一种手持安检设备及安检方法与流程

本发明涉及安检设备技术领域，具体涉及一种基于微波检测及电磁检测的安检装置及安检方法。

背景技术：

目前市面上的手持安检设备主要是对金属物件进行检测，其检测的原理是电磁感应的原理。当载有交变电流的试验线圈靠近导体时，由于线圈产生的交变磁场会使导体感生出电流(即涡流)。涡流的大小、相位及流动形式受到工件性质(电导率、磁导率、形状、尺寸)的影响产生变化，反作用于磁场使线圈的电压和阻抗发生变化。因此通过仪器测出试验线圈电压或阻抗的变化，就可以判断是否存在导体，同时理论上还可以检测出该导体的电导率、磁导率等性质。当然金属探测器只需探测出是否存在导体即可。

但是此检测方式也有其局限性：1、只适用于导电金属材料或能感生涡流的非金属材料的检测；2、只适用于近场检测，探测距离影响测量效果；3、涡流效应的影响因素多，目前对缺陷的定性和定量还比较困难。

北京航空航天大学学报2006年4月第32卷第4期公开了一种应用微波检测的目标的微波散射成像方法，其方法是在一个二维平面上扫描,即合成一个平面孔径,通过对接收回波数据的合成孔径处理可以提高的成像分辨率以及对目标的探测能力.其工作在准单站模式下且只需以单色波照射目标,利用接收到的目标的散射回波的相位和幅度信息重构出目标的二维像.提出了一种适用于近场条件下二维图像的重构算法,并对算法做了详细推导,利用该算法对模拟和实测数据进行了处理.结果表明该算法具有良好的空间分辨率和辐射分辨率,以及在不进行三维成像的条件下可以实现距离向目标的探测。但这种检测方法目前主要用于远距离雷达成像探测，对其使用的频率在安检设备中其检测头穿透深度不够，容易造成检测漏检和被外界信号干扰，在安检领域使用不成功。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供了一种微波探测结合电磁感应探测的手持安检设备，其基于微波散射成像方法的微波探测原理合理、使用安全。具体的，本发明提供了如下技术方案：

一种手持安检设备，包括探测主体，所述探测主体设置显示单元和探测面，所述探测主体还包括电磁感应模块、微波探测模块、主控制模块及显示模块，所述电磁感应模块和所述微波探测模块与所述主控制模块相连接，所述主控制单元将电磁感应模块输出的电磁检测信号结果和/或所述微波探测模块输出的微波检测信号结果进行分析及比对得到探测分析结果，所述主控制模块再连接所述显示单元并将探测分析结果进行显示及预警；

其中，所述微波探测模块包括微波散射成像算法单元及微波控制单元。

优选地，微波探测模块包括：

微波发送单元，包括依次连接的压控振荡器、微波振荡源、调制器、信号放大器和发射天线，所述压控振荡器的输入端连接中频处理单元，通过所述发射天线发射微波信号；

微波接收单元，包括依次连接的接收天线、接收前端及模数转换电路，所述模数转换电路输出端连接中频处理单元，通过所述接收天线接收目标物体的反射信号；

中频处理单元，接收所述被检目标的反射信号进行数字抽样处理，并将处理结果传输至微波控制单元；

微波控制单元，设置所述微波散射成像算法单元，根据所述中频处理单元的传输数据进行分析算法，并所述主控制模块通信连接；

优选地，电磁感应模块包括：

电磁感应线圈，设置于所述电磁感应面上，发射低频电磁信号；

电磁感应检测电路，连接获取所述电磁感应线圈的低频电磁信号的反馈信号；

电磁控制单元，连接所述电磁感应检测电路的反馈信号，将接收到的信号与预设的基准信号进行了比较，产生分析数据，并所述主控制模块通信连接。

优选地，探测主体还包括开关模块及模式选择单元，所述模式选择单元包括电磁探测模式、微波探测模式及电磁微波混合探测模式。

优选地，探测主体还包括调节低频电磁信号和/或微波信号的灵敏度旋钮。

本发明还提供了一种应用手持安检设备的安检方法，包括如下步骤：

S1：首先打开安检设备进行开机自检，待电源稳定后自动发射低频电磁信号和/或微波信号，接收反馈信号正常时，LED灯亮和/或蜂鸣器蜂鸣声，则手持安检设备处于正常工作状态；

S2：通过模式选择单元选择电磁探测模式、微波探测模式或电磁微波混合探测模式，并将灵敏度旋钮调至最低；

S3：将手持安检设备的探测面朝向目标并保持平行，即先将门灵敏度设低，逐渐旋转灵敏度旋钮增强电磁信号和/或微波信号，直至出现能探测到目标的提示；

S4：将手持安检设备按照一个方向均匀移动扫描，一个方向结束后换目标的另一面按照一个方向均匀移动扫描，最后根据提示观察检测结果，最后通过LED灯或蜂鸣器判断进行提示及报警；

