本發(fā)明涉及檢測設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及金屬檢測門技術(shù)領(lǐng)域，具體是指一種具有多頻自平衡功能的金屬探測門。

背景技術(shù)：

現(xiàn)有技術(shù)中的金屬探測門一般采用單頻信號，其檢測效果較差，受金屬材質(zhì)(鐵磁性/非鐵磁性)和放置位置影響較大。很多時候金屬探測門的中間區(qū)域其檢測效果較差，對于不銹鋼以及銅等非鐵磁性的金屬檢測也比較困難，并且由于其內(nèi)部線圈的繞制方式為差分線圈，因此線圈的形變等因素也會引起接收信號的質(zhì)量，從而影響檢測的效果。

因此，如何提供一種對金屬材質(zhì)的通用性較好，對放置位置要求較低，且探測準(zhǔn)確性高金屬探測門成為本領(lǐng)域亟待解決的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是克服了上述現(xiàn)有技術(shù)中的缺點(diǎn)，提供一種基于多個工作頻率，對差分線圈由于溫度、外力等引起的形變能夠起到自動補(bǔ)償?shù)淖饔?，從而保證了基本的檢測效果，且對金屬材質(zhì)的通用性較好，對放置位置要求較低，結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉的具有多頻自平衡功能的金屬探測門。

為了實(shí)現(xiàn)上述的目的，本發(fā)明的具有多頻自平衡功能的金屬探測門具有如下構(gòu)成：

該具有多頻自平衡功能的金屬探測門包括：

FPGA模塊，用以產(chǎn)生n路不同頻率的方波信號，并根據(jù)獲得的數(shù)字信號判斷出金屬信號；

n路信號處理模塊，每一路信號處理模塊分別連接一路所述的FPGA模塊的方波信號，用以根據(jù)n路方波信號產(chǎn)生n路正弦波信號；

變壓器，連接于所述的n路信號處理模塊，用以將所述的n路正弦波信號整合為波形疊加信號；

發(fā)射線圈，設(shè)置于所述的金屬探測門，并連接于所述的變壓器，用以發(fā)射所述的波形疊加信號；

接收線圈，設(shè)置于所述的金屬探測門，用以感應(yīng)空間電磁場，產(chǎn)生接收信號；

頻率選通電路，連接所述的接收線圈，利用選頻特性將所述接收信號中指定頻率的正弦波信號選通；

n路LC振蕩切換電路，連接所述的頻率選通電路及所述的FPGA模塊，用以根據(jù)所述接收信號的峰值，由所述的FPGA模塊控制選通各路LC振蕩切換電路；

n路解調(diào)電路，連接所述的n路LC振蕩切換電路及所述的n路信號處理模塊，用以進(jìn)行相位解調(diào)，產(chǎn)生n路低頻直流信號；

接收信號處理模塊，連接所述的n路解調(diào)電路，將所述的n路低頻直流信號轉(zhuǎn)化為所述的數(shù)字信號，并發(fā)送至所述的FPGA模塊。

該具有多頻自平衡功能的金屬探測門中，所述的n路信號處理模塊包括n路功率放大及濾波單元，各路功率放大及濾波單元分別連接其所對應(yīng)的FPGA模塊的方波信號，用以選通出基頻分量，并根據(jù)n路方波信號產(chǎn)生n路正弦波信號。

該具有多頻自平衡功能的金屬探測門中，所述的變壓器為多抽頭變壓器，該多抽頭變壓器的輸出端通過mos管將所述的波形疊加信號發(fā)送至所述的發(fā)射線圈。

該具有多頻自平衡功能的金屬探測門中，所述的接收線圈為差分繞組線圈。

該具有多頻自平衡功能的金屬探測門中，所述的頻率選通電路為通過反向工程，利用集成運(yùn)放電路以及RC電路的選頻特性將指定頻率的正弦波信號選通。

該具有多頻自平衡功能的金屬探測門中，所述的n路解調(diào)電路為將所述的頻率選通電路選通的正弦波信號與所述的n路信號處理模塊產(chǎn)生的n路正弦波信號進(jìn)行解調(diào)，輸出低頻直流信號。

該具有多頻自平衡功能的金屬探測門中，所述的接收信號處理模塊包括順序連接的選通電路單元、放大濾波電路單元和數(shù)模轉(zhuǎn)換電路單元，所述的選通電路單元的輸入端連接所述的n路解調(diào)電路，所述的數(shù)模轉(zhuǎn)換電路單元還連接所述的FPGA模塊。

