模块的DA (数字量转化为模拟量)电路实现或直接通过数字通讯的方式实现。声磁标签的频率响应信号进入信号调理模块，信号调理模块主要包括信号的放大、滤波、整流功能。信号放大可以采用运算放大器LF356进行差动放大，同时进行低通滤波，再对交变的信号进行整流，得到单极性的信号，以便于进行AD采样。也可以不进行信号整流，采用带有双极性参考电压的AD转换器进行采样。控制模块主要接收人机接口的用户指令，并把指令以适当的形式输出给扫频信号发生模块，采集信号调理模块输出的声磁标签频率响应数据，并把这些数据传递给人机接口用于显示和事后分析。控制模块的核心可以采用单片机、ARM等微控制器，如PIC18F4620，STM32F103等。AD采样功能即可以采用专门的AD转换1C，如ADS1000，也可以采用微控制器自带的AD转换功能。人机接口可以采用采用按键、LED数码管组合，也可以采用按键IXD组合，还可以通过通讯接口(如RS232)接PC机，在PC机上通过软件界面实现指令的输入和对数据的采集和显示,如图5所示。检测探头的设计对声磁标签的频谱检测具有重要的作用。检测探头的结构示意图如图3所示，由激励螺线管1、检测螺线管2a、补偿螺线管2b、支架3组成。检测螺线管2a和补偿螺线管2b错开平行放置。检测螺线管2a和补偿螺线管2b的匝数、线圈直径、导线线径、分布密度等所有参数均完全相同，但在位置上要错开平行放置。检测螺线管2a以左旋的方式绕线，补偿螺线管2b以右旋的方式绕线的，并使二者的导线首尾顺序连接，如图4所示。这样设计的目的是，当检测螺线管2a中没有声磁标签，并且检测螺线管2a和补偿螺线管2b处于相同的变化磁场内时，两者产生的感生电动势大小相等，方向相反，检测螺线管2a和补偿螺线管2b受激励交变磁场所产生的感应电动势正好相互抵消。当在检测螺线管2a中放入声磁标签时，相当于检测线圈2a中加入了磁芯，声磁标签在激励交变磁场的作用下产生振动，这种振动会使检测线圈2a产生感生电动势，由于补偿螺线管2b与检测螺线管2a错开放置，检测螺线管2a的磁力线变化基本不会耦合到补偿螺线管2b上。这样最终得到的信号就只含有声磁标签振动而引起的感生电动势。这种响应信号的频率与激励交变磁场频率相同，信号响应的振幅取决于声磁标签的振动幅度，或者说与共振点的接近程度。这样，在检测螺线管上就可以得到声磁标签在激励频率作用下的响应输出。激励螺线管I的长度要比声磁标签长很多，至少5倍，以确保检测螺线管2a和补偿螺线管2b均置于激励螺线管I内部的平行磁场中，而不受激励螺线管I两端磁力线方向变化的影响。检测螺线管2a和补偿螺线管2b处于激励螺线管内部中间位置，激励螺线管
1、检测螺线管2a和补偿螺线管2b的轴线互相平行，放入的声磁标签也平行于该轴线。检测螺线管2a和补偿螺线管2b的匝数可以取200匝、线径可以取0.3mm，但不限于此。匝数多，信号调理模块的放大倍数可以低些；匝数少，可以适当调高信号调理模块的放大倍数。基于上述声磁标签频谱检测系统的基础上，本发明进一步提出了声磁标签的频谱检测方法。该方法包括:
步骤A:把完整的声磁标签放入检测探头之检测螺线管2a内，放入的方法可以采取把声磁标签粘贴在一个长条形的治具上，把长条形治具顺序检测线圈2a的轴线放在其中间位置，使声磁标签轴线与检测螺线管2a的轴线平行，并确保每次对声磁标签进行检测时，声磁标签都处于相同的位置；
步骤B:设置扫频过程所必需的参数，包括扫频过程的起始频率、终止频率、步长、扫频速度等；
步骤C:启动扫频过程，控制模块实时记录各时刻声磁标签的激振频率和频率响应信号。在扫频过程中，声磁标签不能移动，检测探头更不能移动；
