專利名稱：聲磁標簽的頻譜檢測系統(tǒng)與方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種主要用于以防盜為目的的聲磁標簽的檢測系統(tǒng)及方法，利用該系統(tǒng)和方法可以對聲磁標簽的頻譜進行檢測，從而可以判定聲磁標簽的質量。
背景技術：
聲磁標簽是基于磁性材料的磁致伸縮效應來工作的。當聲磁標簽處于與自身固有頻率相同的外部激勵磁場作用時，聲磁標簽將產生共振。聲磁標簽的共振頻率及其在共振頻率激勵下的振幅是衡量聲磁標簽品質和性能的最重要指標。如，工作頻率為58KHz的聲磁標簽，希望其實際共振頻率越接近58KHz越好，并且希望在58KHz激勵下，其振幅越大越好。實際的聲磁標簽，往往由于材料性能和加工制造的原因，其實際共振頻率與要求的工作頻率有一定偏差，振幅也有一定的變化范圍。為此，如果發(fā)明一種系統(tǒng)和方法，能夠實現(xiàn)對聲磁標簽在一定頻率范圍內進行掃描，進而可以了解聲磁標簽在不同頻率下的響應，這對于掌握聲磁標簽的品質、改進聲磁標簽的設計具有重要的意義。在聲磁標簽的設計和材料改進方面，已經有多項專利，如申請?zhí)枮?200810163731.2，200920305423.9的專利等。在聲磁標簽的檢測方面，目前采用的主要手段是，安裝一檢測門，這種檢測門就是超市結算后出口的聲磁防盜門。利用這種檢測門，只能檢測聲磁標簽在檢測門的多大范圍內可以引起報警，并做出合格性的判斷。這種方法并不能獲得聲磁標簽的實際共振頻率是多少，也不知道共振點下的振幅是多少，更不能得到某一頻段范圍內整體頻譜響應。因此，傳統(tǒng)方法無法給聲磁標簽的改進和質量監(jiān)控提供更加詳實的數(shù)據。

發(fā)明內容
本發(fā)明要解決的技術問題是如何對聲磁標簽進行頻譜檢測，從而可以得到任意激振頻率下，聲磁標簽的頻率響應情況。為解決上述問題，本發(fā)明提供了一種聲磁標簽頻譜檢測系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括:檢測探頭和控制主機；
所述的檢測探頭用于放置被測聲磁標簽，接受控制主機發(fā)來的掃頻電流，并把聲磁標簽的頻率響應信號傳給控制主機；
所述的控制主機發(fā)送掃頻電流，接收聲磁標簽的頻率響應信號，并對信號進行處理和采集，形成并顯示頻譜響應數(shù)據；所述的檢測探頭包括:激勵螺線管、檢測螺線管、補償螺線管和支架；
所述的檢測螺線管用于放置被測聲磁標簽，并與所述的補償螺線管平行錯開放置；所述的檢測螺線管與所述的補償螺線管管徑相同、線徑相同、纏繞密度相同，所述檢測螺線管采用左旋繞法，所述補償螺線管采用右旋繞法，所述檢測螺線管與所述補償螺線管的繞線順序連接；
所述的檢測螺線管和所述的補償螺線管置于激勵螺線管內，并使三者的軸線平行； 所述激勵螺線管長度是所述檢測螺線管長度的5倍或以上；
所述的檢測螺線管、補償螺線管和激勵螺線管固定于所述支架上，形成整體；
所述支架由非金屬材料連接而成。在本發(fā)明一實施例中，所述的控制主機包括:掃頻信號發(fā)生模塊、信號調理模塊、控制模塊和人機接口模塊；
所述的掃頻信號發(fā)生模塊接收控制模塊的掃頻指令，并輸出掃頻電流給檢測探頭；所述的信號調理模塊對微弱的聲磁標簽頻率響應信號進行放大、濾波、整流處理，并把調理后的信號給控制模塊；
所述的控制模塊用于輸出掃頻指令，并實時采集調理后的聲磁標簽頻率響應信號；所述的控制模塊實時接收人機接口的指令，并把數(shù)據傳給人機接口模塊；
所述的人機接口模塊用于接收用戶的指令，并把指令傳給控制模塊，又對聲磁標簽的頻率響應數(shù)據進行顯示。為解決上述問題，本發(fā)明另外提供了一種上述聲磁標簽的頻譜檢測系統(tǒng)的聲磁標簽頻譜檢測方法，該方法包括:
步驟A:把完整的聲磁標簽放入檢測探頭的檢測螺線管內，確保聲磁標簽軸線與檢測線圈軸線平行；
步驟B:設置掃頻過程所必需的參數(shù)，包括掃頻過程的起始頻率、終止頻率和步長；步驟C:啟動掃頻過程，控制模塊實時記錄各時刻激勵頻率和對應的聲磁標簽頻率響應信號；
步驟D:掃頻結束，顯示聲磁標簽頻率響應數(shù)據或曲線，取出聲磁標簽。在本發(fā)明所述步驟A之前，所述的方法進一步包括:調整檢測探頭主軸的方向，使其與地磁南北極連線垂直。在本發(fā)明一實施例中，所述的頻率響應數(shù)據包括振幅最大點所對應的峰值頻率和幅值，所述的曲線包括橫軸為頻率、縱軸為響應幅度的頻譜曲線。應用本發(fā)明，可以對聲磁標簽在設定頻段范圍內進行掃頻，并獲得頻率響應信號，從而可以確認被測聲磁標簽共振點的頻率和幅值是否滿足用戶要求。利用本系統(tǒng)和方法，可以實現(xiàn)對聲磁標簽進行快速的檢驗，具有較好的市場價值。


圖1是本發(fā)明實施例的被測聲磁標簽。圖2是本發(fā)明實施例的系統(tǒng)組成框圖。圖3是本發(fā)明實施例的檢測探頭結構示意圖。圖4是利用本發(fā)明實施例的檢測探頭檢測螺線管和補償螺線管的繞線方法。圖5是本發(fā)明聲磁標簽頻譜曲線。
具體實施例方式下面結合附圖及實施例對本發(fā)明做進一步描述。以下實施例用于說明本發(fā)明，不是用來限制本發(fā)明。本發(fā)明用來檢測完整的聲磁標簽如圖1所示，聲磁標簽根據實際需要分為58KHz、SOKHz等多種工作頻率，聲磁標簽的尺寸大小也會有所不同，但均可作為本發(fā)明的檢測對象。當聲磁標簽受交變磁場激勵時，由于磁致伸縮效應會產生與激勵頻率相同的振動，由于這種振動頻率通常在超聲波頻率范圍內，因此稱為聲磁標簽。聲磁標簽在不同激勵頻率作用下產生的超聲振動幅度是不同的，越接近于聲磁標簽共振頻率時，振幅越大。實際的聲磁標簽由于磁性材料加工與熱處理工藝、制作組裝等過程中各種因素的影響，很難確保所有聲磁標簽的共振頻率都剛好等于其工作頻率，即使與工作頻率相等，如果振幅達不到一定幅值，仍無法正常工作。為此，全面掌握聲磁標簽在各頻率點的振幅分布情況，對于客觀掌握聲磁標簽的品質和性能，并尋找改進策略具有重要的意義。實現(xiàn)這一功能的基本思路是設計一個輸出頻率可變的掃頻信號，把該掃頻信號施加給聲磁標簽，同時檢測聲磁標簽的振動幅度，這樣就得到每個頻點對應的振幅，從而可以得到完整的聲磁標簽頻譜曲線。基于這一設計思路的聲磁標簽頻譜檢測系統(tǒng)如圖2所示。掃頻信號發(fā)生模塊用于產生掃頻信號，掃頻信號的提供形式既可以采用連續(xù)頻率變化的方式，也可以采用階梯步長的方式。連續(xù)頻率變化的方式可以采用型號為ICL8038的IC通過模擬量的連續(xù)變化控制來實現(xiàn)；階梯式可以采用型號為AD9832的1C，通過直接給IC輸入一定步長的數(shù)字量來實現(xiàn)掃頻。不論是連續(xù)變化的模擬量掃頻信號，還是直接向IC輸入階梯變化的數(shù)字量，均可以由控制模塊的DA (數(shù)字量轉化為模擬量)電路實現(xiàn)或直接通過數(shù)字通訊的方式實現(xiàn)。聲磁標簽的頻率響應信號進入信號調理模塊，信號調理模塊主要包括信號的放大、濾波、整流功能。信號放大可以采用運算放大器LF356進行差動放大，同時進行低通濾波，再對交變的信號進行整流，得到單極性的信號，以便于進行AD采樣。也可以不進行信號整流，采用帶有雙極性參考電壓的AD轉換器進行采樣?？刂颇K主要接收人機接口的用戶指令，并把指令以適當?shù)男问捷敵鼋o掃頻信號發(fā)生模塊，采集信號調理模塊輸出的聲磁標簽頻率響應數(shù)據，并把這些數(shù)據傳遞給人機接口用于顯示和事后分析?？