該具有多頻自平衡功能的金屬探測門還包括人機(jī)交互模塊，該人機(jī)交互模塊連接于所述的FPGA模塊，用以接收用戶操作并反饋探測結(jié)果。

采用了該發(fā)明的具有多頻自平衡功能的金屬探測門，其FPGA模塊產(chǎn)生n路不同頻率的方波信號，并由n路信號處理模塊產(chǎn)生n路正弦波信號，n路正弦波信號整合為波形疊加信號后通過發(fā)射線圈發(fā)射；接收信號經(jīng)頻率選通電路和n路LC振蕩切換電路，通過n路解調(diào)電路進(jìn)行相位解調(diào)，產(chǎn)生n路低頻直流信號后，由FPGA模塊判斷金屬信號。從而實(shí)現(xiàn)基于多個工作頻率的金屬探測，對差分線圈由于溫度、外力等引起的形變能夠起到自動補(bǔ)償?shù)淖饔?，保證了基本的檢測效果，同時，對金屬材質(zhì)的通用性較好，對放置位置要求較低，且本發(fā)明的具有多頻自平衡功能的金屬探測門，其結(jié)構(gòu)簡單，成本相對低廉，應(yīng)用范圍也相當(dāng)廣泛。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的具有多頻自平衡功能的金屬探測門的功能模塊框圖。

圖2為本發(fā)明的具有多頻自平衡功能的金屬探測門在實(shí)際應(yīng)用中的結(jié)構(gòu)框圖。

圖3為本發(fā)明的具有多頻自平衡功能的金屬探測門在實(shí)際應(yīng)用中的選頻電路的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

為了能夠更清楚地理解本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容，特舉以下實(shí)施例詳細(xì)說明。

請參閱圖1所示，為本發(fā)明的具有多頻自平衡功能的金屬探測門的功能模塊框圖。

在一種實(shí)施方式中，如圖1所示，該具有多頻自平衡功能的金屬探測門包括：FPGA模塊、n路信號處理模塊、變壓器、發(fā)射線圈、接收線圈、頻率選通電路、n路LC振蕩切換電路、n路解調(diào)電路和接收信號處理模塊。

其中，F(xiàn)PGA模塊用以產(chǎn)生n路不同頻率的方波信號，并根據(jù)獲得的數(shù)字信號判斷出金屬信號；

n路信號處理模塊，每一路信號處理模塊分別連接一路所述的FPGA模塊的方波信號，用以根據(jù)n路方波信號產(chǎn)生n路正弦波信號；

變壓器連接于所述的n路信號處理模塊，用以將所述的n路正弦波信號整合為波形疊加信號；

發(fā)射線圈設(shè)置于所述的金屬探測門，并連接于所述的變壓器，用以發(fā)射所述的波形疊加信號；

接收線圈設(shè)置于所述的金屬探測門，用以感應(yīng)空間電磁場，產(chǎn)生接收信號；

頻率選通電路連接所述的接收線圈，利用選頻特性將所述接收信號中指定頻率的正弦波信號選通；

n路LC振蕩切換電路連接所述的頻率選通電路及所述的FPGA模塊，用以根據(jù)所述接收信號的峰值，由所述的FPGA模塊控制選通各路LC振蕩切換電路；

n路解調(diào)電路連接所述的n路LC振蕩切換電路及所述的n路信號處理模塊，用以進(jìn)行相位解調(diào)，產(chǎn)生n路低頻直流信號；

接收信號處理模塊連接所述的n路解調(diào)電路，將所述的n路低頻直流信號轉(zhuǎn)化為所述的數(shù)字信號，并發(fā)送至所述的FPGA模塊。

在優(yōu)選的實(shí)施方式中，如圖2所示，所述的n路信號處理模塊包括n路功率放大及濾波單元，各路功率放大及濾波單元分別連接其所對應(yīng)的FPGA模塊的方波信號，用以選通出基頻分量，并根據(jù)n路方波信號產(chǎn)生n路正弦波信號。所述的變壓器為多抽頭變壓器，該多抽頭變壓器的輸出端通過mos管將所述的波形疊加信號發(fā)送至所述的發(fā)射線圈。所述的接收線圈為差分繞組線圈。所述的頻率選通電路為通過反向工程，利用集成運(yùn)放電路以及RC電路的選頻特性將指定頻率的正弦波信號選通。所述的n路解調(diào)電路為將所述的頻率選通電路選通的正弦波信號與所述的n路信號處理模塊產(chǎn)生的n路正弦波信號進(jìn)行解調(diào)，輸出低頻直流信號。所述的接收信號處理模塊包括順序連接的選通電路單元、放大濾波電路單元和數(shù)模轉(zhuǎn)換電路單元，所述的選通電路單元的輸入端連接所述的n路解調(diào)電路，所述的數(shù)模轉(zhuǎn)換電路單元還連接所述的FPGA模塊。

在更優(yōu)選的實(shí)施方式中，該具有多頻自平衡功能的金屬探測門還包括人機(jī)交互模塊，該人機(jī)交互模塊連接于所述的FPGA模塊，用以接收用戶操作并反饋探測結(jié)果。

在實(shí)際應(yīng)用中，如圖2所示，本發(fā)明的具有多頻自平衡功能的金屬探測門由接收、發(fā)射線圈、功率放大以及LC濾波環(huán)節(jié)、人機(jī)交互模塊、變壓器、FPGA、解調(diào)電路、選通電路、模擬濾波放大電路、模數(shù)轉(zhuǎn)化電路等組成。

系統(tǒng)主要的工作流程如下:

FPGA發(fā)射出n路頻率固定的方波，經(jīng)過后級的n路功率放大電路進(jìn)行放大，經(jīng)過LC濾波環(huán)節(jié)選通出基頻分量，此時將n路正弦波送至多抽頭變壓器中，變壓器的輸出端通過mos管接發(fā)射線圈將信號發(fā)射出去，注意此時由于變壓器中整合了多路正弦波，因此發(fā)射出去的信號為多個波形的疊加，具有較強(qiáng)的抗干擾性。

發(fā)射的信號在空間建立電磁場，空間電磁場經(jīng)過接收線圈接收到接收板中。此時理論上接收到的信號應(yīng)該為0。因?yàn)榻邮站€圈采用的是差分繞線方式，若中間有金屬通過，則會引起接收到的信號的相位變化，然后利用頻率選通電路、解調(diào)電路進(jìn)行相位解調(diào)。解調(diào)后的信號為低頻直流信號，經(jīng)過放大濾波后利用ADC采集后送至FPGA中進(jìn)行處理，判斷出金屬信號。

其中，多頻的工作過程如下：

FPGA發(fā)射多個不同頻率的方波經(jīng)過功率放大以及LC震蕩后形成基頻的正選波。此后將n路的正弦波通過多抽頭變壓器送至發(fā)射線圈發(fā)射出去。接收線圈接收到了空間的電磁場后，經(jīng)過反向工程利用集成運(yùn)放電路以及RC電路的選頻特性，將指定頻率的正弦波信號選通。然后與前端的功率放大以及LC震蕩產(chǎn)生的正弦波進(jìn)行解調(diào)，輸出有用的低頻信號。而后通過ADC采集輸入FPGA中。

由于設(shè)計(jì)中安檢門具有多個工作頻率，所以每個頻率都對應(yīng)著一組選頻電路，以及一組功率放大及LC振蕩電路。處理后的低頻信號可以通過多路選通開關(guān)進(jìn)行分時處理(人通過金屬探測門的速度相對于FPGA的處理速度是很慢的)。這樣對于不同材質(zhì)的金屬是有不同響應(yīng)頻率的，對于鐵磁性金屬，低頻的響應(yīng)比較好，非鐵磁性金屬在高頻時的響應(yīng)更加明顯。所以利用多頻技術(shù)可以解決目前市場上對于非鐵磁性金屬的檢測效果不佳的情況。

自動平衡原理具體的工作原理如下：

理論上，金屬探測門的接收線圈是差分繞線方式的。此種方式的特點(diǎn)是當(dāng)線圈繞制對稱時，在沒有外界金屬通過的情況下，其接收到的信號強(qiáng)度應(yīng)該為0。然而實(shí)際應(yīng)用中，線圈的繞制不可能完全對稱，并且在實(shí)際的使用過程中由于受溫度、濕度等氣候環(huán)境的影響，接收線圈不可能完全對稱，甚至?xí)a(chǎn)生在沒有金屬通過時接收信號過大，影響系統(tǒng)的正常檢測。

本發(fā)明通過利用線圈補(bǔ)償?shù)姆绞竭M(jìn)行安檢門的自動平衡功能的實(shí)現(xiàn)的具體工作過程如下：

當(dāng)金屬接收線圈對稱時，安檢門開機(jī)自檢。選頻電路的結(jié)構(gòu)如圖3所示，會通過ADC讀取此時在不同頻段下的接收信號(balance1、banlance2…banlancen)的峰值，若此峰值中有超過指定閾值M的信號則通過FPGA控制選通開關(guān)，開通或者關(guān)斷與接收線圈相連的某一段由L、R組成的電路，并不斷的挑選控制開關(guān)，直到測量的接收信號達(dá)到指定的標(biāo)準(zhǔn)為止。

采用了該發(fā)明的具有多頻自平衡功能的金屬探測門，其FPGA模塊產(chǎn)生n路不同頻率的方波信號，并由n路信號處理模塊產(chǎn)生n路正弦波信號，n路正弦波信號整合為波形疊加信號后通過發(fā)射線圈發(fā)射；接收信號經(jīng)頻率選通電路和n路LC振蕩切換電路，通過n路解調(diào)電路進(jìn)行相位解調(diào)，產(chǎn)生n路低頻直流信號后，由FPGA模塊判斷金屬信號。從而實(shí)現(xiàn)基于多個工作頻率的金屬探測，對差分線圈由于溫度、外力等引起的形變能夠起到自動補(bǔ)償?shù)淖饔?，保證了基本的檢測效果，同時，對金屬材質(zhì)的通用性較好，對放置位置要求較低，且本發(fā)明的具有多頻自平衡功能的金屬探測門，其結(jié)構(gòu)簡單，成本相對低廉，應(yīng)用范圍也相當(dāng)廣泛。

在此說明書中，本發(fā)明已參照其特定的實(shí)施例作了描述。但是，很顯然仍可以作出各種修改和變換而不背離本發(fā)明的精神和范圍。因此，說明書和附圖應(yīng)被認(rèn)為是說明性的而非限制性的。