步骤D:扫频结束后，显示声磁标签频率响应数据或曲线，立即取出声磁标签。特别需要注意的是，在步骤A之前，所述的方法进一步包括:调整检测探头主轴的方向，使其与地磁南北极连线垂直，以确保地磁对声磁标签的频谱测试不产生影响。所述的频率响应数据包括振幅最大点所对应的峰值频率和幅值，所述的曲线包括横轴为频率、纵轴为响应幅度的频谱曲线。以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明所述范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
权利要求
1.一种声磁标签频谱检测系统，其特征在于，该系统包括:检测探头和控制主机； 所述的检测探头用于放置被测声磁标签，接受控制主机发来的扫频电流，并把声磁标签的频率响应信号传给控制主机； 所述的控制主机发送扫频电流，接收声磁标签的频率响应信号，并对信号进行处理和采集，形成并显示频谱响应数据；所述的检测探头包括:激励螺线管、检测螺线管、补偿螺线管和支架； 所述的检测螺线管用于放置被测声磁标签，并与所述的补偿螺线管平行错开放置；所述的检测螺线管与所述的补偿螺线管管径相同、线径相同、缠绕密度相同，所述检测螺线管采用左旋绕法，所述补偿螺线管采用右旋绕法，所述检测螺线管与所述补偿螺线管的绕线顺序连接； 所述的检测螺线管和所述的补偿螺线管置于激励螺线管内，并使三者的轴线平行； 所述激励螺线管长度是所述检测螺线管长度的5倍或以上； 所述的检测螺线管、补偿螺线管和激励螺线管固定于所述支架上，形成整体； 所述支架由非金属材料连接而成。
2.如权利要求1所述的声磁标签频谱检测系统，其特征在于:所述的控制主机包括:扫频信号发生模块、信号调理模块、控制模块和人机接口模块； 所述的扫频信号发生模块接收控制模块的扫频指令，并输出扫频电流给检测探头；所述的信号调理模块对微弱的声磁标签频率响应信号进行放大、滤波、整流处理，并把调理后的信号给控制模块； 所述的控制模块用于输出扫频指令，并实时采集调理后的声磁标签频率响应信号；所述的控制模块实时接收人机接口的指令，并把数据传递给人机接口 ； 所述的人机接口模块用于接收用户的指令，并把指令传给控制模块，又对声磁标签的频率响应数据进行显示。
3.一种根据权利要求1所述的声磁标签频谱检测系统的声磁标签频谱检测方法:其特征在于，该方法包括: 步骤A:把完整的声磁标签放入检测探头之检测螺线管内，确保声磁标签轴线与检测螺线管轴线平行； 步骤B:设置扫频过程所必需的参数，包括扫频过程的起始频率、终止频率、步长等； 步骤C:启动扫频过程，控制模块实时记录各时刻的激励频率和声磁标签频率响应信号; 步骤D:扫频结束，显示声磁标签频率响应数据或曲线，取出声磁标签。
4.如权利要求3所述的声磁标签频谱检测方法，其特征在于:步骤A之前，所述的方法进一步包括:调整检测探头主轴的方向，使其与地磁南北极连线垂直。
5.如权利要求3所述的声磁标签频谱检测方法，其特征在于:所述的频率响应数据包括振幅最大点所对应的峰值频率和幅值，所述的曲线包括横轴为频率、纵轴为响应幅度的频谱曲线。
全文摘要
本发明公开了一种声磁标签频谱检测系统与方法，该系统包括检测探头和控制主机；所述的检测探头用于放置被测声磁标签，接收扫频电流并产生声磁标签的频率响应信号；所述的控制主机接收用户参数设置指令并发生扫频电流，同时接收声磁标签的频率响应信号，并对其进行处理、采集与显示。应用本发明，可以对声磁标签在设定频段范围内进行扫频，并获得频率响应信号，从而可以确认被测声磁标签共振点的频率和幅值是否满足用户要求。利用本系统和方法，可以实现对声磁标签进行快速的检验，具有较好的市场价值。
文档编号G01R33/18GK103163494SQ201310108519
公开日2013年6月19日 申请日期2013年3月30日 优先权日2013年3月30日
发明者吴海彬 申请人:福州大学