刂颇K的核心可以采用單片機、ARM等微控制器，如PIC18F4620，STM32F103等。AD采樣功能即可以采用專門的AD轉換1C，如ADS1000，也可以采用微控制器自帶的AD轉換功能。人機接口可以采用采用按鍵、LED數(shù)碼管組合，也可以采用按鍵IXD組合，還可以通過通訊接口(如RS232)接PC機，在PC機上通過軟件界面實現(xiàn)指令的輸入和對數(shù)據的采集和顯示,如圖5所示。檢測探頭的設計對聲磁標簽的頻譜檢測具有重要的作用。檢測探頭的結構示意圖如圖3所示，由激勵螺線管1、檢測螺線管2a、補償螺線管2b、支架3組成。檢測螺線管2a和補償螺線管2b錯開平行放置。檢測螺線管2a和補償螺線管2b的匝數(shù)、線圈直徑、導線線徑、分布密度等所有參數(shù)均完全相同，但在位置上要錯開平行放置。檢測螺線管2a以左旋的方式繞線，補償螺線管2b以右旋的方式繞線的，并使二者的導線首尾順序連接，如圖4所示。這樣設計的目的是，當檢測螺線管2a中沒有聲磁標簽，并且檢測螺線管2a和補償螺線管2b處于相同的變化磁場內時，兩者產生的感生電動勢大小相等，方向相反，檢測螺線管2a和補償螺線管2b受激勵交變磁場所產生的感應電動勢正好相互抵消。當在檢測螺線管2a中放入聲磁標簽時，相當于檢測線圈2a中加入了磁芯，聲磁標簽在激勵交變磁場的作用下產生振動，這種振動會使檢測線圈2a產生感生電動勢，由于補償螺線管2b與檢測螺線管2a錯開放置，檢測螺線管2a的磁力線變化基本不會耦合到補償螺線管2b上。這樣最終得到的信號就只含有聲磁標簽振動而引起的感生電動勢。這種響應信號的頻率與激勵交變磁場頻率相同，信號響應的振幅取決于聲磁標簽的振動幅度，或者說與共振點的接近程度。這樣，在檢測螺線管上就可以得到聲磁標簽在激勵頻率作用下的響應輸出。激勵螺線管I的長度要比聲磁標簽長很多，至少5倍，以確保檢測螺線管2a和補償螺線管2b均置于激勵螺線管I內部的平行磁場中，而不受激勵螺線管I兩端磁力線方向變化的影響。檢測螺線管2a和補償螺線管2b處于激勵螺線管內部中間位置，激勵螺線管
1、檢測螺線管2a和補償螺線管2b的軸線互相平行，放入的聲磁標簽也平行于該軸線。檢測螺線管2a和補償螺線管2b的匝數(shù)可以取200匝、線徑可以取0.3mm，但不限于此。匝數(shù)多，信號調理模塊的放大倍數(shù)可以低些；匝數(shù)少，可以適當調高信號調理模塊的放大倍數(shù)?；谏鲜雎暣艠撕烆l譜檢測系統(tǒng)的基礎上，本發(fā)明進一步提出了聲磁標簽的頻譜檢測方法。該方法包括:
步驟A:把完整的聲磁標簽放入檢測探頭之檢測螺線管2a內，放入的方法可以采取把聲磁標簽粘貼在一個長條形的治具上，把長條形治具順序檢測線圈2a的軸線放在其中間位置，使聲磁標簽軸線與檢測螺線管2a的軸線平行，并確保每次對聲磁標簽進行檢測時，聲磁標簽都處于相同的位置；
步驟B:設置掃頻過程所必需的參數(shù)，包括掃頻過程的起始頻率、終止頻率、步長、掃頻速度等；
步驟C:啟動掃頻過程，控制模塊實時記錄各時刻聲磁標簽的激振頻率和頻率響應信號。在掃頻過程中，聲磁標簽不能移動，檢測探頭更不能移動；
步驟D:掃頻結束后，顯示聲磁標簽頻率響應數(shù)據或曲線，立即取出聲磁標簽。特別需要注意的是，在步驟A之前，所述的方法進一步包括:調整檢測探頭主軸的方向，使其與地磁南北極連線垂直，以確保地磁對聲磁標簽的頻譜測試不產生影響。所述的頻率響應數(shù)據包括振幅最大點所對應的峰值頻率和幅值，所述的曲線包括橫軸為頻率、縱軸為響應幅度的頻譜曲線。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，凡依本發(fā)明所述范圍所做的均等變化與修飾，皆應屬本發(fā)明的涵蓋范圍。
