一種手持安檢設備及安檢方法與流程

本發明涉及安檢設備技術領域，具體涉及一種基于微波檢測及電磁檢測的安檢裝置及安檢方法。

背景技術：

目前市面上的手持安檢設備主要是對金屬物件進行檢測，其檢測的原理是電磁感應的原理。當載有交變電流的試驗線圈靠近導體時，由于線圈產生的交變磁場會使導體感生出電流(即渦流)。渦流的大小、相位及流動形式受到工件性質(電導率、磁導率、形狀、尺寸)的影響產生變化，反作用于磁場使線圈的電壓和阻抗發生變化。因此通過儀器測出試驗線圈電壓或阻抗的變化，就可以判斷是否存在導體，同時理論上還可以檢測出該導體的電導率、磁導率等性質。當然金屬探測器只需探測出是否存在導體即可。

但是此檢測方式也有其局限性：1、只適用于導電金屬材料或能感生渦流的非金屬材料的檢測；2、只適用于近場檢測，探測距離影響測量效果；3、渦流效應的影響因素多，目前對缺陷的定性和定量還比較困難。

北京航空航天大學學報2006年4月第32卷第4期公開了一種應用微波檢測的目標的微波散射成像方法，其方法是在一個二維平面上掃描,即合成一個平面孔徑,通過對接收回波數據的合成孔徑處理可以提高的成像分辨率以及對目標的探測能力.其工作在準單站模式下且只需以單色波照射目標,利用接收到的目標的散射回波的相位和幅度信息重構出目標的二維像.提出了一種適用于近場條件下二維圖像的重構算法,并對算法做了詳細推導,利用該算法對模擬和實測數據進行了處理.結果表明該算法具有良好的空間分辨率和輻射分辨率,以及在不進行三維成像的條件下可以實現距離向目標的探測。但這種檢測方法目前主要用于遠距離雷達成像探測，對其使用的頻率在安檢設備中其檢測頭穿透深度不夠，容易造成檢測漏檢和被外界信號干擾，在安檢領域使用不成功。

技術實現要素：

本發明的目的在于克服現有技術的上述不足，提供了一種微波探測結合電磁感應探測的手持安檢設備，其基于微波散射成像方法的微波探測原理合理、使用安全。具體的，本發明提供了如下技術方案：

一種手持安檢設備，包括探測主體，所述探測主體設置顯示單元和探測面，所述探測主體還包括電磁感應模塊、微波探測模塊、主控制模塊及顯示模塊，所述電磁感應模塊和所述微波探測模塊與所述主控制模塊相連接，所述主控制單元將電磁感應模塊輸出的電磁檢測信號結果和/或所述微波探測模塊輸出的微波檢測信號結果進行分析及比對得到探測分析結果，所述主控制模塊再連接所述顯示單元并將探測分析結果進行顯示及預警；

其中，所述微波探測模塊包括微波散射成像算法單元及微波控制單元。

優選地，微波探測模塊包括：

微波發送單元，包括依次連接的壓控振蕩器、微波振蕩源、調制器、信號放大器和發射天線，所述壓控振蕩器的輸入端連接中頻處理單元，通過所述發射天線發射微波信號；

微波接收單元，包括依次連接的接收天線、接收前端及模數轉換電路，所述模數轉換電路輸出端連接中頻處理單元，通過所述接收天線接收目標物體的反射信號；

中頻處理單元，接收所述被檢目標的反射信號進行數字抽樣處理，并將處理結果傳輸至微波控制單元；

微波控制單元，設置所述微波散射成像算法單元，根據所述中頻處理單元的傳輸數據進行分析算法，并所述主控制模塊通信連接；

優選地，電磁感應模塊包括：

電磁感應線圈，設置于所述電磁感應面上，發射低頻電磁信號；

電磁感應檢測電路，連接獲取所述電磁感應線圈的低頻電磁信號的反饋信號；

電磁控制單元，連接所述電磁感應檢測電路的反饋信號，將接收到的信號與預設的基準信號進行了比較，產生分析數據，并所述主控制模塊通信連接。

優選地，探測主體還包括開關模塊及模式選擇單元，所述模式選擇單元包括電磁探測模式、微波探測模式及電磁微波混合探測模式。

優選地，探測主體還包括調節低頻電磁信號和/或微波信號的靈敏度旋鈕。

本發明還提供了一種應用手持安檢設備的安檢方法，包括如下步驟：

S1：首先打開安檢設備進行開機自檢，待電源穩定后自動發射低頻電磁信號和/或微波信號，接收反饋信號正常時，LED燈亮和/或蜂鳴器蜂鳴聲，則手持安檢設備處于正常工作狀態；