S5：手持安检设备复位重复S2至S4步骤开始新目标安检检测。

与现有技术相比，本发明提供的手持安检设备及安检方法，具有以下有益效果：

1)本发明提供的手持安检设备及安检方法在检测时既不需要接触工件也不需要耦合剂，可在高温下进行检测。

2)本发明提供的手持安检设备及安检方法在应用时，探头可延伸至远处检测，可有效对工件的狭窄区域及深孔壁等进行检测。

3)本发明提供的手持安检设备及安检方法对表面和近表面缺陷的检测灵敏度很高；对管、棒、线材的检测易于实现高速、高效率的自动化检测，

4)本发明提供的手持安检设备及安检方法采集信号准确，操作方法简单，灵活性高，成本较低，可对检测结果进行数字化处理，然后储存、再现及数据处理。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1是本发明实施例的手持安检设备的结构示意图；

图2是本发明实施例的手持安检设备的电路原理示意图；

图3是本发明实施例的微波散射成像算法成像流程图；

图4是本发明实施例的手持安检设备微波探测模块的微波发送单元的结构示意图；

图5是本发明实施例的手持安检设备微波探测模块的微波接收单元的结构示意图；

图6是本发明实施例的手持安检方法的步骤示意图；

图7是本发明实施例的手持安检方法的使用状态示意图。

在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动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。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

另外，本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

下面结合附图和示例性实施例对本发明作进一步地描述，其中如果已知技术的详细描述对于示出本发明的特征是不必要的，则将其省略。

本发明的手持检测设备除了采用传统的电磁感应方式对金属导体进行检测，而且在此基础上添加微波信号进行检测，由于微波设备具有一定的穿透性，而不同密度、不同介质、不同尺寸的物体对其反射性不同，通过内部发射一个小脉冲串，通过对其发射脉冲串的幅度进行检测，可以判断其内藏物体的大小、是否为液体、藏的位置等信息通过算法进行分析处理，此信息与电测检测的信息相印证，得出更为可靠准确的数据，以及减小系统误判的可能。

图1是本发明实施例的手持安检设备的结构示意图，整体包括探测主体1及手柄2，探测主体1设置有显示模块12和探测面11，本实施例中显示模块12为LED灯，也可以为显示屏，探测面11设置于探测主体1的侧面；本实施例中还设置有开关模块13及模式选择单元14，通过开关模块可以控制安检设备的开启和关闭，通过模式选择单元14可以选择安检设备处于电磁探测模式、微波探测模式或电磁微波混合探测模式，在探测主体1侧面还设置有耳机插孔，可用来外接蜂鸣报警器或者其他扩音设备。

手柄2内设置有电源模块21，可以为电池或者充电式电源模块。

在一些实施例中，手持安检设备还可以设置蜂鸣器，并通过开关模块13进行震动或声音的选择。

本实施例中，探测主体1还包括灵敏度旋钮15，可以调节处于电磁探测模式时的低频电磁信号强度、处于微波探测模式的微波信号强度以及处于电磁微波混合探测模式时同时调节低频电磁信号强度和微波信号强度。

图2是本发明实施例的手持安检设备的电路原理示意图，探测主体1包括电磁感应模块100、微波探测模块200及主控制模块300，电磁感应模块100和微波探测模块200与主控制模块300相连接，主控制模块300将电磁感应模块100输出的电磁检测信号结果与微波探测模块200输出的微波检测信号结果进行分析及比对得到探测分析结果，主控制模块300再连接显示模块12将探测分析结果进行显示及预警。

其中，微波探测模块200包括微波散射成像算法单元，该微波散射成像算法的成像流程图如图3所示，成像步骤如下：

步骤1)，把天线接收数据d(x′,y′,z。)做背景对消后沿x′,y′进行二维傅里叶变换,得到D(kx,ky)；

步骤2)，对D(kx,ky)进行相位校正,相当于对接收数据处理后再加一滤波器,称为匹配滤波器；

步骤3)，对步骤2)所得的结果再进行二维逆傅里叶变换,即求得所要的s(x,y).s(x,y)反映了目标的二维像。

关于目标的微波散射成像方法的具体方法步骤请详见现有技术的描述，本发明将不再赘述。

再次参阅图2，微波探测模块200具体包括：发射微波信号的微波发送单元201、接收目标物体的反射信号的微波接收单元202、与微波发送单元201及微波接收单元202相连接的中频处理单元203以及连接中频处理单元203的微波控制单元204内，具体地，微波探测模块200的微波散射成像算法单元设置于微波控制单元204内。

还是参阅图2，电磁感应模块100具体包括：设置于电磁感应面11上的电磁感应线圈101，用于发射低频电磁信号；连接电磁感应线圈101的电磁感应检测电路102，用于获取电磁感应线圈的低频电磁信号的反馈信号；连接电磁感应检测电路102的电磁控制单元103，将接收到的反馈信号与预设的基准信号进行比较，产生分析数据，并传输至手持安检设备的主控制模块300。

