本实用新型涉及一种应用于危险液体探测的装置，属于安全检测技术。
背景技术：
冷战结束以来，虽然偶有局部区域战争，但全世界的主流旋律仍是和平和发展。尽管如此，一些恐怖组织在全世界多地主导了恐怖袭击活动，并且有向全球蔓延的趋势。在这种形势下，反恐成为现阶段以及将来很长一段时间各个国家的重要课题。
危险液体是恐怖袭击的一种手段，包括具有强腐蚀作用的浓酸以及易燃易爆的汽油、酒精等液体，这些危险液体往往被伪装成饮料通过安检。在汽车站、或者站及地铁站，可以通过要求饮料随个人物品经X光检测仪检查，或者要求被检对象饮用样品，也有少数通过危险液体探测装置进行检测。
目前国内外已有台式危险液体探测仪器产品，最早是由美国SENCION公司于2004年开发并投入使用的危险液体探测仪，型号为SENCIONΩ。该液体探测仪已在日本、瑞士、香港、澳门等多个国家或地区的机场得到应用，能够探测玻璃瓶装或者塑料瓶装的危险液体。该液体探测仪器的工作原理沿用地雷探测、无损穿墙探测的原理，即采用微波窄脉冲对待测物体进行照射，并通过分析反射信号的特性来判断待测物体的种类。深圳市天和时代电子设备有限公司(以下简称“天和时代”)于2011年也申请了发明专利“一种危险液体探测电路”(授权公告号CN202305833)，其核心电路的原理与上述原理类似。上述探测仪器中的微波窄脉冲由加载高压的雪崩三极管产生，电压往往在数十伏特(例如SENCIONΩ要求为12V，天和时代的产品要求最高到60V)，这一来要求探测设备要配备稳压适配器，二来设备的功耗也比较大，不利于设备的小型化。SENCIONΩ的尺寸为29.1cm×23.1cm×7.5cm，天和时代的产品尺寸比前者略大，尤其高度是前者的两倍左右。
采用窄脉冲的主要原因是其时域信号虽然很窄，通常达到纳秒级甚至更窄，但是其频谱带宽极宽，例如0.1纳秒的脉冲，其频谱带宽可达10GHz。通过分析待测液体的频谱特性，可以归纳出不同液体的响应特性。为了达到同样的宽带频谱特性的效果，除了使用窄脉冲以外，也可以采用宽带扫频信号。尤其是随着电子器件水平的发展，采用这种方案可以有效的降低仪器的功耗、体积和重量。
技术实现要素：
发明目的：为了克服现有产品和技术功耗大、体积大、笨重的缺点，本实用新型提出一种小体积、小重量及低功耗的设计方案，该小型化的方案可以进一步应用到手持式的危险液体探测仪中。
技术方案：为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案为：
一种微波危险液体探测装置，包括发射器、接收器和低压直流电源，通过低压直流电源为发射器和接收器供电；发射器包括DDS扫频源、发射第一级放大器、第一级三次倍频器、发射第二级放大器、第二级三次倍频器、功率分配器和发射天线，接收器包括接收天线、接收第一级放大器、接收本振放大器、混频器、滤波器、接收中频放大器和数据采集及分析模块；所述DDS为直接数字式频率合成器；
所述DDS扫频源、发射第一级放大器、第一级三次倍频器、发射第二级放大器、第二级三次倍频器和功率分配器依次连接，功率分配器将输入信号等功率等相位分配为两路，即分配为分路A和分路B，分路A通过发射天线辐射出，分路B通过接收本振放大器放大；
所述接收天线、接收第一级放大器、混频器、滤波器、接收中频放大器和数据采集及分析模块依次连接，接收第一级放大器的输出作为混频器的射频输入，接收本振放大器的输出作为混频器的本振输入。
DDS扫频源受现有器件性能的限制，一般扫频带宽有限。例如现有高性能DDS芯片ADI公司的AD9914的时钟频率为3.5GHz，根据奈奎斯特采样定理以及应用经验，一般输出模拟信号的最高工作频率小于时钟频率的一半，即1.75GHz。此外，由于该电路有收发天线，会向外辐射信号，因此辐射信号的频率范围以及辐射功率也要满足相关法律法规的要求。本电路可以选择UWB的标准频段(3.6～10.6GHz)中的一段。因此DDS的输出信号需要经过多次倍频来获得最后的天线辐射信号频率。不仅如此，信号的选择也还要兼顾倍频杂散，即每次倍频后的输出信号与倍频器的输入信号不能有重叠，最好有一定间隔，从而确保在倍频器输出端呈现的输入基波信号的泄漏信号可滤除(基波泄漏远大于其他高次谐波)。此外，杂散的抑制也可以通过设计或选用双平衡或多平衡倍频器来实现。
有益效果：本实用新型提供的微波危险液体探测装置，具有电路结构简单、功耗小、体积小等优点，可用于小型化甚至是手持式的危险液体探测仪器中。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型作更进一步的说明。
