一种具有多频自平衡功能的金属探测门的制作方法

本实用新型涉及检测设备技术领域，特别涉及金属检测门技术领域，具体是指一种具有多频自平衡功能的金属探测门。

背景技术：

现有技术中的金属探测门一般采用单频信号，其检测效果较差，受金属材质(铁磁性/非铁磁性)和放置位置影响较大。很多时候金属探测门的中间区域其检测效果较差，对于不锈钢以及铜等非铁磁性的金属检测也比较困难，并且由于其内部线圈的绕制方式为差分线圈，因此线圈的形变等因素也会引起接收信号的质量，从而影响检测的效果。

因此，如何提供一种对金属材质的通用性较好，对放置位置要求较低，且探测准确性高金属探测门成为本领域亟待解决的问题。

技术实现要素：

本实用新型的目的是克服了上述现有技术中的缺点，提供一种基于多个工作频率，对差分线圈由于温度、外力等引起的形变能够起到自动补偿的作用，从而保证了基本的检测效果，且对金属材质的通用性较好，对放置位置要求较低，结构简单，成本低廉的具有多频自平衡功能的金属探测门。

为了实现上述的目的，本实用新型的具有多频自平衡功能的金属探测门具有如下构成：

该具有多频自平衡功能的金属探测门包括：

FPGA模块，用以产生n路不同频率的方波信号，并根据获得的数字信号判断出金属信号；

n路信号处理模块，每一路信号处理模块分别连接一路所述的FPGA模块的方波信号，用以根据n路方波信号产生n路正弦波信号；

变压器，连接于所述的n路信号处理模块，用以将所述的n路正弦波信号整合为波形叠加信号；

发射线圈，设置于所述的金属探测门，并连接于所述的变压器，用以发射所述的波形叠加信号；

接收线圈，设置于所述的金属探测门，用以感应空间电磁场，产生接收信号；

频率选通电路，连接所述的接收线圈，利用选频特性将所述接收信号中指定频率的正弦波信号选通；

n路LC振荡切换电路，连接所述的频率选通电路及所述的FPGA模块，用以根据所述接收信号的峰值，由所述的FPGA模块控制选通各路LC振荡切换电路；

n路解调电路，连接所述的n路LC振荡切换电路及所述的n路信号处理模块，用以进行相位解调，产生n路低频直流信号；

接收信号处理模块，连接所述的n路解调电路，将所述的n路低频直流信号转化为所述的数字信号，并发送至所述的FPGA模块。

该具有多频自平衡功能的金属探测门中，所述的n路信号处理模块包括n路功率放大及滤波单元，各路功率放大及滤波单元分别连接其所对应的FPGA模块的方波信号，用以选通出基频分量，并根据n路方波信号产生n路正弦波信号。

该具有多频自平衡功能的金属探测门中，所述的变压器为多抽头变压器，该多抽头变压器的输出端通过mos管将所述的波形叠加信号发送至所述的发射线圈。

该具有多频自平衡功能的金属探测门中，所述的接收线圈为差分绕组线圈。

该具有多频自平衡功能的金属探测门中，所述的频率选通电路为通过反向工程，利用集成运放电路以及RC电路的选频特性将指定频率的正弦波信号选通。

该具有多频自平衡功能的金属探测门中，所述的n路解调电路为将所述的频率选通电路选通的正弦波信号与所述的n路信号处理模块产生的n路正弦波信号进行解调，输出低频直流信号。

该具有多频自平衡功能的金属探测门中，所述的接收信号处理模块包括顺序连接的选通电路单元、放大滤波电路单元和数模转换电路单元，所述的选通电路单元的输入端连接所述的n路解调电路，所述的数模转换电路单元还连接所述的FPGA模块。