S2：通過模式選擇單元選擇電磁探測模式、微波探測模式或電磁微波混合探測模式，并將靈敏度旋鈕調至最低；

S3：將手持安檢設備的探測面朝向目標并保持平行，即先將門靈敏度設低，逐漸旋轉靈敏度旋鈕增強電磁信號和/或微波信號，直至出現能探測到目標的提示；

S4：將手持安檢設備按照一個方向均勻移動掃描，一個方向結束后換目標的另一面按照一個方向均勻移動掃描，最后根據提示觀察檢測結果，最后通過LED燈或蜂鳴器判斷進行提示及報警；

S5：手持安檢設備復位重復S2至S4步驟開始新目標安檢檢測。

與現有技術相比，本發明提供的手持安檢設備及安檢方法，具有以下有益效果：

1)本發明提供的手持安檢設備及安檢方法在檢測時既不需要接觸工件也不需要耦合劑，可在高溫下進行檢測。

2)本發明提供的手持安檢設備及安檢方法在應用時，探頭可延伸至遠處檢測，可有效對工件的狹窄區域及深孔壁等進行檢測。

3)本發明提供的手持安檢設備及安檢方法對表面和近表面缺陷的檢測靈敏度很高；對管、棒、線材的檢測易于實現高速、高效率的自動化檢測，

4)本發明提供的手持安檢設備及安檢方法采集信號準確，操作方法簡單，靈活性高，成本較低，可對檢測結果進行數字化處理，然后儲存、再現及數據處理。

附圖說明

通過閱讀參照以下附圖所作的對非限制性實施例所作的詳細描述，本發明的其它特征、目的和優點將會變得更明顯：

圖1是本發明實施例的手持安檢設備的結構示意圖；

圖2是本發明實施例的手持安檢設備的電路原理示意圖；

圖3是本發明實施例的微波散射成像算法成像流程圖；

圖4是本發明實施例的手持安檢設備微波探測模塊的微波發送單元的結構示意圖；

圖5是本發明實施例的手持安檢設備微波探測模塊的微波接收單元的結構示意圖；

圖6是本發明實施例的手持安檢方法的步驟示意圖；

圖7是本發明實施例的手持安檢方法的使用狀態示意圖。

在附圖中，相同的部件使用相同的附圖標記。

具體實施方式

為使本發明實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。通常在此處附圖中描述和示出的本發明實施例的組件可以以各種不同的配置來布置和設計。因此，以下對在附圖中提供的本發明的實施例的詳細描述并非旨在限制要求保護的本發明的范圍，而是僅僅表示本發明的選定實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。

在本發明的描述中，需要說明的是，術語“上”、“下”等指示的方位或位置關系為基于附圖所示的方位或位置關系，僅是為了便于描述本發明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發明的限制。

在本發明的描述中，還需要說明的是，除非另有明確的規定和限定，術語“設置”、“安裝”、“連接”應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內部的連通。對于本領域的普通技術人員而言，可以根據具體情況理解上述術語在本發明中的具體含義。

另外，本發明各個實施例之間的技術方案可以相互結合，但是必須是以本領域普通技術人員能夠實現為基礎，當技術方案的結合出現相互矛盾或無法實現時應當認為這種技術方案的結合不存在，也不在本發明要求的保護范圍之內。

下面結合附圖和示例性實施例對本發明作進一步地描述，其中如果已知技術的詳細描述對于示出本發明的特征是不必要的，則將其省略。

本發明的手持檢測設備除了采用傳統的電磁感應方式對金屬導體進行檢測，而且在此基礎上添加微波信號進行檢測，由于微波設備具有一定的穿透性，而不同密度、不同介質、不同尺寸的物體對其反射性不同，通過內部發射一個小脈沖串，通過對其發射脈沖串的幅度進行檢測，可以判斷其內藏物體的大小、是否為液體、藏的位置等信息通過算法進行分析處理，此信息與電測檢測的信息相印證，得出更為可靠準確的數據，以及減小系統誤判的可能。