如图1所示为一种微波危险液体探测装置，包括发射器、接收器和低压直流电源15，通过低压直流电源15为发射器和接收器供电；发射器包括DDS扫频源1、发射第一级放大器2、第一级三次倍频器3、发射第二级放大器4、第二级三次倍频器5、功率分配器6和发射天线7，接收器包括接收天线8、接收第一级放大器9、接收本振放大器10、混频器11、滤波器12、接收中频放大器13和数据采集及分析模块14，发射天线7和收天线8相适配；图1中箭头方向表示信号的流向。
所述DDS扫频源1、发射第一级放大器2、第一级三次倍频器3、发射第二级放大器4、第二级三次倍频器5和功率分配器6依次连接，功率分配器6将输入信号等功率等相位分配为两路，即分配为分路A和分路B，分路A通过发射天线7辐射出，分路B通过接收本振放大器10放大；
所述接收天线8、接收第一级放大器9、混频器11、滤波器12、接收中频放大器13和数据采集及分析模块14依次连接，接收第一级放大器9的输出作为混频器11的射频输入，接收本振放大器10的输出作为混频器11的本振输入。
2、根据权利要求1所述的微波危险液体探测装置，其特征在于：所述DDS扫频源1产生频率从f1～f2的线性扫频信号，经过第一级三次倍频器3变为3f1～3f2的信号，经过第二级三次倍频器5变为9f1～9f2的信号，f1～f2与3f1～3f2之间存在频带间隔，3f1～3f2与9f1～9f2之间存在频带间隔。
3、根据权利要求1所述的微波危险液体探测装置，其特征在于：所述DDS扫频源1产生频率的范围为UWB的标准频段3.6～10.6GHz中的一段。
所述DDS扫频源1产生频率从f1～f2的线性扫频信号，并将数字信号转换为模拟信号输出到发射第一级放大器2；发射第一级放大器2对输入信号进行放大后输出到第一级三次倍频器3；第一级三次倍频器3对输入信号进行三次倍频，信号频率变为3f1～3f2，三次倍频后的信号输出到发射第二级放大器4；发射第二级放大器4对输入信号进行放大后输出到第二级三次倍频器5；第二级三次倍频器5对输入信号进行三次倍频，信号频率变为9f1～9f2，三次倍频后的信号输出到功率分配器6；功率分配器6将输入信号等功率等相位分配为两路，即分配为分路A和分路B，分路A通过发射天线7照射在待测液体上，分路B通过接收本振放大器10放大。
所述接收天线8接收待测液体反射的信号，并将接收信号输出到接收第一级放大器9；接收第一级放大器9对输入信号进行放大后输出到混频器11的射频端；接收本振放大器10对分路B进行信号放大后输出到混频器11的本振端，驱动混频器11工作；混频器11产生的中频信号输出到滤波器12，通过滤波器12滤除高功率的本振杂散、本振与射频信号的组合分量，得到较为纯净的中频信号并输出到接收中频放大器13；接收中频放大器13对输入信号进行放大后输出到数据采集及分析模块14；数据采集及分析模块14对中频信号进行采样及分析，并做出待测液体是否为危险液体的判断。
为了评估本实用新型的效果，下面给出了一个设计实例。DDS扫频源的输出线性扫频信号对应从t1到t2时间轴上的频率为400MHz～800MHz，由于DDS的输出信号幅度较小，经过发射第一级放大后，将其功率提高到100mW来推动第一次三倍频器，一般三次倍频器的倍频效率约5％，因此第一次三倍频器的输出信号频率为1.2GHz～2.4GHz，功率为5mW。该倍频器后也可以加入滤波器来进一步提高杂散抑制度。类似的，发射第二级放大器再次将1.2GHz～2.4GHz的信号功率放大到100mW，并经过第二次三倍频器，此时输出信号频率为3.6GHz～7.2GHz，功率为5mW。经过功率分配器后，一路(2.5mW)直接接发射天线输出。另一路(2.5mW)经过本振放大器后，将功率提高到约20mW来驱动接收混频器。接收天线接收到来自液体的反射信号，受液体发射率的影响，该信号幅度会明显下降，因此通过接收第一级放大器进行放大，然后与本振信号进行混频。由于天线照射的液体离天线很近，因此接收天线接收到的信号与发射的信号在时间上延时很小，从而混频输出的中频信号接近于直流信号，该信号的起始时间为t1，对应发射频率为3.6GHz；终止时间为t2，对应发射频率为7.2GHz。对该信号进行对应的归纳、分析，就可以对待测液体是否为危险也体进行相应的判断。该系统方案中，直流电源的输出电压取为5V，DDS扫频源专用芯片的典型功耗为1.5W，数据采集及分析模块的典型功耗为500mW，系统中所使用的四个放大器总功耗约500mW，结合使用高效率的DC/DC变换电路，系统总功耗约2.5W。结合采用大规模集成电路以及平面天线，能够有效降低整个系统的体积和重量。更进一步的，可以通过采用CMOS集成电路，可以将DDS扫频源、数据采集及分析模块、发射通道以及接收通道全部设计集成于一块CMOS电路上，外接发射、接收天线即可工作，这可以实现小型手持式危险液体探测仪。
以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。