该具有多频自平衡功能的金属探测门还包括人机交互模块，该人机交互模块连接于所述的FPGA模块，用以接收用户操作并反馈探测结果。

采用了该实用新型的具有多频自平衡功能的金属探测门，其FPGA模块产生n路不同频率的方波信号，并由n路信号处理模块产生n路正弦波信号，n路正弦波信号整合为波形叠加信号后通过发射线圈发射；接收信号经频率选通电路和n路LC振荡切换电路，通过n路解调电路进行相位解调，产生n路低频直流信号后，由FPGA模块判断金属信号。从而实现基于多个工作频率的金属探测，对差分线圈由于温度、外力等引起的形变能够起到自动补偿的作用，保证了基本的检测效果，同时，对金属材质的通用性较好，对放置位置要求较低，且本实用新型的具有多频自平衡功能的金属探测门，其结构简单，成本相对低廉，应用范围也相当广泛。

附图说明

图1为本实用新型的具有多频自平衡功能的金属探测门的功能模块框图。

图2为本实用新型的具有多频自平衡功能的金属探测门在实际应用中的结构框图。

图3为本实用新型的具有多频自平衡功能的金属探测门在实际应用中的选频电路的结构示意图。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本实用新型的技术内容，特举以下实施例详细说明。

请参阅图1所示，为本实用新型的具有多频自平衡功能的金属探测门的功能模块框图。

在一种实施方式中，如图1所示，该具有多频自平衡功能的金属探测门包括：FPGA模块、n路信号处理模块、变压器、发射线圈、接收线圈、频率选通电路、n路LC振荡切换电路、n路解调电路和接收信号处理模块。

其中，FPGA模块用以产生n路不同频率的方波信号，并根据获得的数字信号判断出金属信号；

n路信号处理模块，每一路信号处理模块分别连接一路所述的FPGA模块的方波信号，用以根据n路方波信号产生n路正弦波信号；

变压器连接于所述的n路信号处理模块，用以将所述的n路正弦波信号整合为波形叠加信号；

发射线圈设置于所述的金属探测门，并连接于所述的变压器，用以发射所述的波形叠加信号；

接收线圈设置于所述的金属探测门，用以感应空间电磁场，产生接收信号；

频率选通电路连接所述的接收线圈，利用选频特性将所述接收信号中指定频率的正弦波信号选通；

n路LC振荡切换电路连接所述的频率选通电路及所述的FPGA模块，用以根据所述接收信号的峰值，由所述的FPGA模块控制选通各路LC振荡切换电路；

n路解调电路连接所述的n路LC振荡切换电路及所述的n路信号处理模块，用以进行相位解调，产生n路低频直流信号；

接收信号处理模块连接所述的n路解调电路，将所述的n路低频直流信号转化为所述的数字信号，并发送至所述的FPGA模块。

在优选的实施方式中，如图2所示，所述的n路信号处理模块包括n路功率放大及滤波单元，各路功率放大及滤波单元分别连接其所对应的FPGA模块的方波信号，用以选通出基频分量，并根据n路方波信号产生n路正弦波信号。所述的变压器为多抽头变压器，该多抽头变压器的输出端通过mos管将所述的波形叠加信号发送至所述的发射线圈。所述的接收线圈为差分绕组线圈。所述的频率选通电路为通过反向工程，利用集成运放电路以及RC电路的选频特性将指定频率的正弦波信号选通。所述的n路解调电路为将所述的频率选通电路选通的正弦波信号与所述的n路信号处理模块产生的n路正弦波信号进行解调，输出低频直流信号。所述的接收信号处理模块包括顺序连接的选通电路单元、放大滤波电路单元和数模转换电路单元，所述的选通电路单元的输入端连接所述的n路解调电路，所述的数模转换电路单元还连接所述的FPGA模块。

在更优选的实施方式中，该具有多频自平衡功能的金属探测门还包括人机交互模块，该人机交互模块连接于所述的FPGA模块，用以接收用户操作并反馈探测结果。

在实际应用中，如图2所示，本实用新型的具有多频自平衡功能的金属探测门由接收、发射线圈、功率放大以及LC滤波环节、人机交互模块、变压器、FPGA、解调电路、选通电路、模拟滤波放大电路、模数转化电路等组成。