图4是本发明实施例的微波探测模块的微波发送单元201的结构示意图，微波发送单元201包括依次连接的压控振荡器2015、微波振荡源2014、调制器2013、信号放大器2012和发射天线2011，压控振荡器2015的输入端连接中频处理单元203，微波发送单元201接收中频处理单元203的信号通过发射天线2011发射微波信号。

图5是本发明实施例的微波探测模块的微波接收单元202的结构示意图，微波接收单元202包括依次连接的接收天线2021、接收前端2022及模数转换电路2023，模数转换电路2023的输出端连接中频处理单元203，微波接收单元202通过接收天线2021接收目标物体的反射信号并传输至中频处理单元203。

中频处理单元203将接收的被检目标的反射信号进行数字抽样处理，并将处理结果传输至微波控制单元204。

微波控制单元204根据中频处理单元203的传输数据进行分析算法，进行微波散射成像算法，得到目标成像结果传输至手持安检设备的主控制模块300。

最后主控制单元300将电磁感应模块100输出的电磁检测信号结果与微波探测模块输出的微波检测信号结果进行分析及比对得到探测分析结果，将探测分析结果通过显示模块12如LED灯或蜂鸣器进行显示及预警。

综上所述，当选择电磁微波混合探测模式进行检测物体时，通过电磁感应线圈发一低频信号，并通过电磁感应检测电路的耦合接收线圈测试测量结果，通过结果判断异常物体的位置和结果，此时间约为300us；同时通过微波发送天线2011发射并由微波接收天线2021接收发射信号，最后通过中频处理单元203分析测试物体结果，通过结果判断异常物体的位置和结果，最后主控制模块300将上诉两个结果对比判断，通过外设的显示单元12进行显示或者报警。

在一些实施例中，微波探测单元203选用合适锁相环电路产生微波的正弦振荡信号，并通过多次倍频器倍频到微波K波段，通过微波发射天线2011持续发射微波，微波接收天线2021并接收反射回的微波信号。中频处理单元203根据探测区的反射强度的不同，原发射信号与反射的信号之间会有发射强度差异，并根据反射强度差异形成检测三维体，最后微波控制单元204对其反射立体进行分析，判断内部是否有异常器具或者物体等。一般而言，探测信号的强弱取决于目标的大小以及与探测器的距离。目标越大，距离越短，反馈生成的探测信号就越强。

在一些实施例中，手持安检设备的探测面11包括：一个大线圈、六个小线圈、补偿线圈及石墨等。电磁感应模块100选用合适晶振电路产生4±0.5M的正弦振荡信号，再通过分频器分频为10K左右正弦波信号，经三极管进行功率放大后与探测面11的一个大线圈进行电磁波发射，由探测面11上的另外六个小线圈分别进行接收，电磁感应检测电路102将接收到的信号与基准信号进行了比较，发现变化后，改变采集端口输出电平，电磁控制单元103在300毫秒内对六个小线圈的区位采集端口数据进行扫描，判断金属所在区位并数据传输至主控制模块300。

电磁感应模块100的探测工作流程为：发出探测指令→发射线圈安设信号→六路小线圈接收→电磁控制单元103检测各采集端口数据是否变化→报警→复位重新探测。

本发明还提供了一种应用手持安检设备的安检方法，包括如下步骤：

S1：首先打开安检设备进行开机自检，待电源稳定后自动发射低频电磁信号和/或微波信号，接收反馈信号正常时，LED灯亮和/或蜂鸣器蜂鸣声，则手持安检设备处于正常工作状态；

S2：通过模式选择单元选择电磁探测模式、微波探测模式或电磁微波混合探测模式，并将灵敏度旋钮调至最低；

S3：将手持安检设备的探测面朝向目标并保持平行，即先将门灵敏度设低，逐渐旋转灵敏度旋钮增强电磁信号和/或微波信号，直至出现能探测到目标的提示；

S4：将手持安检设备按照一个方向均匀移动扫描，一个方向结束后换目标的另一面按照一个方向均匀移动扫描，最后根据提示观察检测结果，最后通过LED灯或蜂鸣器判断进行提示及报警；

S5：手持安检设备复位重复S2至S4步骤开始新目标安检检测。

其中，移动手持安检设备时，检测速度一般为一平方米的检测时间约为2s。

图7为应用手持安检设备的手持安检方法探测人体时的状态使用图，图中虚线为手持安检设备探测移动的路径，也不仅仅限于这一种路径，可根据实际使用需求进行移动探测。

本发明提供的手持安检设备及安检方法在检测时既不需要接触工件也不需要耦合剂，可在高温下进行检测；同时探头可延伸至远处检测，可有效对人体或者包裹等的狭窄区域等进行检测；对表面和近表面物体的检测灵敏度很高；对管、棒、线材、刀具等的检测易于实现高速、高效率的自动化检测，可对检测结果进行数字化处理，然后储存、再现及数据处理。

以上仅为本发明较佳实施例，并不用于局限本发明，凡在本发明的精神和原则之内所做的修改、等同替换和改进等，均需要包含在本发明的保护范围之内。