權利要求
1.一種聲磁標簽頻譜檢測系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括:檢測探頭和控制主機； 所述的檢測探頭用于放置被測聲磁標簽，接受控制主機發(fā)來的掃頻電流，并把聲磁標簽的頻率響應信號傳給控制主機； 所述的控制主機發(fā)送掃頻電流，接收聲磁標簽的頻率響應信號，并對信號進行處理和采集，形成并顯示頻譜響應數(shù)據；所述的檢測探頭包括:激勵螺線管、檢測螺線管、補償螺線管和支架； 所述的檢測螺線管用于放置被測聲磁標簽，并與所述的補償螺線管平行錯開放置；所述的檢測螺線管與所述的補償螺線管管徑相同、線徑相同、纏繞密度相同，所述檢測螺線管采用左旋繞法，所述補償螺線管采用右旋繞法，所述檢測螺線管與所述補償螺線管的繞線順序連接； 所述的檢測螺線管和所述的補償螺線管置于激勵螺線管內，并使三者的軸線平行； 所述激勵螺線管長度是所述檢測螺線管長度的5倍或以上； 所述的檢測螺線管、補償螺線管和激勵螺線管固定于所述支架上，形成整體； 所述支架由非金屬材料連接而成。
2.如權利要求1所述的聲磁標簽頻譜檢測系統(tǒng)，其特征在于:所述的控制主機包括:掃頻信號發(fā)生模塊、信號調理模塊、控制模塊和人機接口模塊； 所述的掃頻信號發(fā)生模塊接收控制模塊的掃頻指令，并輸出掃頻電流給檢測探頭；所述的信號調理模塊對微弱的聲磁標簽頻率響應信號進行放大、濾波、整流處理，并把調理后的信號給控制模塊； 所述的控制模塊用于輸出掃頻指令，并實時采集調理后的聲磁標簽頻率響應信號；所述的控制模塊實時接收人機接口的指令，并把數(shù)據傳遞給人機接口 ； 所述的人機接口模塊用于接收用戶的指令，并把指令傳給控制模塊，又對聲磁標簽的頻率響應數(shù)據進行顯示。
3.一種根據權利要求1所述的聲磁標簽頻譜檢測系統(tǒng)的聲磁標簽頻譜檢測方法:其特征在于，該方法包括: 步驟A:把完整的聲磁標簽放入檢測探頭之檢測螺線管內，確保聲磁標簽軸線與檢測螺線管軸線平行； 步驟B:設置掃頻過程所必需的參數(shù)，包括掃頻過程的起始頻率、終止頻率、步長等； 步驟C:啟動掃頻過程，控制模塊實時記錄各時刻的激勵頻率和聲磁標簽頻率響應信號; 步驟D:掃頻結束，顯示聲磁標簽頻率響應數(shù)據或曲線，取出聲磁標簽。
4.如權利要求3所述的聲磁標簽頻譜檢測方法，其特征在于:步驟A之前，所述的方法進一步包括:調整檢測探頭主軸的方向，使其與地磁南北極連線垂直。
5.如權利要求3所述的聲磁標簽頻譜檢測方法，其特征在于:所述的頻率響應數(shù)據包括振幅最大點所對應的峰值頻率和幅值，所述的曲線包括橫軸為頻率、縱軸為響應幅度的頻譜曲線。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種聲磁標簽頻譜檢測系統(tǒng)與方法，該系統(tǒng)包括檢測探頭和控制主機；所述的檢測探頭用于放置被測聲磁標簽，接收掃頻電流并產生聲磁標簽的頻率響應信號；所述的控制主機接收用戶參數(shù)設置指令并發(fā)生掃頻電流，同時接收聲磁標簽的頻率響應信號，并對其進行處理、采集與顯示。應用本發(fā)明，可以對聲磁標簽在設定頻段范圍內進行掃頻，并獲得頻率響應信號，從而可以確認被測聲磁標簽共振點的頻率和幅值是否滿足用戶要求。利用本系統(tǒng)和方法，可以實現(xiàn)對聲磁標簽進行快速的檢驗，具有較好的市場價值。
文檔編號G01R33/18GK103163494SQ201310108519
公開日2013年6月19日 申請日期2013年3月30日 優(yōu)先權日2013年3月30日
發(fā)明者吳海彬 申請人:福州大學