圖1是本發明實施例的手持安檢設備的結構示意圖，整體包括探測主體1及手柄2，探測主體1設置有顯示模塊12和探測面11，本實施例中顯示模塊12為LED燈，也可以為顯示屏，探測面11設置于探測主體1的側面；本實施例中還設置有開關模塊13及模式選擇單元14，通過開關模塊可以控制安檢設備的開啟和關閉，通過模式選擇單元14可以選擇安檢設備處于電磁探測模式、微波探測模式或電磁微波混合探測模式，在探測主體1側面還設置有耳機插孔，可用來外接蜂鳴報警器或者其他擴音設備。

手柄2內設置有電源模塊21，可以為電池或者充電式電源模塊。

在一些實施例中，手持安檢設備還可以設置蜂鳴器，并通過開關模塊13進行震動或聲音的選擇。

本實施例中，探測主體1還包括靈敏度旋鈕15，可以調節處于電磁探測模式時的低頻電磁信號強度、處于微波探測模式的微波信號強度以及處于電磁微波混合探測模式時同時調節低頻電磁信號強度和微波信號強度。

圖2是本發明實施例的手持安檢設備的電路原理示意圖，探測主體1包括電磁感應模塊100、微波探測模塊200及主控制模塊300，電磁感應模塊100和微波探測模塊200與主控制模塊300相連接，主控制模塊300將電磁感應模塊100輸出的電磁檢測信號結果與微波探測模塊200輸出的微波檢測信號結果進行分析及比對得到探測分析結果，主控制模塊300再連接顯示模塊12將探測分析結果進行顯示及預警。

其中，微波探測模塊200包括微波散射成像算法單元，該微波散射成像算法的成像流程圖如圖3所示，成像步驟如下：

步驟1)，把天線接收數據d(x′,y′,z。)做背景對消后沿x′,y′進行二維傅里葉變換,得到D(kx,ky)；

步驟2)，對D(kx,ky)進行相位校正,相當于對接收數據處理后再加一濾波器,稱為匹配濾波器；

步驟3)，對步驟2)所得的結果再進行二維逆傅里葉變換,即求得所要的s(x,y).s(x,y)反映了目標的二維像。

關于目標的微波散射成像方法的具體方法步驟請詳見現有技術的描述，本發明將不再贅述。

再次參閱圖2，微波探測模塊200具體包括：發射微波信號的微波發送單元201、接收目標物體的反射信號的微波接收單元202、與微波發送單元201及微波接收單元202相連接的中頻處理單元203以及連接中頻處理單元203的微波控制單元204內，具體地，微波探測模塊200的微波散射成像算法單元設置于微波控制單元204內。

還是參閱圖2，電磁感應模塊100具體包括：設置于電磁感應面11上的電磁感應線圈101，用于發射低頻電磁信號；連接電磁感應線圈101的電磁感應檢測電路102，用于獲取電磁感應線圈的低頻電磁信號的反饋信號；連接電磁感應檢測電路102的電磁控制單元103，將接收到的反饋信號與預設的基準信號進行比較，產生分析數據，并傳輸至手持安檢設備的主控制模塊300。

圖4是本發明實施例的微波探測模塊的微波發送單元201的結構示意圖，微波發送單元201包括依次連接的壓控振蕩器2015、微波振蕩源2014、調制器2013、信號放大器2012和發射天線2011，壓控振蕩器2015的輸入端連接中頻處理單元203，微波發送單元201接收中頻處理單元203的信號通過發射天線2011發射微波信號。

圖5是本發明實施例的微波探測模塊的微波接收單元202的結構示意圖，微波接收單元202包括依次連接的接收天線2021、接收前端2022及模數轉換電路2023，模數轉換電路2023的輸出端連接中頻處理單元203，微波接收單元202通過接收天線2021接收目標物體的反射信號并傳輸至中頻處理單元203。

中頻處理單元203將接收的被檢目標的反射信號進行數字抽樣處理，并將處理結果傳輸至微波控制單元204。

微波控制單元204根據中頻處理單元203的傳輸數據進行分析算法，進行微波散射成像算法，得到目標成像結果傳輸至手持安檢設備的主控制模塊300。

最后主控制單元300將電磁感應模塊100輸出的電磁檢測信號結果與微波探測模塊輸出的微波檢測信號結果進行分析及比對得到探測分析結果，將探測分析結果通過顯示模塊12如LED燈或蜂鳴器進行顯示及預警。