系统主要的工作流程如下:

FPGA发射出n路频率固定的方波，经过后级的n路功率放大电路进行放大，经过LC滤波环节选通出基频分量，此时将n路正弦波送至多抽头变压器中，变压器的输出端通过mos管接发射线圈将信号发射出去，注意此时由于变压器中整合了多路正弦波，因此发射出去的信号为多个波形的叠加，具有较强的抗干扰性。

发射的信号在空间建立电磁场，空间电磁场经过接收线圈接收到接收板中。此时理论上接收到的信号应该为0。因为接收线圈采用的是差分绕线方式，若中间有金属通过，则会引起接收到的信号的相位变化，然后利用频率选通电路、解调电路进行相位解调。解调后的信号为低频直流信号，经过放大滤波后利用ADC采集后送至FPGA中进行处理，判断出金属信号。

其中，多频的工作过程如下：

FPGA发射多个不同频率的方波经过功率放大以及LC震荡后形成基频的正选波。此后将n路的正弦波通过多抽头变压器送至发射线圈发射出去。接收线圈接收到了空间的电磁场后，经过反向工程利用集成运放电路以及RC电路的选频特性，将指定频率的正弦波信号选通。然后与前端的功率放大以及LC震荡产生的正弦波进行解调，输出有用的低频信号。而后通过ADC采集输入FPGA中。

由于设计中安检门具有多个工作频率，所以每个频率都对应着一组选频电路，以及一组功率放大及LC振荡电路。处理后的低频信号可以通过多路选通开关进行分时处理(人通过金属探测门的速度相对于FPGA的处理速度是很慢的)。这样对于不同材质的金属是有不同响应频率的，对于铁磁性金属，低频的响应比较好，非铁磁性金属在高频时的响应更加明显。所以利用多频技术可以解决目前市场上对于非铁磁性金属的检测效果不佳的情况。

自动平衡原理具体的工作原理如下：

理论上，金属探测门的接收线圈是差分绕线方式的。此种方式的特点是当线圈绕制对称时，在没有外界金属通过的情况下，其接收到的信号强度应该为0。然而实际应用中，线圈的绕制不可能完全对称，并且在实际的使用过程中由于受温度、湿度等气候环境的影响，接收线圈不可能完全对称，甚至会产生在没有金属通过时接收信号过大，影响系统的正常检测。

本实用新型通过利用线圈补偿的方式进行安检门的自动平衡功能的实现的具体工作过程如下：

当金属接收线圈对称时，安检门开机自检。选频电路的结构如图3所示，会通过ADC读取此时在不同频段下的接收信号(balance1、banlance2…banlancen)的峰值，若此峰值中有超过指定阈值M的信号则通过FPGA控制选通开关，开通或者关断与接收线圈相连的某一段由L、R组成的电路，并不断的挑选控制开关，直到测量的接收信号达到指定的标准为止。

采用了该实用新型的具有多频自平衡功能的金属探测门，其FPGA模块产生n路不同频率的方波信号，并由n路信号处理模块产生n路正弦波信号，n路正弦波信号整合为波形叠加信号后通过发射线圈发射；接收信号经频率选通电路和n路LC振荡切换电路，通过n路解调电路进行相位解调，产生n路低频直流信号后，由FPGA模块判断金属信号。从而实现基于多个工作频率的金属探测，对差分线圈由于温度、外力等引起的形变能够起到自动补偿的作用，保证了基本的检测效果，同时，对金属材质的通用性较好，对放置位置要求较低，且本实用新型的具有多频自平衡功能的金属探测门，其结构简单，成本相对低廉，应用范围也相当广泛。

在此说明书中，本实用新型已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以作出各种修改和变换而不背离本实用新型的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。