綜上所述，當選擇電磁微波混合探測模式進行檢測物體時，通過電磁感應線圈發一低頻信號，并通過電磁感應檢測電路的耦合接收線圈測試測量結果，通過結果判斷異常物體的位置和結果，此時間約為300us；同時通過微波發送天線2011發射并由微波接收天線2021接收發射信號，最后通過中頻處理單元203分析測試物體結果，通過結果判斷異常物體的位置和結果，最后主控制模塊300將上訴兩個結果對比判斷，通過外設的顯示單元12進行顯示或者報警。

在一些實施例中，微波探測單元203選用合適鎖相環電路產生微波的正弦振蕩信號，并通過多次倍頻器倍頻到微波K波段，通過微波發射天線2011持續發射微波，微波接收天線2021并接收反射回的微波信號。中頻處理單元203根據探測區的反射強度的不同，原發射信號與反射的信號之間會有發射強度差異，并根據反射強度差異形成檢測三維體，最后微波控制單元204對其反射立體進行分析，判斷內部是否有異常器具或者物體等。一般而言，探測信號的強弱取決于目標的大小以及與探測器的距離。目標越大，距離越短，反饋生成的探測信號就越強。

在一些實施例中，手持安檢設備的探測面11包括：一個大線圈、六個小線圈、補償線圈及石墨等。電磁感應模塊100選用合適晶振電路產生4±0.5M的正弦振蕩信號，再通過分頻器分頻為10K左右正弦波信號，經三極管進行功率放大后與探測面11的一個大線圈進行電磁波發射，由探測面11上的另外六個小線圈分別進行接收，電磁感應檢測電路102將接收到的信號與基準信號進行了比較，發現變化后，改變采集端口輸出電平，電磁控制單元103在300毫秒內對六個小線圈的區位采集端口數據進行掃描，判斷金屬所在區位并數據傳輸至主控制模塊300。

電磁感應模塊100的探測工作流程為：發出探測指令→發射線圈安設信號→六路小線圈接收→電磁控制單元103檢測各采集端口數據是否變化→報警→復位重新探測。

本發明還提供了一種應用手持安檢設備的安檢方法，包括如下步驟：

S1：首先打開安檢設備進行開機自檢，待電源穩定后自動發射低頻電磁信號和/或微波信號，接收反饋信號正常時，LED燈亮和/或蜂鳴器蜂鳴聲，則手持安檢設備處于正常工作狀態；

S2：通過模式選擇單元選擇電磁探測模式、微波探測模式或電磁微波混合探測模式，并將靈敏度旋鈕調至最低；

S3：將手持安檢設備的探測面朝向目標并保持平行，即先將門靈敏度設低，逐漸旋轉靈敏度旋鈕增強電磁信號和/或微波信號，直至出現能探測到目標的提示；

S4：將手持安檢設備按照一個方向均勻移動掃描，一個方向結束后換目標的另一面按照一個方向均勻移動掃描，最后根據提示觀察檢測結果，最后通過LED燈或蜂鳴器判斷進行提示及報警；

S5：手持安檢設備復位重復S2至S4步驟開始新目標安檢檢測。

其中，移動手持安檢設備時，檢測速度一般為一平方米的檢測時間約為2s。

圖7為應用手持安檢設備的手持安檢方法探測人體時的狀態使用圖，圖中虛線為手持安檢設備探測移動的路徑，也不僅僅限于這一種路徑，可根據實際使用需求進行移動探測。

本發明提供的手持安檢設備及安檢方法在檢測時既不需要接觸工件也不需要耦合劑，可在高溫下進行檢測；同時探頭可延伸至遠處檢測，可有效對人體或者包裹等的狹窄區域等進行檢測；對表面和近表面物體的檢測靈敏度很高；對管、棒、線材、刀具等的檢測易于實現高速、高效率的自動化檢測，可對檢測結果進行數字化處理，然后儲存、再現及數據處理。

以上僅為本發明較佳實施例，并不用于局限本發明，凡在本發明的精神和原則之內所做的修改、等同替換和改進等，均需要包含在本發明的保護范圍之內。